JP2023184046A - Highly sensitive single-cell analysis method with improved cell suspension for cell sorter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単一細胞解析装置及び単一細胞解析方法に関する。具体的には、セルソータと単一細胞解析デバイスとに基づく単一細胞解析装置及び単一細胞解析方法に関する。 The present invention relates to a single cell analysis device and a single cell analysis method. Specifically, the present invention relates to a single cell analysis device and a single cell analysis method based on a cell sorter and a single cell analysis device.
単一細胞解析とは単一細胞毎の細胞中の生体分子を高精度に検出、定量する技術である。単一細胞解析は様々な技術が開発されているが、主に2つに分けられる。1つは個々の細胞の光学測定によって個々の細胞の情報を得るフローサイトメトリに代表される技術と、もう1つは細胞を単離破砕し、内部の遺伝子やタンパク質などを定量解析する方法である。 Single cell analysis is a technology that detects and quantifies biomolecules in each single cell with high precision. Various techniques have been developed for single cell analysis, but they can be divided into two main types. One is a technique represented by flow cytometry, which obtains information about individual cells through optical measurements of individual cells, and the other is a method of isolating and crushing cells and quantitatively analyzing the internal genes and proteins. be.
1つ目の技術(フローサイトメトリ技術)は単独で単一細胞解析が可能である最も成熟した技術である。この技術では、ユーザが解析したい細胞膜上のタンパク質に選択的に結合する蛍光体付き抗体によって蛍光ラベルした細胞を流路に流し、個別にレーザ光を照射したときに発生する蛍光を細胞ごとに計測する機能を持つ。ユーザは細胞膜上の複数種類のタンパク質をそれぞれ異なる蛍光波長をもつ蛍光体でラベルし、同じ細胞に対して複数の波長での蛍光計測を行うことで、単一細胞の膜上に蛍光ラベルした目的の膜タンパク質がどの程度存在するかを計測することができる。このフローサイトメータを用いた解析では、同一の細胞上で定量・計測できる生体分子の数が限られるという制限があった。最近、この課題を緩和する技術が開発され数十種類の蛍光を計測可能な技術が開発されている(非特許文献1)。しかし、同時に計測できる生体分子は依然として数十であり、また、蛍光ラベルに生体分子に対する抗体を用いているため、蛍光ラベルの濃度に依存して蛍光強度が変化し(非特許文献2)、細胞上の生体分子が未知の場合に定量性が不安定となる課題がある。 The first technology (flow cytometry) is the most mature technology capable of single-cell analysis. With this technology, cells labeled with a fluorescent antibody that selectively binds to the protein on the cell membrane that the user wants to analyze are passed through a flow channel, and the fluorescence generated when each cell is individually irradiated with laser light is measured. It has the function of Users can label multiple types of proteins on cell membranes with fluorophores that have different fluorescence wavelengths, and perform fluorescence measurements on the same cell at multiple wavelengths to determine the purpose of fluorescently labeling on the membrane of a single cell. The amount of membrane proteins present can be measured. Analysis using a flow cytometer has a limitation in that the number of biomolecules that can be quantified and measured on the same cell is limited. Recently, a technique has been developed to alleviate this problem, and a technique capable of measuring dozens of types of fluorescence has been developed (Non-Patent Document 1). However, the number of biomolecules that can be measured simultaneously is still only a few dozen, and since antibodies against biomolecules are used as fluorescent labels, the fluorescence intensity changes depending on the concentration of the fluorescent label (Non-Patent Document 2). There is a problem that quantification becomes unstable when the above biomolecule is unknown.
2つ目の技術にも様々な技術が提案・開発されているが、本発明で注目するのは、単一細胞ごとに細胞を破砕し、溶出した細胞中のmRNAを解析する単一細胞遺伝子発現解析法である。この方法の中で、最も基本的な方法は、単一細胞を1つの樹脂製容器(チューブ)に分注し、細胞破砕、mRNA抽出、cDNA合成、核酸増幅、次世代DNAシーケンサ向けタグ挿入、NGS解析を行う方法(非特許文献3、4)である。そのほかに、マイクロ流路デバイス中で上記反応の核酸増幅までのプロセスを実行する方法であり、1個のチップで96個までの細胞について個々の細胞からのサンプル調製を自動的に実行することが可能である(非特許文献5)。また、特許文献1には、より多くの細胞について、cDNA増幅又は核酸増幅までのプロセスをデバイス上で行う方法が開示されている。この方法では、細胞捕捉部で単一細胞を捕捉、単離し、その直下に配置された核酸捕捉部で、mRNAをビーズ又は多孔質材料表面上に固定されたタグ付きDNAで捕捉することで、細胞ごと、mRNA分子ごとに異なるタグを挿入する。さらに、デバイス上で逆転写することで、タグ配列と遺伝子配列が一本のcDNA鎖として合成され、このcDNAを核酸増幅し、次世代シーケンサーにて配列解析を行う。細胞識別タグ、分子識別タグごとに、計測されたリードをカウントすることで個々のcDNAの分子数をカウントできる。特に、この方法ではmRNAからcDNAへの変換効率が高く、高い精度の近似的なmRNAのカウントが可能となる。さらに、非特許文献3には、細胞をオイル中の液滴(エマルジョン)に細胞とビーズを1つずつ封入することで、細胞を単離し、個々の細胞中のmRNAをビーズ上に固定されたDNAで捕捉することで、細胞ごとに、分子ごとに異なるタグを挿入する方法である。その後、エマルジョンを壊し、ビーズを回収して、逆転写、核酸増幅、次世代シーケンサー用のタグの挿入を行う方法である。
Various technologies have been proposed and developed for the second technology, but the focus of this invention is single-cell gene analysis, which involves disrupting each single cell and analyzing the mRNA in the eluted cells. This is an expression analysis method. Among these methods, the most basic method is to dispense a single cell into one resin container (tube), perform cell disruption, mRNA extraction, cDNA synthesis, nucleic acid amplification, tag insertion for next-generation DNA sequencer, etc. This is a method of performing NGS analysis (
がん研究の治療法の研究、特に個別化医療法の臨床研究において、がん微小環境の解析に注目が集まっている。このがん微小環境は、がん細胞、正常細胞、及び多様な免疫細胞で構成されており、これら細胞の機能解析を目的として細胞内部に発現している遺伝子の状態を解析する手段として単一細胞解析が注目されている。このような微小環境の解析に単一細胞解析を応用する場合、フローサイトメトリのみを用いると十分な種類数の生体分子を計測できないため、十分な分解能での細胞分類ができないという課題が生じる。一方、単一細胞解析(単一細胞中の遺伝子発現解析)のみを用いる場合は、がん微小環境に存在する多数の細胞(例えば数千~1万個)の解析が必要であり、高い精度と感度を維持するためには、1細胞あたりのコストが数百~数千円かかるため、1回の解析又は検査あたりの試薬のコストが数百万円以上と高くなりすぎる。それゆえ、コストを抑制しながら、有用な生体情報を得るためには、フローサイトメトリの原理を用いたセルソータで目的細胞(例えばT細胞全体、CD8陽性T細胞単独、CD4陽性T細胞単独、ミエロイド系細胞全体、マクロファージ単独、好中球単独、樹状細胞単独など)を選別後に単一細胞遺伝子発現解析を実施する方法が有効である。特に、低コストかつ高感度な単一細胞遺伝子発現解析を行うためには、セルソータと特許文献1に記載のような単一細胞解析デバイスを組み合わせるのが有効ではないかと考えられた。
Analysis of the cancer microenvironment is attracting attention in cancer research, particularly in clinical research on personalized medicine methods. This cancer microenvironment is composed of cancer cells, normal cells, and various immune cells, and for the purpose of functional analysis of these cells, a single Cell analysis is attracting attention. When applying single cell analysis to analyze such microenvironments, the problem arises that if flow cytometry alone is used, a sufficient number of biomolecules cannot be measured, and cells cannot be classified with sufficient resolution. On the other hand, when using only single cell analysis (gene expression analysis in a single cell), it is necessary to analyze a large number of cells (e.g., several thousand to 10,000 cells) existing in the cancer microenvironment, which requires high accuracy. In order to maintain this sensitivity, it costs several hundred to several thousand yen per cell, and the cost of reagents per analysis or test becomes too high, at several million yen or more. Therefore, in order to obtain useful biological information while suppressing costs, it is necessary to use a cell sorter using the principles of flow cytometry to collect target cells (e.g., whole T cells, CD8+ T cells alone, CD4+ T cells alone, myeloid cells, etc.). An effective method is to perform single-cell gene expression analysis after sorting all cell lines, macrophages alone, neutrophils alone, dendritic cells alone, etc.). In particular, in order to perform low-cost and highly sensitive single-cell gene expression analysis, it was thought that it would be effective to combine a cell sorter with a single-cell analysis device as described in
この組み合わせを行う場合、従来、図1のフローチャートに示すようなマニュアル操作を含む操作が必要であった。すなわち、セルソータに細胞を導入するために、Fcレセプターのブロッキング後、蛍光体付き抗体で目的の細胞をラベリングし(図1:Step 1)、過剰な抗体を洗浄する(図1:Step 2)。次にセルソータで目的の細胞を選別しチューブ内に回収(分取)する(図1:Step 3)。続いて遠心してバッファ交換し、細胞数を計測後、所望の細胞濃度になるよう適切なバッファ量を添加・再懸濁する(図1:Step 4)。最後に単一細胞解析デバイス中のチップ上に適切な細胞数が含まれる細胞懸濁液を分注し(図1:Step 5)、デバイス上での操作の準備を完了する。ここでの潜在的な課題は、Step 4の遠心操作後の細胞濃度の計測時に、少なくとも2万個以上の細胞(例:106細胞/mL, 20μL、あるいは5×105細胞/mL, 40μLなど)をチューブ内に回収する必要がある。これ以上少ない細胞数では、Step 4の遠心操作後の適切な濃度の細胞懸濁液を調製する工程にて、細胞ロス(プラスティックウェア(チューブ・ピペットチップ)への細胞の非特異的吸着、及び上澄み除去に伴う)が深刻となり、適切な濃度の細胞懸濁液の調製が困難となるためである。従って解析細胞中の選別される目的細胞の割合にも依存するが、Step 3では細胞の回収(分取)のために1時間以上必要となる場合も多い。臨床検体の採取後から単一細胞解析デバイスでの逆転写反応までの時間が長いほど、細胞内のmRNA量は時間経過とともに変化(ダウンレギュレート)してしまう課題がある。そのうえで、Step 4の遠心操作・バッファ交換後の懸濁操作が細胞に物理的ストレスを加えるために、このステップでの物理的ストレスによって細胞内のmRNA量がさらに変化(ダウンレギュレート)したり、細胞膜が壊れるリスク(死細胞)が高い課題もある。
Conventionally, when performing this combination, operations including manual operations as shown in the flowchart of FIG. 1 have been required. That is, in order to introduce cells into a cell sorter, after blocking Fc receptors, target cells are labeled with a fluorescent antibody (Figure 1: Step 1), and excess antibody is washed away (Figure 1: Step 2). Next, the cells of interest are sorted using a cell sorter and collected (sorted) into a tube (Figure 1: Step 3). Next, centrifuge and exchange the buffer. After counting the number of cells, add an appropriate amount of buffer to achieve the desired cell concentration and resuspend (Figure 1: Step 4). Finally, dispense the cell suspension containing the appropriate number of cells onto the chip in the single cell analysis device (Figure 1: Step 5), completing preparations for operation on the device. A potential issue here is that when measuring the cell concentration after centrifugation in
このステップで死細胞が混入された場合、死細胞も含めて、単一細胞解析デバイスに分注され、解析されるため、死細胞から溶媒液中へのmRNAの拡散によるバックグラウンドレベルの増大や、データ上の異常値としての解析が生じ、単一細胞解析データに悪影響をもたらす。 If dead cells are mixed in at this step, they will be dispensed into a single cell analysis device and analyzed, resulting in an increase in the background level due to the diffusion of mRNA from the dead cells into the solvent solution. , analysis occurs as an abnormal value on the data, which has a negative impact on single cell analysis data.
上記課題を解決するため、本発明者は、セルソータの装置に単一細胞解析デバイスを組み込むことによって、セルソータから出力される細胞を単一細胞解析デバイスで直接捕捉し、解析することを試みた。このような構成によって、セルソータに使用される細胞懸濁液中に含まれるタンパク質に含まれる成分がヌクレアーゼ活性(特にRNase活性)を有する場合に、単一細胞解析デバイスでの解析に悪影響があるという新たな課題を認識し、その課題の解決も試みた。こうして本発明は、セルソータと特許文献1に記載のような単一細胞解析デバイスを組み合わせ、また組み合わせることにより生じる課題を解決することによって、高精度かつ高分解能で少ない割合の細胞群を選別し、単一細胞レベルでの遺伝子発現解析を可能にする。
In order to solve the above problems, the present inventor attempted to directly capture and analyze cells output from the cell sorter with the single cell analysis device by incorporating a single cell analysis device into the cell sorter device. Due to this configuration, if a component of the protein contained in the cell suspension used in the cell sorter has nuclease activity (particularly RNase activity), analysis using a single cell analysis device may be adversely affected. We recognized new challenges and also tried to solve them. In this way, the present invention combines a cell sorter and a single cell analysis device as described in
本発明の一態様は、単一細胞解析装置であって、
複数の細胞を含む懸濁液を導入する流路及び該複数の細胞の一部を選択する選択装置を備えたセルソータと、
細胞を捕捉する細胞捕捉部及び該細胞に由来するmRNAを捕捉する核酸捕捉部を備えた単一細胞解析デバイスと
を備え、
前記セルソータで選択された細胞が、前記単一細胞解析デバイスの前記細胞捕捉部に捕捉されるように前記セルソータ及び前記単一細胞解析デバイスが配置されることができ、
前記流路内に導入する前記懸濁液が、
(a)タンパク質を含むが、前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない、又は
(b)ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質を含まない、
ことを特徴とする、単一細胞解析装置に関する。
One aspect of the present invention is a single cell analysis device, comprising:
a cell sorter equipped with a channel for introducing a suspension containing a plurality of cells and a selection device for selecting a part of the plurality of cells;
A single cell analysis device equipped with a cell trapping section that captures cells and a nucleic acid capturing section that captures mRNA derived from the cells,
The cell sorter and the single cell analysis device may be arranged so that the cells selected by the cell sorter are captured by the cell trapping section of the single cell analysis device,
The suspension introduced into the flow path is
(a) contains a protein, but the suspension has substantially no nuclease activity, or (b) does not contain a protein containing a component with nuclease activity;
The present invention relates to a single cell analysis device characterized by:
本発明の別の態様は、単一細胞解析方法であって、
セルソータの流路に複数の細胞を含む懸濁液を導入し、該複数の細胞の一部を選択する工程と、
前記選択された細胞を、細胞を捕捉する細胞捕捉部及び該細胞に由来するmRNAを捕捉する核酸捕捉部を備えた単一細胞解析デバイスの該細胞捕捉部に捕捉する工程と、
前記捕捉された細胞からmRNAを溶出して前記核酸捕捉部に捕捉する工程と
を含み、
前記流路内に導入する前記懸濁液が、
(a)タンパク質を含むが、前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない、又は
(b)ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質を含まない、
ことを特徴とする、単一細胞解析方法に関する。
Another aspect of the invention is a single cell analysis method, comprising:
Introducing a suspension containing a plurality of cells into a flow path of a cell sorter and selecting a part of the plurality of cells;
capturing the selected cells in the cell capturing section of a single cell analysis device that includes a cell capturing section that captures cells and a nucleic acid capturing section that captures mRNA derived from the cells;
eluting mRNA from the captured cells and capturing it in the nucleic acid capture unit,
The suspension introduced into the flow path is
(a) contains a protein, but the suspension has substantially no nuclease activity, or (b) does not contain a protein containing a component with nuclease activity;
The present invention relates to a single cell analysis method characterized by the following.
本発明により、単一細胞解析装置及び単一細胞解析方法が提供される。本発明に係る装置及び方法は、高精度かつ高分解能で少ない割合の細胞群を選別し、単一細胞レベルでの遺伝子発現解析を可能とするものであり、遺伝子発現解析、細胞機能解析、生体組織の解析方法及び病気の診断、創薬などの分野に有用である。 The present invention provides a single cell analysis device and a single cell analysis method. The apparatus and method according to the present invention enable gene expression analysis at the single cell level by selecting a small proportion of cell groups with high accuracy and high resolution, and are useful for gene expression analysis, cell function analysis, and biological analysis. It is useful in fields such as tissue analysis methods, disease diagnosis, and drug discovery.
一態様において、本発明は、単一細胞解析装置であって、
複数の細胞を含む懸濁液を導入する流路及び該複数の細胞の一部を選択する選択装置を備えたセルソータと、
細胞を捕捉する細胞捕捉部及び該細胞に由来するmRNAを捕捉する核酸捕捉部を備えた単一細胞解析デバイスと
を備え、
前記セルソータで選択された細胞が、前記単一細胞解析デバイスの前記細胞捕捉部に捕捉されるように前記セルソータ及び前記単一細胞解析デバイスが配置されることができ、
前記流路内に導入する前記懸濁液が、
(a)タンパク質を含むが、前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない、又は
(b)ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質を含まない、
ことを特徴とする、単一細胞解析装置を提供する。
In one aspect, the present invention is a single cell analysis device, comprising:
a cell sorter equipped with a channel for introducing a suspension containing a plurality of cells and a selection device for selecting a part of the plurality of cells;
A single cell analysis device equipped with a cell trapping section that captures cells and a nucleic acid capturing section that captures mRNA derived from the cells,
The cell sorter and the single cell analysis device may be arranged so that the cells selected by the cell sorter are captured by the cell trapping section of the single cell analysis device,
The suspension introduced into the flow path is
(a) contains a protein, but the suspension has substantially no nuclease activity, or (b) does not contain a protein containing a component with nuclease activity;
A single cell analysis device is provided.
別の態様において、本発明は、単一細胞解析方法であって、
セルソータの流路に複数の細胞を含む懸濁液を導入し、該複数の細胞の一部を選択する工程と、
前記選択された細胞を、細胞を捕捉する細胞捕捉部及び該細胞に由来するmRNAを捕捉する核酸捕捉部を備えた単一細胞解析デバイスの該細胞捕捉部に捕捉する工程と、
前記捕捉された細胞からmRNAを溶出して前記核酸捕捉部に捕捉する工程と
を含み、
前記流路内に導入する前記懸濁液が、
(a)タンパク質を含むが、前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない、又は
(b)ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質を含まない、
ことを特徴とする、単一細胞解析方法を提供する。
In another aspect, the invention provides a method for single cell analysis, comprising:
Introducing a suspension containing a plurality of cells into a flow path of a cell sorter and selecting a part of the plurality of cells;
capturing the selected cells in the cell capturing section of a single cell analysis device that includes a cell capturing section that captures cells and a nucleic acid capturing section that captures mRNA derived from the cells;
eluting mRNA from the captured cells and capturing it in the nucleic acid capture unit,
The suspension introduced into the flow path is
(a) contains a protein, but the suspension has substantially no nuclease activity, or (b) does not contain a protein containing a component with nuclease activity;
Provided is a single cell analysis method characterized by the following.
本発明に係る単一細胞解析装置及び単一細胞解析方法(以下、本単一細胞解析装置及び本単一細胞解析方法ともいう)は、いわゆるセルソータ及び単一細胞解析デバイスを使用し、セルソータの装置の中に単一細胞解析デバイスを組み込むことによって、セルソータから出力される細胞をデバイスで直接分取する。そのため、本単一細胞解析装置は、セルソータで選択された細胞が、単一細胞解析デバイスの細胞捕捉部に捕捉されるように、セルソータ及び単一細胞解析デバイスが配置されることができる構成とする。本明細書において、このような形式を直接接続と呼ぶ。例えば、セルソータの直下に単一細胞解析デバイスを配置したり、セルソータ及び単一細胞解析デバイスの一方又は両方を移動機構(例えば、可動ステージなど)によって移動させて、セルソータと単一細胞解析デバイスを直接接続することができる。好ましい実施形態では、選択された細胞は、他の処理(例えば、遠心処理、細胞の再懸濁など)を行わずに直接、単一細胞解析デバイスの細胞捕捉部に捕捉される。 The single cell analysis device and the single cell analysis method (hereinafter also referred to as the present single cell analysis device and the present single cell analysis method) according to the present invention use a so-called cell sorter and a single cell analysis device. By incorporating a single cell analysis device into the device, cells output from the cell sorter can be sorted directly with the device. Therefore, the present single cell analysis device has a configuration in which the cell sorter and the single cell analysis device can be arranged so that the cells selected by the cell sorter are captured in the cell trapping section of the single cell analysis device. do. In this specification, this type of connection is referred to as a direct connection. For example, the cell sorter and the single cell analysis device can be moved by placing the single cell analysis device directly below the cell sorter, or by moving one or both of the cell sorter and the single cell analysis device using a moving mechanism (e.g., a movable stage). Can be connected directly. In a preferred embodiment, the selected cells are directly captured in the cell capture portion of the single cell analysis device without any other processing (eg, centrifugation, cell resuspension, etc.).
このように単一細胞解析デバイスをセルソータの中に組み込んで細胞を分取することで、解析に必要な細胞数を低減し、細胞選別に必要な時間を短縮するとともに、分取後の遠心処理・バッファ交換・細胞の再懸濁(ピペッティング)操作を省くことで細胞へのダメージによるmRNAの発現量の低下を防ぐことができる。 In this way, by incorporating a single cell analysis device into a cell sorter and sorting cells, the number of cells required for analysis is reduced, the time required for cell sorting is shortened, and the centrifugation process after sorting is reduced.・By omitting buffer exchange and cell resuspension (pipetting) operations, it is possible to prevent a decrease in mRNA expression level due to cell damage.
本単一細胞解析装置及び本単一細胞解析方法において使用するセルソータ及び単一細胞解析デバイスは、当技術分野において慣用的に使用されているセルソータ及び単一細胞解析デバイスでよく、特に限定されるものではない。 The cell sorter and single cell analysis device used in the present single cell analysis apparatus and the present single cell analysis method may be cell sorters and single cell analysis devices conventionally used in this technical field, and are not particularly limited. It's not a thing.
図2に、セルソータと単一細胞解析デバイスを直接接続した場合のセルソータ内部の構成例を示す。セルソータには、センスインチップタイプ、及びジェットインエアタイプがある。これらはレーザ照射による細胞計測位置の違いがある。すなわち、センスインチップは、チップ又はキュベットと呼ばれる透明な容器の中でレーザが照射され、生成される細胞からの蛍光を計測するが、ジェットインエアタイプは、チップから空気中に層流で細胞が放出された後、レーザ照射・計測が行われる。図2は、センスインチップタイプの場合を図示しているが、ジェットインエアタイプでも単一細胞解析デバイスを直接接続する点では、セルソータの装置の構成以外は同じ構成で可能である。 FIG. 2 shows an example of the internal configuration of a cell sorter when the cell sorter and a single cell analysis device are directly connected. There are two types of cell sorters: sense-in-chip type and jet-in-air type. These methods differ in the cell measurement position due to laser irradiation. In other words, with the sense-in chip, a laser is irradiated inside a transparent container called a chip or cuvette, and the fluorescence from the cells is measured, whereas with the jet-in-air type, cells are emitted from the chip into the air in a laminar flow. After being emitted, laser irradiation and measurement are performed. Although FIG. 2 shows the case of a sense-in-chip type, a jet-in-air type can also be used with the same configuration except for the configuration of the cell sorter device in that a single cell analysis device is directly connected.
図2の直接接続の構成を説明する。サンプルである細胞をバッファ中に懸濁した細胞懸濁液2用の容器(チューブ)1は、通常、使いすてのプラスティック容器である。この容器に加圧することで細胞懸濁液2が挿入管5を通過して、チップ6中を層流で流れる。この時、チップ内では、細胞懸濁液中を細胞1個1個が分離して流れるようにするために、チップ内で細胞懸濁液の流れが絞りこまれていく必要がある。この細胞懸濁液の流れの絞り込みのためには、シース液4をチップ内の細胞懸濁液の流れより外側に流し、このシース液に加えられた圧力が細胞懸濁液に加えられる圧力よりも大きくなるようにする必要があることが知られている。3はシース液用の容器(チューブ)、4はシース液(通常PBSバッファ)である。
The configuration of the direct connection shown in FIG. 2 will be explained. The container (tube) 1 for the
セルソータは細胞にレーザ光を照射し、細胞からの散乱光や蛍光を計測することで、細胞を識別し、識別された細胞種ごとに細胞の射出方向を振り分ける。上記した流体力学的な絞りこみによって細胞懸濁液の層流の中で一列に配列した個々の細胞の光学計測のために、レーザ光をレンズ8でビームが細胞懸濁液の層流の中心で最も細くなるように絞り込む。得られた散乱光(レーザ光と同じ波長)はまた、蛍光(レーザ光と異なる波長(通常は長波長側))のフィルタ9(ダイクロイックミラー又は光学フィルタ、例えばバンドパスフィルタ)を用いて、計測したい細胞からの信号光波長を選択し、受光器10でパルス状の光信号を受光する。ここでは、1個のフィルタと受光器のみを記載したが、複数のフィルタの設置位置に光の進行方向に沿って、複数のフィルタ(ダイクロイックミラー)を配置し、対応する位置に受光器を配列させることで、個々の細胞から多数の蛍光波長を同時に計測することが可能である。(複数の)受光器で計測した光のパルス強度信号を信号増幅器・識別器11に入力し、細胞を識別する。どのような閾値で識別するかはユーザが決定する。計測が完了した細胞はチップ中を直進し、さらに絞り込まれて、流速を上げて、ノズル12から、シース液、細胞懸濁液とともに射出される。ノズルの内径は70~130μm程度である。射出された細胞溶液が細胞を1個ずつ含む安定した液滴を形成できるようにするために、圧電素子(ピエゾ素子)13を用いて、適切な振幅と高い周波数(20~200kHz)で射出方向と平行な方向にノズルを振動させる。1個の細胞を含む個々の液滴は、細胞識別結果に対応して、ノズルから射出直前の位置で、電解質であるシース液、細胞懸濁液にパルス状の電圧を印加することで帯電させる。この帯電された液滴は、一定の高電圧を印加した偏向板14によって、所望の細胞を含む液滴103のみの射出方向を変えて、目的の回収ウェル101に導入する。この時、シース液と細胞懸濁液に印加する圧力を制御することで流速を安定化し、パルス電圧のタイミングとノズルから出て液滴が形成される位置を制御する必要がある。
Cell sorters identify cells by irradiating cells with laser light and measuring the scattered light and fluorescence from the cells, and then sort the ejection direction of the cells for each identified cell type. In order to optically measure individual cells arranged in a line in the laminar flow of the cell suspension by the hydrodynamic constriction described above, the laser beam is directed through lens 8 to the center of the laminar flow of the cell suspension. Narrow it down to the narrowest size. The obtained scattered light (same wavelength as the laser beam) is also measured using a filter 9 (dichroic mirror or optical filter, e.g. bandpass filter) for fluorescence (different wavelength than the laser beam (usually on the long wavelength side)). The wavelength of signal light from the desired cell is selected, and the
この細胞の識別による細胞を含む液滴の射出方向の制御によって、単一細胞解析デバイス上の所望のウェル101に分注することができる。また、不要な細胞は102の廃液用の容器(チューブ)に液滴104を分注する。ここで1つ又は複数のウェル101を持つ単一細胞解析デバイス105であり、各ウェルに1つ又は複数のセルソータで識別された細胞を分注する。単一細胞解析デバイス105と廃液用容器(チューブ)102を固定アダプタ107上に固定し、このアダプタを電動可動ステージ108上に固定する。複数のウェルに分注するために、偏向板14に印加する電圧と電動可動ステージ108で単一細胞解析デバイスの位置を制御することで、所望のウェル101に細胞を分注する。なお、図2は、偏向板14を1つ設置した構成例を示すが、偏向板を複数組み合わせて使用することもでき、そのような構成例を図5に示す。
By controlling the ejection direction of the droplet containing the cell based on this cell identification, it can be dispensed into a desired well 101 on the single cell analysis device. In addition,
本発明者は、上記構成の単一細胞解析装置の開発過程で、別の課題を認識した。複数の細胞を含む懸濁液、すなわち細胞懸濁液2は、死細胞の割合をできるだけ低下させるため、細胞懸濁液中に1~2%程度のFBS(ウシ胎仔血清:Fetal Bovine Serum)などのタンパク質を混和させることが多い。この細胞懸濁液は、細胞懸濁液用容器(チューブ)1にプールし、挿入管5を通じて、チップ内に導入される。特にチューブ1内、挿入管5内への細胞の吸着を抑制するためにも、FBSは効果があると考えられる。この場合、単一細胞解析デバイスのウェルには、FBSが含まれた細胞懸濁液とシース液が混和した液滴が分注される。ウェルの中に分注した細胞の細胞膜を細胞溶解試薬で破砕し、mRNAを抽出し、逆転写反応をデバイス上で行う場合、FBSに逆転写反応を阻害する物質が含まれると逆転写効率が低下する。図3は、細胞懸濁液に含まれるFBS濃度に依存した逆転写効率の変化を示すグラフである。簡単に説明すると、PCRチューブへRTプローブ固定化ビーズ1μL(φ1μm, 7.5×1011 RTプローブ/107 ビーズ/μL)を添加し、磁石でビーズを捕捉後、上澄みを除去した(n=9)。これらのビーズへシース液(Iso Flow, BECKMAN COULTER, #8546859)、RPMI(Thermo Fisher, #21870-076)+1%FBS(Thermo Fisher, #26140079)、およびRPMI(同上)+10%FBS(同上)をそれぞれ0.85μL添加し、混和した(3条件について各n=3)。これらビーズ混合溶液へ1μLのcRNA(105 分子/μL)をそれぞれ添加し、混和した。続いて、3.15μLのRT試薬(5xFSバッファー1μL、0.1M DTT 0.25μL、10mM dNTPs 0.8μL、10%Tween20 0.3μL、RNase OUT 0.4μL、SuperScriptIII (ThermoFisher) 0.4μL)をそれぞれ添加し、50℃で50分間インキュベートして逆転写反応を実施した。合成されたcDNA量をqPCRで評価した。一番左のグラフは、細胞懸濁液のバッファにシース液を用いた場合、左から2番目は細胞懸濁液として1%FBS含有培地(RPMI)を用いた場合、一番右は10%FBS含有培地(RPMI)を用いた場合を示している。図3から、FBSの増加に伴って大幅に逆転写効率が低下することが分かる。
The present inventor recognized another problem during the development process of the single cell analysis device having the above configuration. For the suspension containing multiple cells, i.e.
さらに図4は、一定量のRNA分子(105分子)の逆転写反応液中に、シース液と培地(RPMI+1%FBS)の割合(横軸の数値が培地の混合比:0~100%)を変えて添加後、逆転写反応により合成されたcDNA量をqPCR定量で調べた結果を示すグラフである(RT-qPCR:Reverse Transcript-quantitative Polymerase Chain Reaction)。簡単に説明すると、PCRチューブへRTプローブ固定化ビーズ1μL(φ1μm, 7.5×1011RTプローブ/107 ビーズ/μL)を添加し、磁石でビーズを捕捉後、上澄みを除去した(n=33)。これらのビーズへ、表1に示すシース液(Iso Flow, BECKMAN COULTER, #8546859)と1%FBS(Thermo Fisher, #26140079)添加済みRPMI培地(Thermo Fisher, #21870-076)の混合液#1~5をそれぞれ0.85μL添加し(表1の混合液#1~#4について各n=6,および混合液#5についてn=9)、これらを氷上条件(混合液#1~#5について各n=3)、および室温条件(混合液#1~4について各n=3,混合液#5についてn=6)で混和した。室温条件の混合液#5のうちn=3について0.5μLのRNase OUTを添加した。
Furthermore, Figure 4 shows the ratio of sheath liquid and medium (RPMI + 1% FBS) in the reverse transcription reaction solution of a certain amount of RNA molecules (10 5 molecules) (the horizontal axis indicates the mixing ratio of medium: 0 to 100%). This is a graph showing the results of qPCR quantitative analysis of the amount of cDNA synthesized by reverse transcription reaction after addition of different amounts of cDNA (RT-qPCR: Reverse Transcript-quantitative Polymerase Chain Reaction). Briefly, 1 μL of RT probe-immobilized beads (φ1 μm, 7.5×10 11 RT probe/10 7 beads/μL) was added to a PCR tube, and after capturing the beads with a magnet, the supernatant was removed (n=33). . Add
これらのビーズ混合溶液へ1μLのcRNA(105 分子/μL)をそれぞれ添加し、混和した。続いて3.15μLのRT試薬(5xFSバッファー1μL、0.1M DTT 0.25μL、10mM dNTPs 0.8μL、10%Tween20 0.3μL、RNase OUT 0.4μL、SuperScriptIII (ThermoFisher) 0.4μL)をそれぞれ添加し、50℃で50分間インキュベートして逆転写反応を実施した。合成されたcDNA量をqPCRで評価した。逆転写反応液を室温で調製した場合を黒四角で示し、氷温で調製した場合を黒丸で記した。培地由来のFBSによる悪影響は氷温での処理によって大幅に緩和することがわかる。また、黒三角は100%培地の条件であるが、逆転写反応液中にRNase阻害剤を加えることで、培地が含まれていない0%の条件でのcDNA定量値とほぼ同等にまで改善できることが分かる。この結果から、FBSによるcDNA定量値を低下させるという悪影響の原因は、FBS中のRNaseの活性であり、この活性を抑制することによって、上記悪影響を低減することが可能であることが分かる。 1 μL of cRNA (10 5 molecules/μL) was added to each of these bead mixed solutions and mixed. Subsequently, 3.15 μL of RT reagents (1 μL of 5xFS buffer, 0.25 μL of 0.1M DTT, 0.8 μL of 10mM dNTPs, 0.3 μL of 10% Tween20, 0.4 μL of RNase OUT, 0.4 μL of SuperScriptIII (ThermoFisher)) were added and incubated at 50 °C for 50 min. The reverse transcription reaction was performed by incubating for minutes. The amount of synthesized cDNA was evaluated by qPCR. The case where the reverse transcription reaction solution was prepared at room temperature is indicated by a black square, and the case where it was prepared at ice temperature is indicated by a black circle. It can be seen that the adverse effects of FBS derived from the medium are significantly alleviated by treatment at ice temperature. Also, the black triangle indicates the condition of 100% medium, but by adding an RNase inhibitor to the reverse transcription reaction solution, it can be improved to almost the same value as the cDNA quantification value under 0% condition without medium. I understand. This result shows that the cause of the negative effect of FBS in reducing the cDNA quantification value is the RNase activity in FBS, and that by suppressing this activity, it is possible to reduce the above negative effect.
したがって、セルソータに使用する細胞懸濁液は、一般的にFBSなどのタンパク質を含むことが多く、そのようなタンパク質はヌクレアーゼ活性を有する成分を含むことがあるが、本発明者は、セルソータとの直接接続において、細胞懸濁液が、RNaseなどのヌクレアーゼ活性を実質的に有しないことが望ましいという知見を得た。それゆえ、本単一細胞解析装置又は本単一細胞方法において使用する細胞懸濁液は、
(a)タンパク質を含むが、前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない、又は
(b)ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質を含まない
ものである。
Therefore, cell suspensions used in cell sorters generally often contain proteins such as FBS, and such proteins may contain components with nuclease activity. It has been found that in direct connection, it is desirable that the cell suspension has substantially no nuclease activity such as RNase. Therefore, the cell suspension used in this single cell analysis device or this single cell method is
(a) contains proteins, but the suspension has substantially no nuclease activity, or (b) does not contain proteins containing components with nuclease activity.
ここで、「ヌクレアーゼ活性を実質的に有しない」とは、ヌクレアーゼの活性が、何も処理を行わない場合と比べて80~100%、好ましくは90~100%、より好ましくは95~100%、さらに好ましくは98~100%低減していることを意味する。また、ヌクレアーゼは、RNA分解酵素(RNase)及びDNA分解酵素(DNase)から選択される少なくとも1種である。 Here, "having substantially no nuclease activity" means that the nuclease activity is 80 to 100%, preferably 90 to 100%, more preferably 95 to 100% compared to the case where no treatment is performed. , more preferably 98 to 100% reduction. Further, the nuclease is at least one type selected from RNA degrading enzyme (RNase) and DNA degrading enzyme (DNase).
細胞懸濁液に含まれるタンパク質は、セルソータ用の懸濁液に慣用的に使用され、ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質であれば特に限定されるものではなく、例えば、ウシ胎仔血清(FBS)及びウシ血清アルブミン(BSA)から選択される少なくとも1種を含む。 The protein contained in the cell suspension is not particularly limited as long as it is a protein that is conventionally used in cell sorter suspensions and contains a component with nuclease activity, such as fetal bovine serum (FBS). and bovine serum albumin (BSA).
細胞懸濁液が、(a)タンパク質を含むが、前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない場合、懸濁液をヌクレアーゼ活性を実質的に有しないものとするため、一実施形態では、前記タンパク質にヌクレアーゼを除去する処理、例えば精製が行われている。例えば、タンパク質FBS及びBSAは、ヌクレアーゼ(RNase及びDNase)を含まないように精製された高純度のものが市販されており、そのようなタンパク質を使用することができる。 In one embodiment, if the cell suspension contains (a) protein, but the suspension does not substantially have nuclease activity, the suspension is substantially free of nuclease activity; , the protein is subjected to a treatment to remove nucleases, such as purification. For example, highly purified proteins FBS and BSA that do not contain nucleases (RNase and DNase) are commercially available, and such proteins can be used.
別の実施形態では、懸濁液をヌクレアーゼ活性を実質的に有しないものとするため、懸濁液にヌクレアーゼ活性を阻害する物質を混入する。ヌクレアーゼ活性を阻害する物質は、当技術分野で公知であり、例えば、公知のRNase阻害剤、DNase阻害剤の中から、使用する細胞に影響のない物質を選択することができる。 In another embodiment, a substance that inhibits nuclease activity is incorporated into the suspension to render it substantially free of nuclease activity. Substances that inhibit nuclease activity are known in the art, and for example, a substance that does not affect the cells used can be selected from known RNase inhibitors and DNase inhibitors.
また別の実施形態では、懸濁液をヌクレアーゼ活性を実質的に有しないものとするため、懸濁液が冷却される。ヌクレアーゼ活性は、約5℃以下、好ましくは氷冷温度において低減する。そのため、本単一細胞解析装置又は本単一細胞解析方法において、懸濁液を冷却することにより、ヌクレアーゼ活性に起因する問題を解決できる。 In yet another embodiment, the suspension is cooled to render it substantially free of nuclease activity. Nuclease activity is reduced at temperatures below about 5°C, preferably at ice-cold temperatures. Therefore, in the present single cell analysis device or the present single cell analysis method, problems caused by nuclease activity can be solved by cooling the suspension.
例えば、FBSを細胞懸濁液に混和させる場合には、FBS中のRNase活性を抑制するための阻害剤を混和させる、RNaseを精製等で排除する、などを行う。また、装置の中で細胞懸濁液を保存する容器、細胞懸濁液をチップに注入する挿入管、シース液等を氷温にすることも悪影響を緩和する方法である。 For example, when FBS is mixed with a cell suspension, an inhibitor for suppressing RNase activity in FBS is mixed in, or RNase is removed by purification or the like. Another method of mitigating the adverse effects is to keep the container for storing the cell suspension, the insertion tube for injecting the cell suspension into the chip, the sheath liquid, etc. in the device at ice temperature.
また、細胞懸濁液へウシ血清アルブミン(BSA)を混和させる場合もあるが、この時も、RNase活性を低減するためにRNase Inhibitorを添加するか、アセチル化処理などのタンパク質変性によって意図せず混和されているRNaseの活性を抑制する方法や、カラム精製などによってRNaseを精製除去する方法が適用可能である。 In addition, bovine serum albumin (BSA) is sometimes mixed into the cell suspension, but in this case too, an RNase inhibitor is added to reduce RNase activity, or the protein is unintentionally denatured by protein denaturation such as acetylation treatment. A method of suppressing the activity of mixed RNase or a method of purifying and removing RNase by column purification etc. can be applied.
通常、上記FBSやBSA中のDNase活性は十分低いが、DNase活性が高い場合には、DNaseを細胞懸濁液に混和する前に精製除去するか、DNase阻害剤を混和させることによって、単一細胞解析上の固定DNAプローブの分解を抑制することが可能であり、計測効率が向上することが期待される。また、計測対象がDNA配列の場合には、上記処理はさらに重要である。同様に細胞懸濁液にタンパク質分解酵素が含まれないようにすることは、DNAプローブ固定用のストレプトアビジンなどのタンパク質が分解されて、DNAプローブが脱離して、mRNA捕捉効率の低下やcDNA合成効率低下、PCR効率の低下が起きることを抑制することが可能である。 Normally, the DNase activity in the FBS and BSA mentioned above is sufficiently low, but if the DNase activity is high, it is possible to remove the DNase by purifying it before mixing it with the cell suspension, or by mixing it with a DNase inhibitor. It is possible to suppress the degradation of immobilized DNA probes during cell analysis, and is expected to improve measurement efficiency. Further, when the measurement target is a DNA sequence, the above processing is even more important. Similarly, avoiding proteolytic enzymes in the cell suspension is important because proteins such as streptavidin used to immobilize DNA probes may be degraded and the DNA probes may be detached, leading to a decrease in mRNA capture efficiency and cDNA synthesis. It is possible to suppress a decrease in efficiency and a decrease in PCR efficiency.
あるいは、細胞懸濁液が、(b)ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質を含まない場合には、上述したヌクレアーゼ活性に起因する問題は生じない。 Alternatively, if the cell suspension does not contain (b) a protein containing a component with nuclease activity, the above-mentioned problem due to nuclease activity does not occur.
上述したように、本単一細胞解析装置及び本単一細胞解析方法では、セルソータに用いる細胞懸濁液中のヌクレアーゼ活性を抑制するか、ヌクレアーゼを除去することにより、単一細胞解析デバイスへのヌクレアーゼ(例えばRNase)の混入を防ぐことができる。そのため、セルソータから直接、単一細胞解析デバイスへ分注した細胞から溶出したmRNAが分解されることなく、単一細胞解析デバイスで捕捉され、高効率なcDNA合成を可能にするものである。これをPCR増幅した試料を次世代DNAシーケンサで解析することにより、高効率(すなわち、高感度)なmRNAの分子カウントが実現できる。またセルソータと単一細胞解析デバイスを直接接続することにより処理時間・操作の軽減が可能となるため、細胞ダメージによるmRNAの分解(遺伝子発現量のダウンレギュレーション)も抑制することができる。 As mentioned above, in this single cell analysis device and this single cell analysis method, the nuclease activity in the cell suspension used in the cell sorter is suppressed or the nuclease is removed. Contamination with nucleases (eg RNase) can be prevented. Therefore, mRNA eluted from cells dispensed directly from the cell sorter to a single cell analysis device is captured by the single cell analysis device without being degraded, enabling highly efficient cDNA synthesis. By analyzing this PCR-amplified sample with a next-generation DNA sequencer, highly efficient (that is, highly sensitive) molecular counting of mRNA can be achieved. In addition, by directly connecting the cell sorter and single cell analysis device, processing time and operations can be reduced, thereby suppressing mRNA degradation (downregulation of gene expression) caused by cell damage.
本単一細胞解析装置及び本単一細胞解析方法では、セルソータで選択された細胞を単一細胞解析デバイスの細胞捕捉部に捕捉し、細胞由来のmRNAが核酸捕捉部に捕捉した後、核酸捕捉部に捕捉されたmRNAを鋳型とした逆転写反応を行ってもよい。 In this single cell analysis device and this single cell analysis method, cells selected by a cell sorter are captured in the cell capture section of the single cell analysis device, and after cell-derived mRNA is captured in the nucleic acid capture section, the cells are captured in the nucleic acid capture section. A reverse transcription reaction may be performed using the mRNA captured by the protein as a template.
以下に実施例を例示し、本発明を具体的に説明するが、この実施例は単に本発明の説明のために提供するものであり、本出願において開示する発明の範囲を限定したり制限したりするものではない。 The present invention will be specifically explained below by way of examples, but these examples are provided merely to explain the present invention, and do not limit or restrict the scope of the invention disclosed in this application. It's not something you can do.
[実施例1]
本実施例は、センスインチップタイプのセルソータにWO2016/125251A(特許文献1)に記載の単一細胞解析デバイスを直接接続することによって、遠心処理を省き、デバイスに導入前の細胞内でのmRNAの分解を抑制するようにした単一細胞解析方法の実施例である。同時に、細胞懸濁液中にRNaseを精製除去したBSA(ウシ血清アルブミン)を用いて、単一細胞解析デバイス中へのRNaseの持ち込みを低減し、単一細胞解析デバイス中に捕捉したmRNAの分解を抑制することによって、高効率にmRNAからcDNAを合成し、次世代DNAシーケンサによって、高効率(すなわち、高感度)にmRNAの分子カウントを実現する例である。
[Example 1]
In this example, by directly connecting the single cell analysis device described in WO2016/125251A (Patent Document 1) to a sense-in-chip type cell sorter, centrifugation processing is omitted, and mRNA in cells before being introduced into the device is This is an example of a single cell analysis method that suppresses the decomposition of . At the same time, BSA (bovine serum albumin) from which RNase has been purified is used in the cell suspension to reduce the introduction of RNase into the single cell analysis device and degrade the mRNA captured in the single cell analysis device. This is an example of how cDNA can be synthesized from mRNA with high efficiency by suppressing this, and mRNA molecules can be counted with high efficiency (that is, with high sensitivity) using a next-generation DNA sequencer.
以下のセルソータの構成についての記載は、本実施例の方法を実施するために必要最低限に必要な構成を示しているが、レーザ光源の波長やレーザの数、フィルタ、受光器の数等について複数の構成を用いてもかまわない。また、ここでは細胞の選択に蛍光ラベルを用いた識別を用いているが、前方散乱、側方散乱、様々な細胞イメージング、ラマン分光、2光子分光などの非線形分光など多様な光計測の結果を識別の情報として用いることも可能である。 The following description of the configuration of the cell sorter shows the minimum configuration necessary to implement the method of this example, but the wavelength of the laser light source, the number of lasers, the number of filters, the number of light receivers, etc. Multiple configurations may be used. In addition, although identification using fluorescent labels is used to select cells here, the results of various optical measurements such as forward scattering, side scattering, various cell imaging, and nonlinear spectroscopy such as Raman spectroscopy and two-photon spectroscopy are also used. It can also be used as identification information.
図2に本実施例の構成図を示す。ここでレーザ光源7はAr+マルチモードレーザ(488nm, 514.5nm)を用いた。レーザ光源はこれに限定されず、他のレーザ、例えば半導体レーザを用いてもよい。フィルタ9には550nmのロングパスダイクロイックミラーと560nm±10nmのバンドパスフィルタを用いた。受光器10にはPMT(光電子増倍管:Photo Multiplier Tube)を用いた。また、チップ6は石英製のキュベットであり、内部は300μm角のサイズとした。チップの材質はこれに限定されず、他の樹脂、例えばPMMA(ポリメチルメタクリレート)、COP(シクロポリオレフィンポリマー)などの蛍光バックグラウンドの低い樹脂を用いてもよい。
FIG. 2 shows a configuration diagram of this embodiment. Here, the
また、ノズル12の内径は100μmとし、偏向板14には±3000Vの電圧を印加するとともに、ピエゾ素子13には20kHzでの流路と平行な方向の振動が得られるようにした。その結果、得られる液滴サイズは0.09uLとした。単一細胞解析デバイスの1つのウェルに設置している単一細胞解析用チップVFACs(Vertical Flow Array Chip)上のウェル数は100を用いたので、1つのウェルあたり80個分注した。この時の溶液量は7.2μlである。
Further, the inner diameter of the
以下、1. 蛍光標識、2. セルソーティングと単一細胞解析デバイスへの分注、3. 単一細胞解析デバイス上での逆転写反応、4. PCR増幅による次世代シーケンサー用サンプルの調製の順に本実施例に基づく解析方法を記載する。 The following steps are: 1. Fluorescent labeling, 2. Cell sorting and dispensing to a single cell analysis device, 3. Reverse transcription reaction on a single cell analysis device, and 4. Preparation of a sample for next generation sequencing by PCR amplification. An analysis method based on this example will be described.
1. 目的細胞の標識(ラベリング)
ここではCD8陽性T細胞を標識する例として、蛍光つき抗体(PE(Phycoerythrin)つき抗マウス抗CD8抗体)を用いた手順を示す。以下に詳細条件を示す。
1. Labeling of target cells
Here, as an example of labeling CD8-positive T cells, a procedure using a fluorescent antibody (an anti-mouse anti-CD8 antibody with PE (Phycoerythrin)) is shown. The detailed conditions are shown below.
液体窒素(-196℃)保存したマウスの凍結プライマリT細胞(CD3陽性, 5x106細胞/チューブ)を液体窒素から取り出し、37℃のウォーターバスで1分間加温する。速やかに予め37℃に加温した約15mLの細胞培養培地(RPMI1640, 10%FBS, 2 mM Lグルタミン含有)へT細胞全量を混和する。これを遠心(200 g, 3分間)後、上澄み除去して約1mLのPBS(1% Ultra Pure BSA(RNase FreeのBSA, ThermoFisher, #AM2618), 0.005% Tween含有)で混和し、セルカウンターで細胞濃度と生細胞率を測定する。細胞濃度を106 cells/mLに調製した細胞懸濁液100μLを1.5mLチューブへ分注し、0.5μLのブロッキング剤である抗マウスCD16/32抗体を添加・混和して、10分間、室温でインキュベートする。続いて5μLのPEつき抗マウスCD8抗体を混和して、30分間、氷上でインキュベートする。1.4 mLのPBS(2% Ultra Pure BSA, 0.01% Tween含有)を添加・混和後、遠心(200 g, 3分間)し、上澄みを除去する。この洗浄操作を3回繰り返して細胞を洗浄し、最後に3mLのPBS(2% Ultra Pure BSA含有)で懸濁する。
Frozen primary T cells (CD3 positive, 5x10 6 cells/tube) from mice stored in liquid nitrogen (-196°C) are removed from liquid nitrogen and warmed in a 37°C water bath for 1 minute. Immediately mix the entire amount of T cells into approximately 15 mL of cell culture medium (RPMI1640, 10% FBS, containing 2 mM L-glutamine) pre-warmed to 37°C. After centrifuging (200 g, 3 minutes), remove the supernatant, mix with approximately 1 mL of PBS (containing 1% Ultra Pure BSA (RNase Free BSA, ThermoFisher, #AM2618), 0.005% Tween), and use a cell counter. Measure cell concentration and viable cell percentage. Dispense 100 μL of the cell suspension adjusted to a cell concentration of 10 6 cells/mL into a 1.5 mL tube, add 0.5 μL of anti-mouse CD16/32 antibody as a blocking agent, mix, and leave at room temperature for 10 minutes. Incubate. Next,
2. セルソータを用いた単一細胞解析へのCD8陽性T細胞の分注
単一細胞解析デバイス内に搭載されたチップ(VFACs)へ8μLのPBS(A)(1.33 U/μL RNase OUT, 0.1% Tween 20, 0.005% BSA)を添加し、VFACsの下方向からポンプ吸引(90 kPa)することにより各マイクロチャンバ内を予め洗浄する。これを再度、繰り返して2回実施する。続いて、PBS(B)(1.33 U/μL RNase OUT, 0.1% Tween 20)3uLを各ウェルに分注する。CD8+T細胞を分取するために電動可動ステージ108上に単一細胞解析デバイスを固定する。この単一細胞解析デバイスには、チップ(VFACs)109が6個ずつ2列に設置する。また、廃液用の容器(チューブ)102は2個をアダプタに設置する。セルソータの細胞懸濁液用の容器(チューブ)1に0.5mLの細胞懸濁液2を分注してセルソータに設置する。シース液用の容器3に500mLのPBSをシース液4として充填する。細胞懸濁液用容器1とシース液用容器3にそれぞれ、圧力を加え、液滴サイズが安定し、0.01~0.1μL(特に本実施例では0.09uL)になるように調整する。同時に、CD8+の識別のための蛍光強度を設定する。セルソータを用い、識別したCD8陽性のT細胞を各VFACあたり80細胞(細胞懸濁液7.2uL)を分注する。これによって各ウェルにはCD8陽性T細胞を含む溶液10.2uLが分注された状態となる。
2. Dispensing CD8-positive T cells for single cell analysis using a cell sorter Add 8 μL of PBS (A) (1.33 U/μL RNase OUT, 0.1%) to the chip (VFACs) mounted in the single cell analysis device. Preliminarily clean the inside of each microchamber by adding Tween 20, 0.005% BSA) and applying pump suction (90 kPa) from below the VFACs. Repeat this again twice. Next, dispense 3 uL of PBS (B) (1.33 U/μL RNase OUT, 0.1% Tween 20) into each well. A single cell analysis device is fixed on the motorized
3. 単一細胞解析デバイスを用いた細胞捕捉及び細胞からの逆転写反応
単一細胞解析デバイスに設置したチップ(VFACs)の材料はPDMSであり、細胞を捕捉するための貫通孔の直径は平均3μmとなるようにレーザ加工し、ビーズを充填した核酸捕捉部は直径75μmで深さ70μmの円筒上の凹み部分にビーズを充填して構成している。このように、単一細胞解析デバイスにおいて、細胞捕捉部及び核酸捕捉部が直接に接続された貫通孔に形成されてもよく、このような貫通孔を通って、細胞懸濁液は単一細胞解析デバイスの外部に排出可能である。充填されるビーズ(直径1μm)上にはmRNAを捕捉するためのポリT配列含有RTプローブ(CCATCTCATCCCTGCGTGTCTCCGACTCAGTCGCGTACNNNNNNNTTTTTTTTTTTTTTTTTTVN:配列番号1)が固定されており、このRTプローブにはWO2016/125251A(特許文献1)に記載の通り細胞識別タグ(100種類程度ある既知配列の一例として、TCGCGTAC)と分子識別タグ配列(NNNNNNN、N=A、G、C又はT)も挿入されている。細胞分注後の逆転写反応までの処理方法を以下に示す。
3. Cell capture using a single cell analysis device and reverse transcription reaction from cells The material of the chip (VFACs) installed in the single cell analysis device is PDMS, and the diameter of the through hole for capturing cells is on average The nucleic acid trapping section, which is laser-processed to a diameter of 3 μm and filled with beads, is constructed by filling beads into a concave portion of a cylinder with a diameter of 75 μm and a depth of 70 μm. In this way, in a single cell analysis device, the cell trapping part and the nucleic acid trapping part may be formed in a directly connected through-hole, and the cell suspension is passed through such a through-hole into a single cell. It can be discharged outside the analysis device. A poly-T sequence-containing RT probe (CCATCTCATCCCTGCGTGTCTCCGACTCAGTCGCGTACNNNNNNNTTTTTTTTTTTTTTTTVN: SEQ ID NO: 1) for capturing mRNA is immobilized on the beads (
セルソータから固定アダプタ107に固定された単一細胞解析デバイスをセルソータから取り出し、吸引ポンプを吸引ポート110に接続する。吸引ポンプのスイッチを入れて、VFACの下方向からポンプ吸引(90 kPa)することにより、個々の細胞をVFACs上の3μmの細胞捕捉部で捕捉する。続いて8μLのCell wash buffer(100 mM Tris (pH8.0), 500 mM NaCl, 5 mM DTT, 0.4 U/μL RNase OUT, 0.1% Tween 20)を添加後、ポンプ吸引(90 kPa)し、VFACs表面などに残留した少数の細胞を再捕捉する。1μLのCell Lysis buffer(100 mM Tris (pH8.0), 500 mM NaCl, 10 mM EDTA, 1% SDS, 5 mM DTT, 1.33 U/μL RNase OUT)を添加して細胞を溶解するとともに、溶出されたmRNAをビーズ固定されたRTプローブで捕捉させる。反応後、ポンプ吸引(90 kPa)することでこの試薬の除去を行う。8μLのLysis wash buffer(100 mM Tris (pH8.0), 500 mM NaCl, 5 mM DTT, 0.4 U/μL RNase OUT, 1% Tween 20)添加後、ポンプ吸引(90 kPa)し、酵素反応阻害の原因になり得るCell Lysis bufferの残留試薬を除去する。この操作を2回繰り返す。本工程において90 kPaの強さで一連のポンプ吸引を実施しても、細胞由来mRNA(約106 分子/細胞)の損失が生じないことは確認している。Cell Lysis buffer及びLysis wash bufferには共に500 mMと高濃度のNaClが含まれていると共に、十分量(1.5x1010 分子)のRTプローブが磁気ビーズ上に固定されているため、細胞内の微量mRNAは効率よく捕捉される。
The single cell analysis device fixed to the fixing
各チップ(VFACs)上面へ、4.5μLの逆転写反応試薬(1 x FS Buffer (Takarabio), 2mM DTT, 2mM dNTPs, 3.2U/μL RNase inhibitor (Takarabio), 10 Unit/μL SmartScribe RT (Takarabio), 0.2% Tween20)を添加する。フローセルデバイス上面の開口部をシール(Thermo Fisher社,Optical Adhesive Film)し、予め42℃に加温した恒温槽で60分間インキュベートする。室温で5分間インキュベート後、デバイスのシールを剥がし、ポンプで逆転写反応の試薬を吸引除去する。フローセルデバイスからVFAC及びメンブレンをピンセットで取り出し、100μLのSuspension Buffer(50 mM NaCl, 50 mM Tris(pH8.0))を予め添加したPCR tubeへ投入する。チューブ底にネオジム磁石を近接し、ピンセットでVFACをほぐすことで、マイクロチャンバに充填されているビーズをBuffer内へ完全に撹拌させる。ピペットチップでVFACをチューブ上部へ移動させ、VFACに含まれる残留試薬を除去する目的でスピンダウン(脱水)して、再度上澄みを完全に除去し、VFACも除去する。50μLのwash buffer(0.1% Tween 20, 10 mM Tris, pH8.0)でビーズを2回洗浄後、1μLの同液でビーズを懸濁する。
Add 4.5 μL of reverse transcription reaction reagent (1 x FS Buffer (Takarabio), 2mM DTT, 2mM dNTPs, 3.2U/μL RNase inhibitor (Takarabio), 10 Unit/μL SmartScribe RT (Takarabio), to the top of each chip (VFACs). Add 0.2% Tween20). Seal the opening on the top of the flow cell device (Thermo Fisher, Optical Adhesive Film) and incubate for 60 minutes in a constant temperature bath preheated to 42°C. After incubating for 5 minutes at room temperature, peel off the seal on the device and aspirate the reverse transcription reaction reagent using a pump. Remove the VFAC and membrane from the flow cell device with tweezers and place them into a PCR tube to which 100 μL of Suspension Buffer (50 mM NaCl, 50 mM Tris (pH 8.0)) has been added in advance. By bringing a neodymium magnet close to the bottom of the tube and loosening the VFAC with tweezers, completely stir the beads filled in the microchamber into the buffer. Move the VFAC to the top of the tube with a pipette tip, spin down (dehydrate) to remove residual reagents contained in the VFAC, completely remove the supernatant again, and remove the VFAC as well. Wash the beads twice with 50 μL of wash buffer (0.1
4. PCR増幅による次世代シーケンサー(NGS)解析用サンプルの調製
4.1. 1st multiplex PCR増幅
3で調製した試料について磁気ビーズ上のRTプローブをExonuclease Iにより分解後、1st multiplex PCR増幅を行う。ここでは以下の表2に記載の44種類のオリゴ(配列番号9~52)を混和したForwardプライマーセットと1種類のReverseプライマー(PA primer, CCATCTCATCCCTGCGTGTCT:配列番号2)を用いた。
4. Preparation of samples for next-generation sequencer (NGS) analysis by PCR amplification
4.1. 1st multiplex PCR amplification
For the sample prepared in
1st multiplex PCR増幅の詳細は次の通りである。Exonuclease I反応液(1x Exonuclease I buffer, 0.067 Unit/μL)を氷上にて調製する。この14μLを2.及び3.で調製した試料と混和し、37℃で15分間インキュベートする。50μLのwash buffer(0.1% Tween 20, 50 mM Tris, pH8.0)でビーズを3回洗浄後、1μLの10 mM Tris (pH8.0)でビーズを懸濁する。9μLの1st Multiplex PCR試薬(1 x Gflex PCR buffer, 0.2μM 44plex primer mix, 2 μM PA primer, 0.075 Unit/μL Tks Gflex DNA polymerase)を氷上にて調製する。調製した9μLの1st Multiplex PCR試薬を1μLのビーズサンプルと混和し、適切な温度条件(94℃1分間の熱失活後、14サイクルの98℃10秒間→58℃3分間→68℃25秒間を実施し、68℃2分間後、4℃の一定温度)でPCR増幅させる。ネオジム磁石でビーズを捕捉後、増幅産物が含まれる上澄み10μLをチューブへ採取し、40μLのwash buffer(0.1% Tween 20, 10 mM Tris, pH8.0)でビーズを洗浄後、上澄みを増幅産物と混和して計50μLとする。サンプルのx0.7ボリュームに相当する35μLのAmpure XPを添加・混和してメーカ推奨プロトコル通り精製し、最後に35μLのwash buffer(10mM Tris (pH8.0), 0.1% Tween20)で溶出し、上澄みを別チューブに回収する。
Details of the 1st multiplex PCR amplification are as follows. Prepare Exonuclease I reaction solution (1x Exonuclease I buffer, 0.067 Unit/μL) on ice.
4.2. 2nd Multiplex PCR増幅
4.1.で得た1st Multiplex PCR産物(遺伝子解析用産物)について、R2SP(illumina社 NGS用共通配列)が付加された44種のForward プライマーセット(表3、配列番号53~96)及び1種類のReverseプライマー(PA primer, 配列番号2)を用いて、2nd Multiplex PCR増幅する。これにより遺伝子発現解析向けのDNAが増幅される。
4.2. 2nd Multiplex PCR amplification
For the 1st Multiplex PCR product (gene analysis product) obtained in 4.1., 44 kinds of Forward primer set (Table 3, SEQ ID NO: 53 to 96) with R2SP (Illumina NGS common sequence) added and one type 2nd Multiplex PCR amplification is performed using the Reverse primer (PA primer, SEQ ID NO: 2). This amplifies DNA for gene expression analysis.
2nd multiplex PCR増幅の詳細は次の通りである。13μLの2nd Multiplex PCR試薬(1x Multiplex PCR Plus, 0.3μMの2nd R2SP付加44plex primer mix、3μMのPA primer)を、7μLの1st Multiplex PCR産物と混和後、適切な温度条件(95℃5分間の熱失活後、3サイクルの95℃30秒間→61℃5分間→72℃30秒間後、3サイクルの95℃30秒間→59℃5分間→72℃30秒間後、3サイクルの95℃30秒間→57℃5分間→72℃30秒間後、3サイクルの95℃30秒間→55℃5分間→72℃30秒間実施し、72℃2分間後、4℃の一定温度)で増幅させる。20μLの2nd Multiplex PCR産物へ30μLの0.1% Tween 20(10 mM Tris, pH8.0)を添加する(計50μL)。サンプルのx0.7ボリュームに相当する35μLのAmpure XPを添加・混和してメーカ推奨プロトコル通り精製し、最後に40μLのwash buffer(10mM Tris (pH8.0), 0.1% Tween20)で溶出し、上澄みを別チューブに回収する。 Details of the 2nd multiplex PCR amplification are as follows. After mixing 13 μL of 2nd Multiplex PCR reagent (1x Multiplex PCR Plus, 0.3 μM 2nd R2SP added 44plex primer mix, 3 μM PA primer) with 7 μL of 1st Multiplex PCR product, heat under appropriate temperature conditions (heating at 95℃ for 5 minutes). After inactivation, 3 cycles of 95℃ for 30 seconds → 61℃ for 5 minutes → 72℃ for 30 seconds, 3 cycles of 95℃ for 30 seconds → 59℃ for 5 minutes → 72℃ for 30 seconds, then 3 cycles of 95℃ for 30 seconds → After 57°C for 5 minutes → 72°C for 30 seconds, carry out 3 cycles of 95°C for 30 seconds → 55°C for 5 minutes → 72°C for 30 seconds, and after 72°C for 2 minutes, amplify at a constant temperature of 4°C). Add 30 μL of 0.1% Tween 20 (10 mM Tris, pH 8.0) to 20 μL of 2nd Multiplex PCR product (50 μL in total). Add and mix 35 μL of Ampure Collect in a separate tube.
4.3. NGSライブラリ調製のための3rd PCR
4.2.で得た2nd Multiplex PCR産物を鋳型とし、3rd PCR増幅を行うことでillumina社製NGS(次世代シーケンシング)解析に必要な共通配列(P5-R1SP(AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCT:配列番号3)、P7-R2SP(CAAGCAGAAGACGGCATACGAGATGTGACTGGAGTTCAGACGTGTGCTCTTCCGATCT:配列番号4))、及びVFACを識別するChip Tag(CT)配列(64種類ある既知配列中の一例として、TGACATA)を導入する。詳細条件を以下に示す。
4.3. 3rd PCR for NGS library preparation
By performing 3rd PCR amplification using the 2nd Multiplex PCR product obtained in 4.2 as a template, the common sequences necessary for Illumina NGS (Next Generation Sequencing) analysis (P5-R1SP (AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCT: SEQ ID NO: 3), P7- R2SP (CAAGCAGAAGACGGCATACGAGATGTGACTGGAGTTCAGACGTGTGCTCTTCCGATCT: SEQ ID NO: 4)) and a Chip Tag (CT) sequence that identifies VFAC (TGACATA as an example of 64 types of known sequences) are introduced. The detailed conditions are shown below.
22μLの3rd PCR試薬(1 x Gflex PCR buffer, 0.23μM P5_R1SP_CT_PA primer(64種類あるCTの一例を含む、AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTTGACATACCATCTCATCCCTGCGTGTCTC:配列番号5)、0.23μM P7_R2SP primer(CAAGCAGAAGACGGCATACGAGATGTGACTGGAGTTCAGACGTGT:配列番号6)、0.01μM P5 primer(AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACAC:配列番号7)、0.01μM P7 primer(CAAGCAGAAGACGGCATACGAGAT:配列番号8), 0.045 Unit/μLTks Gflex DNA polymerase)を氷上にて調製し、4.2.で得た2nd Multiplex PCR産物の8μLと混和する。適切な温度条件(94℃1分間の熱失活後、1サイクルの98℃10秒間→61℃1分間→68℃25秒間後、2サイクルの98℃10秒間→59℃1分間→68℃25秒間後、2サイクルの98℃10秒間→57℃1分間→68℃25秒間後、2サイクルの98℃10秒間→55℃1分間→68℃25秒間実施し、68℃2分間後、4℃の一定温度)で増幅させる。増幅産物30μLへ20μLの0.1% Tween 20(10 mM Tris, pH8.0)を添加して50μLへメスアップ後、サンプルのx0.7ボリュームに相当する35μLのAmpure XPを添加・混和してメーカ推奨プロトコル通り精製し、最後に40μLのwash buffer(10mM Tris (pH8.0), 0.1% Tween20)で溶出し、上澄みを別チューブに回収する。3rd PCR増幅産物の1μLをチップ電気泳動で解析し、増幅産物サイズ(bp)及び濃度(pmol/L)を決定後、NGS解析(illumina社, Miseq)を実施する。NGS解析後のデータをタグ配列(チップタグ、細胞識別タグ、分子識別タグ)ごとに分離し、44個の遺伝子の公共データベース上に公開された配列にマッピングすることで、mRNAの分子数をカウントし、各細胞ごとの遺伝子配列データを取得することが可能となる。その結果を図7に示す。結果に示されるように、本実施例の単一細胞解析装置及び単一細胞解析方法により、単一細胞由来の遺伝子発現解析を実施できることが示された。 22 μL of 3rd PCR reagent (1 x Gflex PCR buffer, 0.23 μM P5_R1SP_CT_PA primer (including one example of 64 types of CT, AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACACTCTTTCCCTACACGACGCTCTTCCGATCTTGACATACCATCTCATCCCTGCGTGTCTC: SEQ ID NO: 5), 0.23 μM P7_R2SP primer (CAAGCAGAAGACGGCATACGAGATGTGACTG GAGTTCAGACGTGT: SEQ ID NO: 6), 0.01μM P5 primer ( Prepare AATGATACGGCGACCACCGAGATCTACAC: SEQ ID NO: 7), 0.01 μM P7 primer (CAAGCAGAAGACGGCATACGAGAT: SEQ ID NO: 8), 0.045 Unit/μLTks Gflex DNA polymerase on ice, and mix with 8 μL of the 2nd Multiplex PCR product obtained in 4.2. Appropriate temperature conditions (after heat inactivation at 94℃ for 1 minute, 1 cycle of 98℃ for 10 seconds → 61℃ for 1 minute → 68℃ for 25 seconds, then 2 cycles of 98℃ for 10 seconds → 59℃ for 1 minute → 68℃ for 25 seconds) After 2 cycles of 98℃ for 10 seconds → 57℃ for 1 minute → 68℃ for 25 seconds, 2 cycles of 98℃ for 10 seconds → 55℃ for 1 minute → 68℃ for 25 seconds, and after 68℃ for 2 minutes, 4℃ amplified at a constant temperature). Add 20 μL of 0.1% Tween 20 (10 mM Tris, pH 8.0) to 30 μL of the amplified product to bring the volume up to 50 μL, then add and mix 35 μL of Ampure XP, which corresponds to x0.7 volume of the sample, as recommended by the manufacturer. Purify according to the protocol, and finally elute with 40 μL of wash buffer (10 mM Tris (pH 8.0), 0.1% Tween20), and collect the supernatant in a separate tube. Analyze 1 μL of the 3rd PCR amplification product by chip electrophoresis to determine the amplification product size (bp) and concentration (pmol/L), and then perform NGS analysis (Illumina, Miseq). The data after NGS analysis is separated by tag sequence (chip tag, cell identification tag, molecular identification tag), and the number of mRNA molecules is counted by mapping it to sequences published on a public database of 44 genes. , it becomes possible to obtain gene sequence data for each cell. The results are shown in FIG. As shown in the results, it was shown that the single cell analysis device and single cell analysis method of this example can perform gene expression analysis derived from a single cell.
[実施例2]
本実施例は、センスインチップタイプのセルソータにWO2016/125251A(特許文献1)に記載の単一細胞解析デバイスを直接接続することによって、遠心処理を省き、デバイスに導入前の細胞内でのmRNAの分解を抑制するようにした単一細胞解析方法の実施例である。同時に、細胞懸濁液中にRNase阻害剤を混和させることで、単一細胞解析デバイス中でのRNaseの活性を低減し、単一細胞解析デバイス中に捕捉したmRNAの分解を抑制することによって、高効率にmRNAからcDNAを合成し、次世代DNAシーケンサによって、高効率(すなわち、高感度)にmRNAの分子カウントを実現する例である。本実施例は、実施例1の細胞ラベリングの工程を下記のように変更した方法である。後続の工程は実施例1と同じであるため、省略する
[Example 2]
In this example, by directly connecting the single cell analysis device described in WO2016/125251A (Patent Document 1) to a sense-in-chip type cell sorter, centrifugation processing is omitted, and mRNA in cells before being introduced into the device is This is an example of a single cell analysis method that suppresses the decomposition of . At the same time, by mixing an RNase inhibitor into the cell suspension, the activity of RNase in the single cell analysis device is reduced, and by suppressing the degradation of mRNA captured in the single cell analysis device, This is an example of highly efficient synthesis of cDNA from mRNA and highly efficient (that is, highly sensitive) molecular counting of mRNA using a next-generation DNA sequencer. This example is a method in which the cell labeling process of Example 1 was modified as follows. The subsequent steps are the same as in Example 1, so they will be omitted.
1. 目的細胞の標識(ラベリング)
液体窒素(-196℃)保存したマウスの凍結プライマリT細胞(CD3陽性, 5×106細胞/チューブ)を液体窒素から取り出し、37℃のウォーターバスで1分間加温する。速やかに予め37℃に加温した約15 mLの細胞培養培地(RPMI1640, 10%FBS, 2 mM Lグルタミン含有)へ全量を混和する。これを遠心(200 g, 3分間)後、上澄み除去して約1mLのPBS(1% BSA(一般的な分子生物学用の安価なBSA, ThermoFisher, #37525), 0.005% Tween含有)で混和し、セルカウンターで細胞濃度と生細胞率を測定する。細胞濃度を106 cells/mLに調整した細胞懸濁液100μLを1.5mLチューブへ分注し、0.5μLのブロッキング剤である抗マウスCD16/32抗体を添加・混和して、10分間、室温でインキュベートする。続いて5μLのPEつき抗マウスCD8抗体を混和して、30分間、氷上でインキュベートする。1.4 mLのPBS(2% BSA, 0.01% Tween含有)を添加・混和後、遠心(200 g, 3分間)し、上澄みを除去する。この洗浄操作を3回繰り返して細胞を洗浄し、最後に3mLのPBS(2% BSA, 0.5 units/μL, RNase OUT(Thermo Fisher, #10777019), 1mM DTT 含有)で懸濁する。
1. Labeling of target cells
Frozen primary T cells (CD3 positive, 5 x 10 6 cells/tube) from mice stored in liquid nitrogen (-196°C) are removed from liquid nitrogen and warmed in a 37°C water bath for 1 minute. Immediately mix the entire amount into approximately 15 mL of cell culture medium (RPMI1640, 10% FBS, containing 2 mM L-glutamine) pre-warmed to 37°C. After centrifuging (200 g, 3 minutes), remove the supernatant and mix with approximately 1 mL of PBS (containing 1% BSA (an inexpensive BSA for general molecular biology, ThermoFisher, #37525), and 0.005% Tween). Then, measure the cell concentration and viable cell rate using a cell counter. Dispense 100 μL of the cell suspension adjusted to a cell concentration of 10 6 cells/mL into a 1.5 mL tube, add 0.5 μL of anti-mouse CD16/32 antibody as a blocking agent, mix, and leave at room temperature for 10 minutes. Incubate. Next,
[実施例3]
本実施例は、センスインチップタイプのセルソータに96穴プレートの個々のウェルに個々の所望の細胞を分注することによって単一細胞解析を行う方法において、事前にウェル内にRNase阻害剤を含む試薬を添加させることで、96穴プレート中でのRNaseの活性を低減し、各ウェル121のビーズ上で捕捉したmRNAの分解を抑制することによって、高効率にmRNAからcDNAを合成し、次世代DNAシーケンサによって、高効率(すなわち、高感度)にmRNAの分子カウントを実現する例である。また、プレートのウェルごとに異なる細胞識別配列を持つポリT配列含有 RTプローブ(配列番号1)が固定されたビーズ(実施例1及び2に記載のVFACs中の核酸捕捉部に充填されたビーズに相当)を分注することで、単一細胞別の解析を行う方法である。実施例1との相違点を中心に記載する。本実施例の構成図を図6に示す。96穴プレートの各ウェル121にセルソータで識別された細胞を1液滴ずつ分注し、それ以外の細胞は廃液用容器(チューブ)102に分注する。プロセスは以下のとおりである。
[Example 3]
This example describes a method for performing single cell analysis by dispensing individual desired cells into individual wells of a 96-well plate into a sense-in-chip type cell sorter, in which an RNase inhibitor is pre-contained in the wells. The addition of reagents reduces RNase activity in the 96-well plate and suppresses the degradation of mRNA captured on beads in each well 121, allowing for highly efficient cDNA synthesis from mRNA. This is an example of highly efficient (that is, highly sensitive) molecular counting of mRNA using a DNA sequencer. In addition, beads on which a polyT sequence-containing RT probe (SEQ ID NO: 1) with a different cell identification sequence (SEQ ID NO: 1) was immobilized for each well of the plate (beads filled in the nucleic acid capture part of the VFACs described in Examples 1 and 2) were used. This is a method to perform analysis on a single cell basis by dispensing the equivalent amount). The differences from Example 1 will be mainly described. A configuration diagram of this embodiment is shown in FIG. One drop of the cells identified by the cell sorter is dispensed into each well 121 of a 96-well plate, and the other cells are dispensed into a waste liquid container (tube) 102. The process is as follows.
1. 蛍光標識の方法は実施例1と同じである。 1. The fluorescent labeling method is the same as in Example 1.
2. セルソータを用いた96穴プレートの各ウェルへの1個のCD8陽性T細胞の分注方法
96種類の異なる細胞認識配列を含むポリT配列含有 RTプローブを、それぞれ7.5分子/磁気ビーズとなるよう固定した磁気ビーズ(例えば径1μM, 106ビーズ/μL)を調製し、1ウェル毎に1種類ずつ磁気ビーズを1μL分注する。続いて4μLの逆転写反応試薬(1.25 x FS Buffer (Thermo Fisher), 6.4mM DTT, 2.29mM dNTPs, 6.1 Units /μL RNase OUT (Thermo Fisher), 4.9 Units/μL SuperScriptIII (Thermo Fisher), 0.45% NP40)を各ウェルに分注・混和する。CD8+T細胞を分取するために電動可動ステージ108上に96穴プレートを固定する。また、廃液用容器(チューブ)102は8個を固定アダプタ107に設置する。セルソータの細胞懸濁液用の容器(細胞懸濁液チューブ)1に0.5mLの細胞懸濁液2を分注してセルソータに設置する。シース液用の容器3に500mLのPBS(シース液4)を充填する。細胞懸濁液チューブとシース液容器にそれぞれ、圧力を加え、液滴サイズが安定し、0.01~0.1μL(特に本実施例では0.09uL)になるように調整する。同時に、CD8+の識別のための蛍光強度を設定する。セルソータを用い、識別したCD8陽性のT細胞を96穴プレートの各ウェル121に1細胞(細胞懸濁液0.09uL)を分注し、96穴プレートにシールをする。これによって各ウェルにはCD8陽性T細胞を含む溶液が5.09uLが分注された状態となる。1プレート1細胞の場合は、逆転写反応以降の酵素についてそれぞれ80細胞に使用していた酵素が1細胞に対して必要になるため、試薬コストが大幅に上昇する。
2. Dispensing one CD8-positive T cell into each well of a 96-well plate using a cell sorter
Prepare magnetic beads (e.g.,
3. 逆転写反応
96穴プレートを予め50℃に加温した恒温槽で60分間インキュベートする。室温で5分間インキュベート後、シールを剥がし、50μLのwash buffer(0.1% Tween 20, 10 mM Tris, pH8.0)を添加後、96穴プレートタイプのネオジム磁石を用いてビーズを捕捉し、上澄みを除去する。再度、15μLのwash bufferを添加し、96サンプルを1.5mLチューブへ回収してマージする。ネオジム磁石でビーズを捕捉して上澄みを除去後、1μLのwash bufferに懸濁する。
3. Reverse transcription reaction
Incubate the 96-well plate for 60 minutes in a thermostat preheated to 50°C. After incubating for 5 minutes at room temperature, remove the seal, add 50 μL of wash buffer (0.1
4. 以降のPCR増幅反応は実施例1と同じである。 4. The subsequent PCR amplification reaction is the same as in Example 1.
1:細胞懸濁液用の容器(チューブ)
2:細胞懸濁液
3:シース液用の容器(チューブ)
4:シース液
5:挿入管
6:チップ
7:レーザ光源
8:レンズ
9:フィルタ(ダイクロイックミラー又は光学フィルタ)
10:受光器
11:信号増幅器・識別器
12:ノズル
13:圧電素子(ピエゾ素子)
14:偏向板
101:単一細胞解析デバイス上の所望のウェル
102:廃液用の容器(チューブ)
103:所望の細胞を含む液滴
104:液滴
105:単一細胞解析デバイス
107:固定アダプタ
108:電動可動ステージ
109:チップ(VFACs)
110:吸引ポート
121:96穴プレートの各ウェル
1: Container (tube) for cell suspension
2: Cell suspension
3: Container (tube) for sheath fluid
4: Sheath liquid
5: Insertion tube
6: Chip
7: Laser light source
8: Lens
9: Filter (dichroic mirror or optical filter)
10: Receiver
11: Signal amplifier/discriminator
12: Nozzle
13: Piezoelectric element (piezo element)
14: Deflection plate
101: Desired well on single cell analysis device
102: Container (tube) for waste liquid
103: Droplet containing desired cells
104: Droplet
105: Single cell analysis device
107: Fixed adapter
108: Electric movable stage
109: Chips (VFACs)
110: Suction port
121: each well of a 96-well plate
Claims (14)
複数の細胞を含む懸濁液を導入する流路及び該複数の細胞の一部を選択する選択装置を備えたセルソータと、
細胞を捕捉する細胞捕捉部及び該細胞に由来するmRNAを捕捉する核酸捕捉部を備えた単一細胞解析デバイスと
を備え、
前記セルソータで選択された細胞が、前記単一細胞解析デバイスの前記細胞捕捉部に捕捉されるように前記セルソータ及び前記単一細胞解析デバイスが配置されることができ、
前記流路内に導入する前記懸濁液が、
(a)タンパク質を含むが、前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない、又は
(b)ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質を含まない、
ことを特徴とする、単一細胞解析装置。 A single cell analysis device,
a cell sorter equipped with a channel for introducing a suspension containing a plurality of cells and a selection device for selecting a part of the plurality of cells;
A single cell analysis device equipped with a cell trapping section that captures cells and a nucleic acid capturing section that captures mRNA derived from the cells,
The cell sorter and the single cell analysis device may be arranged so that the cells selected by the cell sorter are captured by the cell trapping section of the single cell analysis device,
The suspension introduced into the flow path is
(a) contains a protein, but the suspension has substantially no nuclease activity, or (b) does not contain a protein containing a component with nuclease activity;
A single cell analysis device characterized by:
セルソータの流路に複数の細胞を含む懸濁液を導入し、該複数の細胞の一部を選択する工程と、
前記選択された細胞を、細胞を捕捉する細胞捕捉部及び該細胞に由来するmRNAを捕捉する核酸捕捉部を備えた単一細胞解析デバイスの該細胞捕捉部に捕捉する工程と、
前記捕捉された細胞からmRNAを溶出して前記核酸捕捉部に捕捉する工程と
を含み、
前記流路内に導入する前記懸濁液が、
(a)タンパク質を含むが、前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない、又は
(b)ヌクレアーゼ活性を有する成分を含むタンパク質を含まない、
ことを特徴とする、単一細胞解析方法。 A single cell analysis method, the method comprising:
Introducing a suspension containing a plurality of cells into a flow path of a cell sorter and selecting a part of the plurality of cells;
capturing the selected cells in the cell capturing section of a single cell analysis device that includes a cell capturing section that captures cells and a nucleic acid capturing section that captures mRNA derived from the cells;
eluting mRNA from the captured cells and capturing it in the nucleic acid capture unit,
The suspension introduced into the flow path is
(a) contains a protein, but the suspension has substantially no nuclease activity, or (b) does not contain a protein containing a component with nuclease activity;
A single cell analysis method characterized by:
前記懸濁液に前記ヌクレアーゼ活性を阻害する物質を混入することにより、又は
前記懸濁液が冷却されることにより、
前記懸濁液がヌクレアーゼ活性を実質的に有しない、請求項9に記載の方法。 The protein is treated to remove the nuclease, or the suspension is mixed with a substance that inhibits the nuclease activity, or the suspension is cooled.
10. The method of claim 9, wherein the suspension is substantially free of nuclease activity.
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