(57)【要約】  本発明は、細胞又は組織試料についての実験室操作手順を自動的に実行するための装置であって、それぞれが一連の操作手順の全配列の内の少なくとも一つの操作手順を実行する複数のモジュラステーション及び試料容器を特定ステーションに向けてまた複数ステーション相互間において輸送するための少なくとも一つの支持ユニットを有しており、さらに試料容器内の液状培地を自動的に変換するための少なくとも一つのステーションを有して成る、装置に関する。
2007506419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが一連の操作手順の全配列の内の少なくとも一つの操作手順を実行する複数のモジュラステーション及び試料容器を特定ステーションに向けてまた複数ステーション相互間において輸送するための少なくとも一つの輸送ユニットを有して成る、細胞又は組織試料についての実験室操作手順を自動的に実行するための装置において、試料容器内の液状培地を自動的に変換するための少なくとも一つのステーション（培地変換ステーション）を有して成る、前記装置。
【請求項２】
一つの試料装入ステーション、少なくとも一つの培養器ステーション、培地変換ステーション、データ取得ステーション及び試料取出しステーションを有して成る、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
酸素培養ステーション及び要すれば窒素培養ステーションを有して成る、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
試薬を試料容器に添加するためのステーションを有して成る、前記請求項の内のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
膜状インサートを収容することも出来る一つ以上のウェルを備えた、プレート形状の試料容器を有して成り、前記プレートのそれぞれにカバープレートを持たせることが可能である、前記請求項の内のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記培地変換ステーションが、要すれば試料容器のカバープレートを取外し及び装着するためのユニット、要すれば膜状インサートを試料容器のプレートのウェルから試料容器のプレートを挿入及び取外しするためのユニット、試料容器のプレートのウェルから液状培地を除去するためのユニット、試料容器のプレートのウェルに一つ以上の液状培地を添加するためのユニット、並びに要すれば試料容器のプレートのウェル内で液状培地を混合するためのユニットを有して成る、前記請求項の内のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記培地変換ステーションが、膜状インサートを制御された条件下で一時的に保管するためのユニットを更に備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記培地変換ステーションが、膜状インサートから液状培地を除去するためのユニットを更に備える、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記データ取得ステーションが、顕微鏡ユニット、フロースルーサイトメーター、質量分析計、分光器、並びに/或いはレーザー利用顕微解剖及び／又は電気生理学のための装置を有して成る、請求項２乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
細胞組織試料のための培地を含むウェル内に入っている膜プレートに手作業によって組織細胞試料を導入する試料装入ステーション、細胞組織試料を培養する酸素培養器ステーション、マルチウェルプレート内の培地を予め定めた時間間隔で変換する培地変換ステーション、細胞組織試料に及ぼす作用について試験する予定である一つ以上の試験物質及び／又は要すれば細胞組織試料についての測定データの記録を支持し、証拠だてる一つ以上の物質をマルチウェルプレートのウェルに添加する試薬添加ステーション、要すれば細胞組織試料を必要に応じて実験中に追加して培養する酸素培養器・ステーション、例えば試験物質の添加及び／又は窒素培養器内での培養の前後に細胞組織試料についての測定データを取得して、細胞組織試料に及ぼす試験物質の影響を測定・決定するデータ取得ステーション、試験研究完了後にマルチウェルプレートを当該装置から排出する試料取出しステーション、及びマルチウェルプレートを試料装入ステーションに向けてまた試料取出しステーションまでの複数のステーション相互間において輸送する輸送ユニットとを有して成る、前記請求項の内のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
試料、好ましくは細胞組織試料について生理学的又は病態生理学的プロセスに及ぼす化学的、生物学的、及び／又は物理的影響に関する研究・検討するための、請求項１乃至1０の内のいずれか一項に記載の装置の使用。
【請求項１２】
試料、好ましくは細胞組織試料に及ぼす物質の作用・効果を試験するための、請求項１１に記載の使用。
【請求項１３】
治療標的を特定しまた検証・バリデーションするための、請求項１１に記載の使用。
【請求項１４】
請求項１乃至１０の内のいずれか一項に記載の装置へと試料を装入すること及びデータ取得ステーションにて取得した測定データを評価することを含んで成る、試料、好ましくは細胞組織試料に及ぼす物質の作用・効果を試験するための方法。
【請求項１５】
有効成分の検索である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれが一連の操作手順の全配列の内の少なくとも一つの操作手順を実行する複数のモジューラステーション、及び試料容器を特定ステーションに向けてまた複数ステーション相互間において輸送するための少なくとも一つの輸送ユニットを有して成る、細胞又は組織試料についての実験室操作手順を自動的に実行するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
新しい医薬物質の開発は、極めて多くの時間と高い費用を要する。従来公知の有効成分物質の開発方法においては、とくに治療目標の特定・確認と検証・バリデーション、潜在的な有効成分の発見及び前臨床段階が、時間、費用及び後続する開発段階での製品化失敗リスクを低減するために最適化されるべき段階を含む。最近では、新しい有効成分として可能性のある候補物質が多数得られる、所謂「ハイスループットスクリーニング」（ＨＴＳ）、コンビナトリアルケミストリー、コンピュータ支援バイオケミストリー及びバーチャル薬理学における進歩により、前臨床段階におけるボトルネックが、以前より一層重要になってきている。
【０００３】
このような、有効成分として可能性がある多数の候補物質について更なる評価は、もはや事実上不可能でありまた動物実験における容認出来ない労力をもってしか評価出来ないため、有望な有効成分候補物質を細胞及び細胞組織試料を用いたインビトロ試験研究によって前もって選択することが、ますます重要になってきている。インビトロ事前評価は、既にインビボ検索の前でも適切でない有効成分候補物質を廃棄したり又は特に適切な標的や有効成分候補物質をより迅速に認定するのに役立つ。
【０００４】
たとえ有効成分を検索する適切なインビトロの方法が、インビボの方法に比べて比較的迅速でかつ経済的であるとしても、細胞組織試料を複雑な操作手順で比較的長期間にわたって培養しなければならないという問題が依然として未解決のまま残っており、その結果多数の試料を個別に複雑な化学的又は分析的処理工程から成る長大な配列に供して同時に処理しなければならないため、実験室操作手順を自動化するための強い要求・要請がある。
【０００５】
国際公開ＷＯ第０２／４９７６１号は、特にＰＣＲ法を実行するための自動化された実験室システムを提案する。この装置は、それぞれが一連の操作手順の全配列の内の少なくとも一つの操作手順を実行する複数のモジュラステーション及び資材を人の手助けなしで別のステーションに輸送するモジュラステーションを有して成る。
【０００６】
ドイツ特許出願ＤＥ１９８５３１８４  Ａ１は、配送及び／又は保存ユニットを少なくとも一つの処理ステーションへと接続する輸送ユニット、具体的には当該支持要素を輸送するための線状動作をする輸送ユニットを有して成る、複数の試料ウエル、具体的にはタイタープレートを有する支持要素を保存及び／又は処理ステーションに向けてまた複数ステーション相互間において輸送するための装置であって、当該処理ステーションは、モジュラ形式で設置し且つ支持要素又は支持要素の試料ウエルにおいて自動化可能な処理機能を実行するために構成された少なくとも一つの機能ユニットを配備させること、及び当該処理ステーションは、支持要素を輸送ユニットと機能ユニットとの間で転送するための少なくとも一つの旋回可能又は回転式アームを備える枢動装置を有し且つ電子制御信号への応答として、枢動装置によって保持された支持要素を回転軸を中心として予め設定された角度だけ枢動させて且つ変位によって枢動装置から隣接のユニットに移送することが出来るように構成されることを特徴とする前記装置を開示する。この文献は、機能ユニットとして、培養器、ディスペンサー、ピペッター、及び支持要素上に設けられた好ましくは光学的に読取り可能な識別表示のための読取りユニットを提案する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
細胞及び組織試料の培養及び処理には、比較的長期間にわたり特定の条件が必要とされるため、公知の実験室自動化装置は、細胞又は組織試料の取り扱いにそれほど適しているわけではない。従って、本発明の目的は、細胞又は組織試料についての実験室操作手順を自動的に実行するための装置であって、このような試料を比較的長い期間にわたって培養することが出来る装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、細胞又は組織試料についての実験室操作手順を自動的に実行するための装置であって、それぞれが一連の操作手順の全配列の内の少なくとも一つの操作手順を実行する複数のモジュラステーション及び試料を特定ステーションに向けてまた複数ステーション相互間において輸送するための少なくとも一つの輸送ユニットを有して成る装置において、試料容器内の液状培地を自動的に変換するための少なくとも一つのステーション（培地変換ステーション）を有して成る、前記装置によって達成される。
【０００９】
実験室操作手順は、複雑なまた高度に複雑な実験配列の一部であってよい。
【００１０】
本発明による装置は、例えば国際公開ＷＯ０２／４９７６１又はドイツ特許出ＤＥ１９８５３１８４  Ａ１に記載されているように、公知の自動ピペッティングユニット、計量ユニット又は分析ユニットであってもよい、複数のモジュラステーションを有して成る。試料容器を特定ステーションに向けて及び複数ステーション相互間において輸送するのに適した輸送ユニットは、例えば、ドイツ特許ＤＥ１９８５３１８４  Ａ１に開示されている輸送ユニットである。
【００１１】
本発明による装置は好ましくは、試料装入ステーション、少なくとも一つの培養器ステーション、培地変換ステーション、データ取得ステーション及び試料取出しステーションを有して成る。
【００１２】
試料装入ステーションにおいては、例えば幼若細胞組織試料、具体的には幼若脳組織試料（例えば、海馬組織切片のような）のみならず心房試料など心臓又は肝臓組織試料など、細胞又は組織試料が、本発明による装置に導入される。膜状のインサートを挿入出来る一つ以上のウェルを備えたプレート形状の試料容器が、この目的に適しているが、いずれの場合も、プレートにカバープレートを備えることが可能である。適切な試料容器が、例えば所謂６ウェルプレート（マルチウェルプレートとも称する）として市販されており、組織培養プレートとして使用されている。これらのプレートは、一つの基部プレートと一つの着脱式カバーから構成される。この基部プレートが、６つのウェルを含むのである。膜状インサートを、各ウェル内に設置することが出来る。それらは、底部が膜形状であり、例えばガラスフリット形状であるプレートである。試料装入ステーションにおいて、膜状インサートに組織試料が、具体的には手動操作により設けられる。例えばこのような組織試料は、幼若ラットの海馬切片あるいは心臓又は肝臓切片であればよい。動物及びヒトの組織試料いずれでも使用することが出来る。
【００１３】
通常は操作者の要求において、本発明による装置は、試料装入ステーションにおいて、ウェルが適切な量の所望の培地で既に満たされている試料容器を提供する。かかる試料容器は、容器内に所望の相対湿度を実現するため、好ましくはウェルの間に水、具体的には再蒸留水を含む。次いで試料装入ステーションにおいては、組織切片が膜状インサートへと導入され、続いて試料容器は、装置の輸送ユニットに自動的に移送される。
【００１４】
本発明による装置は、事前に例えば保管容器から空の試料容器を既に取り出しており、培地変換ステーションにおいて試料容器のウェルを適切な量の所望の培地を充填済みであり、所望であれば、ウェル間の空間も水で充填済みである。次いで、試料装入ステーションに供給される前に、マルチウェルプレートを培養器ステーション、具体的には酸素培養器ステーションにおいて平衡させることが出来る。このことは、予め定められた期間自動的に行われる。あるいはその代わりに装置は、空の試料容器を保管容器からではなく試料装入ステーションにおいて引き取ってもよい。
【００１５】
次いで、好ましくはマルチウェルプレートの形状である試料容器が、輸送ユニットによって例えば培養器ステーションに移送され、制御された条件（例えば、温度及びガスの組成なお）下で該ステーション内に保存される。可能な一つの実施態様においては、本発明による装置は、酸素培養器ステーション及び窒素培養器ステーションという少なくとも二つの異なる培養器ステーションを有して成る。酸素培養器内の環境条件は、例えば３６℃で９５％の空気及び５％のＣＯ２であってよく、窒素培養器内の環境条件は、３６℃で９５％のＮ２及び５％のＣＯ２であってよい。
【００１６】
細胞及び組織試料を成功裏に培養するために、試料を保存するために使用される培地、具体的には培養培体は、定期的に変換されなければならない。この目的のため、試料容器が、輸送ユニットによって培地変換ステーションに運ばれる。培地変換ステーションは、試料容器のプレートのウェルから液状培地を除去するためのユニット、及び試料容器のプレートのウェルに一つ以上の液状培地を添加するためのユニットとを有して成っていてもよい。試料容器にカバープレートを備えることが出来るので、培地変換ステーションは、そのようなカバープレートの取外し及び装着を行うためのユニットをさらに有して成っていてもよい。
【００１７】
とくに膜状インサートを有するマルチウェルプレートを試料容器として使用することによって、液状培地がマルチウェルプレートのウェルにおいて膜状インサートの下方に存在するという問題がさらに生じる。液状培地をマルチウェルプレートのウェルから容易に除去することが出来るようにするためには、従って培地変換ステーションは、膜状インサートを試料容器のプレートのウェルから取出し、試料容器のプレートのウェルに挿入するためのユニットを追加して備えることが出来る。
【００１８】
特に、複数の異なる液状培地が試料容器のプレートのウェルに添加される場合、培地変換ステーションが、試料容器のプレートのウェル内の液状培地を混合するためのユニットを有すると好都合であることが判明している。
【００１９】
したがって、培地変換ステーションは、好ましくは以下のとおり動作する。
【００２０】
好ましくはマルチウェルプレートである試料容器は、本発明による装置の輸送ユニットによって、培地変換ステーションに移送される。培地変換ステーションは、移送された試料容器がカバープレートを有するか否かを、自動的に認識する。試料容器がカバープレートを有する場合、カバープレートを取外すためのユニットによって取去られる。このことは、例えばカバープレートを把持するためのトング、又は例えば真空によってカバープレートを吸い上げるための吸引装置を備えるロボット把持器によって実行され得る。
【００２１】
次いで、膜状インサートが存在する場合には、試料容器のプレートのウェルから自動的に取り去る。これは、例えば、一つ以上の膜状インサートを同時に又は連続して把持してウェルから取出すことが出来るロボット把持器によって行うことが出来る。例えば、ロボット把持器は、膜状インサートを貫き、別々に分離するよう拡大して、そこで要素を把持するようにしてもよい。膜状インサートを取り去るためのユニットは、好ましくは使用される試料容器が有して成る、膜状インサートと同数の把持器を有しており、従って試料容器のすべての膜状インサートを同時に把持して取出すことが出来る。
【００２２】
膜状インサートの取出し及び挿入を行うためのユニットは、試料容器から複数の膜状インサートの内の個々の膜状インサートのみを選択的に取出すことが出来ると好都合であり、例えば実験の際に、使用不可能であると判断された試料を除去することが出来る。更にこうすることによって、進行中の実験の途中で例えば出所の異なる試料を一つの試料容器内でプールすることが可能となる。
【００２３】
このような膜状インサートは、極めて感受性の高い組織試料を含むことがあるため、培地変換ステーションが制御された条件下で膜状インサートを一時的に保管するためのユニットをさらに有する場合、好都合であることが判明している。これは、例えばウェル内に適切な培地を所望の温度で含むマルチウェルプレートであればよい。膜状インサートを取出すためのユニットは次に、培地変換ステーションへと移送された試料容器から取出した膜状インサートをマルチウェルプレート内へと配置して、その結果組織試料は、短時間だけ培地から分離された状態に留まるだけでよいことになる。
【００２４】
培地が試料容器から膜状インサートを一時的保管するためのユニット内へ伴流・飛沫同伴すること又はこのユニットから別の試料容器内へ伴流・飛沫同伴することを回避するために、本発明による装置は、膜状インサートから液状培地を除去するためのユニットを更に有して成ることが出来る。これは例えば、膜状インサートを一時保管するためのユニットへと挿入される前に又は膜状インサートを一時保管するためのユニットから取出した後、当該膜状インサートを上面に配置して且つ乾燥させられるフィルタ紙、材料織物又はスポンジであればよい。
【００２５】
試料容器のプレートから膜状インサートを取出した後、前記試料容器は、培地変換ステーション内で当該試料容器のプレートのウェルから液状培地を除去するためのユニットに輸送される。このことは、例えば自動ロボット把持器又はコンベアベルトによって行うことが出来る。あるいはその代わりに、定置式の試料容器の場合、膜状インサートを取出すためのユニットを液状培地を除去するためのユニットに変換することが出来る。プレートのウェルからの液状培地の除去は、例えばウェルから液状培地を自動的に流出させること又は液状培地を吸い上げることによって実行出来る。液状培地を除去するためにプレートを例えば約４５度傾斜させ、次いで培地を吸い上げると好都合であることが判明している。その結果、培地を実質的に完全にウェルから除去することが出来る。
【００２６】
かかる吸引は、例えば一本以上のチューブ上方からウェル内に自動的に下降させ、次いでポンプによって培地を吸い上げるによって行うことが出来る。液状培地を除去するためのユニットは、好ましくは使用した試料容器が有するウェルと同数のチューブを備えており、その結果使用した試料容器の全てのウェルから同時に培地を吸引することが出来ることになる。更には、液状培地を除去するためのユニットが試料容器の各ウェルのために異なる吸込みチューブを複数備えることが望ましく、これらの吸込みチューブを交互に使用して吸引して、異なる培地を相互に別々に切り離して例えば異なる収集容器に集めることが出来る。あるいはその代わりに、培地変換ステーションは、液状培地を除去するための複数のユニットであって、試料容器から除去するべき液状培地に従って自動的に選択されて、かくして異なる培地を異なる収集容器へと互いに別々に集める前記ユニットであればよい。
【００２７】
液状培地を試料容器のウェルから除去した後、ウエルはさらに、試料容器のウェルに一つ以上の液状培地を添加するためのユニットへと輸送される。このことは、試料容器を例えばロボット把持器によって自動的に輸送するか又はコンベアベルトを用いるかの何れかによって実行出来る。あるいはその代わりに、定置式試料容器の場合には、液状培地を除去するための手段を、一つ以上の液状培地を添加するためのユニットで代替交換することが出来る。
【００２８】
一つ以上の液状培地を添加するためのかかるユニットは、所定の量の一つ以上の液状培地を一つ以上の貯蔵容器から試料容器のウェル内に導入するのに用いる、例えばピペッティンユニットであればよい。このユニットは、複数の異なる液状培地を、ピペッティングユニットを異なる培地に接触させることなくウェル内に導入することが出来るように、一つ以上の適切なピペッティング装置を備えることが出来る。添加は、同時又は順次行うことが出来る。さらにかかるユニットは、使用する試料容器が有するウェルと同数のピペッティングユニット又はピペッティングユニットの組み合わせを有して、試料容器のすべてのウェルを同時に満たすようにすることも出来る。あるいはその代わりに、かかるユニットは、試料容器が有するウェルよりも少ない数のピペッティングユニット又はピペッティングユニットの組み合わせを有していてもよい。この場合、試料容器のウェルは順次満たされる。
【００２９】
具体的には、複数の異なる液状培地が試料容器のウェル内に導入された場合には、本発明による装置の培地変換ステーションが、試料容器のウェル内の液状培地を混合するためのユニットを追加して有すると、好都合であることが判明している。このユニットは、例えば、上方からウェル内に進入して導入済みの液状培地を攪拌によって混合する攪拌器を含んで成っていてもよい。あるいはその代わりに、試料容器を自動的に上面に載置した振動テーブルであってよい。かくして、試料容器のウェル内の異なる液状培地は、容器の振動によって混合することが出来る。
【００３０】
一つ以上の液状培地を試料容器のウェルに添加した後、膜状インサートは、膜状インサートを挿入するためのユニットによって試料容器のウェル内に再び挿入される。要すれば膜状インサートは、この目的のために一時保管のためのユニットから取出され、所望によって膜状インサートから液状培地を除去するためのユニットによって清浄化される。膜状インサートを試料容器のウェル内に挿入する過程では、導入した液状培地の表面と膜状インサートの底部との間で気泡が一切形成されることがないように膜状インサートを挿入することが、本発明による装置にとって重要である。その理由は、かかる気泡は、例えば培地と膜の表面に位置する組織部分との間の物質の交換を妨げる可能性があるからである。
【００３１】
膜状インサートを試料容器のウェル内に挿入した後、要すればカバープレートを再び取り付け、マルチウェルプレートを培地変換ステーションから輸送ユニットに逆送するが、輸送ユニットは次に、この試料容器を次のモジュラステーション、例えば培養器ステーションに自動的に輸送する。
【００３２】
一連の操作手順の全配列の途中で、細胞又は組織試料は、例えば疾患模擬条件に暴露して、次いでかかる条件が試料に及ぼす作用及び／又は試験物質がかかる条件下にある試料に及ぼす影響を研究・検討することとしてもよい。このような目的のため、例えば培地変換ステーションにおいて、ある種の培地を組織が必要とする栄養素を含まない別種の培地と代替・交換し、かくして栄養素の欠乏を模擬することが出来る。さらにはかかる試料は、酸素の欠乏を模擬するために酸素培養器の代わりに窒素培養器でインキュベートすることが出来る。
【００３３】
これと同時に又は交互に、細胞組織試料に及ぼす作用について試験する一つ以上の試験物質は、試薬を試料容器に添加するためのステーションにおいて試料容器のウェル内の液状培地に添加することが出来る。試薬を添加するためのステーションは、不必要な操作手順を避けるため、培地変換ステーションと接続させることが好ましい。かくして培地の変換と同時に又はこれと独立して、所望の物質を適切な量だけ試料容器のウェル内に例えば自動ピペットを用いて導入することが出来る。
【００３４】
添加する物質は、例えば異なる疾患関連の結果を誘発するか又は模擬するための特定の物質（例えば、リポ多糖類（ＬＰＳ）及び／又は炎症性結果を誘発するための特定のサイトカイン類）であればよい。更には分子生物学ツール（例えば、小型のインターフェアランスＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ）又はアンチセンス配列）又は組織特異的遺伝子発現を操作するための分子生物学構築物（例えば、ウイルス性ベクター）を、疾患関連症状（例えば、アルツハイマー様病態生理学）を誘発するのか又は医薬関連標的を特定するか又は検証するかのいずれかの目的で添加してもよい。
【００３５】
細胞組織試料に及ぼす作用について試験する試験物質の代わりに又はかかる試験物質に加えて、細胞組織試料の測定データの記録を支持し、証拠立てる物質も要すれば、試薬を添加するためのステーションによって試料容器のウェルに添加することが出来る。かかる物質は例えば、核酸を染色するのに適しているヨウ化プロピジウム（ＰＩ）である。適切に染色された試料は次いで、データ取得ステーションにおいて蛍光顕微鏡を用いて検査することが出来る。例えば、特定のアポトーシスマーカー、増殖マーカー、細胞分化マーカー及び特定のたんぱく質を視覚化するための蛍光標識化抗体が、測定データの記録を支持し、証拠立てる追加の物質（マーカー／読み出し）として適している。
【００３６】
培養条件（例えば、液状又はガス状培地の組成）及び／又は試験物質が組織試料に及ぼす影響を測定することが出来るために、本発明による装置は好ましくは、試料の関連データを操作手順の全配列の開始時点、その途中、及び終了時点において例えば顕微鏡ユニット（例えば、共焦点、非共焦点、又は赤外顕微鏡ユニット）を使用して取得することが出来るデータ取得ステーションを有して成るのである。例えば、適切な組織試料の透過画像及び／又はＰＩによる染色後の蛍光画像を、顕微鏡下で記録することが出来る。これにより、適切な処理工程の前、途中及び終了後のさまざまな記録を比較することによって、操作者は、使用した試験物質及び／又は培養条件の変更・修正が、組織培養物に効果・影響を及ぼすか否かを、また適切である場合は、どの程度において降下・影響を及ぼすのかを決定することが出来る。
【００３７】
顕微鏡ユニットによる透過顕微鏡写真の作成は、完全に自動的に行うことが出来る。この目的のため、完全な膜状インサートの顕微鏡写真が、最初に作成され、膜状インサートにおける個々の組織部分の位置が、適切なソフトウェアによって自動的に認識される。次いで、個々の組織部分が、透過画像の記録のためにそれぞれ拡大される。これに相応する手順を、蛍光画像の記録のために採用することが出来る。
【００３８】
例えば、フロースルーサイトメトリー（ＦＡＣＳ分析）、レーザーを用いた顕微解剖、質量分析法（例えば、ＭＡＬＤＩ／ＴＯＦ分析）、分光法（例えば、ＩＲ分光法、蛍光相関分光法）及び電気生理学的方法（例えば、多電極アレイ）のための装置も、追加又は代替のデータ取得ステーションとして適している。適切なデータ取得ステーションは、実施する実験及び使用するマーカーに依存して当業者によって選択することが出来る。
【００３９】
実験終了後、試料容器は、輸送ユニットによって好ましくは試料取り出しステーションに輸送され、例えばその後にそれらを廃棄又は再利用出来るようにするためこのステーションで収集される。本発明による装置はまた、培地を相互に別々に収集し且つ廃棄する場合は、例えば異なる液状培地を入れた試料容器のための複数の試料取出しステーション、例えば二つの試料取出しステーションを備えることが出来る。
【００４０】
一つの可能な実施態様において、本発明による装置は、下記するステーションの組み合わせを有して成る；即ち、マルチウェルプレートにおいて細胞組織試料のための培地を含むウェル内に入っている膜状プレートに細胞組織試料が手作業により導入される試料装入ステーション、細胞組織試料が培養される酸素培養器ステーション、マルチウェルプレートの培地が予め定めた時間間隔で変換される培地変換ステーション、細胞組織試料に及ぼす効果・影響を試験する一つ以上の試験物質及び／又は細胞組織試料についての測定データの記録を支持し、証拠立てる一つ以上の物質が、マルチウェルプレートのウェル内に添加される試薬添加ステーション、要すれば、必要に応じて細胞組織試料が実験中において追加してインキュベートされる窒素培養器ステーション、例えば試験物質の添加の前後及び／又は窒素培養器内での培養の前後に、それらが細胞組織試料に及ぼす効果・影響を決定するため、細胞組織試料についての測定データが取得されるデータ取得ステーション、研究・検討の終了後にマルチウェルプレートが当該装置から取出しされる試料取出しステーション、及びマルチウェルプレートを試料装入ステーションから試料取り出しステーションまでの特定ステーションに向けてまた複数の該ステーション間において輸送する輸送ユニットである。
【００４１】
本発明による装置は、例えば組織切片の培養及びこれら組織切片に及ぼす試験物質と疾患模擬条件の効果・影響についての研究・検討を完全に自動的に行うことを可能ならしめるという利点を有する。本発明による装置はかくして、特に疾患に関連した効果・影響に関して、機能的な組織に基いた検索を可能にする。可能性がある候補有効成分を多数提供する超高速ＨＴＳ法と、比較的低速で、特に高額費用を要するインビボでの研究・検討との間のボトルネックが、これによって克服される。本発明はかくしてまた、例えば細胞組織試料などの試料の種々の生理学的又は病態生理学的プロセスに及ぼす化学的、生物学的及び／又は物理的影響に関する研究・検討を実施するために本発明に従った装置を使用する方法にも係わる。具体的には、この装置は、種々の物質が試料、好ましくは細胞組織試料に及ぼす効果・影響を試験するために使用することが出来る。相応する使用方法は、例えば生体外（ｅｘ  ｖｉｖｏ）に維持された、哺乳類の生存心臓組織細胞について、ＫｅｙＮｅｕｒｏｔｅｋ  ＡＧ社のドイツ特許出願ＤＥ  １０３２２９８６．８において記載されている。
【００４２】
その他、種々の物質が試料、好ましくは細胞組織試料に及ぼす効果・影響を試験するための方法が提供されるが、この方法は、試料を本発明による装置に装入すること及びデータ取得ステーションにて取得した測定データを評価することを含んで成る。この方法は、試料のみを手作業により作成し且つ測定データを手作業により行うだけでよいという格別な利点を有する。最も複雑な実験手順配列の内で労働集約的で、時間を要し且つ費用の高い複数の中間段階が、本発明による装置によって完全に自動的に実行される。したがって、多数の種々に異なる試料及び試験物質を同時に研究・検討することが可能である。
【００４３】
本発明による装置が有する更なる利点は、そのモジュラ設計にあり、これによって、所望とする実験の操作手順配列に応じて、個々のモジュラステーションを他のモジュラステーションと代替・交換することが可能となり、或いは例えば能力を増強するため、追加の培養器又は例えば追加の培地変換ステーションを装置に設けることが可能となる。原則として、モジュラステーションを更に追加することによって能力をいつでも増強出来るので、本発明による装置は、何ら能力上の制限を受けることはない。
【００４４】
次に本発明を、特定の実施態様に言及してさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施態様に限定されるわけではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１及び２には、試料装入ステーション１、二つの酸素培養ステーション２及び２’、窒素培養ステーション３、培地変換ステーション４、データ取得ステーション５、及び試料容器保管ステーション６が示されており、さらに（図１にのみ）２つの試料取出しステーション７及び７’、ならびに試料容器を特定ステーションに向けてまた複数ステーション間において輸送するための輸送ユニット８が示されている。
【００４６】
以下では、脳虚血に対して可能性のある有効成分を検索するための本発明による装置の使用を、例として説明する。通常の脳の機能は、グルコース及び酸素の永続的な供給に実質的に依存している。卒中、心臓の短時間の停止、即ち心臓手術の副作用としての心臓の停止による脳脊髄血流の中断は、急速に脳内に虚血病状を生じさせ、引き続いて神経細胞の死をもたらす。試験物質の脳虚血に及ぼす効果・影響を測定・決定するため、まず海馬切片を公知の手順に従って培養し、次いで酸素及びグルコースを中断することによって虚血状態に暴露させることが出来る。かくしてこれらの病状による神経細胞への障害を、例えば添加したヨウ化プロピジウム（ＰＩ）−これは、障害された細胞にのみ取り込まれる−の細胞内蛍光発光によって視覚化することが出来る。神経細胞が虚血病状を克服して生存する能力に関して試験物質の持つ可能性のある陽性効果が、同じ条件下で同時に培地に試験物質を添加する比較実験によって測定される。
【００４７】
このような目的のために必要とされる実験室操作手順は、本発明による装置によって、例えば次のように実行することが出来る。最初に、複数のウェルに膜状のインサートを挿入した空のマルチウェルプレートが、試料装入ステーション１を経由して装置内に装入される。輸送ユニット８が、このマルチウェルプレートを培地変換ステーション４に輸送し、そこで再蒸留水がウェルの間に導入され、またグルコース培地がマルチウェルプレートの全てのウェルに導入される。次いで、このマルチウェルプレートが、輸送ユニット８によって酸素培養器２又は２’に輸送され、そこで平衡のため２０分と２４時間の間滞留する。次にこのマルチウェルプレートが、酸素培養器２又は２’から試料装入ステーション１に輸送される。そこで操作者によってマルチウェルプレートの膜状のインサートに予め手作業によって作成された海馬部切片を装着する。次いで、装着済みマルチウェルプレートを輸送ユニット８が酸素培養器２又は２’に返送する。
【００４８】
間違いなく試料を紛れることなく明白に分類出来るように確保するため、好ましくはマルチウェルプレーは、例えばバーコードを用いてマークされるが、このバーコードは、輸送ユニット及び本発明による装置の種々のステーションの両者によっていかなる時点でも読み取られ、既存のデータと比較することが出来る。
【００４９】
海馬切片は、６時間と１３日の間又はそれ以上の時間に酸素培養器２又は２’内で培養される。この滞留時間の間に、周期的な培地の変換（例えば、グルコース培地の変換）が行われる。この目的のために、いずれの場合も６０乃至７２時間の間隔で、マルチウェルプレートが培地変換ステーション４に輸送され、培地の変換が完了した後に培養器に戻される。得られた培養物は、操作手順者が対照として必要とするときまで、通常は６乃至１３日後まで培養する。
【００５０】
試料の予備的なチェックが、次の工程で行われる。この目的のために、マルチウェルプレートが、酸素培養器２又は２’からデータ取得ステーション５に輸送される。そこで、膜状インサート全てと一枚の膜状インサートからの個別の切片についての透過顕微鏡写真が、顕微鏡ユニットにおいて作成される。次いでマルチウェルプレートは酸素培養器２又は２’に返送される。
【００５１】
次いで個々の組織切片が、透過顕微鏡写真に基いて評価され、実験の特定条件が、マルチウェルプレートの個々の膜状インサートのそれぞれに割当てられ、例えばコンピュータ端末を介して、本発明による装置に通信される。
【００５２】
かくして実施された割当てに応じて、マルチウェルプレートの膜状インサートは、不適当であると認識された場合は取出されるか又はマルチウェルプレート内に再度取付けられるが、かかるインサートは、同じ培養条件に暴露されるべきなので、一つのマルチウェルプレート内に併合される。この「プーリング」は、例えば培地変換ステーションにおいて、マルチウェルプレートから膜状インサートの取出し及び挿入を行うためのユニットによって実行することが出来るしまたマルチウェルプレートの一時的貯蔵保管は、制御された条件下で膜状インサートの一時的貯蔵保管するためのユニットにおいて行うことが出来る。同時に、本装置の既存のデータは適切に更新して、膜状インサートのプーリングの後でもマルチウェルプレート内の個々の試料が明白に割り当て出来るようにする。
【００５３】
このような実験を実行するためには、例えば可能性のある三つの条件の内の一つが、実験の特定条件によってそれぞれの膜状インサートへと割り当てられる。
条件１：物質を添加しないＯＧＤ
条件２：物質を添加したＯＧＤ
条件３：ＯＧＤを伴わない物質の添加
ここで、「ＯＧＤ」とは、培養物を虚血病状に暴露することを意味し、即ち酸素及びグルコースの奪取・欠乏（ｏｘｙｇｅｎ  ａｎｄ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｄｅｐｒｉｖａｔｉｏｎ：ＯＧＤ）を意味する。
【００５４】
個々の条件は、例えば使用される試験物質の種類及び量、ＯＧＤの継続時間、などを記述することによって、更に詳しく特定することも可能である。
【００５５】
ＯＧＤの約１時間前に、条件２又は条件３が予定されている膜状インサートを備えたマルチウェルプレートが、輸送ユニット８によって培地変換ステーション４に輸送される。そこで、グルコース培地はグルコース／試験物質培地と代替・交換され、次いでこのマルチウェルプレートが、酸素培養器２又は２’に返送される。
【００５６】
ＯＧＤの前に、ウェルに膜状インサートが挿入されていない空のマルチウェルプレートは更に、本試料容器保管ステーション６又は試料装入ステーション１の内のいずれかを介して本発明による装置内に装入されて、輸送ユニット８によって培地変換ステーション４に輸送される。導入される新しいマルチウェルプレートの数は、当面する実験について条件１又は条件２が割り当てられた膜状インサートを含むマルチウェルプレートの数と正確に一致する。さらに、新規マルチウェルプレートについてシステム内部で相補的な割当てが行われるが、いずれの場合にも、新たに装入されたマルチウェルプレートが正確に一つ、当面する実験について条件１又は条件２が意図されている膜状インサートを含む一つのマルチウェルプレートに特異的に割り当てられる。
【００５７】
培地変換ステーション４においては、再蒸留水が、新たに装入されたマルチウェルプレートのウェルの間に導入される。さらに、マンニトール培地が、新たに装入されたマルチウェルプレートのウェル内に導入されるが、これらのウエル内には、条件１が意図される膜状インサートが、相補的マルチウェルプレート上に既に挿入されて存在しており、またマンニトール／試験物質培地が、新たに投入されたマルチウェルプレートのウェル内に導入されるが、これらのウエル内には、条件２が意図される膜状インサートが、相補的マルチウェルプレート上に既に挿入され存在している。これら新たに装入されたマルチウェルプレートは次に、輸送ユニット８によって窒素培養器・ユニット３に輸送され、そこで２０分と２４時間の間で平衡化される。
【００５８】
ＯＧＤの約１乃至５分前に、条件１又は条件２が意図される組織切片を有する膜状インサートを含むマルチウェルプレート及びマンニトール培地を有するそれぞれの相補的マルチウェルプレートが、輸送ユニット８によって培地変換ステーション４に輸送される。そこで、条件１又は条件２が意図される膜状インサートは、グルコース培地を有するマルチウェルプレートからマンニトール培地を有する相補的マルチウェルプレートに移送される。マンニトール培地を有するマルチウェルプレートは、ＯＧＤのために窒素培養器３に輸送され、グルコース培地を有するマルチウェルプレートは、酸素培養器２又は２’に輸送される。
【００５９】
ＯＧＤのため、マンニトール培地を有するマルチウェルプレートは、実験の特定条件に依存して例えば５乃至９０分又はそれ以上の間窒素培養器３内に滞留する。ＯＧＤ終了直後に、マンニトール培地を有するマルチウェルプレートが、窒素培養器３から培地変換ステーション４に輸送され、グルコース培地を有する対応した相補的プレートが、酸素培養器２又は２’から培地変換ステーション４に輸送される。ここで、条件１又は条件２が意図される膜状インサートが、マンニトール培地を有するマルチウェルプレートからグルコース培地を有する相補的マルチウェルプレートの相補のウェルに移送され、またグルコース培地を有するマルチウェルプレートは、輸送ユニット８によって酸素培養器２又は２’に輸送される。マンニトール培地を有する空のマルチウェルプレートは、試料取出しステーション７又は７’を経由して排出される。
【００６０】
条件２又は条件３が意図された膜状インサートを有するマルチウェルプレートは、ＯＧＤの約１時間後に輸送ユニット８によって培地変換ステーション４に輸送され、グルコース培地による培地変換が、マルチウェルプレートのうち条件２及び条件３が意図される膜状インサートを含むウェルについて行われる。次いで、このマルチウェルプレートが、酸素培養器２又は２’に輸送され、そこで２乃至７２時間の間培養が行われる。
【００６１】
実験の特定条件に従って、ＧＯＤをいくつかのマルチウェルプレートについて数回行う必要がある場合は、上述した実験サイクルの各工程が、それに応じて反復繰返される。
【００６２】
かかる実験の評価を行うため、マルチウェルプレートは、データ取得の約２時間前に輸送ユニット８によって酸素培養器２又は２’から培地変換ステーション４に輸送され、ヨウ化プロピジウム（ＰＩ）がマルチウェルプレートのウェルに指定された濃度で添加される。このマルチウェルプレートが、酸素培養器２又は２’に返送され、約２時間培養器内に滞留する。データ取得の直前に、要すればＰＩを再度同一濃度又は別の濃度で培地変換ステーション４内のマルチウェルプレートのウェルに再び添加してもよい。
【００６３】
その後、マルチウェルプレートは、データ取得ステーションに輸送され、そこで自動的に顕微鏡ユニットに移送される。そこで、膜状インサート全体及び膜状インサートの個々の切片について透過及び蛍光顕微鏡写真が、顕微鏡のもとで作成される。その後マルチウェルプレートは、輸送ユニット８によってデータ取得ステーション５から引取られ、培地に依存して試料取出しステーション７又は７’を経由して排出される。
【００６４】
透過及び蛍光顕微鏡写真に基く実験の評価を、操作者によって手作業により行うことが出来る。
【００６５】
本発明は、上述の実施態様に限定されることはない。例えばこの装置に、追加のステーションを補充することが出来るし又は個別のステーションを別のステーションと交換して対応する実験手順に適合させることが出来る。各自のステーションにおいては、装備取り付けや変換の労力を殆ど伴うことなく、当該ステーションを所望の実験手順に柔軟に適合させることも可能である。
【００６６】
本発明による装置は、多数の試験物質をインビトロで通常条件下又は疾病模擬条件下での組織試料に及ぼす効果・影響について、順次又は並行して手動操作労力を殆ど伴うことなく、試験することを可能とするものである。これによって、例えば医薬の前臨床開発又は潜在的医薬の前臨床開発が実質的に加速され、その結果かかる開発を多数の物質について経済的に実行することが可能となる。その他、恒常的な実験条件が、自動化された操作手順によって確保され、その結果得られた測定データが、高い再現性及び有意性を有するものとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明による装置についての可能な一つの実施態様を平面図にて概略的に示す。
【図２】本発明による装置についての可能な一つの実施態様の斜視図を示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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