(57)【要約】分子分析を使用して、対象における複数の組織からの組織サンプルを評価するための方法およびデバイスを提供する。特定の態様では、実施形態のデバイスは、液体組織サンプルの低侵襲性の収集および質量分析のためのサンプルの送達を可能にする。2021504703.tif 000014
2021504703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析用のサンプルを作製するための装置であって、
溶媒を含むチャンバと、
ガスサプライと、
質量分析計と、
リザーバ、第１の導管、第２の導管、および第３の導管を含むプローブと、
を備え、
前記第１の導管が前記チャンバと流体連通しており、
前記第２の導管がガスサプライと流体連通しており、
前記第３の導管が前記質量分析計と流体連通している、
装置。
【請求項２】
前記プローブが、外科用器具のカニューレであるか、または外科用器具のカニューレに含まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記外科用器具が腹腔鏡である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記外科用器具がトロカール針である、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記外科用器具が生検ガイドである、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記外科用器具がマルチルーメンカテーテルである、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記外科用器具が手動で操作される、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記外科用器具がロボット式である、請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記ガスサプライが加圧式ガスサプライである、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ガスサプライが空気を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ガスサプライがＣＯ２またはＮ２を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記リザーバが、前記第１の導管内、前記第２の導管内、または前記第３の導管内で形成される空間である、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記リザーバが、前記第１の導管内で形成される空間である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記リザーバが、０．０１〜１．０ｍｌの流体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記外科用器具が、把持可能なフィンを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項１６】
前記外科用器具が、イメージングにより検出可能な追跡用プローブを備える、請求項２に記載の装置。
【請求項１７】
前記イメージングが、視覚的イメージング、蛍光イメージング、ＵＳイメージング、ＣＴイメージング、ＭＲＩイメージング、またはＯＣＴイメージングを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記チャンバまたは前記第３の導管がメッシュフィルタを備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記プローブが遠位プローブ端を含み、前記遠位プローブ端が、前記プローブの外側での流体連通を防止するために閉じることができるシャッターを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記シャッターが、前記プローブの外側での流体連通を防止するために膨張することができるバルーンである、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記バルーンが、気体または液体により膨張することができる、請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記シャッターが、前記プローブの外側での流体連通を防止するために閉じることができるドアである、請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記シャッターが、複数回開閉することができるように構成されている、請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
前記シャッターが手動で制御される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
前記シャッターがロボットで制御される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２６】
前記第１の導管、前記第２の導管、または前記第３の導管が、１メートルを超える長さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記第１の導管が前記第３の導管と流体連通しており、
前記第２の導管が前記第３の導管と流体連通している、
請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の導管が前記第３の導管の中に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記第２の導管が前記第３の導管の中に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１の導管および前記第２の導管が、前記第３の導管の中に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
前記プローブが遠位プローブ端を含み、
前記第１の導管が第１の遠位端を含み、
前記第２の導管が第２の遠位端を含み、
前記第３の導管が第３の遠位端を含み、
前記第１の遠位端および前記第２の遠位端が前記第３の導管の中に位置する、
請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記第３の遠位端が前記プローブの中に位置する、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記第１の遠位端が前記遠位プローブ端から第１の距離に位置し、
前記第２の遠位端が前記遠位プローブ端から第２の距離に位置し、
前記第３の遠位端が前記遠位プローブ端から第３の距離に位置し、
前記第１の距離が前記第３の距離よりも大きく、
前記第２の距離が前記第３の距離よりも大きい、
請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記第１の遠位端および前記第２の遠位端が、前記第３の導管のサンプル収集領域の近くで終端する、請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
前記サンプル収集領域が、前記第１の遠位端および前記第２の遠位端と、前記第３の遠位端との間に位置する、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記サンプル収集領域が、前記第３の導管を介して、前記質量分析計と流体連通している、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記チャンバから、前記第１の導管を通って、前記第１の遠位端までの、溶媒流と、
前記ガスサプライから、前記第２の導管を通って、前記第２の遠位端までの、ガス流と、
前記第３の導管を通って、前記質量分析計までの、サンプル流と、
を制御するように構成されている制御システムを更に含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３８】
前記装置が第４の導管を更に含み、
前記第１の導管、前記第２の導管、および前記第３の導管がそれぞれ、前記第４の導管と流体連通している、
請求項１に記載の装置。
【請求項３９】
前記第１の導管と前記第４の導管との間で流れを制御するように構成されている第１のバルブ、および
前記第２の導管と前記第４の導管との間で流れを制御するように構成されている第２のバルブ
を更に含む、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記第３の導管と前記第４の導管との間で流れを制御するように構成されている第３の第１のバルブを更に含む、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記ガスサプライが、空気、窒素、または二酸化炭素を前記プローブに供給する、請求項１に記載の装置。
【請求項４２】
前記ガスサプライが加圧式ガスサプライである、請求項１に記載の装置。
【請求項４３】
前記加圧式ガスサプライが、０．１ｐｓｉｇ〜５．０ｐｓｉｇの圧力で気体を前記プローブに供給する、請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記加圧式ガスサプライが、０．５ｐｓｉｇ〜２．５ｐｓｉｇの圧力で気体を前記プローブに供給する、請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
前記加圧式ガスサプライが、１００ｐｓｉｇ未満の圧力で気体を前記プローブに供給する、請求項４２に記載の装置。
【請求項４６】
前記溶媒が水を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４７】
前記溶媒が滅菌水を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４８】
前記溶媒がエタノールを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４９】
前記溶媒が、１〜２５％のエタノールを含む水性混合物を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５０】
前記プローブが、前記プローブの位置を追跡するための追跡デバイスまたは追跡用色素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５１】
前記チャンバから、前記第１の導管を通る、溶媒流と、
前記ガスサプライから、前記第２の導管を通る、ガス流と、
前記第３の導管を通って、前記質量分析計までの、サンプル流と、
を制御するように構成されている制御システムを更に含む、請求項２２に記載の装置。
【請求項５２】
前記制御システムが、
１〜３秒間、１分当たり２００〜５０００マイクロリットルの流速にて前記溶媒流を制御し、
５〜５０秒間、０．１〜１５ｐｓｉｇの流速にて前記ガス流を制御し、
５〜５０秒間、前記サンプル流を制御する
ように構成されている、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記制御システムが、溶媒流を開始させるプログラミングを含む、請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
前記質量分析計が、サンプル分析を提供することができるコンピュータと電気的に連通している、請求項１に記載の装置。
【請求項５５】
前記コンピュータが、前記サンプル分析の視覚的読み取りまたは聴覚的読み取りを提供する、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記第３の導管と流体連通している廃棄物容器を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５７】
流体を前記第３の導管から前記廃棄物容器に分岐させるように構成されているバルブを更に含む、請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記廃棄物容器の内容物を取り除くように構成されているポンプを更に含む、請求項５６に記載の装置。
【請求項５９】
前記第３の導管と流体連通しているポンプを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６０】
前記ポンプが、前記第３の導管の中での内容物の速度を増加させるように構成されている、請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
前記第３の導管に連結された発熱部材を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６２】
前記発熱部材が電熱線である、請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記第３の導管と流体連通しているイオン化デバイスを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６４】
前記イオン化デバイスが、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）デバイスである、請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記イオン化デバイスが、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）デバイスである、請求項６３に記載の装置。
【請求項６６】
前記イオン化デバイスが、質量分析計の入口付近にスプレーを生成させるためのものである、請求項６３に記載の装置。
【請求項６７】
前記第３の導管が、前記質量分析計に直接的には連結されていない、請求項１に記載の装置。
【請求項６８】
前記第３の導管と流体連通しているベンチュリ装置を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６９】
前記装置が、超音波エネルギーまたは振動エネルギーを印加するためのデバイスを含まない、請求項１に記載の装置。
【請求項７０】
対象からの組織サンプルを評価するための方法であって、
（ａ）外科用器具のカニューレを通して、一定体積または個別体積の溶媒を、前記対象の組織部位に適用する工程と、
（ｂ）前記適用した溶媒を収集して液体サンプルを得る工程と、
（ｃ）前記サンプルを質量分析に供する工程と、
を含む、方法
【請求項７１】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、スプレーとしては適用されない、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、液滴として適用される、請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
前記外科用器具が腹腔鏡である、請求項７０に記載の方法。
【請求項７４】
前記外科用器具がトロカール針である、請求項７０に記載の方法。
【請求項７５】
前記外科用器具が生検ガイドである、請求項７０に記載の方法。
【請求項７６】
前記外科用器具が手動で操作される、請求項７０に記載の方法。
【請求項７７】
前記外科用器具がロボット式である、請求項７０に記載の方法。
【請求項７８】
前記組織部位に色素を適用する工程を更に含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項７９】
前記組織部位をイメージングする工程を更に含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項８０】
前記イメージングが、視覚的イメージング、蛍光イメージング、ＵＳイメージング、ＣＴイメージング、ＭＲＩイメージング、またはＯＣＴイメージングを含む、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
前記カニューレが遠位プローブ端を有するプローブに含まれ、前記遠位プローブ端が、流体が前記プローブの前記カニューレの外に通過するのを防止するために閉じることができるシャッターを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項８２】
前記シャッターが、前記プローブの外側での流体連通を防止するために膨張することができるバルーンである、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
前記バルーンが気体により膨張することができる、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記シャッターが、前記プローブの外側での流体連通を防止するために閉じることができるドアである、請求項８１に記載の方法。
【請求項８５】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、１００ｐｓｉｇ未満の圧力を用いて適用される、請求項７０に記載の方法。
【請求項８６】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、１０ｐｓｉｇ未満の圧力を用いて適用される、請求項７０に記載の方法。
【請求項８７】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、溶媒導管を通して前記溶媒を移動させるための機械式ポンプを用いて適用される、請求項７０に記載の方法。
【請求項８８】
前記適用した溶媒を収集することが、負圧を印加して前記サンプルを収集導管内に引き込むこと、および／または、気体圧を印加して前記サンプルを収集導管内に押し込むことを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項８９】
前記適用した溶媒を収集することが、負圧を印加して前記サンプルを収集導管内に引き込むこと、および、正圧を印加して前記サンプルを収集導管内に押し込むことを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項９０】
前記溶媒が、前記収集導管とは別の溶媒導管を通して適用される、請求項８８に記載の方法。
【請求項９１】
前記気体圧が、前記溶媒導管および前記収集導管とは別の気体導管を通して印加される、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
気体圧を印加して前記サンプルを収集導管内に押し込むことが、１００ｐｓｉｇ未満の圧力を印加することを含む、請求項８８に記載の方法。
【請求項９３】
前記組織への、検出可能な物理的損傷を生み出さない、請求項７０に記載の方法。
【請求項９４】
前記組織への超音波エネルギーまたは振動エネルギーの印加を伴わない、請求項７０に記載の方法。
【請求項９５】
前記溶媒が滅菌されている、請求項７０に記載の方法。
【請求項９６】
前記溶媒が製薬上許容される配合物である、請求項７０に記載の方法。
【請求項９７】
前記溶媒が水溶液である、請求項９６に記載の方法。
【請求項９８】
前記溶媒が滅菌水である、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記溶媒が本質的に水からなる、請求項９７に記載の方法。
【請求項１００】
前記溶媒が、約１〜２０％のアルコールを含む、請求項９７に記載の方法。
【請求項１０１】
前記アルコールがエタノールを含む、請求項１００に記載の方法。
【請求項１０２】
前記個別体積の溶媒が約０．１〜１００μＬである、請求項７０に記載の方法。
【請求項１０３】
前記個別体積の溶媒が約１〜５０μＬである、請求項１０２に記載の方法。
【請求項１０４】
前記適用した溶媒の収集が、前記適用する工程の０．１〜３０秒後である、請求項７０に記載の方法。
【請求項１０５】
前記適用した溶媒の収集が、前記適用する工程の１〜１０秒後である、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０６】
前記組織部位が、外科的に評価される内部組織部位にある、請求項７０に記載の方法。
【請求項１０７】
複数の組織部位から複数の液体サンプルを収集する工程を更に含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項１０８】
前記液体サンプルが、プローブにより収集される、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記プローブが、異なるサンプルの収集の合間に洗浄される、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
前記プローブが、使い捨てであり、異なるサンプルの収集の合間に交換される、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１１】
前記プローブが収集チップを含み、前記方法が、前記液体サンプルの収集後に前記プローブから前記収集チップを取り外す工程を更に含む、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１２】
前記複数の組織部位が、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０箇所の組織部位を含む、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１１３】
前記複数の組織部位が、外科的に切除された組織の切片を囲む、請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１４】
前記切除された組織が腫瘍である、請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
術中法または術後法として更に定義される、請求項７０に記載の方法。
【請求項１１６】
前記質量分析が、アンビエントイオン化ＭＳを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項１１７】
前記サンプルを質量分析に供する工程が、前記組織部位に対応するプロファイルを決定することを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項１１８】
前記プロファイルを参照プロファイルと比較し、疾患組織を含む組織部位を同定する工程を更に含む、請求項１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
疾患組織を含むと同定された組織部位を切除する工程を更に含む、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
組織部位の切除が、レーザーアブレーションを含む、請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２１】
前記組織部位を評価することが、異なる部位における前記組織の種類を決定することを含む、請求項７０に記載の方法。
【請求項１２２】
同定された種類の組織を切除する工程を更に含む、請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２３】
前記同定された組織の種類が、がん組織である、請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】
前記同定された組織の種類が、非がん性の臓器組織である、請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２５】
請求項１〜６９のいずれか一項に記載の装置を用いて実施される、請求項７０に記載の方法。
【請求項１２６】
材料の特性決定方法であって、
（ａ）一定体積または個別体積の溶媒を前記材料に適用する工程と、
（ｂ）前記適用した溶媒を収集して液体サンプルを得る工程と、
（ｃ）前記サンプルを質量分析に供して、前記材料を特性決定する質量分析プロファイルを提供する工程と、
を含む、方法。
【請求項１２７】
前記材料がコモディティ製品であり、前記材料の特性決定が、前記材料を同定することを含む、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１２８】
前記コモディティ製品が、食品である、請求項１２７に記載の方法。
【請求項１２９】
前記食品が、肉、魚、キノコ、野菜、または果物である、請求項１２８に記載の方法。
【請求項１３０】
前記食品が、肉または魚である、請求項１２９に記載の方法。
【請求項１３１】
前記材料の特性決定が、前記材料を構成する肉または魚の種類を同定することを含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
前記材料の特性決定が、前記肉を、牧草を給餌された動物、または穀物を給餌された動物からの肉として同定することを含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３３】
前記材料の特性決定が、前記魚を、養殖魚または漁獲した天然魚として同定することを含む、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３４】
前記肉が、ラム肉、鹿肉、ヘラジカ肉、鶏肉、七面鳥肉、馬肉、豚肉、牛肉、バッファロー肉、または山羊肉である、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３５】
前記魚が、鮪、鮭、鱈、鱒、オヒョウ、またはスズキである、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３６】
前記魚がシェルフィッシュである、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３７】
前記材料が薬物を含む、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１３８】
前記材料の特性決定が、前記材料中の化合物の量を定量化することを含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１３９】
前記化合物が薬物である、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４０】
前記薬物が鎮痛剤である、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４１】
前記薬物が、アデロール、コカイン、コデイン、モルヒネ、大麻、アンフェタミン、メタンフェタミン、ＭＤＭＡ、ヘロイン、ケタミン、リゼルギン酸ジエチルアミド、またはオキシコドンを含む、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４２】
前記化合物が、農薬または除草剤である、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１４３】
前記農薬が、アゾキシストロビンまたはアトラジンを含む、請求項１４２に記載の方法。
【請求項１４４】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、スプレーとしては適用されない、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１４５】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、として適用される、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１４６】
前記方法が、
溶媒を含むチャンバと、
ガスサプライと、
質量分析計と、
リザーバ、第１の導管、第２の導管、および第３の導管を含むプローブと、
を備える装置を用いて実施され、
前記第１の導管が前記チャンバと流体連通しており、
前記第２の導管がガスサプライと流体連通しており、
前記第３の導管が前記質量分析計と流体連通している、
請求項１２６に記載の方法。
【請求項１４７】
前記装置が手動で操作される、請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４８】
前記装置がロボット式である、請求項１４６に記載の方法。
【請求項１４９】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、１００ｐｓｉｇ未満の圧力を用いて適用される、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１５０】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、１０ｐｓｉｇ未満の圧力を用いて適用される、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１５１】
前記一定体積または個別体積の溶媒が、溶媒導管を通して前記溶媒を移動させるための機械式ポンプを用いて適用される、請求項１４６に記載の方法。
【請求項１５２】
前記適用した溶媒を収集することが、負圧を印加して前記サンプルを収集導管内に引き込むこと、および／または、気体圧を印加して前記サンプルを収集導管内に押し込むことを含む、請求項１４６に記載の方法。
【請求項１５３】
前記適用した溶媒を収集することが、負圧を印加して前記サンプルを収集導管内に引き込むこと、および、正圧を印加して前記サンプルを収集導管内に押し込むことを含む、請求項１４６に記載の方法。
【請求項１５４】
前記溶媒が、前記収集導管とは別の溶媒導管を通して適用される、請求項１５２に記載の方法。
【請求項１５５】
前記気体圧が、前記溶媒導管および前記収集導管とは別の気体導管を通して印加される、請求項１５４に記載の方法。
【請求項１５６】
気体圧を印加して前記サンプルを収集導管内に押し込むことが、１００ｐｓｉｇ未満の圧力を印加することを含む、請求項１５２に記載の方法。
【請求項１５７】
前記材料への、検出可能な物理的損傷を生み出さない、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１５８】
前記材料への超音波エネルギーまたは振動エネルギーの印加を伴わない、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１５９】
前記溶媒が有機構成成分を含む、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１６０】
前記溶媒が水溶液である、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１６１】
前記溶媒が滅菌水である、請求項１６０に記載の方法。
【請求項１６２】
前記溶媒が本質的に水からなる、請求項１６０に記載の方法。
【請求項１６３】
前記溶媒が、約１〜２０％のアルコールを含む、請求項１６０に記載の方法。
【請求項１６４】
前記アルコールがエタノールを含む、請求項１６３に記載の方法。
【請求項１６５】
前記個別体積の溶媒が約０．１〜１００μＬである、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１６６】
前記個別体積の溶媒が約１〜５０μＬである、請求項１６５に記載の方法。
【請求項１６７】
前記適用した溶媒の収集が、前記適用する工程の０．１〜３０秒後である、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１６８】
前記適用した溶媒の収集が、前記適用する工程の１〜１０秒後である、請求項１６７に記載の方法。
【請求項１６９】
前記液体サンプルが、プローブにより収集される、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１７０】
前記プローブが、異なるサンプルの収集の合間に洗浄される、請求項１６９に記載の方法。
【請求項１７１】
前記プローブが、使い捨てであり、異なるサンプルの収集の合間に交換される、請求項１６９に記載の方法。
【請求項１７２】
前記質量分析が、アンビエントイオン化ＭＳを含む、請求項１２６に記載の方法。
【請求項１７３】
請求項１〜６９のいずれか一項に記載の装置を用いて実施される、請求項１２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年１１月２７日に出願された、米国仮出願特許第６２／５９１，１７９号、および２０１８年３月８日に出願された同第６２／６４０，３８５号の利益を主張し、これらは共に、それら全体が、本明細書に参照により組み込まれている。
【０００２】
本発明は、アメリカ国立衛生研究所によって認可された助成金番号Ｒ００ＣＡ１９０７８３のもとで、政府の支援によってなされた。政府は、本発明に特定の権利を有する。
【０００３】
１．発明の分野
本発明は概して、医学、分子生物学、および生化学の分野に関する。より具体的には、本発明は、質量分析法を用いる、組織サンプルを評価するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００４】
２．関連技術の説明
臨床診断は一般に、患者の治療プロセスのいくつかの別の段階において、組織サンプルを術前、術中、および術後に評価することによって実施される。組織評価は、がん患者の診断および管理において非常に重要である。切除された組織の、術中の病理学的評価は例えば、様々ながん手術における、診断および外科的マージン評価のために、日常的に実施される。切除した組織試料は、多くの場合「冷凍室」と呼ばれる、組織調製、染色、および評価のための、近くの部屋に送られる。組織試料は、冷凍され、切除され、染色され、そして、外科的マージンががん細胞を含有する（陽性マージン）か否か（陰性マージン）を、注意深く評価する専門の病理学者により、光学顕微鏡を用いて確認される。術中の冷凍部分分析は、数十年間にわたり臨床実務で実施されている一方、これは多くの課題を示している。アーチファクトの凍結が組織処理中に生じ、組織構造および細胞のモルホロジーと干渉して、病理学的解釈を複雑にし、分析を信頼できず、主観的なものにしている。更に、特定の腫瘍細胞は、増殖および形状が非典型的なパターンであるが故に、認識するのが非常に難しい。分子的アプローチは、組織サンプルの、非常に正確かつ潜在的にリアルタイムでの評価をもたらすことができる。分子的アプローチを、低侵襲性手術手技、または非侵襲性技術と組み合わせることにより、非常に正確かつ外傷の少ない、組織および手術サンプルを評価し診断する方法を提供することができる。しかし今日まで、組織サンプルの効率的な分子評価をもたらす十分なデバイスまたは方法論は、開発されていない。
【発明の概要】
【０００５】
第１の態様では、プローブを用いて、一定体積または個別体積の溶媒をアッセイ部位（例えば組織部位）にアプライすることと、プローブを用いて、アプライした溶媒を回収して液体サンプルを得ることと、液体サンプルを質量分析に供することと、を含む、質量分析を得るための方法が提供される。更なる実施形態では、複数の液体サンプルを、対象の複数の組織部位から得ることと、複数の液体サンプルを質量分析に供することと、を含む、組織サンプルを評価するための方法が提供される。
【０００６】
依然として更なる実施形態は、質量分析用のサンプルを（例えば組織から）得る、または生成するための装置であって、溶媒を含むチャンバと、ガスサプライ（例えば、加圧式ガスサプライ）と、質量分析計と、リザーバ、第１の導管、第２の導管、および第３の導管を含むプローブであって、リザーバが第１の導管、第２の導管、および第３の導管と流体連通しているプローブと、を含み、第１の（溶媒）導管がチャンバと流体連通しており、第２の（ガス）導管がガスサプライと流体連通しており、第３の（収集）導管が質量分析計と流体連通している、装置を提供する。いくつかの態様では、ガスサプライは、加圧式ガスサプライであることができる。いくつかの態様では、プローブは、外科用器具のカニューレであるか、または外科用器具のカニューレに含まれる。更なる態様において、外科用器具は、腹腔鏡、トロカール針、生検ガイド、またはマルチルーメンカテーテルであることができる。特定の態様において、外科用器具は手動で操作される。別の態様において、外科用器具はロボット式である。
【０００７】
また依然として更なる態様では、プローブは遠位プローブ端を含み、遠位プローブ端は、プローブの外側での流体連通を防止するために閉じることができるシャッターを含む。いくつかの態様では、シャッターは、プローブの外側での流体連通を防止するために膨張することができるバルーンである。特定の態様において、バルーンは、気体または液体により膨張することができる。特定の態様において、シャッターは、プローブの外側での流体連通を防止するために閉じることができるドアである。別の態様において、シャッターは、複数回開閉することができるように構成されている。シャッターは手動で、またはロボットで制御することができる。
いくつかの態様では、第１の導管、第２の導管、または第３の導管は、１メートルを超える長さを有する。追加の態様において、第１の導管は第３の導管と流体連通しており、第２の導管は第３の導管と流体連通している。更に特定の態様では、第１の導管は第３の導管の中に配置されている。別の態様において、第２の導管は第３の導管の中に配置されている。
【０００８】
ある種の特定の態様において、第１の導管および第２の導管は、第３の導管の中に配置されている。更なる態様において、第１の導管は第１の遠位端を含み、第２の導管は第２の遠位端を含み、第３の導管は第３の遠位端を含み、第１の遠位端および第２の遠位端は、第３の導管の中に位置する。いくつかの態様では、第３の遠位端はプローブの中に位置する。別の態様において、第１の遠位端は、遠位プローブ端から第１の距離に位置し、第２の遠位端は遠位プローブ端から第２の距離に位置し、第３の遠位端は遠位プローブ端から第３の距離に位置し、第１の距離は第３の距離よりも大きく、第２の距離は第３の距離よりも大きい。更なる態様では、第１の遠位端および第２の遠位端は、第３の導管のサンプル収集領域の近くで終端する。特定の態様において、サンプル収集領域は、第１の遠位端および第２の遠位端と、第３の遠位端との間に位置する。更に特定の態様では、サンプル収集領域は、第３の導管を介して、質量分析計と流体連通している。いくつかの追加の態様では、装置は、チャンバから、第１の導管を通って、第１の遠位端への溶媒流と、ガスサプライから、第２の導管を通って、第２の遠位端へのガス流と、第３の導管を通って、質量分析計へのサンプル流と、を制御するように構成されている制御システムを更に含む。
【０００９】
また依然として更なる態様では、装置は、第４の導管を更に含むことができ、第１の導管、第２の導管、および第３の導管がそれぞれ、第４の導管と流体連通している。いくつかの態様では、装置は、第１の導管と第４の導管との間で流れを制御するように構成されている第１のバルブと、第２の導管と第４の導管との間で流れを制御するように構成されている第２のバルブと、を更に含むことができる。更なる態様では、装置は、第３の導管と第４の導管との間で流れを制御するように構成されている、第３の第１のバルブを更に含むことができる。更に追加の態様では、ガスサプライは、空気、窒素、または二酸化炭素をプローブに供給する。特定の態様において、ガスサプライは、気体を０．１ｐｓｉｇ〜５．０ｐｓｉｇの圧力でプローブに供給する加圧式ガスサプライである。別の態様において、加圧式ガスサプライは、気体を０．５ｐｓｉｇ〜２．５ｐｓｉｇの圧力でプローブに供給する。特定の態様において、加圧式ガスサプライは、気体を１００ｐｓｉｇ未満の圧力でプローブに供給する。
いくつかの態様では、実施形態の装置で用いるための気体は、加圧式ガスサプライにより供給することができる。更なる態様において、気体は、装置にポンプで送ることができる。同様に、いくつかの態様では、ガスは、装置を介して真空を用いて引き込むことができる。いくつかの態様では、真空は、質量分析計の入口から供給される。更なる態様において、更なる真空系を用いる。装置を腹腔鏡手順のために用いる特定の態様においては、ガスサプライは、加圧式ガスサプライであるのが好ましい。
【００１０】
いくつかの態様では、溶媒は水を含む。より具体的な態様においては、溶媒は滅菌水を含む。いくつかの態様では、溶媒はエタノールを含む。ある種の特定の態様において、溶媒は、１〜２５％のエタノールを含む水性混合物を含む。
【００１１】
また更なる態様において、プローブは、プローブの位置を追跡するための、追跡デバイスまたは追跡用色素を含む。追加の態様において、装置は、チャンバから第１の導管を通る、溶媒流と、ガスサプライから第２の導管を通る、ガス流と、第３の導管を通って質量分析計までのサンプル流と、を制御するように構成されている制御システムを更に含むことができる。いくつかの態様では、制御システムは、１〜３秒間、１分当たり２００〜５０００マイクロリットルの流速にて溶媒流を制御し、５〜５０秒間、０．１〜１５ｐｓｉｇの流速にてガス流を制御し、かつ／または、５〜５０秒間、サンプル流を制御するように構成されている。特定の態様において、制御システムは、溶媒流を開始させるプログラミングを含む。
【００１２】
追加の態様において、質量分析計は、サンプル分析を提供することができるコンピュータと電気的に連通している。いくつかの態様では、コンピュータは、サンプル分析の視覚的または聴覚的読み取りを提供する。更なる態様において、装置は、第３の導管と流体連通している廃棄物容器を更に含むことができる。特定の態様において、装置は、流体を第３の導管から廃棄物容器に分岐させるように構成されているバルブを更に含むことができる。別の態様において、装置は、廃棄物容器の内容物を取り除くように構成されているポンプを更に含むことができる。また更なる態様において、装置は、第３の導管と流体連通しているポンプを含むことができる。いくつかの態様では、ポンプは、第３の導管の中での内容物の速度を増加させるように構成されている。いくつかの態様では、装置は、第３の導管に連結された発熱部材を更に含むことができる。特定の態様において、発熱部材は電熱線である。
【００１３】
また依然として更なる態様では、装置は、第３の導管と流体連通しているイオン化デバイスを含むことができる。特定の態様において、イオン化デバイスは、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）デバイスである。別の態様において、イオン化デバイスは、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）デバイスである。いくつかの態様では、イオン化デバイスは、質量分析計の入口付近にスプレーを生成させるためのものである。いくつかの態様では、第３の導管は、質量分析計に直接的には連結されていない。特定の態様において、装置は、第３の導管と流体連通しているベンチュリ装置を更に含むことができる。特定の態様において、装置は、超音波エネルギーまたは振動エネルギーを印加するためのデバイスを含まない。
【００１４】
更なる実施形態において、対象からの組織サンプルを評価するための方法であって、（ａ）外科用器具のカニューレを通して、一定体積または個別体積の溶媒を、対象の組織部位に適用することと、（ｂ）適用した溶媒を収集して液体サンプルを得ることと、（ｃ）サンプルを質量分析に供することと、を含む、方法を提供する。いくつかの態様では、一定体積または個別体積の溶媒は、スプレーとしては適用されない。別の態様において、一定体積または個別体積の溶媒は、液滴として適用される。特定の態様において、外科用器具は腹腔鏡、トロカール針、または生検ガイドである。外科用器具は手動で操作することができる、またはロボット式であることができる。
【００１５】
更なる態様において、カニューレは遠位プローブ端を有するプローブに含まれ、遠位プローブ端は、流体がプローブのカニューレの外に通過するのを防止するために閉じることができるシャッターを含む。いくつかの態様では、シャッターは、プローブの外側での流体連通を防止するために膨張することができるバルーンである。特定の態様において、バルーンは気体により膨張することができる。特定の態様において、シャッターは、プローブの外側での流体連通を防止するために閉じることができるドアである。例えば、シャッターは、虹彩絞り、機械式閉鎖、ゲート、またはタペナードであることができる。いくつかの態様では、シャッターは手動で制御することができる、または自動化することができる。例えば、いくつかの態様では、シャッターは、溶媒が所定の時間（例えば、少なくとも約１、２、または３時間）組織部位と接触した後に、シャッターを起動するタイマーの上に存在することができる。また更なる態様において、一定体積または個別体積の溶媒は、１００ｐｓｉｇ未満の圧力を用いて適用される。別の態様において、一定体積または個別体積の溶媒は、１０ｐｓｉｇ未満の圧力を用いて適用される。いくつかの態様では、一定体積または個別体積の溶媒は、溶媒導管を通して溶媒を移動させるための機械式ポンプを用いて適用される。特定の態様において、適用した溶媒を収集することは、負圧を印加してサンプルを収集導管内に引き込むこと、および／または、気体圧を印加してサンプルを収集導管内に押し込むことを含む。
別の態様において、適用した溶媒を収集することは、負圧を印加してサンプルを収集導管内に引き込むこと、および、正圧を印加してサンプルを収集導管内に押し込むことと、を含む。ある種の特定の態様において、溶媒は、収集導管とは別の溶媒導管を通して適用される。更なる態様において、気体圧は、溶媒導管および収集導管とは別の気体導管を通して印加される。更に他の態様では、気体圧を印加してサンプルを収集導管内に押し込むことは、１００ｐｓｉｇ未満の圧力を印加することを含む。
【００１６】
また依然として更なる態様では、本方法は、組織への、検出可能な物理的損傷を生み出さない。いくつかの態様では、本方法は、超音波エネルギーまたは振動エネルギーの、組織への印加を伴わない。特定の態様において、溶媒は滅菌したものであることができる。特定の態様において、溶媒は、製薬上許容される配合物、更には水溶液、そしてまた更には滅菌水であることができる。更に特定の態様では、溶媒は本質的に水からなる。別の態様において、溶媒は、約１〜２０％のアルコールを含む。いくつかの態様では、アルコールはエタノールを含む。更に追加の態様では、個別体積の溶媒は、約０．１〜１００μＬである。特定の態様において、個別体積の溶媒は約１〜５０μＬである。更なる態様において、適用した溶媒の収集は、適用工程の０．１〜３０秒後である。別の態様においては、適用した溶媒の収集は、適用工程の１〜１０秒後である。いくつかの態様では、組織部位が、外科的に評価される内部組織部位にある。
【００１７】
また更なる態様において、本方法は、複数の液体サンプルを複数の組織部位から収集することを更に含む。特定の態様において、複数の液体サンプルは、プローブにより収集される。特定の態様において、プローブは、異なるサンプルの収集の合間に洗浄される。いくつかの態様では、プローブは使い捨てであり、異なるサンプルの収集の合間に交換される。別の態様においては、プローブは、収集チップを含み、液体サンプルの収集後に、プローブから収集チップを取り外すことを更に含む。更なる態様において、複数の組織部位は、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０箇所の組織部位を含む。更なる態様では、複数の組織部位は、外科的に切除された組織の切片を囲む。いくつかの態様では、切除された組織は腫瘍である。別の態様において、本方法は、術中法または術後法として、更に定義される。特定の態様において、質量分析は、アンビエントイオン化ＭＳを含む。特定の態様において、サンプルを質量分析に供することは、組織部位に対応するプロファイルを決定することを含む。更なる態様において、本方法は、プロファイルを参照プロファイルと比較し、疾患組織を含む組織部位を同定することを含む。
依然として更なる態様は、疾患組織を含むと同定された組織部位を切除することを含む。別の態様においては、本方法は、上述の実施形態および態様に従った装置を用いて実施される。
【００１８】
更なる態様において、質量分析計は、サンプル分析を提供するコンピュータと連通している。特定の態様において、各サンプル分析の結果は、コンピュータからの視覚的出力または聴覚的出力により提供される。例えば、コンピュータによる各サンプル分析の結果は、照明を付けた異なる色の光により、または生成した異なる周波数の音により示すことができる。いくつかの態様では、質量分析計は可動式質量分析計である。更なる態様において、質量分析計は、無停電電源装置（例えば電池電源装置）を含むことができる。また更なる態様において、質量分析計は、機器を真空に保つために閉じることができる入口を含む。また更なる態様において、質量分析計は、メッシュフィルタにより（例えば、汚染を防止するために）プローブから分離されている。
【００１９】
いくつかの態様では、リザーバは、溶媒の液滴を形成するように構成されている。特定の態様において、加圧式ガスサプライは、気体を０．１ｐｓｉｇ〜５．０ｐｓｉｇの圧力でプローブに供給する。更なる態様において、加圧式ガスサプライは、気体を０．５ｐｓｉｇ〜２．５ｐｓｉｇの圧力でプローブに供給する。いくつかの態様では、加圧式ガスサプライは、空気をプローブに供給する。別の態様において、加圧式ガスサプライは、窒素または二酸化炭素などの不活性ガスをプローブに供給する。いくつかの態様では、実施形態に従った使用のためのガスサプライは、大気圧におけるものである。例えば、気体送達のための導管は、装置周辺の大気圧により供給されることができる。
【００２０】
更なる態様において、装置は、溶媒をチャンバから第１の導管に移動させるように構成されているポンプを更に含む。更なる態様において、装置は、第３の導管から質量分析計への流れを制御するように構成されている第１のバルブを含むことができる。いくつかの態様では、第３の導管は、第１のバルブが開位置にあるときに、真空である。別の態様において、装置は、第２の導管を通る気体の流れ（例えば加圧気体）を制御するように構成されている第２のバルブを含むことができる。
【００２１】
特定の態様において、溶媒は、水および／またはエタノールを含むことができる。いくつかの態様では、プローブはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）および／またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から形成される。いくつかの態様では、プローブは使い捨てである。
特定の態様において、プローブは、取り外し可能な（例えば、プローブから取り外されることが可能な）収集チップを含むことができる。更なる態様において、プローブは、プローブの位置を追跡するように構成されている追跡デバイスを含む。いくつかの態様では、リザーバは、１マイクロリットル〜５００マイクロリットル、約１マイクロリットル〜１００マイクロリットル、または、約２マイクロリットル〜５０マイクロリットルの体積を有する。更なる態様において、リザーバは、５．０マイクロリットル〜２０マイクロリットルの体積を有する。
【００２２】
また更なる態様において、装置は、チャンバから、第１の導管を通って、リザーバへの溶媒流（例えば、一定体積の溶媒または個別体積の流れ）と、ガスサプライから、第２の導管を通って、リザーバへのガス流と、リザーバから、第３の導管を通って、質量分析計へのサンプル流と、を制御するように構成されている制御システムを更に含むことができる。いくつかの態様では、制御システムは、１〜３秒間、１分当たり１００〜５０００マイクロリットル（例えば、１分当たり２００〜４００マイクロリットル）の流速にて溶媒流を制御し、１０〜１５秒間、１〜１０ｐｓｉｇの流速にてガス流を制御し、かつ、１０〜１５秒間、サンプル流を制御するように構成されている。例えば、いくつかの態様において、制御システムは、溶媒流を開始させるためのトリガまたはボタンを含む。更なる態様において、制御システムは、溶媒流を開始させるためのペダル（即ち、足の動作により操作可能なペダル）を含む。第１および／または第２の導管の長さは、システムの特定の使用に適合するように調節することができることを、当業者は理解するであろう。また更なる態様において、制御システムは、チャンバからの、第１の導管を通る、リザーバへの溶媒流（例えば、固定時間の間の流速）を制御するように構成されている。更なる態様において、実施形態の装置は、（例えば、組織を破壊するのに十分な量の）超音波エネルギーまたは振動エネルギーを生成するためのデバイスを含まない。
【００２３】
更なる実施形態は、対象からの組織サンプルを評価するための方法であって、溶媒を対象の組織部位に適用することと、適用した溶媒を収集して液体サンプルを得ることと、サンプルを質量分析に供することと、を含む、方法を提供した。特定の態様において、溶媒は滅菌したものであることができる。いくつかの態様では、溶媒は製薬上許容される配合物である。特定の態様において、溶媒は水溶液である。例えば、溶媒は滅菌水であることができる、または、本質的に水からなることができる。別の態様において、溶媒は、約１％〜５％、１０％、１５％、２０％、２５％、または３０％のアルコールを含むことができる。いくつかの態様では、溶媒は、０．１％〜２０％のアルコール、１％〜１０％のアルコール、または、１％〜５％、１％〜１０％のアルコール（例えばエタノール）を含む。場合によっては、アルコールはエタノールであってもよい。
【００２４】
いくつかの態様では、溶媒を組織に適用することは、個別体積の溶媒を組織部位に適用することを含む。いくつかの態様では、溶媒は１滴の液滴にて適用される。更なる態様において、溶媒は、１滴〜１０滴の個別数の液滴にて適用される。いくつかの実施形態では、溶媒はサンプルに、リザーバから、気体とは独立したチャネルを通して適用される。更なる実施形態では、溶媒はサンプルに、低圧下にて適用される。例えば、いくつかの態様において、溶媒は、溶媒が（例えば、組織部位と接触する箇所においてリザーバ内に移動された）組織部位に、最小の力で適用されることで、組織部位にて最小の圧力が及ぶ（そして、最小の損傷が生じる）ように、機械式ポンプにより適用される。低圧は、１００ｐｓｉｇ未満、９０ｐｓｉｇ未満、８０ｐｓｉｇ未満、７０ｐｓｉｇ未満、６０ｐｓｉｇ未満、５０ｐｓｉｇ未満、または２５ｐｓｉｇ未満であることができる。いくつかの実施形態では、低圧は、約０．１ｐｓｉｇ〜約１００ｐｓｉｇ、約０．５ｐｓｉｇ〜約５０ｐｓｉｇ、約０．５ｐｓｉｇ〜約２５ｐｓｉｇ、または約０．１ｐｓｉｇ〜約１０ｐｓｉｇである。特定の態様において、個別体積の溶媒は、約０．１〜１００μＬ、または約１〜５０μＬである。更なる態様において、適用した溶媒の収集は、適用工程の０．１〜３０秒後である。特定の態様において、適用した溶媒の収集は、適用工程の１〜１０秒後（例えば、少なくとも１、２、４、５、６、７、８、または９秒後）である。更なる態様において、実施形態の方法は、超音波エネルギーまたは振動エネルギーの、サンプルまたは組織への印加を伴わない。いくつかの態様では、組織部位は、外科的に評価される内部組織部位にある。
【００２５】
更なる態様では、実施形態の方法は、一定体積または個別体積の溶媒を、（例えば機械式ポンプを用いて）組織部位に、溶媒導管を通して適用することを含む。いくつかの態様では、一定体積または個別体積の溶媒は、溶媒導管を通して、組織部位と直接接触しているリザーバに移動される（例えば、０．５〜５．０秒間）。更なる態様において、適用した溶媒を収集することは、負圧を印加してサンプルを収集導管内に引き込むこと、および／または、気体圧を印加してサンプルを収集導管内に押し込むことを含む。いくつかの態様において、溶媒は、収集導管とは別の溶媒導管を通して適用される。気体圧を印加して、サンプルを収集導管内に押し込む更なる態様において、気体圧は、溶媒導管および収集導管とは別の気体導管を通して印加される。気体圧を印加して、サンプルを収集導管内に押し込む特定の実施形態において、印加する気体圧は１００ｐｓｉｇ未満である。例えば、気体圧は、１０ｐｓｉｇ未満、例えば０．１〜５ｐｓｉｇであるのが好ましい。また更なる態様において、実施形態の方法は、評価されている組織に、検出可能な物理的損傷を生み出さないものとして定義される。
【００２６】
また更なる態様において、本方法は、複数の液体サンプルを複数の組織部位から収集することを更に含むことができる。場合によっては、サンプルを収集するために使用するデバイス（例えばプローブ）は、各サンプル収集の間に洗浄される。別の態様において、サンプルを収集するために使用するデバイスは、各サンプル収集の間に交換可能な、使い捨て収集チップ（プローブ）を含む。特定の態様において、収集チップは取り外し可能である（例えば、デバイスから取り外されることができる）。特定の態様において、複数の組織部位は、２、３、４、５、６、７、８、９、１０個またはそれを超えるインビボでの組織部位を含む。別の態様においては、複数の組織部位は、外科的に（例えばエクスビボで）切除された組織の切片を囲む。特定の態様において、切除された組織は腫瘍である。いくつかの態様では、本方法は、術中法として定義することができる。
【００２７】
更なる実施形態は、サンプリングした組織部位を識別する方法と、部位の位置を、デバイス（プローブ）のオペレータに通信する方法と、を提供する。サンプリングした組織部位を識別することにより、オペレータは、組織から収集した分子をサンプリングした後に、一度にサンプリングした組織部位にて記録した分子情報にアクセスすることができる。少なくとも３種類の識別アプローチが認識されている。第１のアプローチにおいては、外来性材料が、サンプリングした分子情報を識別する、サンプリングした組織部位に取り付けられる。第２のアプローチにおいては、デバイス（プローブ）が、分子情報をサンプリングしたときに、プローブ（デバイス）の位置の記録、および、イメージングデバイスへの通信を可能にする、追跡センサ／エミッタに装着される。第３のアプローチにおいては、組織分子を回収した後に、部位を容易に識別可能にするように、組織領域が改変される。第１のアプローチにおいては、サンプリングした組織部位に取り付けることができる材料としては、例えば、縫合糸、外科用クリップ、組織に接着する生体適合性ポリマー、または、容易な読み取りおよび取り外しを可能にする、磁気ビーズに取り付けられたＲＦＩＤチップが挙げられる。第２のアプローチの種類においては、プローブは、ＲＦ外科的追跡システムの一部であるＲＦエミッタ、術中ＵＳイメージングシステムの一部である、超音波エミッタまたはリフレクタを含有することができる。この第２のアプローチにおいて、オペレータが組織分子の収集を開始するとき、追跡システムは、デバイスと連通可能な、関連するイメージングシステム（例えば、ＲＦ、ＵＳ、ＣＴ、ＭＲＩ）中におけるプローブの位置を記録する。オペレータは次に、サンプリングした部位の位置をオペレータに示すことができる、記録した画像（複数可）を参照することにより、しばらく経ってから、サンプリングした組織部位のいずれかを識別することができる。第３のアプローチにおいては、組織は改変される。この第３のアプローチにおいては、プローブと連通したレーザー源を使用して、パターンを切除、または凝固させて、サンプリングした部位を識別する組織にすることができる。これら３つのアプローチのいずれかを組み合わせることができる。例えば、ＲＦセンサが、回収位置の位置を記録し、イメージングデバイスと連通しながら、外来性材料が、組織分子を回収した後に組織部位に取り付けられ、レーザーが外来性組織をパターン形成する場合において、アプローチ１、２、および３を組み合わせることができる。
【００２８】
また依然として更なる態様では、質量分析は、アンビエントイオン化ＭＳを含む。本明細書にて開示するとおり、組織部位と接触したプローブは、導管を介してＭＳと流体連通することができる。いくつかの態様では、プローブと組織部位との間の導管は、ＭＳから約１０ｍ、８ｍ、６ｍ、または４ｍ未満である。更なる態様において、導管は、長さが約０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、および４．０ｍの間である。いくつかの態様では、サンプルを質量分析に供することは、組織部位に対応するプロファイルを決定することを含むことができる。別の態様において、本方法は、プロファイルを参照プロファイルと比較し、疾患組織を含む組織部位を同定することを更に含むことができる。別の態様において、本方法は、疾患組織を含むと同定された組織部位を切除することもまた含む。いくつかの態様では、本方法は、上述の実施形態および態様のいずれかに従った装置を用いて実施される。
【００２９】
更なる実施形態において、本発明は、組織サンプルを評価するためのエクスビボ法であって、対象の複数の組織部位から、複数の液体サンプルを得ることと、複数の液体サンプルを質量分析に供して、組織部位に対応する複数のプロファイルを得ることと、複数のプロファイルを参照プロファイルと比較し、疾患組織を含む組織部位を同定することと、を含む、方法を提供する。特定の態様において、液体サンプルは溶媒に含まれる。更なる態様において、疾患組織はがん細胞を含む。
【００３０】
実施形態のいくつかの態様では、実施形態の方法およびデバイスによる、評価のための疾患組織部位は、がん細胞を含む（または、これを含むことが疑われる）。実施形態に従い評価可能ながん細胞としては、甲状腺、副甲状腺、リンパ節、膀胱、血液、骨、骨髄、脳、胸、結腸、食道、胃腸、歯肉、頭部、腎臓、肝臓、肺、鼻咽頭、首、卵巣、膵臓、前立腺、皮膚、胃、精巣、舌、または子宮からの細胞または腫瘍細胞（または、このような腫瘍を取り囲む組織）が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの態様では、がんは、悪性新生物、がん腫、未分化がん、巨大紡錘体細胞がん、小細胞がん、乳頭状がん、扁平上皮細胞がん、リンパ上皮がん、基底細胞がん、毛母がん、移行上皮がん、乳頭移行上皮がん、腺がん、悪性ガストリン産生腫瘍、胆管がん、肝細胞がん、混合型肝細胞がんおよび胆管がん、小柱腺がん、腺様嚢胞がん、腺腫性ポリープにおける腺がん、
家族性大腸ポリポージス腺がん、充実性がん、悪性カルチノイド腫瘍、細気管支肺胞腺がん、乳頭腺がん、嫌色素性がん、好酸がん、酸親和性腺がん、好塩基性がん、透明細胞腺がん、顆粒細胞がん、濾胞性腺がん、乳頭および濾胞性腺がん、非カプセル化硬化性がん、副腎皮質がん、類内膜（Ｅｎｄｏｍｅｔｒｏｉｄ）がん、皮膚付属器がん、アポクリン腺がん、皮脂性腺がん、耳垢腺がん、粘液性類表皮がん、嚢胞腺がん、乳頭嚢胞腺がん、乳頭状漿液性嚢胞腺がん、粘液性嚢胞腺がん、粘液性腺がん、印環細胞がん、浸潤性導管がん、髄様がん、小葉がん、炎症性がん、乳房ページェット病、腺房細胞がん、腺扁平上皮がん、扁平上皮化生腺がん、悪性胸腺腫、悪性卵巣間質腫瘍、悪性卵胞膜細胞腫、悪性顆粒膜細胞腫、悪性男性ホルモン産生細胞腫、セルトリ細胞がん、悪性ライディッヒ細胞腫瘍、悪性脂質細胞腫瘍、悪性傍神経節腫、悪性乳房外傍神経節腫、褐色細胞腫、血管球血管肉腫、悪性黒色腫、メラニン欠乏性黒色腫、表在拡大型黒色腫、巨大色素性母斑における悪性黒色腫、類上皮細胞黒色腫、悪性青色母斑、肉腫、線維肉腫、悪性線維性組織球腫、粘液肉腫、脂肪肉腫、平滑筋肉腫、横紋筋肉腫、胎児性横紋筋肉腫、肺胞横紋筋肉腫、間質性肉腫、悪性混合腫瘍、ミュラー混合腫瘍、腎芽細胞腫、肝芽細胞腫、がん肉腫、悪性間葉細胞腫、悪性ブレンナー腫瘍、悪性仮葉腫瘍、滑膜肉腫、悪性中皮腫、未分化胚細胞腫、胎児性がん、悪性奇形腫、悪性卵巣甲状腺腫、絨毛がん、悪性中腎腫、血管肉腫、悪性血管内皮腫、カポジ肉腫、悪性血管周囲細胞腫、リンパ管肉腫、骨肉腫、傍骨性骨肉腫、軟骨肉腫、悪性軟骨芽細胞腫、間葉軟骨肉腫、骨巨細胞腫、ユーイング肉腫、悪性歯原性腫瘍、エナメル芽細胞歯肉腫、悪性エナメル上皮腫、エナメル芽細胞線維肉腫、悪性松果体腫、脊索腫、悪性膠腫、脳室上衣腫、星状膠細胞腫、原形質性星状細胞腫、線維性星細胞腫、神経膠星状芽細胞腫、グリア芽腫、乏突起膠腫、乏突起神経膠芽細胞腫、未分化神経外胚葉性腫瘍、小脳肉腫、神経節芽細胞腫、神経芽細胞腫、網膜芽細胞腫、嗅神経原性腫瘍、悪性髄膜腫、神経線維肉腫、悪性神経鞘腫、悪性顆粒細胞腫、悪性リンパ腫、ホジキン病、ホジキン、傍肉芽腫であることができる。
更なる態様において、がんは、甲状腺がん、脳腫瘍（例えば膠腫）、前立腺がん、乳がん（例えば、トリプルネガティブ乳がん）、膵臓がん（例えば、膵管腺がん）、急性骨髄性白血病（ＡＭＬ）、黒色腫、腎細胞がん、または、リンパ節に転移したがんである。
【００３１】
また更なる実施形態においては、材料の特性決定方法であって、（ａ）一定体積または個別体積の溶媒を材料に適用することと、（ｂ）適用した溶媒を収集して液体サンプルを得ることと、（ｃ）サンプルを質量分析に供して、材料を特性決定する質量分析プロファイルを提供することと、を含む、本方法が提供される。いくつかの態様では、材料はコモディティ製品であり、材料の特性決定は、材料を同定することを含む。例えば、コモディティ製品は、肉、魚、キノコ、野菜、または果物などの食物であることができる。したがって、いくつかの態様では、材料の特性決定は、材料を構成する肉または魚の種類を同定することを含む。材料が肉の場合、本方法は、肉を、例えば、ラム肉、鹿肉、ヘラジカ肉、鶏肉、七面鳥肉、羊肉、犬肉、猫肉、馬肉、豚肉、牛肉、バッファロー肉、または山羊肉として同定することを含むことができる。更なる態様において、本方法を使用して、肉を、牧草を給餌された動物、または穀物を給餌された動物からの肉として同定することができる。材料が魚の場合、本方法は、魚を、例えば、鮪、鮭、鱈、鱒、オヒョウ、またはスズキとして同定することを含むことができる。更なる態様において、本方法を使用して、魚を、養殖魚または漁獲した天然魚として同定することができる。また更なる態様において、魚はシェルフィッシュであることができる。また更なる態様において、実施形態の方法を使用して、食品（例えば魚または肉）に関する、由来の地域を同定することができる。特定の態様において、材料の特性決定方法は、本明細書に記載した装置を使用して実施される。例えば、装置は、溶媒を含むチャンバと、ガスサプライ（例えば、圧力ガスサプライ）と、質量分析計と、リザーバ、第１の導管、第２の導管、および第３の導管を含むプローブと、を含み、第１の導管がチャンバと流体連通しており、第２の導管がガスサプライと流体連通しており、第３の導管が質量分析計と流体連通している装置を含むことができる。
【００３２】
更なる実施形態において、材料の特性決定方法であって、（ａ）一定体積または個別体積の溶媒を材料に適用することと、（ｂ）適用した溶媒を収集して液体サンプルを得ることと、（ｃ）サンプルを質量分析に供して、材料を特性決定する質量分析プロファイルを提供することと、を含む、方法を提供する。いくつかの態様では、材料の特性決定は、材料中の化合物の量を検出、および／または定量化することを含む。例えば、化合物は、医薬品、薬物（例えば鎮痛剤）、農薬（例えば殺虫剤）、除草剤、抗生物質、または毒素などの低分子であることができる。
例えば、いくつかの態様では、薬物は、アデロール、コカイン、コデイン、モルヒネ、大麻、アンフェタミン、メタンフェタミン、ＭＤＭＡ、ヘロイン、ケタミン、リゼルギン酸ジエチルアミド、またはオキシコドンであることができる。更なる態様において、化合物は、ジカンバ、グリホサート、アゾキシストロビン、またはアトラジンなどの、農薬または除草剤であることができる。特定の態様において、材料の特性決定方法は、本明細書に記載した装置を使用して実施される。例えば、装置は、溶媒を含むチャンバと、ガスサプライ（例えば、圧力ガスサプライ）と、質量分析計と、リザーバ、第１の導管、第２の導管、および第３の導管を含むプローブと、を含み、第１の導管がチャンバと流体連通しており、第２の導管がガスサプライと流体連通しており、第３の導管が質量分析計と流体連通している装置を含むことができる。
【００３３】
本明細書で使用する場合、「サンプル」または「液体サンプル」は、組織または生物学的試料を、実施形態に従った溶媒と接触させることにより得た、組織または他の生物学的試料からの抽出物（例えば、タンパク質および代謝産物を含む抽出物）を意味することができる。いくつかの態様では、対象の表面などの、非生物学的試料からの抽出物（例えば法医学的サンプル）サンプルは、対象の表面などの、非生物学的試料からの抽出物（例えば法医学的サンプル）であることができる。
【００３４】
本明細書で使用される場合、具体的な構成要素に関して「本質的に含まない」は、明記した構成成分が、組成物に意図的に配合されていないか、および／または混入物質として、または痕跡量のみが存在することを意味するために本明細書で使用される。したがって、ある組成物の意図しない混入から生じる具体的な構成要素の合計量は、０．０１％より十分に低い。標準的な分析法を用いて、明記した構成成分が全く検出されない組成物が、最も好ましい。
【００３５】
本明細書で使用する場合、明細書および特許請求の範囲において、「ａ」または「ａｎ」は、１つ以上を意味することができる。本明細書で使用する場合、明細書および特許請求の範囲において、単語「〜を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と共に使用する場合、単語「ａ」または「ａｎ」は、１つ、または２つ以上を意味し得る。本明細書で使用する場合、明細書および特許請求の範囲において、「別の」または「更なる」とは、少なくとも「第２の、またはそれを超える」を意味することができる。
【００３６】
本明細書で使用する場合、明細書および特許請求の範囲において、用語「導管」および「管」は同じ意味で用いられ、気体または液体を直接流すために使用可能な構造を意味する。
【００３７】
本明細書で使用する場合、明細書および特許請求の範囲において、用語「約」は、ある値が、その値、または研究用対象間で存在する差を決定するのに用いたデバイス、方法に関しての、固有の誤差変動を含むことを意味するように用いられる。
【００３８】
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、詳細な説明および具体例は、本発明の特定実施形態を示しているが、単なる具体例として与えられていることが理解されるべきである。本発明の精神および範囲内の種々の変更および改変が、この詳細な説明から当業者には明らかになるからである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
以下の図面は、本明細書の一部を形成し、本発明の特定の態様を更に示すために含まれている。本発明は、本明細書に提示する具体的な実施形態の詳細な説明と組み合わせて、これら１つ以上の図面を参照することによって、よりよく理解されるだろう。
【００４０】
【図１】低侵襲手術用の質量分光プローブの例示的概略図。
【図２】低侵襲手術用の質量分光プローブと共に用いるための多腔管。
【図３】低侵襲手術用の質量分析プローブを収容し挿入するための、カニューレおよびトロカール針。
【図４】低侵襲手術用の質量分析プローブの例示的概略図。本実施形態は、プローブを閉塞するためのシャッターを含む。
【図５】Ｑ  Ｅｘａｃｔｉｖｅ  Ｏｒｂｉｔｒａｐ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いる低侵襲質量分析プローブからの、マウス脳組織切片の質量スペクトル。内径２ｍｍ、および外径４ｍｍの、１．５メートルのＰＴＦＥ管を使用した。
【図６】Ｑ  Ｅｘａｃｔｉｖｅ  Ｏｒｂｉｔｒａｐ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いる低侵襲質量分析プローブからの、マウス脳組織切片の質量スペクトル。内径２ｍｍ、および外径４ｍｍの、３．５メートルのＰＴＦＥ管を使用した。
【図７】Ｑ  Ｅｘａｃｔｉｖｅ  Ｏｒｂｉｔｒａｐ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いる低侵襲質量分析プローブからの、マウス脳組織切片の質量スペクトル。内径２ｍｍ、および外径４ｍｍの、４．５メートルのＰＴＦＥ管を使用した。
【図８】Ｑ  Ｅｘａｃｔｉｖｅ  Ｏｒｂｉｔｒａｐ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いる低侵襲質量分析プローブからの、マウス脳組織切片の質量スペクトル。
【図９】最小侵襲手術用の、質量分析プローブの例示的概略図。左下には、多チャンネルプローブチップを表す。
【図１０】シミュレーションした子宮の腹腔鏡光学カメラから示す、シミュレーションした腹腔鏡手術。右には、低侵襲質量分析プローブを保持するための鉗子を示す。
【図１１】水バックグラウンドと比較した、４．５メートル長の管を用いる、１６μｍのマウス脳切片から生成した質量スペクトル。
【図１２】Ｑ  Ｅｘａｃｔｉｖｅ  Ｏｒｂｉｔｒａｐ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、および１．５〜４．０ｍｍ直径の導管を用いる低侵襲質量分析プローブで生成した、質量スペクトル。
【図１３】低侵襲質量分析プローブと共に使用するための、バルーンシャッターの機械的構造の描写。
【図１４】Ｑ  Ｅｘａｃｔｉｖｅ  Ｏｒｂｉｔｒａｐ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いる低侵襲質量分析プローブからの、ヒト肺組織切片の質量スペクトル。
【図１５】低侵襲質量分析プローブ用の、洗浄チャンバの図。
【図１６】図１６Ａ〜１６Ｄ：（ａ）手動腹腔鏡ＭＩＳ操作、および（ｂ）ロボット支持ＭＩＳで使用される、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎシステムの概略図。（ｃ）ペンチップは、フィンを把持して、鉗子または他のつまみ装置を用いてＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎの操作および適用を可能にするように設計され、（ｄ）チップは分析のために組織に接触し、足ペダルを用いてシステムが作動される（ｔ＝０秒）ときに、シリンジポンプは、制御された体積の水をリザーバに送達する。個別の水滴が組織と相互作用し、分子を抽出する。３秒後、真空および気体導管が付随して開き、液滴をＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎから質量分析計に、分子分析のために管系を通って移動する。
【図１７】図１７Ａ〜１７Ｃ：手持ち式と、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎの設計および性能の比較。（ａ）手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎは、ＰＤＭＳチップおよび３つのＰＴＦＥ導管を含有し、チップに流入する水（１）および気体（２）、ならびに、質量分析計への水滴のための、流出導管（３）を提供する。ペンチップはリザーバ内で水滴を保持し、これが分析用の組織に接触する。（ｂ）腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ  ＰＤＭＳチップを、２つのマイクロＰＴＦＥ管（１つは入ってくる水（１）用、もう１つは入ってくる気体（２）用）と合わせる。次に、ペンチップの近位端を、流出水導管（３）として機能する、より大きなＰＴＦＥ導管に接続した。この設計を用いて、ペンチップの遠位端の中空空間が、水滴リザーバ（ｃ）として機能する。２．７ｍｍのリザーバ直径および１．５メートルの管長さにて共に操作した、マウス脳組織切片の、手持ち式および腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎによって得た例示的な質量スペクトル。
【図１８】図１８Ａ〜１８Ｃ：腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ（２．７ｍｍのリザーバ直径）と質量分析計との、異なる管の長さを、マウス脳組織切片を使用して評価した。同様の分子プロファイルを、（ａ）１．５ｍ（３．８秒、ｎ＝１０）、（ｂ）３．０ｍ（５．８秒、ｎ＝１０）、および（ｃ）４．５ｍ（７．５秒、ｎ＝１０）を使用して、異なる移動時間にて得た。
【図１９】図１９Ａ〜１９Ｂ：自動質量分析データ収集、統計分析、および結果の通信のために、自動化システムを開発した。（ａ）足ペダルを使用して、Ａｒｄｕｉｎｏマイクロコントローラとの通信により分析ワークフローをトリガし、その後、シリンジポンプをトリガすることにより、水滴堆積を活性化する。ＧＵＩにおいて、ユーザは、使用前にどの種類の組織が評価されているかを選択し、これにより、ソフトウェアが適切な統計分類子を選択し、関連するがんの確率を含む予想診断をもたらす。（ｂ）８ｍｍカニューレを通るマネキンを用いて、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎプラットフォームを試験した。腹腔鏡鉗子を使用してＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを操作しながら、ビデオカメラを用いて、腹部内臓器の画像および／または映像を転送し、操作中にオペレータをガイドした。
【図２０】図２０Ａ〜２０Ｃ：（ａ〜ｃ）１．５、２．７、および４．０ｍｍのリザーバ直径、および４．５メートルの管長さにおいて、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎによりマウス脳組織切片から得た、例示的な質量スペクトル。
【図２１】腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ（２．７ｍｍのリザーバ直径、および４．５メートルの管長さ）により得た、ヒトの標準およびがん卵巣組織の例示的な質量スペクトル。
【図２２】溶媒として１：１のＣＡＮ：ＤＭＦを使用して、牛肉、ラム肉、鶏肉、および豚肉のサンプルから、ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより得た例示的な質量スペクトル。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを用いて得たスペクトルは、高レベルの正確性で、肉の源を評価することができたことを、結果は示す。
【図２３】牧草を給餌した牛肉と穀物を給餌した牛肉のサンプルからのＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより得た、例示的な質量スペクトル（溶媒として１：１のＣＡＮ：ＤＭＦを使用）。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを用いて得たスペクトルは、高レベルの正確性で、肉が、牧草を給餌した、または穀物を給餌した動物を源にしているかを決定することができたことを、結果は示す。
【図２４】溶媒として水を使用してＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより得た、牛肉、ラム肉、鶏肉、および豚肉のサンプルからの例示的な質量スペクトル。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを使用して得たスペクトルは、水を唯一の溶媒として使用した場合でも、高レベルの正確性で、肉の源を評価することができたことを、結果は示す。
【図２５】ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより、アトランティックサーモン、紅鮭、スチールヘッドトラウト、鱈腰肉、またはオヒョウを含む魚を含むサンプルから得た例示的な質量スペクトル（溶媒としてＡＣＮ：ＤＭＦ（１：１）を使用）。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを使用して得たスペクトルは、高レベルの正確性で、魚の源を評価することができたことを、結果は示す。
【図２６】ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより得た、多量の違法薬物、コカイン、およびアンフェタミンのサンプルからの例示的質量スペクトル。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを用いて得たスペクトルは、高度の感度で薬物を検出し、サンプル中の薬物の量を定量化することができたことを、結果は示す。
【図２７】ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより得た、多量のオキシコドンのサンプルからの例示的質量スペクトル。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを用いて得たスペクトルは、サンプル中のオキシコドンの量を検出し、定量化することができたことを、結果は示す。
【図２８】ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより得た、農薬のアゾキシストロビンを含むサンプルからの例示的質量スペクトル（および比較クロマトグラフ）。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ分析は、サンプル中の農薬の量を検出し、定量化することができたことを、結果は示す。
【図２９】ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより得た、農薬のアトラジンを含むサンプルからの例示的質量スペクトル（および比較クロマトグラフ）。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ分析は、サンプル中の農薬の量を検出し、定量化することができたことを、結果は示す。
【図３０】ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより得た、ブドウからの例示的質量スペクトル。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ分析は、サンプルを特性決定するために使用可能なスペクトルを生成することができたことを、結果は示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
Ｉ．本実施形態
特定の態様において、即座適用は、組織サンプルなどのサンプルの低侵襲分子評価のための、方法およびデバイスを提供する。特には、態様の方法を使用して、組織の操作（または生検）の間に、複数の組織部位を評価することができる。この特性により、「リアルタイム」での疾患組織（例えば、がん細胞を保持する組織部位）の正確な同定が可能になり、外科医がより正確に、周囲の正常組織に対して疾患組織のみを対処することが可能になる。特定の態様において、本明細書で開示した方法は、一定体積または個別体積の溶媒の組織部位への送達、その後の、部位からの液体サンプル収集および質量分析による液体サンプルの分析を伴うことができる。重要なことに、溶媒は、高圧スプレーで適用されるのではなく、個別の液滴にて、かつ低圧にて適用される。これらの方法により、評価される組織への損傷を回避しながら、異なる組織部位からのサンプルの正確な収集が可能となる。収集したサンプルから得られた質量分析プロファイルにより、疾患組織部位と正常組織部位との区別が可能となる。本方法を、対象の複数の部位で繰り返し、（例えば、組織における）分子変化を非常に正確にマッピングすることができる。重要なことに、サンプルのプロファイルは、イオン化源を使用しなくても区別できる。したがって、実施形態の方法はイオン化源と組み合わせることができるものの、そのような源を使用することは、必要ではない。これらの方法論により、短い範囲の時間で複数の組織部位の評価が可能になり、これによって、疾患部位と正常部位との境界の非常に正確な評価が可能となる。
【００４２】
いくつかの態様では、本明細書で詳述した方法を使用して、広範囲の源からのサンプルを収集し、分析することができる。例えば、本方法を使用して、手術用、法医学的、農業、薬学、および／または油／石油サンプルを評価することができる。
【００４３】
いくつかの態様では、実施形態のデバイスで使用する材料（ＰＤＭＳおよびＰＴＦＥ）、ならびに溶媒（例えば水のみの溶媒）は、これらがリアルタイム分析のために手術中に使用可能であるように、生物学的に適合性である。更に、デバイスが非常にコンパクトであるため、手持ち式であり、低侵襲性外科的処置、または非外科的処置にて使用に使用可能である。
【００４４】
いくつかの態様では、本発明は、低侵襲手術で使用するために、一定体積または個別体積の溶媒を組織に送達するための、長さが延び、より小型になったデバイスを提供する。
いくつかの態様では、これらの方法は、０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲の内径の（例えば、約１．０〜５．０、１．０〜１０．０、２．０〜８．０、または５．０〜１０．０ｍｍの内径を有する）、導管などの、様々な形態因子に封入することができる。いくつかの態様では、一定体積または個別体積の溶媒を送達した後、液体サンプルを収集する部位は、体内にあることができる（例えば手術部位）。いくつかの態様では、２つのより小さな導管を、第３のより大きな導管に挿入し、マルチルーメンカテーテルを作製することができる。例えば、マルチルーメンカテーテルは、それぞれが、例えば０．０５〜５．０ｍｍ、０．１〜５．０ｍｍ、０．２５〜３．０ｍｍ、または０．５ｍｍ〜１０．０ｍｍの内径を有する、２、３、４、５、６個、またはそれを超える個数の内腔空間を有することができる。周囲組織への不必要な損傷を回避しながら、手術中の体内でサンプル組織分析をするために、マルチルーメンカテーテルを質量分析デバイスに取り付けることができる。
【００４５】
いくつかの態様では、デバイスは、低侵襲性外科的もしくは内視鏡検査処置において、カニューレもしくはカテーテルを通して使用することができる、または、非外科的処置において、針ガイドもしくは生検ガイドを通して使用することができる。いくつかの態様では、本発明を、人体の空洞のいくつかの領域を、速やかにサンプリングして分析することができるロボット式手術システムに組み込むことができる。いくつかの態様では、デバイスを使用して、分子署名のデータベースおよび機械学習アルゴリズムを使用して組織分析をし、各サンプリングした領域のリアルタイムでの診断を可能にする。本発明を、組織のリアルタイム特性決定および診断が必要とされる、子宮内膜症などの、様々な腫瘍学的、および他の外科的介入において使用することができる。
【００４６】
いくつかの態様では、本開示は、低侵襲または非侵襲処置の間に、プローブの細かな操作を行うための、プローブへの取り付けを提供する。例えば、プローブへの取り付けは、フィンであることができる。いくつかの態様では、そのようなフィンは、プローブと同じ材料で構成されることができる。場合によっては、フィンはＰＤＭＳで作製される。いくつかの態様では、フィンは、射出成形プロセスにより形成することができる、または、３Ｄ印刷することができる。いくつかの態様では、本発明は、腹腔鏡処置の間にプローブを操作するために、プローブの外側にある、プローブを把持するためのデバイスを更に含むことができる。把持デバイスは、プローブを保持、回転、もしくは移動させるために使用することができる、または、プローブを移動もしくは回転させるために、プローブに取り付けられたフィンを把持することができる。
【００４７】
いくつかの態様では、本発明は、腹腔鏡外科的処置の間に水および窒素ガスを配置するための凹み部分を備えるマルチルーメンカテーテルを用いて、リザーバを保持する。マルチルーメンカテーテルは例えば、当該技術分野において周知である多腔押出成形を使用して形成することができる。これらのカテーテルは、任意のカニューレ内で利用することができる。
最も一般的に使用されるカニューレは、５ｍｍ〜１０ｍｍの直径であり、典型的には、腹腔鏡手術のために使用される。
【００４８】
いくつかの態様では、本開示は、内視鏡検査の間にプローブを操作するための道具、デバイス、および方法を提供する。例えば、分析をしながら、プローブを組織表面に取り付けるために、多腔管を、外部真空源と共に使用することができる。
【００４９】
いくつかの態様では、本発明は、低侵襲性手術デバイスのオリフィスを閉塞するためのシャッターシステムを提供する。いくつかの態様では、このシャッターシステムは、デバイス内で一体化した、または、デバイスに個別に加えられた、カテーテルバルーンであることができる。シャッターまたはバルーンは、プローブチップを閉じ、カテーテルを患者に挿入する際に、不必要な生体物質が、内腔および管を含むデバイスに入ることを防止する。シャッターまたはバルーンは、分析の開始後に、内在性生物学的流体が質量分析計に入ることを不可能にすることができるために、結果の汚染を防止する。最終的に、シャッターまたはバルーンを閉じることにより、過剰の窒素ガスおよび水が体内に入るのを防止することができる。プローブのチップに関して、低侵襲手術および閉塞技術に、長くなったプローブを含めることにより、手術中の、信号取得に影響を及ぼし得る、内部臓器の移動および臓器系の、予測不可能かつ多くの激しい性質を緩和することができる。バルーン技術は、管を通しての溶媒および気体の動きを制御するために、つまみバルブの代わりに、またはこれに加えて、デバイスの他の領域でもまた使用することができる。
【００５０】
いくつかの態様では、本発明は、ロボット式操作と共に使用することができる。いくつかの態様では、本発明の技術は、付属ポートを通して、またはロボット式アームを介して、モデム手術室にて一体化することができる。これらのデバイスを、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  ｄａ  Ｖｉｎｃｉロボット式手術システムなどのロボットシステムに統合することができる。本発明のデバイスは、ロボットシステムに自身の専用アームを有することができる、または、「フィン」をプローブ上に組み込むことにより、ロボット式把持装置により操作することができる。小さな直径および大きな直径もまた使用して、任意の存在するカテーテル、カニューレ、およびまた、針／生検ガイドに連結することができる。
【００５１】
いくつかの態様では、組織サンプルが分析される箇所を表示および記録して、外科医が、術中またはその他のときの両方において、サンプリング点を局在化することをより良く支持するために、追跡用プローブを、このデバイスと一体化することができる。例えば、術中超音波の間に、デバイス上の超音波エミッタを利用して、サンプリングの際にプローブを表示させることができる。
Ｂｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｃａｒｔｏシステムなどの高周波技術に基づいて、プローブを追跡デバイスと一体化することができる。この場合、プローブは、術中超音波（ＵＳ）／コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）／磁気共鳴像（ＭＲＩ）／光干渉断層法（ＯＣＴ）などの、様々なイメージング方式のいずれかにおける、デバイス／サンプリング位置を表示することができる。更に、蛍光イメージングおよび分子色素を使用して、分析した領域を追跡して図示し、２次元または３次元空間イメージングを提供することができる。より簡単には、プローブチップを手術用色素でコーティングした後、組織上にスタンプし、分析した領域を追跡する。また別の追跡アプローチは、空間位置を追跡できるように、ＲＦエミッタをプローブと一体化することである。
【００５２】
いくつかの態様では、本発明のプローブを使用して、インビボかつリアルタイムで、包括的かつ絶対的な診断分子情報を提供することにより、患者本来の生組織に損傷または変更を必然的に引き起こすことなく、低侵襲性外科的介入の間に、外科医および医療専門家を補助することができる。手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎは、非腹腔鏡／内視鏡外科的処置の間にこれを行う能力を示した（米国特許出願第１５／６９２，１６７号、その全体が本明細書に参照により組み込まれている）。手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎと同様に、本発明は、病理学者により調査され得る、組織（新鮮、凍結、切片、生検材料）、または他の臨床試料のエクスビボ分析に好適であり、閉じて、空間的に制限のあるドメインにおいて直接分析が所望される、任意の所与のサンプル（動物、植物、爆発物、薬物など）の化学分析に使用可能である。胸、腎臓、リンパ節、甲状腺、卵巣、膵臓、および脳組織を含むがこれらに限定されない、様々な組織の種類を同様に分析することができる。
【００５３】
いくつかの態様では、本発明のプローブは、疾患の治療のための外科用器具と組み合わせて使用することができる。レーザーアブレーション道具、焼灼もしくは電気焼灼用道具、または、メスなどの、組織を手動で解剖するための道具を含むがこれらに限定されない、様々な外科用器具を使用して、細胞または組織を切除または切断することができる。
【００５４】
したがって、人体の空洞の多くの領域を、手術中に速やかにサンプリングし、（例えば、分子署名のデータベース、および機械学習アルゴリズムを使用することにより）分析することができる。したがって、各サンプリングした領域に関する診断結果を、リアルタイムで提供することができる。これらの方法で使用するための例示的デバイスを以下で詳述する。
【００５５】
ＩＩ．実施形態のデバイスの例示的特徴
Ａ．シャッターシステム
いくつかの態様では、実施形態のデバイスは、オリフィスを閉塞可能なシャッターシステムを更に含み、リザーバと組織との間に間隔を作製する。例えば、シャッターシステムは、液滴が３秒間停止した後、かつ、液滴が質量分析計に移動する前に、起動することができる。この理由の１つは、生体物質が質量分析計に到達して、機器に損傷を引き起こさないようにするためである。シャッターは、虹彩絞り、機械式閉鎖、ゲート、またはタペナードであることができる。シャッターの更なるデザインは、デバイスの外側を組織から封止するバルーン機構である。バルーンは、導管の遠位端上の位置にある、例えば、ペンまたはプローブに対して垂直であることができる。起動した際、バルーンは組織の方向に膨張し、リザーバを満たす。これにより、少なくとも３つのことが達成される。まず、膨張したバルーンを用いて、ペンチップを組織から緩やかに持ち上げ、組織に損傷が及ばないようにする。これは、分析した組織が「正常」であると決定された場合に、プローブが破壊されず、生体適合性のままとなるようにするためである。次に、リザーバの中にある溶媒液滴を封止し、サンプリングウィンドウの後に、脂質の漏れまたは吸光度を防止する。３番目に、導管の末端にて封止を作製することで、液滴の、質量分析計へのより効果的な移動を可能にする。
【００５６】
Ｂ．カテーテルシステム
場合によっては、プローブが腹腔鏡／内視鏡デバイスに組み込まれる場合、リザーバは、例えば、水および窒素ガスを配置するための凹みポートを備えたマルチルーメンカテーテルを、用いることを含む。リザーバはまた、抽出期間の間に水を保持する。マルチルーメンカテーテルは例えば、当該技術分野において周知の多腔押出成形を使用して、形成することができる。これらのカテーテルを、最も一般的には５ｍｍ〜１０ｍｍ直径の、腹腔鏡手術用の任意のカニューレで使用することができることが示されている。この技術は、Ｉｎｔｕｉｔｉｖｅ  Ｓｕｒｇｉｃａｌ  ｄａ  Ｖｉｎｃｉロボット式手術システムなどの、ロボット操作と適合性がある。腹腔鏡／内視鏡プローブは、付属ポートを通して、またはロボット式アームを介して、現在の手術室にて一体化する。小さな直径および大きな直径もまた使用して、任意の存在するカテーテル、カニューレ、およびまた、針／生検ガイドに連結することができる。
【００５７】
Ｃ．バルブシステム
更なる態様において、実施形態のプローブシステムは、更なるバルブを組み込むことができる。例えば、マイクロ電磁弁が、各導管に、例えば、サンプリングプローブの遠位端に位置することができる。
これらは、アルディーノ、マイクロコントローラ、または信号により個別に制御することができる。場合によっては、値操作は自動化される。別の場合において、値操作は手動で制御される。いくつかの態様では、バルブは、導管を封止する溶媒導管の内壁に配置される。したがって、そのような値を用いることにより、２つ、または更に１つのみの導管が、サンプリング操作で使用されることができる。例えば、液滴を質量分析計に移動させるための、送達溶媒導管および戻し導管。更なるマイクロソレノイドを植え込み、更なる制御を有するようにすることができる。例えば、３つまたは４つのマイクロソレノイドが、実施形態のプローブ内にあることができる。
【００５８】
Ｄ．更なる手術システムの特徴
いくつかの態様では、医療デバイスには、手動制御を維持するのが困難な体の領域への、通路が必要である。１つの解決策は、内視鏡カテーテルを使用することであるが、これらは、手持ち式デバイスと比較すると、多くの場合さほど正確ではない。ほぼ同程度、時には、従来のメスを装着した医師よりも優れた機能を有することができる、ロボット式道具を使用して、更なる制御を行うことができる。実施形態の腹腔鏡／内視鏡プローブの更なる特徴は、鉗子、ロボット式道具、または腹腔鏡把持装置により把持可能な「フィン」である。これによりプローブを、解像度または感度を犠牲にすることなく、様々な様式で使用することが可能となる。いくつかの態様では、フィン自体は、上記導管に平行した導管の外側から、徐々に傾斜がかかった突出部である。フィンはテクスチャー加工されており、機構を把持するための更なる牽引力を付与する。
【００５９】
更なる態様において、組織サンプルが分析される箇所を表示および記録して、外科医が、術中またはその他のときの両方において、サンプリング点を局在化することをより良く支持するために、追跡用プローブを、このデバイスと一体化することができる。術中超音波のために、デバイス上の超音波エミッタを利用して、サンプリングの際にプローブを表示させることができる。あるいは、例えばＢｉｏｓｅｎｓｅ  Ｗｅｂｓｔｅｒ  Ｃａｒｔｏシステムなどの高周波技術に基づいて、プローブを追跡デバイスと一体化することができる。本アプローチにより、プローブは、術中超音波（ＵＳ）／コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）／磁気共鳴像（ＭＲＩ）／光干渉断層法（ＯＣＴ）などの、任意の様々なイメージング様式における、デバイス／サンプリング位置を表示する。
【００６０】
いくつかの更なる態様では、実施形態のプローブにより評価される組織部位を標識することができる。例えば、プローブが配置された箇所を標識する、がん細胞および正常の細胞により取り込まれた色素。いくつかの態様では、化学色素を、カテーテル内の更なる導管を使用して、または、マルチルーメンカテーテルを使用することにより、送達することができる。追跡用色素の代替的送達は、組織を分析するのに用いる溶媒に、これを溶解させることである。例えば、溶媒中で色素を用いることの１つの利点は、周辺領域ではなく、組織サンプルを採取する箇所において、直接相関するからである。本態様においてはもちろん、化学色素は質量スペクトルに存在するため、サンプル中の生体分子とは区別される必要がある。いくつかの態様では、色素を（例えば、白色の手術室光にて）可視化することが有用であり得る。別の態様において、色素は蛍光色素であることができる。更なる別の態様では、ペンチップを手術用色素でコーティングすることができ、その後、組織上にスタンプし、分析した領域を追跡する。同様に、上で論じたように、追跡アプローチを使用して、分析した組織部位を視覚的にマッピングすることができる。例えば、空間位置を追跡可能にできるように、ＲＦエミッタをプローブと一体化することができる。したがって、いくつかの態様では、色素（またはプローブ追跡）を使用して、組織の分析領域を追跡することができる。いくつかの態様では、分析した組織を図示して、２次元および３次元空間イメージングを提供することができる。
【００６１】
更なる態様において、プローブシステムはフィルタを含むことができる。例えば、フィルタは、生物学的組織が導管内に進むのを防止することができる。例えば、フィルタメッシュシステムをデバイス内に組み込み、より小型の組織体、タンパク質アグリゲート、または凝固細胞クラスターの侵入を防止することができる。このメッシュは、開口部に配置して組織と接触させることができる、または、プローブ内の上部に配置して、組織の接触が生じないようにすることができる。いくつかの態様では、このようなフィルタメッシュは、約１．０、０．５、０．２５、または０．１ｍｍ未満の平均アパーチャサイズを含む。固体物質は質量分析計を損傷させる可能性があるため、そのようなフィルタシステムは、検出する信号に負の影響を与えることなく、器具の寿命を増加させることができる。
【００６２】
また更なる態様において、実施形態の内視鏡／腹腔鏡プローブは、マイクロコントローラ、ユーザインタフェース、および／または、適切なソフトウェアにより稼働する関連するハードウェアと一体化される。
【００６３】
いくつかの更なる場合において、ＬＥＤなどの光を組み込んで、視覚的フィードバックをユーザに提供し、例えば、プローブが、そのサンプリングを行うプロセスにおいてその準備ができている、または、交換／修復の必要があることを示す。例えば、音響フィードバックもまた使用して、ユーザに、（例えば、物理的が手がかりは腹腔鏡により入手できないため）デバイスがどのプロセスの工程にあるかを知らせることができる。ユーザインタフェースシステムもまた、プローブのハウジング上の足ペダルおよびボタンなどの、デバイスと一体化することができる。
【００６４】
ＩＩＩ．アッセイの方法論
いくつかの態様では、本開示は、質量分析プロファイルの特定のパターンを同定することにより、疾患組織（例えば腫瘍組織）の存在を決定するまたは、生物学的試料の分子署名を検出する方法を提供する。分析用の生物学的試料は、動物、植物、または、生体分子もしくは生命体と接触している任意の材料（生きているもしくは生きていない）に由来することができる。生物学的試料は、インビボ（例えば術中）またはエクスビボのサンプルであることができる。
【００６５】
実施形態の方法により得たプロファイルは例えば、分析した生物学的試料または組織部位の、タンパク質、代謝産物、または脂質に対応する。これらのパターンは、質量分析を使用して、特定のイオンの存在下において測定することにより決定することができる。本デバイスに組み合わせることができるイオン化法の、いくつかの非限定例としては、化学イオン化、レーザーイオン化、大気圧化学イオン化、電子イオン化、高速原子衝撃法エレクトロスプレーイオン化、熱イオン化が挙げられる。追加のイオン化法としては、誘導結合プラズマ源、光イオン化、グロー放電、電界脱離、サーモスプレー、ケイ素上での脱離／イオン化、リアルタイムでの直接分析、二次イオン質量分光、スパークイオン化、および熱イオン化が挙げられる。
【００６６】
特に、本方法は、アンビエントイオン化源、または、抽出物アンビエントイオン化などの質量スペクトルデータを得るための方法に適用することができる、または、これらと組み合わせることができる。抽出物アンビエントイオン化源は、この場合、液体抽出プロセス、その後ダイナミックにイオン化が続く、方法である。抽出物アンビエントイオン化源のいくつかの非限定例としては、空気流補助式脱離エレクトロスプレーイオン化（ＡＦＡＤＥＳＩ）、リアルタイムでの直接分析（ＤＡＲＴ）、脱着エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、電荷交換により脱離イオン化（ＤＩＣＥ）、電極補助式脱離エレクトロスプレーイオン化（ＥＡＤＥＳＩ）、電気スプレーレーザー脱離イオン化（ＥＬＤＩ）、静電スプレーイオン化（ＥＳＴＡＳＩ）、ジェット脱離エレクトロスプレーイオン化（ＪｅＤＩ）、レーザー補助脱離エレクトロスプレーイオン化（ＬＡＤＥＳＩ）、レーザー脱離エレクトロスプレーイオン化（ＬＤＥＳＩ）、マトリックス補助レーザー脱離エレクトロスプレーイオン化（ＭＡＬＤＥＳＩ）、名のスプレー脱離エレクトロスプレーイオン化（ナノＤＥＳＩ）、または、転送モード脱離エレクトロスプレーイオン化（ＴＭ−ＤＥＳＩ）が挙げられる。
【００６７】
多くの質量分析法と同様に、溶媒成分、ｐＨ、ガス流量、印加電圧、および、サンプル溶液のイオン化に影響を及ぼす他の態様などの、収集または溶媒条件を変更することにより、イオン化効率を最適化することができる。
特に、本方法は、ヒト問題と適合性のある溶媒または溶液の使用を想到する。イオン化溶媒として使用可能な溶媒の、いくつかの非限定例としては、水、エタノール、メタノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、酸、またはこれらの混合物が挙げられる。いくつかの実施形態では、本方法は、アセトニトリルとジメチルホルムアミドの混合物を想到する。アセトニトリルおよびジメチルホルムアミドの量を変化させて、サンプルからの検体の抽出を向上させ、かつ、サンプルのイオン化および揮発性を増加させることができる。いくつかの実施形態では、組成物は、約５：１（ｖ／ｖ）のジメチルホルムアミド：アセトニトリル〜約１：５（ｖ／ｖ）のジメチルホルムアミド：アセトニトリル、例えば、１：１（ｖ／ｖ）のジメチルホルムアミド：アセトニトリルを含有する。しかし、好ましい実施形態では、実施形態に従い使用するための溶媒は、滅菌水または緩衝水溶液などの、製薬上許容される溶媒である。
【実施例】
【００６８】
ＩＶ．実施例
以下の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すために含まれている。以下の実施例に開示される技術は、本発明の実施において十分に機能するように本願発明者によって開発された技術を表し、そのため、その実施のための好ましい態様を構成すると考えることができることが、当業者によって理解されるべきである。しかし、当業者は、本開示の観点で、開示される具体的な実施形態において、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、同じまたは同様の結果が依然として得られる多くの変更をなし得ることを理解するべきである。
【００６９】
実施例１−質量分析設計のための低侵襲性プローブ
開発したシステムは、３つの主要部からなる：１）制御された流速を用いて個別の溶媒体積を送達するようにプログラムされたシリンジポンプ、２）制御された溶媒および気体の輸送のための、両方向つまみバルブと一体化された管システム、３）生物学的組織を直接サンプリングするために使用されるプローブチップ。管システムおよびプローブチップもまた、腹腔鏡または内視鏡手術で使用するための、カニューレまたはカテーテルなどの低侵襲性手術デバイスと一体化される。システムの何回かの反復を探索し、組織損傷を最小限にし、組織−検体抽出を最大にし、溶媒の質量分析計への伝達を最大にするという最終目標にて最適化した。図１は、生物学的組織を最適化するための低侵襲性装置の一例の概略図を示す。シリンジポンプは、マイクロＰＴＦＥ管を介して溶媒および気体を低侵襲性プローブに供給する。プローブは、サンプルとの接触を維持し、組織との相互作用時に溶媒を保持する。３Ｄ印刷を使用してチップを製造し、これは、生物学的に適合性のあるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）製である。プローブは３つの主要ポート：流入管システム用のもの、気体送達用の中央ポート、および、流出管システム用の第３のものを有する。全てのポートは、液滴が保持され、制御された時間の間組織サンプルに曝露される箇所において、小型リザーバにて接合し、分子の効率的な抽出を可能にする。リザーバのサイズは、デバイスの空間分解能を決定する。１０μＬの溶媒体積を組織サンプルに曝露する。図２は３つの導管を示す。使用した３つの導管はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製であり、生物学的に適合性でもある。シリンジポンプからの管を使用して、溶媒をシリンジポンプからプローブチップに送達しながら、他のマイクロＰＴＦＥ管を使用して、不活性ガス（Ｎ２またはＣＯ２）をプローブチップに送達する。気体は、３つの主な役割を果たす：１）分析前の組織の乾燥、２）リザーバが組織試料の接触により閉じたときに、質量分析計が真空であることによる溶媒ギャップの防止、２）より幅のあるＰＴＦＥ管を通しての、組織の質量分析計への溶媒移動の補助。質量分析計真空システムの正圧を使用して、液滴をリザーバから質量分析計入口に、イオン化のために送達するために、より大きなＰＴＦＥ管を、質量分析計の入口に直接接続する。図９は、基部（４として標識）に木導管およびリザーバを含む、プローブのチップの図を含む低侵襲性プローブの概略図を示す。図３は、低侵襲性プローブを収容するための、２つの可能なデバイスを示す。示したカニューレは、頂部に入る気体および溶媒管、および、質量分析計への管を有する。カニューレの底部から現れるプローブを示す。トロカール針を使用して、プローブは体の空洞に導入することもできる。図１０は、シミュレーションした腹腔鏡子宮手術を描写し、低侵襲性プローブが鉗子により制御可能であることを示す。低侵襲性プローブのオリフィスを閉塞するシャッターシステムを、図４に示すように用いる。シャッターを使うための１つのオプションは、図１３に示す図における、プローブチップを閉じることができるカテーテルバルーンを使用することであり、これにより、カテーテルを患者に挿入する際に、不���要な生体物質が、内腔および管を含むデバイスに入ることを防止する。シャッターは、分析の開始後に、内在性生物学的流体が質量分析計に入ることを不可能にすることができるために、結果の汚染を防止する。シャッターを閉じることにより、過剰の窒素ガスおよび水が体内に入ることを防止することもまたできる。最小侵襲手術に必要な長いプローブにおいてシャッターを使用することにより、手術中の、信号取得に影響を及ぼし得る、内部臓器の移動および臓器系の、予測不可能かつ多くの激しい性質を緩和することを補助することができる。低侵襲性質量分析プローブは、上記のサンプル真空とは別の真空管もまた含むことができる。
この第２の真空管の目的は、分析中に、プローブのチップを組織上に緩やかに固定する、またはラッチ係合することである。
【００７０】
デバイス操作に関与する時間事象は、アルディーノシステムおよび２つの両方向つまみバルブと連通したソフトウェアにより、自動化し、かつ正確に制御される。全てのつまみバルブを、３００μＬ／分以下にて、パルスがポンプに送られ、溶媒を２秒間注入して停止するときに、プロセスが開始するまで閉じることで、低侵襲性プローブリザーバを満たす１０μＬの液滴を生成する。気体および質量分析計管をつまみバルブにて閉じることにより、リザーバ内で溶媒が、組織と３秒間相互作用して分子を抽出することが可能となる。気体および質量分析計管を制御するつまみバルブを同時に開けることにより、液滴が質量分析計に、イオン化および分子分析のために移動することが可能となる。パルスをポンプに送り、溶媒を更に１２秒間注入して停止し、抽出した全ての分子を質量分析計に完全に移動させる。気体および質量分析計管を更に２０秒間、開放したままにすることで、質量分析計管の中の溶媒が全て、質量分析計内に進むことを可能にする。分析の総時間は３７秒である。
【００７１】
プローブを、様々な方法での分析の間に洗浄してよい。一般に、プローブのチップを滅菌水で拭く。洗浄工程を容易にすることができる更なるデザインは、デバイスを患者から取り外すことなくプローブの外側を洗浄する、格納式デザインである（図１５）。このデザインは、水および気体の封止を維持するたの、開口部に位置するバルブを有するチャンバからなる。プローブチップ、水、および気体導管を含有するより長い管は、チップが洗浄チャンバに位置するときに、頂部バルブのみを横断するが、チップが患者環境内で展開されるときには、両方のバルブを通過する。プローブチップ、管、またはこれら両方が、手術プロセスの間に汚染された後、プローブを洗浄チャンバ内に引き出す。水は、洗浄チャンバおよび点の内側に上向きに位置し、洗浄溶媒の強力な噴射をもたらすことができる。真空管の２つの位置を、第１および第２バルブの上に位置させて、汚れた溶媒を取り除く。第１のバルブの上に配置した真空管は、任意の水が第１のバルブバリアを破壊した場合の、緊急管である。システム全体はトロカールの内側にスムーズに適合し、展開可能なプローブは本システムの内側に配置される。プローブの内側に位置する真空もまた洗浄工程中に稼働し、きれいになるまで管に水を流す。
【００７２】
実施例２−分子プロファイルおよび分析
本明細書で記載したシステムは、検体含有溶媒を、分子分析のために質量分析計に移動させるために、質量分析計の入口に移動管を直接接続することにより作動する。この設定により、操作の詳細が非常に簡素化され、イオン化源を使用する必要がなくなる。プローブを組織と相互作用させた後、溶媒を質量分析計に移動させ、更なるイオン化源を必要とすることなく、直接注入する。各１０μＬの溶媒を個別に入口に送達するためにシステムを完全に自動化しているため、質量分析計は、性能に何の影響もなく作動する。脱離エレクトロスプレーイオン化などの、他の溶媒抽出アンビエントイオン化技術で観察されるものと同様に、この方法で、豊富な分子情報が得られる。イオン化メカニズムは、入口のイオン化と同様であってよい。入口のイオン化法に関しては、イオン化は、大気圧と真空との間の入口圧力低下領域で生じる。低侵襲性手術手技の性質故に、管の直径、および管の長さは決定的に重要である。図５〜８に見られるように、質量分析計への溶媒の送達に関して、様々な管の長さを試験した。
【００７３】
図５〜８は、１．５メートルから、最大４．５メートルの長さの管を使用しながら、全分析期間の間にマウスの脳切片から得た、全イオンクロマトグラムを示す。豊富な分子プロファイルが、全ての場合において観察された。４．５メートルの長さの管において、分子プロファイルは、水のバックグラウンドシグナルにて容易に確立される（図１１）。図１２は、１．５ｍｍ〜４．０ｍｍのサイズの導管を用いて得られる、全イオンクロマトグラムを示す。再び、豊富な分子プロファイルが各導管サイズで観察された。質量分析用の低侵襲性プローブの利用性を更に実証するために、ヒトの肺組織を分析し（図１４）、ロバストな分子プロファイルを生成した。
【００７４】
低侵襲性質量分析プローブにより生成した分子プロファイルもまた、組織の種類判別に使用することができる。低侵襲性質量分析プローブを用いて一連の組織サンプルを評価し、９８．５５％の総合精度で同定することができた（表１）。
【００７５】
（表１）組織の種類判別の結果。
2021504703.tif 000003
【００７６】
システムは、リンパ、胸、および肺組織を１００％の精度で、甲状腺および副甲状腺を９７％〜９９％の精度で、卵巣を９５．３５％の精度で、ならびに、膵臓組織を８３．３３％の精度で同定することができた。これらの組織の種類判別結果を、表２に示す質量分析プロファイルの、選択した特徴から生成した。
【００７７】
（表２）組織の種類判別のための、選択された特徴。
2021504703.tif 000004
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【００７８】
組織の種類の区別と同様に、低侵襲性質量分析プローブを使用して、正常の組織とがん組織とを区別することができた。表３に確認されるように、システムは、正常の組織を、８９％を超える精度で、そして、がん組織を９１％を超える正確性で予想した。
【００７９】
（表３）がん組織の予想結果。
2021504703.tif 000008
【００８０】
これらの組織を、表４に示す選択した特徴に基づいて予想した。
【００８１】
（表４）がん組織の予想に使用した、選択した特徴。
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2021504703.tif 000010
【００８２】
システム性能を評価するために、逐次分析を、同じ組織の切片、および異なる組織の切片にて実施し、システムが、サンプル内で、そして、異なるサンプルにまたがって、非常に再現可能であることを実証した。
【００８３】
材料および方法
質量分析計。Ｑ  Ｅｘａｃｔｉｖｅ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ−Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析計（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ）を使用したｍ／ｚ  ５００〜１８００の範囲でフルスキャンを実施し、以下のとおりに、他の質量分析パラメータを列挙した：解像力１４０，０００、マイクロスキャン２、最大注入時間３００ｍｓ、キャピラリー温度３５０℃、およびＳレンズＲＦレベル１００。
【００８４】
生物学的組織。野生型マウスの脳を、Ｂｉｏｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ  ＩＶＴから購入した。胸、甲状腺、リンパ節、卵巣の、および腎臓を含む、６２個の冷凍ヒト組織試料を、Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｈｕｍａｎ  Ｔｉｓｓｕｅ  ＮｅｔｗｏｒｋおよびＢａｙｌｏｒ  Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｂａｎｋから購入した。サンプルを−８０℃の冷凍庫で保存した。組織のスライドを、ＣｒｙｏＳｔａｒ（商標）ＮＸ５０低温恒温装置を使用して、１６μｍに切断した。使用前に、冷凍組織試料を室温にて解凍した。
【００８５】
統計分析。ＩＢＭ  ＳＰＳＳ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ  ２２．０（ＩＢＭ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｒｍｏｎｋ，ＮＹ，ＵＳＡ）を使用して主成分分析（ＰＣＡ）を行い、データのパターンを明らかにした。そのままのデータを用いて、分析を直接実施した。７００〜９００の範囲のｍ／ｚにおける、上位の相対的な強度の１０個のピークを、ＰＣＡのために使用した。典型的には、全て、全分散の８５％超を含んだ、最初の３つの成分を、本結果に使用する。
【００８６】
実施例３−手持ち式および腹腔鏡使用のためのシステム自動化
低侵襲性プローブ設計で用いる材料（ＰＤＭＳおよびＰＴＦＥ）、ならびに溶媒（水のみ）は全て、生物学的に適合性であるため、システムは、リアルタイム分析用の腹腔鏡および内視鏡手術で非常に使用できる可能性がある。それよりも、デバイスの寸法が小さいため、付属ポート、またはロボット式アームの１つを通して、Ｄａ  Ｖｉｎｃｉ手術システムなどの、ロボット式手術システムに、デバイスを一体化することができる。人体の空洞のいくつかの領域を、各分析の間に洗浄／水洗工程を有する、または有しない手術の間に速やかにサンプリングし、分子署名のデータベース、および機械学習アルゴリズムを使用して、分析することができる。したがって、各サンプリングした領域に関する診断結果を、リアルタイムで提供することができる。本システムは、組織のリアルタイム特性決定および診断が必要とされる、広範囲の腫瘍学的および他の外科的介入（子宮内膜症など）にて幅広く使用することができる。
【００８７】
したがって、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎプラットフォームを開発し、これを、手動制御した、またはロボット制御したＭＩＳ処置にて使用することができる（図１６Ａおよび１６Ｂ）。腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎプラットフォームは、３つの主要な設計特徴を強調して開発された：１）腹腔鏡環境で使用するのに必要な寸法および材料仕様への接着、２）以前に生成した統計モデルとの適合性を確保するための、手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎに対する同様の性能仕様、および３）リアルタイムデータ分析および統計分析のための、自動化ソフトウェアおよびグラフィカル・ユーザインタフェースへの一体化。
【００８８】
腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを、ＭＩＳで機能するのに必要な仕様にて改変した。手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎに対する類似の操作を維持しながら、腹腔鏡トロカールのカニューレを通して、または、ロボットシステムの開口ポート（一般に５ｍｍ、８ｍｍ、もしくは１２ｍｍの直径）を通して、設計変更により、ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを導入することができる。手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎは１０ｍｍの直径を有し、これは、３Ｄ印刷ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）ペンチップの直径により決定した。手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎのチップを、３つの導管（流入水、流入気体、および流出水）と共に設計した。これらの導管は、組織表面と接するための水滴を配置する開口リザーバと流体連通している（図１７Ａ）。腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにて、２つのマイクロポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）管（外径０．７９４ｍｍ、内径０．３３９ｍｍ）（１つは流入水用、もう１つは流入気体用）を、３Ｄ印刷ＰＤＭＳチップ内に移した（図１７Ｂ）。ペンチップの近位端は、流出水導管となる、より大きいＰＴＦＥ導管（外径１．５９ｍｍ、内径０．７９４ｍｍ）に接続した。この設計において、ペンチップの遠位端の中空空間は水滴リザーバとして機能し、使用目的に応じて、様々な直径にカスタマイズすることができる。
【００８９】
本研究において、リザーバは、広範囲の能力を示すように、１．５ｍｍ、２．７ｍｍ、および４．０ｍｍの３つの直径を有するように設計した。１．５ｍｍ未満のリザーバ直径はマイクロマイクロモールディングにより製造可能であるが、製造能力の制限により、試験は行わなかった。更に、現在推奨される、固形がん切除のためのがん非含有マージンは多くの場合、１．５ｍｍより大きく、例えば、基底細胞がんでは３ｍｍ、乳がんでは２ｍｍ、そして胃がんでは５ｃｍである。
【００９０】
インビボで対象の臓器と接触させるのにＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを操作するために、把持フィンをペンチップに組み込み、腹腔鏡道具、例えば鉗子またはロボット式アーム用のアンカー点を準備した（図１６Ｃ）。あらゆる腹腔鏡処置におけるように、臓器への接近は、トロカール配置により決定される。腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎの１つの利点は、ポリマーベースの管システムの柔軟性および軽量さである。これらの特徴により、対象の臓器を参照してカニューレを配置すると、デバイスが、ｘ、ｙ、およびｚ方向に、トロカールを介して容易に操作することが可能となる。長さが３ｍｍのフィンを、ペンチップの近位端にて、３Ｄ印刷モールドに一方的に組み込み、デバイスの直径が増加することを回避した。フィンを含む腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎの全直径は、１．５および２．７ｍｍのリザーバ直径チップに対しては７．５ｍｍであり、４．０ｍｍのリザーバ直径チップに対しては９．５ｍｍであり、全て、一般的なサイズのトロカールを通して使用するのに適合していた。
【００９１】
腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎと質量分析計との管の長さの差を、手術室環境で使用するために調査した（図１８）。手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ（１．５ｍ）で用いるものより長い管の長さを、腹腔鏡トロカールを通してＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを挿入するのに必要な更なる長さ（５〜１２ｍｍの長さ）、手術室（ＯＲ）の作業空間における制約、および、手術用滅菌領域の外で機器を配置する必要性を考慮して試験した。手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎと同様に、ペンチップ内の水滴と、プローブした脳組織切片との、３秒の接触時間を、分子抽出のために使用した（図１６Ｄ）。
【００９２】
サンプリング時間の後、４秒間水を流し、液滴がペンチップから、ＰＴＦＥ管を通って質量分析計に移動することを容易にした。ＰＴＦＥ管を、可撓性ケイ素管を通して、延長して加熱した質量分析計移動管（３５０℃）に直接接続することで、外部イオン化源を用いなかった。負イオンモードで分析を実施した。図１８Ａ〜Ｃは、１．５ｍ、３．０ｍ、および４．５ｍの管の長さにて、２．７ｍｍの腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより分析した、マウス脳組織の連続切片から得た質量スペクトルを示す。同様のパターンが、記録した質量スペクトルにて観察され、このことは、負に荷電した様々なイオンの、高い相対存在度を表し、これは、ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎおよび他のアンビエントイオン化技術を用いて、マウス脳組織切片から典型的に観察される脂質種として同定される。例えば、ｍ／ｚ  ８３４．５２９（［ＰＳ（４０：６）−Ｈ］’として同定）、ｍ／ｚ  ８８５．５５０（［ＰＩ（３８：４）−Ｈ］’として同定）、およびｍ／ｚ  ７９０．５３９（［ＰＥ（４０：６）−Ｈ］’として同定）が、マウス脳の灰色物質から得た質量スペクトルにおいて、高い相対存在度で観察された。
【００９３】
０．９３の平均コサイン類似度（ｎ＝１２）が、様々な管の長さで観察した質量スペクトルに関して達成され、このことは、得た分子情報が再現可能であり、管の長さとは独立していることを表す（表５）。更に、各長さに対して移動時間を試験し、１．５ｍ、３．０ｍ、および４．５ｍの長さに対してそれぞれ、３．８ｓ±０．５ｓ（ｎ＝１０）、５．８ｓ±０．７ｓ（ｎ＝１０）、および７．５ｓ±０．４ｓ（ｎ＝１０）が得られた（表６）。興味深いことに、管の長さを１．５ｍから４．５ｍに、３倍にすることにより、移動時間は２倍になり、このことは、管システムにおける液滴移動の非線形速度を示している。４．５メートルの管の長さにおいて、異なる腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎリザーバの直径（１．５、２．７、および４．０ｍｍ）を試験し、異なる脳組織領域のサンプリングにより、質量スペクトルプロファイルの予想される変化を有する、相当する性能が得られた（図２０）。
【００９４】
腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎの性能を、手持ち式システムの性能と比較するために、マウス脳の連続組織切片を、手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎについて前に記載したのと同じ寸法（２．７ｍｍのペン先直径および１．５ｍの管長さ）を使用して分析した。完全なｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ  １２０〜１８００、コサインは同様に＝０．８８、ｎ＝８）、および制限ｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ  ６００〜１８００、コサインは同様に＝０．９２、ｎ＝８）にわたり、両方の設計で分析したマウス脳組織切片からは、同様のプロファイルが観察された（図１７Ｃ）。リザーバ設計と管の長さを変えたにもかかわらず、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎは、手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎで得られる結果に相当する結果を生み出したことを、これらの結果は示唆した。腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを用いて実施した残りの実験のために、２．７ｍｍのリザーバ直径、および４．５ｍの管の長さを選択した。これらのパラメータを使用して、約２０秒／スポットの、全測定時間を達成した。この時間には、組織サンプリングのために用いた時間（３秒）、液滴輸送のために用いた時間（７秒）、ならびに、液滴のイオン化および分析のために用いた時間（約１０秒）を含む。
【００９５】
腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎの臨床的使用を促進するために、リアルタイム質量分析データ収集、統計分析、および結果の表示のために、グラフィカル・ユーザインタフェース（ＧＵＩ）を備えるソフトウェアを開発した。手持ち式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎに関して以前に報告したように、足ペダルを使用して、分析ワークフローをトリガする。ここで、足ペダルが、研究室で組み立てたソフトウェアもまたトリガするように、システムを更に洗練した（図１９Ａ）。このアプローチを用いて、ユーザは、組織分析の前に、どの種類の組織がＧＵＩで評価されているかを選択するため、ソフトウェアが、データ分析のために、対応する統計モデルを適切に選択する。次に、ペダルにより起動する際に、個別の水滴がペン先に形成されるように、シリンジポンプをトリガし、ここで、３秒間組織と相互作用する。組織接触の後、抽出した生体分子種を増やした液滴を、以前に説明したように、イオン化および質量分析のために、ＰＴＦＥ管を通してＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析計に移動させる。質量スペクトルデータを連続して記録し、ソフトウェアプログラムにより読み取る。選択したイオンで最も高い強度を有する３つの質量スペクトルを平均し、統計分析のために事前処理する。次に、組織学的に確認された組織から得たデータを使用して、Ｌａｓｓｏ法により事前に組み立てた統計モデルを使用して予想を行い、がんである組織の確率をＧＵＩに報告する。
【００９６】
組織診断のために一体化したシステムの性能を試験するために、７つの正常組織、および５つの高異型度漿液性がん（ＨＧＳＣ）を含む１２個の、ヒト卵巣の組織サンプルを、上述のワークフローに従って分析した。卵巣がん診断のために以前に組み立てた統計分類子をソフトウェアに組み込み、足ペダルの起動を用いて分析をトリガした。よりサイズの大きい組織試料については、同じ組織サンプル内のいくつかの領域を分析し、合計で２４子の分析を得た。得た質量スペクトルは、正常およびがん卵巣の組織に関して以前に説明したものに類似の、特徴的な脂質プロファイルを示した（図２１）。ソフトウェアおよび統計分類子を用いて、がんの確率、および、関連する予想診断を、分析した各領域について報告した。
【００９７】
統計分類子を通して生成したカットオフ値に基づき、０．５１より大きい予想確率を有するサンプルを「がん」とし、０．５１未満の予想確率を有するサンプルを「正常」と呼んだ。表７に示すように、分析した５つのがんサンプルの領域の全てががんと分類されたため、１００％感度のがん診断を達成した。分析した両方の領域で、７つの正常の組織サンプル（ＯＮ＿１６４ｂ）のうちの１つががんに誤って分類された一方で、サンプルＯＮ＿１３５ａの、分析した４つの領域のうちの１つががんとして分類され、８０％の感度が得られた。全体として、予想診断と病理学的診断との間には、８７．５％の一致が達成された。
【００９８】
最後に、腹腔鏡シミュレーションマネキンを使用して、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを試験した。腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを、８ｍｍカニューレを通してマネキンに挿入した。マネキンの中で、腹腔鏡鉗子を用いてＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを操作しながら、ビデオカメラを用いて、臓器の画像および／または映像を腹部内に移動させ、処理の間に、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  ｐｅｎの配置をガイドした（図１９Ｂ）。正常およびがんヒト卵巣細胞を模倣臓器の上部に配置し、腹腔鏡切り込みを通してマネキン内部にアクセスした後、腹腔鏡装置を用いて分析した。鉗子を使用して改変フィンを把持し、分析のために、ペンを組織表面に正しくガイドした。
足ペダルを用いて、上述したように、分析を自動的に起動した。正常の卵巣組織に関して、「正常」に予想診断を達成した（がんの確率＝０．３７）一方で、卵巣がん組織に関して、「がん」の予想診断を達成し（がんの確率＝０．６８）、これらは、サンプルの組織病理学的診断に一致する。全体として、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎは、シミュレーションマネキンにおいてロバストな性能を示し、これは、ＭＩＳ処置での使用に対する適合性を示唆している。
【００９９】
（表５）腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ（２．７ｍｍのリザーバ直径）および異なる管の長さを使用して得た質量スペクトル間のコサイン類似度結果。
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【０１００】
（表６）様々な管の長さを通してのペンチップから質量分析計への液滴移動時間。
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【０１０１】
（表７）腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎ（２．７ｍｍのリザーバ直径、および４．５ｍの管の長さ）を用いて分析した、ヒト卵巣組織サンプルに関する、病理学的診断、ソフトウェア予想診断、およびがんの確率。
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【０１０２】
結論として、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎは、ＭＩＳのほぼリアルタイムの診断情報を提供する自動化デバイスである。記載した、腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎの独自のデザインおよび特徴は、手動およびロボット式ＭＩＳに必要な必要条件の多くを満たす。手持ち式版と比較したとき、同様の分子パターンが、マウス脳組織切片から得られた。異なるチップ直径および管の長さもまた、様々な臨床的必要性のために試験した。最後に、カスタマイズした、研究室で組み立てたソフトウェアを開発し、組織分析および診断フィードバックに関して、完全自動化ワークフローを提供する。本技術はＭＩＳの相補道具であることができ、臨床的ワークフローを促進し、手術アウトカムを改善することができる。
【０１０３】
実施例４−材料および方法
腹腔鏡ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎデザイン。直径が１．５ｍｍ、２．７ｍｍ、および４．０ｍｍの、３つの異なる腹腔鏡／ロボット式ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎチップを、ＰＤＭＳから作製した。全体の断面を最小限にするために、把持フィンを片側に組み立てた。
遠位端付近のＰＤＭＳチップの内側に、２つのマイクロＰＴＦＥ管（外径０．７９４ｍｍ、内径０．３３９ｍｍ）を接続した。組織の相互作用を回避するために、マイクロＰＴＦＥ管を、リザーバの上２ミリメートルにて終えた。Ｄｏｗ  Ｃｏｍｉｎｇ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）製のＰＤＭＳ混合溶液を、Ｓｔｒａｔａｓｙｓ  ｕＰｒｉｎｔ  ＳＥ  Ｐｌｕｓ  ３Ｄ  Ｐｒｉｎｔｅｒ（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，ＵＳＡ）により作製したネガプリントにモールドした。ＰＴＦＥ管をＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＩ，ＵＳＡ）から購入し、シリコーン管をＳａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ（Ｔｙｇｏｎ  ＃３５５０，Ｍａｌｖｅｒｎ，ＰＡ，ＵＳＡ）から購入した。このデザインにより、組織と相互作用して、相拡散により細胞脂質および小型代謝産物を抽出するＰＤＭＳチップの遠位端にて、水滴の形成が可能となる。Ｋａｒｌ  Ｓｔｏｒｚ（Ｔｕｔｔｌｉｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）製の１０ｍｍ  ＨｉＣａｐ  ３０１０７  Ｈ５トロカールを通して、この系全体を腹腔鏡シミュレーションマネキンに挿入した。シミュレーションマネキン内で、ワイヤレス内視鏡ＩＰ６７スネークカメラにより画像を撮影した。
【０１０４】
組織サンプル。ヒト組織を、認可された研究倫理審査委員会の手順の元で、Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ｈｕｍａｎ  Ｔｉｓｓｕｅ  Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＣＨＴＮ）（Ｃｈａｒｌｏｔｔｅｓｖｉｌｌｅ，ＶＡ）から得た。マウス脳をＢｉｏＩＶＴ（Ｗｅｓｔｂｕｒｙ，ＮＹ，ＵＳＡ）から得た。分析前に、組織サンプルを室温まで解凍した。
【０１０５】
質量分析。Ｑ  Ｅｘａｃｔｉｖｅ（商標）Ｈｙｂｒｉｄ  Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ−Ｏｒｂｉｔｒａｐ（商標）（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ，ＵＳＡ）にて、実験を実施した。ＨＰＬＣグレードの水を分析に使用した。ｍ／ｚ  １２０〜１８００の範囲、１４０，０００の解像力にてフルスキャンモードを実施し、キャピラリー温度を３５０℃に設定し、Ｓレンズ高周波レベルを１００に設定した。
【０１０６】
統計分析およびソフトウェアツール。Ｌａｓｓｏを用いて統計モデルを生成するための統計分析手順は、以前の研究で説明された。リアルタイムで予測および表示するために設計した、研究室で組み立てたデスクトップソフトウェア。ペダルにより、Ａｒｄｕｉｎｏマイクロコントローラを通して起動した後、質量分析計からのデータを、ＭＳＦｉｌｅＲｅａｄｅｒ（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、およびＧｉｔＨｕｂにてオープンソースとなっているＭＳＦｉｌｅＲｅａｄｅｒ−Ｐｙｔｈｏｎ−組立パッケージを用いて読み取る。選択したイオンで最も高い強度の３つの逐次的質量スペクトルを平均し、統計予測のために事前処理する。次に、以前に適合させたＬａｓｓｏモデルを用いて、予想を行い、ＧＵＩを通して、戻してユーザに表示した。
【０１０７】
実施例５−ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを用いた材料の特性決定
またＭａｓＳｐｅｃ  ｐｅｎを使用して、様々な材料からのサンプルを得、ペンの使用が、食品および法医学的サンプルなどの環境における材料を特性決定することを、更に評価した。結果は、実施形態の質量分光分析に対する、広範囲の更なる適用を示した。例えば、図２２〜２５、および３０に示した研究は、効果スペクトルが、肉、魚、および果物を含む広範囲の食品から作製可能であることを示した。これらのスペクトルを使用して、評価された肉または魚の種類といった、サンプルの原料物質を正確に特性決定することができた。これらの研究のために、肉および魚（鮭、鱒、タイセイヨウダラ、およびシロイトダラ）サンプルを、地元のスーパーマーケット（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｍａｒｋｅｔ，Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ）から入手した。室温で分析するまで、サンプルを冷蔵庫（４℃）にて保存した。ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎに連結した、ＬＴＱ  Ｏｒｂｉｔｒａｐ  ＸＬ質量分析計（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を使用して、分析を実施した。サンプルの分析した領域を標識し、分析の重複を防止した。各サンプルの分子プロファイルを収集して使用し、絶対収縮および選択オペレータが最も少ない分類モデルを作製した（Ｌａｓｓｏ）。Ｌａｓｓｏを使用して、肉の種類を予想する標識を同定し、未知のサンプルを同定するための分類モデルを組み立てた。
【０１０８】
ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎを使用して、肉のサンプル、および、各種類の魚の５つのサンプルを分析した。初期実験を実施し、最も高い脂質抽出および移動に対して、ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎのパラメータを最適化した。負イオンモードにおいて、グリセロホスホイノシトール、グリセロホスホセリン、およびグリセロホスホエタノールアミンなどの、様々なグリセロホスホ脂質種（ＧＰ）の検出を達成した。ＧＰに加えて、小型代謝産物、セラミドなどのスフィンゴ脂質（ＳＰ）、ならびに、アラキドン酸およびオレイン酸などの遊離脂肪酸（ＦＡ）もまた観察した。質量スペクトルの複雑さにかかわらず、得たプロファイルは、肉の各サンプルのイオン存在比特性における傾向を示した。次に、統計分析を適用して肉の各種類の予想標識を同定し、また、肉の種類を予想するための、分類モデルの性能を組み立てて評価した。これらの分析は、肉サンプルの源を正しく同定する、高レベルの正確性を示した。実際、本方法は、牧草で育った肉製品と、穀物で育った肉製品とさえをも区別可能にするほど、感度が高かった（図２４）。したがって、実施形態の方法を使用して、別の方法においては、正確かつ速やかに証明することが困難な、肉および魚などの消費者製品を証明することができる。
【０１０９】
方法を同様に使用して、物質中に存在する化合物の量を検出し、定量化することができる。例えば、法医学的サンプルの場合、ＭａｓＳｐｅｃ  Ｐｅｎにより行うサンプリングを用いて、違法薬物の量を正確に決定することができる（図２６および２７を参照）。同様に、本方法は、原料物質における殺虫剤の存在を検出するのに効果的であることが示された（図２８〜２９を参照）。したがって、実施形態の方法を効果的に適用して、広範囲の物質を特性決定し、物質中の、対象の化合物の存在を決定および定量化することができる。
【０１１０】
本明細書に開示され、請求される全ての方法は、本開示の観点で過度な実験を行うことなく、なされ、実行されてもよい。本発明の組成物および方法は、好ましい実施形態の観点で記載されてきたが、本発明の概念、精神および範囲を逸脱することなく、本明細書に記載の方法、工程または工程の順序に変化が加えられてもよいことは当業者には明らかであろう。より特定的には、化学的および生理学的に関連する特定の薬剤を、同じ結果または同様の結果が達成されつつ、本明細書に記載される薬剤に交換されてもよいことは明らかであろう。当業者に明らかな全てのこのような同様の代替物および改変は、添付の特許請求の範囲に定義されるような本発明の精神、範囲および概念の範囲内であると考えられる。
【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６】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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