マイクロ流路チップ セルソーター「On-chip Sort」 - セルソーター セルアナライザー フローサイトメトリー | オンチップ・バイオテクノロジーズ

マイクロ流路チップ セルソーター「On-chip Sort」

研究から産業まで、イノベーションの実現に貢献 On-chip®  Sort

On-chip® Sortのマイクロ流路チップ技術がセルソーターの常識を覆す

 マイクロ流路チップに、サンプルの検出、分離、回収の⼯程を集約したことで⼩型化・簡便操作を実現しました。本システムは、細菌から⽐較的巨⼤な細胞塊に加え、ドロップレット(オイル中の微⼩液滴)など幅広いサンプルの解析に貢献します。
特に、ドロップレットはピコリッタースケールにて膨⼤な数の微⽣物を培養・スクリーニングできる注⽬の技術です。従来のセルソーターでは不可能だったドロップレットの分離を我々のマイクロ流路技術により可能にしました。
これまでのセルソーターとは全く異なる原理で動作するOn-chip®Sortはサンプル解析の幅を広げ、研究・産業分野で活躍する皆様に貢献していきます。

On-chip® Sortの特徴

解析・ソーティングをマイクロ流路チップでオールインワン処理

■On-chip Sortシステムは、5.5 cm×4.0 cm  の⼩型マイクロ流路チップに、サンプルの解析から分離までの全⼯程を集約

■従来のセルソーターの原理と全く異なりOn-chip® SortのFlow shift⽅式では、サンプルを空気圧制御によりマイクロ流路中を移動せることで⽬的サンプルをソーティング
(特許5857357, 特許6031178)

簡単操作・メンテナンスフリー

■待ち時間不要で簡便な操作性を追求したワークフローを提供
■煩雑な装置の洗浄を必要としないメンテナンスフリーを実現

小型化・コンタミネーションフリー

■装置の⼩型化により、安全キャビネット内に設置することが可能

■使い捨てのマイクロ流路チップの使⽤により、コンタミネーションの⼼配なし

精密な流体制御・サンプルとシース液の幅広い選択

■空気圧により、マイクロ流路の流れを制御した分離⽅法を採⽤

■培養液やオイル等をシース液に選択することで幅広いサンプルの解析が可能

サンプルの例
・ 動物細胞
・ 植物細胞
・ 原⽣⽣物
・ 細菌/真菌
・ ドロップレット

シース液の例
・ 培養液
・ 等張液
・ 海⽔/淡⽔
・ オイル
・ 粘性の⾼い培地

光学系技術

■マイクロ流路チップの上部から最⼤3波⻑のレーザーが、マイクロ流路を流れるサンプルに照射

■蛍光は、最⼤6種類の検出器(FL)により広範囲・⾼感度の検出

■散乱光は、サンプル粒⼦の⼤きさの指標である前⽅散乱光(FSC)と内部構造の複雑さの指標である側⽅散乱光(SSC)を取得。マイクロ流路チップでのSSC取得は当社の独⾃技術(特許5382852)

細胞を封⼊したW/Oドロップレット・G MDのソーティング

■On-chip® Sortは、オイル中に分散した液滴である”ドロップレット”のソーティングを世界で初めて実現

■ドロップレットとは直径数十μmの微⼩な液滴であり、W/Oドロップレット(Water-in-Oil : 油中液滴)や、
液滴がゲルで固まったGMD (Gel Micro Drop : ゲルマイクロドロップ)を指す。
当社開発のOn-chip® Droplet Generatorで作製可能であり、微⽣物のシングルセル解析や培養などに利⽤

ドロップレットのソーティング例

 ドロップレット内部に封⼊された単⼀細胞を培養後、蛍光強度に基づきソーティングすることで、細胞が増殖したドロップレットのみを選択的にソーティングできる。

蛍光核酸プローブを用いた環境微生物のスクリーニング

 On-chip® Sortを⽤いたドロップレットの⾼速解析・ソーティングにより、環境中の⽬的酵素を⽣産する微⽣物や未培養微⽣物、⼈⼯的に変異導⼊した株などのスクリーニング系が構築できる。

W/O
ドロップレットに蛍光プローブと環境微⽣物を1細胞ずつ封⼊し、培養する。⼤量のドロップレットにシングルセルで区画化することで増殖速度の異なる多様な微⽣物が淘汰されることなく⻑期間培養および蛍光プローブを指標にスクリーニングできる。

ダメージフリーソーティング

■On-chip® Sortによるソーティングは、細胞増殖能や形態変化、遺伝⼦発現への影響が少ないことから、細胞へのダメージが少ないことが実証されている

■マイクロ流路を⽤いたソーティング原理が、従来のセルソーターで発⽣していた⾼い圧⼒差や浸透圧などの細胞ダメージを⼤きく軽減

従来型セルソーター On-chip Sort
シース液 指定 自由
圧力 高い(5−100PSI) 低い(1.3PSI)
超音波 液滴作製時に発生 なし
電荷 高電圧(細胞に電荷) なし
衝突 回収ポートに衝突(時速40km/h) なし

ソーティング方法の違いによる表現型への影響

ソーティングによる遺伝子変化の評価

 On-chip® Sortおよび従来⽅式のセルソーターを⽤いて細胞をソーティング後、遺伝⼦発現量の変化を調査。

⽣育に影響する「細胞増殖」や「アポトーシス」などの遺伝⼦について、On-chip®Sortでソーティングしたほうが遺伝⼦変化量が⼩さいことが明らかになった。

また、解析した全データに対して、発現パターンが⼤きく変わった遺伝⼦数は、従来のセルソーターに⽐較して1/5程度であった。

以上のことからソーティング⽅法の違いが、ストレスとして細胞に影響を与える可能性が⽰唆された。

レアセルソーティング

■On-chip® Sortはサンプルの”繰り返しソーティング”により希少細胞を短時間で正確に回収可能

■繰り返しソーティングは、従来⽅式のセルソーターでは細胞へのダメージや少量サンプル解析ができない等の理由から困難であったが、マイクロ流路技術によりこれを解決

繰り返しソーティング技術

 これまでのフローサイトメーターの概念を覆す⽅法であり、マイクロ流路技術を⽤いたダメージフリーソーティングにより実現。1回のソーティングに約10分-15分必要とし、3回の繰り返しソーティングを60分未満で実施。

繰り返しソーティングによるCTCの高純度回収

■⾎中循環腫瘍細胞(CTC)などのサンプル中に極微量しか存在しない細胞もOn-chip Sortシステムを⽤いることで短時間で純度良く回収

■⾼純度のCTCの解析により、癌の診断などの臨床試験に利⽤が期待される

 繰り返しソーティングにより、107-108個中のわずか数⼗個の⽬的細胞をロスなく、回収可能であることを実証した。

 溶⾎した⾎液細胞中に存在する極僅かな⽬的細胞(CTC)を特異的に染⾊し、繰り返しソーティングを実施した。繰り返しソーティング3回後の顕微鏡観察でCTCのみが⾼純度で回収できたことを確認した。

大型サンプル・シース液自由

■ 従来のセルソーターでは困難だった100 μm級の⼤型細胞もソーティング可能
■ シース液には、⽣理⾷塩⽔や培地、オイルなど細胞に適した選択が可能

【⼤型サンプル】 スフェロイド(細胞塊)のソーティング

 がん治療における薬効評価にはスフェロイド(細胞塊)を⽤いて薬剤感受性を⾒ることが重要である。薬剤の標的培養細胞や臨床材料からOn-chip® Sortにより⼀定サイズのスフェロイドをソーティングすることができる。

【シース液⾃由】 浸透圧に弱い原⽣⽣物のソーティング

 On-chip® Sortは細胞の破裂が起きない最適な⽣理的塩類溶液をシース液として選択でき、細胞ダメージも少ない分離ができるため、多種多様な動植物細胞のソーティングが実施できる。

解析サンプル例一覧

アプリケーション1  細胞を封⼊したW/Oドロップレット・GMDのソーティング

微生物
• ⼤腸菌
• 菌根菌
• 枯草菌
• 放線菌
• 麹菌
• カビ
• 酵⺟
• オイル産⽣藻類
• テトラヒメナ

環境サンプル
• ⼟壌細菌
• 海⽔・湖⽔中微⽣物
• 腸内細菌
• マイクロプランクトン

スクリーニング(HTS)
• CHO細胞
• ハイブリドーマ
• 無細胞翻訳系
• GPCR反応系

遺伝⼦
• デジタルPCR

⾮⽣物
• ビーズ
• PEG
• ゼラチン
• 低融点アガロース
• アルギン酸
• コラーゲン
など

アプリケーション2  ダメージフリーソーティング

細胞組織
• 肝細胞
• 筋細胞
• 軟⾻細胞
• 肺胞上⽪細胞
• プルキンエ細胞
• 網膜神経節細胞
• ⼼筋細胞
• 神経細胞
• 神経細胞核
• ⼩膠細胞
• 錐体細胞
• 脂肪細胞
• ⻭⾁上⽪前駆細胞
• 線維芽細胞
• ⾎管内⽪細胞
• 癌細胞

幹細胞
• 造⾎幹細胞
• iPS細胞
• 癌幹細胞
• ⻭根細胞(Muse)
• 間葉系細胞

⽣殖細胞
• 精⼦
• 卵巣細胞
• 受精卵

培養株
• クローニング細胞
• ゲノム編集細胞
• HeLa細胞

⾎中細胞
• T細胞
• B細胞
• NK細胞
• 好中球
• ⾎⼩板
• マクロファージ

その他の細胞
• ユスリカの細胞
• ラット神経細胞
• ⿂類始原⽣殖細胞
• ショウジョウバエの細胞
• マウス各組織細胞
• マウス卵
• ゼブラフィッシュの神経細胞
など

アプリケーション3  レアセルソーティング

がん細胞
• ⾎中循環腫瘍細胞(CTC)

幹細胞
• iPS未分化細胞除去
など

アプリケーション4  ⼤型サンプル・シース液⾃由

原⽣⽣物
• 線⾍(L1期)
• ミドリムシ
• シロアリ腸内原⽣⽣物
• 線⾍のタマゴ

細胞塊
• スフェロイド
• オルガノイド
• 癌幹細胞塊
• ⾻髄細胞クラスター

植物細胞
• 花粉
• 気孔細胞
• 葉⾁細胞
• プロトプラスト
など

装置の主な仕様

On-chip Flow On-chip® Sort
光学系と検出感度
レーザー 最大3本(405 nm、488 nm、561 nm、638 nm [カスタマイズ応相談])
測定パラメーター 前方散乱光(FSC)、側方散乱光(SSC)、6PMT(10パラメーターまで)
サイズ検出感度 FSC < 0.5μm、 SSC < 1.0 μm
蛍光感度 < 200 MESF FITC
データ分析能 4 decades, 18 bit
パルス解析 Height、Area、Width
検出波長 FL1(445/20 nm)、FL2(543/22 nm)、FL3(591.5/43 nm)
FL4(676/37 nm)、FL5(716/40 nm)、FL6(775/46 nm)
流路系統
フローセルチップ 交換型マイクロ流路チップ
チップ素材 樹脂
流路サイズ 80 μm × 80 μm、150 μm × 150 μm
流速(m/s) 500 mm/sec~
シースバッファー 樹脂素材が溶けなければどんな液体も利用可能。応相談。
サンプル・ボリューム 10 ~ 1000 μL
シース・ボリューム 1 ~ 9 mL (チップによる)
解析とソーティング
ソーティング手法 マイクロ流路内Flow Shift方式
純度 > 95% (細胞濃度による)
収率 > 80% (条件による)
細胞ダメージ なし(解析後サンプル回収可能) なし(1個からソーティング可能)
コンタミネーションフリー コンタミネーションなし チップ交換により全リザーバー、流路交換
無菌・バイオハザード対応 容易
送液圧力 0.3-3psi
解析速度 4,000 events/sec
分取速度 1000 targets/sec
操作開始までの時間 1〜2分 5分
シャットダウン 10秒(クリーニング不要)
安全性
エアロゾルの発生 なし
サイズと重量
サイズ(W×H×D、mm) 620 × 330 × 390
重量(kg) 40 kg 45 kg
制御PCと制御速度
PC ノートパソコン
OS Windows 10、64 bit
データフォーマット Own format and FCS3.0
電源
電源入力 AC100-240V, 50/60Hz
消費電力 < 240 VA

装置・消耗品 製品情報

装置(On-chip® Flow)

製品番号 製品名 仕様概要 レーザー 検出器
362F2001 On-chip® Flow HS Laser 3, FS, SS, FL(6 colors) 488 nm & 638 nm & 405 nm FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
362F2001G On-chip® Flow HSG Laser 3, FS, SS, FL(6 colors) 488 nm & 561 nm & 405 nm FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
362F2001GR On-chip® Flow HSGR Laser 3, FS, SS, FL(6 colors) 488 nm & 561 nm & 638 nm FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
262F2001 On-chip® Flow MS6 Laser 2, FS, SS, FL(6 colors) 488 nm & 405 nm FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
252F2001 On-chip® Flow MS5 Laser 2, FS, SS, FL(5 colors) 488 nm & 638 nm FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
252F2001G On-chip® Flow MS5G Laser 2, FS, SS, FL(5 colors) 488 nm & 561 nm FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
152F2001 On-chip® Flow LS5 Laser 1, FS, SS, FL(5 colors) 488 nm FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
132F2001 On-chip® Flow LS3 Laser 1, FS, SS, FL(3 colors) 488 nm FL2 FL3 FL4

装置(On-chip® Sort)

製品番号 製品名 仕様概要 レーザー 検出器
362S3001 On-chip® Sort HS Laser 3, FS, SS, FL(6 colors) 488 nm & 638 nm & 405 nm FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
362S3001G On-chip® Sort HSG Laser 3, FS, SS, FL(6 colors) 488 nm & 561 nm & 405 nm FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
362S3001GR On-chip® Sort HSGR Laser 3, FS, SS, FL(6 colors) 488 nm & 561 nm & 638 nm FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
262S3001 On-chip® Sort MS6 Laser 2, FS, SS, FL(6 colors) 488 nm & 405 nm FL1 FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
252S3001 On-chip® Sort MS5 Laser 2, FS, SS, FL(5 colors) 488 nm & 638 nm FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
252S3001G On-chip® Sort MS5G Laser 2, FS, SS, FL(5 colors) 488 nm & 561 nm FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
152S3001 On-chip® Sort LS5 Laser 1, FS, SS, FL(5 colors) 488 nm FL2 FL3 FL4 FL5 FL6
132S3001 On-chip® Sort LS3 Laser 1, FS, SS, FL(3 colors) 488 nm FL2 FL3 FL4

【レーザー】 Blue (488 nm)を標準に、Violet (405 nm)、Green (561 nm)、Red (638 nm)の中から2種類を選択した最⼤3種類を搭載(追加搭載も可能)
【検出器】 FL1からFL6の最⼤6種類まで選択
FL1 : 445/20 nm、 FL2 : 543/22 nm、 FL3 : 591.5/43 nm (緑レーザー使⽤時607/36 nm)、 FL4 : 676/37 nm、FL5 : 716/40 nm、 FL6 : 775/46 nm

消耗品(マイクロ流路チップ)

製品番号 製品名 材質 用途 マイクロ流路幅 包装単位
1002002 2D Chip-Z101 PMMA 分取⽤ 80 x 80 μm 10 chips/箱
1002002S 2D Chip-Z101S PMMA 滅菌済み分取⽤ 80 x 80 μm 10 chips/箱
1002004 Chip-Z1001 COP ⼤容量分取⽤ 80 x 80 μm 10 chips/箱
1002004S Chip-Z1001S COP 滅菌済み⼤容量分取⽤ 80 x 80 μm 10 chips/箱
1002005 2D Chip-Z1000-w150 COP 細胞集塊・巨細胞分取⽤ 150 x 150 μm 10 chips/箱
1002005S 2D Chip-Z1000-w150S COP 滅菌済み細胞集塊・巨細胞分取⽤ 150 x 150 μm 10 chips/箱

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