JPH0376569A - 細胞プロセシング装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、細胞プロセシング装置と方法に開するらの
である。さらに詳しくは、この発明は、レーザー光照射
による細胞プロセシングを、簡便にかつ精密に行えるよ
うにする細胞プロセシング装置とその方法に関するもの
である。

（背景技術〉 遠伝子工学、生命工学、バイオテクノ１ニアジー等の分
野では、生体細胞の保持、選別、切断、除去、移植、移
入などの微４１Ｈ操作を行う細胞プロセシングが非常に
重要になってきている。

このような細胞プロセシングの方法としては、従来より
ウィルスＤＮＡの直接接触法、リン酸カルシウム・ホス
フェ−１・法、細胞融合法、プロ１−ブラスト法等の化
学的方法：微注入法、プリキング法等のマニュアル的方
法（生物学的方法〉；電気穿孔法、タングステン球照射
法等の物理的方法が知られている。

しかしながら、化学的方法は処理した細胞と使用した化
学薬品εを分離する過程が非常に困難であり、また、高
濃度の化学薬品を部用するために細胞を損傷してＡＩＲ
胞に与える負の影響力が大きく、外来高分子の移入処理
を施した場合に発現効率が極めて低い（１００〜１０す
）という問題点を有している。さらに、外来高分子の移
入処理により何等かの発現が生じたものについても、そ
れが外来高分子の影響によるものか化学薬品によるもの
かを判断することが非常に困難となっている。

一方、微注入法等のマニゑアル的方法においては、確実
に移入処理を行うことができ、発現効率を１０−２程度
にまで向上させることが可能となる。

しかし、実施者が顕微鏡下でマイクロピペットなどを個
々の細胞に直接接触させて処理するのでクリーンベンチ
内での処理が必要不可欠となり、また処理の０動化む図
ることができない。そのため処理効率や処理量が実施者
の熟練度や労力に依存することとなり、精密な処理を短
時間に多量に行うことが困難であるという問題点を有し
ている。

また、電気穿孔決算の物理的方法においては、短時間で
多量の処理を行うこヒは可能であるが、細胞の特定部位
に処理を施すこと、あるいは微細操作の処理効率を向上
させるこヒが困難であるという問題がある。

以上のような従来の方法に対して、近年、レーザ光を利
用して細胞に外科的な操作を行う細胞プロセシング方法
が提案されている。

レーザ光は単色性、指向性、光輝度性、制御性に優れて
いるので、光ヱネルギーを細胞の微小領域に集中的に照
射することができ、従来の方法では不可能であった局所
的な微細操作を非接触で精度よく行うことが可能となる
。

これまでにレーザ光を利用した細胞プロセシング方法ε
しては、Ａ「レーザ光（４８８ｎｉ、５１４．５ｎｍ）
のパルスをレンズ系で集光し、顕微鏡ステージの位置決
め装置により細胞への照射部位を洞察し、染色体、仁等
の細胞の微小器官に照射する方法が提案されている。ま
た、照射するレーザ光の波長を変化させると細胞に与え
る影響を変えることができるので、　Ｈｅ−Ｃａレーザ
（４４２ｎｍ）、Ｎ２レーザ（３３７ｎＩｌ）　、　Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザの（基本波１．０６μｍ、高調波５３
２，３５５，２６６ｎｌ）色素レーザ、を利用すること
も試みられている。

しかしながら、これまでの方法ではレーザ光照射部位を
調整するために顕微鏡ステージの位置決め装置をマニュ
アル操作しなくてはならず、また、操作されていても位
置決め精度が悪（実用上問題があり、さらに、レーザ光
の波長、スポットサイズ径、パルス幅、ショツト数等の
照射条件もそ１１ぞれレーザー装置部をマニュアル設定
しなくてはならなかったため、細胞プロセシングの自動
化を図るこεができず、短時間に多量の処理を行うこと
ができなかった。

また、位置決め装置部にステッピングモータ、ＤＣサー
ボモータ、マイクロメータからなる機械的送り機椙を餡
用していたため高い動作精度を得ることができなかった
。たとえば、ステッピング七−夕は分解能１μｍ、精度
±２μｍ程度でしか動作させることができず、重量が重
く、振動も大きいため顕微鏡ステージに安定的に取り付
けるのが容易でなく、高い動作精度を得るのを困難にし
ていた。

以上のように、これまでの細胞プロセシング方法では、
それを実施する装置の構造ない、シｔｌｌ橋上の問題の
ため、短時間に微細な処理を多量の試料に施すことが困
難ヒなっていた。

そのため金目の高度なエレクトロニクス技術を十分にい
かした細胞プロセシング装置を開発し、細胞プロセシン
グ微＃Ｉ操作を自動化し、高精度に、短時間に、多量に
行えるようにすることが望まれていた。

（発明の目的） この発明は、以上の通りの事情をＭま見てなされたらの
であり、細胞試料を顕微鏡ステージにセットし、キーボ
ードやライトベンを操作するだけで、マイクロコンピュ
ータで制御したレーザー光照射をミクロンオーダーで精
密に行い、細胞プロセシングを高精度に自動的に行える
ようにするこεを目的としている。

〈発明の開示〉 この発明は、上記の目的を実現するため、エキシマレー
ザ装置を備えたレーザー装置部および、超精密圧電素子
モーターを備えたレーザ光照射部位微小位置決め装置部
とともに画像処理装置部を有し、これらのレーザー装置
部、レーザ光照射部位微小位置決め装置部および画像処
理装置部部を制御するマイクロコンピュータを備えてな
ることを特徴する細胞プロセシング装置を提供し、また
この装置を使用する細胞プロセシング方法をも提供する
。

第１図は、この発明の装置の一実鎌例をブロック図とし
て示したものである。

同図のように、この発明の装置はレーザー装置部（＾）
、レーザ光照射部位微小位置決め装置部（Ｂ）、画像処
理装置部（Ｃ）を有しており、これらをマイクロコンピ
ュータ（Ｄ）で制御できるように接続した構成を有して
いる。

レーザー装置部（＾）は、レーザ発生装！（１）、検出
部（２）、ビームエクスパンダ−（３）およびその他の
光学系から構成することができるが、この発明において
はレーザ発生装置（１）にエキシマレーザ装置を使用す
る。

エキシマレーザ装置は、ガス交換により３５１ｎｎ（Ｘ
ｅＦ）、３０８ｎｍ（ＸｅＣＩ）　、２４８ｎｎ（Ｋｒ
Ｆ）、２２２ｎｌｌ（ＫｒＣＩ）　、１９３ｎｌ（＾「
Ｆ）、１５７ｎ［ｌ　（Ｆ２　）等の発振線が得られ、
利用できる波長範囲が広いので、種々の細胞プロセシン
グを行うことを可能とする。

このようなエキシマレーザ装置としては出力変動が小さ
く、ガス寿命や高圧コンポーネントの寿命が長（、メイ
ンテナンスコスｈが低いものを使用するのが好ましい。

たとえば、出力変動が５％以下、ＸｅＣＩガス寿命が１
０’　５ｈｏｔ以上、高圧コンポーネントの寿命がｉｏ
’　５ｈｏｔ以上のエキシマレーザ装置（ＬＡＨＤＡ　
ＰＨＹＳＩＫ社）を好適に使用することができる。

このようなエキシマレーザ装置を般社ゐに際しては、特
に紫外域のレーザ光を発生するものが好ましい、従来の
細胞プロセシング装置が可視域のレーザ光により細胞に
熱損傷に基づく影響を与えていたのに対し、紫外域のレ
ーザー光によれば、細胞に熱的作用よりも光化学的作用
に基づく影響を与えることができ、細胞膜への可逆的な
穿孔の形成、細胞内微小器官の破壊や切断、異なる細胞
の融合等の特異的な現象を起こすこεが可能となる。特
に、核酸物質は紫外域に吸収があるので、ＤＮＡやＲＮ
Ａ等に関与する細胞内小器官に対して細胞プロセシング
を有利に行うこεが可能となる。

レーザー装置部（Ａ）のレーザ発生装！（１）としては
、必要によりエキシマレーザ装置に加えてその他のレー
ザ発生装置を併設してもよい、たとえば、ａｉｍプロセ
シングの過程で細胞に投与した色素の２次元螢光強度分
布を測定できるようにするため、＾「レーザ装置（１°
）をエキシマレーザ光の光路と一致するように設置する
。

なお、このようなレーザー装置部（＾）において、レー
ザー光のスポットサイズやパルスエネルギー等のレーザ
ー光蕉射条件の調整には常法を使用するこεができる。

たとえば、スポットサイズの調整はビームエクスパンダ
ー（３）により行うことができ、その際のスポットサイ
ズの測定は、螢光色素を付着させたスケールにレーザー
光を照射し、そのスポットサイズを計測することにより
行うことができる。またパルスエネルギーの調整は、顕
微鏡（４）の対物レンズ（４ａ）の出力部と検出部（２
）とのヱネルギーをジュールメーターを用いて測定し、
パルスエネルギーを校正することにより行うことができ
る。

この発明の装置において、レーザ光照射部位微小位置決
め装置部（８）は、細胞の所定の部位にレーザー光を照
射できるように位置調整する機能を担うものであり、位
置調整の送り機構としては超精密圧電素子モーター（Ｐ
ＺＴ素子モーター）（５）を使用する。

超精密圧電素子モーターは、小型軽量で、高い分解能を
有し、長ス１−ロークにわたって高精度を維持でき、発
熱源や振動源にならず、また使用条件にもほとんど左右
されないので高精度の位置調整を可能とする。

超精密圧電素子モーター（５）の具体例としては、たと
えば、インチワームモーター（Ｂｕｒｌｅｉｇｈ社、Ｉ
ｎｅｈｗｏｒｉ：ＩＷ−７１１等）を使用することがで
きる。

このインチワームモーターは、第４図（ａ）のように３
つのＰＺＴ素子（５ａ、５ｂ、５ｃ）がシャフト（５ｄ
）を囲んだｉ遺をしている。位置調整に際してシャフト
（５ｄ）を前後方向く矢印方向）に移動させるには、ま
ず第４図（ｂ）のように第１のＰＺＴ素子（５ａ）に高
電圧（７０ＱＶ）を印加し、シャフト（５ｄ）をクラン
プして固定する０次に第４図（Ｃ）のように第２のＰ、
７７素子（５ｂ）に階段状の高電圧を印加してその１１
丁素子（５ｂ）を横方向に伸ばし、シャフト（５ｄ）を
移動させる。この場合、移動可能範囲は最大５００ステ
ツプで２μである。したがって、このインチワームモー
ターによれば４μｍという高い分解能で動作させること
が可能となる。

このインチワームモーターにおいてシャツＩ−（５ｄ）
を最大ステップ範囲よりも大きく移動させる場合には、
上記のようにまず第１のＰ、？Ｔ素子（５ａ）と第２（
７）ＰＩＴ素子（５ｂ）を作動させた後、第４図（ｄ）
のように第３のＰＺＴ素子（５ｃ）に高電圧を印加して
シャフト（５ｄ）をクランプし、次いで第４図（ｅ）の
ように第１のＰＺＴ素子（５ａ）によるクランプの固定
を解放し、第４図（ｆ）のように第２のＰＡＴ素子（５
ｂ）に印加していた電圧もゼロとしてそれらを初期状態
に戻す。そして第４図（ｇ）のように再度第１のＰＺＴ
素子（５ａ）に高電圧を印加してシャフト（５ｄ）をク
ランプし、第４図（ｈ）のように第３ノＰＺＴ素子（５
ｃ）を解放し、Ｍ２ノＰＺＴ素子（５ｂ）に高電圧を印
加してシャフト（５ｄ）を移動させあという行程を繰り
返す。これにより　０〜２５ｍ　ｍの長い距離の動作に
も高精度を維持することが可能となる。

超精密圧電素子モーター（５）の動作距離の制御方法と
しては、超精密圧電素子モーター（５）が上記インチワ
ームモーターのようにエンコーダー（分解能０．５μｍ
、精度±１μｍ）を内臓する場合にはそのエンコーダー
を用いることによってもよく、また第１図に示したよう
に、超精密圧電素子モーター（５）にモーターコントロ
ーラー（例えば、Ｂｕｒｌｅｉｇｈ社、Ｂｕｒｌｅｉｇ
ｈ７０００　ＩｎｃｈｖｏｒｎＨｏｒｔｏｒ　Ｃｏｎｔ
ｒｏｌｌｅｒ等）（６）を接続し、インターフェイスを
介してマイクロコンピュータ（Ｄ）で制御するようにし
てもよい、なお、モーターコントローラー（６）を使用
して超精密圧電素子モーター（５）を制御する場合の方
式としては、エンコーダのフィードバック制御を必要と
しない定速動作やリミットスイッチ動作における制御方
式（ＯｐｅｎＬｏｏｐ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）　、またはエ
ンコーダノフィードバックにより高精度の位置指定を維
持する方式（Ｃ１ｏｓｅｄ　Ｌｏｏｐ　Ｃｎｔｒｏｌ）
のいずれを使用してもよい。

また、超精密圧電素子モーター（５）を使用してレーザ
ー光の照射位置を調整する方式としては、細胞試料を載
せた顕微鏡のステージ（４ｂ）を固定し、レーザ光照射
位置を走査して調整する方式としてもよいが、レーザ光
照射位置を固定し、細胞試料を載せた顕微鏡のステージ
（４ｂ）の位置を調整する方式とするのが好ましい、顕
微鏡（４）のステージ（４ｂ）をｘ−Ｙ制御することに
より、２次元的に１μ以下という高い動作精度を広範囲
に得ることが可能となる。第１図に示したレーザ光照射
部位微小位置決め装置部（８）も超１！密圧電素子モー
ター（５）により顕微鏡ステージ（４ｂ）をＸ−Ｙ制御
する方式を表している。

なお、レーザ光照射部位微小位置決め装置部（８）にお
いて、３次元的な位置制御をできるようにして浮瀞して
いる細胞への照射等も容易に行えるようにする場合には
、Ｚ軸方向を制御する超精密圧電素子モーター（５）を
別途取付ければよい。

また、マイクロマニエビュレータを併用できるようにし
てもよい。

この発明の装置において、画像処理装置部（Ｃ）は、た
とえば第１図に示したように、顕微鏡（４）に取付けた
カメラ（７）、カメラ（７）でとらえた画像信号をカメ
ラコントローラー（８）を介して入力するイメージプロ
セッサＣ９）、イメージグｎセッサ（９）からの出力を
受けるビデオ（１０）およびＴＶモニター（１１）等か
ら構成するこεができる。

この画像処理装置部（Ｃ）はマイクロコンピュータ（Ｄ
）と一体的に作動させることにより、従来の光学顕ｍ鏡
下でなされていた細胞プロセシングの限界を解消するも
のであり、たとえば、顕Ｒ鏡（４）により得た画像信号
の実時間でのマイクロコンピュータ（Ｄ）への入力と保
存、細胞試料に対するレーザー光照射位置の指定、画ｍ
信号のコントラストの強調、２次元螢光強度分布の形成
、３次元グラフィックの形成などを可能とする。

画像処理装置部（Ｃ）に使用する顕１ａｆｉやカメラ等
には所定の性能を有するものであれば市販のものを用い
ることができる。たとＬば、顕微鏡（４）としては通常
の倒立顕微！ｉ１（ＮＩＫＯＮ倒立顕微鏡ＤＩＡＰＨＯ
ＴＯ−ＴＨＤ等）を使用することができ、カメラ（７）
としてはＣＣＤカメラ（ＴＯ３ＨＩＢＡ　１に−５３０
等）を使用することができる。イメージプロセッサ（９
）やＴＶモニター（１１）も市販のもの（イメージ７’
０七ツ？　：　ＨＡＨＡＨＡＴＳＵ　ＰＨ０ＴＯＮＩＣ
３Ｃｌ９０１　、Ｔ　Ｖモ：　９−　：　ＨＡＨＡＭＡ
ＴＳＵ　ＰＨ０ＴＯ旧Ｃ３Ｃ２１３０等）を使用するこ
とができる。ビデオ（１０）εしては、画像データを１
／３０秒程度のフレーム分解能で写真撮影できるもノ（
５ＯＮＹ　ＥＤＶ９０００等）が好ましい。

以上のようなレーザー装置部（Ａ）、レーザ光照射部位
微小位置決め装置部（Ｂ）、画像処理装置部（Ｃ）はイ
ンターフェイスを介してマイクロコンピュータ（Ｄ）で
制御できるようにする。

たとえば、細胞試料のレーザー光照射部位の設定に関し
、顕微鏡ステージ（４ｂ）上にセットし、マイクロコン
ピュータ（ロ）のモニターに映し出された細胞試料の核
、仁、膜などの所望の部位をライトベン（１２）でブツ
シュすると、そのブツシュ位置に対応するＴＶモニター
（１１）画像の部位にマーカーが表示され、その位置座
標が読込まれるようにする。また、マイクロコンピュー
タ（０）は、読込んだ座標と固定しであるレーザー光照
射位置の座標とから、ライトベン（１２）で１ツシスし
た位置にレーザー光を照射するための顕微鏡ステージ（
４ｂ）の移動距離を求め、その値をレーザ光照射部位微
小位置決め装置部（Ｂ）に送り、顕微鏡ステージ（４ｂ
）を移動させるようにする。なお、レーザー光照射部位
の指定をより高い分解能で行えるようにする場合には、
マイクロコンピュータ（Ｄ）のモニターではな（ＴＶモ
ニター（１１）に映し出された細胞試料上の位置指定を
テンキーの操作により行えるようにしてもよい。

また、レーザー光の照射条件についても、マイクロコン
ピュータ（Ｄ）のキーボード等から予め照射条件を設定
しておくこヒにより、レーザー装置部（Ａ）が所定のレ
ーザ光を自動的に集光し高精度で照射するように制御す
る。

この他にもマイクロコンピュータ（Ｄ）による制御内容
は細胞プロセシングの内容に巧じて適宜窓めることがで
きる。

たとえばレーザー光照射部位の指定のモードとして、第
５図（ａ）のように、マイクロコンピュータ（Ｄ）のモ
ニターに映し出された細胞試料上の所望の部位を所望の
数だけライトベン（１２）でグ・ｙシュして指定すると
、その指定に従って順次顕＠鐘ステージ（４ｂ）を移動
させるランダムモード；第５図（ｂ）のように、顕微鏡
ステージ（４ｂ）をＸ軸またはＹ軸方向に一定距離で移
動させることを繰返し、細胞試料の広い領域に一定間隔
でパルスレーザ−光を照射することを可能とするスキャ
ンモード；第５図（Ｃ）のように、細胞試料を映し出し
たＴＶモニター（１１）を見ながらマニエアル的に顕微
鏡ステージ（４ｂ）を移動させるマニュアルモードを選
択できるようにしてお（、スキャンモードを選択するこ
とにより短時間に多量の生体プロセシングをすることが
可能さなり、マニュアルモードを選択することによりＴ
Ｖモニター（１１）の分解能の精度で照射位置を決める
ことが可能となる。

なお、マイクロコンピュータ（０）としては上記のよう
な制御を可能とするものであればよく、ハードディスク
（１３）、および細胞プロセッシングの条件や処理過程
等を出力するプリンター（１４）を接続できるものを好
適に使用することができる。このようなマイクロコンピ
ュータ（０）としても市販のもの（ＦＵＪＩＴＵ　ＦＨ
−１１等）を使用することができる。

以上のようにこの発明の装置はマイクロコンピュータ（
Ｄ）により種々の細胞プロセシングの制御を行うが、そ
の際のフローチャートは細胞プロセシングの内容に応じ
て適宜窓めることができる。

たとえば、レーザー光照射部位の指定をランダムモード
とする場合の細胞プロセシングのフローチャーｌ〜は第
２図のようにすることができる。すなわち、まず装置全
体を初期化し、類！ｉ！ｉステージを（４ｂ）ホームポ
ジションに設定する。その後、レーザー光のスポットサ
イズを測定し確認する。

これは、螢光色素を付着させたスケールにレーザー光を
照射してスポットサイズを測定するこヒにより行うこと
ができる。この場合の微調整はビームヱクスパングー（
３）により行う０次にレーザー光のパルスエネルギーの
校正と設定を行う０校正は、ジュールメーターを用いて
対物レンズ（４ａ）の出力部とレーザー光検出部（２）
　、！：のエネルギーを測定することにより行う０校正
後、パルスエネルギーを設定する０次に細胞試料を顕微
鏡ステージ（４ｂ）にセットする。そしてレーザー光の
パルス繰返周波数と照射光パルス数をマイクロコンピュ
ータ−（０）に入力する。また、レーザー光照射部位の
指定をマイクロコンピュータ−（Ｄ）のモニター上に映
し出された細胞に対してうｄトベン（１２）でグッシェ
することにより所望の数だけ行う。レーザー光照射部位
の指定をＴＶモニター（１１）の高い分解能の精度で行
う場合には、第３図のようにテンキーを操作するサブル
ーティンを設けてもよい。

レーザー光照射部位を指定すると顕微鏡ステージ（４ｂ
）は自動的に移動して微小位置決めを行い、設定してお
いた条件でレーザ光照射が行われる。照射後、細胞試料
は初めの位置に戻り、この動作が指定した数だけ繰返さ
れる。指定した照射が全て終了するε、新たな照射の指
定の受付状態となる。

その後必要によりジョイスティックを用いて次の照射画
面を設定する。

この発明の装置を使用して細胞プロセシングをする際の
照射光パルス繰返周波数、照射光パルスエネルギー、照
射光パルス数、スポットサイズなどの条件設定は、照射
温度、細胞試料の培養液のｐＨ，Ａｌｌ胞試料の種類や
照射部位、照射目的等に応じて適宜設定する。ただし細
胞生存率の低下を防止するため、通常は、照射光パルス
エネルギーを３μ、１以下、特に１μＪ以下程度とする
のが好ましい。４μＪを超えると細胞生存率が急激に低
下する。また、照射光パルス数は、照射光パルスエネル
ギーが１〜３μ、Ｊの場合に１００ＳｈＯｔ程度以下と
するのが好ましい、　　１００ｓｈｏｔを超えるヒ細胞
生存率が減少する。なお、照射光パルス繰返周波数は、
それ自＃細胞生存率に影響しないが、全光エネルギーが
０．５ｍ　Ｊを超えないようにするのが好ましい。

以下、実施例によりこの発明の装置ならびに方法につい
て具体的に説明する。

実施例１（動作精度試験） 第１図に示した装置について、稚々の動作精度を次のよ
うに測定した。

（ｉ）Ｘ軸およびＹ軸方向の１次元的動作精度試料とし
て１０μｍ間隔の格子パターンをＴＶモニター（１１）
上に映し出し、その像の格子の角を注目部位とし、その
部位をＸ軸およびＹ軸方向にそれぞれ指定距離だけ移動
きせた。そして指定距離と実際の移動距離とから動作精
度を求めた。

この結果、Ｘ軸およびＹ軸方向の動作精度は５０μｍま
での動作距離範囲において０．５μｍの精度を得られる
ことが確認できた。

（ｉｉ）モーターの動作速度に対する動作精度モーター
の動作速度を変えて上記（ｉ）と同様に動作精度を測定
した。

この結果、モーターの動作速度範囲１μｍ／ｓｅｃ　〜
２５００　μｍ／ｓｅｃにおいて、０．５μｍの精度を
得られることが確認できた。

（ｉｉｉ）スキャンモードにおける動作精度スキャンモ
ードで上記（ｉ）と同様に動作精度を測定した。

この結果、繰返し動作距離が１００μｍまでの範囲にお
いて、０．５μｍの精度を得られることが確認できた。

（ｉＶ）ランダムモードにおける動作精度ランダムモー
ドで上記（ｉ）と同様に動作精度を測定した。

この結果、０．７６μｍの精度を得られることが確認で
きた。

実施例２ 第ｉ図に示した装置を使用して、マウスの繊維芽細胞（
１９２９）の核付近に紫外域レーザ光（波長３５５ｎｍ
）を次のような照射条件で照射し、その際の１時間後の
細胞生存率を測定した。

（ｉ）照射光パルスエネルギ−１μＪ、温度２３℃で照
射光パルス繰返周波数を変えて照射したところ、細胞生
存率は、照射光パルス繰返周波数には依存せず、全光エ
ネルギーが５００μＪを超えた場合に顕著に低下し、１
ｍＪまでにほとんどの細胞まが死滅または失活した。

（ｉｉ）温度２３℃で１ｓｈｏｔの照射光パルスエネル
ギーを変えて照射したところ、細胞生存率はパルスエネ
ルギーの増加に従って生存率低下し、パルスエネルギー
が４μＪを超えると急激に低下した。

（ｉｉｉ）パルスエネルギ−１〜４μＪについて、パル
ス繰返周波数３５Ｈｚ、温度２３℃で照射光パルス数を
変えて照射したところ、細胞生存率は、パルスエネルギ
−１〜３μＪの場合は照射光パルス数が１００ｓｈｏｔ
を超えると減少し、パルスエネルギーが４ｔｔ　Ｊ　に
Ｑ場合は１ｓｈｏｔでも減少し、１００ｓｈｏｔまでに
ほとんどの細胞が破壊されることがわかった。

以上の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の結果により、この発明の装
置において上記の照射条件下で細胞プロセシングをする
場合には、照射光パルス正ネルギーは３μＪ以下εし、
その場合に照射光パルス数は１００ｓｈｏｔ程度以下と
するのが好ましく、また全光エネルギーが０．５ｒｎＪ
を超えないようにするのが好ましいことが確認できた。

・実施例３ 実施例２と同様にして、照射光パルスエネルギー１μＪ
、照射光パルス数５００ＳｈＯ１、パルス繰返周波数１
００Ｈｚεして照射し、１時間後の細胞生存率と２４時
ｒＷｉ後の細胞増殖率を測定した。

その結果、１時間後の細胞生存率＆よほとんど低下せず
、２４時間後の細胞増殖率もほとんど変化が見られなか
った。

これにより、紫外域レーザ光を照射するこの発明によれ
ば、細胞分裂に関与する細胞内小器官あるいは遺伝物質
を有効に破壊できることが確認できた。

実施例４ （ｉ）第１図に示した装置を使用して、マウスの繊維芽
細胞（１９２９）の核付近に紫外域レーザ光を照射して
細胞の形態変化をＩ！察した。この場合、細胞としては
培養シャーレ内で１２時間以上、温度３７℃、ＣＯ２濃
度５％で静置培養したものを使用し、紫外域レーザとし
てはエキシマレーザ−励起（ＸｅＣＩ波長３０８ｎｍ、
パルス＠１７ｎｓ　＞色素レーザー光（波長３５５ｎｍ
＞を使用し、照射温度３７℃、光パルスエネルギー１μ
Ｊ、焦点面のレーザ光スポットサイズが約２μｍとなる
ようにｌ５ｈｏｔ照射した。

その結果、細胞にレーザ光スポットサイズとほぼ等しい
約２μｍの可逆的な穿孔を生じさせることができた。こ
の穿孔は照射開始後０，１秒後に照射前の状態に戻った
。

（ｉｉ）パルス繰返周波数１００Ｈｚ、照射温度２２℃
、照射光パルス数３００ｓｈｏｔとして、上記（ｉ）と
同機に細胞に照射した。

その結果、レーザ光スポットサイズとほぼ等しい約２μ
ｍの可逆的な穿孔を生じさせることができた。この穿孔
は照射開始ｔ＆０．３３秒後に照射前の状態に戻った。

（ｉｉｉ）パルス繰返周波数１００Ｈｚ、照射温度２３
℃、照射光パルス数５００ｓｈｏｔとして上記（ｉ）と
同様に細胞に照射した。

これにより、照射開始１０分後は、細胞を破壊あるいは
不活性化させることなく照射部位が徐々に膨らむように
変性させるこヒができた。

また、照射開始１時間後にはｍ維芽細胞の突起を短くさ
せることができ、照射開始１８．３０時間後には、トリ
ンバルーに染色した細胞の断片を正常細胞に付着させる
ことができた。

（ｉｖ）細胞の種類を変えて上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）と
同様に照射したところ、細胞膜に不可逆的な損傷が生じ
、徐々に細胞質が培養液中にしみだし、原形が破壊され
た。

これら　（ｉ）〜（１■）の結果より、この発明の方法
において照射条件を細胞の種類に応じて適宜設定するこ
とにより、細胞に種々の可逆的な穿孔を形成など形態変
化を誘起できることが確認できた。

実施例５ 実施例４（ｉ）と同様にして、幅数μｍの繊維芽細胞の
突起の中央部および根本部のそれぞれに照射した。その
結果、細胞の突起を瞬時に切断することができた。

また、光パルスヱネルギ−〇、５μＪ、パルス繰返周波
数１００Ｈ７、照射光パルス数１０００ｓｈｏｔとした
ところ、細胞の突起を徐々にきれいに切断することがで
きた。

これにより、この発明の方法で照射条件を適宜設定すれ
ば精密な細胞の切断を行えるこεが確認できた。

実施例６ 細胞分裂終了直後のまだ接触している２つの細胞の接点
に実施例４（ｉ）と同様のレーザー光照射を行った。

その結果、照射直後には細胞の換価が大きく、２つの細
胞は破壊されだように見えたが、徐々に細胞の形状が整
い、約２時間後には細胞の融合が認められる形状のなっ
た。

これにより、この発明の方法で照射条件を適宜設定すれ
ば精薪な細胞の融合を行えることが確認できた。

（発明の効果） この発明によれば、細胞試料を顕微鏡ステージにセット
し、キーボードやライトベンを操作するだけで、マイク
ロコンピュータにより制御したレーザー光照射をミクロ
ンオーダーでＭ密に行うことができ、生体細胞の保持、
選別、切断、除去、移植、移入などの微細な細胞プロセ
シングを高精度に自動的に行うことが可能さなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の装置のブロック図である。 第２図および第３図は、この発明の方法を実施するフロ
ーチャートである。 第４図は、インチワームモーターの断面図であうる。 第５図は、レーザー光照射部位のモードの模式＾）レー
ザー装置部 Ｂ）レーザ光照射部位微小位置決め装置部Ｃ）画像処理
装置部 Ｄ）マイクロコンピュータ １）エキシマレーザ−装ｗ（２）挽　出　部３）ビーム
エクスバンダー　　（４）顕　微　鏡５　超精密圧電素
子モーター ６　モーターコントローラー ７　　カ　　メ　　ラ ８　カメラコントローラー ９　イメージプロセッサー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）エキシマレーザ装置を備えたレーザー装置部およ
   び超精密圧電素子モーターを備えたレーザ光照射部位微
   小位置決め装置部とともに画像処理装置部を有し、これ
   らのレーザー装置部、レーザ光照射部位微小位置決め装
   置部および画像処理装置部を制御するマイクロコンピュ
   ータを備えてなることを特徴する細胞プロセシング装置
   。
2. （２）レーザ光照射部位微小位置決め装置部が顕微鏡ス
   テージの位置を制御する請求項（１）記載の細胞プロセ
   シング装置。
3. （３）レーザ光照射部位微小位置決め装置部の動作精度
   が１μｍ以下である請求項（１）記載の細胞プロセシン
   グ装置。
4. （４）エキシマレーザ装置が紫外域のレーザ光を発生す
   る請求項（１）記載の細胞プロセシング装置。
5. （５）請求項（１）記載の細胞プロセシング装置を使用
   する細胞プロセシング方法。
6. （６）紫外域のレーザ光を照射する請求項（５）記載の
   細胞プロセシング方法。