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Dokumentenidentifikation DE602005001181T2 30.08.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001621912
Titel Gerät und Methoden zur Injektion von Substanzen in Zellen
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Youoku, Sachihiro, Kawasaki-shi Kanagawa 211-8588, JP;
Sasaki, Jun, Kawasaki-shi Kanagawa 211-8588, JP;
Tamamushi, Kazuo, Kawasaki-shi Kanagawa 211-8588, JP;
Ito, Akio, Kawasaki-shi Kanagawa 211-8588, JP
Vertreter W. Seeger und Kollegen, 81369 München
DE-Aktenzeichen 602005001181
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.03.2005
EP-Aktenzeichen 052514437
EP-Offenlegungsdatum 01.02.2006
EP date of grant 23.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.08.2007
IPC-Hauptklasse G02B 21/32(2006.01)A, F, I, 20060206, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Injektionsvorrichtung, die eine Zelle fängt, die durch einen Fließweg transportiert wird, und der gefangenen Zelle mit einer winzigen Nadel eine Substanz injiziert.

2) Beschreibung der verwandten Technik

In letzter Zeit ist auf dem Gebiet der Biowissenschaft, speziell auf den Gebieten der regenerativen Medizin und der Arzneimittelforschung auf Genombasis, eine Modifizierung der Eigenschaften einer Zelle praktiziert worden, indem einer Zelle ein Gen und eine Arzneimittellösung injiziert wurden. Solch eine Technik ermöglicht das Klären einer Funktion eines Gens und ermöglicht auch eine maßgeschneiderte Medizin, die eine Fürsorge bietet, die für eine genetische Charakteristik von jeder einzelnen Person geeignet ist.

Es werden verschiedene Verfahren zum Injizieren eines Gens in eine Zelle vorgeschlagen, wie etwa ein elektrisches Verfahren (Elektroporation), ein chemisches Verfahren (Lipofektion), ein biologisches Verfahren (Vektorverfahren), ein mechanisches Verfahren (Mikroinjektion) und ein optisches Verfahren (Laserinjektion).

Diese Verfahren haben jedoch jeweilige Nachteile. Bei dem elektrischen Verfahren ist die Tendenz vorhanden, eine Zelle schwer zu beschädigen. Das chemische Verfahren hat eine niedrige Einführungseffizienz. Bei dem biologischen Verfahren sind Arten des einzuführenden Materials begrenzt. Deshalb zieht das mechanische Verfahren (nämlich das Injektionsverfahren) die Aufmerksamkeit als sicherstes und hocheffektives Verfahren auf sich.

Das Injektionsverfahren hat eine extrem hohe Einführungserfolgsrate, die fast bei 100 % liegt, und hat den Vorteil, dass eine Kombination einer Zelle mit einer Einführungssubstanz, anders als beim chemischen Verfahren und dem biologischen Verfahren, nicht begrenzt ist. Das Injektionsverfahren hat aber auch einen niedrigen Durchsatz. Beim Injektionsverfahren kann selbst ein erfahrener Bediener pro Stunde die Substanz maximal an mehreren hundert Zellen injizieren.

Die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2004-166653 offenbart eine Injektionsvorrichtung, um diesen Nachteil zu kompensieren. Die Injektionsvorrichtung fängt eine durch einen Fließweg transportierte Zelle und injiziert der eingefangenen Zelle eine Substanz mit einer winzigen Nadel. In dieser Injektionsvorrichtung wird Zellen eine Substanz im Fließbandsystem injiziert, um den Durchsatz zu verbessern.

Jedoch wird bei der obigen herkömmlichen Technik eine einzelne Beobachtungsvorrichtung verwendet, um eine transportierte Zelle und eine gefangene Zelle zu erkennen und Positionsinformationen über die gefangene Zelle zu erlangen. Deshalb liegt das Problem darin, dass einer Zelle eine Substanz nicht effektiv injiziert werden kann.

Genauer gesagt: wenn eine Zelle in einem Fließweg transportiert wird, wird dann, falls der Fließweg mit einer niedrigen Vergrößerung beobachtet wird, um die Zelle zu detektieren, eine Detektionsauflösung einer Position der gefangenen Zelle durch eine niedrige Vergrößerung verringert, und damit auch eine Erfolgsrate des Einführens einer winzigen Nadel in die Zelle. Falls der Fließweg entgegengesetzt dazu mit einer hohen Vergrößerung beobachtet wird, um eine Position der gefangenen Zelle akkurat zu detektieren, engt eine hohe Vergrößerung ein Sichtfeld zum Beobachten der durch den Fließweg transportierten Zelle ein. Deshalb kann die Zelle nicht detektiert und gefangen werden.

Wenn somit eine einzelne Beobachtungsvorrichtung verwendet wird, um eine transportierte Zelle und eine gefangene Zelle zu erkennen und Positionsinformationen über die gefangene Zelle zu erlangen, kann einer Zelle eine Substanz nicht effektiv injiziert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist es wünschenswert, bei der herkömmlichen Technik wenigstens die obigen Probleme zu lösen.

Gemäß einer Ausführungsform eines Aspektes der vorliegenden Erfindung enthält eine Vorrichtung zum Injizieren einer Substanz in eine Zelle einen Fließweg, durch den eine Zelle transportiert wird, eine Detektionseinheit der transportierten Zelle, die die Zelle detektiert, die durch den Fließweg transportiert wird, eine Zellenfangeinheit, die die Zelle fängt, die durch die Detektionseinheit der transportierten Zelle detektiert wurde, eine Detektionseinheit der gefangenen Zelle, die die Zelle detektiert, die durch die Zellenfangeinheit gefangen wurde, und eine Position der gefangenen Zelle bestimmt, und eine Substanzinjektionseinheit, die eine Substanz in die Zelle, die durch die Zellenfangeinheit gefangen wurde, auf der Basis der bestimmten Position injiziert.

Gemäß einer Ausführungsform eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zum Injizieren einer Substanz in eine Zelle das erste Detektieren einer Zelle, die durch einen Fließweg transportiert wird, das Fangen der Zelle, die beim ersten Detektieren detektiert wurde, ein zweites Detektieren der Zelle, die beim Fangen gefangen wurde, das Bestimmen einer Position der Zelle, die beim zweiten Detektieren detektiert wurde; und das Injizieren einer Substanz in die Zelle, deren Position beim Bestimmen bestimmt wurde.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Schema einer Injektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 ist eine vergrößerte Ansicht eines zentralen Abschnittes eines Fließwegs, der in 1 gezeigt ist;

3 ist ein Beispiel für das Bild einer detektierten transportierten Zelle;

4 ist ein Beispiel für ein Bild einer detektierten gefangenen Zelle;

5 ist ein Beispiel für ein optisches System; und

6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Erzeugen einer Zelle mit eingeführter Substanz gemäß der Ausführungsform.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG

Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden unten typische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingehend erläutert. Zuerst werden eine Übersicht über eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und deren Charakteristiken erläutert. 1 ist ein Schema einer Injektionsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Injektionsvorrichtung 100 fängt eine durch einen Fließweg transportierte Zelle und injiziert mit einer winzigen Nadel eine Substanz in die gefangene Zelle.

Die Charakteristiken einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die, dass die Injektionsvorrichtung 100 eine erste Detektionsvorrichtung 6, eine Fangvorrichtung 5, eine zweite Detektionsvorrichtung 7 und einen Injektor 14 enthält. Die erste Detektionsvorrichtung 6 detektiert eine durch einen Fließweg transportierte Zelle, und die Fangvorrichtung 5 fängt die Zelle auf der Basis des Detektionsresultats von der ersten Detektionsvorrichtung 6. Die zweite Detektionsvorrichtung 7 detektiert die durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle und detektiert eine Position der gefangenen Zelle, und der Injektor 14 injiziert eine Substanz in die durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle auf der Basis des Detektionsresultats von der zweiten Detektionsvorrichtung 7. Folglich injiziert die Injektionsvorrichtung 100 eine Substanz effektiv in eine Zelle.

Genauer gesagt: in der Injektionsvorrichtung 100 detektiert die erste Detektionsvorrichtung 6 die durch den Fließweg transportierte Zelle, und die zweite Detektionsvorrichtung 7 detektiert die durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle und die Position der gefangenen Zelle. Die erste Detektionsvorrichtung 6 und die zweite Detektionsvorrichtung 7 führen die Detektionen unabhängig aus. Deshalb ist es möglich, das Sichtfeld zu gewährleisten, das zum Erkennen einer transportierten Zelle geeignet ist, ebenso wie das Sichtfeld gewährleistet wird, das zum Erkennen einer gefangenen Zelle und zum Erlangen von Positionsinformationen über die gefangene Zelle geeignet ist. Folglich werden eine Fangzeitlagendetektionspräzision und eine Einführungserfolgsrate verbessert.

Bei der herkömmlichen Technik sind eine Einführungserfolgsrate und eine Fangzeitlagendetektionspräzision nicht hoch genug, da eine einzelne Beobachtungsvorrichtung verwendet wird, um die transportierte Zelle und die gefangene Zelle zu erkennen und Positionsinformationen über die gefangene Zelle zu erlangen. Andererseits detektieren bei der vorliegenden Erfindung die erste Detektionsvorrichtung 6 und die zweite Detektionsvorrichtung 7 eine durch den Fließweg transportierte Zelle, eine durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle und eine Position der gefangenen Zelle unabhängig. Deshalb ist es möglich, die Beobachtungssichtfelder zu gewährleisten, die zum Erkennen einer transportierten Zelle und einer gefangenen Zelle und zum Erlangen von Positionsinformationen über die gefangene Zelle geeignet sind. Demzufolge werden eine Fangzeitlagendetektionspräzision und eine Einführungserfolgsrate verbessert, und eine Substanz kann in eine Zelle effektiv injiziert werden. Da die Detektion einer transportierten Zelle und die Detektion einer gefangenen Zelle unabhängig voneinander ausgeführt werden, ist es ferner möglich, die nächste Zielzelle zu bestätigen, die eine Zelle ist, in die als nächste eine Substanz injiziert wird, während eine Substanz in eine Zelle injiziert wird.

Als Nächstes wird eine Konfiguration der Injektionsvorrichtung 100 erläutert. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines zentralen Abschnittes eines Fließwegs (d. h. des Abschnittes A) in der Injektionsvorrichtung 100. Die Injektionsvorrichtung 100 enthält, wie in 1 gezeigt, eine Lösungszufuhrvorrichtung 4, die Fangvorrichtung 5, die erste Detektionsvorrichtung 6, die zweite Detektionsvorrichtung 7, den Injektor 4 und eine Steuervorrichtung 15.

Die Lösungszufuhrvorrichtung 4 steuert eine Lösungszufuhrmenge und eine Lösungszufuhrgeschwindigkeit einer Zellensuspension, die eine Lösung ist, die Zellen enthält, die in einem Fließweg 3 transportiert werden. Die Lösungszufuhrvorrichtung 4 wird durch eine bekannte Flüssigkeitschromatographpumpe usw. realisiert.

Genauer gesagt: die Lösungszufuhrvorrichtung 4 ist mit einer Einlassöffnung 1 des Fließwegs 3 über eine Röhre 11 und einen entfernbaren Mechanismus 12 verbunden, der am Ende der Röhre 11 befestigt ist, und sie steuert eine Ausgabemenge, um die Lösungszufuhrmenge und die Lösungszufuhrgeschwindigkeit der Zellensuspension zu steuern. Solch eine Lösungszufuhrgeschwindigkeit beträgt durchschnittlich vorzugsweise etwa 300 &mgr;m/s.

Obwohl die Lösungszufuhrvorrichtung 4 mit der Einlassöffnung 1 des Fließwegs 3 verbunden ist, um die Lösung auszugeben, kann die Lösungszufuhrvorrichtung 4 mit einer Auslassöffnung 2 des Fließwegs 3 verbunden sein und eine Saugmenge steuern, um die Zellensuspension zu transportieren.

Die erste Detektionsvorrichtung 6 wird verwendet, um eine Zelle zu beobachten und eine durch den Fließweg 3 transportierte Zelle zu detektieren. Genauer gesagt die erste Detektionsvorrichtung 6 detektiert durch ein optisches System 10, ob eine Zelle 16 in dem Fließweg 3 transportiert wird, und sendet das Signal "Transportierte Zelle detektiert" an die Steuervorrichtung 15, wenn die Zelle 16 in dem Fließweg 3 detektiert ist.

Genauer gesagt: die erste Detektionsvorrichtung 6 nimmt ein Bild 17 (siehe 3) der detektierten transportierten Zelle durch das optische System 10 unter Verwendung einer Kamera mit ladungsgekoppelter Schaltung (nachfolgend "CCD-Kamera") in einem vorbestimmten Zeitintervall auf. Die erste Detektionsvorrichtung 6 spezifiziert einen Bereich der detektierten transportierten Zelle 18 in dem Bild 17 der detektierten transportierten Zelle. Die erste Detektionsvorrichtung 6 vergleicht die jeweiligen Bereiche 18 der detektierten transportierten Zelle der jeweiligen Bilder 17 der detektierten transportierten Zelle, die sequentiell erfasst werden, miteinander und überwacht eine Helligkeitsveränderung in dem Bereich 18 der detektierten transportierten Zelle, um die Zelle 16 zu detektieren. Obwohl es wünschenswert ist, dass die erste Detektionsvorrichtung 6 das Bild 17 der detektierten transportierten Zelle mit einer Rate von 30 Rahmen/s oder mehr aufnimmt, wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Beschreibung nicht eingeschränkt.

Um eine irrtümliche Detektion von Verunreinigungen, die keine Zellen sind, zu verhindern, wenn die Zelle 16 zu detektieren ist, gilt eine gewünschte Bedingung für die Größe eines Bereiches, in dem sich die Helligkeit in dem Bereich 18 der detektierten transportierten Zelle verändert.

Die zweite Detektionsvorrichtung 7 detektiert eine durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle und detektiert die Position der gefangenen Zelle. Genauer gesagt: die zweite Detektionsvorrichtung 7 detektiert durch das optische System 10, ob die Zelle 16 in dem Fließweg 3 gefangen ist, und sendet an die Steuervorrichtung 15 das Signal "Gefangene Zelle detektiert" und Positionsinformationen von der gefangenen Zelle, wenn die gefangene Zelle 16 in dem Fließweg 3 detektiert ist.

Speziell nimmt die zweite Detektionsvorrichtung 7 ein Bild 19 (siehe 4) der detektierten gefangenen Zelle durch das optische System 10 unter Verwendung einer CCD-Kamera in einem vorbestimmten Zeitintervall auf. Die zweite Detektionsvorrichtung 7 spezifiziert einen Bereich 20 der detektierten gefangenen Zelle in dem Bild 19 der detektierten gefangenen Zelle. Die zweite Detektionsvorrichtung 7 vergleicht die jeweiligen Bereiche 20 der detektierten gefangenen Zelle der jeweiligen Bilder 19 der detektierten gefangenen Zelle, die sequentiell erfasst werden, miteinander und überwacht eine Helligkeitsveränderung in dem Bereich 20 der detektierten gefangenen Zelle, um die gefangene Zelle 16 zu detektieren. Obwohl es wünschenswert ist, dass die zweite Detektionsvorrichtung 7 die Bilder 19 der detektierten gefangenen Zelle mit einer Rate von 30 Rahmen/s oder mehr aufnimmt, wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Beschreibung nicht eingeschränkt.

Um die irrtümliche Detektion von Verunreinigungen zu verhindern, die keine Zellen sind, wenn die Zelle 16 zu detektieren ist, gilt für die Größe eines Bereiches, in dem sich die Helligkeit in dem Bereich 20 der detektierten gefangenen Zelle verändert, eine gewünschte Bedingung.

Durch Ausführen einer Bildverarbeitung, um eine Kontur der Zelle 16 in dem Bild 19 der detektierten gefangenen Zelle hervorzuheben, erfasst die zweite Detektionsvorrichtung 7 weiterhin eine Form der Zelle 16 und Koordinaten der Position, wo die Zelle 16 gefangen ist. Da eine Zelle vom Fließtyp im Allgemeinen kugelförmig ist und der zentrale Abschnitt der Zelle vom Fließtyp transparent ist, kann eine Pixelposition (X1, Y1) im Zentrum der Zelle 16 auf einem Bild ohne weiteres detektiert werden, indem die Kontur der Zelle 16 durch die Bildverarbeitung hervorgehoben wird. Auf dem Bild wird die Pixelposition (X1, Y1) im Zentrum der Zelle 16 mit einer Position (X2, Y2) einer winzigen Nadel 13 verglichen, um den Bewegungsbetrag der winzigen Nadel 13 zu bestimmen.

Die zweite Detektionsvorrichtung 7 extrahiert einen Spitzenbereich 21 der winzigen Nadel in dem Bild 19 der detektierten gefangenen Zelle und misst die Form des Spitzenbereichs 21 und die Menge einer Einführungssubstanz, die von dem Spitzenbereich 21 ausgegeben wird. Zum Prüfen des Zustandes, wie die Einführungssubstanz entladen wird, wird zum Beispiel ein Färbemittel oder eine Arzneimittellösung, die eine fluoreszierende Substanzprobe enthält, für die Einführungssubstanz verwendet. Wenn das Färbemittel verwendet wird, wird die Entladung durch Helligkeitsfeldbeobachtung bestätigt, indem ein Zustand dessen geprüft wird, wie sich die Farbe rings um den Spitzenbereich der winzigen Nadel bei ihrer Entladung verändert. Wenn die fluoreszierende Substanzprobe verwendet wird, wird die Entladung durch Fluoreszenzbeobachtung bestätigt, indem geprüft wird, ob rings um den Spitzenbereich der winzigen Nadel bei ihrer Entladung eine Fluoreszenz vorhanden ist.

Durch derartiges Detektieren der Form der winzigen Nadel 13 des Injektors 14 und eines Zustandes, wie die Einführungssubstanz von der Spitze der winzigen Nadel 13 entladen wird, können ein Abbrechen der winzigen Nadel 13 und ein Verstopfen der Einführungssubstanz im Spitzenbereich 21 der winzigen Nadel 13 detektiert werden.

Unten wird nun ein Beispiel für ein optisches System erläutert. In dem optischen System, das in 5 gezeigt ist, ist ein optisches System verzweigt, um die erste Detektionsvorrichtung 6 und die zweite Detektionsvorrichtung 7 zu bilden. Licht tritt durch eine Objektivlinse 23 ein und wird geteilt in Licht, das einen Halbspiegel 24 durchläuft, und in Licht, das durch den Halbspiegel 24 um 90 Grad gebrochen wird. Das Licht, das durch den Halbspiegel 24 hindurchtritt, wird durch eine erste Okularlinse 26 konvergiert und tritt in die erste Detektionsvorrichtung 6 ein. Andererseits wird das Licht, das durch den Halbspiegel 24 gebrochen wird, durch einen Spiegel 25 um weitere 90 Grad gebrochen, durch eine zweite Okularlinse 27 konvergiert, und es tritt in die zweite Detektionsvorrichtung 7 ein.

Durch das Verändern jeder Vergrößerung der ersten Okularlinse und der zweiten Okularlinse kann jeder Bereich von Beobachtungssichtfeldern der ersten Detektionsvorrichtung 6 und der zweiten Detektionsvorrichtung 7 beliebig verändert werden. Ein Vergrößerungsverhältnis zwischen der ersten Okularlinse und der zweiten Okularlinse beträgt wünschenswerterweise 4:1 oder mehr.

Auf den jeweiligen Beobachtungsbildern, die durch dasselbe optische System 10 mit einer verschiedenen Vergrößerung aufgenommen werden, erkennen und detektieren die erste Detektionsvorrichtung 6 und die zweite Detektionsvorrichtung 7, wie oben erläutert, eine durch den Fließweg transportierte Zelle, eine durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle bzw. Positionsinformationen der gefangenen Zelle. Dadurch ist es möglich, Beobachtungsbilder zu erlangen, in denen die jeweiligen optischen Achsen der ersten Detektionsvorrichtung 6 und der zweiten Detektionsvorrichtung 7 miteinander koinzidieren, und das Resultat der akkuraten Detektion zu erhalten. Darüber hinaus ist es möglich, diese Detektionsvorrichtungen mit niedrigeren Kosten zu konfigurieren.

Die Fangvorrichtung 5 fängt eine Zelle, die durch den Fließweg transportiert wird, wenn sie von der Steuervorrichtung 15 ein Fangstartsignal empfängt. Genauer gesagt: die Fangvorrichtung 5 ist mit einer ersten Öffnung 8 in dem Fließweg 3 verbunden und steuert eine Saugmenge und eine Entlademenge der Zellensuspension, um die Zelle 16, die in dem Fließweg transportiert wird, an der ersten Öffnung 8 zu fangen. Ein Durchmesser der ersten Öffnung 8 beträgt nicht mehr als ein Durchmesser einer Zelle. Falls sich der Durchmesser der Zelle 16 zum Beispiel auf 15 &mgr;m beläuft, beträgt der Durchmesser der ersten Öffnung 8 vorzugsweise nicht mehr als 5 &mgr;m, um eine Zelle mit hoher Wahrscheinlichkeit zu fangen.

Wenn die erste Detektionsvorrichtung 6 auf die obige Weise eine durch den Fließweg transportierte Zelle detektiert, beginnt der Prozess zum Fangen der Zelle. Deshalb wird eine Zelle automatisch gefangen, und durch Prüfen, ob eine Zelle an einer besonderen Position des Fließwegs vorhanden ist, wird die Zeitlage zum Fangen einer Zelle gesteuert.

Der Injektor 14 injiziert eine Substanz in die durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle, wenn er von der Steuervorrichtung 15 ein Injektionsstartsignal empfängt. Speziell steuert der Injektor 14 die winzige Nadel 13, die verwendet wird, um eine Einführungssubstanz zu injizieren, und führt die winzige Nadel 13 durch eine zweite Öffnung 9 des Fließwegs in den Fließweg 3 ein, um in die gefangene Zelle 16 an der ersten Öffnung 8 eine Einführungssubstanz zu injizieren. Obwohl ein Durchmesser der zweiten Öffnung 9, durch die die winzige Nadel 13 eingeführt wird, in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise etwa 20 &mgr;m beträgt, wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Beschreibung nicht eingeschränkt.

Wenn die zweite Detektionsvorrichtung 7 die durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle detektiert, startet ein Prozess zum Injizieren einer Substanz in eine Zelle. Deshalb wird einer Zelle eine Einführungssubstanz automatisch injiziert.

Nun werden Prozeduren von verschiedenen Prozessen der Injektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform erläutert. 6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Erzeugen einer Zelle mit eingeführter Substanz gemäß der Ausführungsform. Der Prozess zum Erzeugen einer Zelle mit eingeführter Substanz startet, nachdem die Lösungszufuhrvorrichtung 4 oder die Einlassöffnung 1 des Fließwegs mit der Zellensuspension gefüllt ist. Falls eine anhaftende Zelle verwendet wird, wird eine Trypsin-Behandlung oder dergleichen ausgeführt, so dass Zellen von einem Träger abgeschält werden und in einer Flüssigkeit dispergiert werden und darin schwimmen.

Nach dem Füllen mit der Zellensuspension sendet die Steuervorrichtung 15 ein Lösungszufuhrstartsignal bei Schritt S601 an die Lösungszufuhrvorrichtung 4. Falls bei Schritt S602 bestimmt wird, dass die Lösungszufuhrvorrichtung 4 das Lösungszufuhrstartsignal empfängt, startet dann die Lösungszufuhrvorrichtung 4 bei Schritt S603 die Zufuhr der Zellensuspension zu dem Fließweg 3.

Die erste Detektionsvorrichtung 6 führt rekursiv die Detektionsoperation der durch den Fließweg 3 transportierten Zelle 16 aus. Falls bei Schritt S604 bestimmt wird, dass die erste Detektionsvorrichtung 6 die Zelle 16 in dem Fließweg 3detektiert, sendet die erste Detektionsvorrichtung 6 das Signal "Transportierte Zelle detektiert" bei Schritt S605 an die Steuervorrichtung 15.

Falls dann bei Schritt S606 bestimmt wird, dass die Steuervorrichtung 15 das Signal "Transportierte Zelle detektiert" von der ersten Detektionsvorrichtung 6 empfängt, sendet die Steuervorrichtung 15 bei Schritt S607 das Fangstartsignal an die Fangvorrichtung 5. Falls bei Schritt S608 bestimmt wird, dass die Fangvorrichtung 5 das Fangstartsignal von der Steuervorrichtung 15 empfängt, erzeugt die Fangvorrichtung 5 einen Unterdruck an der ersten Öffnung 8 des Fließwegs 3, der mit ihr durch die Röhre 11 verbunden ist, und fängt bei Schritt S609 die Zelle 16 an der ersten Öffnung 8.

Die zweite Detektionsvorrichtung 7 führt rekursiv die Detektionsoperation der Zelle 16 aus, die an der ersten Öffnung 8 des Fließwegs 3 gefangen wurde. Falls bei Schritt S610 bestimmt wird, dass die zweite Detektionsvorrichtung 7 die an der ersten Öffnung gefangene Zelle detektiert, sendet die zweite Detektionsvorrichtung 7 das Signal "Gefangene Zelle detektiert" und die Positionsinformationen über die gefangene Zelle bei Schritt S611 an die Steuervorrichtung 15.

Dann wird bei Schritt S612 bestimmt, dass die Steuervorrichtung 15 das Signal "Gefangene Zelle detektiert" von der zweiten Detektionsvorrichtung 7 empfängt, berechnet die Steuervorrichtung 15 den Bewegungsbetrag der winzigen Nadel 13 in dem Injektor 14, um die winzige Nadel 13 in die gefangene Zelle einzuführen, auf der Basis der Positionsinformationen der gefangenen Zelle, die durch die zweite Detektionsvorrichtung 7 erhalten wurden, und sendet das Injektionsstartsignal und Informationen über den Bewegungsbetrag der winzigen Nadel 13 bei Schritt S613 an den Injektor 14.

Wenn bei Schritt S614 bestimmt wird, dass der Injektor 14 das Injektionsstartsignal von der Steuervorrichtung 15 empfängt, bewegt der Injektor 14 die winzige Nadel 13 gemäß dem Bewegungsbetrag derselben, der zusammen mit dem Injektionsstartsignal empfangen wurde, führt die winzige Nadel 13 in die gefangene Zelle ein und injiziert bei Schritt S615 die Einführungssubstanz.

Wenn danach bei Schritt S616 bestimmt wird, dass der Injektor 14 die Injektion der Einführungssubstanz vollendet, sendet der Injektor 14 bei Schritt S617 ein Injektionsendsignal an die Steuervorrichtung 15. Wenn bei Schritt S618 bestimmt wird, dass die Steuervorrichtung 15 das Injektionsendsignal von dem Injektor 14 empfängt, sendet die Steuervorrichtung 15 bei Schritt S619 ein Freigabestartsignal an die Fangvorrichtung 5.

Falls dann bei Schritt S620 bestimmt wird, dass die Fangvorrichtung 5 das Freigabestartsignal von der Steuervorrichtung 15 empfängt, erzeugt die Fangvorrichtung 5 einen Überdruck an der ersten Öffnung 8 des Fließwegs 3, der durch die Röhre 11 mit ihr verbunden ist, und gibt bei Schritt S621 die an der ersten Öffnung 8 gefangene Zelle 16 frei. Die Zelle 16 wird freigegeben und dann durch die Lösungszufuhrvorrichtung 4 zu der Auslassöffnung 2 des Fließwegs 3 transportiert.

Falls bei Schritt S622 bestimmt wird, dass das Injizieren der Substanz in alle eingefüllten Zellen vollendet ist, sendet die Steuervorrichtung 15 ein Lösungszufuhrstoppsignal bei Schritt S623 an die Lösungszufuhrvorrichtung 4. Falls die erste Detektionsvorrichtung 6 die Zelle in dem Fließweg 3 eine vorbestimmte Zeit lang nicht detektiert oder falls das Injizieren der Substanz in eine vorbestimmte Anzahl von Zellen vollendet ist, wird bestimmt, dass das Injizieren der Substanz in alle Zellen vollendet ist.

Wenn schließlich bei Schritt S624 bestimmt wird, dass die Lösungszufuhrvorrichtung 4 das Lösungszufuhrstoppsignal von der Steuervorrichtung 15 empfängt, stoppt die Lösungszufuhrvorrichtung 4 das Zuführen der Lösung bei Schritt S625 und beendet den Prozess zum Erzeugen einer Zelle mit eingeführter Substanz.

In der Injektionsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform detektiert die erste Detektionsvorrichtung 6, wie oben erläutert, eine durch den Fließweg transportierte Zelle, detektiert die zweite Detektionsvorrichtung 7 eine durch die Fangvorrichtung 5 gefangene Zelle und Positionsinformationen der gefangenen Zelle, und diese Detektionen werden unabhängig voneinander ausgeführt. Deshalb kann das Beobachtungssichtfeld, das zum Erkennen der transportierten Zelle geeignet ist, gewährleistet werden, ebenso wie das Beobachtungssichtfeld, das zum Erkennen der gefangenen Zelle geeignet ist und zum Erlangen der Positionsinformationen der gefangenen Zelle geeignet ist, gewährleistet werden kann. Folglich werden eine Fangzeitlagendetektionspräzision und eine Einführungserfolgsrate verbessert und kann eine Substanz in eine Zelle effektiv injiziert werden. Da weiterhin die Detektion einer transportierten Zelle und die Detektion einer gefangenen Zelle unabhängig voneinander ausgeführt werden, ist es möglich, eine nächste Zielzelle zu bestätigen, die eine Zelle ist, in die als nächste eine Substanz injiziert wird, während die Substanz in eine Zelle injiziert wird.

Wenn das Beobachtungssystem verwendet wird, bei dem die erste Detektionsvorrichtung und die zweite Detektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform zum Einsatz kommen, wird der Fließweg vorzugsweise aus transparentem Material gebildet, um eine transparente Beobachtung auszuführen. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch die Beschreibung jedoch nicht eingeschränkt. Falls der Fließweg zum Beispiel von oben beleuchtet ist und beobachtet wird, braucht das Material des Fließwegs nicht transparent zu sein.

Obwohl ferner in der Erläuterung der Ausführungsform Steuersignale durch die Steuervorrichtung 15 gesendet und empfangen werden, sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht darauf begrenzt. Das Steuersignal kann zwischen den Vorrichtungen gesendet oder empfangen werden.

Von den in der Ausführungsform erläuterten Prozessen ist die Gesamtheit oder ein Teil der Prozesse unter der Annahme erläutert worden, dass sie automatisch ausgeführt werden; sie können aber auch manuell ausgeführt werden. Alternativ dazu ist die Gesamtheit oder ein Teil der Prozesse unter der Annahme erläutert worden, dass sie manuell ausgeführt werden; sie können jedoch unter Einsatz des bekannten Verfahrens auch automatisch ausgeführt werden. Zusätzlich dazu können die Informationen, die die Prozessprozeduren, die Steuerprozeduren, die spezifischen Bezeichnungen und die verschiedenen Daten und Parameter enthalten, wie sie in der Beschreibung und den Figuren angeführt sind, beliebig verändert werden, wenn nichts anderes angegeben ist.

Die Komponenten der Vorrichtungen, wie sie in den Figuren gezeigt sind, sind lediglich konzeptionelle Funktionen und sind deshalb nicht immer physisch konfiguriert, wie in den Figuren gezeigt. Mit anderen Worten: eine spezifische Anordnung, die durch Trennung oder Integration der Vorrichtungen erhalten wird, wird durch die Anordnungen in den Figuren nicht begrenzt. Deshalb kann die Gesamtheit oder ein Teil der Vorrichtungen als beliebige Einheiten gemäß verschiedenen Lasten oder ihrem Status funktionell oder physisch getrennt oder integriert sein.

Die Injektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist als Injektionsvorrichtung brauchbar, die eine durch einen Fließweg transportierte Zelle fängt und mit einer winzigen Nadel in die gefangene Zelle eine Substanz injiziert. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist besonders für eine Injektionsvorrichtung geeignet, die für eine medizinische Anwendung wie beispielsweise die regenerative Medizin und die Arzneimittelforschung auf Genombasis usw. verwendet wird.

Obwohl die Erfindung bezüglich einer spezifischen Ausführungsform zwecks einer vollständigen und klaren Offenbarung beschrieben worden ist, sollen die beigefügten Ansprüche nicht derart begrenzt sein, sondern so aufgefasst werden, dass sie alle Abwandlungen und alternativen Konstruktionen verkörpern, auf die ein Fachmann kommen kann, die im Großen und Ganzen in die hierin dargelegte Grundlehre fallen.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Injizieren einer Substanz in eine Zelle, die umfasst:

einen Fließweg, durch den eine Zelle transportiert wird;

eine Detektionseinheit der transportierten Zelle, die die Zelle detektiert, die durch den Fließweg transportiert wird;

eine Zellenfangeinheit, die die Zelle fängt, die durch die Detektionseinheit der transportierten Zelle detektiert wurde;

eine Detektionseinheit der gefangenen Zelle, die die Zelle detektiert, die durch die Zellenfangeinheit gefangen wurde, und eine Position der gefangenen Zelle bestimmt; und

eine Substanzinjektionseinheit, die eine Substanz in die Zelle, die durch die Zellenfangeinheit gefangen wurde, auf der Basis der bestimmten Position injiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der dann, wenn die Detektionseinheit der transportierten Zelle die Zelle detektiert, die durch den Fließweg transportiert wird, die Zellenfangeinheit beginnt, die Zelle zu fangen, die durch den Fließweg transportiert wird. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der dann, wenn die Detektionseinheit der gefangenen Zelle die Zelle detektiert, die durch die Zellenfangeinheit gefangen wurde, die Substanzinjektionseinheit beginnt, die Substanz in die Zelle zu injizieren, die durch die Zellenfangeinheit gefangen wurde. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die ferner umfasst:

eine erste Bilderfassungseinheit, die ein erstes Beobachtungsbild eines Bereiches in dem Fließweg mit einer ersten Vergrößerung durch ein optisches System erfasst; und

eine zweite Bilderfassungseinheit, die ein zweites Beobachtungsbild der durch die Zellenfangeinheit gefangenen Zelle mit einer zweiten Vergrößerung durch das optische System erfasst, wobei sich die erste Vergrößerung von der zweiten Vergrößerung unterscheidet, und

die Detektionseinheit der transportierten Zelle auf der Basis des ersten Beobachtungsbildes die Zelle detektiert und

die Detektionseinheit der gefangenen Zelle auf der Basis des zweiten Beobachtungsbildes die Zelle detektiert und die Position bestimmt.
Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der

die Substanzinjektionseinheit eine Nadel enthält und

die Detektionseinheit der gefangenen Zelle ferner eine Form der Nadel und einen Zustand dessen detektiert, wie eine Einführungssubstanz von einer Spitze der winzigen Nadel entladen wird.
Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei der die Detektionseinheit der transportierten Zelle eine nächste Zielzelle detektiert, die durch den Fließweg transportiert wird, während die Substanzinjektionseinheit eine Substanz in die durch die Zellenfangeinheit gefangene Zelle auf der Basis der detektierten Position injiziert, wobei die nächste Zelle eine Zelle ist, in die die Substanzinjektionseinheit als Nächstes eine Substanz injiziert. Verfahren zum Injizieren einer Substanz in eine Zelle, mit den Schritten:

erstes Detektieren einer Zelle, die durch einen Fließweg transportiert wird;

Fangen der Zelle, die beim ersten Detektieren detektiert wurde;

zweites Detektieren der Zelle, die beim Fangen gefangen wurde;

Bestimmen einer Position der Zelle, die beim zweiten Detektieren detektiert wurde; und

Injizieren einer Substanz in die Zelle, deren Position beim Bestimmen bestimmt wurde.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem dritten Detektieren einer nächsten Zielzelle, die durch den Fließweg transportiert wird, während beim Injizieren die Substanz in die Zelle injiziert wird, wobei die nächste Zielzelle eine Zelle ist, in die als Nächstes eine Substanz zu injizieren ist.






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