(57)【要約】流体試料中の標的分析物を検出及び隔離するためのシステム及び方法。該システムは、液体試料を、対象の標的分析物に選択的に結合するように働く常磁性体と共に受け入れるためのバルク検体リザーバを具備している。頂点部は、バルク検体リザーバと相互接続されて検体チャンバアセンブリを画定し、該アセンブリに対して磁気チャンバが該アセンブリの頂点部部分の周りに配置されており、磁性粒子とそれに結合した任意の対象の分析物とを頂点部の内部の中に隔離するように働く。混合するための十分な時間でかつ磁気カプセルが磁性粒子を頂点部の中に十分に保持するのを可能にするための十分な時間がひとたび得られれば、頂点部は検体リザーバから取り外されて、その中に保持された常磁性体は対象の分析物の存在を測定するために分析される。
2020500505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルク液体検体の中に存在すると考えられる標的分析物を隔離するためのシステムであって、
ａ．  前記標的分析物を含有していると疑われる前記バルク液体検体を受け入れるための第１の内部容積を画定するバルク検体リザーバと、
ｂ．  前記バルク液体検体の中に存在していると疑われる前記標的分析物に特異的に結合するように働く複数の常磁性粒子と、
ｃ．  第２の内部容積を画定する少なくとも１つの頂点部であって、前記頂点部の内部及び前記バルク検体リザーバの内部が協働して検体チャンバアセンブリを画定するように前記バルク検体リザーバと着脱可能に相互接続されうる少なくとも１つの頂点部と、
ｄ．  前記少なくとも１つの頂点部のうち専用のものに解放可能に係合されうる少なくとも１つの磁気カプセルであって、前記少なくとも１つの頂点部の第２の内部の中に磁場を印加するように、かつ対象の前記標的分析物を含有した前記バルク液体試料の中に分布する前記常磁性粒子の一部を磁気的に隔離するように働く少なくとも１つの磁気カプセルと
を具備している、システム。
【請求項２】
前記バルク検体リザーバの容積は、前記少なくとも１つの頂点部の内部の容積よりも大きい、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記システムは、前記バルク検体リザーバと作動可能に相互接続されうる単一の頂点部と、前記頂点部に解放可能に係合されうる単一の磁気カプセルとを備えている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
対象の前記標的分析物は生物学的粒子である、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記生物学的粒子は、巨大分子、タンパク質、ペプチド、細胞内構造物、及び特定種類の細胞からなる群から選択される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記細胞はがん細胞を含んでなる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記常磁性粒子は、対象の前記標的分析物との複合体を形成するように働くリガンド、レセプタ、キレート、及び結合パートナーからなる群から選択される結合メカニズムを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの頂点部の各々は略管状の形状を有するように形成され、前記少なくとも１つの磁気カプセルの各々は、前記管状の構造の周りに径方向に磁場を印加するように働く、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記単一の頂点部は略管状の形状を有するように形成され、前記単一の磁気カプセルは、前記管状の構造の周りに径方向に磁場を印加するように働く、請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
バルク液体検体の中に存在すると考えられる対象の標的分析物を隔離するためのシステムであって、前記バルク液体検体は、対象の前記標的分析物に前記標的分析物が存在する範囲で結合するように働く常磁性粒子を含んでおり、
ａ．  第１の内部を画定する頂点部と、
ｂ．  第２の内部を画定し、かつ前記バルク液体試料を受け入れるように働くバルク検体リザーバであって、相互接続されたときに前記頂点部の内部が前記バルク検体リザーバの内部と組み合わさって検体チャンバアセンブリを画定するように前記頂点部が前記バルク検体リザーバと着脱可能に相互接続されうる、バルク検体リザーバと、
ｃ．  前記頂点部と作動可能に相互接続されうるとともに、前記頂点部の内部に磁場を印加するように働く磁気カプセルであって、前記磁気カプセルによって印加される前記磁場は、前記バルク流体検体の中に存在する前記常磁性粒子の一部を前記頂点部の内部の中に保持するように十分に強い、磁気カプセルと
を具備している、システム。
【請求項１１】
前記バルク液体検体が前記バルク検体リザーバ内に入れられて、かつ前記少なくとも１つの頂点部が前記バルク液体リザーバ検体と相互接続されたとき、前記バルク液体検体は、前記検体チャンバアセンブリの全容積の５０％〜９０％を占める、請求項３に記載のシステム。
【請求項１２】
前記バルク液体検体が前記バルク検体リザーバ内に入れられて、かつ前記頂点部が前記バルク液体リザーバ検体と相互接続されたとき、前記バルク液体検体は、前記検体チャンバアセンブリの全容積の４０％〜８０％を占める、請求項３に記載のシステム。
【請求項１３】
前記バルク液体検体が前記バルク検体リザーバ内に入れられて、かつ前記頂点部が前記バルク液体リザーバ検体と相互接続されたとき、前記バルク液体検体は、前記検体チャンバアセンブリの全容積の６５％〜７５％を占める、請求項３に記載のシステム。
【請求項１４】
前記バルク液体検体が前記バルク検体リザーバ内に入れられて、かつ前記頂点部が前記バルク液体リザーバ検体と相互接続されたとき、前記バルク液体検体は、前記検体チャンバアセンブリの全容積の６５％〜７５％を占める、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
バルク液体検体の中に存在すると考えられる標的分析物を隔離するための方法であって、
ａ．  前記バルク液体検体を受け入れるための内部を画定するバルク検体リザーバを提供し、かつ前記バルク液体検体を前記バルク検体リザーバの前記内部の中に入れるステップと、
ｂ．  前記バルク液体検体を複数の磁性粒子と接触させるステップであって、その複数の磁性粒子は、対象の前記分析物が存在する範囲で対象の前記標的分析物に選択的に結合するように働く、ステップと、
ｃ．  内部容積を有する頂点部を提供するステップであって、前記頂点部は、複数の常磁性粒子及びそれに結合した対象の分析物を含んだ前記バルク液体検体が少なくとも１つの頂点部の内部の中を流れて循環するように働くよう、ステップｂ）において前記常磁性粒子及び前記バルク液体検体を含有した前記バルク検体リザーバと着脱可能に相互接続されうる、ステップと、
ｄ．  前記頂点部がステップｃ）において前記バルク検体リザーバと相互接続されているときに前記頂点部と着脱可能に相互接続されうる磁気カプセルを提供するステップであって、前記磁気カプセルは、前記頂点部の内部の中に磁場を印加するために前記頂点部と相互接続されている、ステップと、
ｅ．  前記常磁性粒子及びそれに結合した対象の分析物を含んだ前記バルク液体検体を前記頂点部の内部の中に十分に循環させる一方で、前記常磁性粒子の大多数を前記頂点部の内部の中に保持するのに十分な期間にわたって前記磁気カプセルを前記頂点部に結合させるステップと、
ｆ．  ステップｅ）に続いて前記バルク検体リザーバから前記頂点部を取り外すステップと、
ｇ．  ステップｆ）で取り外された前記頂点部から前記磁気カプセルを解放するステップと、
ｈ．  対象の前記標的分析物の存在を判定するために、前記頂点部の中に保持された前記常磁性粒子を分析するステップと
を含んでなる方法。
【請求項１６】
対象の前記分析物は生物学的粒子である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記生物学的粒子は、巨大分子、タンパク質、ペプチド、細胞内構造物、及び特定種類の細胞からなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記細胞はがん細胞である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の常磁性粒子を含む前記バルク液体検体は、揺動、振盪、回転及び圧縮からなる群から選択される方法で循環せしめられる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の常磁性粒子を含有した前記バルク液体検体はさらに、存在する場合には対象の前記標的分析物への常磁性粒子の結合と前記頂点部の内部の中への前記常磁性粒子の保持とを促進するべく電磁エネルギーに曝され、前記電磁エネルギーは、紫外線、赤外線、及びマイクロ波からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の常磁性粒子を含有した前記バルク液体検体は、存在する場合には対象の前記標的分析物への常磁性粒子の結合と前記頂点部の内部の中への前記常磁性粒子の保持とを促進するべく加熱される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の常磁性粒子を含有した前記バルク液体検体は、存在する場合には対象の前記標的分析物への常磁性粒子の結合と前記頂点部の内部の中への前記常磁性粒子の保持とを促進するべく冷却される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の常磁性粒子を含有した前記バルク液体検体は、存在する場合には対象の前記標的分析物への常磁性粒子の結合と前記頂点部の内部の中への前記常磁性粒子の保持とを促進するべく機械的エネルギーに曝される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記機械的エネルギーは超音波である、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体試料中に存在しているが従来の機構を使用して検出するには量が一般に少なすぎるとみられる標的分析物又は不純物を同定、分離及び単離するためのシステム及び方法に関する。本発明はさらに、そのような粒子が存在すると考えられる場合の該試料の体積縮小に一部基づいて、そのような標的分析物の磁気分離を併用した、標的分析物の検出及び隔離のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の生体高分子、細胞など（まとめて「生物学的粒子」と呼ばれる）を同定することができる分離技法は当分野において良く知られており、生物学的研究、生物医学技術及び診断的適用における分析目的及び精製目的のため広く使用されている。一般に、そのような分離技法は、同定しようとする標的の生物学的粒子を一定の位置又は区域において捕捉又は単離するために、該標的粒子の１以上の物理的かつ／又は化学的性質を利用する。生物学的粒子の同定及び単離を促進するために利用されてきた性質の中には、密度、大きさ、疎水性、電荷、並びに、他の物質及び免疫作用物質のうち少なくともいずれかと反応及び結合する働きのある表面化学基、が挙げられる。そのような技法の典型例としては、細胞成分をその相対密度に基づいて分離するために使用することができる遠心分離と、標的の生物学的粒子と相互作用して該粒子を保持する働きのある規定の表面化学構造及び孔隙率のうち少なくともいずれか一方を有する粒子の充填カラムに試料を通すことを伴う液体クロマトグラフィーと、電場を印加して該電場がひいては生体高分子が対象の高分子の電荷質量比に基づいてゲルを通り一次元又は二次元に移動する移動度に影響を与えることによりそのような生体高分子を分離するように働くゲル電気泳動とが挙げられる。
【０００３】
同様に分離技法において頻繁に適用されるのは、通常は５〜５００μｍである様々な直径のチャネルのネットワーク中で、通常はマイクロリットル〜ピコリットルの範囲で流体を操作及び制御する原理に基づいて作動する、マイクロ流体力学である。そのような小さな寸法は、流体試料の粒子、又は流体試料中に懸濁された粒子が、大きさにおいてマイクロ流体装置自体と同程度となるように、選択的に採用される。そのような縮小された規模で、流体は、多重化、自動化、及び高スループットのシステムを実現するように、移動、混合、分離、又はそれ以外の操作をなされる。マイクロ流体力学は、非常に小さい体積の試料、加えて該試料と共に利用される相応に少ない量の任意の化学物質及び試薬の、分析及び使用を可能とし、かつ小規模な試料操作で試料の処理及び分析の両方を行う能力を有することができる。
【０００４】
そのような技法に加えて、印加された磁場と相互作用するように働く磁性粒子を使用して対象の生体高分子及び細胞を検出するためのシステム及び方法がさらに利用されてきた。典型的な用途では、磁性粒子は、該粒子が標的の生体高分子に特異的に結合するのを可能にするリガンドを、その表面上に担持することになる。適用の際には、そのような磁性粒子は試料に添加され、かつ対象の巨大分子と結合できるようになされ、その後、磁性粒子及び結合した対象の巨大分子が残りの試料から分離されることを可能にする磁場が印加される。捕捉された対象の巨大分子はその後、検出（蛍光に基づく発光など）により計測され、またフローサイトメトリー分析と併せて使用されることも可能である。
【０００５】
生体高分子、細胞などの分離に関する当分野の状況の典型例である参考文献は、以下の交付済み特許及び公開特許出願に述べられている。
・  「分析物の免疫学的測定のための方法（METHOD FOR THE IMMUNOLOGICAL DETERMINATION OF AN ANALYTE）」というタイトルで２００２年１１月１２日に発行のベルント・ドレメル（Bernd Dremel）の米国特許6,479,302 B1、
・  「細胞及びその他の粒子の磁気的富化のためのデバイス及び方法（DEVICES AND METHODS FOR MAGNETIC ENRICHMENT OF CELLS AND OTHER PARTICLES）」というタイトルで２００６年１０月５日に公開のバーバー（Barber）らの米国特許出願公開2006/0223178 A1、
・  「磁性粒子及び非磁性粒子を使用する多重アッセイ（MULTIPLEX ASSAYS USING MAGNETIC AND NON-MAGNETIC PARTICLES）」というタイトルで２００７年７月１９日に公開のマーク・エヌ・ボブロウ（Mark N. Bobrow）の米国特許出願公開2007/0166835 A1、
・  「分析物の操作及び検出（ANALYTE MANIPULATION AND DETECTION）」というタイトルで２０１０年２月２５日に公開のバロー（Barrault）らの米国特許出願公開2010/0047766 A1、
・  「分析物の操作及び検出（ANALYTE MANIPULATION AND DETECTION）」というタイトルで２０１０年９月１６日に公開のバロー（Barrault）らの米国特許出願公開2010/0233675 A1、
・  「生体物質の磁気的分離のためのシステム及び方法（SYSTEMS AND METHODS FOR MAGNETIC SEPARATION OF BIOLOGICAL MATERIALS）」というタイトルで２０１２年５月３１日に公開のマーティー（Murthy）らの米国特許出願公開2012/0132593 A1、
・  「生体液由来の粒子の自動処理のためのマイクロ流体システム及び方法（MICROFLUIDIC SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATED PROCESSING OF PARTICLES FROM BIOLOGICAL FLUID）」というタイトルで２０１２年１０月２５日に公開のアクロル（Achrol）らの米国特許出願公開2012/0270331 A1、並びに
・  「磁気的分離のための新たなプロセス及びシステム（NEW PROCESS AND SYSTEM FOR MAGNETIC SEPARATION）」というタイトルで２０１６年６月３０日に公開のオスカルソン（Oscarsson）らの米国特許出願公開2016/0184737 A1。
【０００６】
前記文献全ての教示内容は参照により明確に本願に組込まれる。
前述の方法論は一般に有効であるにもかかわらず、多くの場合、対象の標的分析物は、試料中に存在しているにもかかわらず、そのような先行技術の技法を使用して検出するには量が少なすぎる。この点では、そのような方法は、試料中に存在する可能性のある希少成分の分析を可能にするのに十分に、試料を濃縮又は富化することができないことが多い。加えて、そのような方法論は、対象の生物学的粒子の非効率的な分離又は分解を通じて生じうるような、希少成分の受け入れがたい損失をもたらす可能性がある。希少かつ同定困難な分析物を見つけることに関連した、恐らくは広く知られかつ典型的な弱点は、ウィキペディア・ウェブサイト上のhttps://en.wikipedia.org/wiki/Circulating_tumor_cellにおいてより詳細に説明されているような、循環腫瘍細胞（ＣＴＣ）の同定である。
【０００７】
例えば、図１に示されるようなマイクロ流体フロースルーの設計は、非効率的かつ低速であることがよく知られている。上記に議論されるように、典型的なマイクロ流体の設計は、方向Ａによって示されるように、流体試料が流れる経路１２を規定するレイアウト１０を伴っている。流体試料中に存在する多数の分析物１４、及び検出しようとする標的分析物１６は、１８で表わされた障壁、流路、グリッドなどを流れ過ぎるようにせしめられ、それにより、そのような構造物１８によって提供される物理的障壁は、分析物が該システムを通って流れる速度及び状況を選択的に制御する働きをする。最も優れた方法でも、７．５ｍＬの全血を処理するために１５時間を要し、かつ４０％の回収率しか生じない。これらの方法は、がん細胞についての患者のスクリーニングのような、商業規模の用途には適していない。例えば、ミヤモト、ディー．ティー．（Miyamoto, D.T.）ら、ネイチャー・レビューズ・クリニカル・オンコロジー（Nat. Rev. Clin. Oncol.）、２０１４年、第１１巻、ｐ．４０１−４１２を参照されたい。「研究から、循環腫瘍細胞を捕捉するためにＣＴＣチップよりもＨＢチップを使用する利点がいくつかあることが示された。第１に、ＨＢチップは、ＣＴＣチップよりも高流量で血液をろ過すると同時に効率をなおも維持する能力を有する。約０．１２ｍＬ／ｈｒの低流量では、ＨＢチップの細胞捕捉効率は平均７９％である一方、ＣＴＣチップのような平らなチャンバのデバイスは平均２９％である。流量が０．４８ｍＬ／ｈｒに達すると、ＨＢチップは４０％超の細胞捕捉効率を成し遂げる一方、この流量でのＣＴＣチップの平均効率はおよそ８％である。」
磁気的分離技法に関連した欠点に関しては、図２〜図５に、そのような磁気的分離技法が対象とする標的の生物学的粒子／巨大分子を効率的に取り出して単離するためにいかに無力であるかが示されている。上記に参照されるように、常磁性粒子を対象の標的分析物に連結する手段は当分野においてよく知られており、また図２に示されるように、多数の分析物２２及び標的分析物結合性の常磁性粒子２４を含有するバルク液体検体が入ったコンテナ２０が描かれている。磁場の印加により常磁性粒子を誘引し、したがってそのような粒子と共に結合した対象の分析物を分離するための基盤としての役割を果たす能力に基づいているが、しかしながら先行技術によるそのようなシステムへの磁場の印加は、最適なものではない。
【０００８】
試料捕集デバイス２０の選択エリアの周りに小さな静磁場３２を生じる小型磁石３０を利用する図３に関しては、小さな静磁場を使用して小さなエリアに標的を集中させることは効果的でないことは、容易に認識可能である。磁気源からの距離とともに磁場の強さは指数関数的に減少するので、３０のような小さな磁気源は、検体全体に浸透するのに十分な磁場３２を発生させることができない。そのような手法は、磁場３２の引力の中へ標的物がランダムに拡散することに頼っている。この手法はさらに、その後の分析用にはるかに小さな反応容器へと標的物を移す必要があることからも不都合である。
【０００９】
別例として、図４に示されるように、検体の全体量に浸透する相応に大きな磁場３６を発生させるための大きな磁石３４の使用は、本質的に、比例して大きな捕捉エリアへと標的を引き寄せ、該エリアは２４のような希少な標的を集約して分析チャンバに適した体積とする試みを複雑化又は妨害する。この点では、磁場３６及びその後の捕捉ゾーンは、求められている分析物２４を効率よく単離及び濃縮するには表面積が大きすぎる。
【００１０】
ここで図５を参照すると、さらなる磁気分離技法が示されており、該技法では磁気源４０が、標的分析物（すなわち生体高分子又は細胞）２４を誘引するための磁場４２の効率を高めるために検体の中に浸漬されているが、しかしながら、磁石４０から標的２４を移動させてはるかに小さな容積のコンテナ中で標的分析物を再懸濁するという難作業は、標的の生物学的粒子の損失、損傷及び分解のうち少なくともいずれかをもたらす可能性がある。この欠点に対処するために、先行技術は精巧な機械式シース型のデバイス及び方法に依存してきたが、それによれば磁気源と標的との間にシースが配置されて、前記標的がシースの表面に付着して磁石を取り出すことが可能であるようになっている。必然的に、この手法は標的分析物が大きな表面積にわたって広がるという結果をもたらし、これはひいては洗浄に用いる量（wash volume）を使用してシースから標的分析物を除去することを必要とし、よってこの場合も分析物の希薄溶液が作出される。
【００１１】
所与の試料中の対象とする生物学的粒子の集団の濃度を富化又は最大化するために最も有効な技法が使用された後であっても、試料の体積は、該粒子が存在するかどうかに関して、ましてやどの程度存在するかに関して正確かつ徹底的な調査を可能にするには、依然として大きすぎることが多い。例えば、７．５ｍｌの検体試料から、ＰＣＲ（すなわちＤＮＡ又はＲＮＡの短い配列を分析するためのポリメラーゼ連鎖反応）を実施するためには、ＰＣＲが０．００５〜０．１２５ｍｌの作業体積、及び０．２０ｍｌの最大体積を有することが良く知られているという限りにおいて、６０×〜１５００×の体積縮小が必要である。同様に、顕微鏡用スライドは、典型的にはおよそ０．００２〜０．００７ｍＬの作業体積及び０．０２０ｍＬの最大体積を有し、扱いやすい体積に届くためには７．５ｍｌの試料の１０７１×〜３７５０×の体積縮小が必要であろう。さらになお、マイクロウェルで実施される試験については、各マイクロウェルは典型的には０．０７５〜０．２００ｍｌの作業体積、及び０．３６ｍｌの最大体積を有する。よって試料を適したものにするために３７．５×〜１００×の体積縮小が必要になるであろう。
【００１２】
従って、非常に少ない量で存在する可能性のある対象の標的分析物、かつ特に対象の生体高分子及び細胞を、効果的に検出、分離及び単離することが可能なシステム及び方法であって、それにより大規模なバルク検体又は試料はいずれも体積を許容可能な作業体積まで縮小されて、かつその中に対象の標的分析物が濃縮又は富化される、システム及び方法が当分野において実質的に必要とされている。さらに必要とされているのは、最初の大量又はバルクの体積から許容可能な作業体積へと縮小される試料中の対象の標的分析物の濃度又は存在を高めるために、磁気及びその他の富化方法を利用することが可能であるような、システム及び方法である。そのような改善されたシステム及び方法はさらに、好ましくは単純な設計であり、操作が簡単であり、非常に正確かつ再現性の高い結果を生じることが可能であり、実施するのに比較的低費用かつ時間効率が良く、そして対象の標的分析物を、試料の損失及び異物混入の可能性のうち少なくともいずれか又は該標的分析物の分解を最小限にする方式で検出、分離及び単離する際において並外れて効果的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第６，４７９，３０２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０２２３１７８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／０１６６８３５号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０／００４７７６６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１０／０２３３６７５号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１２／０１３２５９３号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１２／０２７０３３１号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１６／０１８４７３７号明細書
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】ミヤモト、ディー．ティー．（Miyamoto, D.T.）ら、ネイチャー・レビューズ・クリニカル・オンコロジー（Nat. Rev. Clin. Oncol.）、２０１４年、第１１巻、ｐ．４０１−４１２
【発明の概要】
【００１５】
本発明は具体的には、当分野における上記に確認された不具合に対処しかつこれを軽減する。この点では、本発明は、液体試料中における対象の分析物の存在を、大幅に体積が縮小された流体試料中に対象の分析物を隔離し、ひいては分析物を検出する能力を従来の手段と比較して大きく促進することにより検出するための、システム及びそのシステムの使用に関する。
【００１６】
その目的を達成するために、バルク流体試料を受け入れ、かつ最終的には対象の標的分析物を体積が大幅に縮小された試料流体中に濃縮又は富化するように働く検体チャンバアセンブリが提供される。好ましい実施形態によれば、該検体チャンバアセンブリは、少なくとも１つの頂点部と作動可能に相互接続されうるバルク検体リザーバの組み合わせを具備している。そのような構成要素は好ましくは、リザーバが、該リザーバに取り付けられる少なくとも１つの頂点部よりも大きな容積を有するように、構成される。さらに提供されるのは、検体チャンバアセンブリの頂点部部分に係合し、かつそこに磁場を与えるように働く磁気カプセルである。この点に関しては、磁気カプセルは、頂点部の内部に磁気的引力を適用するように、頂点部の周りに軸方向に配置可能であるように設計されることが好ましい。
【００１７】
使用時、対象の分析物を含有している液体検体は、検出しようとする標的分析物と選択的に結合する働きをする常磁性体と共に、バルク検体リザーバへと導入される。この点では、標的分析物は、様々な分子、化学物質、物理的作用物質などのうち任意のものであることが可能であり、かつ特に生体物質を含むことが可能であり、かつ特に、まとめて生物学的粒子と呼ばれる、生体高分子、細胞などを含むことが可能である、と考えられる。
【００１８】
対象の分析物に特異的な常磁性粒子を含んだ液体試料は、バルク検体リザーバへ、及び該リザーバにその後検体チャンバアセンブリを画定するために相互接続される頂点部へと、導入される。好ましい実施形態では、常磁性粒子が対象の標的分析物と結合することが十分に可能となるように、検体チャンバアセンブリに含まれた液体検体が、徹底的に混合されかつ相互接続された検体チャンバアセンブリ全体にわたって十分に循環することが可能となる能力を促進するために、一定量の空気又はその他の気体が検体チャンバアセンブリ内に捕捉される。好ましい実施形態によれば、検体チャンバ内に残存することを許される空気又は気体の量は、全容積の１０％〜５０％の範囲であってよく、かつより強く好ましい実施形態では、４０％〜２０％の範囲であってよい。最も強く好ましい実施形態では、検体チャンバアセンブリの中に存在する空気〜気体の量は、２５％〜３５％の範囲である。混合ステップと同時に、又は混合ステップに続いて、磁気カプセルが頂点部と相互接続され、かつ該頂点部に磁気的引力を与えてその結果常磁性体と反応し、引き寄せ、そして頂点部の内部に隔離するように働く。磁気引力により、常磁性体のうちかなりの割合、及び好ましくは少なくとも大多数、並びに該常磁性体に結合した対象の分析物が、頂点部の内部に隔離されることになる。さらに、頂点部の容積がバルク検体リザーバと比べて小さいことにより、隔離された常磁性粒子（かつ従って対象の分析物）がその中に含まれている液体検体の量は、検体チャンバアセンブリに導入された総検体体積に対して大幅に縮小される。体積を縮小し、加えてその中の対象の標的分析物の存在を富化することにより、標的分析物は結果的に先行技術の方法に比べてより簡便かつ容易に同定及び定量される。
【００１９】
本発明のさらなる改良形態では、２以上の取り外し可能な頂点部が、常磁性粒子を隔離する能力、及び恐らくは単一の流体試料中の２以上の相異なる対象の分析物の検出を促進するために、個々それぞれの頂点部が専用の磁気カプセルに係合されうる状態で、検体リザーバと相互接続されうることが企図される。さらに企図されるのは、検出しようとする分析物の種類に応じて、いずれも選択的に制御可能である、検体チャンバアセンブリ内に含まれる空気又は気体の量、使用される気体の種類、例えば５％ＣＯ２、混合の継続時間、混合の種類、及びそのような混合の強度について、改変がなされうるということである。加えて、対象の分析物の検出を促進するように働く一定の反応は、化学添加物、例えば界面活性剤、緩衝剤、防腐剤、酵素のような触媒、検出部分、さらには当業者に良く知られた多数の他の化学添加物を導入することにより、検体チャンバアセンブリ内において引き起こされうることが企図される。さらになお、必要な範囲で検体チャンバアセンブリは加熱のような熱エネルギー、紫外線又は赤外線、マイクロ波などを含む電磁エネルギー、及び超音波、遠心分離などのような機械的エネルギー又は機械力のうち少なくともいずれかに効果的に曝されてもよい。そうした方向性に沿って、本発明は、１）対象の分析物が最終的に磁性粒子と反応し、かつ２）頂点部の内部に隔離されるようになる能力を促進するために、混合を促進するか又は所望の反応を引き起こすために望ましいと思われる任意の力又はエネルギーが用いられうることを企図している。
【００２０】
よって本明細書中に提示される発明は、大量の液体中に溶解、懸濁又はそうでなければ分散した希少な標的物を、複雑な作業フロー、精密流体工学、及び先行技術に伴う過度の作業時間に依存することなく隔離するための、簡素で、普遍的で、拡張可能なシステムを提供する。本発明は、単一の頂点部又は複数の頂点部及び前記１又は複数の頂点部の外側の集束磁場を備えて提供される単一の検体チャンバを使用して、一度に簡単に処理されうる検体の量を大幅に増大させることにより、先行技術の磁気分離方法に伴う検出の下限を引き下げるのに有用である。本発明はさらに、バルク溶液から不純物を取り除く効率を高めるため、又は工業プロセスで使用される分散触媒のような高価値の希少物質を回収するための、分析以外の用途に使用することも可能である。
【００２１】
本明細書中に開示された様々な実施形態の上記及びその他の特徴及び利点は、以降の説明及び図面に関して一層十分に理解されることになるが、前記説明及び図面において同様の番号は全体を通じて同様の部位を指している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】バルク流体検体から標的分析物を分離する代表的な先行技術のマイクロ流体法を例証する図。
【図２】多数の分析物及び標的分析物結合性の常磁性粒子を含有しているバルク流体検体の入ったコンテナを例証する図。
【図３】小さな磁束を生じる磁気源に近接している、多数の分析物及び標的分析物結合性の常磁性粒子を含有しているバルク流体検体の入った図２のコンテナを例証する図。
【図４】大きな磁束を生じる磁気源に近接している、多数の分析物及び標的分析物結合性の常磁性粒子を含有しているバルク流体検体の入った図２のコンテナを例証する図。
【図５】多数の分析物及び標的分析物結合性の常磁性粒子を含有しているバルク流体検体の入った、さらには大きな磁束を生じる磁気源がその中に浸漬されている、図２のコンテナを例証する図。
【図６】本発明のシステムの例示の構成要素の分解透視図。
【図７】バルク検体リザーバ構成要素の中にバルク流体検体が配置されている、図６のシステム構成要素の分解断面図。
【図８】構成要素がバルク流体試料を試験するために互いに作動可能に相互接続されている、図７のシステム構成要素の断面図。
【図９】バルク流体試料中に存在する標的分析物の一部分がシステムの付属された磁気カプセルによって頂点部構成要素の内側に分離され磁気的に保持されて示されている、図８のシステム構成要素の分解断面図。
【図１０】磁気カプセルからの頂点部の取り出しを例証する、図９の頂点部及び磁気カプセルの分解断面図。
【図１１】混合期間の際に回転運動している、検体を含有した検体チャンバをさらに例証している、図８の断面図。
【図１２】標的隔離期間の際に検体が動いている、相互接続された検体チャンバ及び磁気カプセルのアセンブリを例証する図１１の断面図。
【図１３】本発明のシステムの別の実施形態の例示の構成要素を示す分解透視図。
【図１４】尿流体試料を試験するために構成要素が互いに作動可能に相互接続されている、図１３のシステム構成要素の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に述べる詳細な説明は、本発明の現在好ましい実施形態の説明として意図されており、本発明を実装又は実施することのできる唯一の形態を表わすようには意図されていない。この説明は、本発明を実行するためのステップの機能及び順序について述べている。しかしながら、当然のことであるが、同一又は等価な機能及び順序が、異なる実施形態によって成し遂げられてもよく、かつそれらも本発明の範囲に包含されるように意図されている。
【００２４】
ここで図６〜図１２を、まずは図６を参照すると、バルク流体試料の中に存在していると疑われる標的分析物の検出、分離及び単離の促進に使用するためのシステム１００が示されている。システム１００ごとに、頂点部１２０と相互接続するように働くバルク検体リザーバ１０２が提供される。検体リザーバ１０２は、バルク流体試料を受け入れるための容積を画定する内部１０４を備えている。検体リザーバ１０２はさらに、以下にさらに十分に議論される頂点部１２０と相互接続するためのカラー又はその他の似たような種類の構造物を伴って構成された基端部１０８を備えている。図中の実施形態では、最先端部１０６は、遠心分離処理又は沈降反応のような他の分離用途における該検体リザーバの使用を容易にするように、略円錐台状の形態を有するように構成されうる。
【００２５】
頂点部１２０に関しては、同頂点部には検体リザーバ１０２の１０８と相互接続するように働く基端側合わせ面１２４が提供されている。頂点部１２０は、検体リザーバ１０２の内部に画定された容積１０４のそれよりも小さい容積を画定する内部部分１２２をさらに備えている。頂点部１２０の最先端部１２６も、同じく以下にさらに十分に議論される、該頂点部に含まれる物質の分離に使用するための、遠心分離などのさらなる用途に役立つ円錐台状の形態を想定することができる。
【００２６】
システム１００はさらに、少なくとも１つ、及び好ましくは複数の磁石を内側チャネル１３２の周りに放射状に配置された状態で備えている、磁気カプセル１３０を備えている。この点に関しては、チャネル１３２は、頂点部１２０を軸方向に受承し、かつ、以下にさらに十分に議論される常磁性粒子の使用による対象の標的分析物の隔離の促進に使用するために、頂点部の内部に磁束を付与するように働く。
【００２７】
従来の試験管の構造を有するように描かれているが、検体リザーバ１０２及び該リザーバと相互接続されうる頂点部１２０は任意の様々な形状及び大きさをとることが可能であり、かつ必ずしも図示されたような筒状構造をとる必要はないことは、理解されるはずである。この点に関して、頂点部が検体リザーバ１０２よりも小さな内部容積を有するように設計され、かつさらには磁気カプセル１３０と、該磁気カプセルが該頂点部に磁束を付与できるように係合するよう働く限り、形状及び大きさについての全ての変形形態が十分に当業者の技能レベルの範囲内にあると考えるべきである。さらに、システム１００は、相異なる分析物の分離及びその後の所望通りの１以上の標的分析物の隔離のうち少なくともいずれか一方を行うために、バルク検体リザーバ１０２と所望通りの異なる位置において相互接続することが可能な、２以上の頂点部を備えうることが企図される。同様に、システム１００の構成要素１０２、１２０及び１３０を製作するために利用される材料は、当分野において良く知られた多種多様なもののうちいずれであってもよく、特定の分離用途によく適合しうるような、ある種のプラスチック、ガラス製品などが挙げられる、ということが理解される。この場合もやはり、特定用途で使用される材料の選択は十分に当業者の技能の範囲内にある。
【００２８】
ここで図７を参照すると、バルク流体試料の中に存在していると疑われる対象の標的分析物を分離するためのプロセスの初期ステップにおけるシステム１００の使用が示されている。図示されるように、多数の分析物２２を含有している流体検体はバルク検体リザーバ１０２の中に受け入れられている。さらに含まれるのは、流体試料内に存在していると疑われる標的分析物と結合するように働く常磁性体である。磁気粒子の使用、及びそのような粒子が対象の標的分析物と特異的に結合するように同粒子を設計する手段は、［背景技術］において議論されたように、当分野においてよく知られかつ容易に理解されるものであり、あらゆるメカニズム、例えばリガンド、レセプタ、キレート、結合パートナーの使用、及び常磁性粒子と標的分析物との間の複合体の形成を促進するための当分野で既知の任意の他のメカニズムが挙げられる。リガンドを介して常磁性粒子及び対象の標的分析物によって形成された複合体は、図中では図のように２４で表わされる。
【００２９】
そのようなバルク試料は、検出しようとしている、並びに望ましい場合には続いて分離及び単離しようとしている標的分析物を含んでいるかもしれない様々な液体試料のうちいずれであってもよい。従って、標的分析物は任意の種類の分子、微粒子、物質などを含みうることが理解されるはずである。特に企図されるのは、常磁性粒子２４に結合する、対象の分析物には、生体高分子、例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、ペプチド、細胞内構造物、がん細胞のような特定種類の細胞などのセグメントが挙げられるであろうということであり、これらは全て総体として生物学的粒子と呼ばれる。この点に関して、システム１００及び同システムを使用する方法は、他の方法では見出すことが著しく困難な特定種類の希少な生物学的粒子を検出しようとする、生命科学の用途に特によく適することになることが企図される。
【００３０】
図７はさらに、バルク流体試料がひとたびバルク検体リザーバ１０２に受け入れられた時点での、該リザーバ１０２に係合されうる頂点部１２０についての位置決め及び配向を描写している。重要なことであるが、頂点部１２０と検体リザーバ１０２との間の相互接続により、頂点部１２０の内部１２２内に含まれていた、一定量の空気又は気体は、これらの構成要素１０２、１２０がひとたび相互接続されると、検体チャンバの中に導入されることになる。現時点では、図８に描写されるように内部容積１２２及び１０４によって画定された検体チャンバの中に捕捉される空気の体積は、検体チャンバの全容積の１０％〜５０％の範囲の量で存在することになると考えられる。より強く好ましい実施形態では、空気／気体は全容積の２０％〜４０％の範囲で存在し、かつ最も強く好ましい実施形態では、全容積の２５％〜３５％の範囲である。この点に関して、空気及び気体のうち少なくともいずれか一方のための空間を含めることは、対象の分析物が結合している常磁性体が検体チャンバ全体にわたって十分に循環し、かつ最終的に、以下に一層十分に議論される磁気カプセル１３０によって印加される磁場に曝されるようにするために、検体チャンバ内の適切な混合を可能にするのに不可欠である。同様に、検体リザーバ１０２が頂点部１２０と相互接続されたときに検体チャンバアセンブリの残りの容積を満たすために残される空気及び気体のうち少なくともいずれか一方の種類は、特定用途のために選択的に採用されうる。例えば、窒素又はヘリウムのような不活性ガスは、検出しようとする対象の分析物に酸化の危険が生じることもあり得る一定の用途において、利用される場合がある。このように利用される気体の種類及び量は、通常の技術の範囲内にあると考えられる。
【００３１】
当業者には容易に理解されるように、検出しようとする特定の種類の標的分析物に応じて、常磁性体が対象の標的分析物に結合する能力を促進すること、及び標的分析物が常磁性粒子との相互作用を介してより簡便かつ容易に検出され易くすること、のうち少なくともいずれかのために、多数のパラメータが作られかつ数多くの調整がなされうる。その目的のために、図７に示されるような検体リザーバ１０２に導入されるバルク流体試料はさらに、他の物質、例えば、特定の試験又は特定分析物の検出に適合しうるような、化学薬剤、添加剤、界面活性剤、緩衝剤、防腐剤、触媒（例えば酵素など）、１以上の検出可能な部分及び錯化剤のうち少なくともいずれかと混合されてもよいことは、理解されるはずである。
【００３２】
さらに理解されるであろうが、磁気カプセル１３０も同様に、対象の分析物に結合した磁気粒子２４と相互作用し、該粒子を誘引及び隔離するのに十分な強さの磁力を生じるように、以下に一層十分に議論されるが頂点部１２０の周りに磁束又は磁場を十分に印加するように設計されうる。その目的のために、当業者は、種々様々な磁石の配置構成であって、それにより磁気カプセル１３０の中に配置された磁性素子を頂点部１２０の内部１２２の中に磁場を向けるように配向する配置構成を、容易に設計することができると考えられる。例えば、企図されるのは、一連の磁性素子が、磁気カプセル１３０の周りに放射状に配置され、かつその磁極が頂点部１２０の内部１２に所望の磁場を印加するように配向されることが可能であるということである。さらに企図されるのは、様々なリング型磁石及び複数の磁極配向を有している磁石が、対象の標的分析物と複合体形成した磁気粒子２４を誘引及び隔離するための所望かつ必要程度の磁力を与えるために利用されうる、ということである。その目的のために、特定用途のために使用される磁石の種類、磁石の磁気強度、頂点部１２０の内部容積１２２に対する磁石の配向、試験される流体試料の粘性、並びに常磁性粒子の種類及び濃度は全て、対象の分析物２４の最適な検出度を達成するために選択的に採用されることになる、ということが企図される。
【００３３】
ここで図８を参照すると、頂点部１２０がバルク検体リザーバ１０２と相互接続されて示されている。頂点部１２０と検体リザーバ１０２との間の相互接続は図示されるような検体チャンバアセンブリを画定する。そのような構成においては、分析物と常磁性体の両方、すなわち標的分析物複合体２４を含有した流体試料は、相互接続した構成要素１０２、１２０の結合した内部１０４及び１２２の中を自由に循環することが可能となっている。そのような構成をとっている間、磁気カプセル１３０は、図示されるように、軸方向開口部１３２を通した頂点部１２０の挿入によって頂点部１２０の上に軸方向に位置付けられる。これらが接近することにより、磁気カプセル１３０の中に配置された磁性素子は、図のように常磁性粒子、すなわち標的分析物複合体２４を保持するように働く磁束を選択的に付与する。この点に関しては、磁場と磁気粒子との間の引力により、対象の分析物が結合しているそのような粒子２４のうちかなりの部分、及び好ましくは少なくとも大多数が、頂点部１２０の中に隔離されることになる。
【００３４】
当業者には容易に理解されるであろうが、常磁性体を頂点部１２０の中に保持するために、頂点部１２０の内部が、レセプタ、ある種の材料などで表面処理され、その結果、常磁性体がひとたびそこに磁気的に誘引されると隔離されたままになるのを可能にすることができる、ということが企図される。常磁性体が、磁気カプセル１３０の作用によってひとたび頂点部１２０の中に誘引されるとそこにとどまる能力を、促進する可能性があると考えられるその他の改変形態も、当業者には容易に理解されるであろう。
【００３５】
頂点部１２０の中にひとたび十分に包含されてしまえば、対象の分析物が結合している常磁性粒子２４は、図９に示されるように、磁気カプセル１３０が保持するように働く磁場を印加するように機能している限り、頂点部の中に隔離され続けることになる。そのような構成をとっているとき、頂点部１２０がバルク検体リザーバ１０２から取り外され、その結果バルク検体液体から対象の分析物を実質的に取り出すことができる。頂点部１２０の中に捕捉された、保持された対象分析物２４は次に、図１０に示されるように、磁気カプセル１３０を取り外し、かつ特定用途に応じて標的分析物が最小体積の流体中に再懸濁されるか又は乾燥処理されることを可能にすることにより、さらに分離及び単離されてもよい。
【００３６】
最適な結果を得るにあたって重要であると考えられる本願のさらなる態様には、常磁性体が対象の標的分析物に結合する能力を増強するだけでなく、常磁性体及び対象の分析物によって形成された複合体２４が検体チャンバアセンブリの内部を循環し、最終的には磁気カプセル１３０によって印加された保持するように働く磁力に曝されることを可能にするために、可能なインキュベーション時間、混合期間、混合の強さ、並びに検体チャンバアセンブリへの機械的、熱的及び電磁気のうち少なくともいずれかのエネルギーの適用に関する様々な考察が含まれる。その目的のために、かつ上記に議論されるように、所与の標的分析物が検出される可能性を最大限にするために、数多くの作用薬が常磁性粒子と共にバルク液体検体に添加されうる。例えば、細胞小器官又は特定種類のＤＮＡセグメントのような特定の生物学的粒子を同定しようとする程度まで、界面活性剤及び消化酵素が、細胞を含有した検体が溶解するか又は他の方法で消化されて細胞内構造及び巨大分子がアクセス可能となるようにする能力を促進するために、用いられてもよい。同様に、上記に議論されるように、検体チャンバアセンブリの中に残っている空気の量は、より高いか又はより低い混合度を、及びその結果として頂点部１２０の内部１２２を出入りする常磁性体の循環を促進するように、選択的に採用されうる。
【００３７】
さらになお、超音波のような機械的エネルギー、加熱又は冷凍のような熱エネルギー、及び紫外線又は赤外線、マイクロ波などのような電磁エネルギーが、検体チャンバアセンブリ内の反応を促進するか、又は他の方法で常磁性粒子が磁気カプセル１３０によって提供された磁力と相互作用する能力を増強するために、選択的に用いられてもよいということが企図される。
【００３８】
その目的のために、また図１１及び図１２に示されるように、標的分析物と結合性常磁性粒子との結合複合体の形成を確実にするために混合期間が必要とされる場合、検体チャンバアセンブリは、検体チャンバアセンブリの中に含まれる液体及び空気が最終的に検体チャンバの頂点部の部分を満たすような方式で動かされるとよい。例証されるように、バルク検体リザーバ１０２及び頂点部１２０の相互接続によって画定された検体チャンバアセンブリは、図１２の反転した構成をとるために、図１１に示される右回りの方式で回転されてもよい。しかしながら、当業者には容易に理解されるはずであるように、検体チャンバアセンブリの動きは、図示されるような回転運動とは別に、又は回転運動に加えて、様々な形式のうち任意のもの、例えば揺動、振盪、圧縮の形式をとってもよいし、特定用途について所望されるような運動の組み合わせを含んでもよい。実際には、検体チャンバアセンブリの中に含まれる液体及び空気が、液体及び空気の両方が頂点部１２０の内部１２２を交互に満たすことを可能にするのを確実とし、かつ結果的に磁気カプセル１３０の磁力が隔離効果を付与することを可能にするために、ある程度の混合活動は必ず生じなければならない、ということが明らかに企図される。同様に、そのような混合活動は、それが回転、揺動、振盪、圧縮又はこれらの組み合わせのいずれであろうと、液体を必ず頂点部１２０から引き出してその結果空気及び気体のうち少なくともいずれか一方に置換されるようにし、これが次には、該液体の表面張力、並びに常磁性粒子及び対象の分析物の所望の複合体２４の検出に干渉する場合のある任意の非結合のバックグラウンドの分析物２２を取り除く。
【００３９】
さらになお、企図されるのは、混合の程度及び種類は、特定用途のために選択的に採用されることになり、また、磁気カプセル１３０によって付与されるような磁場の印加を伴わずに第１の期間にわたって検体チャンバアセンブリの中で単に検体を常磁性粒子と混合することを含む場合もあり、このことは、常磁性粒子が対象の標的分析物と共に複合体を十分に形成するのをまず可能にするのに十分な所与の期間及び強度で継続することが可能であってよく、ひとたびそのような反応が十分に達成されたならば、その後磁気カプセル１３０が、本明細書中で議論された隔離効果を達成するために頂点部１２０の内部において磁場を選択的に印加するために導入されればよい、ということである。この点に関しては、それらが使用されるシステム及び方法は、第１の常磁性粒子混合ステップ及び後続する第２の隔離ステップを実施するために、連続的に使用可能であることが企図される。
【００４０】
上記に議論されたように、本発明のシステム及び方法は、様々な標的分析物のうち任意のもの、及び特に微量で存在しており先行技術の方法を使用して検出するのは通常困難である標的分析物の検出に、幅広く適用可能であることが企図される。数多くの臨床応用及び産業応用、例えば、限定するものではないが、数ある中でもとくに、診断的応用であって例えばがん細胞、特定種類の抗原、病原体などの検出、水溶液系及び食料供給源中の混入物及び汚染物質の検出、液体の精製、様々な炭化水素の製造及び処理が企図される。
【００４１】
本発明の実用性の例証となる実施例は、がんの診断という状況において容易に認識されるであろう。この点に関して、がん患者の治療及び管理は、精密医療（precision medicine）の考え方にますます依存するようになる。集団の平均に基づいた治療の代わりに、疾患の治療法及び予防は遺伝子における個体差を考慮する。従ってこの考え方は、がんの原因となる根底の遺伝子及び遺伝子発現を検査して、その患者の最適な治療及び管理を予測する。がんは臓器又は組織に特異的な疾患であるので、遺伝子検査結果の分析的妥当性は、その検査結果が特定の臓器又は組織を起源とする特定の細胞種まで突きとめられるという仮定に基づいている。
【００４２】
可能な場合は常に、腫瘍細胞の存在に関して体液を評価するために、いわゆる液体生体組織検査法を使用して前述の個々の遺伝的変異性を評価することが望ましい。液体生体組織検査法は、典型的には生体組織の試料を摘出するために外科的処置を伴わない、侵襲性が最小限の試料採取技法を使用する。例えば、血液、尿、唾液、脳脊髄液、胸水及びその他のような体液は、外科的処置と比較して患者に対するリスク又は患者の外傷を最小限として収集可能である。このことは、これらの流体が補給されるものであり、容易に入手可能であり、かつ疾患のサーベイランスのための理想的な方法論を提供するので、好都合である。そのため、液体生体組織検査法は、早期発見（スクリーニング）の簡便様式の開発、及び治療に応答した疾患の進行又は退行のサーベイランスを可能にすることができる。
【００４３】
液体生体組織検査法の限界は、これらの体液中の稀にしか存在しない腫瘍細胞に依存していることである。同様に、対象の標的細胞は一般に、診断に関係はなく標的細胞の存在を覆い隠す比較的数が多くかつ多様な非診断性のバックグラウンドの細胞を含有した体液の中に存在する。多くの事例における早期の疾患検出又は微小残存病変の検出は、標的細胞の相対数が先行技術の検出下限よりも少ないので、実現可能ではない。これは、より多くの体液検体を集めることにより一部の適用においては改善されるかもしれないが、大量の検体を使用しての先行技術の試みは、煩雑であり、強健さを欠き、高費用であり、自動化が困難であり、かつ大規模での商業化にはつながらない。本発明の目的は、バルク体積の検体であって、その全体積には液体体積及び固体体積が、例えば多数の生体液の全体積を構成する液体成分及び細胞成分が含まれる検体から、標的分析物を隔離することである。この目的のための具体的な適用を提示する。
【００４４】
実施例１：  １５〜３０ミリリットルのヒト全血中の循環腫瘍細胞
６０ｍＬの検体チャンバアセンブリは、５８ｍＬの内部容積を有するバルク検体チャンバ１０２と、２ｍＬの内部容積を有する頂点部１２０との間の相互接続によって提供される。
【００４５】
頂点部１２０を取り外した後、１５〜３０ｍＬの全血がバルク検体リザーバ１２０の中に導入される。７５０〜１５００億個の細胞を含有した１５〜３０ｍＬの血液、続いて緩衝剤、調整剤、化学薬剤及び適切な数の標的細胞特異的な常磁性粒子で構成されている２０ｍＬの液体試薬が、バルク検体リザーバ１０２の中に入れられる。例えば、総液体容積を有する検体チャンバアセンブリの全容積（ＳＣＶ）の７１％を占めている、４２．５ｍＬの平均合計混合液体体積は、３５ｍＬ（ＳＣＶの５８％）〜５０ｍＬ（ＳＣＶの８３％）の幅があってよい。これはひいては、検体チャンバアセンブリの内側に、１７．５ｍＬ（ＳＣＶの２９％）の平均空気空間及び２５〜１０ｍＬ（ＳＣＶの１７％〜４２％）の空気空間の幅を作り出す。
【００４６】
液体試薬の組成に関しては、緩衝剤は、典型的には６〜８．５のｐＨ範囲にある任意の適切な緩衝剤であってよい。調整剤及び化学薬剤には、組織培養、免疫化学、細胞学、病理学、及び血液病理学において通常用いられる塩類、金属イオン、糖質、アミノ酸、抗生物質、抗凝血剤、消泡剤、表面活性剤、定着剤及び多数の他の調整剤又はこれらの組み合わせが挙げられる。常磁性粒子の数は、数千〜数十億個の範囲であってもよく、他の液体試薬構成成分と別々に添加されるか同時に添加されるかに関わらず、液体試薬の全体積の範囲内に含まれる。
【００４７】
バルク検体リザーバ１０２への検体及び液体試薬の添加に続いて、検体チャンバアセンブリは次に、検体チャンバアセンブリを形成するために図７のように着脱可能な頂点部１２０を元に戻すことにより再組立てされる。
【００４８】
検体チャンバアセンブリは水平式の回転デバイスに取り付けられて、標的細胞と標的細胞特異的な常磁性粒子との間で複合体を形成するのに十分な混合を引き起こす速度で回転運動するように設定される。混合期間の持続時間は、標的細胞の大多数が標的細胞特異的な常磁性粒子により結合されるのを可能にするのに十分であるべきである。
【００４９】
混合期間が終了し次第、磁気カプセル１３０が検体チャンバアセンブリの頂点部構成要素１２０に取り付けられる。これは、回転運動を維持しながら遂行することも可能であるし、静止中に頂点部１２０への磁気カプセル１３０の取り付けを可能にするために回転運動を短時間中断することにより遂行することも可能である。
【００５０】
磁気カプセル１３０を取り付けた後、システムは、標的細胞／標的特異的な磁性粒子複合体の大多数が磁気カプセル１３０によって生じた磁場により検体チャンバアセンブリの頂点部構成要素１２０の中に隔離されるのを可能にするのに十分な持続時間にわたって、その回転運動を継続する。
【００５１】
隔離期間が完了し次第、回転運動は停止され、システムアセンブリ全体が回転デバイスから取り外される。検体チャンバアセンブリは、大部分の液体が頂点部１２０から流れ出るのを可能にするのに十分な持続時間にわたって、鉛直方向の姿勢に保持される。流れ出てしまえば、頂点部／磁気カプセルアセンブリ１２０／１３０が切り離され、標的細胞を失うことなく磁気カプセル１３０からの頂点部１２０の取り外しを可能にするために反転される。標的細胞はその後、顕微鏡法、ＰＣＲ、配列決定及び他の種類の分析用に適切であるように、任意の適切な作業体積中に再懸濁されることが可能である。
【００５２】
ＣＴＣへの適用とは別途かつ切り離して、本発明のシステム及び方法は、尿中に存在するがん細胞を検出するために効果的に用いることができる。その目的のために、排泄された尿が、腎臓、膀胱、前立腺、尿道、及びその他の組織から剥離した予測不能な数（もしあれば）のがん細胞を含有している可能性があるということは、尿細胞学の分野の当業者に良く知られている。血液とは異なり、尿中の総細胞数は、血尿症が存在する場合には細胞が数個から何十億個の幅がある可能性がある。前述の臓器及び身体組織からの剥離標的細胞に加えて、尿検体の構成要素には、血球（血尿症として知られる状態）、細菌、大量の粘液、結晶、及び精子が含まれる可能性がある。結果的に、軽度の病変を検出するという課題は、２６％〜４５％の間で幅がある（ローチリカ、アール（Laucirica, R.）ら、アーカイブス・オブ・パソロジー・アンド・ラボラトリー・メディシン（Arch Pathol Lab Med.）、２０１０年１月、第１３４巻）。さらに報告されているのは、尿路悪性腫瘍を検出する診断の正確さは全体として、より大量の尿及び複数回の尿排泄について評価することにより、５０％から７５〜９０％へと高まるということである（参照：エルシェイク、ティー（Elsheikh, T）、クリーブランド・クリニック・プレゼンテーション（Cleveland Clinic presentation）、URL: https://www.ahn.org/sites/default/files/file/elsheikh-2.pdf）。臨床研究からは、クラミジア・トラコマチス（Chlamydia trachomatis）を検出するための核酸増幅試験の感度が、初尿検体の量が増えるにつれて改善されたことも示された（モンカダ、ジェイ（Moncada, J. ）ら、ジャーナル・オブ・クリニカル・マイクロバイオロジー（Journal of Clinical Microbiology）、２００３年１０月、ｐ４８４８−４８４３）。
【００５３】
排泄される尿の量は、個人間及び個人内で大きく変化する可能性がある。尿量は、排泄ごとに測定されてもよいし、２４時間ごとに測定されてもよい。２４時間の尿排泄についての正常範囲は８００〜２０００ミリリットル（ｍＬ）である一方、排泄１回当たりの平均量は５０〜５４歳の男性で２１０〜３４６ｍＬの範囲である。例えば、ブランカー、エム（Blanker, M.）ら、「排泄量：初老男性における正常値及び下部尿路症状との関係、地域密着型の研究（Voided Volumes: Normal Values and Relation to Lower Urinary Tract Symptoms in Elderly Men, A Community Based Study.）」、ウロロジー（Urology）、２００１年、第５７巻、第６号を参照のこと。その量が原因で、剥離細胞のような標的分析物は非常に検出困難である可能性がある。そのような欠点を本発明の適用によってどのように克服しうるかは、次の具体的実施例において提示される。
【００５４】
実施例２：  尿からの標的細胞の単離とその後の同一尿検体からのＤＮＡの単離
ここでは３４５ｍＬのバルク検体リザーバ容積及び５ｍＬの頂点部容積を有している３５０ｍＬの検体チャンバアセンブリに言及する。そのような体積の検体を収集して試験する能力を促進するために、上記に描写された設計及び当業者には容易に理解されるであろう該設計の他の変形形態に加えて、さらなる例示の実施形態が図１３及び図１４に示されることが企図される。図１３の分解図に示されるように、システム構成要素であるバルク検体リザーバ１０２、頂点部１２０及び磁気カプセル１３０が提供されてかつ作動可能に相互接続されうるとともに、バルク検体リザーバ１０２の先端部１０８が頂点部１２０の先端部１２４とねじ込み式に相互接続されうるようになっている。上記に議論された他の実施形態のように、頂点部１２０とバルク検体リザーバ１０２との間の相互接続は、そのような部品が相互接続されている図１４の断面図に示されるように、検体チャンバアセンブリを画定するように協働する。略球形状を有しているバルク検体リザーバの本体のおかげで、その結果としてバルク検体リザーバ１０２は、上記に議論されるような例えば血液検査に関連するものなどの少量の試料とは全く異なり、尿のような検体には理想的であろう、より大きな試料体積を収容することができる。
【００５５】
上記に議論された他の実施形態について、磁気カプセル１３０には、図１４に示されるように、頂点部１２０の周りに軸方向に受承されるように環状の開孔部１３２が提供されている。上記に議論された実施形態について、磁気カプセル１３０は、対象の標的分析物が結合している常磁性粒子が頂点部１２０の内部１２２の中を循環する時にそのような物質がその中に隔離され続けることになるように、頂点部１２０の内部に磁場を印加するように働く。
【００５６】
頂点部１２０を取り外した後、未知数の細胞、細菌、粘液、及び他のバックグラウンドの成分を含有している２００ｍＬの尿２００が、バルク検体リザーバに導入される。検体の添加に続いて、緩衝剤、調整剤、化学薬剤及び適切な数の標的細胞特異的な常磁性粒子２４で構成されている５０ｍＬの液体試薬が添加される。例えば、検体チャンバアセンブリの全容積（ＳＣＶ）の７１％を占める、２５０ｍＬの平均合計混合液体体積である。これが今度は検体チャンバアセンブリの内側に１００ｍＬ（ＳＣＶの２９％）の平均空気空間を作り出す。
【００５７】
液体試薬の組成に関しては、緩衝剤は、典型的には６〜８．５のｐＨ範囲にある任意の適切な緩衝剤であってよい。調整剤及び化学薬剤には、組織培養、免疫化学、細胞学、病理学、及び血液病理学において通常用いられる塩類、金属イオン、糖質、アミノ酸、抗生物質、抗凝血剤、消泡剤、表面活性剤、定着剤及び多数の他の調整剤又はこれらの組み合わせが挙げられる。常磁性粒子の数は、数千〜数十億個の範囲であってよく、他の液体試薬の成分と別々に添加されるか同時に添加されるかに関わらず、液体試薬の全体積の範囲内に含まれる。
【００５８】
バルク検体リザーバへの検体及び液体試薬の添加に続いて、検体チャンバアセンブリは次に、図１４のように着脱可能な頂点部を元に戻すことにより再組立てされる。磁気カプセルは、この時点では検体チャンバアセンブリに付加されない。
【００５９】
相互接続されたバルク検体リザーバ１０２及び頂点部１２０により画定された検体チャンバアセンブリは、水平式の回転デバイスに取り付けられて、標的細胞と標的細胞特異的な常磁性粒子との間の複合体を形成するのに十分な混合を引き起こす速度で回転運動するように設定される。混合期間の持続時間は、標的細胞の大多数が標的細胞特異的な常磁性粒子により結合されるのを可能にするのに十分であるべきである。
【００６０】
混合期間が終了し次第、磁気カプセルが検体チャンバアセンブリの頂点部１２０である構成要素に取り付けられる。これは、回転運動を維持しながら遂行することも可能であるし、静止している間に頂点部への磁気カプセル１３０の取り付けを可能にするために回転運動を短時間中断することにより、遂行することも可能である。
【００６１】
磁気カプセル１３０を取り付けた後、システムアセンブリは、標的細胞／標的特異的な磁性粒子複合体の大多数が磁気カプセルによって生じた磁場により検体チャンバアセンブリの頂点部構成要素の中に隔離されるのを可能にするのに十分な持続時間にわたって、その回転運動を継続する。
【００６２】
隔離期間が完了し次第、回転運動は停止され、システム全体が回転デバイスから取り外される。システムは、大部分の液体が頂点部から流れ出ることを可能にするのに十分な持続時間にわたって鉛直方向の姿勢に保持される。流れ出てしまえば、頂点部１２０／磁気カプセル１３０のアセンブリが切り離されて、標的細胞を失うことなく磁気カプセル１３０からの頂点部１２０の取り外しを可能にするために反転される。標的細胞はその後、顕微鏡法、ＰＣＲ、配列決定及び他の種類の分析用に適切であるように、任意の適切な作業体積中に再懸濁されることが可能である。
【００６３】
その後のＤＮＡの単離：
尿検体２００からの標的細胞の取り出しに続いて、性感染微生物の検出用に同じ検体からＤＮＡを隔離することが望ましい。
【００６４】
ＰＣＲ用の適当量のＤＮＡに結合するのに十分な一定量のＤＮＡ結合性常磁性粒子が、標的細胞を除去した検体に添加される。常磁性粒子は、システムに対してさほどの容積への影響を及ぼさないように十分に濃縮されることが可能である。これらの粒子は数多くの製造業者から容易に入手可能である。
【００６５】
検体チャンバアセンブリはその後、着脱可能な頂点部１２０を元に戻すことにより再組み立てされる。この時点では、磁気カプセル１３０は検体チャンバアセンブリに付加されない。
【００６６】
検体チャンバアセンブリは水平式の回転デバイスに取り付けられて、ＤＮＡとＤＮＡ結合性の常磁性粒子との間の複合体を形成するのに十分な混合を引き起こす速度で回転運動するように設定される。混合期間の持続時間は、標的細胞の大多数が標的細胞特異的な常磁性粒子により結合されるのを可能にするのに十分であるべきである。
【００６７】
混合期間が終了し次第、磁気カプセル１３０が検体チャンバアセンブリの頂点部１２０に取り付けられる。これは、回転運動を維持しながら遂行することも可能であるし、静止している間に頂点部への磁気カプセルの取り付けを可能にするために回転運動を短時間中断することにより、遂行することも可能である。
【００６８】
磁気カプセル１３０を取り付けた後、システムアセンブリは、ＤＮＡ／ＤＮＡ結合性の常磁性粒子複合体の大多数が磁気カプセル１３０によって生じた磁場により検体チャンバアセンブリの頂点部１２０の中に隔離されるのを可能にするのに十分な持続時間にわたって、その回転運動を継続する。
【００６９】
隔離を行う持続時間が完了し次第、回転運動は停止され、システムアセンブリ全体が回転デバイスから取り外される。システムは、大部分の液体が頂点部から流れ出ることを可能にするのに十分な持続時間にわたって鉛直方向の姿勢に保持される。流れ出てしまえば、頂点部／磁気カプセルアセンブリが切り離されて、ＤＮＡが結合した常磁性粒子を失うことなく磁気カプセルからの頂点部の取り外しを可能にするために反転される。ＤＮＡはその後、ＰＣＲ、配列決定及び他の種類の分析用に、必要に応じて使用するために、任意の適切な作業体積中に再懸濁されることが可能である。
【００７０】
本発明のさらなる改変形態及び改良形態も、当業者には明白であるかもしれない。よって、本明細書中に説明及び例証された部品及びステップの特定の組み合わせは、単に本発明のある特定の実施形態を表わすように意図されており、かつ本発明の思想及び範囲内にある別例のデバイス及び方法の限定としての役割を果たすようには意図されない。
【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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【国際調査報告】
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