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JPH06311879A - バイオセンサ - Google Patents

バイオセンサ

Info

Publication number
JPH06311879A
JPH06311879A JP5053862A JP5386293A JPH06311879A JP H06311879 A JPH06311879 A JP H06311879A JP 5053862 A JP5053862 A JP 5053862A JP 5386293 A JP5386293 A JP 5386293A JP H06311879 A JPH06311879 A JP H06311879A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cells
cell
toxicity
culture container
biosensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5053862A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeyuki Miyamoto
重幸 宮本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP5053862A priority Critical patent/JPH06311879A/ja
Publication of JPH06311879A publication Critical patent/JPH06311879A/ja
Priority to US08/542,021 priority patent/US5702915A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/025—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】試料の毒性、特に細胞毒性を総合的に検出す
る。 【構成】個体撮像素子１の撮像面の上部に培養容器２が
保持され、この培養容器に細胞３と培地４が収容されて
いる。細胞に試料溶液を接触させ、これに含まれる化学
物質によって引き起こされる細胞形態の変化を個体撮像
素子によって検出し、試料の毒性を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバイオセンサに関し、特
に細胞毒性の総合的検出のためのバイオセンサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】多種多様な化学物質が薬剤などの用途と
して新規に製造されているため、これらの生体に対する
毒性や発がん性を検査することは非常に重要である。現
在、毒性、発がん性試験のほとんどは、ラットやマウス
を始めとする動物個体を用いた動物実験によっておこな
われている。また、動物実験の代替あるいは補助とし
て、動物細胞を用いた生体外試験法についても検討され
ている。例えば、成熟ラット肝細胞に四塩化炭素など肝
炎を誘起する肝臓毒を添加すると、グルタメートピルベ
ートアミノトランスフェラーゼ（ＧＰＴ）、グルタメー
トオキザロアセテートアミノトランスフェラーゼ（ＧＯ
Ｔ）、乳酸脱水素酵素（ＬＤＨ）などの酵素の漏出や細
胞形態の変化が認められることから、こられを指標とし
た肝臓毒検出の可能性が示されている（中村敏一「初代
培養肝細胞実験法」学会出版センター）。
【０００３】一方、有機物質、特に生体関連物質を特異
的、簡便、迅速に測定するためにバイオセンサが開発さ
れ、一部は実用化されている。最も盛んに開発されてい
るのは、酵素の高い基質特異性を利用した酵素センサで
ある。酵素センサの代表的なものは、電極の感応面に固
定化酵素膜を装着した構造を持ち、酵素膜中で起こる酵
素反応の際の電極活性物質を電極が検知する原理に基づ
いている。この原理によってグルコースセンサや尿素セ
ンサなどが開発されている。また、酵素の代わりに酵母
などの微生物を用いた微生物センサについても研究が進
められている。例えば、固定化微生物膜と酵素電極を組
み合わせ、微生物の呼吸活性を酸素消費量として測定す
ることにより、生物科学的酸素消費量（ＢＯＤ）計測な
どに応用されている。（鈴木周一編「バイオセンサー」
講談社サイエンティフィク）。
【０００４】細胞の形態情報により、細胞活性を始めと
する種々の細胞の状態を把握する方法は、例えば特開昭
５４−１６１９９１号公報に示されている。ここでは、
細胞試料を一定速度で移動させ、その形態情報をライン
スキャン型固体撮像素子で読み取り、その映像から細胞
診をおこなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の動物実験による
毒性検出法は、動物の確保、飼育用の設備に経費がかか
る、結果の定量性に乏しく毒性の判定に時間がかかるな
どの欠点がある。さらには大量の動物を犠牲にする動物
実験は、動物愛護の立場からも問題がある。
【０００６】動物細胞を用いた毒物試験は、これらの欠
点をある程度解決しているが、細胞や試料の添加、培
養、細胞活性の測定などの操作が必要であり、簡便な検
出法ではない。
【０００７】酵素センサは簡便、迅速に生体関連物質を
検出することができるが、酵素センサに使用できる酵素
は、電極で検出可能な生成物を生成する安定なものに限
られるため、酵素センサで測定できる項目は限られる。
また、酵素センサは原理的に一つの物質しか測定できな
いので、未知の試料の総合的な毒性を評価することはで
きない。すなわち、試料が種々の細胞毒性を有する物質
を種々の割合で含んでいる場合、全ての物質を同定し、
各々の物質のためのセンサを用いてその量を決定し、こ
れらの結果を総合的に判断して試料の毒性を決定すると
いう、極めて煩雑な操作をおこなわなければならない。
【０００８】また、微生物センサについては、未知の試
料の微生物に対する総合的な毒性を判定することが可能
であるが、動物細胞に対する毒性と微生物に対するそれ
とは量的、質的に必ずしも一致しないため、細胞毒性を
正しく評価することは難しい。
【０００９】本発明の目的は、試料の細胞毒性を迅速に
かつ総合的に評価するためのバイオセンサを提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明のバイオセン
サは、固体撮像素子と、この固体撮像素子の撮像面の上
部に保持された培養容器と、この培養容器に収容された
細胞と細胞の生育のための培地を含むものである。
【００１１】第２の発明のバイオセンサは、固体撮像素
子と、この固体撮像素子の撮像面の上部に保持された培
養容器と、この培養容器に収容された細胞と細胞の生育
のための培地と、この培養容器内に光を照射するための
光源とを含むものである。
【００１２】
【作用】本発明のバイオセンサは、細胞を備えており、
試料に対する細胞形態などの変化を個体撮像素子で検出
するので、試料の当該細胞に特異的な細胞毒性を検出す
ることが可能となる。また、細胞形態などを直接観察す
ることによって、試料の当該細胞に特異的な細胞毒性を
検出するので、試薬等の添加など、細胞活性測定のため
の操作が不要であり、簡便に測定できる。さらに、複数
種類の細胞毒性を有する物質を含む試料の細胞毒性を、
その各々の物質を定性、定量することなく総合的に判断
することが可能となる。
【００１３】
【実施例】次に本発明について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を示す断面図である。
【００１４】個体撮像素子１の撮像面のすぐ上に培養容
器２を設置し、この培養容器の中に培地４と共に細胞３
が存在している。毒性測定は次のようにおこなう。試料
を培養容器２の中に添加し細胞３と接触させ、必要であ
れば一定時間の培養をおこなった後、細胞の死滅や損
傷、形態の変化などの画像情報を個体撮像素子の出力と
して取り出す。この出力によって試料の毒性を判定す
る。
【００１５】本実施例のバイオセンサは細胞３を備えて
いるので、このセンサから得られる情報は用いている細
胞３に特異的な毒性を反映している。また、試料が種々
の細胞毒性を有する物質を種々の割合で含んでいる場
合、得られるセンサの応答は各々の物質の毒性の程度と
各々の含量を総合した試料の正味の毒性を示す。さら
に、本実施例のバイオセンサは細胞画像情報から細胞障
害の程度を判断するため、細胞活性測定の操作が不要で
あり、簡便に毒性が測定できる。
【００１６】細胞３としては、種々の種類の細胞を用い
ることができる。培養容器内で浮遊して生育する細胞よ
りも、細胞形態の観察が容易な、培養容器底面に接着し
て生育する細胞の方が適する。細胞は、検出したい物質
に感受性の高いものを選ぶ。例えば、神経毒の検出のた
めには神経細胞を、肝臓毒の検出には肝細胞を用いると
良い。さらに、複数種類の細胞を混合して用いることも
できる。この場合、各々の種類の細胞を培養容器底面の
別々の表面にパターンしておくと、各々の種類の細胞形
態が判別し易くなる。培地４は用いる細胞の培養に適当
なものを用いる。
【００１７】本バイオセンサは、個体撮像素子１の特性
に合った強さの光を必要とする。外部からの光は、培養
容器２の上部から培地４、細胞３、培養容器２を通過し
て個体撮像素子１に達し、ここで細胞の形態が検出され
る。そのため、培養容器２は透明ポリスチレンなどの透
明プラスチックや透明ガラスなどの光のレンズ、フィル
タ、絞り、ピンホール、スリット、偏向板、光散乱板
や、入射光を特定の波長に制限するための色フィルタを
単独あるいは組み合わせて置くと、素子の特性にあった
光を照射することができ、画像情報のシグナルを改善で
きる。これらの要素を培養容器２と個体撮像素子１の間
に挿入しても同様な結果が得られる。また、培養容器２
と個体撮像素子１の間に結像のためのレンズ系を挿入す
ることにより、さらに良好な細胞画像を得ることができ
る。
【００１８】遺伝子操作による改変などにより、発光す
る物質を有する細胞を本バイオセンサに適用すれば、こ
のセンサを暗所で使用することより、細胞の発光の変化
に基づいた毒物検出手段となる。
【００１９】図２は、本発明の第２の実施例を示す断面
図である。この第２の実施例のバイオセンサは図１に示
した第１の実施例のバイオセンサに加えて、培養容器２
の上部に光源５が設けられている。本バイオセンサは外
部から光入射しないような条件で使用する。光源として
は電球、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンス素
子などが利用できる。本バイオセンサは光源への印加電
圧の調節による照射光量の制御が容易であるので、より
良好な細胞画像を得ることができる。
【００２０】次に、第２の実施例のバイオセンサを用い
た測定の例を説明する。ＮＥＣ製のインターライン転送
方式ＣＣＤ撮像素子（撮像面サイズ１／２インチ、画素
数６８３×４９２）の撮像面に底面２０×１５ｍｍ、高
さ１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの透明ポリスチレン製培養
容器を取り付け、この培養容器内部に約５０万個の株化
肝細胞（ＨｅｐＧ２）を含むＭＥＭ培地１ｍｌを入れて
３７℃、水蒸気飽和、５％二酸化炭素の条件で２４時間
放置し、培養容器底面に肝細胞を接着させた。このバイ
オセンサを駆動装置に接続し、シャープ製超高輝度型発
光ダイオード（ＧＬ−５Ｕｒ３Ｋｌ）を、バイオセンサ
培養容器上部２０ｃｍの位置に培養容器を照らすように
固定した。バイオセンサ培養容器内部に四塩化炭素を終
濃度５ミリモルになるように加え、３７℃、水蒸気飽
和、５％二酸化炭素の条件で３時間放置して細胞数や形
態の変化を画像情報として記録した。
【００２１】
【発明の効果】本発明のバイオセンサは、細胞を備えて
おり、試料に含まれる化学物質によって引き起こされる
細胞形態の変化を個体撮像素子によって検出し、試料の
毒性を判定する。そのため、センサに用いた細胞に特異
的な細胞毒性を、総合的かつ簡便に測定できるので、細
胞毒性のスクリーニングなどに非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 個体撮像素子 ２ 培養容器 ３ 細胞 ４ 培地 ５ 光源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体撮像素子と、この固体撮像素子の撮
    像面の上部に保持された培養容器と、この培養容器に収
    容された細胞と細胞の生育のための培地とを含むことを
    特徴とするバイオセンサ。
  2. 【請求項２】 固体撮像素子と、この固体撮像素子の撮
    像面の上部に保持された培養容器と、この培養容器に収
    容された細胞と細胞の生育のための培地と、この培養容
    器内に光を照射するための光源とを含むことを特徴とす
    るバイオセンサ。
JP5053862A 1993-03-15 1993-03-15 バイオセンサ Pending JPH06311879A (ja)

Priority Applications (2)

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JP5053862A JPH06311879A (ja) 1993-03-15 1993-03-15 バイオセンサ
US08/542,021 US5702915A (en) 1993-03-15 1995-10-12 Toxicity detecting biosensor system

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Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19960806