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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Aufnehmen und Testen einer Probe zum Detektieren eines Analyts
in der Probe, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, durch
immundiagnostisches Testen. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufnahme-
und Testsystems ist insbesondere zum Feststellen des Gesundheitszustands
eines Menschen oder Tieres oder einer Pflanze oder einer anderen
Lebensform oder des Zustands der Umwelt eines geografischen oder
industriellen Gebiets durch Feststellen des Vorhandenseins oder
Nichtvorhandenseins eines Analyts in einer Probe geeignet. Die Ausführungsform
ist zwar zum unmittelbaren Anwenden der Probe und Durchführen des
Tests geeignet, ist jedoch insbesondere in Fällen anwendbar, in denen die
Probe an einer Stelle aufgenommen wird und der Test an einer anderen
Stelle durchgeführt
wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Vielzahl von Diagnosevorrichtungen zum Detektieren eines
zu bestimmenden Analyts in einer Probe entwickelt worden. Bei diesen
Vorrichtungen, bei denen die Probenaufnahme- und -testfunktionen
nicht miteinander verbunden sind, stellt das Übertragen der aufgenommenen
Probe zu der Testvorrichtung eine mögliche Fehlerquelle dar. Bei diesen
Vorrichtungen, bei denen die Probenaufnahme- und Testfunktionen
miteinander verbunden sind, sind die Vorrichtungen in ihrer Gesamtheit
für das Detektieren
eines speziellen Analyts zweckbestimmt und nicht leicht an eine
großen
Bereich der Analytdetektierung anpassbar.
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Bei
säugenden
Wesen (z. B. Menschen) enthalten Proben, die unter Verwendung der
erfindungsgemäßen Testvorrichtung
analysiert werden sollen, biologische Fluide (z. B. Blut, Urin,
Samen, Speichel etc.) oder Exkremente. Solche biologischen Fluide können eine
Vielzahl von Analyten enthalten, deren Vorhandensein einen speziellen
Krankheitszustand anzeigen kann. Die Verwendung des Erfindungsgegenstandes
zum Detektieren von Krankheitszuständen bei Menschen ist von grundlegender
Bedeutung. Zusätzlich
zu der Anwendung in Zusammenhang mit der Diagnose von ernsten Krankheitszuständen ist die
vorliegende Erfindung jedoch auch in einer Vielzahl anderer Zusammenhänge anwendbar.
Anwendungen in Zusammenhang mit der Analyse von Mikroben, Pflanzen,
Tieren, Nahrungsmitteln und Wasser sind möglich.
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Beispielsweise
können
Grundwasserproben auf das Vorhandensein von Kontaminationsstoffen, wie
z. B. Atrazin, hin analysiert werden. Nahrungsmittel, wie z. B.
Rinderhackfleisch, können
auf das Kontaminiertsein durch Bakterien, wie z. B. E. coli, hin analysiert
werden. Im Pflanzenreich kann die vorliegende Erfindung für die Analyse
von beispielsweise Pollen, Sporen und Pflanzengefäßfluiden
verwendet werden. Allgemein gesagt besteht die einzige Anforderung
hinsichtlich des Detektierens unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
darin, dass der zu bestimmende Analyt in einer wässrigen Lösung löslich ist oder in dieser schweben
kann.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die unter anderem
zum Detektieren eines in einer wässrigen
Lösung
löslichen
oder schwebenden Analyts, das beispielsweise anhand der immunologischen
und/oder chemischen Eigenschaften detektierbar ist, geeignet ist.
Ein Beispiel für
einen anhand seiner immunologischen Eigenschaften detektierbaren
Analyts umfasst, ist jedoch nicht beschränkt auf, ein mit dem Immunsystem
interagierendes Molekül, wie
z. B. ein Antigen, Hapten, Immunglobulin oder ein aus T-Zellen abgeleitetes
Antigen bindendes Molekül.
Ein Beispiel für
einen anhand der chemischen Eigenschafen detektierbares Analyt umfasst
ein Enzym, einen Kataly sator oder einen Ligand. Somit ist bei der
Detektierung von okkultem Magen-Darm-Bluten
zum Untersuchen auf kolorektalen Krebs unter Anwendung des Tests
auf okkultes Blut in den Fäkalien
(FOB) die erfindungsgemäße Vorrichtung
entweder für
das auf Guajak basierende Testen oder immunologische Testen anwendbar.
Die bevorzugte Form des immunologischen Tests ist die Immunchromatographie.
Diese Ausführungsform
ist im wesentlichen in den US-Patenten Nr. 5,591,645 und 5,622,871
beschrieben.
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Vor
der detaillierten Beschreibung der Erfindung wird zur Erläuterung
bestimmter Prinzipien ein kurzer Überblick über den immunchromatographischen
Prozess gegeben. Zum Detektieren eines zu bestimmenden Analyts unter
Anwendung der Immunchromatographie können zwei Bindereagenzien, die
sich spezifisch und nicht konkurrierend mit dem zu bestimmenden
Analyt verbinden, verwendet werden. Ein erstes spezifisches Bindereagenz
ist markiert und kann frei migrieren. Wenn das erste spezifische
Bindereagenz in eine auf das Vorhandensein des zu bestimmenden Analyts
zu testende Probe eingegeben ist, verbindet es sich mit dem zu bestimmenden
Analyt, wenn dieses vorhanden ist. Das zweite spezifische Bindereagenz
ist in einer Detektierzone auf einem flüssigkeitsleitenden, in der
Feststoffphase befindlichen Material immobilisiert, wobei die Detektierzone
von dem Ort des Anfangskontakts zwischen dem ersten Bindereagenz
und dem zu bestimmenden Analyts entfernt und stromabwärts von diesem
angeordnet ist. Eine das bewegliche erste Bindereagenz, das mit
dem zu bestimmenden Analyt (falls vorhanden) einen Komplex bildet,
transportierende Lösungsmittelfront
migriert entlang dem flüssigkeitsleitenden,
in der Feststoffphase befindlichen Material durch die Detektierzone.
Wenn der Analyt in der Probe vorhanden ist, bindet das immobilisierte zweite
Bindereagenz den Analyt und bildet dadurch einen immobilisierten
Sandwich-Komplex,
der das erste spezifische Bindereagenz (das markiert ist), den zu
bestimmenden Analyt und das zweite spezifische Bindereagenz (das
immobilisiert ist) aufweist. Das Detektieren der in der Detektierzone
immobilisierten Markierung zeigt das Vorhandensein des zu bestimmenden
Analyts in der Probe an. Bei den meisten Ausführungsformen handelt es sich
bei den ersten und zweiten spezifischen Bindereagenzien entweder
um polyklonale oder monoklonale Antikörper.
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Zahlreiche
zu Diagnosezwecken durchgeführte
Tests und Untersuchungen umfassen die Verwendung von Proben, die
vor Ort aufgenommen und dann entweder sofort getestet oder zur späteren Durchführung des
Tests zu einer zentralen Einrichtung zurückgeschickt werden. Solche
Proben können Blut,
Serum, Speichel, Milch, Fäkalien,
Urin oder andere Materialien biologischen Ursprungs oder aus der
Unwelt aufgenommene Proben, wie z. B. Wasser, das auf Nährstoffe
oder Schmutzstoffe hin analysiert wird, umfassen.
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Beispielsweise
können
im medizinischen Bereich eine oder mehrere Proben dem Körper eines Patienten
in der Arztpraxis entnommen und dann zwecks anschließenden Testens
auf einen oder mehrere Analyte hin zu einem pathologischen Labor
geschickt werden. Blut wird typischerweise durch Venenpunktierung
mittels einer speziell ausgebildeten Nadel und eines Blutsammelröhrchens
(z. B. Vacutainer, Becton Dickinson) entnommen. Für das Entnehmen
von Blut durch Venenpunktierung sind ausgebildetes Personal, das
Bereitstellen von geeigneten Einrichtungen und Ausrüstungen,
gekühlte
Transport- und Lagereinrichtungen und schließlich eine Einrichtung zur
akkuraten Probenentnahme, Aufbereitung (z. B. Serum- oder Plasmatrennung)
und Ausgabe des Bluts/Plasmas/Serums in eine Test- oder Untersuchungsausrüstung nötig. In
vielen Fällen
wird das Blut nur für
einen Test verwendet und es reicht, wenn eine effektive Aufnahmeeinrichtung
zur Verfügung
steht, das Blut aus, das durch Stechen in den Finger entnommen wird.
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In
letzter Zeit ist ein bemerkenswerter Anstieg bei der Anwendung des "Point of Care"- (POC-) Tests unter
Verwendung schneller, selbstentwickelnder Testsysteme, die in einfachen,
für einmaligen
Gebrauch vorgesehenen Einweg-Testvorrichtungen
verpackt sind, beobachtet worden. Solche POC-Tests umfassen Untersuchungen
hinsichtlich Zuckerüberwachung,
Schwangerschaft und Infektionen, wie z. B. Streptokokkeninfektion
des Rachens und Chlamy dieninfektion des Genitaltrakts. Viele dieser
Tests sind jedoch dahingehend eingeschränkt, dass der Test unmittelbar
am Testort durchgeführt
werden muss, da die Tests derart konzipiert sind, dass durch die
Zugabe der Probe der Test initiiert wird. Ferner umfassen diese
Tests normalerweise kein Probenaufnahmesystem, sondern die Probe
wird zum Testzeitpunkt entnommen oder ist andernfalls in einem separaten
Aufnahmegefäß enthalten,
wie z. B. in einen Vacutainer, wie oben beschrieben.
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Bei
vielen Testsystemen ist es wünschenswert,
dass die zu testende Probe an einer Stelle entnommen wird und der
Test anschließend
an einer anderen Stelle durchgeführt
wird. In solchen Fällen
ist es wünschenswert,
dass eine einfache, kostengünstige
und sichere Einrichtung zum Schaffen dieser Testoption zur Verfügung steht,
vorzugsweise ein einstückig
ausgebildetes Aufnahme- und Testsystem.
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Idealerweise
umfassen die Voraussetzungen für
ein solches integriertes Aufnahme- und Testsystem:
- – generisches
Design, das heißt
eine Basisform für
sämtliche
Testanwendungen;
- – einfache,
akkurate und repräsentative
Probenentnahme, die minimale Fertigkeiten und Ausrüstungen
zum Aufnehmen der Probe erforderlich macht;
- – sichere,
stabile und kostengünstige
Lagerung der Probe;
- – effektive
Rekonstitution und/oder Transport der Probe zu der Testeinrichtung
zwecks Durchführung
des Tests; und
- – kosteneffektive Übermittlung
des Testergebnisses.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Testform
zu schaffen, mit der diese Anforderungen erfüllt werden und die zum Liefern
der Proben entweder zum sofortigen oder späteren Testen geeignet ist.
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ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Bei
einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum
Aufnehmen und Testen einer Probe bereit, mit:
- a.
einem Gehäuse
mit einer Innenausnehmung; und
- b. einer Probenaufnahmevorrichtung;
wobei das Gehäuse zum
Aufnehmen der Probenaufnahmevorrichtung in der Innenausnehmung und
zum Schützen
einer auf der Probenaufnahmevorrichtung aufgenommenen Probe vorgesehen
ist, wobei das Gehäuse
eine Öffnungseinrichtung
zum Einsetzen eines einsetzbaren Testelements in das Gehäuse aufweist,
und zwar derart, dass beim Einsetzen des Testelements in das Gehäuse das
Testelement in leitender Flüssigkeitsverbindung
mit einem auf der Probenaufnahmevorrichtung aufgenommenen Probe steht.
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Bei
einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Testvorrichtung
zum Identifizieren eines zu bestimmenden Analyts in einer Probe bereit,
mit:
- a. einem Gehäuse mit einer Innenausnehmung;
- b. einer Probenaufnahmevorrichtung; und
- c. mindestens einem einsetzbaren Testelement;
wobei
das Gehäuse
zum Aufnehmen der Probenaufnahmevorrichtung in der Innenausnehmung
und zum Schützen
einer auf der Probenaufnahmevorrichtung aufgenommenen Probe vorgesehen
ist, wobei das Gehäuse
eine Öffnungseinrichtung
zum Einsetzen des oder jedes einsetzbaren Testelements in das Gehäuse aufweist,
und zwar derart, dass beim Einsetzen des Testelements in das Gehäuse das
Testelement in leitender Flüssigkeitsverbindung
mit einem auf der Probenaufnahmevorrichtung aufgenommenen Probe
steht.
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Bei
einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Identifizieren eines zu bestimmenden Analyts in einer Probe
unter Ver wendung der oben detailliert beschriebenen Testvorrichtung,
mit folgenden Schritten
- a. Aufnehmen einer
Probe auf der Probenaufnahmevorrichtung;
- b. Einsetzen der Probenaufnahmevorrichtung in die Innenausnehmung
des Gehäuses
der Vorrichtung; und
- c. Einsetzen des einsetzbaren Testelements in das Gehäuse, und
zwar derart, dass das Testelement in leitender Flüssigkeitsverbindung
mit der Probe steht, und wahlweise
- d. Aufbringen eines Lösungsmittels
auf die Probe zum Ermöglichen
einer Übertragung
mindestens eines Teils der Probe oder einer Komponente der Probe
auf das Testelement.
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In
der gesamten Spezifikation bedeutet, sofern im Zusammenhang nicht
anders zu verstehen, das Wort "aufweisen" oder Variationen
davon, wie z. B. "weist
auf" oder "aufweisend", den Einschluss
einer angegebenen Einheit oder einer Stufe oder Gruppe von Einheiten
oder Stufen, jedoch nicht den Ausschluss einer anderen Einheit oder
einer Stufe oder Gruppe von Einheiten oder Stufen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Testvorrichtung besteht
darin, dass die einzelne Vorrichtung für eine Aufnahme- und Testfunktion
zur Verfügung
steht. Die Testfunktion ist jedoch nicht mit der Aufnahme einer
Probe verknüpft.
Das heißt,
dass die Aufnahme einer Probe (z. B. durch einen Patienten zu Hause)
und das Aufbringen auf die Testvorrichtung zu keinem Testergebnis
führt.
Um das Testergebnis festzustellen, muss ein einsetzbares Testelement
in die Vorrichtung eingesetzt werden, und wenn die Probe zuvor getrocknet
worden ist, muss die Probe wieder hydratisiert werden.
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Vorzugsweise
ist die Probe eine Flüssigkeit enthaltende
Probe. Die Probe kann selbst eine Flüssigkeit sein oder in Partikel-
oder fester Form vorliegen, wobei diese dann vor dem Testen hydratisiert wird.
Bei einem bevorzugten, jedoch nicht wesentlichen Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist die Testvorrichtung derart angepasst, dass eine auf
die Probenaufnahmevorrichtung aufgebrachte Probe (beispielsweise
von einem Patienten zu Hause) auf der Probenaufnahmevorrichtung
in dem Gehäuse
der Testvorrichtung getrocknet werden kann.
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Erfindungsgemäß kann das
Testelement derart in das Gehäuse
der Vorrichtung eingesetzt werden, dass das Testelement in leitender
Flüssigkeitsverbindung
mit der Probenaufnahmevorrichtung steht, wie oben beschrieben.
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Vorzugsweise
ist das Gehäuse
mit einem ersten Fenster oder einer ersten Öffnung, das/die mit der in
dem Gehäuse
ausgebildeten Innenausnehmung der Probenaufnahmevorrichtung in Verbindung steht,
sowie mit mindestens einem zusätzlichen Fenster
oder einer zusätzlichen Öffnung versehen, das/die
von dem ersten Fenster oder der ersten Öffnung getrennt ist und ebenfalls
mit der zum Einsetzen des oder jedes einsetzbaren Testelements vorgesehenen
Innenausnehmung in Verbindung steht, und zwar derart, dass das Testelement
mit einer auf der Probenaufnahmevorrichtung aufgenommenen Probe
in leitender Flüssigkeitsverbindung
steht.
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Wie
hier verwendet, bedeutet der Ausdruck "leitende Flüssigkeitsverbindung", dass ein auf eine Probe
aufgebrachtes Lösungsmittel
bei ausreichender Hydration in leitender Flüssigkeitsverbindung mit dem
Testelement stehen kann, um eine Übertragung mindestens eines
Teils der Probe oder einer Komponente der Probe auf das Testelement
zu ermöglichen.
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Die
drei Komponenten einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Testvorrichtung
sind:
- 1. eine Probenaufnahmevorrichtung zum
Aufnehmen und Aufbewahren einer vorbestimmten (das heißt einer
quantifizierten oder semiquantifizierten) Menge einer Probe,
- 2. ein Gehäuse
mit einer Innenausnehmung zum Aufnehmen und Schützen der Probenaufnahmevorrichtung
und, falls erforderlich, zum ausreichenden Belüften, um eine Entfeuchtung
einer auf der Probenaufnahmevorrichtung aufgenommenen flüssigen Probe
zu ermöglichen,
und
- 3. ein Testelement, das derart ausgeführt ist, dass bei Einsetzen
in das Gehäuse
ein leitender Flüssigkeitskontakt
mit der Probenaufnahmevorrichtung hergestellt wird.
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Jede
der Komponenten wird hinsichtlich ihrer Eignung für die kostengünstige,
automatische Hochgeschwindigkeitsfertigung durch Anwendung bewährter Fertigungstechniken
ausgeführt
oder ausgewählt.
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Die
Probenaufnahmevorrichtung ermöglicht eine
Probenaufnahme, für
die keine Laboreinrichtungen, -ausrüstungen oder hochspezialisiertes
oder -ausgebildetes Personal erforderlich ist. Bei einigen Anwendungen
kann die Aufnahmevorrichtung eine bestehende Vorrichtung sein, wie
z. B. eine Abstrichvorrichtung. Bei anderen Anwendungen ist eine
auf den Kundenwunsch zugeschnittene Vorrichtung zum exakten Messen,
Aufnehmen und Aufbewahren einer vorbestimmten Menge einer Probe
erforderlich. In vielen Fällen
weist diese Komponente eine hydrophile poröse Matrix mit einem definierten
Fassungsvermögen
auf, die an dem Basisteil eines Tauchstabs oder Handgriffs befestigt
ist, so dass die Aufnahme einer Probe das Eintauchen der Matrix
in die Probe beinhaltet, wodurch die Matrix mit einem abgemessenen
Volumen der Probe gefüllt
wird. Die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Probenaufnahmevorrichtung
ist zur Herstellung durch Anwendung bewährter Hochgeschwindigkeits-Laminier-
und Stanzprozesse vorgesehen.
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Das
Gehäuse
ist ferner zum Herstellung durch Anwendung von Schnellverpackungstechniken vorgesehen,
wie z. B. der "Form-,
Befüll-
und Abdicht-" Technik.
Das Gehäuse
weist eine Innenausnehmung zum Aufbewahren und Schützen der
Probe sowie zum Vereinfachen der Übertragung der Probe zu dem
Testelement zum Zeitpunkt des Testbeginns auf. Es kann ferner für den Beginn
oder den Abschluss des Testverfahrens erforderliche Reagenzien enthalten
oder aufnehmen.
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In
vielen Fällen
ist das Testelement ein immunchromatischer Teststreifen, wie er
in zahlreichen bestehenden POC-Tests verwendet wird. Bei den meisten
der bestehenden Tests ist der Teststreifen jedoch in einem Gehäuse angebracht,
so dass durch die Zugabe der Probe die Durchführung des Tests initiiert wird.
Diese Tests sind daher nicht für
die Probeentnahme an einer entfernten Stelle und zentralisierte
Durchführung
des Tests geeignet. Ferner sind die bestehenden POC-Tests teuer
in der Herstellung. Der Teststreifen und die Gehäusekomponenten müssen zusammengesetzt
und dann trocken gelagert werden, da die Reagenzien in dem Teststreifen
bei Feuchtigkeit schnell abgebaut werden. Daher ist ein Verpacken
in trockenem Zustand erforderlich, das beträchtliche Kosten und ein beträchtliches
Volumen zur Folge hat. Erfindungsgemäß wird der Teststreifen zum
Zeitpunkt des Testens in das Gehäuse
eingesetzt, wodurch Kosten für
das Zusammensetzen vermieden werden. Diese Teststreifen können ferner lose
beispielsweise in einem trockenen Behälter gelagert werden, wodurch
Verpackung- und Lagerkosten eingespart werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Testvorrichtung zwei oder mehr
einsetzbare Testelemente aufweisen, von denen jedes im eingesetzten
Zustand in leitender Flüssigkeitsverbindung
mit der Probenaufnahmevorrichtung steht. Bei dieser Ausführungsform
können die
Testelemente entweder gleich oder unterschiedlich ausgeführt sein.
Im ersteren Fall können
Wiederholungstests an der Probe auf der Probenaufnahmevorrichtung
durchgeführt
werden. Im letzteren Fall können
unterschiedliche Tests an derselben Probe auf der Probenaufnahmematrix
durchgeführt
werden. Bei spielsweise kann beim FOB-Test zum Untersuchen auf kolorektalen
Krebs ein einsetzbares Testelement ein Teststreifen auf Guajakbasis
sein, während
ein anderes einsetzbares Testelement ein immunchromatographischer
Teststreifen sein kann.
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Anhand
der nachfolgenden Beschreibung erkennen Fachleute auf dem Sachgebiet,
dass das Testelement oder die Testelemente mehrere alternative Ausführungsformen
aufweisen kann/können.
Bei der immunchromatographischen Ausführungsform ist beispielsweise
ein erforderliches Element des Teststreifens ein in der Feststoffphase
befindliches flüssigkeitsleitendes
Material, auf dem ein Detektierreagenz (oben in dem kurzen Überblick über die
Immunchromatographie als zweites spezifisches Bindereagenz beschrieben)
immobilisiert sein kann. Bei diesem in der Feststoffphase befindlichen
Material handelt es sich vorzugsweise Nitrocellulose. Nitrocellulose
ist eine geladene Matrix, auf der ein entsprechend geladenes Reagenz,
wie z. B. ein monoklonaler Antikörper,
ohne vorherige chemische Behandlung immobilisiert werden kann. Alternativen,
wie z. B. Filterpapier, können
ebenfalls verwendet werden, dabei ist jedoch eine chemische Kopplung
(z. B, eine CNBr-Kopplung) zum Anlagern eines geladenen Reagenz,
wie z. B. eines Antikörpers,
an einer Matrix dieses Typs erforderlich.
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Ein
bevorzugtes in der Feststoffphase befindliches flüssigkeitsleitendes
Material ist eine Nitrocellulosemembran mit einer Porengröße von mindestens
ungefähr
1 Mikrometer. Nitrocellulosemembranen, die am besten für die Verwendung
bei der Immunchromatographie dieses Typs geeignet sind, haben eine
Porengröße von ungefähr 5–20 Mikrometern.
Durch die Auswahl einer speziellen Porengröße wird die Strömungsrate
bestimmt. Je nach spezieller Anwendung können eine schnellere oder langsamere
Strömungsrate
angezeigt und ein geeignetes in der Feststoffphase befindliches
Material ausgewählt werden.
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Zur
Vereinfachung der Handhabung ist es wünschenswert, eine Trägerschicht
für die
Nitrocellulosemembran vorzusehen. Ein dünnes Kunststoffbahnmaterial
(z. B. Lexan oder Polystyrol) kann in eine geeignete wasserfeste
Trägerschicht
als feste Unterstützung
geschnitten werden. Ein solches Bahnmaterial wird derart ausgewählt, dass
es die Ablesung eines Testergebnisses nicht beeinträchtigt. Beispielsweise
wird generell die Auswahl eines weißen oder durchsichtigen Bahnmaterials
bevorzugt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das in der
Feststoffphase befindliche flüssigkeitsleitende Material
in Sandwich-Form zwischen einem solchen wasserfesten Bahnmaterial
angeordnet sein.
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Wenn
das oder jedes Testelement in das Gehäuse eingesetzt ist, steht es
in leitender Flüssigkeitsverbindung
mit der Probenaufnahmevorrichtung. Vorzugsweise handelt es sich
bei dieser leitenden Flüssigkeitsverbindung
um eine direkte Verbindung beispielsweise zwischen der Probenaufnahmevorrichtung
und dem in der Feststoffphase befindlichen flüssigkeitsleitenden Material
eines immunchromatographischen oder anderen Prüfmaterials. Bei einer bevorzugten
immunchromatographischen Ausführungsform
können
zusätzliche
flüssigkeitsleitende Elemente
in oder an das Testelement ein- oder angebaut sein. Beispielsweise
kann ein Konjugat-Pad vorgesehen sein, das bei Verwendung zwischen
der Probenaufnahmevorrichtung und dem in der Feststoffphase befindlichen
flüssigkeitsleitenden
Material des Testelements angeordnet ist. Wie nachstehend genauer
beschrieben, bildet das Konjugat-Pad eine Matrix für die Ablagerung
eines markierten Detektierreagenz, das frei migrieren kann, wenn
es wieder hydratisiert ist (das erste spezifische Bindereagenz in dem
vorstehenden kurzen Überblick über die
Immunchromatographie). Die Probe kann vor dem Einsetzen des Testelements
in der Probenaufnahmevorrichtung entfeuchtet oder getrocknet werden.
Bei der erneuten Hydration während
des Testschritts wird auch das markierte Detektierreagenz in dem
Konjugat-Pad erneut in Schwebe versetzt und erneut aufgelöst. Wenn
ein Analyt in der Probe vorhanden ist, verbindet sich das markierte
Reagenz mit dem Analyt, und der Komplex wird zusammen mit der Lösungsmittelfront
zu der Detektierzone des Testelements transportiert.
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Bei
Verwendung ist an dem relativ zu dem Konjugat-Pad distalen Ende
des Testelements ein wahlweise vorgesehenes Absorbier-Pad angebracht, das
mit dem in der Feststoffphase befindlichen flüssigkeitsleitenden Material
in Verbindung steht. Dieses Pad bildet eine Lösungsmittelabfuhreinrichtung, die
die migrierende Flüssigkeitsprobe
durch die Detektierzone leitet. Es ist wichtig, dass das Absorbier-Pad
ein ausreichendes Volumen aufweist, um die Migration in einem solchen
Umfang zu betreiben, dass im wesentlichen das gesamte ungebundene markierte
Reagenz über
die Detektierzone des Testelements hinaus transportiert wird. Fachleute
auf dem Sachgebiet erkennen, dass ein Absorbier-Pad kein wesentliches
Element ist. Dieses Element kann wegfallen, beispielsweise bei einer
Verlängerung
des in der Feststoffphase befindlichen flüssigkeitsleitenden Materials über die
Detektierzone hinaus, so dass ein ausreichendes Volumen durch die
Detektierzone transportiert wird.
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Bei
Verwendung wird eine Probe auf herkömmliche Weise auf der Probenaufnahmevorrichtung
aufgenommen. Beispielsweise kann beim FOB-Test ein Fäkalabstrich
auf der Probenaufnahmevorrichtung aufgenommen werden oder kann alternativ
Wasser aus der Toilettenschüssel
unter Verwendung einer absorbierenden Abstrichvorrichtung als Probe
entnommen werden. Bei letzterem Probeentnahmeverfahren kann eine
kurze Zeit für
das Diffundieren von Hämoglobin
aus dem Stuhl vor der Probeentnahme zur Verfügung gestellt werden, oder es
kann die Abstrichvorrichtung als Probeaufnahmevorrichtung zum Verteilen
des Stuhls in dem Wasser der Toilettenschüssel verwendet werden. Die
Abstrichvorrichtung wird dann zum Entnehmen des Wassers verwendet.
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Je
nach Art des Analyts kann die Testvorrichtung mit der in die Innenausnehmung
des Gehäuses der
Vorrichtung eingesetzten Probenaufnahmevorrichtung für mehrere
Tage, Wochen oder Monate vor dem Test in dieser Form aufbewahrt
werden. Zum Feststellen des Vorhandenseins eines Analyts wird die
Probe durch Zugabe eines geeigneten Lösungsmittels auf die Probenaufnahmevorrichtung
wieder hydratisiert. Das Lösungsmittel
kann durch eine Lösungsmittelzuführöffnung in
dem Gehäuse
zugegeben werden, welche mit der Probenaufnahmevorrichtung in Verbindung
steht. Vorzugsweise sollte ein durch eine solche Lösungsmittelzuführöffnung zugegebenes
Lösungsmittel
durch diejenige Region der Probenaufnahmevorrichtung migrieren,
in der die Probe tatsächlich
aufgebracht ist, bevor es diejenige Stelle auf der Probenaufnahmevorrichtung
erreicht, die mit dem Testelement in leitender Flüssigkeitsverbindung
steht.
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Das
markierte Detektierreagenz kann auf verschiedene Arten bei der immunchromatographischen
Untersuchung zugegeben werden. Beispielsweise kann das markierte
Detektierreagenz in dem zum erneuten Hydatieren des Inhalts der
Probenentnahmevorrichtung verwendeten Lösungsmittel vor der Auflösung der
Probe oder ihrer Komponenten gelöst
werden. Alternativ kann, wie oben beschrieben, das markierte Detektierreagenz
in gelöster
Form auf das Konjugat-Pad aufgebracht und in situ getrocknet werden.
Bei dieser Ausführungsform
wird das markierte Detektierreagenz bei Migrieren des für die erneute
Auflösung
verwendeten Lösungsmittels
von der Probenaufnahmevorrichtung zu dem Testelement wieder gelöst. Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann eine das markierte Detektierreagenz enthaltene Lösung auf
die Probenaufnahmevorrichtung aufgebracht werden, bevor die Probe
aufgebracht wird. Diese Lösung
wird dann in situ getrocknet. Bei dieser Ausführungsform werden das zu bestimmende
Analyt, falls vorhanden, und das markierte Detektierreagenz zum
Zeitpunkt des Testens von der trockenen Probenaufnahmevorrichtung
aus in die Lösungsform überführt.
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Bei
den in dem vorstehenden Absatz beschriebenen Ausführungsformen
wird die Verwendung eines Konjugat-Pads bei den meisten Ausführungsformen
bevorzugt. Das Zugeben des markierten Detektierreagenz zu dem für das erneute
Auflösen
verwendeten Lösungsmittel
hat den Nachteil, dass das teuere Detektierreagenz (das möglicherweise
bei 4° C
gelagert werden muss) auf ineffiziente Weise verwendet wird. Hinsichtlich
des Trocknens des auf der Probenaufnahmevorrichtung befindlichen markierten
Detektierreagenz in situ vor der Probenaufnahme führt dies
zu einer Testvorrichtung, bei der die Probenaufnahmevorrichtung
für eine
spezielle Untersuchung zweckbestimmt ist. Einer der zahlreichen
Vorteile der offenbarten Vorrichtung liegt darin, dass das Gehäuse (zusammen
mit anderen Elementen der Vorrichtung, mit Ausnahme des Testelements)
ein vollständig
generisches Gehäuse
ist. Somit können
das Gehäuse
der Testvorrichtung sowie die Probenaufnahmevorrichtung in Mengen
eingekauft und so gelagert werden, wie sie für eine Vielzahl von Testanforderungen
benötigt
werden. Die relativ teuere testspezifische Komponente ist das Testelement,
das für
einen speziellen Bedarf ausgewählt und
zusammen mit dem generischen Gehäuse
und der Probenaufnahmevorrichtung verwendet werden kann.
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Vorzugsweise
ist das markierte Detektierreagenz ein für ein erstes Epitop des zu
bestimmenden Analyts spezifischer monoklonaler oder polyklonaler Antikörper, der
mit einer detektierbaren Markierung gekoppelt ist. Die detektierbare
Markierung kann mittels einer beliebigen auf dem Sachgebiet bekannten anwendbaren
Technik mit dem Antikörper
gekoppelt werden, einschließlich
beispielsweise kovalenter Bindung und passiver Adsorption.
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Die
detektierbare Markierung kann eine direkte oder indirekte Markierung
sein. Eine direkte Markierung ist eine Markierung, die in ihrem
natürlichen
Zustand entweder mit bloßem
Auge oder mit Hilfe von optischen Vorrichtungen gut zu sehen ist. Eine
Markierung, die nur bei externer Stimulierung, wie z. B. durch Ultraviolettlicht,
zu sehen ist, wird ebenfalls als direkte Markierung angesehen. Beispiele
für direkte
Markierungen umfassen trockene Sole (z. B. Kolloid-Kohlenstoff),
metallische Sole (z. B. Gold und Eisen), fluoreszierende Partikel
und gefärbte
Latexpartikel.
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Indirekte
Markierungen machen das Zugeben eines oder mehrerer Entwicklungsreagenzien, wie
z. B. Substraten, zur Erleichterung der Detektierung er forderlich.
Solche Markierungen umfassen beispielsweise Enzyme, wie z. B. Alkali-Phosphatase und
Meerrettich-Peroxidase.
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Das
immobilisierte Einfangreagenz ist ebenfalls typischerweise ein monoklonaler
oder polyklonaler Antikörper,
der für
ein zweites Epitop oder mehrere Epitope des zu bestimmenden Analyts
spezifisch ist. Somit ist ein in der Probe vorhandener Analyt, unabhängig davon,
ob er durch das Detektierreagenz gebunden ist oder nicht, durch
das immobilisierte Bindereagenz in der Detektierzone gebunden. Wenn
eine direkte Markierung verwendet wird, erscheint eine sichtbare
Linie an der flüssigkeitsleitenden
Feststoffunterstützung,
wenn sich gebundene Markierung in der Detektierzone akkumuliert.
Das Erscheinen dieser Linie kann als Vorhandensein eines zu bestimmenden
Analyts in der Probe diagnostiziert werden.
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Eine
wahlweise vorgesehene Kontrollzone kann ebenfalls in dem Testelement
integriert sein. Die Funktion einer Kontrollzone besteht darin,
dass ein unbezogenes Signals an den Benutzer übermittelt wird, durch das
nur angezeigt wird, dass der Testprozess beendet ist und die Binde-Interaktion,
die zu dem detektierbaren unbezogenen Signal führt, wie erwartet stattgefunden
hat. Beispielsweise kann die Kontrollzone einen gegenüber dem
in der Feststoffphase befindlichen flüssigkeitsleitenden Material
immobilisierten polyklonalen "Antimaus"-Antikörper vorzugsweise
stromabwärts
relativ zu der Detektierzone aufweisen. Bei der Annahme, dass das
Detektierreagenz ein mit einer detektierbaren Markierung verbundener
zu den Mäusen
gehörender
monoklonaler Antikörper
ist, werden sich Detektierreagenzien, die in der Detektierzone nicht
durch eine Sandwich-Interaktion unter Einbeziehung des zu bestimmenden
Analyts gebunden sind, schließlich
in der Kontrollzone binden. Bei Nichtvorhandensein eines Signals
in der Detektierzone zeigt ein Kontrollzonensignal dem Benutzer
an, dass die Probe beispielsweise nichts enthält, was zu einer generellen
Störung
einer immunologischen Untersuchung führt. Man kann sich beispielsweise
vorstellen, dass Extremwerte der pH- oder Salzkonzentration zu einer
generellen Interferenz durch konformative Änderungen oder physische Zerstörung eines
oder mehrerer Teilnehmer an der zu detektierender Interaktion auf
immunologischer Basis führen
kann. Das Vorsehen einer Kontrollzone schafft eine gewisse Zuverlässigkeit
hinsichtlich solcher Variablen.
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Es
wird im voraus festgelegt, dass der zu bestimmende Analyt ein Analyt
ist, der einen speziellen Zustand anzeigt. Beispielsweise ist der
zu bestimmende Analyt bei FOB-Tests vorzugsweise menschliches Hämoglobin.
Weitere Beispiele für
zu bestimmende Analyte werden nachstehend beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
dienen zum Detektieren von Analyten in Menschen und Tieren. Die
Tiere umfassen Primaten, Nutztiere (z. B. Kühe, Schafe, Pferde, Esel, Schweine),
Labortiere (z. B. Kaninchen, Mäuse,
Ratten, Meerschweinchen, Hamster), Haustiere (z. B. Hunde, Katzen)
und gefangengehaltene wilde Tiere. Die vorliegende Erfindung betrifft
ferner das Detektieren von Analyten in Pflanzen (z. B. Monokotyledonen
und Dikotyledonen) und anderen Lebensformen (z. B. Mikroben, Hefen,
Pilzen, Schimmel). Die vorliegende Erfindung kann ferner zum Detektieren
von Analyten in geografischen und industriellen Gebieten, einschließlich Boden,
Ozeanen, Flüssen,
Wasserbevorratungsregionen, Giftwasserdeponien, Baustellen, Bergbaugebieten
(unter anderem z. B. Kohle, Bauxit, Uran, Grafit) sowie in der Luft
verwendet werden. Der Gesundheitszustand von Menschen und Tieren
oder Pflanzen oder anderer Lebensformen kann durch das Vorhandensein
oder den Pegel eines Analyts oder Nichtvorhandensein eines Analyts
abgeleitet oder bestimmt werden. Der Zustand der Umwelt kann ebenfalls
z. B. durch Bestimmen des Vorhandenseins von Schmutzstoffen in unterschiedlichen
geografischen oder industriellen Gebieten festgestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Testvorrichtung,
die insbesondere für
die Verwendung in Zusammenhang mit auf einer absorbierenden Abstrichvorrichtung
aufgenommenen Proben vorgesehen ist;
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2 zeigt
einen immunchromatographischen Teststreifen zur Verwendung in der
erfindungsgemäßen Testvorrichtung;
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3 zeigt
eine alternative Probenaufnahmevorrichtung für die erfindungsgemäße Testvorrichtung.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Testvorrichtung,
bei der eine Abstrichvorrichtung als Probenaufnahmevorrichtung verwendet
wird. Eine Abstrichvorrichtung kann generell als Probenentnahmevorrichtung
für viele
flüssige
oder feuchte Probentypen verwendet werden, vorausgesetzt, dass kein
akkurat abgemessenes Volumen der Probe erforderlich ist. Abstrichvorrichtungen
werden häufig
zum Entnehmen von infektiösen
klinischen Proben beispielsweise zum Testen auf Streptococcus pyogenes,
Typ A (Strep.A) bei einer Racheninfektion verwendet.
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Bei
derzeit angewendeten POC-Tests für Strep.A
wird eine Abstrichvorrichtung zum Entnehmen einer Probe aus der
möglicherweise
infizierten Region des Rachens verwendet. Reagenzien werden auf
den Kopf der Abstrichvorrichtung aufgebracht, damit eine salpetrige
Säure,
typischerweise eine Natriumnitritlösung und eine schwache Säure, wie
z. B. Essigsäure,
gebildet wird. Die salpetrige Säure
wirkt auf die Strep.A-Bakterien, um deren diagnostisch spezifisches
Antigen freizusetzen. Das Extrahieren des Antigens kann "off board" erfolgen, beispielsweise
in einer für
die Testvorrichtung bereitgestellten Reak tionsschale, oder "on board" mit in einen Behälter im
Gehäuse
der Testvorrichtung eingesetzter Abstrichvorrichtung. Typischerweise
beträgt
die zur Verfügung
stehende Extraktionszeit zum Freisetzen des Antigens vor Testbeginn
1 Minute.
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1(a) zeigt eine Explosionsansicht des generellen
Aufbaus des Gehäuses
der Testvorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung, während
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(b) das zusammengesetzte Gehäuse zeigt.
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Bei
dieser Ausführungsform
weist das Gehäuse
ein vorzugsweise aus Kunststoff gefertigtes Basisteil (11)
auf, das vakuum- oder pressgeformt ist, damit eine Ausnehmung oder
ein Hohlraum (12), wie dargestellt, gebildet wird. Eine
Abdeckung (13) vorzugsweise aus Kunststoff oder einem anderen
wasserfesten Material und mit zwei Öffnungen (14) und (15)
ist mittels eines Klebers oder eines anderen Dichtmittels gegen
das Basisteil (11), jedoch nicht die Ausnehmung (12)
abgedichtet. Ein Kunststoffabdeckstreifen (16) ist derart
gegen die Abdeckung (13) abgedichtet, wie dargestellt,
dass die Öffnung
(15) abgedeckt ist, wobei jedoch der Streifen entlang einem
Rand (17) offen bleibt. Die abgedeckten Bereiche (18)
auf dem Abdeckstreifen (16) repräsentieren das Abdicht- oder
Klebemuster.
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1(c) zeigt das zusammengesetzte Gehäuse mit
einer in die Ausnehmung (12) eingesetzten Abstrichvorrichtung
(19) und einem unter dem Kunststoffabdeckstreifen (16)
eingesetzten Immundiagnose-Teststreifen (20).
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2 zeigt
den generellen Aufbau eines Immundiagnose-Teststreifens, der zur
Verwendung in Zusammenhang mit dieser Testvorrichtung geeignet ist.
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Wenn
die Abstrichvorrichtung (19) vollständig über die Öffnung (14) in die
Ausnehmung (12) des Gehäuses
eingesetzt ist, liegt ihr Kopf (der die Probe enthält) in der
anderen Öffnung
(15) frei. Das Zugeben von Extraktionsrea genzien in die
Ausnehmung, beispielsweise über
die Öffnung
(14) ermöglicht
es, dass sich ein Reagenz im Kopf der Abstrichvorrichtung akkumuliert,
wodurch ein eventuell vorhandenes Strep.A-Antigen freigesetzt wird.
Nach Ablauf der Zeit, die für
diese Extraktion zur Verfügung steht,
wird der Teststreifen (20) derart unter dem Abdeckstreifen
(16) eingesetzt, dass dieser am Anfang des Teststreifens
einen leitenden Flüssigkeitskontakt mit
dem Kopf der Abstrichvorrichtung herstellt. Die Flüssigkeit
migriert von der Abstrichvorrichtung zu dem Teststreifen, wodurch
das Testergebnis in dem Teststreifen entwickelt wird.
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Bei
einer Weiterentwicklung dieser Ausführungsform der Testvorrichtung
können
die Extraktionsreagenzien oder andere bei anderen Testformen benötigte Reagenzien
in dem Gehäuse
derart in einer Blisterpackung verpackt sein, dass durch das Einsetzen
der Abstrichvorrichtung die Blisterpackung zu den Reagenzien hin
aufgebrochen wird.
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Ferner
ist bei einigen Tests auf Krankheitserreger (z. B. StrepB., einige
pathogene E. coli) ein Kultivierzeitraum zum Erhöhen der Konzentration der Organismen
vor dem Test erforderlich. Bei dieser Ausführungsform kann ein flüssiges Kultiviermedium vor
dem Einsetzen der Abstrichvorrichtung oder einer anderen Probenaufnahmevorrichtung
dem Gehäuse zugeführt (oder
vorverpackt ausgegeben) werden, um eine "onboard"-Kultivierung zu ermöglichen.
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Bei
Proben, für
die ein spezifisches Volumen eines Reagenz erforderlich ist, z.
B. bei semiquantitativen oder quantitativen Untersuchungen, kann statt
der oben beschriebenen Abstrichvorrichtung eine speziell konfigurierte
Probenaufnahmevorrichtung verwendet werden. Es wird angenommen,
dass das gleiche generische Gehäuse
wie oben dargestellt für
eine Probenaufnahmevorrichtung für
die semiquantitative oder quantitative Untersuchung verwendet wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
einer solchen Aufnahmevorrichtung ist in 3 gezeigt
und weist einen Kunststoffhandgriff (21) (z. B. aus Polystyrol
oder einem ähnlichen
Kunststoff) auf, der mit einer hydrophilen Matrix mit einem definierten
Absorptionsvolumen (22) laminiert ist. Geeignete Matrixmaterialien
umfassen porösen
Kunststoff, Papier, synthetische Vliesstoffe, Fiberglas etc. Poröse Kunststoffe
von Porex (Fairburn, GA, USA) aus Polyethylen mit einem hohen Molekulargewicht
haben sich als besonders geeignet erwiesen. Diese Aufnahmevorrichtung
bietet den Vorteil, dass sie durch bewährte industrielle Bahnbearbeitungs-,
Laminier- und Stanzprozesse kostengünstig hergestellt werden kann.
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Bei
Verwendung wird die Matrix der Aufnahmevorrichtung in die als Probe
zu entnehmenden Flüssigkeit
eingetaucht, bis sie das vorbestimmte Volumen der Probe aufgenommen
hat. Die Aufnahmevorrichtung wird dann in die in dem Gehäuse ausgebildete
Ausnehmung eingesetzt und der Test durch Einsetzen des Immundiagnose-Teststreifens
abgeschlossen, wie oben beschrieben.
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Fachleute
auf dem Sachgebiet erkennen, dass zur Anpassung an andere Testzwecke
oder durch Anpassung zur Erreichung einer optimalen Funktion zahlreiche
Modifikationen oder Variationen an den hier detailliert beschriebenen
Vorrichtungen durchgeführt
werden können,
ohne dass dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie oben detailliert
beschrieben ist, abgewichen wird.