CN109561890A - 用于检测和可逆地捕获活体内体液中的细胞的收集器 - Google Patents

Abstract

生物材料收集装置可包括包含功能构件的线材，所述功能构件包括近端、远端、第一平坦表面和与第一表面相对的第二平坦表面。所述功能构件可以配置成在体腔内配合。所述功能构件可包括配置成结合循环系统生物分子和细胞的结合元件。功能构件可包括弯曲部分，所述弯曲部分围绕所述装置的纵向轴线形成绕圈。

Description

用于检测和可逆地捕获活体内体液中的细胞的收集器

通过引用并入的任何优先权申请

根据35 U.S.C.§119(e)，本申请作为非临时申请，要求享有在2016年6月9日提交的美国临时专利申请No.62/348,103的权益，其全部内容通过引用结合于此。根据37 CFR1.57，在本申请的申请数据表中提交的确定为外国或国内优先权要求的任何和所有申请通过引用结合于此。

技术领域

本发明在一些方面涉及用于包含标记物的生物材料的收集器。

背景技术

存在有几种装置用于在活体外(in vitro)、在活体内(in vivo)或离体(ex vivo)收集和/或检测生物成分(例如细胞或其它标记物)。然而，存在诸如次优灵敏度和/或特异性的若干问题。因此，仍然需要用于检测疾病的生物成分的改进的方法和装置。

Life Technologies(生命技术公司)的公开号为WO2013/176730的PCT申请教导了一种方法，其全部内容通过引用并入本文，其中抗体已经被加工以在铰接区中包含特定的蛋白酶切割位点，其允许细胞释放不明显影响细胞的特定蛋白酶。还描述了替代的结合分子，例如支架分子，其克服了抗体的一些限制。这些是小尺寸、单链结构的蛋白质，并且很少有翻译后修饰(posttranslational modification)。

用于医疗介入手术的血管导管通常具有圆柱形形状。这种形式的优点是摩擦阻力相对较低。然而，这种形式使小血管中的血液流动变窄并且可能增大血栓形成的风险。Luecke等人的公开号为US2012/0237944A1的美国专利申请，其全部内容通过引用并入本文，公开了一种用于活体内和/或活体外富集的样品材料的检测装置，其中覆盖有检测受体的功能表面具有一种三维结构，其中相对的功能部分的形成液体覆盖的间隙。所述功能表面的各个部分可以配备化学上相同或不同的检测受体，并且相对的功能部分形成液体覆盖的间隙。

发明内容

在一些实施方案中，本文公开了一种生物材料收集装置。所述收集装置可包括例如包含功能构件的线材，所述功能构件可包括近端、远端、第一平坦表面和与第一表面相对的第二平坦表面。所述功能构件可以配置成在体腔内配合。所述功能构件可包括结合元件，其配置成结合感兴趣的循环系统生物材料。所述功能构件还可包括弯曲部分/绕组，其围绕所述装置的纵向轴线形成绕圈。在一些实施例中，所述线材可包括在线材的每1cm长度约3圈至约5圈，或每1cm长的线材约4圈。在某些情况下，所述线材可以是金属，例如不锈钢或镍钛诺。所述探针还可包括不包含结合元件的近侧手柄和无创伤远端。所述功能构件还可包括第三表面和第四表面，第三表面和第四表面均与第一表面和第二表面相邻。第三表面和第四表面可以是平坦表面，或者是不平坦的(例如倒圆的表面)，并且在某些情况下不包含结合元件。

在一些实施方案中，本文公开了活体内生物材料收集装置，其可包括近端、远端、第一表面和与第一表面相对的第二表面。所述功能构件可以配置成在体腔内配合。所述功能构件可包括配置成结合循环系统生物分子和细胞的结合元件。所述功能构件可包括弯曲部分和套环，所述弯曲部分围绕所述装置的纵向轴线形成绕圈；所述套环可操作地连接到螺旋形功能构件的近端。所述套环可以配置成将所述装置稳定地定位在体腔内。在一些实施例中，所述功能构件可具有圆形横截面，或非圆形横截面，例如正方形或矩形横截面。所述装置还可以包括可操作地连接到套环的过滤器，以根据细胞的大小分离细胞，使得它也可以改变血液流动。在一些实施方案中，所述结合元件可包括融合蛋白、核酸、生物探针或合成材料探针。所述螺旋形功能构件可以耦合到所述线材，或是所述线材的一部分。所述线材可包括金属和/或聚合材料。

在一些实施方案中，本文公开了活体内生物材料收集装置。所述装置可包括功能构件，所述功能构件包括近端、远端、第一表面和与第一表面相对的第二表面。功能构件可以配置成在体腔内配合。所述功能构件可包括配置成结合循环系统生物分子和细胞的结合元件。所述功能构件还可包括弯曲部分，其围绕所述装置的纵向轴线形成绕圈。所述功能构件可以从第一弯曲构型变形为比第一构型更线性的第二构型。在一些实施例中，第二构型具有比第一构型更大的轴向长度。所述功能构件可包括形状记忆材料。在一些实施方案中，通过暴露于体温，所述装置可从第二构型转变为第一构型。所述装置还可包括可操作地连接到功能构件的远端的多个翼片。所述翼片可包括配置成过滤血液的孔。所述装置还可包括可操作地连接到翼片的控制线。所述翼片可在第一径向压缩构型与第二径向扩展构型之间移动。所述功能构件可包括双官能带电荷载体(bifunctionally charged carrier)。所述控制线可以至少部分地穿过功能构件上的一个或多个孔眼，或者至少部分地穿过功能构件上的一个或多个孔。

在一些实施方案中，本文公开了用于收集与疾病相关的标记物的方法。该方法可以包括，例如：提供包括线材的探针，所述线材包括功能构件，所述功能构件包括近端、远端、第一平坦表面和与第一表面相对的第二平坦表面，其中所述功能构件包括被配置为结合感兴趣的循环系统生物材料，其中所述功能构件包括围绕所述装置的纵向轴线形成绕圈的弯曲部分，其中所述结合元件具有至少一个用于结合标记物的结合配偶体，并且其中所述结合表面被配置为在将标记物与结合配偶体结合时将标记物固定到结合表面；将至少一部分探针定位在活的生物体的解剖结构中；将探头保持在基本上固定的位置；从所述活的生物体中取出探针。

附图说明

图1示出了活体内收集器的一个实施例的侧视图，该收集器包括螺线或螺旋形状的功能表面和伞状筛以及套环。

图2示出了活体内收集器的功能表面的一个实施例的侧视图，其具有螺旋形或圆锥形形状。

图3示出了具有扁平的(例如平坦的)线材的活体内收集器的实施例的各种视图。

图3A-3C示出了具有平坦线材配置的收集器的实施例的各种视图。

图3D-3H示出了与收集探针的实施方案有关的实验数据和测试系统。

图4示出了检测装置的另一示意性实施例，该检测装置可包括细长功能构件，该细长功能构件可具有如图所示的基本上相对的功能表面。

图5示出了类似于图4的检测装置的实施例。

图6示意性地示出了检测装置，其具有在具有大致圆柱形横截面的功能构件的内腔以及外部流动的血液。

图7示意性地示出了作为检测装置的一部分的缠绕的功能构件，其具有位于线圈的绕圈之间的狭槽或其它空间，且附接到系绳线的近侧。

图8示意性地示出了图7的实施例，其中血液可以在线圈绕圈的内腔中、在线圈绕圈外、以及穿过线圈绕圈之间的狭槽或空间流动。

图9A-9R示出了流动系统的各种部件，其可包括一个或多个穿过其中的探针，以用于活体外收集患者样本。

具体实施方式

本发明的一些实施方案一般提供了改进的装置和方法，用于在活体外、离体或在活体内随时间检测和/或可逆地捕获来自体液的稀有细胞、分子、肿瘤标记物和其它生物材料。本发明的实施方案包括收集器装置，其配置成放置在活生物体内(或使用来自活生物体的样品在体外)一段时间，以提供来自任何体液的足够的生物标记物以用于分析。

在一些实施例中，功能表面具有第一基本上线性的构型，用于插入体腔，例如动脉或静脉。在与血液接触时(例如在高于室温的温度下)，可包括形状记忆材料的功能表面可以转变成第二基本上非线性的构型，例如盘绕构型，其可以有利地具有增大的表面积，以保留细胞或其它感兴趣的标记物。在一些实施例中，盘绕构型的轴向长度可以短于基本线性构型的轴向长度，类似于压缩和扩展弹簧的轴向长度。在活体内应用之后，所述线材可以反向旋转或通过温度变化到其原始形式，例如矩形线材形式。现在，可以对线材上的稀有细胞进行免疫染色荧光标记，并且可以在荧光显微镜或相关类型的读取器上在线材上或在线材下识别、定量化和计数目标细胞。随后的统计分析使评价者能够获得潜在的诊断信息。

在一些实施方案中，本文公开了活体内生物材料收集装置。该装置可包括例如功能构件，该功能构件包括近端、远端、第一表面和与第一表面相对的第二表面。所述功能构件可以配置成在体腔内配合。功能构件可包括配置成结合循环系统生物分子和细胞的结合元件。功能构件还可包括弯曲部分，其围绕装置的纵向轴线形成绕圈。该装置还可包括可操作地连接到螺旋形功能构件的近端的套环，该套环构造成将所述装置稳定地定位在体腔内。功能构件可具有各种横截面，例如包括圆形、非圆形、正方形或矩形横截面。该装置还可以包括可操作地连接到套环的过滤器，以根据细胞的大小分离细胞，它也可以改变血液流动。结合元件可包括融合蛋白、生物探针和/或合成材料探针。螺旋形功能构件可以耦合到导丝，导丝可以包括例如金属和/或聚合材料。

本文还公开了活体内生物材料收集装置。该装置可包括功能构件，该功能构件包括近端、远端、第一表面和与第一表面相对的第二表面。功能构件可以配置成在体腔内配合。功能构件可包括配置成结合循环系统生物分子和细胞的结合元件。功能构件还可包括弯曲部分，其围绕装置的纵向轴线形成绕圈。功能构件可以从第一弯曲构型变形为比第一构型更线性的第二构型。在一些实施例中，第二构型具有比第一构型更大的轴向长度。功能构件可包括形状记忆材料。通过暴露于体温，该装置可以从第二构型变换到第一构型。该装置还可包括可操作地连接到功能构件的远端的多个翼片。翼片可包括配置成用于过滤血液的孔。该装置还可包括可操作地连接到翼片的控制线。翼片可在第一径向压缩构型与第二径向扩展构型之间移动。功能构件可包括双官能带电荷载体。控制线可以至少部分地穿过功能构件上的一个或多个孔眼或孔。

在一些实施方案中，本申请中描述的装置、系统和方法通常用于随着时间检测和/或可逆地捕获来自活体内的体液(血液、csf(脑脊液)、骨髓、腹膜/胸膜腔、膀胱)的细胞、核酸、生物分子和其它生物材料。然后可以分析捕获的材料以用于科学或诊断目的。在一些实施方案中，本文描述的装置和方法可用于隐匿性癌细胞、感染或其它疾病标记物的早期检测。然而，它们也可用于检测、捕获或监测任何体液中的任何细胞类型或生物标记物。如下所述，本申请的装置和方法的一些实施方案提供了活体内收集装置，其允许从体液中更安全和更有效地检测和收集稀有细胞和生物材料。在一些实施方案中，所述装置也可以离体或在活体外使用。在一些实施方案中，所述活体内收集装置包括螺旋形、螺线形或圆锥形功能表面，其可增强从血液对细胞或生物标记物的结合，同时降低血栓形成的风险。不受理论限制，螺旋形或螺线形的血液流动可降低血管壁附近血小板的浓度，从而降低在血管内形成血栓的风险。如本文其它地方所公开的，通过利用扁平线材或其它表面可以协同地改善这种效果。在一些实施方案中，活体内收集装置包括在功能表面上的结合蛋白，其允许温和的细胞释放以及特异性结合和简单的工程。

图1示出了活体内收集装置的一个实施例，其显示为将位于静脉、动脉或另一体腔内。在该实施例中，该装置可具有一个、两个或更多个具有螺旋形或螺线形的功能表面100。在一些实施例中，螺旋形或螺线形由一种曲线限定，该曲线是一个围绕固定点旋转并且从该固定点开始不断增加距离的点的轨迹。在一些实施例中，功能表面可具有线圈形状。线圈的数量可以变化。线圈结构可以形成为线性或圆锥形。螺旋的数量和节距可以是可变的。在该装置的一些实施例中，功能表面的直径可在约0.3mm和约5mm之间变化。绕圈的数量可以随线圈的长度和节距而变化。在一些实施例中，线材的直径(或高度或宽度)可在约0.1mm和1.0mm之间变化。线材的厚度也可以在结构内改变，以便改变整个结构范围内的流体动力学。如果功能表面的形状是圆锥形的，则所述结构的长度可以在例如1cm和5cm之间变化。可以调节线圈节距以在绕圈之间获得可变的直径。在一些实施例中，功能表面可具有螺旋形、螺线形或圆锥形以外的形状。在一些实施方案中，检测区域涂覆有具有蛋白质排斥性质的生物相容性涂层。所述涂层可包括例如合成聚合物(例如聚羧酸盐刷结构)或天然聚合物(例如藻酸盐)，其形成水凝胶或刷状结构。

图2示出了收集装置的功能表面的一个实施例，其可包括形成为圆锥形的线圈210。与稀有细胞或其它生物标记物结合的检测分子205可以可操作地连接到所述线圈。在一些实施方案中，螺旋200的窄端定向在血液流动的方向上，这导致血液流动及其中可能是稀有的循环系统细胞(CTC(循环肿瘤细胞)、循环系统内皮细胞(CEC)、干细胞、来自器官的特定正常细胞)减速。

所述装置的功能表面的特征是可操作地连接到其表面105和110的检测生物分子。所述检测分子可以设计为结合稀有细胞、核酸、外泌体和/或其它生物标记物。检测分子可以是一种、两种或更多种类型。检测分子可以是抗体或其它蛋白质或核酸或所有的合成/天然的类似物质。

在一些实施例中，所述检测装置可具有伞状套环115，例如在装置的功能表面的近侧或远侧。套环115可以是径向可扩展的，并且可以允许将装置调整到血管或其它体腔的直径，以防止检测装置的迁移。在一些实施例中，检测装置可具有伞状筛120，其定位在例如套环的近侧或远侧。在一些实施例中，套环115具有如图所示的漏斗形状，具有从近端到远端逐渐减小的直径以引导流体接入所述筛120。套环115可具有中央内腔以允许流体从中流过。在一些实施例中，功能表面100在一些实施例中可以是线材，它可以在其近端可操作地连接到套环115，并且流体可以在围绕附件的一个或多个开口中流动到套环115。所述筛120可以在其近端可操作地连接到套环115的远端。在一些实施例中，筛120还可以用作与感兴趣材料结合的功能表面。在一些实施例中，筛120具有孔以允许流体穿过筛120，同时能够在筛120内捕获一些感兴趣的材料。

图3示出了检测装置300的另一示意性实施例，该检测装置300具有部分或完全地沿细长功能表面的轴向长度的矩形或正方形横截面。装置300还可以包括一个、两个或更多个腔，例如中央腔306，以允许血液流过，腔306的侧壁被功能表面302包围。在一些实施例中，血液也可以从功能表面302的外壁径向向外流动，且对标记物、细胞或其它材料的捕获可以沿着所述外壁以及在中央内腔中发生。还示出了系绳305，其具有一个、两个、三个或更多个远端叉形延伸部304，其可操作地连接到功能表面302的近端，如图所示。在一些实施例中，功能元件302的横截面宽度可以例如是约4mm，在约1mm至约10mm之间，在约2mm至约6mm之间，或在约3mm至约5mm之间，每个功能区域的壁的截面宽度例如为约1mm，在约0.1mm至约5mm之间，或在约0.5mm至约2mm之间。

一些实施方案涉及对现有活体内装置的改进。据发明人所知，许多现有装置的形状为圆形(圆形横截面)，如活检针。使用这些装置，可能很难直接进行免疫染色或可视化以在之后表征化所捕获的特定细胞。在一些方面，本文公开了在活体内检测器上成像目标成分。

在一些实施例中，一种装置包括“扁平的”医用线材，其配置为在扁平线材功能化之后，其可围绕所述线材的中心轴线和线材的长度旋转360度，如图3所示。在一些实施例中，线材不具有圆形横截面，而是在一些实施例中可以是卵形或椭圆形。在一些实施例中，“扁平”线材可以包括部分或完全沿着功能表面的长度的基本上正方形或矩形的横截面。在一些实施例中，所述线材可具有长度、宽度和厚度，其中宽度相对于在横向于线材的纵向轴线的选定横截面处的线材厚度的为约或至少约1.5x、2x、2.5x、3x、3.5x、4x、4.5x、5x、6x、7x、8x、9x、10x或更多倍(或在包含任何两个上述值的范围内)。在一些实施例中，所述线材是实心的/具有实心芯，即它不包括孔或中心内腔。绕圈数量(可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多圈)可以根据所需的临床结果和相对于给定的长度(例如每厘米的绕圈数)而变化；这可以允许适应不同的静脉血液流动速率，更多的绕圈可以意味着沿着所述医疗线材的减小的流速。在一些实施例中，取决于所需的临床结果，所述线材的第一尺寸例如宽度为，在约0.1mm和约5mm之间，在约0.25mm和约3mm之间，在约0.50mm和约3mm之间，在约0.50mm和约2mm之间，约0.50mm至约1.5mm之间，在约1mm至约2mm之间，在约0.60mm至约1.50mm之间，约0.60mm，0.70mm，0.80mm，0.90mm，1.00mm，1.10mm，1.20mm，1.30mm，1.40mm，1.50mm，或在包含任何两个上述值的其它范围内。在一些实施例中，所述线材的第二尺寸，例如厚度或高度，取决于所需的临床结果，在约0.05mm和约1mm之间，在约0.05mm和约0.5mm之间，在约0.05mm和约0.3mm之间，在约0.10mm和约0.30mm之间，或为约0.10mm，0.12mm，0.14mm，0.16mm，0.18mm，0.20mm，0.22mm，0.24mm，0.26mm，0.28mm，0.30mm，或在包含上述任何两个值的范围内。在一些实施方案中，所述线材的非限制性宽度和厚度尺寸的例子，对于活体内应用可以是约0.80mm×0.15mm，或者对于活体外流动系统应用，可以是1.32mm×0.18mm，尽管其它尺寸也是可行的，如上所述。

在一些实施例中，功能构件可包括形状记忆材料，例如镍钛诺(Nitinol)或形状记忆聚合物。形状记忆材料是智能材料，它们在外部刺激(触发)例如温度变化的感应下能够从变形状态(临时形状)返回到原始(永久)形状。NiTi形状记忆金属合金可以存在两种不同的温度依赖性晶体结构(相位)，称为马氏体(低温)和奥氏体(高温或母相)。奥氏体NiTi和马氏体NiTi的几种性质明显不同。当马氏体NiTi被加热时，它开始变成奥氏体。该现象开始的温度称为奥氏体开始温度(As)。该现象完成的温度称为奥氏体完成温度(Af)。当奥氏体NiTi冷却时，它开始变成马氏体。该现象开始的温度称为马氏体开始温度(Ms)。马氏体再次完全回复的温度称为马氏体完成温度(Mf)。在一些实施方案中，功能表面涂覆有一种、两种或更多种聚合物，其上可以附有一种、两种或更多种粘合剂。

在一些实施例中，如图3A和3B所示，探针330可包括一种线材，其在某些情况下可以是扁平线材。如图所示，探针330可包括多个扁平段380，这些扁平段380由绕圈部分381隔开，因为所述线材绕其自身扭转。在一些实施例中，扁平段380通常可平行于所述线材的纵向轴线383。在一些实施例中，所述探针具有的绕圈可在约1至约10个之间，在约1至约8个之间，在约1至约6个之间，在约2至约6个之间，在约3至约5个之间，约4个绕圈，或大约2、3、4、5、6、7、8、9或10个绕圈(所有的前述数量相对于所述线材的特定长度，例如在一些实施例中是指在大约每1cm的线材长度上)。在一些实施例中，整个探针、探针的整个功能区域或探针的一部分功能区域可以由扁平线材制成，其包括如本文所公开的多个绕圈。在一些实施例中，所述绕圈可以规则地和/或不规则地间隔开。图3A示意性地示出了在血管340内的探针330，其被配置为收集感兴趣的材料，例如循环肿瘤细胞。图3B示意性地示出了在尿液样本内的探针330，用于收集例如fDNA。所述收集可以发生在例如在膀胱内的探针中，例如留置的Foley导管，或发生在完全在膀胱外的探针中，例如在尿液样本容器中。

在一些实施例中，所述线材包括在每4cm长度的线材上在约12个和约20个之间的绕圈，例如在每4cm长度的线材上在约13个和约19个之间的绕圈，在每4cm长度的线材上在约14个和约18个之间的绕圈，在每4厘米长度的线材上在约15个和约17个之间的绕圈，或在每4cm长度的线材上约12、13、14、15、16、17、18、19或20个绕圈，或在包含任何两个上述值的范围中。

图3C示出了根据本发明的一些实施例的穿过图3A和3B的探针的线材330的一个扁平段的横截面，其中相对的第一功能表面351和第二功能表面352可以是平坦的或如前所述基本上平坦的，并且如图所示彼此平行或基本平行。如在一些实施例中所示的，所述线材的横向的第三表面353和第四表面354可以是直的或圆形的，以对感兴趣的体腔造成较小的创伤。在一些实施例中，横向的第三表面353和第四表面354可以是功能表面或非功能表面(例如不用作用于材料检测或收集的结合表面)。换句话说，在一些实施方案中，不是结合表面的功能表面的整个周边都用作感兴趣的材料的结合表面。

在一些实施方案中，所述结合表面可以配置有增大的表面积，以在探针上提供增大数量的结合位点，例如在Hoon等人的美国专利US8,084,246中所述的，其全部内容在此引入作为参考。所述表面积可以通过提供穿过至少一部分远端区域的增大的纵向长度、增大的直径或横截面来增大。另外或可替代地，所述至少一部分远端区域可包括多孔材料和/或微结构以增大表面积。在一些实施方案中，结合表面不包括增大的表面积(例如缺少孔和/或微结构)并且可以具有例如光滑的、不间断的和/或连续的表面。在一些实施方案中，该装置包括或不包括以下任何结构：螺旋形、螺线形、蜗形、波状、螺旋状、丝状、刷状、梳状、网状、多孔、海绵状或类似的结构。

实例1

在一些实施方案中，进行实验以确定不同数量的绕圈对活体外细胞结合的影响。人脐带内皮细胞(HUVEC)与在具有细胞培养基的流动系统中的抗CD146涂覆的探针(BMProbe02)结合。测试了绕圈数量对4cm长的1mm扁钢线材的影响。

首先，建立流动系统，包括细胞悬浮液、用于6个探针的支架和沿流动系统环路的蠕动泵，如图3D中示意性所示。在实验中流动速度为1cm/s。在实验1和2中，管(tubing)的直径为2mm。在实验3和4中，管直径为3mm。将细胞悬浮在含有FBS(胎牛血清)和添加剂的细胞培养基中。对于每次30分钟的运行，同时在流动系统中引入4根线材。对于所有实验，以随机方法测试实施线材，例如，在每次运行中混合具有不同绕圈的线材。

将HUVEC培养至90-100％的汇合。将它们在0.5X胰蛋白酶-EDTA中培育2分钟并从细胞培养瓶中取出。洗涤后，将它们用0.25μM CFDA在37℃下染色10分钟。将它们以7ml(2mm管)或9ml(3mm管)细胞培养基中悬浮至50,000个细胞/ml的浓度。

在流动系统中培育实施线材之后，计算每根线材的细胞数。

不受理论的限制，假设与探针结合的细胞或其它标记物的数量将随着线圈数量而增加，例如以线性方式。推测这与流动系统的流体特性和探针的形状有关。

然而，在实验中出乎意料且令人惊讶的是，具有在每4cm长度上16个绕组(每1cm长度上4个绕组)的探针显示出最高数量的结合细胞，与在相同的实验中的具有在每4cm长度上4个绕组(每1cm长度上1个绕组)和8个绕组(每1cm长度上2个绕组)的探针相比；具有在每4cm长度为20个绕组(每1cm长度上5个绕组)的线材没有显示出改进的细胞结合，并且实际上显示减少的细胞结合，与具有在每4cm长度上16个绕组的线材相比。来自所选实验的数据显示在下面的表1和2以及图3E-3H中。图3E是显示等级分布的实验2的结果的图形分析，而图3F是数据的箱线图。图3G是显示等级分布的实验3的结果的图形分析，而图3H是数据的箱线图。

表1：实验2的细胞计数的结果。

细胞计数	绕组
		740	4
1332	4
		1364	8
1456	4
		1624	4
1744	16
		1768	8
1784	16
		1896	8
1932	8
		2120	16
2484	16

表2：实验3的细胞计数的结果。

图4示出了检测装置400的另一示意性实施例，该检测装置400可包括细长的功能构件402，其可具有如图所示的大致相对的功能表面。功能构件402可具有如前所述的正方形、矩形或其它横截面。功能表面的远端可以支撑具有孔的筛404，以允许流体从中流过，以及与感兴趣的材料结合。筛404可包括多个翼片/延伸部406，其具有穿过其中的孔，例如2、3或4个延伸部，并且具有与功能构件402基本上正交或成其它角度的纵向轴线。在一些实施例中，筛404的表面也可用作功能表面。在一些实施例中，翼片406可以规则地或不规则地间隔开，例如在一些情况下间隔开60度、90度、120度或180度。在一些实施例中，翼片406的远端可以可操作地连接到一个或多个张紧构件408，其可以允许翼片406径向打开或者折回/闭合例如向近侧向后朝向功能构件402，并闭合以允许有利于移除装置400的减小的截面轮廓。张紧构件408可以沿着功能表面轴向地穿过孔410(如上图所示)、孔眼412(如下图所示)、通道或其它元件，穿过功能构件，或者在某些情况下用于增强控制。功能构件可包括一个、两个或更多个结合构件，例如双官能带电荷功能构件，如标号414示意性所示的。

图5示出了类似于图4的检测装置500的实施例，其中细长功能构件502的宽度可以相对于细长功能构件的厚度是至少约1.5x、2x、2.5x、3x、3.5x、4x、5x、6x、7x、8x、9x、10x或更多倍。细长功能构件的远端可以可操作地连接到如前所述的多个翼片，其可以通过张紧构件径向向外或向内移动，所述张紧构件可操作地连接到由操作者致动的控制器的近端。翼片504可以根据期望的临床结果形成各种形状，例如图示的十字形。

图6示意性地示出了检测装置600，其中血液在具有大致圆柱形横截面的功能构件的内腔以及外部流动。内腔的侧壁可以是截头圆锥形或另一种几何形状，具有在近侧的第一较宽直径，逐渐地或逐步地变窄至在远侧的第二较窄直径，如下图所示。

图7示意性地示出了作为检测装置700的一部分的线圈功能构件702，其具有在线圈的绕圈706之间的槽704或其它空间，所述绕圈附接到系绳线708的近侧。如前所述，线圈功能构件702可以包括形状记忆材料，其允许其在体腔内卷曲/扭曲/滚动(例如，通过暴露于体温、感应或以其它形式加热)并且当从身体移除时能够展开/解开/滚动。在一些实施例中，检测装置的移除可包括冷却功能构件以允许转变为相对伸直的构型(例如通过将诸如冷盐水的媒质注射到目标血管中、传导冷却等)。图8示意性地示出了图7的实施例，其中血液可以在线圈的绕组之间的内腔中、在其外部和穿过其间的槽和空间流动。在一些情况下，所述功能表面可以包括双官能带电荷载体，如前所述。

在一些实施例中，检测或收集装置可包括无创伤远端尖端，以避免切割或刺穿体腔，例如包括动脉或静脉的血管。在一些实施例中，无创伤尖端可以是倒圆的和/或钝的尖端。在某些情况下，这可以通过用刀片、激光等切割所述线材来提供所需的形状，例如在某些情况下是倒圆的，并且在另一步骤中，通过在酸中选择性蚀刻来去除所述线材的尖锐边缘。例如，所述切割可以是高效运行的全自动过程。蚀刻步骤也可以手动或自动进行。每根线材的尖端(例如在某些情况下约为或高达约3至约4mm)可以在浓酸(例如硫酸或硝酸)中放置所需的一段时间，例如几秒钟。在蚀刻所述线材的尖端之后，所述线材然后可以在诸如超洁净水的溶液中洗涤，以便停止该过程并从表面除去酸残余物。

以上所公开的装置的一些实施方案可用于包括一种或多种以下方法的方法中。包含功能表面的引导元件或线材可用于通过例如经皮途径或切除手术将所述结构插入解剖结构中，例如人的体腔或实体组织，例如动脉、静脉、淋巴管或其它体腔；或者插入输入端口的内腔中，例如插入在探针之前或与探针同时放置的静脉内导管中。探针可以完全插入期望的身体内腔中，或者在一些情况下部分地插入，其中所述功能表面完全在感兴趣的身体目标区域中，而探针的近端非功能区域可以保持在身体外部。在一些实施例中，所述线材可以包括近端手柄或轮毂(hub)，其可以保持在身体外部，同时将探针插入体腔中一段所需的时间段，例如是大约、至少大约、或不超过大约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、40、45、50、55、60、120、180、240、360分钟或更多分钟。探针可以保持在固定位置一段所需的时间段，或者在一些实施例中是移动的。然后，在一些实施例中，可以从体腔移除探针。在一些实施例中，探针从近侧手柄分离并且部分或完全保持在体腔内一段时间，然后用单独的取出工具取回。

在一些实施例中，作为一个非限制性示例，在使用探针之前，将18号线规(18gauge)的通管丝插入大肠静脉、头静脉或内肘静脉中，所有这些都位于手臂的肘窝中。将所述通管丝从外周静脉IV移除并丢弃。移除探针的帽，并将探针的连接器拧紧或者可拆卸地连接到所述IV。通过IV小心地将探针插入静脉，直到达到第二标记位置/位置。在这个位置，所述探针的功能区域将处于静脉中。可以在例如30-60分钟之后通过所述IV移除所述探针，之后可以移除所述IV。然后可以处理探针并将其发送用于分析。

尽管在某些情况下可以将所述探针描述为插入物，以临时将已有的接入端口或护套放置在心血管系统中以从血液中取回标记物，但在一些实施方案中也可以有更广泛的应用。现有的接入端口或护套包括但不限于Hickman导管、Portacath导管、外周插入的中心导管(PICC)线、股动脉、颈静脉或锁骨下中心静脉线、桡动脉导管和外周静脉线。此外，可以使用诸如经中隔穿刺和经颈静脉肝内穿刺的其它手术来分别进入其它身体部位，例如心脏动脉腔或门静脉。例如，所述探针可以适于直接进入目标部位，通常不需使用独特的管状接入导管，无论是与进入护套一起使用还是作为独立装置使用，本领域技术人员可以根据本申请的内容优化探针的尺寸以适合各种目标位点。例如，探针可用于从整个心血管系统的大小动脉和静脉以及其它体腔、潜在空间、中空器官和手术创建的通路获得样品。标记物(肿瘤和/或非肿瘤)的收集可以在血管、体腔或空腔中完成，例如淋巴系统、食道、气管、尿道、输尿管、输卵管、肠、结肠、胆管、椎管和可被柔性或刚性探针访问的任何其它位置，所述探针可能包含具有诊断价值的特定结合配偶体。在一些情况下，所述探针还可以适于直接前进穿过固体组织(例如软组织)或穿过骨头，以对感兴趣的结合配偶体或多个结合配偶体进行位点特异性监测。

在一些实施例中，引导元件可包括或涂覆有一层材料，其包括一种、两种或更多种金属、聚合物、玻璃或这些材料的组合。所述金属可以是例如镍钛诺、Elgiloy(埃尔吉洛伊合金)、不锈钢、铂、铂/铱、钨、金、银或其它材料。在一些实施例中，所述引导元件或线材的直径在0.1mm至1mm的范围内，并且引导线材的总长度为100mm至200mm。在一些实施方案中，所述线材可具有足够的柱强度以推进到所需的目标位置而没有不希望的弯曲或扭结。

在一些实施例中，锥形和/或线性功能表面(如果存在的话)可以焊接(如果它由金属构成)或模制(如果它由聚合物构成)到所述引导元件或线材。在一些实施例中，锥形结构直接由所述引导元件或线材形成。

术语“结合配偶体”，“结合剂”或“结合对元件”是指能够特异性结合其它分子(例如目标标记物)以形成结合复合物(例如抗体-抗原，凝集素-碳水化合物，核酸-核酸，生物素-抗生物素蛋白)的分子。在某些实施方案中，所述结合主要通过共价或非共价(例如离子、疏水等)相互作用介导。与待检测的目标标记物特异性结合的一个或多个结合配偶体可以固定在本发明的探针上的结合区中。所述结合配偶体可以基于待鉴定/定量化的目标标记物来选择。因此，例如，在目标标记物是核酸的情况下，结合配偶体优选是核酸或核酸结合蛋白。在目标标记物是蛋白质的情况下，结合配偶体优选是特异性结合该蛋白质的受体、配体或抗体。当目标标记物是糖或糖蛋白时，结合配偶体优选是凝集素，等等。本发明的装置可以包括几种不同类型的结合配偶体，例如，在同一装置中的多个不同序列的核酸和/或与蛋白质组合的核酸。后者将有利于例如同时监测mRNA和蛋白质水平的基因表达。本领域技术人员可以设想不同类型的结合配偶体的其它组合，并且这些组合在本发明的范围内。此外，结合配偶体可以与光敏染料组合以有利于对结合的CMC的评估。

在一些实施方案中，功能表面通过使用小的工程化融合蛋白以从体液中捕获细胞来解决需要用抗体作为结合剂的问题，所述体液包括对这些细胞上的标记具有特异性的非免疫球蛋白结合分子、接头(linker)、对固定支持物的附着物位点和用于从支持物温和释放细胞的蛋白酶切割位点，但不包含易于发生不希望的细胞相互作用的IgG-Fc部分。

在一些实施方案中，检测装置可以配置用于检测活体内稀有心血管细胞(心脏、肾脏或脑)，其可以具有涂覆有融合蛋白以用于分离和/或捕获生物受体分子的检测区域。

在一些实施例中，检测区域可包括包含结构B-L1-PCS-L2-C、C-L2-PCS-L1-B、B-PCS-L1-C或B-L1-PCS-C的区域，该区域可以与导丝偶联，其中B是非IgG结合分子，其能够结合诊断相关的目标，其中对所述目标的结合使得能够分离和/或捕获在它们的表面上表达所述目标的细胞，或者从体液分离和/或捕获分子；L1是第一个肽接头，用于使蛋白酶能够进入蛋白酶切割位点；PCS是蛋白酶切割位点，其中PCS的特异性切割消除了在偶联功能基团C和特异性结合蛋白B之间的共价键，并从固体支持物中释放所捕获的细胞或可溶性分子；L2是第二个肽接头，用于使蛋白酶能够进入蛋白酶切割位点；C是与固体支持物上的连接位点化学偶联的功能基团(moiety)。

在一些实施例中，所述导丝可包括金属或聚合物。

在一些实施例中，所述导丝和功能化结构的总长度在约100mm至约300mm之间。

在一些实施方案中，所述功能化结构的直径为约0.3mm至约3mm。

在一些实施例中，在收集过程之后所述探针/导丝的功能区域可以被分割(例如切割)成多个片段，例如2、3、4或更多个片段，使得这些片段可以受到不同的分析。例如在一些实施方案中，一个片段可用于基因组分析，另一个片段可用于免疫染色。在一些实施例中，所述功能区域可包括便于细分/分割/分离的特征部分，例如切除、撕开、穿孔线或其它类型的机械或其它分离部分(例如电解分离)。

在一些实施例中，可以将例如正方形的所需几何形状的标记印刷到探针的功能(例如平坦的)表面上，以允许对例如细胞或其它物质进行加速的自动化的基于图像的分析或其它分析。

在一些实施方案中，借助于流体(例如尿液)流动系统，可以在限定的流动条件下在探针上结合感兴趣的材料，例如cfNA。一个非限制性实例的设置被设计用于具有18mL或更多尿液的7个探针。根据所需的临床结果，可以减少或扩大所述流动系统。

用于探针的示例性流动系统的设置可包括任意数量的以下步骤：

·使用机架以增加系统高度，以避免不必要的硅胶管弯曲，并有利于稳定底座；

·将止动软管插入泵头，如图9A所示；

·将止动器软管的两端连接到Luer管连接器，如图9B所示；

·准备硅胶管-以下长度可用作非限制性实例：1x25cm；1x15cm；6x6cm；1x20cm；

·用硅管延伸/延长止动软管；(输入侧(右)：25cm；输出侧(左)：15cm)

·长端可用于从50mL试管中吸出细胞悬浮液，例如FALCON锥形离心管(ThermoFisher Scientific公司，位于美国Waltham，MA)-将该长端置于50mL FALCON中；

短硅胶管可以与三通阀结合使用，如图9C所示，具有3个位置；第一个位置1；与位置1成直角的第二个位置2；与位置2成直角、与位置1分开约180度的第三个位置3。位置1可用于在三通阀上固定硅管，如图9D所示。然后可以准备另外的三通阀。每个6cm硅胶管可以使用并在位置1连接到三通阀，如图9E所示。可以采取组件，并且可以在位置2处插入三通阀，如图9F所示。这可以对其它组件重复，如图9G所示。对于最后一个三通阀，可以使用硅胶管(例如长度约20cm)以连接到50mL FALCON管，如图9H所示。然后所有的三通阀可以通过注射止动器来关闭，如图9I所示，以形成闭环。

然后所述系统可以被阻断以避免非特异性结合相互作用，例如用于Western Blot(蛋白质印迹)、ELISA、IHC和/或核酸检测方法。阻断剂可以在免疫测定中使在膜和微板上的过量蛋白质结合位点饱和，以减少背景干扰。例如，可将20ml的3％BSA/PBS(磷酸盐缓冲盐水)置于50mL管中。可以以适当的速度启动所述泵。一旦整个系统充满阻断剂，就可以停止所述泵并在室温下培育一段适当的时间，例如在某些情况下约30分钟。可以检查所述系统是否存在气泡。存在的气泡可以在管上手动轻弹，以将气泡移动到管的末端。阻断后，流动系统可以清空。所述泵可以被激活，但是从50mL试管中取出呼吸硅胶管，这样就不会吸入更多的BSA，只吸入空气，这样系统很快就会被清空。

然后，在一些实施方案中，可以用待测样品重新填充系统，例如尿液样品。图9J示出的实施例包括针/套管、包含隔膜的止动器和探针。在一些实施方案中，探针优选包括止动器(例如黄色止动器)以关闭流动系统。然后可以按箭头所示的适当方向(例如从顶部到底部)将所述针推过注射止动器，如图9K所示。如图9L所示，探针可以如箭头所示沿相反方向(例如从底部到顶部)轻轻地滑过套管，直到达到适当的距离，例如在某些情况下，在探针的功能区域的末端之前约2cm，如图9M所示。优选要小心操作以避免套管接触或刮擦探针的功能区域。接下来，通过注射止动器的隔膜在适当的方向(例如从底部到顶部)轻轻地移除套管。

然后可以通过移除注射止动器来打开第一个三通阀，如图9O所示。然后可以小心地插入探针而不接触三通阀或硅管的留置表面/内径，如图9P所示。对于每个剩余的探针，可以重复这一过程，如图9R-9S所示。在一些情况下，探针的功能部分可以位于硅胶管(例如6cm硅胶管)的中间。当所有探针都插入系统时，可以开始施加时间。然后可以将系统培育适当的一段时间，例如约或至少约30、45、60、75、90、120分钟或更多分钟。

可以在与插入方向相同的方向上移除探针，注意避免与三通阀或硅胶管的内径/壁接触以避免刮擦。然后可将探针放入适当的容器如洗涤玻璃中，并将三通阀用其原始盖子关闭。可以对每个探针重复该过程。每个探针可以放在自己的洗涤玻璃中。然后可以在溶液中将每个探针洗涤适当的时间，例如在一些情况下洗涤两次，例如在一些实施方案中将探针轻轻浸入1x PBS中。

在一些实施方案中，融合蛋白可包括一种、两种或更多种特异性IgG或非IgG结合分子，其对感兴趣的目标分子具有特异性结合亲和力；和/或与诊断和/或治疗相关的目标结合，所述目标可包括肿瘤细胞表面目标或可溶性分子，例如EGFR、EpCam、Her2、MUC1、CD146、CD133、CD31、CD34、CD105、B7H1/2/H3/H4、神经节苷脂、HMW-MAA、PDL-1、PDGFR、IGFR、TGFR、MET、HER2/3、白细胞介素受体、粘附分子、Ig可变链、TCR或VEGFR1/VEGFR2；和/或对非IgG结合蛋白具有结合亲和力，例如遍在蛋白、突变蛋白(Affilin)、scFv、Darpin、Anticalin或Fynomer。

在一些实施方案中，融合蛋白可包括第一肽接头，其不能被存在于体液中的蛋白酶切割，是非免疫原性的，并且具有例如5-50个氨基酸(例如10-30个氨基酸)，所述氨基酸可以选自例如G、S、A和/或P。

在一些实施方案中，融合蛋白可以包括用于蛋白酶的蛋白酶切割位点，其在本发明的所述构建体中在用于捕获细胞的体液中不存在或不对其有效，所述体液可包括血液、尿液、唾液和/或脑脊髓液。

在一些实施方案中，融合蛋白可包括病毒蛋白酶切割位点，例如TEV蛋白酶切割位点。

在一些实施方案中，融合蛋白可以包括第二肽接头，其可以与肽接头1相同或不同，不能被存在于体液中的蛋白酶切割，是非免疫原性的，并且具有5-50个氨基酸(例如10-30个氨基酸))，所述氨基酸可以选自G、S、A和P。

在一些实施方案中，融合蛋白可包括偶联功能基团(moiety)，其可具有与固体支持物的化学基团形成共价键的反应性化学基团，例如亲电子基团、亲核基团、氧化还原活性基团、能够进行加成反应或环加成反应的基团、半胱氨酸、NHS、叠氮化物或马来酰亚胺。

在一些实施例中，引导元件可以至少部分地设计为线材，可以是至少部分弹性的，并且可以至少部分地设计为柔性医疗引导线。

在一些实施例中，引导元件可以至少部分地设计为螺纹并且可以至少部分地是柔性塑料线或导管。

在一些实施例中，引导元件可具有用于接收至少一个功能元件的接收部分。在一些实施例中，引导元件可具有远端和近端，并且在远端和近端之间，引导元件可具有适于接收至少一个功能元件的接收部分。在一些实施例中，探针可包括具有取决于期望的进入部位和远端的期望放置部位的长度的主体。例如，在所述区域中的长度为约1cm至约30cm、在约1cm至约20cm之间、在2cm至约20cm之间、在2cm至约10cm之间、或在5cm至约20cm之间，所述长度在需要导管沿着相对较短的管状进入护套向前推进的应用中是有用的。可以根据需要使用更长的长度，例如约为或至少为约120cm至约140cm的量级，其用于在股动脉处经皮进入以将远端放置在冠状动脉附近。根据血管进入部位，颅内应用可能需要不同的导管轴长度，这对于本领域技术人员来说是易于理解的。

在一些实施例中，引导元件至少部分地形成螺旋形。

在一些实施例中，引导元件在其外周边处至少部分地具有外螺纹。

在一些实施例中，引导元件具有远端和近端，所述远端可插入血管或体腔中。

在一些实施例中，引导元件具有远端和近端，其中远端被加厚。

在一些实施例中，引导元件具有远端和近端，其中近端连接到稳定元件。

在一些实施例中，引导元件拧入稳定元件的内螺纹中。

在一些实施例中，引导元件由金属和/或非金属材料制成。

在一些实施例中，引导元件在其远侧部分处具有配备有受体的功能检测区域。

在一些实施例中，引导元件与稳定元件连接，该稳定元件满足以下要求中的至少一个：稳定元件以这样的方式构造，使得其稳定引导元件的至少一部分；稳定元件由塑料或金属制成；稳定元件连接到引导元件的近端或近端部分；稳定元件可拆卸地连接到引导元件；稳定元件与引导元件均匀连接；稳定元件胶合或焊接到引导元件上；稳定元件至少部分是圆柱形的；稳定元件至少部分地设计为套筒；稳定元件至少部分地具有内螺纹；稳定元件至少部分地被推入、插入或拧到引导元件的近端部分上。

体液中存在多种细胞类型、分子、肿瘤和生物标记物。然而，通常不可能以足够的量获得它们以用于分析，因为它们以非常低的浓度存在。对于诊断、预后和科学研究目的，这些稀有细胞和其它生物分子令人具有高度的兴趣，因为它们可以作为疾病进展和诊断的生物标记物。例如，全球死亡的主要原因之一是癌症。乳腺癌、结肠癌、前列腺癌、胃癌、肝癌、黑色素瘤和肺癌是全世界和美国最常见的癌症形式。具有在疾病过程早期检测癌症发展的能力将对人群的健康产生重大影响。

活肿瘤细胞和分子的早期传播被认为是癌症进展的标记。随着肿瘤的生长，恶性细胞可能从其初始位置扩散到活体内的远处。这些恶性细胞通过血液或淋巴等体液行进。如果可以在疾病过程的早期检测到癌细胞(例如循环肿瘤细胞(CTC))，则可以更早且更有效地诊断和治疗癌症和疾病复发。还可以定期测量体液中的生物标记物以监测疾病进展。然而，由于肿瘤和其它疾病生物标记物通常以低浓度存在，它们不能通过常规富集方法有效回收，以通过临床化学、病理学或细胞学的既定诊断方法进行分析，而对于成像技术，肿瘤必须具有的足够大的大小以被检测到。结果，患者的疾病在被检测到之前可能会保持在亚临床水平多年。需要新的方法来实现隐匿性癌细胞的早期检测，这可以导致早期诊断、更积极的治疗和改善的临床结果。其它形式的血液生物标记物是循环无癌细胞的核酸(例如DNA、RNA、microRNA)。

从肿瘤细胞和正常细胞释放的外泌体也可在体液中以循环形式检测到。外泌体(Exosomes)是30至200nm、由大多数类型的细胞(包括肿瘤细胞)释放的膜结合的囊泡。外泌体含有多种生物活性分子，包括肿瘤标记肽、microRNA、细胞表面肿瘤抗原、mRNA和DNA。在癌症中，肿瘤细胞异常地分泌大量外泌体以运输旁分泌信号或促进在远处位点的肿瘤-环境相互作用。检测和分离可能是有问题的，由此使用活体内捕获装置可以捕获和允许比限制了被分离的外泌体类型的传统血管采集和离心分离技术更多的外泌体。

本发明的一些实施方案的其它应用包括感染疾病病原体(病毒、真菌、细菌、寄生虫等)的收集。一个潜在的主要应用是诊断。其它应用包括在治疗期间监测患者，或在临床治愈后监测复发。在某些情况下，对于与患有病原性感染性疾病的患者有接触或暴露于存在病原体的环境中的各个个体而言，对它们的诊断可能很重要。评估传染病病原体的方法可以应用于人类和动物。后者在人类消费食物链中使用的大型动物(4腿)牲畜中非常重要。在早期阶段鉴定病原体病毒感染可能是一种非常具有成本效益的治疗策略。目前常规的血管<10ml评估限制了对体液中低水平病原体的早期检测。在早期鉴定一些受感染的动物可以防止“群体效应”。

用于鉴定脓毒症患者的诊断方法的实例通常基于病原体检测或使用生物标记物评估宿主反应。用于诊断大多数细菌感染(包括脓毒症)的主要和事实上的“黄金标准”是致病病原体的微生物生长、然后进行分类学鉴定。然而，基于培养物的方法受到多种限制：(1)阳性结果通常需要≥24小时；(2)在临床证实的脓毒症病例中，只有约1/3的血液培养物产生阳性培养物，而来自包括血液在内的任何位点的所有培养物中约2/3产生阳性培养物，因此，阴性培养结果不能被明确解释；(3)如果患者已服用抗生素，则阳性培养的可能性降低；(4)污染物产生的假阳性使解释混淆；(5)阳性血液培养物可由缺乏严重炎症反应的短暂菌血症引起；(6)早期对稀有的循环病原体进行评估，以获得足够的量用于下游分析；(7)获得足够量的病原体，以获得足够的病原体样本以进行多重检测鉴定。因此，上述方法本身对于诊断脓毒症具有不足的敏感性、特异性和预测价值。

全身性炎症是具有感染阳性(例如脓毒症)或感染阴性起源的全身反应。早期和准确区分这两种病因可能很重要，因为这可能对重症患者具有重要的治疗意义。在最早阶段的快速诊断可以是治疗有效的，因此本发明的一些实施方案可以在病原体感染的最早潜在阶段识别而不需吸取任何显著量的血液。如果可以在疾病过程的早期检测到细菌DNA，这可以(1)确定哪些患有全身性炎症的患者有脓毒症，(2)对独立的患者队列是强韧的，(3)对疾病严重程度不敏感，以及(4)提供了诊断工具。

对病毒性疾病的类似方法可能是非常有利的，如果它可以在血液的非常早期阶段发现；因此治疗更有效。例子包括罕见HIV、肝炎病毒、登革热病毒、流感病毒、轮状病毒、Lhassa、汉坦病毒、EBOLA病毒和其它危险病毒。罕见存在病毒的早期检测对于即时治疗的诊断和激活非常重要。这将为评估高风险患者节省发病率和医疗保健成本。在一些实施方案中还有利的是用足够的病毒病原体诊断病毒感染以评估感染。鉴定和收集患有肺炎症状的患者，需要确定所述症状是细菌感染还是病毒感染。通常问题是在完全感染发生之前有足够的血样以用于快速进行下游鉴定测定。即时治疗的快速决定可能是有价值的，不管是抗生素治疗还是靶向病毒治疗。

内皮祖细胞(EPC)是能够分化成内皮谱系的一组异质细胞群。越来越多的证据表明，EPC的功能障碍与许多心血管疾病的发展密切相关，如高血压、高脂血症、冠心病和中风。众所周知，血管内皮功能障碍与高血压的发展密切相关。使内皮功能障碍导致高血压的因素非常复杂，但EPC数量和功能的降低被认为在这方面起关键作用。在具有原发性高血压或自发性高血压大鼠(SHR)的患者中，循环EPC的数量显著减少。

对急性胸痛的评估是频繁、耗时的临床挑战。大约30％的病例涉及急性冠状动脉综合征(ACS)。对患者的早期诊断和适当治疗是避免严重并发症和死亡的关键。在ECG和临床数据的基础上，许多非ST段抬高的ACS被遗漏。据估计，急诊室中10％的ACS患者被错误地出院，使他们发展为ST段抬高心肌梗死或死亡的风险增加。

已经提出了各种心肌细胞坏死的实验室标记物来辅助诊断和治疗决策。这些生物标记物包括肌肉带的肌酸磷酸激酶(CPK-MB)和用于心肌坏死的肌钙蛋白、用于左心室超负荷的脑利钠肽和用于炎症的C-反应蛋白(CRP)；然而，这些标记物有几个缺点。脑利钠肽和CRP的诊断特异性低。许多非ST段抬高的ACS患者的肌钙蛋白水平仍然较低，一些高危患者的初步发现可能为阴性，具体取决于取样时间、检测灵敏度、标记物释放和清除动力学。这些问题可能会延误正确的诊断和护理。非ST段抬高ACS的特异性和早期标记物的可用性，其水平在肌钙蛋白升高之前或没有升高时升高，可能有助于诊断和改善治疗决策。ACS通常导致冠状动脉斑块破裂或内皮破坏侵蚀。测量从受损内皮脱落的循环内皮细胞(CEC)可以提供一种简单、无创的方法来改善目前的诊断策略。

尽管CEC计数在正常个体中是非常低的，但已在多种血管疾病中记录了升高的计数。在患有ACS的患者中可以检测到增加的CEC水平，并且在患有努力性心绞痛或非冠状动脉胸痛的受试者中可以检测到低CEC数值。CEC的升高可以识别具有最初正常肌钙蛋白水平的ACS患者亚组。因此，从外周血中分离CEC可以是非ST段抬高ACS的早期、特异性、独立的诊断标记物。CEC还评估了神经中枢和肾脏疾病的损害评估。

其它应用包括以DNA、mRNA、组蛋白结合的DNA和microRNA的形式检测循环游离核酸(cfNA)。检测这些癌症特异性或传染性疾病相关的cfNA将允许早期检测、监测正在治疗或未治疗的患者、鉴定癌症或病原体中的基因型变化。可以通过探针技术检测cfNA，例如肽核酸(PNA)，BNA、LNA、XNA用于DNA和RNA杂交、或相关类型的DNA或肽类似物探针或抗体。PNA或相关合成(LNA、BNA、XNA、核酸适体(aptamer))探针的合成是灵活的，并且将手性单元的沿着分子主链的碳链掺入为官能团和固体表面附着提供了独特的分子构型。与常规DNA-DNA双链体杂交相比，根据Watson-Crick碱基配对规则从PNA-DNA互补双链体结合到收集装置的PNA探针具有更高的亲和力和序列选择性。

在一些实施方案中，还可以使用本文公开的系统和方法检测核小体(nuclesomes)。核小体是染色质结构的基本单元，由八个高度保守(conserved)的核心组蛋白的蛋白质复合物组成(包含每个组蛋白H2A、H2B、H3和H4中的一对)。在这个复合体周围缠绕着大约146个碱基对的DNA。另一种组蛋白H1或H5用作接头并参与染色质压缩。组蛋白甲基化或乙酰化的状态可以在分离时进行评估，以确定与正常情况相比的疾病相关变化。DNA被缠绕在连续的核小体中，该结构通常被认为类似于“一串珠子”，这形成了开放或常染色质的基本结构。在压实的或异染色质中，该珠串被盘绕并超级卷绕成封闭且复杂的结构。

目前存在从体液中捕获转移细胞(CTC)和其它生物标记物的方法。例如，可以使用市售的顺磁性纳米颗粒和/或密度梯度离心来从患者的血液样品中富集特定细胞，尤其是CTC。这些商业方法之一是其中通过顺磁性纳米颗粒从7.5ml血液中富集诸如CTC的细胞的测试，这使得能够观察疾病过程。然而，细胞只能以非常有限的量收集，其可能不足以进行分析。此外，纳米颗粒可以不可逆地穿透或结合细胞，从而污染样品并影响收集后的诊断步骤。

或者，针对特定细胞表面标记物的抗体可以共价或以其它方式偶联至用作捕获装置的固体支持物。抗体是大的复杂分子，其可以通过不同类型的化学物质共价连接到结合表面如珠子上。大多数情况下执行基于赖氨酸的偶联，这导致非特异的和多个附着位点。不可能通过非特异的蛋白酶切割抗体，因为这会损害感兴趣的待捕获的目标细胞。另外，通过这种方法捕获的细胞紧密地结合捕获装置的固体支持物，例如(磁性)珠、泡沫、线材、聚合物等。由于多种结合蛋白与细胞的紧密结合，不可能使细胞温和释放以用于进一步分析(例如二维读出系统中的光学分析)或增殖。此外，抗体的恒定部分可以参与细胞接触，而不依赖于针对特定细胞表面标记物的可变结构域的特异性，并且可以导致捕获不需要的细胞，从而降低细胞捕获的特异性。抗体的工程化和表达也可能是麻烦且困难的。

在一些实施方案中，如本文所公开的检测和/或收集系统可包括任何数量的以下特征：

包括功能构件的线材，所述功能构件包括近端、远端、第一平坦表面和与所述第一表面相对的第二平坦表面，所述功能构件配置成在体腔内配合，其中所述功能构件包括被配置成结合感兴趣的循环系统生物材料的结合元件，其中功能构件包括围绕装置的纵向轴线形成绕圈的弯曲部分；

所述线材包括在线材的每1cm长度上约3个至约5个绕圈；

所述线材包括在线材的每1cm长度上约4个绕圈；

所述线材包括金属；

所述金属包括不锈钢；

所述金属包括镍钛诺；

近端手柄，其不包括结合元件；

无创伤远端；

所述功能构件包括第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面均与所述第一表面和所述第二表面相邻；

第三表面和第四表面是平坦表面，或者是不平坦表面；

第三表面和第四表面不包括结合元件；

套环，其可操作地连接到功能构件的近端，所述套环构造成将所述装置稳定地定位在体腔内；

所述功能构件具有非圆形、正方形和/或矩形横截面；

过滤器，可操作地连接到所述套环以根据细胞的尺寸分离细胞，它还可以改变血液流动；

结合元件，包括融合蛋白以及生物探针或合成材料探针；

所述功能构件耦合到导丝；

所述功能构件可从第一弯曲构型变换为比第一构型更线性的第二构型；

所述第二构型具有比第一构型更大的轴向长度；

通过暴露于体温，所述装置的至少一部分可从第二构型变形为第一构型；

多个翼片，可操作地连接到功能构件的远端；

所述翼片包括构造用于过滤血液的孔；

控制线，可操作地连接到所述翼片；

所述翼片可在第一径向压缩构型与第二径向扩展构型之间移动；

所述功能构件包括双官能带电荷载体；

控制线至少部分地穿过功能构件上的一个或多个孔眼；和/或

控制线至少部分地穿过功能构件上的一个或多个孔；

功能表面/结合表面不包括增大的表面积(例如没有孔和/或微结构)；

功能表面/结合表面包括光滑的、不间断的和/或连续的表面；

探针和/或线材段包括或不包括以下任何结构：螺旋形、螺线形、蜗形、波状、螺旋状、丝状、刷状、梳状、网状、多孔、海绵状或类似结构。

根据上述教导，各种其它修改、改编和替代设计当然是可能的。因此，应该理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以不同于本说明书具体描述的方式实施。预期可以进行上面公开的实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然落入一个或多个所述发明内。此外，本说明书中与实施例相关的任何特定特征、方面、方法、属性、特性、质量、性质、元件等的公开内容可以用于本文阐述的所有其它实施例中。因此，应该理解的是，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或替换，以便形成所公开的发明的变化模式。因此，本文的意图是所公开的本发明的范围不应受上述具体公开的实施方案的限制。此外，尽管本发明易于进行各种修改和替换形式，但是其具体示例已在附图中示出并在本文中详细描述。然而，应该理解，本发明不限于所公开的特定形式或方法，相反，本发明将覆盖落入各种所描述的实施例和所附权利要求的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。本文公开的任何方法不需要按照所述顺序进行。本文公开的方法包括从业者采取的某些动作；但是，它们也可以明确地或暗示地包括对这些行为的任何第三方指示。例如，诸如“在活体内随时间检测和/或可逆地捕获体液中的细胞、分子和其它生物材料”的动作包括“指示在活体内随时间检测和/或可逆地捕获体液中的细胞、分子和其它生物材料”。本文所公开的范围还包括它们的任何和所有重叠、子范围及其组合。诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”、“在...之间”等表述包括所述的数字。在这里使用的诸如“大约”、“大约”和“基本上”之类的术语此之前的数字包括所引用的数字(例如大约10％＝10％)，并且还表示接近于所述数量的量，其仍然可以执行的期望的功能或实现期望的结果。例如，术语“大约”、“大约”和“基本上”可以指在所述数量的小于10％之内、小于5％之内、小于1％之内、小于0.1％之内以及小于0.01％之内的量。

Claims (31)

1.一种生物材料收集装置，包括：

包含功能构件的线材，所述功能构件包括近端、远端、第一平坦表面和与所述第一表面相对的第二平坦表面，所述功能构件配置成在体腔内配合，其中所述功能构件包括被配置为结合感兴趣的循环系统生物材料的结合元件，其中所述功能构件包括弯曲部分，所述弯曲部分围绕所述装置的纵向轴线形成绕圈。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述线材包括在所述线材的每1cm长度上约3圈至约5圈绕圈。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述线材包括在所述线材的每1cm长度上约4圈绕圈。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述线材包括金属。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述金属包括不锈钢。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述金属包括镍钛诺。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括近端手柄，所述近端手柄不包括结合元件。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述线材包括无创伤远端。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述功能构件包括第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面均与所述第一表面和所述第二表面相邻，其中所述第三表面和所述第四表面是平坦表面。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述功能构件包括第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面均与所述第一表面和所述第二表面相邻，其中所述第三表面和所述第四表面是不平坦表面。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述功能构件包括第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面均与所述第一表面和所述第二表面相邻，其中所述第三表面和所述第四表面不包括结合元件。

12.一种活体内生物材料收集装置，包括：

功能构件，包括近端、远端、第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述功能构件配置成在体腔内配合，其中所述功能构件包括配置成结合感兴趣的循环系统生物材料的结合元件，其中所述功能构件包括弯曲部分，所述弯曲部分围绕所述装置的纵向轴线形成绕圈；和

可操作地连接到螺旋形功能构件的近端的套环，所述套环配置成将所述装置稳定地定位在体腔内。

13.根据权利要求12所述的活体内生物材料收集装置，其中所述功能构件具有非圆形横截面。

14.根据权利要求13所述的活体内生物材料收集装置，其中所述功能构件具有正方形或矩形横截面。

15.根据权利要求12所述的活体内生物材料收集装置，还包括过滤器，所述过滤器可操作地连接到所述套环以根据细胞的尺寸分离细胞，其中所述过滤器配置成改变血液流动。

16.根据权利要求12所述的活体内生物材料收集装置，其中所述结合元件包括融合蛋白、生物探针或合成材料探针。

17.根据权利要求12所述的活体内生物材料收集装置，其中所述螺旋形功能构件耦合到导丝。

18.根据权利要求17所述的活体内生物材料收集装置，其中所述导丝包括金属材料。

19.根据权利要求17所述的活体内生物材料收集装置，其中所述导丝包括聚合物材料。

20.一种活体内生物材料收集装置，包括：

功能构件，包括近端、远端、第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述功能构件构造成在体腔内配合，其中所述功能构件包括配置成结合循环系统生物分子和细胞的结合元件，其中所述功能构件包括围绕装置的纵向轴线形成绕圈的弯曲部分，其中所述功能构件是从第一弯曲构型到比第一构型更线性的第二构型可变形的。

21.根据权利要求20所述的装置，其中所述第二构型具有比所述第一构型更大的轴向长度。

22.根据权利要求20所述的装置，其中所述功能构件包括形状记忆材料。

23.根据权利要求20所述的装置，其中所述装置是经由暴露于体温而从所述第二构型到所述第一构型可变形的。

24.根据权利要求20所述的装置，还包括多个翼片，所述翼片可操作地连接到所述功能构件的远端。

25.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述翼片包括配置成过滤血液的孔。

26.根据权利要求25所述的装置，还包括可操作地连接到所述翼片的控制线。

27.根据权利要求24所述的装置，其中所述翼片是在第一径向压缩构型与第二径向扩展构型之间可移动的。

28.根据权利要求20所述的装置，其中所述功能构件包括双官能带电荷载体。

29.根据权利要求26所述的装置，其中所述控制线至少部分地穿过所述功能构件上的一个或多个孔眼。

30.根据权利要求26所述的装置，其中所述控制线至少部分地穿过所述功能构件上的一个或多个孔。

31.一种用于收集与疾病相关的标记物的方法，包括：

提供包括线材的探针，所述线材包括功能构件，所述功能构件包括近端、远端、第一平坦表面和与所述第一表面相对的第二平坦表面，其中所述功能构件包括被配置为结合感兴趣的循环系统生物材料的结合元件，其中所述功能构件包括围绕所述装置的纵向轴线形成绕圈的弯曲部分，其中所述结合元件具有附于其上的用于结合标记物的至少一个结合配偶体，并且其中结合表面配置成在将标记物与结合配偶体结合时将标记物固定到结合表面上；

将探针的至少一部分定位在活的生物体的解剖结构中；

将所述探针保持在基本上固定的位置；和

从所述活的生物体中取出所述探针。