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進化する細胞分離・測定の技術と機器（４／６page）

TOPIX

● 細胞分離・細胞測定に利用される機器
   ◆ フローサイトメトラー（フローセルアナライザー｜フローセルソーター）
   ◆ イメージサイトメトラー
        ・セルマニュピレーションシステム（レーザータイプ（光ピンセット）｜電場タイプ）
        ・レーザーマイクロダイセクション
● 試薬・消耗品
● 受託サービス

■イメージサイトメトラー

イメージサイトメトラーは、顕微鏡による細胞の画像取得・画像解析を行うための機器の総称になります。
このカテゴリに含まれる機器には、顕微鏡をはじめとして、CCDカメラや専用ソフトウェアなどの画像撮影・解析に使用する機器全体が含まれますが、顕微鏡や画像解析装置については後の特集で紹介しますので、今回は顕微鏡下で細胞をハンドリングするための装置を紹介していきたいと思います。

イメージサイトメトリーで使用する細胞のハンドリング装置も、ガラスキャピラリーを用いて顕微授精などを行う接触型のマニュピレーターから、光や電場などを用いた非接触型の装置など、複数のカテゴリに分類することが出来ます。

その中でも（比較的）高速・連続的な細胞の分離・測定に特化した機器として非接触タイプの機器を紹介していきます。

●セルマニュピレーションシステム

ここから紹介する機器は顕微鏡下で細胞を直接観察しながら分離・回収する装置になります。細胞を操作する原理によりレーザータイプ（光ピンセット）と電場タイプの２つのカテゴリに分類することが出来ます。

◆レーザータイプ（光ピンセット）

光ピンセットとも呼ばれるこの装置は、溶液中の細胞に対してレーザー光を照射し、レーザー光が細胞を透過する際に発生する力を用いて細胞を操作します（図４）。

粒子・細胞の大きさが光の波長よりも十分大きく、粒子・細胞と溶液の屈折率が小さい場合、以下の関係が成り立ちます。

	①	レーザー光などの平行な光をレンズを通して粒子・細胞に当てると、表面で屈折して内部を通過していきます。この時、屈折した際の運動量変化を保存するため、粒子表面に対して垂直方向に力が発生します。例として、光aが粒子表面で屈折して粒子内に進入する際に発生する力をFa1とする。
	②	粒子・細胞内を通過した光が再び外に出る際にも、光は表面で屈折していきます。この時も同様に光の運動量変化を保存するため、粒子表面に対して垂直方向に力が発生します。ここでは、光aが粒子外へ出る際に発生する力をFa2とします。
	③	この２つの力（Fa1とFa2）の合計（合力）をFAとしたとき、同様に光bでもFb1とFb2、FBが得られます。このFAとFBの合力をFとし、粒子・細胞の浮力・重力との関係が「浮力＋F＝重力」の式で成り立つ場合に、粒子・細胞はその場所に固定されます。
	④	粒子・細胞を上に浮かべる場合にはFが強くなるようレーザー強度や焦点深度を上げます。粒子・細胞を横方向へ移動させる場合には、焦点位置を移動させたい方向へずらします。
光は波長と粒子の両方の特性を持っており、光が物質に当たるとその反作用としての力（光圧）が発生します。これは細胞などの粒子を光が透過・屈折・反射する際にも発生し、運動量として変換されます。変換された運動量は運動量保存の法則に従って保存、分配され、粒子・細胞を動かす力になります。これを顕微鏡下で溶液中の粒子・細胞に応用することで、粒子の操作を行います。細胞を操作する場合には、細胞に対するダメージを軽減させるため、近赤外波長のレーザー光がよく使用されます。

この時、用いるレーザー光には近赤外光など、細胞にダメージを与えにくいものを選択することで、長時間の操作を可能にしています。

この方法では溶液中の特定の細胞のみを処理することが出来るので、細胞懸濁液に対する特別な処理も必要なく、穏和な条件で研究を進めることが出来ます。

また、レーザー光源・光路を複数用意することで、複数の細胞を同時に操作できるので、細胞の回収のみならず細胞接着の研究や極性の研究など、測定以外のアプリケーションにも対応している点がメリットになります。
反面、研究者が自ら細胞を観察し、目的の細胞を確認する必要があるので大量処理には向きません。

また、これはイメージサイトメトリーに共通の問題ですが、得られる画像データは数値データに変換するのが難しく、大量のサンプルを用いた統計処理に向かない点がデメリットになります。

セルマニュピレーションシステムのレーザータイプ（光ピンセット）は、
盟和商事、タカラバイオ、東京インスツルメンツ、シグマ光機

【順不同/（株）は略】

などから販売されています。（製品カテゴリ：細胞-セルマニュピレーションシステム（レーザタイプ））

◆電場タイプ

ある電場における細胞とその周りのバッファーとの誘電率の差を利用し、そのとき生み出される電極と細胞との引力・斥力を利用した方法です。

細胞懸濁液の内部に配置した電極に電気をかけると、細胞と周りのバッファーとが電極に対して分極します。
この時、分極する極性は細胞・バッファーとの誘電率の差によって異なり、この誘電率を細胞と電極とが同極に分極するように調節することで、反発力を利用して細胞を任意の方向へ動かすことが出来ます（図４）。

細胞などの粒子を含む溶液中に電荷を与えると、電極とその周りの物質（溶液・粒子・細胞）は荷電します。この時の極性は印可電圧・溶液のイオン強度・誘電率などによって変化します。高い誘電率を持つ液体に粒子・細胞を懸濁し電極を用いて電荷を与えると、溶液は電極に対して逆の極性に分極し、粒子・細胞はその逆（電極と同じ極）に分極します。電極と細胞とが同じ極性に分極した際に生じる静電反発力を利用し、細胞を特定の方向に誘導させることが出来ます。

専用の流路に配置されたこれらの電極を駆使することで、流路内を流れる細胞を連続的に操作することが出来ます。

この方法は光ピンセットと同様、細胞に対して特別な処理も必要なく、穏和な条件で研究を進めることが出来ます。また、細胞の回収のみならず様々な実験操作ができるのも、光ピンセットと共通のメリットです。光ピンセットと異なる点として、このタイプの機器は専用の流路を用いることで、フローセルアナライザーのように連続的に細胞を処理できることがあげられます。

ただ、連続的に処理できるとはいえ、フローサイトメトリーに比べると大幅に処理速度はおとります。またイメージサイトメトリー共通のデメリットとして、得られる画像データは数値データに変換するのが難しく、大量のサンプルを用いた統計処理に向かない点がこの装置にもあげられます。

（製品カテゴリ：細胞-セルマニュピレーションシステム（電場タイプ））

次は、レーザーマイクロダイセクションシステムを見ていきます。

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