(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む、サンプルに処理を行うためのユニット式微粒子処理カートリッジ：
サンプルを受け取るための投入口、サンプルを処理するための処理領域および処理済サンプルを排出するための1つまたは複数の排出口を含み、ユニット式微粒子処理カートリッジの外側に取り付けられている、サンプルを処理するためのマイクロ流体微粒子処理コンポーネント；および
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントの投入口および1つまたは複数の排出口のそれぞれと流体連通している1つまたは複数の流体チャンバであって、該流体チャンバのそれぞれが1つまたは複数の流体接触表面を含み、該流体接触表面がユニット式微粒子処理カートリッジ内に封入されかつユニット式微粒子処理カートリッジの外側の外部環境から密封されている、1つまたは複数の流体チャンバ；および
ユニット式微粒子処理カートリッジから処理済サンプルを抽出するための、少なくとも1つの該1つまたは複数の流体チャンバおよび外部環境と流体連通している密封可能なサンプル抽出ポート。
【請求項２】
ユニット式微粒子処理カートリッジ内で処理されるサンプルを投入するための、1つまたは複数の流体チャンバのうち少なくとも1つと流体連通している密封可能なサンプル投入ポートをさらに含む、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項３】
1つまたは複数の流体チャンバのうち少なくとも1つが、処理前にサンプルを貯蔵するためのサンプル投入チャンバを含む、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項４】
1つまたは複数の流体チャンバのうち少なくとも1つが、処理後にサンプルを貯蔵するための処理済サンプルチャンバを含む、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項５】
処理済サンプルから上清を除去するための、該処理済サンプルチャンバより下流に配置されたフィルタをさらに含む、請求項4記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項６】
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントにシース流体を提供するシース流体リザーバ、および上清を処理済サンプルチャンバからもとのシース流体リザーバへと再循環させるための導管をさらに含む、請求項4記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項７】
除去された上清から微生物を除去するためのトラップフィルタをさらに含む、請求項5記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項８】
上清の微生物検査を可能にするためトラップフィルタがカートリッジから取り外し可能である、請求項7記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項９】
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントが、サンプルを処理するための処理領域内に配置される処理コンポーネントを含む、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項１０】
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントが、サンプル中のあらかじめ定められた特性を有さない微粒子から、サンプル中のあらかじめ定められた特性を有する微粒子を選別するための、処理領域内に配置された微粒子選別コンポーネントを含む、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項１１】
サンプルを処理するための方法であって、以下の段階を含む方法：
サンプルをユニット式微粒子処理カートリッジ（100）に装填する段階であって、該カートリッジが、サンプルを処理するためのマイクロ流体微粒子処理コンポーネントの外側にあり且つマイクロ流体微粒子処理コンポーネントの投入口および1つまたは複数の排出口のそれぞれと流体連通している1つまたは複数の流体チャンバを含む、段階；
流体チャンバの全ての流体接触表面がカートリッジ内に封入され且つ密封されるように、カートリッジを密封する段階；
該密封されたカートリッジをオペレーティングマシンに挿入する段階；
該カートリッジ内に密封されたサンプルに対して処理を行うよう該オペレーティングマシンに指示する段階；および
外部環境および少なくとも1つの該1つまたは複数の流体チャンバと流体連通している密封可能な抽出ポートを介して該カートリッジから処理済サンプルを取り出す段階。
【請求項１２】
以下の段階をさらに含む、請求項11記載の方法：
抽出ポートを介してユニット式微粒子処理カートリッジから廃棄物を取り出す段階。
【請求項１３】
オペレーティングマシンが、マイクロ流体微粒子処理コンポーネント内のサンプルに対してユニット処理を行うため、電気的手段、機械的手段、空気式手段、光学的手段、および磁気的手段のうち1つを用いる、請求項11記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも1つの流体チャンバがサンプルに対して処理を行うための化学試薬を貯蔵する、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項１５】
化学試薬が、微粒子処理コンポーネントを用いて行われる微粒子の処理プロトコルに特有である、請求項14記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項１６】
化学試薬が、サブセットを濃縮または除去するためのビーズを含む、請求項14記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項１７】
複数の流体チャンバのうち第一のチャンバが、サンプルに対してビーズに基づく除去または検出を行うためのビーズを貯蔵する、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項１８】
ビーズが、CD4発現細胞に結合する抗CD4抗体でコーティングされた磁性ビーズである、請求項17記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項１９】
複数のチャンバのうち第二のチャンバが、ビーズと混合するために第一のチャンバに細胞懸濁液を供給する、請求項17記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項２０】
複数のチャンバのうち第三のチャンバがビーズとの反応後に細胞懸濁液を受け取る、請求項19記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項２１】
サンプルが、バイオセーフティフード内でカートリッジに装填されかつカートリッジから取り出される、請求項11記載の方法。
【請求項２２】
処理が、あらかじめ定められた特性に基づいて微粒子を選別する段階を含む、請求項11記載の方法。
【請求項２３】
サンプルを装填する前に、密封されたカートリッジに試薬が装填される、請求項11記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも2つのチャンバが互いに強固に接続されている、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項２５】
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントと流体連通状態となるように少なくとも1つの流体チャンバを設置する、流体チャンバを規定するユニット式微粒子処理カートリッジのボディに対してマイクロ流体微粒子処理コンポーネントを収容するためのホルダをさらに含む、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項２６】
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントが、ユニット式微粒子処理カートリッジのボディに対して個別に形成される、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項２７】
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントが、ユニット式微粒子処理カートリッジのボディに対して取り外し可能である、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項２８】
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントが、交換可能であり、かつサンプルに対して行われる処理に基づいて選択される、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項２９】
ユニット式微粒子処理カートリッジのボディが、リザーバトレイおよびリザーバカバーを含む、請求項26記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項３０】
処理器具が、サンプルの処理のための、マイクロ流体微粒子処理コンポーネントに対する作動手段を提供する、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項３１】
処理器具の交換可能かつ廃棄可能なコンポーネントである、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項３２】
抽出ポートまたは第二の抽出ポートが、外部環境およびカートリッジから廃棄物を抽出するための流体チャンバのうち少なくとも1つと流体連通している、請求項1記載のユニット式微粒子処理カートリッジ。
【請求項３３】
処理済サンプルをカートリッジから取り出す前に流体チャンバの1つにおいて処理済サンプルを回収する段階をさらに含む、請求項11記載の方法。
【請求項３４】
以下を含む、サンプルに対して処理を行うためのユニット式微粒子処理カートリッジ：
サンプルを受け取るための投入口、サンプルを処理するための処理領域および処理済サンプルを排出するための1つまたは複数の排出口を含み、ユニット式微粒子処理カートリッジの外側に取り付けられている、サンプルを処理するためのマイクロ流体微粒子処理コンポーネント；
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントの外側にあり且つマイクロ流体微粒子処理コンポーネントの投入口および1つまたは複数の排出口のそれぞれに流体連通している1つまたは複数の流体チャンバであって、該流体チャンバのそれぞれが1つまたは複数の流体接触表面を含み、該流体接触表面がユニット式微粒子処理カートリッジ内に封入され且つユニット式微粒子処理カートリッジの外側の外部環境から密封され、該流体チャンバの少なくとも1つが処理後にサンプルを貯蔵するための処理済サンプルチャンバを含む、1つまたは複数の流体チャンバ；
処理済サンプルをユニット式微粒子処理カートリッジから抽出するための、少なくとも1つの該1つまたは複数の流体チャンバおよび外部環境と流体連通している密封可能なサンプル抽出ポート；
処理済サンプルチャンバの下流に排出される処理済サンプルから上清を取り除くように適合されたフィルタ；および
取り除いた上清をシース流体リザーバへと戻して再循環させるための、再循環用導管。
【請求項３５】
サンプルに対して処理を行うためのユニット式微粒子処理カートリッジであって、
サンプルを受け取るための投入口、サンプルを処理するための処理領域および処理済サンプルを排出するための1つまたは複数の排出口を含み、ユニット式微粒子処理カートリッジの外側に取り付けられている、サンプルを処理するためのマイクロ流体微粒子処理コンポーネント；
マイクロ流体微粒子処理コンポーネントの外側にあり且つマイクロ流体微粒子処理コンポーネントの投入口および1つまたは複数の排出口のそれぞれに流体連通している1つまたは複数の流体チャンバであって、該流体チャンバのそれぞれが1つまたは複数の流体接触表面を含み、該流体接触表面がユニット式微粒子処理カートリッジ内に封入され且つユニット式微粒子処理カートリッジの外側の外部環境から密封される、1つまたは複数の流体チャンバ；および
処理済サンプルをユニット式微粒子処理カートリッジから抽出するための、少なくとも1つの該1つまたは複数の流体チャンバおよび外部環境と流体連通している密封可能なサンプル抽出ポートを含み、
ここで、マイクロ流体微粒子処理コンポーネントが、サンプル中の予め定められた特性を有する微粒子の濃度を上昇させるための微粒子濃縮コンポーネントを含む、ユニット式微粒子処理カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、あらかじめ定められた特徴に基づいて微粒子を選別するための方法および装置など、微粒子を処理するための方法および装置に関する。
【０００２】
関連出願
本発明は、その内容が参照により本明細書に組み入れられる、2004年12月3日に提出された米国特許仮出願第60/633,396号「Unitary Cartridge for Particle Sorting」の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
微粒子を処理するための従来のシステムは、個別に製造され現場で組み立てられる、個別で非一体式の複数のコンポーネントに依存している。このような従来のシステムは扱いにくく、かつ、潜在的な汚染の問題が生じる可能性もある。
【０００４】
例えば、従来の微粒子選別システムにおいて、選別対象の微粒子または細胞は液体の媒質中に懸濁され（懸濁液）、この媒質がリザーバ、チューブ、チャンバ、ノズル、および／または継ぎ手の集合物（本明細書において集合的に「流体接触表面」という）を通過する。従来の高速光学式ソーターにおいて、懸濁液はノズルを通過し、液滴の流れとして形成されてから（エアロゾル相）、目的のチャンバ内に捕捉される。液滴流（エアロゾル）は、液滴流から明確に密封されていないシステム内のいかなる領域にも接触するかまたはこれを汚染する。なぜならば、それ以外の方法で、逸れたエアロゾルまたは不適切に形成されたエアロゾルが全方向に飛散しないことを保証することは困難だからである。このため、エアロゾル相から明確に密封されていない全表面も「流体接触表面」の一部とみなされる。
【０００５】
微粒子選別および他の微粒子処理を用いる多くの用途、特に臨床用途または前臨床研究において、「オペレータの隔離」および／または「製品の隔離」を確実にすることが重要である。オペレータの隔離とは、例えば懸濁液中に感染性物質が存在する可能性がある場合などに、微粒子懸濁液への曝露からオペレータを保護することをさす。製品の隔離とは、環境からの汚染または前に選別システムを通過した懸濁液からの汚染を含む、懸濁液以外からの極微量物質による汚染から懸濁液を隔離することを指す。
【０００６】
従来の選別システムおよび他の微粒子処理システムは、オペレータの隔離を提供するため、密封された環境チャンバ内で操作する必要がある。しかし、この種のシステムは手動操作で機能させることが困難である。従来のシステムは、製品の隔離を保証するためすべての流体接触表面を交換または清掃する必要があり、かつ、従来の流体接触表面の分解、清掃、または交換に必要な手動工程はオペレータの隔離を破るリスクをもたらす。
【発明の開示】
【０００７】
発明の概要
本発明は、マイクロ流体式微粒子処理技術に使用するためすべての流体接触表面が封入された、微粒子選別などの微粒子処理を行うための単一の使い捨てカートリッジを提供する。流体接触表面の封入により、オペレータの隔離および／または製品の隔離が確保、向上、または促進される。カートリッジは微粒子処理のための任意の好適な技法を用いていてもよい。
【０００８】
本発明の第一の局面において、サンプルに処理を行うためのユニット式微粒子処理カートリッジは、サンプルを処理するための微粒子処理コンポーネントと、ユニット式微粒子処理カートリッジの中に封入された複数の流体接触表面とがその上に形成されたユニット式微粒子処理カートリッジを含む。ユニット式微粒子処理カートリッジ中のすべての流体接触表面は封入されかつ外部環境から密封される。
【０００９】
本発明の別の局面において、微粒子選別システムは、微粒子選別コンポーネント；選別対象の微粒子を微粒子選別コンポーネントに提供するための、微粒子選別コンポーネントより上流の微粒子供給源；微粒子を懸濁するためのシース流体を提供するためのシース流体リザーバ；および選別された微粒子を回収するための、微粒子選別コンポーネントより下流の保持チャンバがその上に形成されたユニット式カートリッジを含む。
【００１０】
本発明のさらに別の局面において、サンプルを処理するための方法は、ユニット式微粒子処理カートリッジをオペレーティングマシンに挿入する段階、およびユニット式微粒子処理カートリッジ内に密封されたサンプルに対して処理を行うようオペレーティングマシンに指示する段階を含む。
【００１１】
別の局面において、微粒子処理システムは、複数のサンプルに並列処理を行うための複数のマイクロチャネルおよび処理手段を含む微粒子処理チップ；微粒子処理チップへの物質の提供および微粒子処理チップからの物質の受け取りを行うための、複数のチャンバおよび流体経路を含むカートリッジ；カートリッジのチャンバおよび流体経路をマイクロチャネルと流体連通状態にするため微粒子処理チップをカートリッジに取り付けるためのホルダ；ならびに処理済サンプルをマイクロチャネルから受け取りかつ集合させるための複数の集合チューブを含む。
【００１２】
さらに別の局面において、サンプルに処理を行うためのユニット式微粒子処理カートリッジは、サンプルを処理するための微粒子処理コンポーネント；少なくとも1つの流体チャンバおよび少なくとも1つの流体経路を含み、ユニット式微粒子処理カートリッジ内に封入された複数の流体接触表面であって、ユニット式微粒子処理カートリッジ内のすべての流体接触表面が封入されかつ外部環境から密封されている複数の流体接触表面；ならびにカートリッジのチャンバ内に貯蔵されたサンプルに処理を行うための化学物質試薬がその上に形成されたユニット式微粒子処理カートリッジを含む。
【００１３】
本発明の別の局面において、サンプルを処理するための微粒子処理コンポーネント；少なくとも1つの流体チャンバおよび少なくとも1つの流体経路を含み、ユニット式微粒子処理カートリッジ内に封入された複数の流体接触表面であって、ユニット式微粒子処理カートリッジ内のすべての流体接触表面が封入されかつ外部環境から密封されている複数の流体接触表面；およびサンプルに対してビーズに基づいた除去または検出を行うために用いられるビーズであって、カートリッジの第一のチャンバ内に貯蔵されたビーズがその上に形成されたユニット式微粒子処理カートリッジを含むユニット式微粒子処理カートリッジが、サンプルに処理を行うために提供される。
【００１４】
本発明のさらに別の局面において、サンプルを処理するための方法が提供される。この方法は、密封されたユニット式微粒子処理カートリッジを提供する段階、およびその密封されたユニット式微粒子処理カートリッジをバイオセーフティフードに入れる段階を含み、このバイオセーフティフード内で、処理対象のサンプル、およびサンプルに処理を行うための処理手段が、密封されたユニット式微粒子処理カートリッジに装填される。次に、密封されたユニット式微粒子処理カートリッジがオペレーティングマシンに挿入される。オペレーティングマシンは、前記処理手段を用いて、ユニット式微粒子処理カートリッジ内に密封されたサンプルの処理を行うように操作される。次に、密封されたユニット式微粒子処理カートリッジがオペレーティングマシンから取り出され、バイオセーフティフード内で、密封されたユニット式微粒子処理カートリッジから処理済サンプルが取り出される。
【００１５】
発明の詳細な説明
本発明は、微粒子選別を含む微粒子処理をサンプルに対して行うためのユニット式カートリッジを提供する。以下に、例示的態様に関して本発明を説明する。当業者は、本発明が多数の異なる適用および態様において実施できること、およびその応用において本明細書に記載の特定の態様に具体的に限定されるわけではないことを理解すると思われる。
【００１６】
本明細書において、「カートリッジ」とは、一体として移送または移動され得る単一のユニット式の物体として一緒に連結されたチャンバおよび／または流体経路の集合を指す。カートリッジ内の少なくともいくつかのコンポーネント（チャンバなど）は強固に連結されていてもよく、一方、他のコンポーネント（チャンバを接続するチャネルまたはチューブなど）は柔軟に連結されていてもよい。
【００１７】
本明細書において「マイクロ流体」という用語は、マイクロスケールの寸法を有する少なくとも1つのチャネルを含む、流体サンプルを取り扱い、処理し、排出し、および／または分析するためのシステムまたは機器を指す。本明細書において「チャネル」という用語は、液体および気体などの流体の移動を可能にする、媒質の中にまたは媒質を通って形成された経路を指す。「マイクロチャネル」という用語は、好ましくはマイクロ流体システムまたはマイクロ流体機器の中に形成され、断面の寸法が約1.0μm〜約250μm、好ましくは約25μm〜約150μm、最も好ましくは約50μm〜約100μmの範囲であるチャネルを指す。当業者であればマイクロチャネルの適切な容積および長さを決定できると思われる。これらの範囲は上限および下限として上記の値を含むことが意図される。マイクロチャネルは選択された任意の形状または配置であってよく、例として、線形または非線形の構成、およびU字型の構成を含む。
【００１８】
図1は、先行技術による従来の微粒子選別システムにおける流体接触表面システムの該略図である。図に示すように、従来システム10は、細胞供給源12およびシース流体のリザーバ14を含み、これらは、懸濁された粒子の挙動良好なコアフローを確立するのに用いられる。チューブ16、18は細胞供給源12およびシースチャンバ14を選別ノズル20に接続する。液滴のエアロゾル相領域22は選別ノズル20により生成され、1つまたは複数の捕捉チャンバ24a、24b（図中に保持1または保持2で示す）がこれに続き、選択された細胞または微粒子のサブセットがこれらチャンバ内へと誘導される。
【００１９】
図1の従来の選別システム10において、流体接触表面は少なくとも7つの異なるコンポーネント、およびエアロゾル相領域22に隣接したすべての表面を含む。なぜならば、フロー開始時またはフロー遮断事象中に液滴は全方向に飛散し得るからである。必然的に、この種の従来システム10において、「保持」チャンバ24a、24bは、液滴がアクセスできるようオープンチャンバでなければならない。オープンチャンバは汚染を誘導もしくは発生させるか、またはオペレータをチャンバ内の物質に曝露する可能性がある。外部ポート（図には示していない）を介して細胞供給源12およびシースリザーバ14に加えられた空気（気体）圧を用いて、これらリザーバから流体を駆出してもよい。圧力ポートは無菌フィルタによってロックされてもよいが、このことは清掃または使い捨てされる物体がさらに存在することを意味する。
【００２０】
従来の選別システム10のコンポーネントは、典型的に、互いからまたは環境から密封されていない、個別に移動できる要素である。これら個別のコンポーネントはまた、同じ基板上に構築されてもいない。
【００２１】
本出願全体を通じて、ユニット式微粒子処理カートリッジの異なる態様の類似のコンポーネントに同様の参照番号が付されている場合がある。
【００２２】
図2に、多くのそして好ましくはすべての流体接触表面が本発明の1つの例示的態様に基づいて封入されている、サンプルに処理を行うための微粒子処理カートリッジ100を示す。この例示的なユニット式微粒子処理カートリッジ100は、サンプルに対して任意の好適な処理または複数の処理を行うように設計されていてもよい。好ましくは、ユニット式微粒子処理カートリッジはサンプルに対してマイクロ流体処理を行う。カートリッジは、カートリッジ100に装填されたサンプル（懸濁液など）に対して1つまたは複数のユニット処理を適用することを可能にする1つまたは複数の微粒子処理サブシステム110を含んでいてもよい。微粒子処理サブシステム110はカートリッジ100に対して個別に挿入および取り外しされてもよく、または、カートリッジ基板上に一体式に形成されていてもよい。例えば、カートリッジ基板は、微粒子処理サブシステム110を受けるための凹部またはチャンバがその中に形成されていてもよい。ユニット式カートリッジ100に組み込んでもよいユニット処理のいくつかの例としては、微粒子のインキュベーションまたは染色、微粒子の洗浄（上清を精製する変異形を含む）、懸濁液中の微粒子の加温または冷却、細胞または他の微粒子と化学物質またはビーズとの混合、サイズに基づく微粒子のフィルタリング、懸濁液中の微粒子のサブセットの除去または濃縮、微粒子の選別、および当技術分野において公知のその他好適なプロセスなどがあるが、それに限定されるわけではない。
【００２３】
理想的には、研究または臨床用途用の細胞などの微粒子を本発明の例示的態様のユニット式カートリッジ100を用いて調製するため、ユーザーは細胞懸濁液などの「ソース」をサンプル投入ポート102を介してカートリッジに装填し、処理用サブシステム110を用いてカートリッジを操作し、可能な限り処理完了した状態の最終産物を処理済サンプル排出ポート106を介して抽出する。シース流体、溶液、混合懸濁液、および磁性ビーズなどの処理手段が必要な場合、プロセッサ投入ポート104を介して処理手段をカートリッジ100に装填し、処理手段供給源114に貯蔵してもよい。または、単一のポートがサンプル投入ポートおよびプロセッサ投入ポートの両者として機能してもよい。抽出ポート108を用いて処理用サブシステム110の副産物にアクセスしてもよい。
【００２４】
各ポートとサブシステム110との間に配置された複数のチャンバが提供されていてもよい。好ましくは、少なくともいくつかのチャンバは、互いに強固に接続されてユニット式カートリッジ100を形成する。図に示すように、例示的なカートリッジ110は、処理対象のサンプルを貯蔵するためのサンプル投入チャンバ112を含み、これはサンプル投入ポート102によって提供されていてもよい。サンプル投入チャンバ112は流体経路116を介して処理用サブシステム110と流体連通している。処理手段投入チャンバ114はプロセッサ投入ポート104を介して提供された処理手段を貯蔵してもよい。流体経路118は処理手段投入チャンバ112を微粒子処理コンポーネント110に流体的に接続する。「保持」チャンバ124aとして図示されている処理済サンプルチャンバは、処理用サブシステム110によって処理されたサンプルを貯蔵し、かつ流体経路126を介して微粒子処理コンポーネント110に流体的に接続されていてもよい。抽出ポート106などのサンプル排出ポートを用いて処理済サンプルチャンバからサンプルを回収してもよい。「保持」チャンバ124bとして図示されている副産物排出チャンバは、選別システム内の選択されなかった微粒子または別の処理用の副産物溶液など、サブシステムを使って行われた処理の副産物を貯蔵してもよい。副産物は、別の流体経路128を用いて微粒子処理コンポーネント110から副産物排出チャンバ124bに提供されてもよい。流体経路と連絡した複数の空気ポート101、103、105、および107は、圧力を加えて、カートリッジを通る流体の流動を促進する。さらに、行われる処理の種類に応じて、複数の追加のポート、チャンバ、および流体経路がカートリッジ内に提供されていてもよい。
【００２５】
本発明の例示的態様のユニット式カートリッジ100を用いて種々のプロセスを行ってもよい。例えば、本発明の例示的態様のユニット式微粒子処理カートリッジを用いて、微粒子のインキュベーションまたは染色を行ってもよい。例えば、ユニット式微粒子処理カートリッジを用いた1つの適用において、表面にCD4を発現している細胞を選択的に標識するため、蛍光体標識した抗CD4マウス抗体を含有する溶液とともに懸濁液を混合およびインキュベートしてもよい。
【００２６】
別の適用において、ユニット式微粒子処理カートリッジ100を用いて、懸濁液中の微粒子の洗浄を行ってもよく、これには上清を精製する変異形も含まれる。例えば、上述のようなインキュベーションの後、結合しなかった蛍光体がCD4陽性細胞を同定するための光学的手段に干渉しないよう、結合しなかった抗体を除去することが望ましい可能性がある。懸濁液中の微粒子の洗浄は、最初のチャンバからフィルタを通して懸濁液をポンプ輸送して細胞を上清から分離することによって、ユニット式微粒子処理カートリッジ100で行うことができる。次に、抽出した細胞は元のチャンバに戻されてもよく、一方、精製された上清が元のチャンバに加え戻される前に、上清中に抗体が残っていればこれを沈殿させるため、上清は、結合したタンパク質Aまたは抗マウス抗体を含有するカートリッジ内の別のチャンバに送られる。結合しなかった抗体が上清から十分に除去されるまで、この処理を続けてカートリッジ内を循環させてもよい。
【００２７】
別の適用において、ユニット式微粒子処理カートリッジ100は、その中に装填された懸濁液の加温および／または冷却を行ってもよい。例えば、カートリッジの各チャンバまたは領域が異なる温度に保たれるかまたはユニット式微粒子処理カートリッジの操作中にその温度が変更され得るよう、オペレーティングマシンによって加温および／または冷却用のパッドまたは領域をカートリッジに提供してもよい。ユニット式微粒子処理カートリッジの選択されたチャンバまたは領域内の温度を制御するための任意の好適な手段を用いてよい。
【００２８】
別の適用において、ユニット式微粒子処理カートリッジ100は、細胞などの微粒子と、化学物質、ビーズ、または別の物質との混合を行ってもよい。例えば、カートリッジ100の第一のチャンバ内の細胞懸濁液を、化学物質、ビーズ、または、化学物質もしくはビーズを含有する溶液を含有する第二のチャンバへとポンプ輸送または駆出してもよい。第二のチャンバは、混合を増強または制御するため、オペレーティングマシンによる磁気的または機械的な手段によって駆動されてもよいローターまたは撹拌棒を含んでいてもよい。
【００２９】
さらに別の適用において、ユニット式微粒子処理カートリッジ100は、サイズに基づく微粒子（細胞など）のフィルタリングを行ってもよい。例えば、カートリッジの第一のチャンバ内の細胞懸濁液を、特定のサイズ以下の細胞または微粒子のみが第二のチャンバに流入することを許容するフィルタを介して、第二のチャンバへとポンプ輸送してもよい。この操作により、サイズによって規定された細胞の部分母集団が第二のチャンバ内に生成される。
【００３０】
別の適用において、ユニット式微粒子処理カートリッジ100は、磁性ビーズにより細胞サブセットを除去または濃縮してもよい。例えば、表面にCD4を発現している細胞が、抗CD4抗体でコーティングした磁性ビーズに結合するよう、カートリッジの第一のチャンバ内の細胞懸濁液を、このビーズが入った第二のチャンバへとポンプ輸送してもよい。第二のチャンバ内で混合を行った後、外部のオペレーティングマシンにより、ユニット式微粒子処理カートリッジの第二のチャンバに磁場が加えられる。磁場は、ビーズ、およびビーズに結合した細胞がある場合はその細胞を、第二のチャンバの壁に沈殿させる。次に、懸濁液中の液体および残留細胞がカートリッジの第三のチャンバへとポンプ輸送され、すると第三のチャンバにはCD4発現細胞が除去された集団が含まれる。次に、磁石を除去するため第二のチャンバに液体を加えてもよく、これにより、ビーズに結合した細胞は（ビーズとともに）懸濁液中に戻ることができる。ビーズに結合した細胞を懸濁した後、得られた懸濁液をカートリッジの第四のチャンバへとポンプ輸送してもよく、すると第四のチャンバにはCD4発現細胞が増大した細胞集団が含まれる。
【００３１】
当業者には、本発明が磁気によるビーズ細胞サブセットの除去または濃縮に限定されるわけではなく、ビーズ細胞サブセットを除去または濃縮するための任意の好適な処理を含んでいてもよいことが理解されると思われる。例えば、ユニット式微粒子処理カートリッジの1つの適用において、CD4を表面に発現している細胞が抗CD4抗体でコーティングした大きなラテックスビーズ（好ましくは直径が50ミクロンより大きい）に結合するよう、第一のチャンバ内の細胞懸濁液をこのビーズが入った第二のチャンバへとポンプ輸送してもよい。第二のチャンバ内で細胞懸濁液およびビーズを混合した後、得られた懸濁液は、40ミクロンより小さい微粒子を通過させかつそれより大きい凝集塊を第二のチャンバへと再循環させるサイズ分離フィルタを介して、第三のチャンバへとポンプ輸送される。すると第三のチャンバにはCD4発現細胞が除去された集団が含まれる。次に、ビーズと抗CD4抗体との間の結合を破壊する化学物質または酵素を含んだ液体を第二のチャンバに加えると、結合した細胞を再懸濁することができる。さらにその懸濁液を第四のチャンバへとポンプ輸送してもよく、すると第四のチャンバにはCD4発現細胞が増大した細胞集団が含まれる。
【００３２】
さらに別の適用において、ユニット式微粒子処理カートリッジ100を用いて、生成物または物質の放出検査を行ってもよい。例えば、カートリッジ内のフィルタによって、フィルタを通過するサンプル中の関心対象の生成物または物質（細菌など）を補足してもよい。次に、捕捉された細菌をフィルタから回収して検査に供してもよい。
【００３３】
ユニット式微粒子処理カートリッジ100は、カートリッジ内に複数のサンプル処理用サブシステム110を含んでいてもよい。例えば、サンプルの順次処理を可能にするため、2つ以上のサンプル処理用サブシステム110がカートリッジ上に直列に配置されていてもよい。直列の処理用サブシステム間の富化領域によって、処理間におけるサンプルパラメータの再設定を可能にしてもよい。2つのサンプル処理ステージ110間における好適な富化領域の例は、その内容が参照により本明細書に組み入れられる米国特許出願第10/329,008号に記載されている。例えば、カートリッジ上のサンプル処理用サブシステム間に配置されたフィルタによって富化領域を形成してもよい。
【００３４】
別の態様において、ユニット式微粒子処理カートリッジを微粒子選別に用いてもよい。例示的なカートリッジ200は細胞選別を行うが、当業者には、カートリッジ200が任意の種類の微粒子に対して選別を行い得ることが理解されるものと思われる。図3に、本発明の例示的態様に基づく、エアロゾル相を伴わずに微粒子を選別するためのマイクロ流体式選別コンポーネント120を含むユニット式微粒子選別カートリッジ200を示す。選別コンポーネント120の上流において、カートリッジ200は、選別対象の微粒子を貯蔵するための細胞供給源112、選別処理を容易にするためのシース流体を貯蔵するシース流体供給源114、細胞供給源のための無菌フィルタ付き空気ポート101、細胞供給源のためのサンプル装填ポート102、シース流体のための無菌フィルタ付き空気ポート103、およびシース流体リザーバ114のための流体装填ポート104を含む。空気ポート101、103は、カートリッジを通る流体の流動を誘発または促進するための圧力を加える。チューブ116および118として図示されているチャネルは、それぞれ細胞供給源112およびシース流体リザーバ114を選別コンポーネント120のインレットに接続する。選別コンポーネント120の下流において、カートリッジは、選別された微粒子を回収するための保持チャンバ124a、124、および選別コンポーネント120のアウトレットを保持チャンバ124a、124bに接続するチューブ126、128を含む。カートリッジはまた、回収された流体を各保持チャンバから抽出するための各保持チャンバ124a、124bに対する抽出ポート106、108、および無菌流体空気ポート105、107も含む。カートリッジは、同システムを通じて比較的大きな体積（懸濁液0.1 ml〜5000 ml）およびそれと同等かまたは大きい体積のシース流体を処理し、排出チャンバ124a、124bへと排出する。
【００３５】
選別コンポーネント120は、あらかじめ定められた特徴に基づいて微粒子を選別するための任意の好適な機器であってよい。好適な細胞選別機器の例としては、その内容が参照により本明細書に組み入れられる米国特許第6,808,075号ならびに米国特許出願第10/329,008号および同第10/664,587号に記載のマイクロ流体式選別チップがある。ただし本発明は、これらの参考文献に記載されている細胞選別コンポーネントの使用に限定されるわけではない。
【００３６】
選別コンポーネント120は別個に製造、貯蔵、および／または出荷され、続いてカートリッジ基板200に挿入されて、柔軟な接続を形成してもよい。または、選別コンポーネント120は、カートリッジ基板200上に一体式かつ強固に形成されてもよい。
【００３７】
図に示すように、細胞供給源112またはシースリザーバ114から選別コンポーネント120へ、および選別コンポーネントから保持チャンバ124a、124bへの流体接続は、単一のチューブまたはチューブの配列によって作ってもよい。流体経路を形成するチューブは任意の適切な直径であってよい。
【００３８】
図2のユニット式微粒子処理カートリッジ100または図3のユニット式微粒子選別カートリッジ200など、本発明のユニット式微粒子処理カートリッジの態様は、細胞または微粒子の選別システムの操作における改善である特徴をいくつか有する。例えば、ほとんどの、そして好ましくはすべての流体接触表面は1つの物体（「カートリッジ」）の中に構築される。すべての流体接触表面を含むユニット式カートリッジを、単一の操作で、処理器具（選別用光学部、電子部品、制御ソフトウェア、および懸濁液が決して接触しない他のサブシステムを含むプラットフォーム）に挿入してもよい。ユニット式カートリッジはまた、使用後に単一の操作で廃棄してもよい。カートリッジは、組み付け後にすべて一度に滅菌してもよい。カートリッジは、滅菌され使用準備ができた形態でユーザーに出荷されてもよい。各カートリッジ（さらにひいては単回の処理に必要なすべての流体接触表面）にバーコードまたはその他固有の識別を与えてもよく、これにより、製品汚染の発生源となり得るすべての部品が完全に追跡可能になる。さらに、操作において、流体廃棄物をカートリッジから除去する必要がない。むしろ、流体廃棄物を別個に取り扱う必要性を伴わずに、カートリッジの廃棄とともに流体廃棄物を廃棄することができる。
【００３９】
本発明のユニット式微粒子処理カートリッジの使用によりオペレータおよび製品の隔離が強化される。本発明のカートリッジを用いて微粒子選別などの微粒子処理操作を行うため、ユーザーは、密封および滅菌されたカートリッジを製造業者から受け取ることができる。次にユーザーは、無菌層流フードなどのバイオセーフティフードにカートリッジを運び、無菌操作を（その種類のサンプルに対する従来の組織培養の様式で）行って、細胞サンプルリザーバおよびシースリザーバに装填してもよい。カートリッジは、好ましくはこの操作の前および後に密封される。ユーザーはカートリッジを選別器具プラットフォームに置く。システムがサンプル中の細胞または微粒子をカートリッジの保持チャンバのうち1つまたは複数に選別する。ユーザーはカートリッジをシステムから取り出し、カートリッジをバイオセーフティフードに戻して、その抽出ポートから処理済サンプルを取り出す。ユーザーは次に、使用済みのカートリッジおよび不要な流体を安全な様式で廃棄してもよい。ユニット式微粒子処理カートリッジを用いてサンプルに他の処理を行うため、同様の工程を行ってもよい。
【００４０】
図4に示すように、本発明の1つの態様のユニット式微粒子処理カートリッジ100'は、細胞の凝集塊の除去を助けかつ選別コンポーネントの閉塞を防止するため、凝集フィルタ180も含んでいてもよい。図に示すように、凝集フィルタ180は、細胞供給源112を処理コンポーネント110に接続している流体ライン116に追加されてもよい。凝集フィルタ180はサンプルをフィルタリングするのに適した任意の好適な材料を含んでいてよく、かつ、カートリッジ100'の流体流路に沿った任意の位置に配置されていてよい。
【００４１】
図5に示すように、本発明の別の態様のユニット式微粒子処理カートリッジ100"は、液位／濃度を制御し、かつ処理コンポーネント110を用いて微粒子処理を行った後にシースを再循環させるためのコンポーネントを含んでいてもよい。例示的なカートリッジ100"は、処理済微粒子を処理コンポーネントから受け取る各処理済微粒子チャンバ124a、124bの下流に、それぞれポンプ192、194およびフィルタ182、184を含む。ポンプ192、194およびフィルタ182、184は、微粒子の処理に使われる処理手段（シース流体など）の液位／濃度制御および再循環を容易にする。フィルタ182、184は、流体経路（すなわち、対応する処理済微粒子チャンバ124）からシース流体などの流体を除去するための、例えば中空ファイバーフィルタなどの3ポートフローフィルタ（three-port flow filter）であってもよい。これにより同システムは、処理済微粒子チャンバからシース流体を除去して、処理済微粒子チャンバ内に回収された微粒子の濃度を上昇させるとともに、各処理済微粒子チャンバ124a、124b内の液位を制御する。
【００４２】
例示的なユニット式微粒子処理カートリッジ100"はまた、フィルタ182、184によって回収された流体を再循環させるための再循環コンポーネントも含む。図に示すように、再循環経路1121、再循環リザーバ191、およびポンプ190を用いて余分の流体を回収し（再循環させ）、処理媒質リザーバ114（例えばシース流体リザーバ）に戻してもよい。再循環リザーバ191は除去された流体をフィルタ182および184から受け取り、ポンプ190はフィルタ182および184から抽出された流体を流体経路1121を介してチャンバ114に戻して、次の微粒子処理手順中の再使用に供する。
【００４３】
図6A〜6Dは微粒子選別用のユニット式微粒子処理カートリッジ200の1つの態様のCAD図面である。各カートリッジはリザーバトレイ151およびリザーバカバー152で形成される。圧力システム153は、流体経路を通る流体の流動を誘発するために圧力を加えるための圧力インレット155、156を含む。ポンプ輸送システム154もまた流体流動を促進し、かつポンプヘッド158、159を含む。選別コンポーネント120より上流の流体経路内のフィルタ157は閉塞の防止に役立つ。保持チャンバより下流の濃縮フィルタ182、184は、流体濃度の制御に役立ち、かつシース流体の再循環を容易にする。ルーアー作動式であってもよい弁191、192、193、および194は、細胞供給源、シースリザーバ、および保持チャンバと連係して機能して、流体をカートリッジに注入するかまたはカートリッジから除去する。ベント187、188も提供されていてもよい。図に示すように、カートリッジ200は、参照により本明細書に組み入れられる米国特許第6,808,075号ならびに米国特許出願第10/329,008号および同第10/664,587号に記載の選別チップなどの選別コンポーネント120として図示されている処理コンポーネントを受けるための成形領域または凹部を形成するホルダ122を有する。本発明は、これらの参考文献に記載されている選別チップまたは処理に限定されるわけではない。
【００４４】
図7に示すように、本発明のさらに別の態様のユニット式微粒子処理カートリッジ1100は、再循環リザーバ191からの再循環ライン1121をフィルタリングするためのトラップフィルタ1120を含んでいてもよい。好ましくは、トラップフィルタ1120は、選択された微粒子または分子を再循環ライン1121から除去するように選択される。
【００４５】
トラップフィルタ1120は、そこに捕捉された成分をさらに分析できるよう、カートリッジ1100から取り外し可能であってもよい。例えば、細胞を処理するカートリッジにおいて、再循環リザーバ191は、処理済微粒子チャンバ124に貯蔵された微粒子からフィルタ182または184によって引き出された上清を受け取ってもよい。1つの適用において、0.2ミクロンフィルタなどの無菌トラップフィルタを用いて、再循環ライン1121内の流体中の微生物を補足してもよい。次に、無菌トラップフィルタをカートリッジから取り外して微生物検査に供してもよい。この様式において、検査はより正確であり、かつサンプル中に存在する微生物のより大きな分画を反映する。
【００４６】
無菌トラップフィルタはまた、トラップフィルタ1120を通過するサンプルの分子クリーニング（molecular cleaning）を行うために用いてもよい。
【００４７】
または、トラップフィルタ1120は、サンプル中の特定の成分を捕捉するための複数のビーズを含んでいてもよい。
【００４８】
図8に、ポンプ式の上清再循環コンポーネントを含む、本発明に基づく細胞処理用のユニット式微粒子処理カートリッジ2100のコンポーネントの別の態様を示す。図8の態様において、サンプル上清再循環システムは、中空フィルタ1820および2つの蠕動ポンプ1900、1920を含む。細胞処理システム110を通過した細胞は処理済サンプルチャンバ124aに入る。細胞を含んだ液体は中空フィルタ1820のコアを通ってポンプ輸送され、処理済サンプルチャンバ124aに戻る。液体はフィルタ1820の壁を通過できるが、細胞は通過できないため、細胞を伴わない液体は再循環リザーバ191へと送られる。好ましくは、再循環リザーバ191はガス圧ポート107を用いて大気圧に保たれ、ポンプ1900は液体（この時点で細胞を伴わない）を再利用のためシース流体リザーバ114に送る。シース流体は調節されたガス圧によって細胞処理システムへと送られる。
【００４９】
この例示的態様において、ユニット式微粒子処理カートリッジ2100システムの圧力Psは、シースを細胞処理ユニットに送るため比較的高い。処理済サンプルチャンバ124aおよび再循環リザーバ191をそれぞれガス抜きするガス圧ポート103、105の圧力は大気圧になるよう調節される。
【００５０】
図9に示す別の態様において、ポンプ式の上清再循環コンポーネントを含むユニット式微粒子処理カートリッジ3100は、トラップフィルタ3180も含んでいてもよい。1つの態様において、トラップフィルタ3180は、ウイルスおよび微生物を補足できる0.2μmの無菌メッシュを含んでいてもよい。その場合、システムをサイクル操作する際に、トラップフィルタ3180は最初の細胞供給源またはシース流体中に存在する微生物があればそのあるパーセンテージを回収し、そのトラップフィルタ3180を通過する液体のパーセンテージは次第に高くなる。
【００５１】
あるいは、または同時に、ユニット式微粒子処理カートリッジに使われるトラップフィルタ3180は分子保持特性を有していてもよい。例えばトラップフィルタは、システムがトラップフィルタ3180を通過させる液体中のイムノグロブリンに結合するタンパク質Gおよびタンパク質Aでコーティングしたビーズを含んでいてもよい。このような態様において、同循環システムは、適切な親和結合ビーズにより捕捉され得るあらゆる分子について液体を「クリーニング」する。
【００５２】
そのようなトラップフィルタを用いたユニット式微粒子処理カートリッジは複数の方法で使用できる。例えば、細胞処理ユニット110が単純な混合チャンバでありかつ最初のシース流体がFITC蛍光体に結合された抗CD4マウス抗体を含んでいる場合、トラップは、ビーズに結合した抗マウス抗体、およびこのビーズを保持するための0.2μmフィルタを含んでいてもよい。このような態様において、システムは投入された細胞を抗CD4抗体で染色し、次に染色された細胞を洗浄して、結合しなかった抗体を除去する。
【００５３】
別の適用において、トラップフィルタ3180は、約1ミリリットルの除去可能体積として作られた0.2μm無菌フィルタを含んでいてもよい。トラップフィルタは、十分なサイクル後、最初の細胞体積中に微生物があればこれを捕捉する。細胞療法（骨髄移植）に使用するため細胞を放出するためにヒト細胞のバッチ中の微生物を検出するという点から、1リットルの細胞を用いて、すべての微生物をトラップフィルタ内で1ミリリットルに濃縮してもよく、これにより、微生物があればその濃度が1000倍濃縮される。そのような方法により、従来の微生物検出アッセイがはるかに高速になる。
【００５４】
図10に示す本発明のさらに別の態様において、ユニット式微粒子処理カートリッジ4100は、中空フィルタ4180を用いかつポンプを用いない空気式の上清再循環システムを含んでいてもよい。このカートリッジのサブシステムはチャンバを5つ有する：すなわち、第一の処理済サンプルチャンバ124a（保持1）、流体経路4182を介して第一の処理済サンプルチャンバ124aに連結された第二の処理済サンプルチャンバ124c（保持2）、第一の再循環チャンバ4191（再循環1）、第二の再循環チャンバ4192（再循環2）、およびシースチャンバ（シース）114である。
【００５５】
すべてのチャンバは、好ましくは圧力が常に制御されている。圧力は、シースチャンバ114、細胞処理ユニット110、第一の処理済サンプルチャンバ124a、第二の処理済サンプルチャンバ124c、第一の再循環チャンバ4191、および第二の再循環チャンバ4192にそれぞれ接続されたガス圧ポート4101、4102、4103、4104、4105、および4106を用いて制御してもよい。チャンバ間の流体経路（すなわちチュービング）の流れ抵抗を制御することにより、ひいては流量が制御される。細胞処理ユニット110は出力圧力Pcに保たれる。第一の処理済サンプルチャンバ124aの圧力はPcより低いPk1である。
【００５６】
ユニット式微粒子処理カートリッジ4100は、第一の処理済サンプルチャンバ124a、第二の処理済サンプルチャンバ124b、および第一の再循環チャンバ4191について2つの流動状態を有する。第一の状態において、第一の処理済サンプルチャンバの圧力Pk1は、いずれもゼロである第二の処理済サンプルチャンバ124cの圧力Pk2および第一の再循環チャンバ4191の圧力Pr1より大きい第一のレベルにある。第二の状態において、第二の処理済サンプルチャンバ124cの圧力Pk2は、いずれもゼロより大きい第一の処理済サンプルチャンバPr1の圧力Pk1および第一の再循環チャンバの圧力Pk2より大きい第三のレベルにある。
【００５７】
第一の状態において、細胞を含有した液体を含むサンプルは、第一の処理済サンプルチャンバ124aからフィルタ4180のコアを通って第二の処理済サンプルチャンバ124cに流れる。サンプルの上清はフィルタ4180の壁を通って第一の再循環チャンバ4191に流れる。
【００５８】
第二の状態において、細胞を含有した液体を含むサンプルは、第二の処理済サンプルチャンバ124cから第一の処理済サンプルチャンバ124aに流れ、上清はフィルタの壁を通って第一の再循環チャンバ4191に流れる。
【００５９】
いずれの状態においても、上清が第一の再循環チャンバ4191に入る流量は好ましくは同じである。
【００６０】
第一または第二の処理済サンプルチャンバがオーバーフローまたはドレーンすることを防ぐため、カートリッジ4110から離れて置かれる制御システムがカートリッジの各圧力を制御して第一の状態と第二の状態との間で振動させる。
【００６１】
第二の再循環チャンバ4192は、一杯になるまで第一の再循環チャンバ4191より低い圧力に保たれ、次に、同再循環チャンバからすべての液体をシース流体チャンバ114へと駆出するため、第一の再循環チャンバ4191およびシース流体チャンバ114より高い圧力に切り替えられる。次に、第二の再循環チャンバ4192は再充填のため第一の再循環チャンバ4191より低い圧力に戻され、シース注入サイクルが繰り返される。好ましくは、逆流を防ぐため、第一の再循環チャンバ4191、第二の再循環チャンバ4192、およびシース流体チャンバ4114の間の流体経路中に逆止弁4195、41976が置かれる。
【００６２】
システム4110は細胞を損傷しうる接触表面（すなわち蠕動ポンプまたは他の機械式ポンプ）がほとんどまたは全くなく、したがって生細胞の収率を向上できる。
【００６３】
図11A〜11Cに、本発明の例示的態様のユニット式微粒子処理カートリッジの好適な適用を示す。図11A〜11Cの態様において、ユニット式カートリッジ100はマルチウェルプレートと統合されている。図11Aは、チャンバが固定式のボディの中にあり、チップ1100が可撓性チューブを介してカートリッジ100に接続されている状態の、カートリッジの断面図である。チップ1100は、カートリッジ100上の固定式の「チップレセプタクル」1100の中で出荷および取扱用に保管される。チップレセプタクル1110はチップ1100を受けかつこれをカートリッジに連結するようにサイズ決定および構成される。
【００６４】
例示的態様において、チップ1100は、米国特許第6,808,075号ならびに米国特許出願第10/329,008号および同第10/664,587号に記載されているような微細加工されたガラスチップであってもよく、または、微細加工されていないプラスチックパッケージ（チップホルダ）の中に入った微細加工チップの組合せであって、固定式のチップレセプタクル内で一緒に保管されかつそのレセプタクルから滑り出て「オペレーティングマシン」に入り操作に供されるような組合せであってもよい。次に、細胞処理が完了したらチップはレセプタクル1110に戻り、生成物抽出および廃棄のためカートリッジが取り出される。
【００６５】
図11Bに、チップ1100が複数の投入チューブチューブ1122a〜eを有する態様を示す。各チューブがマルチウェルプレート1140（ウェルを4つ含むものとして図示されているが、これより多くてもまたは少なくてもよい）の異なるウェルから細胞を受け取るよう、マルチウェルプレート1140がカートリッジの細胞投入チャンバに置かれるかまたはこれに接続される。この態様において、単一の駆動空気圧によって複数のウェルを一度に駆動できるよう、圧力密封プレート1150を用いてチャンバ全体を密封してもよい。
【００６６】
または、図11Cに示すように、各ウェルを個別に駆動できるよう、密封プレート1150'をマルチウェルプレートのウェルの上部に置いてもよい。
【００６７】
1つの態様において、各細胞アクセスチューブ1122が各ウェル上で個別に密封され、かつ各ウェル内の圧力を個別に制御できるよう、マルチウェルプレートがユニット式微粒子処理カートリッジにクランプされていてもよい。同システムはそのような個別の制御を提供するための個別の空気制御チューブを含んでいてもよい。
【００６８】
マルチウェルの変異カートリッジはまた、並列性を有するチップによってカートリッジ内のユニット処理が実施される場合にも非常に適切である。例えば、チップが96マイクロソーターの光学式マイクロソーターアレイである場合、同システムは1つのマイクロソーターを96ウェルプレートの1つのウェルに連絡させてもよい。
【００６９】
図12A〜12Dは本発明の例示的態様のユニット式微粒子処理カートリッジのプロトタイプの写真である。図12Aおよび12Bに示すように、処理チップ1100およびチップホルダ1110は、可撓性チューブ1122を用いてマルチチャンバカートリッジボディ100に接続されていてもよい。
【００７０】
図13に、微粒子を処理するためのユニット式微粒子処理カートリッジの別の適用を示す。図13の態様において、カートリッジシステム1300は、オフチップでの処理済サンプルの集合を可能にする。例示的なチップ1310は、幅が約10μm〜400μm程度のマイクロチャネルのアレイを含む。チップをカートリッジ1300に連結するためのチップホルダ1340は、好ましくは、チャンバおよび幅が約100μm〜約2ミリメートル程度のチューブを含む。カートリッジ1300は、幅が約0.5 mm〜約10 mm程度のチューブ、および容積が約1ミリメートル〜約5000ミリメートル程度のチャンバを含む。
【００７１】
図13にはチップ1310の1つのチャネル1322の切取部が示されているが、これは図示のみを目的としたものである。
【００７２】
チップホルダ1340は、処理済サンプルまたは投入されたサンプルを受け取るための集合チャンバまたはチャネル1345を含む。集合チャンバ1345は、可撓性チューブ1360として図示されている、好ましくは同等かまたはより大きなスケールの流体経路に接続し、流体経路はカートリッジ1300のチャンバ1334に供給する。好ましくは、チャンバ1334の容積は約1ミリリットル〜約5000ミリリットルである。
【００７３】
または、チップホルダ1340のチャンバがチップ1310のチャネルをチップホルダ1340の1つのチャンバに接続していてもよく、このチャンバが可撓性チューブまたは他の流体経路に接続する。次に、複数の可撓性チューブが集合してカートリッジのチャンバに入る。
【００７４】
このように、図13の態様は、閉塞を減らすような様式で、個別に処理された並列のサンプルを集合させることを可能にする。
【００７５】
一般的に、本発明の例示的態様のユニット式微粒子処理カートリッジは、特定の標準操作手順（SOP）でのみ用いられる特定のポートにおける場合を除いて、カートリッジの中または外において液体移送に対して密封された単一の物体であり、これらカートリッジの使用によってカートリッジ内部の隔離が破られることまたは内部サンプルが外部に漏出することはないと保証される。
【００７６】
1つの態様において、ユニット式微粒子処理カートリッジは、カートリッジに装填された懸濁液に対して1つまたは複数の「ユニット処理操作」を行うためカートリッジに対して作動および検出の手段を適用してもよいマシンまたはシステム（「オペレーティングマシン」）の中に置くことによって操作される。カートリッジを用いて行われるユニット処理操作は、懸濁液の状態を変化させるか、懸濁液のいくつかの特性を測定するか、懸濁液の状態を変化させかつ選択された特性を測定するか、または、カートリッジに装填された懸濁液に対してその他別の好適な処理を行ってもよい。本発明の例示的態様のユニット式カートリッジとともに用いるのに好適なユニット処理の例としては、懸濁液中の細胞数を測定する、懸濁液中の液体量を測定する、懸濁液中の細胞の種類を測定する（血球計算操作であってもよい）、懸濁液中の細胞を選別する、懸濁液中の細胞のサブセットを回収する、懸濁液中の細胞を加温する、懸濁液をフィルタリングして懸濁液中の細胞濃度を上昇させる、および懸濁液中の液体またはその化学成分を交換するなどがあるが、それに限定されるわけではない。
【００７７】
ユニット式微粒子処理カートリッジ対して操作を行うオペレーティングマシンは、電気的、機械的、空気式、光学的、磁気的、または当技術分野において公知のその他好適な作動手段または検出手段を用いて、カートリッジ内の懸濁液に対してユニット処理操作を行ってもよい。本発明の例示的態様のユニット式カートリッジを用いたオペレーティングマシンにおいて使用するのに適した作動手段または検出手段の例としては、空気式手段、機械的手段、光学的手段、磁気的手段、および電気的手段があるが、それに限定されるわけではない。空気式手段を用いて作動または検出を行うには、無菌フィルタを介して気体を注入することによって、液体の懸濁液を1つのチャンバから別のチャンバへと送ってもよく、またはサイズフィルタなどのコンポーネントを介してチャンバから第二のチャンバへと送ってもよい。機械的手段を用いて作動または検出を行うには、外部のローターが蠕動ポンプヘッドに嵌合し、それを回転させることによって液体または気体が1つのチャンバから別のチャンバにポンプ輸送されるよう、蠕動ポンプヘッドがカートリッジに組み込まれていてもよい。光学的手段を用いて作動または検出を行うには、カートリッジ内のマイクロチャネルを通過し、光が光検出器に達する道程上でこれを一時的に遮断または散乱する細胞または微粒子を数えるため、マイクロチャネルを通過するようにカートリッジに対して光のビームを当ててもよい。磁気的手段を用いて作動または検出を行うには、従来式の磁性撹拌棒が入ったチャンバに回転磁石を近づけることにより、この撹拌棒を回転させてそのチャンバ内の懸濁液を撹拌または混合してもよい。電気的手段を用いて作動または検出を行うには、従来式のシリコン製圧力センサまたは温度センサをカートリッジに組み込み、それらの電気リードを外部の接続ピンという手段を介して接続してもよい。次に、オペレーティングマシンは、これらの接続ピンに電圧を印加するかまたは接続ピンから電圧を読み取ることによってセンサを作動させてもよい。あるいは、カートリッジの使用またはカートリッジ取り扱いの標準操作手順をサポートするための記録機能または知的機能をカートリッジ自体が備えていることが望ましい場合は、電気的手段を用いて、デジタル式またはアナログ式のマイクロコントローラまたはCPUの一部であってもよいデータ保存手段をカートリッジに組み込んでもよい。これらの機器に対する電源はオペレーティングマシンに由来してもよく、またはユニット式カートリッジの内部に配置された電池もしくは電力貯蔵手段に由来してもよい。カートリッジに装填された懸濁液に処理を行うための機械的手段の別の態様において、弁を形成する軟らかい壁を含む領域を備えたチューブによって2つのチャンバを接続してもよい。さらに、この領域を一時的にまたは永久的に圧着して1つのチャンバから別のチャンバへの液体または気体の流動を選択的に遮断するため、オペレーティングマシンが機械的なプレートまたはその他好適な手段でこの領域をプレスしてもよい。
【００７８】
本カートリッジの使用により、オペレーティングマシンを処理用サブシステムおよび流体接触表面から隔離しかつこれらの外部に置くことが可能となる。この様式において、オペレーティングマシンは繰返し使用可能であり、一方、流体接触表面は使い捨て可能である。
【００７９】
本発明は、必要とされるユニット処理のみをカートリッジ内に設計することによって、ユニット式カートリッジをカスタム化して与えられた任意の細胞処理についてカートリッジを最適化することを可能にする。
【００８０】
細胞もしくは微粒子の処理プロトコルに特有であるかまたは同プロトコルに依存しない化学試薬、ビーズ、および／または微粒子を、ユーザーによる処理に供するため、カートリッジ内に貯蔵して出荷してもよい。あるいは、選択された処理で用いられる物質をカートリッジとは別に出荷し、中間段階で技術員がカートリッジに挿入するか、または最終段階で最終ユーザーがカートリッジに挿入してもよい。
【００８１】
以上、本発明を例示的態様に関して説明した。本発明の範囲から逸脱することなく上述の構成に対して特定の変更を行うことが可能であるので、上述の説明に含まれるかまたは添付の図面に示されたすべての事項は例示的なものであり制限する意味のものではないことが意図される。
【００８２】
添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載された本発明のすべての一般的および具体的な特徴、ならびに、言語の問題としてそれらの間に入ると言われる可能性もある本発明のすべての言明を対象としていることも併せて理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】先行技術の微粒子選別システムを示した図である。
【図２】本発明の例示的態様に基づく微粒子処理用ユニット式カートリッジを示した図である。
【図３】本発明の例示的態様に基づく微粒子選別用のユニット式カートリッジを示した図である。
【図４】凝集フィルタを含む、本発明の態様のユニット式微粒子選別カートリッジを示した図である。
【図５】シース流体の液位および／または濃度を制御しかつシース再循環を提供するためのポンプおよびフィルタを含む、本発明の別の態様のユニット式微粒子選別カートリッジを示した図である。
【図６】図6A〜6Dは、微粒子処理用ユニット式カートリッジの態様のCAD図面である。
【図７】再循環リザーバからの再循環ラインをフィルタリングするためのトラップフィルタを含む、本発明のさらに別の態様のユニット式微粒子処理カートリッジの態様を示した図である。
【図８】ポンプ式の上清再循環コンポーネントを含む、本発明に基づくユニット式微粒子処理カートリッジの別の態様を示した図である。
【図９】ポンプ式の上清再循環コンポーネントを含む、本発明のさらに別の態様のユニット式微粒子処理カートリッジを示した図である。
【図１０】ポンプを用いず中空フィルタを用いた空気式上清再循環システムを含む、ユニット式微粒子処理カートリッジを示した図である。
【図１１】図11A〜11Cは、本発明の適用に基づきマルチウェルプレートと一体化したユニット式微粒子処理カートリッジを示した図である。
【図１２】図12A〜12Dは、本発明の例示的態様のユニット式微粒子処理カートリッジのプロトタイプの写真である。
【図１３】カートリッジシステムがオフチップにおける処理済サンプルの集合を許容する、微粒子処理用のユニット式微粒子処理カートリッジの別の適用を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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