(57)【要約】  特に尿路感染症について、生物学的試料において微生物を同定および定量化し、ならびにそれらを抗生物質抵抗性について試験するための時間を有意に加速させるためにいくつかのマイクロ流体チップが用いられる。第１のマイクロ流体チップは、存在する任意の微生物を同定および定量化し得る抗体または類似したプローブを用いる。その同じまたは類似したチップは、抗生物質抵抗性を示すことが知られたＤＮＡまたはＲＮＡを有する微生物を同定し得る抗体または類似したプローブを用いる。別のマイクロ流体チップは、任意の微生物の抗生物質感受性について、抗生物質の存在下で非常に小さいウェルにおいてその微生物を増殖させることにより、試験し、そのような試験に必要とされる時間を９５％も、低下させる。別のマイクロ流体チップは、伝統的な尿検査または類似した試験を実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的試料を分析するための装置であって、試料受入機構、システムを運用するためのプログラム制御システム、および報告システムを有し、
ａ．ｉ．各分岐部の内側面が、微生物が付着するだろう物質を含む、複数のマイクロ流体分岐部；
ｉｉ．前記生物学的試料を受け入れ、かつそれを前記マイクロ流体分岐部へ送達するための各前記マイクロ流体分岐部に接続された入口、複数のプローブリザーバであって、各前記リザーバがプローブ供給分を含有し、かつ前記マイクロ流体分岐部サブセットに、前記プローブを前記マイクロ流体分岐部サブセットへ送達するように接続されている、プローブリザーバ；および
ｉｉｉ．前記マイクロ流体分岐部に、それらからの流体を除去するために接続された出口
を含むマイクロ流体微生物検出チップ（ＭＤＣ）；
ｂ．前記生物学的試料を受け入れ、かつそれを前記ＭＤＣの前記入口へ送達するための試料移送機構；
ｃ．少なくとも１つのＭＤＣ溶液リザーバであって、各前記リザーバが、溶液を含有し、かつ前記溶液を前記マイクロ流体分岐部へ送達するように前記マイクロ流体分岐部に接続されている、ＭＤＣ溶液リザーバ；
ｄ．前記マイクロ流体分岐部における前記プローブの存在を測定するための前記マイクロ流体分岐部に隣接した少なくとも１つのＭＤＣセンサー
を含むことにより、さらに特徴づけられ、ならびに
ｅ．前記プログラム制御システムが、前記少なくとも１つのＭＤＣセンサーからの測定値を受け取り、かつその結果を前記報告システムへ報告することをさらに特徴とする、
装置。
【請求項２】
前記生物学的試料が、尿、血液、痰、唾液、粘液、および固形組織からのスワブからなる群から選択されることをさらに特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記生物学的試料が尿であることをさらに特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記ＭＤＣが交換可能なカートリッジの一部であることをさらに特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのＭＤＣ溶液リザーバが前記交換可能なカートリッジの一部であることをさらに特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
各前記プローブが付着性物質−レポーターの複合体を含むことをさらに特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
各付着性物質−レポーターの複合体の付着性物質部分が、天然または合成のＤＮＡ、ＲＮＡ、抗体、アプタマー、または天然のおよび／もしくは天然に存在しないアミノ酸を用いる他のアミノ酸構造からなる群から選択され、かつ微生物の表面分子、微生物の細胞内タンパク質、または微生物のＤＮＡもしくはＲＮＡを認識することをさらに特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
各前記付着性物質−レポーターの複合体が以下を含むことをさらに特徴とする、請求項６または７に記載の装置：
ａ．微生物内のＤＮＡまたはＲＮＡの特定の標的部分と付着する微生物特異的抗体を含む付着性物質部分；
ｂ．前記付着性物質部分に接続されたレポーター部分であって、前記付着性物質が前記ＤＮＡまたはＲＮＡの標的部分と結合したとき、前記少なくとも１つのＭＤＣセンサーへ報告するレポーター部分。
【請求項９】
各前記付着性物質部分が、特定の微生物を同定する、前記微生物の表面分子、微生物の細胞内タンパク質、または微生物のＤＮＡもしくはＲＮＡの一部分に付着し、前記微生物が、試験されることになっている型の生物学的試料において感染を引き起こす可能性が最も高い微生物からなる群から選択されることをさらに特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記プローブが、尿路感染症を引き起こす可能性が最も高い微生物に対応するように選択されることをさらに特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記プローブによりターゲットされる前記微生物が、特定の地理学において尿路感染症を引き起こす可能性が最も高い微生物に対応するように選択されることをさらに特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各前記プローブが、アセトバクター・オウランティウス（Acetobacter aurantius）、アシネトバクター・バウマニ（Acinetobacter baumannii）、アクチノマイセス・イスラエリー（Actinomyces israelii）、アグロバクテリウム・ラジオバクター（Agrobacterium radiobacter）、アグロバクテリウム・ツメファシエンス（Agrobacterium tumefaciens）、アナプラズマ・ファゴサイトフィルム（Anaplasma phagocytophilum）、アゾリゾビウム・カウリノダンス（Azorhizobium caulinodans）、アゾトバクター・ビネランジイ（Aztobacter vinelandii）、炭疽菌（Bacillus anthracis）、バチルス・ブレビス（Bacillus brevis）、バチルス・セレウス（Bacillus cereus）、紡錘状菌（Bacillus fusiformis）、バチルス・リケニフォルミス（Bacillus licheniformis）、バチルス・メガテリウム（Bacillus megaterium）、バチルス・ミコイデス（Bacillus mycoides）、バチルス・ステアロサーモフィルス（Bacillus stearothermophilus）、枯草菌（Bacillus subtilis）、バチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）、バクテロイデス・フラジリス（Bacteroides fragilis）、ジンジバリス菌（Bacteroides gingivalis）、バクテロイデス・メラニノゲニカス（Bacteroides melaninogenicus）、バルトネラ・ヘンセラ（Bartonella henselae）、塹壕熱菌（Bartonella quintana）、気管支敗血症菌（Bordetella bronchiseptica）、百日咳菌（Bordetella pertussis）、ライム病菌（Borrelia burgdorferia）、ブルセラ属（Brucella）、ウシ流産菌（Brucella abortus）、ヤギ流産菌（Brucella melitensis）、ブタ流産菌（Brucella suis）、鼻疽菌（Burkholderia mallei）、類鼻疽菌（Burkholderia pseudomallei）、バークホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）、肉芽腫カリマトバクテリウム（Calymmatobacterium granulomatis）、カンピロバクター・コリ（Campylobacter coli）、カンピロバクター・フィタス（Campylobacter fetus）、カンピロバクター・ジェジュニ（Campylobacter jejuni）、カンピロバクター・ピロリ（Campylobacter pylori）、トラコーマクラミジア（Chlamydia trachomatis）、肺炎クラミジア（Chlamydophila pneumoniae）、オウム病クラミジア（Chlamydophila psittaci）、クロストリジウム・ボツリヌム（Clostridium botulinum）、クロストリジウム・ディフィシル（Clostridium difficile）、ウェルシュ菌（Clostridium perfringens）、破傷風菌（Clostridium tetani）、ジフテリア菌（Corynebacterium diphtheriae）、コルネバクテリウム・フシホルメ（Corynebacteriym fusiforme）、コクシエラ・バーネッティイ（Coxiella burnetti）、エーリキア・シャフェンシス（Ehrlichia chaffeensis）、エンテロバクター・クロアカ（Enterobacter cloacae）、エンテロコッカス・アビウム（Enterococcus avium）、エンテロコッカス・デューランス（Enterococcus durans）、エンテロコッカス・フェカーリス（Enterococcus faecalis）、エンテロコッカス・フェシウム（Enteroccous faecium）、エンテロコッカス・ガリナルム（Enterococcus galllinarum）、エンテロコッカス・マロドラタス（Enterococcus maloratus）、大腸菌（Eschericichia coli）、フランシセラ・ツラレンシス（Francisella tularenisis）、フソバクテリウム・ヌクレアタム（Fusobacterium nucleatum）、ガードネレラ・バギナリス（Gardnerella vaginalis）、軟性下疳菌（Haemophilus ducreyi）、ヘモフィルス・インフルエンザエ（Haemophilus influenzae）、ヘモフィルス・パラインフルエンザ（Haemophilus parainfluenzae）、百日咳菌（Haemophilus pertussis）、ヘモフィルス−ワギナリス（Hamephilus vaginalis）、ヘリコバクターピロリ菌（Helicobacter pylori）、肺炎桿菌（Klebsilla pneumoniae）、ラクトバチルス・アシドフィルス（Lactobacillus acidophilus）、ブルガリア乳酸杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、ラクトバチルス・カゼイ（Lactobacillus casei）、ラクチス乳酸菌（Lactococcus lactis）、在郷軍人病菌（Legionella pneumophila）、リステリア・モノサイトゲネス（Listeria monocytogenes）、メチロバクテリウム・エキストロクエンス（Methanobacterium extroquens）、ミクロバクテリウム・マルチフォルメ（Microbacterium multiforme）、ミクロコッカス・ルテウス（Micrococcus luteus）、カタル球菌（Moraxella catarrhalis）、マイコバクテリウム・アビウム（Mycobacterium avium）、マイコバクテリウム・ボビス（Mycobacterium bovis）、マイコバクテリウム・ジフテリエ（Mycobacterium diphtheriae）、マイコバクテリウム・イントラセルラーレ（Mycobacterium intracellulare）、らい菌（Mycobacterium leprae）、マイコバクテリウム・レプラムリウム（Mycobacterium lepraemurium）、マイコバクテリウム・フレイ（Mycobacterium phlei）、マイコバクテリウム・スメグマチス（Mycobacterium smegmatis）、結核菌（Mycobacterium tuberculosis）、マイコプラズマ・ファーメンタンス（Mycoplasma fermentans）、マイコプラズマ・ゲニタリウム（Mycoplasma genitalium）、マイコプラズマ・ホミニス（Mycoplasma hominis）、マイコプラズマ・ペネトランス（Mycoplasma penetrans）、肺炎マイコプラズマ（Mycoplasma pneumoniae）、淋菌（Neisseria gonorrhoeae）、髄膜炎菌（Neisseria meningitidis）、パスツレラ・マルトシダ（Pasteurella multocida）、パスツレラ・ツラレンシス（Pasteurella tularensis）、ペプトストレプトコッカス属（Peptostreptococcus）、ポルフィロモナス・ジンジバリス（Porphyromonas gingivalis）、プレボテーラ・メラニノジェニカ（Prevotella melaninogenica）、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）、リゾビウム・ラジオバクター（Rhizobium radiobacter）、発疹チフスリケッチア（Rickettsia prowazekii）、リケッチア・シタッシ（Rickettsia psittaci）、リケッチア・クインターナ（Rickettsia quintana）、リケッチア・リケッチイ（Rickettsia rickettsii）、リケッチア・トラコーマ（Rickettsia trachomae）、ロシャリメア・ヘンセラ（Rochalimaea henselae）、ロシャリメア・クインターナ（Rochalimaea quintana）、ロチア・デントカリオーサ（Rothia dentocariosa）、腸炎菌（Salmonella enteritidis）、チフス菌（Salmonella typhi）、ネズミチフス菌（Salmonella typhimurium）、霊菌（Serratia marcescens）、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、表皮ブドウ球菌（Staphylococcus epidermidis）、ステノトロホモナス・マルトフィリア（Stenotrophomonas maltophillia）、ストレプトコッカス・アガラクチア（Streptococcus agalactiae）、ストレプトコッカス・アヴィウム（Streptococcus avium）、ストレプトコッカス・ボビス（Streptococcus bovis）、ストレプトコッカス・クリセタス（Streptococcus cricetus）、ストレプトコッカス・フェシウム（Streptococcus faecium）、ストレプトコッカス・フェカーリス（Streptococcus faecalis）、ストレプトコッカス・フェルス（Streptococcus ferus）、ストレプトコッカス・ガリナルム（Streptococcus gallinarum）、乳酸連鎖球菌（Streptococcus lactis）、ストレプトコッカス・ミチオール（Streptococcus mitior）、ストレプトコッカス・ミュータンス（Streptococcus mutans）、ストレプトコッカス・オラリス（Streptococcus oralis）、肺炎連鎖球菌（Streptococcus pneumoniae）、化膿性連鎖球菌（Streptococcus pyogenes）、ストレプトコッカス・ラッタス（Streptococcus rattus）、ストレプトコッカス・サリバリウス（Streptococcus salivarius）、ストレプトコッカス・サンギス（Streptococcus sanguis）、ストレプトコッカス・ソブリナス（Streptococcus sobrinus）、梅毒トレポネーマ（Treponema pallidum）、トレポネーマ・デンティコラ（Treponema denticola）、ビブリオ・コレラエ（Vibrio cholerae）、ビブリオ・コンマ（Vibrio comma）、腸炎ビブリオ菌（Vibrio parahaemolyticus）、ビブリオ・バルニフィカス（Vibrio vulnificus）、緑色連鎖球菌（Viridans streptococci）、ボルバキア属（Wolbachia）、腸炎エルシニア（Yersinia enterocolitica）、ペスト菌（Yersinia pestis）、および仮性結核菌（Yersinia pseudotuberculosis）からなる群から選択される微生物をターゲットすることをさらに特徴とする、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記プローブが、添付の配列番号１〜２４からなる群から選択されるＤＮＡをターゲットすることをさらに特徴とする、請求項６〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記付着性物質部分が、特定の抗生物質または抗菌剤に対する抵抗性を同定する、前記微生物のＤＮＡまたはＲＮＡの一部分に付着することをさらに特徴とする、請求項６〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記抵抗性同定ＤＮＡまたはＲＮＡが、グラム陽性およびグラム陰性細菌における抗菌剤に対する抵抗性を同定することをさらに特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記抵抗性同定ＤＮＡまたはＲＮＡが、細胞壁合成、タンパク質合成、ＤＮＡ合成および完全性、またはＲＮＡ合成および完全性に干渉し、またはそれを阻害する抗生物質または抗菌剤に対する抵抗性を同定することをさらに特徴とする、請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記抵抗性同定ＤＮＡまたはＲＮＡが、アミノグリコシド類、アンサマイシン類、β−ラクタム類、カルバペネム類、セファロスポリン類、クロラムフェニコール類、フルオロキノロン類、葉酸阻害剤、フシジン酸類、グリコペプチド類、リポペプチド類、リンコサミド類、マクロライド類、メトロニダゾール類、モノバクタム類、ニトロフラントイン類、オキサゾリジノン類、キノロン類、ストレプトグラミン類、スルホンアミド類、テトラサイクリン類からなる群由来の抗菌剤に対する抵抗性を同定することをさらに特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記抵抗性同定ＤＮＡまたはＲＮＡが、アミカシン、アモキシシリン（amoxycillin）、アモキシシリン・アズトレオナム（amoxycillin-aztreonam）、カルベニシリン、セフィキシム、セフォタキシム、セフトリアキソン（ceffriaxone）、セフォペラジン、セフポドキシム、セフプロジル、セフタジジム、セフロキシム、セフトリアキソン、クラブラン酸、セファレキシン、クリンダマイシン、シプロフロキサシン、ｃｏａｍｏｘｉｃｌａｖ、コリスチン、コトリモキサゾール、ドキシサイクリン、エリスロマイシン、オフロキサシン（foloxacin）、フルクロキサシリン、フシジン酸、ゲンタマイシン、カナマイシン、メロペネム、モキシフロキサシン、ムピロシン、ナリジクス酸、ネオマイシン、ニトロフラントイン、ノルフロキサシン、オフロキサシン、ペニシリン、ピペラシリン・タゾバクタム、ピブメシリナム、ポリミキシンｂ、リファンピシン、スルファメトキサゾール、テトラサイクリン、トリメトプリム、およびバンコマイシンからなる群由来の抗生物質に対する抵抗性を同定することをさらに特徴とする、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記抵抗性同定ＤＮＡまたはＲＮＡが、アミカシン、アモキシシリン・クラブラン酸合剤、アンピシリン、セフォタキシム、セフィキシム、セフトリアキソン、セファレキシン、セフポドキシム、シプロフロキサシン、セフプロジル、ｃｏａｍｏｘｉｃｌａｖ、ホスホマイシン、ゲンタマイシン、レボフロキサシン、ニトロフラントイン、ノルフロキサシン、オフロキサシン、ピブメシリナム、スルファメトキサゾール、およびトリメトプリムに対する抵抗性を同定することをさらに特徴とする、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記プローブが、添付の配列番号２５〜３２からなる群から選択されるＤＮＡをターゲットすることをさらに特徴とする、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記レポーター部分が、蛍光構造、化学発光構造、放射性核種、磁性ナノ粒子、巨大磁気抵抗に基づいた磁性ナノ粒子、コーティング化磁性ナノ粒子、および表面プラズモン構造からなる群から選択されることをさらに特徴とする、請求項６〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記レポーター部分が、天然に存在するフルオレセイン、合成テキサスレッド色素、フルオロ−マックスレッドおよびグリーン（fluoro-max red and green）色素、ユーロピウムキレーターを有する蛍光カルボキシル化粒子、ユーロピウムキレーターを有する蛍光ストレプトアビジンコーティング化粒子、および乾燥蛍光粒子からなる群から選択される前記蛍光構造を含むことをさらに特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
少なくとも２〜１００個の前記プローブを有することによりさらに特徴づけられる、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
少なくとも４〜５０個の前記プローブを有することによりさらに特徴づけられる、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
少なくとも８〜２５個の前記プローブを有することによりさらに特徴づけられる、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記プログラム制御システムが、以下のステップを含む方法に従って前記装置を運用するようにプログラミングされていることをさらに特徴とする、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の装置：
ａ．前記試料移送機構が、前記生物学的試料を受け入れ、それを前記ＭＤＣ入口へ、それにより、前記マイクロ流体分岐部へ送達するようにさせるステップであって、その結果、前記生物学的試料中のあらゆる微生物のうちの少なくともいくつかが前記マイクロ流体分岐部の前記内側面に付着し、いかなる過剰な生物学的試料も、前記出口を経由して前記マイクロ流体チャネルから出る、ステップ；
ｂ．前記マイクロ流体分岐部中に付着した微生物を溶解するために、第１の前記ＭＤＣ溶液リザーバからの溶解溶液を前記マイクロ流体分岐部へ送達させるステップ；
ｃ．前記溶解溶液と、前記マイクロ流体分岐部に付着していないあらゆる微生物との両方を前記出口から実質的に流し出すために、第２の前記ＭＤＣ溶液リザーバからの緩衝溶液を前記マイクロ流体分岐部へ送達させるステップ；
ｄ．前記マイクロ流体分岐部の内側に付着した前記プローブの標的ＤＮＡまたはＲＮＡのいずれかと結合させるために、各前記プローブをそれの前記接続されたマイクロ流体分岐部サブセットへ送達させるステップ；
ｅ．結合していないプローブを前記出口から流し出すために、第３の前記ＭＤＣ溶液リザーバからの洗浄溶液を前記マイクロ流体分岐部へ送達させるステップ；
ｆ．各前記マイクロ流体分岐部サブセットに隣接したＭＤＣセンサーに、前記マイクロ流体分岐部の内側に結合したプローブのレベルを測定させるステップ；および
ｇ．前記マイクロ流体分岐部の内側に結合したプローブの前記レベルを報告するステップ。
【請求項２７】
前記ＭＤＣが、各プローブリザーバと、それの前記接続されたマイクロ流体チャネルサブセットとの間にプラグをさらに含み、前記緩衝溶液が、前記プラグを溶解して、前記プローブの送達をもたらすことをさらに特徴とする、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記緩衝溶液および前記洗浄溶液が同じであり、前記第２および第３のリザーバが同じであることをさらに特徴とする、請求項２６または２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記リザーバの全部が交換可能なカートリッジ上にあることをさらに特徴とする、請求項１〜２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記リザーバのうち、いくつかが交換可能なカートリッジ上にあり、いくつかが交換可能なカートリッジ上にないことをさらに特徴とする、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記ＭＤＣが前記交換可能なカートリッジ上にあることをさらに特徴とする、請求項２９または３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記装置が：
ａ．ｉ．主チャネル；
ｉｉ．前記主チャネルに隣接して形成され、かつそれに接続された複数のウェルであって、各前記ウェルが、前記生物学的試料を受け入れ得る体積を含み、前記セルの少なくともいくつかが少なくとも１つの抗生物質でプレコーティングされている、複数のウェル；
ｉｉｉ．前記主チャネルの一端近くの入口；
ｉｖ．前記ウェルの反対端近くの出口
を含む抗生物質感受性チップ（ＡＳＣ）；
ｂ．前記ＭＤＣ入口と並行して、前記ＡＳＣ入口にさらに接続されている前記試料移送機構；
ｃ．溶液を含有し、かつ前記ＡＳＣ入口に接続された、少なくとも１つのＡＳＣ溶液リザーバ；
ｄ．前記ウェルにおける微生物の存在および量を報告するための各前記ウェル内のレポーター；
ｅ．前記レポーターを測定するための、前記ＡＳＣウェルに隣接した少なくとも１つのＡＳＣセンサー
をさらに含み；および
ｆ．前記プログラム制御システムが、前記少なくとも１つのＡＳＣセンサーからの測定値を受け取り、かつその結果を報告するように前記ＡＳＣを運用するためにさらに構成されること
をさらに特徴とする、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
前記プログラム制御システムが、以下のステップを含む方法に従って前記装置を運用するようにプログラミングされていることをさらに特徴とする、請求項３２に記載の装置：
ａ．前記試料移送機構が、前記生物学的試料を受け入れ、それを、前記ＡＳＣ主チャネルおよびウェルを実質的に満たすように前記ＡＳＣ入口へ送達するようにさせるステップであって、いかなる過剰な生物学的試料も前記ＡＳＣ出口を経由して前記ＡＳＣ主チャネルから出る、ステップ；
ｂ．各前記ウェルをその他の前記ウェルから遮断するために、第１の前記ＡＳＣ溶液リザーバからの高粘性溶液を前記ＡＳＣ主チャネルへ送達させるステップ；
ｃ．前記ＡＳＣを、微生物の増殖をもたらす期間および環境条件下でインキュベートするステップ；
ｄ．前記ウェルに隣接した前記少なくとも１つのＡＳＣセンサーに、前記レポーターにより示される、各前記ウェルにおける微生物のレベルを測定させるステップ；ならびに
ｅ．各前記ウェルの内側に見出された微生物の量を報告するステップ。
【請求項３４】
プログラム可能制御システムが、前記生物学的試料の前記ＡＳＣ入口への送達前に、第２の前記ＡＳＣ溶液リザーバから増殖化合物および前記レポーターを前記生物学的試料に加えるようにさらにプログラミングされていることをさらに特徴とする、請求項３４に記載の装置。
【請求項３５】
各前記ウェルがさらに、それへの前記生物学的試料の導入前に、増殖化合物および前記レポーターをプレロードされていることをさらに特徴とする、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記レポーターがレサズリンを含み、前記少なくとも１つのＡＳＣセンサーが、生きている微生物と結合したレサズリンの検出のための蛍光センサーを含むことをさらに特徴とする、請求項３２〜３５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記システムが、
ａ．ｉ．複数のマイクロ流体尿検査チップ（ＵＣ）センサーエリアをチャネルの長さに沿って有するチャネルであって、各ＵＣセンサーエリアが、前記生物学的試料の特定の成分と結合または反応する表面を有する、チャネル；
ｉｉ．前記ＵＣセンサーエリアの一端における前記チャネルに沿った入口；
ｉｉｉ．前記ＵＣセンサーエリアの反対端における前記チャネルに沿った出口
を含むマイクロ流体尿検査チップ（ＵＣ）；
ｂ．前記ＭＤＣ入口と並行して前記ＵＣ入口とさらに接続された前記試料移送機構；
ｃ．前記ＵＣセンサーエリアにおいて前記生物学的試料の前記特定の成分の値を測定するための、前記ＵＣセンサーエリアに隣接した少なくとも１つのＵＣセンサー
をさらに含むことをさらに特徴とし、および
ｄ．前記プログラム制御システムが、前記少なくとも１つのＵＣセンサーからの測定値を受け取り、かつその結果を報告するように前記ＵＣを運用するためにさらに構成されることをさらに特徴とする、
請求項１〜３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
前記ＵＣセンサーエリアが、ビリルビン、グルコース、ヘモグロビン、ケトン体、白血球、亜硝酸塩、ｐＨ、タンパク質、比重、ウロビリノーゲンからなる群から選択される特性を測定するためのエリアを含むことをさらに特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記ＵＣセンサーエリアそれぞれが、前記生物学的試料中の前記成分の量に依存して色を様々な度合に変化させ、前記少なくとも１つのＵＣセンサーが、各前記ＵＣセンサーエリアにおける色変化の度合を測定する比色計を含むことをさらに特徴とする、請求項３７または３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記プログラム制御システムが、以下のステップを含む方法に従って前記装置を運用するようにさらにプログラミングされることをさらに特徴とする、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の装置：
ａ．前記試料移送機構が、前記生物学的試料を受け入れ、それを前記ＵＣ入口へ、それにより前記ＵＣチャネルおよびＵＣセンサーエリアへ送達するようにさせるステップであって、いかなる過剰な生物学的試料も前記ＵＣ出口を経由して前記ＵＣチャネルから出る、ステップ；
ｂ．前記センサーエリアに隣接した前記少なくとも１つのＵＣセンサーに、前記センサーエリアにおける結合した成分の値を測定させるステップ；ならびに
ｃ．前記センサーエリアにおける結合した成分の前記値を報告するステップ。
【請求項４１】
尿試料を用いて尿路感染症を診断するための装置であって、前記装置が、試料受入機構、システムを運用するためのプログラム制御システム、および報告システムを有し、
ａ．ｉ．複数のマイクロ流体分岐部であって、各分岐部の内側面が、微生物が付着する物質を含む、マイクロ流体分岐部；
ｉｉ．尿試料を受け入れ、それを前記マイクロ流体分岐部へ送達するための、各前記マイクロ流体分岐部に接続された入口；複数のプローブリザーバであって、各前記リザーバがプローブ供給分を含有し、かつ前記プローブを前記マイクロ流体分岐部サブセットへ送達するように前記マイクロ流体分岐部サブセットに接続され、各前記プローブが、特定の微生物を同定する、微生物表面分子、微生物の細胞内タンパク質、または微生物のＤＮＡもしくはＲＮＡの一部分に付着し、前記微生物が、尿路を引き起こす可能性が最も高い微生物からなる群から選択される、プローブリザーバ；ならびに
ｉｉｉ．前記マイクロ流体分岐部から流体を除去するための、前記マイクロ流体分岐部に接続された出口
を含むマイクロ流体微生物検出チップ（ＭＤＣ）；
ｂ．ｉ．主チャネル；
ｉｉ．前記主チャネルに隣接して形成され、かつそれに接続された複数のウェルであって、各前記ウェルが、前記尿試料を受け入れ得る体積を含み、かつ前記セルの少なくともいくつかが少なくとも１つの抗生物質でプレコーティングされている、ウェル；
ｉｉｉ．前記ウェル内の生きている微生物の存在および量を報告するための各前記ウェルにおけるレポーター；
ｉｖ．前記主チャネルの一端近くの入口；
ｖ．前記ウェルの反対端近くの出口
を含む抗生物質感受性チップ（ＡＳＣ）；
ｃ．前記尿試料を受け入れ、かつそれを前記ＭＤＣおよび前記ＡＳＣの前記入口へ送達するための試料移送機構；
ｄ．少なくとも１つの溶液リザーバであって、各前記リザーバが、溶液を含有し、かつ前記溶液を前記マイクロ流体分岐部へ送達するために前記マイクロ流体分岐部または前記主チャネルに接続されている、溶液リザーバ；
ｅ．前記マイクロ流体分岐部内の前記プローブの存在を測定するための、前記マイクロ流体分岐部に隣接した少なくとも１つのＭＤＣセンサー；
ｆ．前記レポーターを測定するための、前記ＡＳＣウェルに隣接した少なくとも１つのＡＳＣセンサー
を含むことによりさらに特徴づけられ、ならびに
ｇ．前記プログラム制御システムが、前記尿試料および前記リザーバからの前記溶液を前記ＭＤＣおよびＡＳＣへ送達し、前記少なくとも１つのＭＤＣセンサーおよび前記少なくとも１つのＡＳＣセンサーからの測定値を受け取り、その結果を報告するように前記装置を運用するためにプログラミングされることをさらに特徴とする、
装置。
【請求項４２】
以下のステップにより特徴づけられる、尿試料を用いて尿路感染症を診断するための方法：
ａ．マイクロ流体微生物検出チップ（ＭＤＣ）を提供するステップであって、前記ＭＤＣが複数のマイクロ流体分岐部およびそれと関連づけられた複数の異なるプローブを含み、各分岐部が前記尿試料のアリコートを受け入れるように構成され、各プローブが、特定の微生物を同定する微生物表面分子、微生物の細胞内タンパク質、または微生物のＤＮＡもしくはＲＮＡの一部分と付着する構造を含み、前記微生物が、尿路感染症を引き起こす可能性が最も高い微生物からなる群から選択される、ステップ；
ｂ．抗生物質感受性チップ（ＡＳＣ）を提供するステップであって、前記ＡＳＣが、前記尿試料のアリコートを受け入れ、前記試料を試験する複数のウェルを含み、各ウェルが、体積が約１ｃｍ未満であり、かつ効力について試験されることになっている抗生物質の異なるバージョンを含有する、ステップ；
ｃ．試験のために前記尿試料を前記ＭＤＣおよび前記ＡＳＣへ送達するステップ；
ｄ．各前記プローブにより試験される微生物または抗生物質の存在を陽性に示す、各マイクロチャネル分岐部におけるプローブの量を測定するステップ；
ｅ．微生物の増殖をもたらす条件下で適切な期間、前記ＡＳＣをインキュベートし、その後、各ウェルにおける微生物の量を測定するステップ；ならびに
ｆ．そのような測定の結果を報告するステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行出願へのクロスリファレンス
この出願は、発明の名称が「微生物の種の検出、定量化、および抗生物質感受性同定のためのシステム（Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  Ｓｐｅｃｉｅｓ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，  Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ  Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」である、２０１８年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７２５，０２６号、および発明の名称が「微生物の種の検出、定量化、および抗生物質感受性同定のためのシステム（Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  Ｓｐｅｃｉｅｓ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，  Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ  Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」である、２０１９年８月２６日に出願された，米国特許出願第１６／５５１，７０２号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、生物学的試料に存在する微生物の１つまたは複数の種を検出および定量化し、ならびにそのような微生物の抗生物質感受性を同定するためのシステムに関する。より具体的には、本発明は、尿路感染症の可能性がある患者由来の尿試料において、微生物、およびその微生物の抗生物質感受性を検出し、定量化し、および同定するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
尿路感染症（ＵＴＩ）は、重大な公衆衛生への脅威をもたらす微生物感染症である。２００７年では、米国において、診療のための１０５０万人のＵＴＩ外来患者の来診があり、それらの来診の２１．３％は、緊急であった。ＵＴＩはまた、世界中、特に、人口が多く、公衆衛生問題を抱える国に、蔓延している。
【０００４】
米国疾病予防管理センターは、微生物が尿路に侵入したときに起こる感染症としてＵＴＩを記載している。ＵＴＩは、不衛生、性交、異常な解剖学的構造、および細菌、ウイルス、または真菌の存在から生じ得る。一部の集団は、ＵＴＩになるリスクがより高く、女性および少女は、解剖学的構造によって、男性より高いＵＴＩ率を有する。尿失禁またはカテーテル埋め込みを有する高齢者および患者もまた、ＵＴＩについてのリスクがより高い。ＵＴＩ症状は、痛みを伴い、患者は、排尿中に痛みまたはヒリヒリする感覚、頻繁な排尿、および膀胱が空にも関わらず排尿する必要があるという感覚を引き起こすと描写している。他の一般的な症状には、微熱（約３８℃）、混濁尿および血尿、ならびに股間または下腹部における圧力または痙攣が挙げられる。正確かつタイムリーな診断をさらに難しくすることには、ＵＴＩ症状は、患者年齢により異なって現れる場合が多い。ＵＴＩを有する乳幼児は、発熱、ぐずる性質、または食欲低下を示す場合が多い。対照的に、高齢のＵＴＩ患者は、無症状である場合があり、または過度の倦怠感および失禁を伴う、認知症に似た症状を示す場合がある。様々な範囲の症状にもかかわらず、正確かつタイムリーな診断を行うことは重要である。処置されないＵＴＩは、腎臓感染症または敗血症などのより重篤な状態へと発展し得るからである。
【０００５】
現在の実践において、ＵＴＩの診断は、臨床的および理学的検査、ならびにこれに続く、通常、完了するのに多くの日数がかかって、外来患者設定では用いられない場合が多い、無菌尿検査と陽性尿培養試験の両方を含む。Ｆｏｘｍａｎ  Ｂ．、「Ｅｐｉｄｅｍｉｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ｕｒｉｎａｒｙ  ｔｒａｃｔ  ｉｎｆｅｃｔｉｏｎｓ：  ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ，  ｍｏｒｂｉｄｉｔｙ，  ａｎｄ  ｅｃｏｎｏｍｉｃ  ｃｏｓｔｓ」、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  １１３（１）：５〜１３（２００２）。この「ゴールドスタンダード」手順は、中間尿試料を収集することができる患者について従われる。自力で排尿することができない患者については、尿は、カテーテルを介して収集され得、それは、少なくとも心地のよいものではなく、苦痛であり得る。
【０００６】
尿検査は、比較的迅速に行うことができ、試料中の白血球のレベルの上昇を読み取ることにより、感染が尿路に存在するかどうかを提供者に伝えることができるが、それは、感染を引き起こしている微生物を同定することも、感染のレベルを定量化することも、適切な抗生物質を示すこともできない。
【０００７】
尿培養試験は、存在する特定の病原体を検出し、その微生物負荷を定量化し、抗生物質抵抗性の可能性を同定することができるが、それはかなりの時間がかかる。この試験において、尿試料は、ペトリプレートにおける増殖培地上へ塗布される。微生物の複製を可能にする適切なインキュベーション期間後、ペトリプレートは、微生物について視覚的に検査され、その後、訓練された専門家によって同定および定量化される。抗生物質抵抗性を探す場合には、複数の試験プレートが作製され得、それぞれが、異なる抗生物質に曝されて、その抗生物質に対する抵抗性について試験される。このアプローチは、それが、任意の型の微生物を見出し、かつ任意の型の抗生物質抵抗性を探すことができるという利点を有するが、微生物が、ヒトの目によって視覚的に判別可能なコロニーを生じるのに十分長く再生しなければならないという欠点を有する。尿培養試験から結果を得るのに、最短１８時間、しばしば、７２時間までかかる。注目すべきことには、尿培養試験が、疑われるＵＴＩを診断するために実行される場合、その実に８０％が、試験結果が陰性である。すなわち、その試験は患者がＵＴＩを患っていないことを示す。
【０００８】
現在の尿培養試験に必要とされる長い時間は、結果として、非常に不満足な処置アプローチを生じる。たいていの状況では、特に小児科性または老年性症例において、臨床医は、尿培養試験結果が入手できるずっと前に、ＵＴＩに最もよく一般的に関連した微生物の範囲を網羅する広域スペクトル抗生物質をデフォルトで処方する傾向にある。尿培養試験結果の実に８０％が感染なしを示すため、これは、患者の８０％が、全く価値がないのに抗生物質を処方されていることを意味する。その後の尿培養試験結果が、患者が微生物感染を有するが、最初に用いられた抗生物質に感受性がある微生物感染をもたないことを示す場合には、最初の抗生物質は中止され、正しい抗生物質が処方される。これは、臨床医が実際、その時点で患者に連絡を取ることができることを前提にしているが、しばしば、そうすることはできない。
【０００９】
患者がＵＴＩを患っていない状況と、患者が、最初の抗生物質に感受性がない感染を有する状況の両方において、患者は無効な抗生物質を処方されている。これは患者にとって役に立たず、抗生物質抵抗性微生物の増殖を促進する。
【００１０】
要約すれば、ＵＴＩは極めてよく見られるが、現在の診断および処置プロセスには欠陥があると開業医によって広く認識されている。特に、尿培養試験による所定の感染における微生物負荷の遅い検出および定量化は、抗生物質が、実際にはＵＴＩを患っていない患者へ処方される場合が多く、ＵＴＩを有する患者においてさえも、最初に処方された抗生物質が間違った微生物を標的にする場合があり、またはその微生物が、その抗生物質に対して抵抗性である場合があり、試験後の抗生物質の変更を必要とすることを意味する。この極めてよくある課題が、益々公衆衛生を脅かす、抗生物質抵抗性に寄与する。
【発明の概要】
【００１１】
処置を向上させるために、必要とされる大量の試験により全く合理的低費用で、数日間ではなく数時間で機能し、かつ少なくとも、そのような感染を頻繁に引き起こすことが知られた微生物についての正しい処置を見出す、微生物の検出、定量化、および抗生物質抵抗性の同定の新規な方法が、必要とされている。
【００１２】
本発明は、現在のゴールドスタンダード尿培養試験が過剰であるという認識に基づいている。具体的には、現在の試験は、どんな微生物がＵＴＩを引き起こしている可能性があるかに関する予備知識は存在しないことを前提とし、それゆえに、全ての可能性のある微生物を探すことが必要である。しかしその前提は、現実からかなりかけ離れている。むしろ、ほとんど全てのＵＴＩは、驚くほど限定された数の微生物によって引き起こされる。
【００１３】
例えば、米国において、たった１つの微生物の科が、全ての無併発性ＵＴＩの７５％を引き起こし、９つの微生物の科がほとんど全ての無併発性ＵＴＩを引き起こしている。具体的には、単純性ＵＴＩにおいて、尿路疾患性大腸菌（Escherichia coli）（ＵＰＥＣ）は全ての単純性ＵＴＩの７５％を引き起こし、肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）が６％引き起こし、腐性ブドウ球菌（Staphylococcus saprophyticus）（６％）、エンテロコッカス種（Enteroccus spp.）（５％）、Ｂ群連鎖球菌（group B Streptococcus）（ＧＢＳ）（３％）、プロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）（２％）、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）（１％）、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureaus）（１％）、およびカンジダ種（Candida spp.）（１％）である。複雑性ＵＴＩについて、微生物あたりの頻度は、わずかに異なるが、たった４つの微生物の科が全ての複雑性ＵＴＩの９０％より多くを引き起こし、単純性ＵＴＩを引き起こす同じ微生物の科が、ほとんど全部の複雑性ＵＴＩを引き起こす。具体的には、ＵＰＥＣが全ての複雑性ＵＴＩの６５％を引き起こし、肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）が８％を引き起こし、エンテロコッカス種（Enteroccus spp.）（１１％）、ＧＢＳ（２％）、プロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）（２％），緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）（２％）、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureaus）（３％）、およびカンジダ種（Candida spp.）（７％）である。Ａｎａ  Ｌ．  Ｆｏｒｅｓ−Ｍｉｒｅｌｅｓら、「Ｕｒｉｎａｒｙ  ｔｒａｃｔ  ｉｎｆｅｃｔｉｏｎｓ：  ｅｐｉｄｅｍｉｏｌｏｇｙ，  ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ  ｏｆ  ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｐｔｉｏｎｓ」、Ｎａｔｕｒｅ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ  １３：２６９〜２８４（２０１５）。同様に、英国において、ＵＴＩが獲得された方法および場所に依存して、同じ種が全てのＵＴＩの少なくとも８５％を引き起こす。Ｄ．Ｊ．  Ｆａｒｒｅｌｌら、「Ａ  ＵＫ  Ｍｕｌｔｉｃｅｎｔｒｅ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂｉａｌ  Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  Ｐａｔｈｏｇｅｎｓ  Ｃａｕｓｉｎｇ  Ｕｒｉｎａｒｙ  Ｔｒａｃｔ  Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ  ４６：９４〜１００（２００３）。
【００１４】
これは、ＵＴＩを診断することへの全く異なるアプローチを可能にする。存在する可能性があり得るあらゆる微生物を探す代わりに、本発明は、ほとんど全てのＵＴＩを引き起こすことが知られている特定の微生物を探すためのプローブを用いる。本発明は、尿培養試験を行う必要なしに、微生物をはるかにより迅速に検出および定量化するように、これらの共通の微生物を特異的にターゲットするＤＮＡ、ＲＮＡ、抗体、アプタマー、または小分子のプローブを用いる。この新しい試験は、１時間もかからず、患者が試験結果を待つのに十分なほど速い。陰性である試験の８０％について、これは、臨床医が、患者の症状の他の可能性のある原因へ向かい、全く不必要な抗生物質を処方することを回避することを可能にする。陽性である試験の２０％について、どの微生物がＵＴＩを引き起こしているかを診断することにより、その試験は、開業医が、どんな抗生物質がその特定の微生物を処置するために処方されるべきかに関する、より良い理解を可能にする。
【００１５】
本発明のさらなる態様によれば、本発明は、抗生物質抵抗性を与えることが知られているヌクレオチドまたはタンパク質の存在を特異的にターゲットするＤＮＡ、ＲＮＡ、抗体、アプタマー、または小分子のプローブを用い、存在する微生物に対してどの抗生物質が働かないのかを、迅速に同定することを可能にする。同定および定量化試験のように、この試験は、１時間もかからないはずであり、患者が試験結果を待つのに十分速い。これは、抗生物質が適切であるならば、彼らが、正しい抗生物質についての処方箋をもって帰宅することを保証する。
【００１６】
本発明のさらなる態様は、伝統的な尿培養試験とより類似するが、はるかにより速く行われることを可能にする新しいシステムにおけるアプローチを用いる支援診断抗生物質抵抗性同定を提供する。この新しい試験は、伝統的試験に関する以下の２つの問題の認識に基づいている：
【００１７】
第１に、伝統的試験は、ヒトの目に見えるのに十分な時間、微生物が複製することを必要とする。そのような複製に必要とされる時間は、その試験が１８〜７２時間かかる原因である。本発明によるシステムにおいて、ペトリプレートの代わりに小さいウェルが用いられ、微生物を検出するためにセンサーが用いられる。センサーは、ヒトの目が検出できる再生サイクル数よりはるかに少ない再生サイクル後に微生物を検出することができ、インキュベーション時間を長くとも数時間へ短縮する。
【００１８】
第２に、伝統的試験は、試験を読み取るのに高度に訓練された人を必要とする。これは、特に、多数のペトリプレートを必要とする、複数の種類の微生物が存在する場合および／または試験が抗生物質抵抗性を同定するために実行される場合には、高額であり、かつかなりの時間がかかり得る。本発明によるシステムにおいて、ソフトウェアが、多くのセルが用いられるときでさえも、各ウェルについてセンサーアウトプットを長くとも数秒間で分析し、試験を読み取るのに必要とされる時間を長くとも数分間に短縮する。
【００１９】
本発明のこの態様についてより具体的には、システムは、複数のウェルを有するチップを用いて抗生物質抵抗性を同定する。各ウェルは、増殖培地、抗生物質、および生きている微生物の存在を示すレポーターを有する。いったん尿試料を供給されたならば、ウェルは密封され、インキュベートされる。その後、センサーが、レポーターからの活性を検出するために用いられ、そして、その活性が、異なるウェルにおける微生物増殖を示す。しかし、ウェルは、ペトリディッシュよりずっと小さく、１ｃｃ未満、好ましくは０．１ｃｃ未満であり得、あまり複製が必要とされないため、インキュベーションプロセスが劇的により少ない時間しかかからないことを可能にする。この試験は、１〜７時間かかるはずであり、非常に小さいウェルでは、１〜３時間である。患者は、試験結果を待ちたいとは思わないかもしれないが、正しい抗生物質についての処方箋を、数時間で薬局へ送ることができ、そのときにそれを受け取るよう患者に指示することができる。
【００２０】
上記の試験を提供する任意のシステムが必然的に尿を取り扱い、かつ試験することを考慮すれば、同じシステムが、目下、尿培養試験とは別々に行われている従来の尿検査を行うことができるならば、また便利であろう。尿検査からの試験結果は、典型的には、１時間未満で用意できる。
【００２１】
これらの目的を達成するために、本発明は、尿検査を行い、ＵＴＩを引き起こす微生物の共通種の存在を検出および定量化し、抗生物質抵抗性を与えることが知られたＤＮＡもしくはＲＮＡまたは他の高分子の存在によって示される任意の抗生物質抵抗性を同定し、および存在する任意の微生物に対する効力について、その微生物が抗生物質抵抗性を与えることが知られたそのようなＤＮＡまたはＲＮＡを有するかどうかに関わらず、様々な範囲の抗生物質を試験するためのシステムを提供する。
【００２２】
これらの試験を行うために、システムは、交換可能なマイクロ流体試験チップを含む固定ハードウェア部分を有する。そのハードウェアは、尿試料を受けて、それをチップのそれぞれへ送達する。その後、チップ上の様々な反応物が関連試験を行う。その後、ハードウェアは、チップ上で試験の結果を測定し、その結果を、システム上のスクリーンへ直接的にか、または関連したコンピュータシステムへか、または両方へかのいずれかへ報告する。
【００２３】
好ましくは、システムは３つのチップを用いる。
【００２４】
第１のチップは、複数のセクション、好ましくは２〜１００個、より好ましくは４〜５０個、より好ましくは８〜２５個のセクションを有する微生物検出チップ（またはＭＤＣ）である。各セクションは、尿試料から微生物を捕獲するための、およびそれらをプローブで試験するための体積で提供される。それぞれのそのようなプローブは、特定の微生物について、または抗生物質抵抗性を示すＤＮＡもしくはＲＮＡの特定の鎖の存在について試験することができる。使用中において、システムは、尿を異なるセクションへ送達し、その後、関連微生物および／または関連ＤＮＡ鎖もしくはＲＮＡ鎖の存在を同定および定量化する。その後、システムは、各セクションからの結果を、好ましくは光学的に、読み取る。
【００２５】
ＭＤＣと、今日一般的に用いられる尿培養試験との１つの顕著な違いは、このシステムが、存在し得るありとあらゆる型の微生物を探すことに対して、ほとんど全部のＥｉＴＩを引き起こすことが知られた特定の微生物の科の存在について試験することである。同様に、ＭＤＣは、抗生物質抵抗性を与えることが知られた特定の微生物の特徴について試験することができる。そして、これの全部を、短時間、おそらく１時間未満で行うことができる。
【００２６】
第２のチップは、複数のウェル、好ましくは少なくとも２個、より好ましくは少なくとも１２個、より好ましくは少なくとも２０個のウェルを有する抗生物質感受性チップ（またはＡＳＣ）である。使用中において、システムは、増殖培地ならびに生きている微生物の存在および量を報告するレサズリンなどのレポーターと混合された尿を、各ウェルへ送達する。あるいは、増殖培地およびレポーターを、各ウェルへプレロードすることができ、そして、尿だけを添加する。その後、ウェルは、それぞれ、単離され、任意の微生物が再生するのを可能にするようにインキュベートされる。好ましくは、少なくとも１個のウェルが、対照として抗生物質を含有しない。他のセクションは、それぞれ、異なる抗生物質をプレロードされて、各抗生物質に対する抵抗性について試験する。あるいは、抗生物質を、送達前に尿試料と混合することができる。任意の微生物の増殖のための適切なインキュベーション期間後、システムは、各ウェルに存在する微生物のレベルをチェックし、報告する。直接的にかまたは対照ウェルとの比較によるかのいずれかで、結果は、どの抗生物質が任意の微生物感染を制御することにおいて最も効果的であるかを示すだろう。
【００２７】
ＡＳＣは、ＭＤＣへの支援として機能する。ＡＳＣは、特定の型の微生物に関してアグノスティックであり、存在する可能性がある任意の微生物における抗生物質抵抗性について試験する。ＡＳＣは、これを、どの抗生物質が効果を生じるか、および生じないか、ならびにどれくらいの効果であるかを試験することにより直接的に行う。ウェルのサイズはペトリディッシュよりずっと小さくあり得、１ｍｌ未満、好ましくは０．１ｍｌ未満である。この劇的に低減されたサイズは、その試験を従来の尿培養試験よりはるかに速く、例えば、１〜７時間、小さいウェルにおいてはおそらく１〜３時間で、実行することを可能にする。加えて、試験を実行または読み取るのにほとんど技能を必要とされず、尿試料が供給され、試験は自動的に進む。
【００２８】
第３のチップは尿検査チップ（ＵＣ）である。ＵＣは、今日尿検査用のディップスティック上で用いられているものと同様の反応物を含む。これらの反応物は、尿中の特定の化学物質の量に依存して色を変化させる。その後、システムは、色を光学的に読み取って、試験結果を決定する。この試験は、本質的に、現在のディップスティックと同じ時間量（１分または２分である）、かかる。
【００２９】
チップは、それぞれ、別々であり得、またはそれらは全部、交換可能なカートリッジ上にあり得る。好ましくは、尿試料と接触するシステムの全ての部分もまた、容易に交換可能なカートリッジの一部である。あるいは、システムは、尿使用と接触するシステムのいかなる部分をも洗い流し、クリーニングし、および滅菌するための用意を含む。
【００３０】
システムは、微生物および既知のＤＮＡまたはＲＮＡによる抗生物質抵抗性の同定および定量化を約１時間で可能にし、広域スペクトル抗生物質感受性試験は、長くとも数時間で完了することができ、従来の尿検査は、数分間で完了することができる。尿検査の完了、微生物および既知の抗生物質抵抗性の同定および定量化についての約１時間の最初の時間は、十分短いため、患者が試験結果を待つことは合理的である。これは、試験が陰性であり、患者がＵＴＩを患っていないならば、臨床医が、他の仮説について試験することへ迅速に向かうことを可能にし、そのことは、高頻度の陰性結果を有する患者群について特に有用である。アグノスティック抗生物質感受性試験についての数時間は、臨床医が、最初の試験の完了から４時間後、薬局へ行って、抗生物質処方箋を受け取るよう患者に伝えることができ、その抗生物質処方箋は、実際に働くだろう抗生物質であろうことを意味する。これは同時に、患者ケアを向上させ、無効な抗生物質の処方箋を劇的に減少させるだろう。
【００３１】
上記の概要は、本発明の各実施形態またはあらゆる実施例を記載することを意図するものではない。本発明の他の実施形態、特徴、および利点は、以下のそれらの詳細な説明から、図面から、および特許請求の範囲から明らかだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるシステムの実施形態の投影図である。
【図２】図１のシステムのブロック図である。
【図３】図１のシステムに用いられる微生物検出チップ（またはＭＤＣ）の図である。
【図４】図１のシステムに用いられる抗生物質感受性チップ（またはＡＳＣ）の図である。
【図５】図１のシステムに用いられる尿検査チップ（またはＵＣ）の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１に示されているように、本発明による第１の実施形態は、試料受入エリア１２を有するシステム１０を含む。患者から受け取られた尿を含有する尿試料バイアル１４は、試料受入エリア１２に置くことができる。システム１０はさらに、尿試料バイアル２０へ挿入されて、そこから尿を引き出すことができる試料引き出しピペット１６を含む。システム１０はまた、下記でさらに記載されているマイクロ流体チップを含有する、装置１０へ交換可能に挿入できるカートリッジ１８を含む。
【００３４】
今、図２を参照して、カートリッジ１８は、３つのマイクロ流体チップ、微生物検出チップ（ＭＤＣ）４０と抗生物質感受性チップ（ＡＳＣ）６０と尿検査チップ（ＵＣ）８０を含有する。試料引き出しピペット１６は、マイクロ流体チップ４０、６０、８０のそれぞれへ尿試料を供給するように試料分配線２０を介して接続されている。バイアル１４からチップ４０、６０、８０への試料の流れは、一連のポンプ２２によって制御される。望ましい場合には、バッファーまたはクリーニング溶液などの様々な他の流体を、１つまたは複数の溶液バイアル２４中に供給することができ、その溶液バイアル２４もまた、チップ４０、６０、８０へ、分配線２０を介して接続され、ポンプ２２によって制御される。チップ４０、６０、８０から流れ出した液体は、廃棄物収集線２６を介して収集され、廃棄物収集バイアル２８へ送達される。３つのセンサー、ＭＤＣ４０についてＭＤＣセンサー４２、ＡＳＣ６０についてＡＳＣ  ＭＤＣセンサー６２、およびＵＣ８０についてＵＣ  ＭＤＣセンサー８２が、システム１０内に提供される。各場合において、関連したＭＤＣセンサー４２、６２、８２が、その関連づけられたチップ４０、６０、８０を測定するように位置づけられる。プログラミングされたＣＰＵ３０が、ポンプ２２の運用を制御するように、およびセンサー４２、６２、８２を運用し、かつそれらからのデータを収集するように、電線を介して接続されている。ＣＰＵ３０はまた、大容量記憶装置３４および１つまたは複数のＩ／Ｏデバイス３６に電線３２を介して接続されており、そのＩ／Ｏデバイス３６は、システム１０上のスクリーン、または独立したラップトップ、モバイルデバイス、集中型医療記録システムなどであり得る。システムの運用は、各チップ４０、６０、８０に関して下記でさらに記載されている。チップ４０、６０、８０は、好ましくは、全て、交換可能なカートリッジ１８内にあり、それゆえに、それらは各使用後に容易に交換され得る。
【００３５】
ＭＤＣ構造および運用
ＭＤＣ４０は、図３により詳細に示されている。入口４４は、尿試料を試料分配線２０から受け入れるようにチップ４０上に提供される。その後、尿試料は、分配チャネル４６および分岐構造４８を経由して、一連のマイクロ流体チャネル５０へ分配される。各マイクロ流体チャネル５０は、微生物が付着する材料でコーティングされており、その材料は、例えば、抗体、タンパク質、二本鎖ＤＮＡ、一本鎖ＤＮＡ、二本鎖ＲＮＡ、一本鎖ＲＮ、およびアプタマー（それらのいずれかは、１００％天然アミノ酸、天然と非天然のアミノ酸の混合物、または１００％非天然アミノ酸を含み得る）であるが、それらに限定されない。コーティングは、全ての型の微生物を付着し得、または下記でさらに論じられている関連プローブに対応する特定の種もしくは科をターゲットし得る。
【００３６】
一連のプローブリザーバ５２、それぞれは、異なる微生物についてのプローブを含有し、そのプローブは、下記でより詳細に記載され、かつシーラントプラグ５３により所定の場所のプローブリザーバ内に保持される。各プローブリザーバ５２は、それが、マイクロ流体チャネル５０の特定のクラスター５１と接続するように、下位分岐レベル４９における分岐構造４８へ接続される。下記のように、各プローブがそれのプローブリザーバ５２から放出されたとき、それは、それの関連づけられたクラスター５１へ流れ、他のクラスターへ流れないだろう。各マイクロ流体チャネル５０の他端において、収集チャネル５６が出口５７と接続しており、その出口を通って、ＭＤＣ４０を流れる流体が、ＭＤＣ４０から除去され得る。任意で、流体リザーバ５８もまたＭＤＣ４０上に提供され、それは、ＭＤＣ４０に用いられる様々な流体を含有することができ、その流体は、例えば、緩衝剤、溶解剤などであるが、それらに限定されない。それにより、そのような流体は、システム１０の特定の実施形態の設計として最も便利であるように、チップ上のリザーバ６０から、または外部溶液バイアル２４から供給され得る。
【００３７】
図３の閲覧から明らかであるように、２セットのチャネル５０が示されており、それぞれが４つの対応するリザーバ５２を有する。セットの数、各セットにおけるリザーバの数およびチャネルの数は、システム１０の特定の実施形態の設計のための必要に応じて、拡張または低減され得る。
【００３８】
使用中において、尿は、入口４４へ供給され、その後、分配チャネル４６、分岐部４６、マイクロ流体チャネル５０、および収集チャネル５６を通って出口５７へ流れる。尿はマイクロ流体チャネル５０を通過しながら、尿は、コーティングにより壁面に付着するだろう。その後、尿流入は、停止され、チャネル５０は、チップ上のリザーバ５８かまたは外部溶液バイアル２４のいずれかからの溶解溶液で洗い流される。溶解溶液はマイクロ流体チャネル５０中を流れながら、溶解溶液は、チャネルの壁面に存在する全ての微生物を溶解するだろう。溶解溶液は停止され、その後、緩衝溶液が、チップ上のリザーバ５８かまたは外部溶液バイアル２４のいずれかから供給される。この緩衝溶液はマイクロ流体チャネル５０中を流れながら、溶解溶液、およびチャネル壁面に結合していない任意の他の材料を洗い流すだろう。
【００３９】
好ましくは、プローブリザーバ５２を封鎖するシーラントプラグ５３の材料は、緩衝溶液がシーラントプラグ５３を溶かすように選択される。そうでない場合には、シーラントプラグ５３を溶かすために分離溶液をＭＤＣ４０の中に流すことができる。
【００４０】
シーラントプラグ５３が溶けたら、その後、プローブは、各プローブリザーバ５２から出てマイクロ流体チャネル５０の関連づけられたクラスター５１へ流れるだろう。プローブは、それらが探索する各チャネルにおける（もし存在するならば）各微生物の面と結合するだろう。プローブが結合するのに適切な時間の後、洗浄溶液が、システムの中を勢いよく流されて、いかなる結合していない材料も洗い流し、結合したプローブだけを残し得る。結合したプローブの存在および数は、ＭＤＣセンサー４２を用いて測定され、結果データは、ＣＰＵ３０へ提供され、ＣＰＵ３０は大容量記憶装置３２内にそれを保存する。
【００４１】
上記のようなＭＤＣ構造は、プローブが細胞内材料、例えば、ＤＮＡをターゲットする必要がある状況における使用に最も適している。プローブが、微生物の表面に発現したタンパク質または他の化合物のみをターゲットする場合には、その構造および方法は単純化され得る。具体的には、本発明のこの実施形態によれば、プローブリザーバ５２は省くことができ、プローブは、チャネルセットの内側にコーティングとして用いられる。上記の溶解ステップはスキップすることができる。プローブが、微生物の表面に付着し、溶解は必要ないからである。
【００４２】
ＭＤＣプローブ
ＭＤＣに用いられるプローブは、一般的に、付着性物質−レポーターの複合体の形をとり、すなわち、それらは、特定の微生物または微生物の一部分と付着するように構成される付着性物質部分、および外部デバイスにより容易に検出できる付着性物質部分と結合したレポーター部分を有する。そのような付着性物質−レポーターのプローブを作製することは、当業者によく知られたプロセスであり、当業者は、この目的を達成するための多くのアプローチを知っている。
【００４３】
最も一般的な付着性物質の中では、微生物由来の属特異的、種特異的、または亜種特異的ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、ペプチド、または類似した配列と結合する一本鎖または二本鎖ＤＮＡまたはＲＮＡ配列である。例えば、そのような付着性物質は、大腸菌（Escherichia coli）を同定し得る添付のＤＮＡ配列番号１および／または２、肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）を同定し得る配列番号３、４、５、および／または６、スタフィロコッカス・サプロフィティカス（Staphylococcus saprophyticus）を同定し得る配列番号７および／または８、エンテロコッカス種（Enterococcus spp.）を同定し得る配列番号９および／または１０、プロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）を同定し得る配列番号１１および／または１２、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）を同定し得る配列番号１３および／または１４、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）を同定し得る配列番号１５および／または１６、カンジダ種（Candida spp.）を同定し得る配列番号１７および／または１８、カンジダ・アルビカンス（Candida albicans）を同定し得る配列番号１９および／または２０、トラコーマクラミジア（Chlamydia trachomatis）を同定し得る配列番号２１および／または２２、ならびにマイコプラズマ・ゲニタリウム（Mycoplasma genitalium）を同定し得る配列番号２３および／または２４をターゲットすることができる。同様に、添付の配列番号２５および／または２６は、抗生物質のペニシリン系に対する抵抗性の指標を有する微生物を同定するために、配列番号２７および／または２８は、シプロフラキシン（ciproflaxin）に対する抵抗性の指標を有する微生物を同定するために、配列番号２９および／または３０はレボフロキサシンに対する抵抗性の指標を有する微生物を同定するために、ならびに配列番号３１および／または３２はセファレキシンに対する抵抗性の指標を有する微生物を同定するために、用いることができる。
【００４４】
付着性物質を設計するための別のよく知られたアプローチは、特定の標的分子と結合する特異的なオリゴヌクレオチドまたはペプチド分子であるアプタマーを作ることである。アプタマーは、特定の微生物種に存在する既知の表面マーカーと結合するように操作することができ、したがって、微生物の１つの種のみと付着するという目的を達成する。アプタマーはまた、ありとあらゆる細菌種および亜種に存在する病原性因子をターゲットするように設計することができる。
【００４５】
適切なアプタマーは、生物体の表面上に存在する特定のタンパク質（例えば、外膜タンパク質（ＯＭＰ）、病原性因子、ＩｇＧなど）、または生物体の細胞の内側のタンパク質および標的配列（例えば、ＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｔＲＮＡ、ｓＲＮＡ）をターゲットするように設計することができる。その抗体および／またはアプタマーが結合することができる表面マーカーの例は、微生物表面上に存在するＯ抗原である。標的配列の例は、細菌種において非常に豊富な１６ＳリボソームＲＮＡ配列である。１６Ｓ配列は、多くの種について同定されている。例えば、配列番号１は、大腸菌（Escherichia coli）についての１６Ｓ配列である。
【００４６】
そのようなＤＮＡ、ＲＮＡ、およびアプタマーの付着性物質は最も一般的であるが、多くの他の形の付着性物質がよく知られており、本発明によるシステム１０に用いることができる。例として、かつ非限定的に、そのような付着性物質は、微生物の表面分子、微生物の細胞内タンパク質、および／または微生物のＤＮＡもしくはＲＮＡを認識する、天然または合成のＤＮＡ、ＲＮＡ、抗体、アプタマー、または天然のおよび／もしくは天然に存在しないアミノ酸を用いる他のアミノ酸構造であり得る。全てのそのような化合物は、切り詰められ（例えば、Ｆａｂ、Ｆａｂ’２、ｓｃＦｖ）、１つより多い標的を検出するために多価にまたは別なふうに操作され得る。全てのそのような付着性物質はまた、酵素的または非酵素的分解に抵抗するように操作され得る。
【００４７】
これらの付着性物質のいずれも、種および亜種をターゲットするように適切に選択または設計することができ、その種および亜種には、以下が挙げられるが、それらに限定されない：アセトバクター・オウランティウス（Acetobacter aurantius）、アシネトバクター・バウマニ（Acinetobacter baumannii）、アクチノマイセス・イスラエリー（Actinomyces israelii）、アグロバクテリウム・ラジオバクター（Agrobacterium radiobacter）、アグロバクテリウム・ツメファシエンス（Agrobacterium tumefaciens）、アナプラズマ・ファゴサイトフィルム（Anaplasma phagocytophilum）、アゾリゾビウム・カウリノダンス（Azorhizobium caulinodans）、アゾトバクター・ビネランジイ（Aztobacter vinelandii）、炭疽菌（Bacillus anthracis）、バチルス・ブレビス（Bacillus brevis）、バチルス・セレウス（Bacillus cereus）、紡錘状菌（Bacillus fusiformis）、バチルス・リケニフォルミス（Bacillus licheniformis）、バチルス・メガテリウム（Bacillus megaterium）、バチルス・ミコイデス（Bacillus mycoides）、バチルス・ステアロサーモフィルス（Bacillus stearothermophilus）、枯草菌（Bacillus subtilis）、バチルス・チューリンゲンシス（Bacillus thuringiensis）、バクテロイデス・フラジリス（Bacteroides fragilis）、ジンジバリス菌（Bacteroides gingivalis）、バクテロイデス・メラニノゲニカス（Bacteroides melaninogenicus）、バルトネラ・ヘンセラ（Bartonella henselae）、塹壕熱菌（Bartonella quintana）、気管支敗血症菌（Bordetella bronchiseptica）、百日咳菌（Bordetella pertussis）、ライム病菌（Borrelia burgdorferia）、ブルセラ属（Brucella）、ウシ流産菌（Brucella abortus）、ヤギ流産菌（Brucella melitensis）、ブタ流産菌（Brucella suis）、鼻疽菌（Burkholderia mallei）、類鼻疽菌（Burkholderia pseudomallei）、バークホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）、肉芽腫カリマトバクテリウム（Calymmatobacterium granulomatis）、カンピロバクター・コリ（Campylobacter coli）、カンピロバクター・フィタス（Campylobacter fetus）、カンピロバクター・ジェジュニ（Campylobacter jejuni）、カンピロバクター・ピロリ（Campylobacter pylori）、トラコーマクラミジア（Chlamydia trachomatis）、肺炎クラミジア（Chlamydophila pneumoniae）、オウム病クラミジア（Chlamydophila psittaci）、クロストリジウム・ボツリヌム（Clostridium botulinum）、クロストリジウム・ディフィシル（Clostridium difficile）、ウェルシュ菌（Clostridium perfringens）、破傷風菌（Clostridium tetani）、ジフテリア菌（Corynebacterium diphtheriae）、コルネバクテリウム・フシホルメ（Corynebacteriym fusiforme）、コクシエラ・バーネッティイ（Coxiella burnetti）、エーリキア・シャフェンシス（Ehrlichia chaffeensis）、エンテロバクター・クロアカ（Enterobacter cloacae）、エンテロコッカス・アビウム（Enterococcus avium）、エンテロコッカス・デューランス（Enterococcus durans）、エンテロコッカス・フェカーリス（Enterococcus faecalis）、エンテロコッカス・フェシウム（Enteroccous faecium）、エンテロコッカス・ガリナルム（Enterococcus galllinarum）、エンテロコッカス・マロドラタス（Enterococcus maloratus）、大腸菌（Eschericichia coli）、フランシセラ・ツラレンシス（Francisella tularenisis）、フソバクテリウム・ヌクレアタム（Fusobacterium nucleatum）、ガードネレラ・バギナリス（Gardnerella vaginalis）、軟性下疳菌（Haemophilus ducreyi）、ヘモフィルス・インフルエンザエ（Haemophilus influenzae）、ヘモフィルス・パ��インフルエンザ（Haemophilus parainfluenzae）、百日咳菌（Haemophilus pertussis）、ヘモフィルス−ワギナリス（Hamephilus vaginalis）、ヘリコバクターピロリ菌（Helicobacter pylori）、肺炎桿菌（Klebsilla pneumoniae）、ラクトバチルス・アシドフィルス（Lactobacillus acidophilus）、ブルガリア乳酸杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、ラクトバチルス・カゼイ（Lactobacillus casei）、ラクチス乳酸菌（Lactococcus lactis）、在郷軍人病菌（Legionella pneumophila）、リステリア・モノサイトゲネス（Listeria monocytogenes）、メチロバクテリウム・エキストロクエンス（Methanobacterium extroquens）、ミクロバクテリウム・マルチフォルメ（Microbacterium multiforme）、ミクロコッカス・ルテウス（Micrococcus luteus）、カタル球菌（Moraxella catarrhalis）、マイコバクテリウム・アビウム（Mycobacterium avium）、マイコバクテリウム・ボビス（Mycobacterium bovis）、マイコバクテリウム・ジフテリエ（Mycobacterium diphtheriae）、マイコバクテリウム・イントラセルラーレ（Mycobacterium intracellulare）、らい菌（Mycobacterium leprae）、マイコバクテリウム・レプラムリウム（Mycobacterium lepraemurium）、マイコバクテリウム・フレイ（Mycobacterium phlei）、マイコバクテリウム・スメグマチス（Mycobacterium smegmatis）、結核菌（Mycobacterium tuberculosis）、マイコプラズマ・ファーメンタンス（Mycoplasma fermentans）、マイコプラズマ・ゲニタリウム（Mycoplasma genitalium）、マイコプラズマ・ホミニス（Mycoplasma hominis）、マイコプラズマ・ペネトランス（Mycoplasma penetrans）、肺炎マイコプラズマ（Mycoplasma pneumoniae）、淋菌（Neisseria gonorrhoeae）、髄膜炎菌（Neisseria meningitidis）、パスツレラ・マルトシダ（Pasteurella multocida）、パスツレラ・ツラレンシス（Pasteurella tularensis）、ペプトストレプトコッカス属（Peptostreptococcus）、ポルフィロモナス・ジンジバリス（Porphyromonas gingivalis）、プレボテーラ・メラニノジェニカ（Prevotella melaninogenica）、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）、リゾビウム・ラジオバクター（Rhizobium radiobacter）、発疹チフスリケッチア（Rickettsia prowazekii）、リケッチア・シタッシ（Rickettsia psittaci）、リケッチア・クインターナ（Rickettsia quintana）、リケッチア・リケッチイ（Rickettsia rickettsii）、リケッチア・トラコーマ（Rickettsia trachomae）、ロシャリメア・ヘンセラ（Rochalimaea henselae）、ロシャリメア・クインターナ（Rochalimaea quintana）、ロチア・デントカリオーサ（Rothia dentocariosa）、腸炎菌（Salmonella enteritidis）、チフス菌（Salmonella typhi）、ネズミチフス菌（Salmonella typhimurium）、霊菌（Serratia marcescens）、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、表皮ブドウ球菌（Staphylococcus epidermidis）、ステノトロホモナス・マルトフィリア（Stenotrophomonas maltophillia）、ストレプトコッカス・アガラクチア（Streptococcus agalactiae）、ストレプトコッカス・アヴィウム（Streptococcus avium）、ストレプトコッカス・ボビス（Streptococcus bovis）、ストレプトコッカス・クリセタス（Streptococcus cricetus）、ストレプトコッカス・フェシウム（Streptococcus faecium）、ストレプトコッカス・フェカーリス（Streptococcus faecalis）、ストレプトコッカス・フェルス（Streptococcus ferus）、ストレプトコッカス・ガリナルム（Streptococcus gallinarum）、乳酸連鎖球菌（Streptococcus lactis）、ストレプトコッカス・ミチオール（Streptococcus mitior）、ストレプトコッカス・ミュータンス（Streptococcus mutans）、ストレプトコッカス・オラリス（Streptococcus oralis）、肺炎連鎖球菌（Streptococcus pneumoniae）、化膿性連鎖球菌（Streptococcus pyogenes）、ストレプトコッカス・ラッタス（Streptococcus rattus）、ストレプトコッカス・サリバリウス（Streptococcus salivarius）、ストレプトコッカス・サンギス（Streptococcus sanguis）、ストレプトコッカス・ソブリナス（Streptococcus sobrinus）、梅毒トレポネーマ（Treponema pallidum）、トレポネーマ・デンティコラ（Treponema denticola）、ビブリオ・コレラエ（Vibrio cholerae）、ビブリオ・コンマ（Vibrio comma）、腸炎ビブリオ菌（Vibrio parahaemolyticus）、ビブリオ・バルニフィカス（Vibrio vulnificus）、緑色連鎖球菌（Viridans streptococci）、ボルバキア属（Wolbachia）、腸炎エルシニア（Yersinia enterocolitica）、ペスト菌（Yersinia pestis）、および仮性結核菌（Yersinia pseudotuberculosis）。
【００４８】
最も一般的に用いられるレポーターは、結合したときに自然に光を放射するかまたは刺激されて蛍光を発するかのいずれかである、蛍光分子である。例には、天然に存在するフルオレセイン、合成テキサスレッド色素、フルオロ−マックスレッドおよびグリーン（fluoro-max red and green）色素、ユーロピウムキレーターを有する蛍光カルボキシル化粒子、ユーロピウムキレーターを有する蛍光ストレプトアビジンコーティング化粒子、および乾燥蛍光粒子が挙げられるが、それらに限定されない。
【００４９】
代替のレポーターには以下が挙げられる：
ａ．可視スペクトル顕微鏡法および画像化を用いて検出される化学発光分子および可視スペクトル発光
ｂ．αおよびβ粒子の放射性放射を用いて検出される放射性核種
ｃ．外部磁場を用いて検出され、および／またはＧＭＲ高感度性表面コーティングへの付着による電気シグナルを用いて検出される、巨大磁気抵抗に基づいた磁性ナノ粒子
ｄ．磁性ナノ粒子（ＭＮＰ）、例えば、以下が挙げられるが、それらに限定されない：酸化鉄ＭＮＰ、鉄−ニッケルＭＮＰ、鉄−コバルトＭＮＰ、ならびに鉄、ニッケル、コバルト、および他の強磁性元素または化合物に基づいた他のＭＮＰ材料。そのような磁性ナノ粒子は、ストレプトアビジン、オレイン酸、オレイルアミン、ポリエチレングリコール、ポリサッカライド、ポリヒドロキシ酪酸、バイオポリマー、酸化鉄などの有機および／または無機材料でコーティングされている場合がある。
ｅ．蛍光を発し、または別なふうに容易に検出可能である、表面プラズモン構造。
【００５０】
付着性物質とレポーターは、ライゲーション、コンジュゲーション、またはビーズもしくは酸化鉄ナノワームなどの中間構造を介してなどの任意の適切な手段により、つなぎ合わせられ得る。
【００５１】
付着性物質、レポーター、および／または付着性物質とレポーターの複合体はまた、ペプチドとライゲーションされ、タンパク質とコンジュゲートされ、またはＰＥＧ化によるなどの安定性増強のために別なふうに修飾され得る。
【００５２】
特定の例として、ＭＤＣ４０は、３２個のプローブリザーバ５２と共に提供され得る。各プローブリザーバは、蛍光レポーター、および添付の配列番号１〜３２のうちの１つと付着するように選択された付着性抗体により形成されるプローブを含有する。各ＭＤＣセンサー４２は、蛍光センサーである。発光レポーターは、好ましくは、プローブごとに同じであり、その結果、単一のＭＤＣセンサー４２を用いて、１つのチャネル５０から次のチャネルへ移動させることができる。あるいは、ＭＤＣセンサー４２は、各チャネル５０と連携させることができる。配列１〜２４をターゲットするプローブからの結果は、関連種の存在を示すだろう。配列２５〜３２をターゲットするプローブからの結果は、無効である抗生物質を示すだろう。
【００５３】
記載されているように配列番号１〜３２の全部を用いることは、結果として、重複性を生じる。少なくとも２つの配列が各標的について供給されているからである。そのような重複性を有することが必ずしも必要とは限らないが、そのようにすることは、試験の精度を増強するだろう。
【００５４】
ＡＳＣ構造および運用
ＡＳＣ６０は、図４においてより詳細に示されている。チップの一端における入口６４は、主チャネル６６を介して反対端における出口６８に接続している。複数のウェル７０は、主チャネル６６の長さに沿って提供され、主チャネル６６と接続している。ウェル７０のそれぞれが、異なる抗菌剤または抗生物質７２をプレロードされるが、ただし、１つまたは複数のウェル７４は、対照としての役割を果たすように抗菌剤も抗生物質も存在しないままにされ得る。好ましくは、ウェル７０、７４はまた、増殖培地、および、生きている微生物の存在下において蛍光を発する、非限定的にレサズリンなどのレポーター化合物をプレロードされる。
【００５５】
用いられる可能な抗菌剤および抗生物質７２の例には、非限定的に、アミカシン、アミノグリコシド類、アモキシシリン（amoxycillin）、アモキシシリン・クラブラン酸合剤（amoxycillin-clavulanate）、アズトレオナム、β−ラクタム類、カルバペネム類、カルベニシリン、セフトリアキソン（ceffriaxone）、セフィキシム、セフォペラジン、セフォタキシム、セフポドキシム、セフプロジル、セフタジジム、セフロキシム、ｃｏａｍｏｘｉｃｌａｖ、セファレキシン、セファロスポリン類、クロラムフェニコール類、シプロフロキサシン、クリンダマイシン、コリスチン、コトリモキサゾール、ドキシサイクリン、エリスロマイシン、フルクロキサシリン、フルオロキノロン類、葉酸阻害剤、オフロキサシン（foloxacin）、フシジン酸類、ゲンタマイシン、グリコペプチド類、カナマイシン、リポペプチド類、リンコサミド類、マクロライド類、メロペネム、メトロニダゾール類、モノバクタム類、モキシフロキサシン、ムピロシン、ナリジクス酸、ネオマイシン、ニトロフラントイン類、ノルフロキサシン、オフロキサシン、オキサゾリジノン類、ペニシリン、ピペラシリン・タゾバクタム、ピブメシリナム、ポリミキシンｂ、キノロン類、リファンピシン、ストレプトグラミン類、スルファメトキサゾール、スルホンアミド類、テトラサイクリン類、トリメトプリム、バンコマイシンが挙げられる。
【００５６】
使用中において、ウェル７０、７４が増殖培地およびレポーター化合物をプレロードされていない場合には、尿が、増殖培地およびレポーター化合物と混合される。尿または尿／増殖培地／レポーター化合物混合物が入口６４へ供給され、主チャネル６６を経てウェル７０、７４の中へ流れ、いかなる過剰分も出口６８を通って出る。いったんウェル７０、７４が満たされたならば、非限定的にＦＣ−４０などの高粘性オイルが入口６４へ供給される。そのオイルは、それの粘性により、主チャネル６６を流れ下るが、有意にウェル７０、７４へ入ることはなく、したがって、ウェル７０、７４のそれぞれをその他のウェル７０、７４から隔離して効果的に密封するオイルプラグを形成する。その後、ＡＳＣ６０は、微生物複製を可能にする適切な時間、インキュベートされる。
【００５７】
インキュベーション後、ＡＳＣセンサー６２は、各ウェルにおける微生物の量を、レポーター化合物を検出することにより測定し、結果データをＣＰＵ３０へ提供し、その後、ＣＰＵ３０は、大容量記憶装置３４にデータを保存する。その後、ＣＰＵ３０は、尿試料中の微生物に対する各抗菌剤または抗生物質７２の効力のレベルを、ウェル７０における任意の微生物の欠如を決定することにより直接的か、または抗菌剤もしくは抗生物質を含むセル７０と対照ウェル７４の間で増殖率を比較することにより間接的かのいずれかで、評価することができる。ＣＰＵ３０は、大容量記憶装置３４に分析結果を保存する。各抗生物質についての効力のレベルを提供することにより、最も低い費用の最も狭いスペクトルであって、それでもなお効果的であろう抗生物質が、選択され得る。
【００５８】
試験の完了のための時間を最小限にするために、ウェル７０、７４は、関連抗生物質の効力を識別することに見合うだけの小ささ、例えば、<１ｍｌ、好ましくは<０．１ｍｌに作製されるべきである。これは、測定値が取得され得る前に必要とされる微生物複製の量を最小限にする。
【００５９】
図４に示されたＡＳＣ６０は４０個のウェル７０、７４を有するが、ウェル７０、７４の数は、試験される抗菌剤または抗生物質の数、およびシステム１０の特定の実施形態の設計において望まれる重複性のレベルに依存して増加または減少され得ることは理解されているだろう。
【００６０】
特定の例として、ＡＳＣ６０は４４個のウェル７０、７４を有する。２個の対照ウェル７４が提供され、２個のウェル７０、それぞれが、アミカシン、アモキシシリン・クラブラン酸合剤、アンピシリン、セフォタキシム、セフィキシム、セフトリアキソン、セファレキシン、セフポドキシム、シプロフロキサシン、セフプロジル、ｃｏａｍｏｘｉｃｌａｖ、ホスホマイシン、ゲンタマイシン、レボフロキサシン、ニトロフラントイン、ノルフロキサシン、オフロキサシン、ピブメシリナム、スルファメトキサゾール、およびトリメトプリムをプレロードされる。レポーター化合物はレサズリンであり、ＡＳＣセンサー７２は蛍光センサーである。好ましくは、単一のＡＳＣセンサー７２は、移動させて、各ウェル７０、７４を測定することができる。あるいは、ＡＳＣセンサー７２は、各ウェル７０、７４と連携させることができる。試験からの結果は、抗生物質のどれが、存在する微生物に対して効果が最も高いか、および最も効果が低いかを示す。
【００６１】
対照および各抗生物質についての２個のウェル７０、７４は、重複性を与えるために用いられ得る。そのような重複性を有することは必要ではないが、そのようにすることは、試験の精度を増加させるはずである。
【００６２】
ＵＣ構造および運用
ＵＣ８０は、図５においてより詳細に示されている。ＵＣ８０は、その図面に示されているようにチップの上端から下端へ伸びるチャネル８４を含み、ＵＣ測定セクション８６が、尿中の様々な化合物を感知するように提供される。好ましくは、これらのセクションは、尿検査に典型的に用いられる測定に対応し、例えば、白血球、亜硝酸塩、ウロビリノーゲン、タンパク質、ｐＨ、ヘモグロビン、比重、ケトン体、ビリルビン、およびグルコースを測定するためのセクションである。これを達成するために、各セクションは、例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ  Ｍｕｌｔｉｓｔｉｘ（Ｒ）、Ｒｏｃｈｅ  Ｃｈｅｍｓｔｒｉｐ（Ｒ）、ＭｃＫｅｓｓｏｎ  Ｃｏｎｓｕｌｔ（Ｒ）、およびＢｏｅｈｒｉｎｇｅｒ  Ｃｏｍｂｕｒ−Ｔｅｓｔ（Ｒ）尿検査ストリップにより提供されるものなど、今日、現在の製品を用いて測定するために市販のディップスティック上で用いられているのと同じ材料でプレコーティングされる。これらのディップスティックは、典型的には、比色測定による、白血球、亜硝酸塩、ウロビリノーゲン、タンパク質、ｐＨ、ヘモグロビン、比重、ケトン体、ビリルビン、およびグルコースなどのパラメータを試験する。
【００６３】
使用中において、尿は、チャネル８４の一端に供給され、チャネル８４を通って、他端から流れ出る。その後、セクション８６における関連の比色用化学物質は尿と反応し、色を変化させて、測定値を示す。望ましい場合には、緩衝溶液または類似した溶液が、溶液バイアル２１から供給されて、チャネル８４の中を流れ、いかなる残存する尿も除去し得る。この構成において、ＵＣセンサー８２は比色計であり、様々なセクション８６の色を読み取ることができるように位置づけられる。測定が完了したとき、ＵＣセンサー８２は、そのデータをＣＰＵ３０へ提供し、ＣＰＵ３０は、大容量記憶装置３４にそれを保存する。
【００６４】
いったん様々な試験が完了したならば、ＣＰＵ３０は、少なくとも１つのレポートを作成し、Ｉ／Ｏデバイス３６へ提供する。好ましくは、ＣＰＵ３０は、以下の少なくとも２つのレポートを作成する：最初のレポートは、ＭＤＣ４０およびＵＣ８０による尿検査および微生物検出の完了後に作成される。それらは、インキュベーションを必要とせず、迅速に実行することができるからである。２つ目のレポートは、ＡＳＣ６０による抗生物質感受性試験の完了後に作成され、その試験は、必要とされるインキュベーション期間のためにより長い時間がかかる。
【００６５】
当業者に明らかであるように、本システムは、ＵＴＩについて試験するために尿試料に関して記載されているが、他の問題を試験するために他の生物学的試料と共に用いるように容易に適応することができる。例えば、血液、痰、唾液、粘液、またはさらに頬もしくは創傷からのスワブが、本システムについての最初の生物学的試料として用いることができる。試料によっては、記載されたシステムの中を流れるのに十分に液状にするためにその試料に無菌の水または食塩水を最初に加えることが必要の場合がある。加えて、試験されることになっている生物学的場所において感染を引き起こす可能性が高い微生物に対応するために、微生物の同定および定量化に用いられる特定の検出化合物を変えることが望ましい場合があり、他の特性、例えば、血液化学が、尿検査を行う代わりに試験される場合がある。同様に、記載され、および配列が提供されている特定の微生物は細菌であるが、同じアプローチが、可能性のあるウイルス、真菌、プリオン、および他の感染を分析するために用いることができる。全体としての本システムは、幅広い種類の試験に容易に、時には異なるチップを代用することによるだけで、適応可能である。
【００６６】
本発明が、開示された実施形態以外の実施形態に関して実施され得ることは当業者に明らかであろう。開示された実施形態は、例証のために提示され、限定のために提示されるのではなく、本発明は、以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【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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【配列表】
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【国際調査報告】
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