(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオチップについて行われる複数のテストのマトリクスからなる実験を各々構成する複数のバイオチップアレイを処理するシステムであって、
A. １つ又は２つ以上のアレイ識別子を各々有する複数のバイオチップであって、該アレイ識別子の各々がバイオチップ上のアレイを一意に識別するものである、複数のバイオチップと、
B. 各識別子に対応するコンピュータファイル内に該識別子により識別されたアレイにおける実験のパラメータを記録する手段と、
C. コンピュータ内に格納され、及び様々な実験のアレイを走査するためのプロトコルを収容する、ライブラリと、
D. バイオチップアレイを走査し、及び該バイオチップ上に記録されている識別子を読み取る手段を含む、スキャナと、
E. 該読み取られた識別子に応じて前記ライブラリから該識別されたアレイのための走査プロトコルを選択する手段と、
F. 読み取られたイメージングプロトコルに従って前記スキャナの動作を制御する手段と、
G. 対応する実験アレイの走査時に前記スキャナにより生成されたイメージマップを各識別子に対応する位置で前記コンピュータ内に記録する手段と
を備えているシステム。
【請求項２】
前記記録されたイメージマップを分析する分析手段を含み、該分析手段が、該イメージマップに対応するアレイ識別子に対応する分析プロトコルを前記ライブラリから選択する手段を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
バイオチップ上に堆積される複数のテストのマトリクスからそれぞれ構成される１つ又は２つ以上の実験を各々構成する複数のバイオチップアレイを処理する方法であって、
A. 前記アレイの各々に対応するマシンにより読み取ることが可能な識別子を各バイオチップ上に刻印し、
B. バイオチップ上のアレイ識別子により識別されるアレイにおける実験のパラメータを各識別子毎に収容するファイルをコンピュータシステム内に記録し、
C. 様々な実験についてバイオチップアレイを走査するためのプロトコルを前記コンピュータシステム内のライブラリに入力し、
D. 各アレイ識別子に応じて、該識別子により識別されたアレイにおける実験のためのイメージングプロトコルを前記ライブラリから選択し、
E. 選択された走査プロトコルに従ってスキャナを制御して、前記識別されたアレイを走査すると共に、前記アレイの対応するイメージマップを前記コンピュータシステム内に記録する、バイオチップアレイの処理方法。
【請求項４】
A. 前記イメージマップの各々の分析のためのプロトコルをプロトコルライブラリから選択し、
B. 該選択された前記イメージマップの分析のための各プロトコルに従って前記イメージマップを分析する、
という各ステップを有する、請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロアレイバイオチップ上で行われる実験のイメージング及び分析に関し、特に、マイクロアレイスキャナの自動制御及び該スキャナにより提供されるイメージマップの分析のための適当なプロトコルの選択に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロアレイバイオチップは、多数の近接して関係する化学的検査を行うために次第に使用されるようになってきている。例えば、肺の腫瘍と正常な肺組織との間の遺伝子上の差を確認するために、異なるcDNA配列の小さなサンプルを顕微鏡のスライドの下に堆積させて該サンプルをそのガラスに化学的に結合させる場合がある。機械的なマイクロアレイ技術を用いて、一万又はそれ以上のかかるサンプルを単一の顕微鏡のスライド上に容易に配列させることができる。次いで、正常な肺組織および肺腫瘍からサンプルmRNAが抽出される。該mRNAは、それらの組織で表現される遺伝子の全てを表現するものであり、疾患のある組織と正常な組織との間のmRNAの表現の差は、癌の原因の洞察を提供し得るものであり、おそらくは考え得る治療剤を指し示すものともなる。この２つの組織からの「探査(probe)」サンプルには、異なる蛍光色素でラベル付けされる。次いで、所定量の２つのサンプルの各々が、マイクロアレイドットの各々の上に堆積され、該ドット上でcDNA分子と競合的に反応する。アレイドット内のcDNAストランドに対応するmRNA分子は、該ストランドと結合し、かかる結合を行わないものは洗い流される。
【０００３】
次いで、該スライドはスキャナ内で処理される。該スキャナは、ラベル付け用の蛍光に対応する波長を有するレーザビームを各ドットに照射する。その蛍光放出が検知されその強度が測定されて、mRNAサンプルがそれぞれのcDNA配列に対応する度合いが各アレイドット毎に確認される。上記で概説した実験では、イメージスキャナが２つの蛍光を別個に検知し、これにより、正常組織及び疾患組織から抽出されたmRNAの反応のマップが別個に提供される。該スキャナは、アレイのイメージマップを各蛍光毎に１つずつ生成する。最終的に該マップが分析されて、有意の情報が実験者に提供される。
【０００４】
マイクロアレイバイオチップは、様々なフォームファクタで入手することが可能であり、１つ又は２つ以上の異なる蛍光ラベルを有する。アレイ内のドットの化学反応に伴う反応物質(reagent)は、典型的にはDNA、RNA、ペプチド、プロテイン、又は他の有機的な分子といった生物学的なサンプルである。バイオチップは、診断、選抜検査(screening assay)、遺伝学、及び分子生物学的な(molecular biology)調査のために使用される可能性がある。それらは、検査用ドットに加えて、既知の量の蛍光材料を含む較正ドットを含むことが可能である。このため、後者のドットの走査は、テストドットから得られた読みを較正する働きをするものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
バイオチップアレイの走査から精確な情報を得るには、アレイが配置された場所にどの蛍光材料が使用されたかを知ること、及び（もしあれば）較正ドットの位置を知ることが重要である。ドットの照明に正しい波長を使用するために、及び欠落させる正しい波長の蛍光をフィルタリングするために、蛍光材料を知ることが重要である。更に、蛍光を高い強度に励起させて蛍光検出器に最大限の信号を提供するのが有利である。しかし、該強度は、蛍光が飽和し又は蛍光材料が劣化するレベルよりも低く維持しなければならず、これは、使用する特定の蛍光材料によって決まる。
【０００６】
更に、スキャナにより収集された生(raw)データの分析は、実験パラメータに従って変動し得るプロトコルに従って行われなければならない。本発明以前には、走査及び分析プロトコルの入力はマニュアルで行われてきた。これは、多大なオペレータ時間を必然的に伴うものであり、更に、走査及び分析手順の誤りの原因となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、各実験に対応する識別子がバイオチップ上に刻印される。該識別子は、マシンにより読み取ることが可能なものであり、好適には人間により読み取ることができるものである。例えば、該識別子は、スライド上に刻印された数字からなる番号、並びに該番号を表すバーコードとすることが可能である。実験識別子は、アレイ実験の堆積に先立ってチップ上に刻印される。コンピュータシステムのファイルフォルダ（すなわちディレクトリ）がオープンされて、アレイ識別子に論理的にリンクされる。オペレータは、該フォルダに、実験アレイの様々なパラメータ（例えばアレイ内に堆積された反応物質のマップ、蛍光タグ及びそれが結合されることになる反応物質の識別子、及びチップ上の較正ドットの位置等）を入力する。オペレータはまた、該フォルダ内に、走査処理に関連して使用されることになる走査及び処理プロトコルの識別子を入力する。しかし、好適には、本システムは、バイオチップから情報を取り出すようにプログラムされる。したがって、前記プロトコルは、バイオチップ上のマシンにより読み取ることが可能なコードで識別される（すなわち該コードで記述される）。
【０００８】
したがって、バイオチップが後にスキャナ内に装着される際に、該スキャナは、バーコード式の識別子を走査することができる。次いで、本システムは、必要なファイルフォルダを自動的にオープンして走査及び分析プロトコルを取得する。スキャナは次いで、該取得したプロトコルに従って動作するよう設定される。結果的に得られる走査データのイメージマップは、当該チップのファイルフォルダ内の１つ又は２つ以上のファイルに収容される。続いて分析プロトコルが取得され、該プロトコルに従って処理されたイメージマップが、出力データ列を提供する。
【０００９】
本システムは、走査又は処理のための適当なプロトコルを見出すことができない場合には、適当な既格納のプロトコルを識別すること又は新規のプロトコルを入力することをオペレータに指示する。
【００１０】
上記構成の場合には、オペレータの介入に関する要件が大幅に低減される。このため、処理全体がスピードアップし、（おそらく一層重要なことに）走査及び処理プロトコルの不適切な入力に起因して遭遇することになる誤りが生じる可能性が低減する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１では、マイクロアレイバイオチップ10は、２つのアレイ領域12,14を有する顕微鏡スライドという形で実施されている。該アレイ領域の各々は、異なる組み合わせの反応物質をそれぞれ伴う一連のテストからなる実験を伴うものである。該テストは、ドットとして示す多数の位置に反応物質の小滴を堆積させることにより行われる。領域12,14は異なる実験を構成し、この場合、領域12におけるテストは領域14におけるテストとは異なることになる。
【００１２】
バイオチップ10にはまた、領域12,14で行われる実験に関する実験識別子16,18が刻印されている。詳細には、該識別子の各々は、図示のように、数字(16a,18a)及び該数字のバーコード表現である対応するバーコード(16b,17b)からなる。該識別子は番号とすることが可能であり、この場合には、該番号を構成する幾つかの数字がアレイの実験パラメータを識別し、別の数字がアレイのソースを識別し、更に別の数字が走査及び分析プロトコルを識別し、又はかかるプロトコルのための動作パラメータをも提供し、それ以外の数字はやはりアレイ自体を識別するものとなる。
【００１３】
典型的なアレイ領域を図２に一層詳細に示す。該領域は、複数のテストスポット20のアレイからなり、随意選択的に一連の制御スポット22及びフォーカスターゲット24が配置される。該制御スポット22及びターゲット24は、スキャナの構成及び／又は調整を行うために走査プロセスで最初に使用される。
【００１４】
図３に示すように、本発明を実施したシステムは、実験識別子をマイクロチップ上に刻印する識別子プリンタ30を含む。該チップがアレイ手段32内にロードされ、そこでテストスポットが堆積されて実験アレイが形成される。
【００１５】
続いてバイオチップがスキャナ42へと送られ、該スキャナ42がバーコード16b,18bを最初に走査する。これに応じて、システム34が、該識別子に論理的にリンクされたファイルフォルダ36をオープンする。フォルダ36において、該システムは、前記識別子内の情報を含むファイルをオープンする。バーコードがプロトコルライブラリ35内に含まれるプロトコルを識別する場合、又は識別子内にプロトコルが含まれている場合には、システムは、バイオチップの対応するファイルフォルダ内のフォルダにプロトコルをコピーする。次いでシステムは、取得した走査プロトコルに従って動作するようスキャナを設定する。
【００１６】
スキャナにより取得されたイメージマップは、フォルダ36内に格納されたイメージマップ44内に収容される。最後に、ホストコンピュータシステム内のアナライザ45が、イメージマップ44の内容を分析して出力テーブル46を提供し、これもまたフォルダ36内に収容される。出力テーブルの生成時に、アナライザ45は、フォルダ36内に収容されている分析プロトコルを使用する。
【００１７】
走査及びイメージ分析動作のフローチャートを図４に示す。バイオチップ10がスキャナ42内にロードされると、スキャナ42が、ステップ50で、チップ上のアレイ識別子の読み取りを試行する。スキャナ42は、該識別子を読み取ることができた場合には、ステップ52に示すように、該識別子をホストコンピュータシステム34へ送信する。スキャナ42は、識別子を読み取ることができなかった場合には、ステップ54に示すように、該識別子をマニュアルで入力するようオペレータに指示する。ステップ56で、ホストコンピュータは、該識別子をデコードして、使用すべきプロトコルを確認し（該識別子がプロトコルを指し示すものであると仮定する）、ステップ58で、プロトコルライブラリ35がステップ56で識別されたプロトコルを含んでいるか否かを確認する。プロトコルライブラリ35が該プロトコルを含んでいる場合には、そのプロトコルがスキャナ42に供給され、ステップ60で、イメージングプロトコルを設定して、マイクロアレイのイメージマップを獲得する。また、プロトコルライブラリ35が識別されたプロトコルを含んでいない場合には、ステップ62へ進んで外部ソース（図示せず）からプロトコルを取得する。次いで、取得されたイメージングプロトコルがスキャナ42へ渡され、該スキャナ42がステップ60に示すように動作する。ステップ64で、イメージマップがイメージファイル44に記録される。
【００１８】
後にステップ66で分析プログラムが呼び出され、ステップ68で、適当な分析プロトコルがプロトコルライブラリ35内に存在するか否かをシステムが判定する。適当な分析プロトコルがプロトコルライブラリ35内に存在する場合には、システムはステップ70で定量的な分析を行う。また、適当な分析プロトコルがプロトコルライブラリ35内に存在しない場合には、外部ソースが検査されてステップ70にプロトコルが渡される。
【００１９】
上述のシステムは最小限のオペレータ介入で動作するものであって従来の構成よりもかなり高速にバイオチップを処理するものであることは明らかであろう。更に、早期の処理段階で各バイオチップアレイを適当なプロトコルと結びつけることにより、そうでない場合に手順のイメージング及び分析段階で遭遇することになる誤りが低減する。
【００２０】
本発明は本書で解説したバイオチップ以外のバイオチップにも適用可能なものであることが理解されよう。例えば、本発明は、アレイをなすウェル内に液体形態で反応物質を収容する「ウェット」バイオチップと共に使用することが可能である。更に、本書で使用した用語「バイオチップ」は、蛍光その他のラベルに関して走査される、整列されたアレイ内に堆積されない材料（例えばスライドに付着された組織）にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ２つの実験を含むバイオチップを示している。
【図２】  図１の拡大図である。
【図３】  本発明に従って動作するシステムを示すブロック図である。
【図４】  本発明の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
16b,18b  バーコード
32       アレイ手段
34       ホストコンピュータシステム
35       プロトコルライブラリ
36       ファイルフォルダ
42       スキャナ
44       イメージマップ
45       アナライザ
46       出力テーブル
【図１】
0004372357.tif 000002
【図２】
0004372357.tif 000003
【図３】
0004372357.tif 000004
【図４】
0004372357.tif 000005