-
Die
Erfindung bezieht sich hauptsächlich, aber
nicht ausschließlich,
auf ein einfaches, schnelles und präzises Vorgehen für die Steuerung
der pro Volumeneinheit gefundenen absoluten Anzahl von Zellen (oder
anderer Teilchen bzw. Partikel) in Suspension in einer Probe.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet ein Flusszytometer
ausgestattet mit einem oder mehreren Lasern und basiert auf der
Verwendung einer Mischung von verschiedenen Populationen von Referenzteilchen
in bekannten Mengen und Abmessungen. Das Verfahren ist für Forschungs-,
diagnostische, prognostische Zwecke verwendbar, und um therapeutische
Protokolle zu bewerten.
-
Die
Aufzählung
der absoluten Zahlen von Zellen (oder anderer Teilchen) einer Probe
stellt sowohl in der biomedizinischen Forschung und in klinischen
diagnostischen Laboratorien eine Information von außerordentlicher
Wichtigkeit dar.
-
Zur
Zeit sind eine Anzahl von verschiedenen Verfahren für die Aufzählung der
in einer Probe vorhandenen absoluten Zellzahlen erhältlich,
wobei das am meisten fehlerfreie und präzise davon Proben verwendet,
in dem die zu zählenden
Teilchen in Suspension sind. Von diesen setzen die bemerkenswertesten
Techniken zwei Arten von Instrumenten ein: hämatologische Analysatoren und
Flusszytometer.
-
Während die
hämatologischen
Analysatoren volumetrische Verfahren für das Zählen von Partikeln verwenden,
die durch die Messung der Impedanz und seit kurzem durch die Lichtstreuung
eines Lasers nachgewiesen werden, sind die hinter der Auszählung von
absoluten Zellzahlen oder anderer Partikel in Flusszytometern stehenden
Prinzipien unterschiedlich und schließen verschiedene volumetrische
Verfahren oder die Verwendung von Referenzteilchen ein.
-
Obwohl
die volumetrischen Flusszytometrieverfahren für die Auszählung von absoluten Zahlen von
Zellen oder anderer Partikel nur in einer begrenzten Anzahl von
Instrumenten angewendet werden können,
wobei nur zwei zur Zeit kommerziell erhältlich sind, können die
Verfahren auf der Grundlage der Verwendung von Referenzteilchen
in jedem Flusszytometer angewendet werden, unabhängig vom Hersteller, einschließlich der
populärsten
Modelle.
-
Durch
dieses letztere Verfahren können
wir die in einem definierten Volumen einer Probe vorhandene Anzahl
der Zellen (oder anderer Teilchen) bestimmen, wobei eine definierte
Anzahl von Referenzteilchen zu einem gewissen, ebenso vorbestimmten Volumen
der Probe zugegeben wird. Die Genauigkeit des Verfahrens hängt von
der Zubereitung der Mischung von Referenzteilchen und der Messung
des Volumens der Probe ab, unabhängig
von der möglichen
Zugabe von variablen Volumina anderer, die Messung erschwerender
Reagenzien zu der vorhergehenden Mischung, wie etwa monoklonale
Antikörper,
um die interessierenden Zellen zu identifizieren, oder Lysierungslösungen,
welche spezifisch kernlose Zellen zerstören (zum Beispiel rote Blutzellen
in zur Untersuchung von Leukozyten verwendeten Proben).
-
Ohne
Zweifel sind die kritischsten Schritte in dieser Technik
- 1) die präzise
Messung eines bestimmten Volumens der Probe.
- 2) die Mischung einer präzisen
Anzahl von Referenzteilchen mit der Probe.
-
Zur
Zeit gibt es zwei Wege die letztere Frage zu lösen: i) Zugabe eines bekannten
Volumens der Probe zu Röhrchen,
die lyophilisierte Referenzmikrokügelchen enthalten – TRUCOUNTTM-Röhrchen – oder,
alternativ, ii) zu einem Röhrchen
mit einem bekannten Volumen der Probe wird ein genau abgemessenes
Volumen einer Lösung
zugegeben, welche in Suspension eine bekannte Anzahl von Teilchen
oder Mikrokügelchen
enthält – FLOWCOUNTTM-Kugeln.
Beim Letzteren wird angenommen, dass die Stammlösung der FLOWCOUNTTM-Mikrokügelchen,
aus der ein präzises
Volumen pipettiert wird und welches vorher gevortext wurde, eine
homogen verteilte Suspension von Referenz-Mikrokügelchen enthält. Zur
gleichen Zeit wird in beiden Verfahren – FLOWCOUNTTM und
TRUCOUNTTM – angenommen, dass während der
Messung keine bevorzugte Auswahl entweder für die in der Probe vorhandenen
zu zählenden
Referenz-Mikrokügelchen
oder für
die Zellen (oder andere Teilchen) existiert.
-
In
den vergangenen Jahren wurden beide Verfahren für die Berechnung der absoluten
Anzahl von Teilchen für
die Anwendung angepasst, anfänglich
durch Forschungslaboratorien aber nachfolgend auch durch klinische
diagnostische Laboratorien. Neben anderen Verwendungen wurden sie
für die
Zählung
von CD4+ T-Lymphozyten im peripheren Blut von mit
humanem Immundefizienzvirus (HIV) infizierten Individuen eingesetzt,
als auch für
die CD34+-Stamm- und hämatopoetischen Vorläuferzellen
in Leukophoreseprodukten, um den Erfolg oder das Versagen einer
in Aussicht stehenden Transplantation vorherzusagen. Vorläuferstudien
haben gezeigt, dass die Störung
des Niveaus der Variablität bei
diesen Arten der Messungen vorhanden ist, welche gewöhnlicherweise
durch das Training des für die
Durchführung
der Technik verantwortlichen Personals reduziert wird.
-
EP-A-0
586 183 offenbart ein Verfahren, das verschiedene Merkmale mit Anspruch
1 der vorliegenden Erfindung gemeinsam hat. Jedoch wird gemäß EP-A-0
586 183 zunächst
eine bekannte Menge von ersten Mikroteilchen zu der Probe mit den
zu messenden Teilchen gegeben. Dann wird, in einem separaten Schritt,
eine bekannte Menge eines zweiten, unterschiedlichen Mikroteilchens
zu der Mischung mit der Probe und den ersten Mikroteilchen gegeben.
-
Trotz
der bis jetzt teilweisen Standardisierung der vorher beschriebenen
Techniken und Verfahren gab es bei diesen Arten der Messungen kein beschriebenes
Vorgehen, welches darauf gerichtet ist, die zwei signifikanten Variablen
zu steuern:
- 1) die homogene Verteilung der
Referenzteilchen sowohl in der Stammlösung und einmal mit der zu messenden
Probe gemischt.
- 2) die selektive Akquisition der Zellen oder Referenzteilchen
während
der Messung im Flusszytometer.
-
Daher
besteht eine Aufgabe dieser Erfindung im Vorschlag einer Lösung, welche
erfolgreich diese zwei Variablen steuern wird, welche die Auszählung der
absoluten Zahlen von Zellen/Teilchen in Suspension in einer Probe
beeinflussen können, ohne
zusätzliche
Messungen zu erfordern.
-
Gleichermaßen besteht
eine andere Aufgabe der Erfindung in der Steuerung des möglichen Vorhandenseins
spezifischer negativer oder positiver Selektion von Zellen (oder
anderer Teilchen) in der zu zählenden
Probe während
dem Messvorgang selbst.
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach Anspruch 1. Bevorzugte
Ausführungsformen der
Erfindung werden in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
-
Konsequenterweise
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Steuerung des Flusszytometrieprozesses
der Auszählung
absoluter Zahlen von Zellen (oder anderer Teilchen) pro Volumeneinheit
einer Probe dar, basierend auf der Verwendung einer Mischung von
zwei oder mehreren Sorten von Referenzteilchen mit unterschiedlichen
Eigenschaften. Dieses Verfahren wird durch die folgenden Stadien
gekennzeichnet:
- a) Herstellen einer Mischung
oder Stammlösung mit
bekannten Verhältnissen
und Mengen von zwei oder mehreren Populationen von Referenzteilchen
mit verschiedenen Merkmalen;
- b) Zugeben einer bekannten Menge dieser Mischung zu einem bekannten
Volumen der Probe, welche die zu zählenden Zellen (oder andere
Partikel) enthält;
- c) Messen der Mischung, welche die Probe und die Referenzteilchen
enthält,
in einem Flusszytometer;
- d) Berechnen der absoluten Anzahl der in der Probe vorhandenen
zu zählenden
Zellen (oder anderer Partikel);
- e) Überprüfen, dass
das Verhältnis
zwischen den verschiedenen in der Probe nachgewiesenen Populationen der
Referenzteilchen, mit dem übereinstimmt,
welches in der anfänglichen
Mischung oder Stammlösung
vorhanden war, die verschiedene Populationen der Referenzteilchen
enthält.
-
Für den Zweck
dieser Erfindung wird durch den Begriff „Referenzzeichen mit distinkten
Merkmalen" ausgedrückt, dass
die Teilchen unterschiedliche Merkmale haben, zum Beispiel in Bezug
auf ihre unterschiedlichen Dichten und/oder adhäsiven Eigenschaften und/oder
Lichtstreuungs- und/oder Fluoreszenzeigenschaften.
-
Für die Zwecke
dieser Erfindung wird für
die Herstellung der Probe für
die spezifische Identifikation der interessierenden Zellen (oder
anderen Teilchen) vor ihrer Zählung
die Selektion der interessierenden Zellen (oder anderer Teilchen)
als auch die Kalibrierung und Einstellung des Flusszytometers gemäß den vielfältig beschriebenen
und empfohlenen Verfahren für
die Charakterisierung von Zellen oder anderer Teilchen unter Verwendung
eines Flusszytometers durchgeführt.
-
Für die Analyse
der Ergebnisse und für
die akkurate Quantifizierung jeder Subpopulation der interessierenden
Zellen (oder anderer Teilchen) und jede der Population von Referenzteilchen
können verschiedene
Computerprogramme verwendet werden, wie etwa Cell QuestTM,
Paint-A Gate, PROTM oder Expo 32TM.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann sowohl in normalen als auch pathologischen Proben verwendet
werden, für
alle Zwecke, die die gesteuerte Zählung von Zellen (oder anderer
Teilchen) vorhanden in einer Probe erfordern, einschließlich Zählungen
für Forschungs-,
diagnostische und prognostische Zwecke und für die therapeutische Evaluierung.
-
Wie
durch das vorher beschriebene Verfahren angezeigt kann die Anzahl
der Populationen der Referenzteilchen variieren, wie auch der Anteil
und die absolute Menge jeder Population und ihre physikalischen
und chemischen Kennzeichen bzw. Merkmale. Auf die gleiche Art und
Weise ist zu verstehen, dass die Erfindung Variationen abdeckt,
in welcher Reihenfolge die Mischung der Probe mit den Referenzpopulationen
der Teilchen durchgeführt
wird (Gabe der Referenzteilchen in einen Aufnahmebehälter, der
die Probe für
die Analyse enthält
oder umgekehrt), und dass verschiedene Stammlösungen jede Population von
Referenzteilchen einer bekannten Menge und Konzentration enthalten
kann, oder dass die Stammlösung
die bereits gemischten Referenzteilchen enthalten kann.
-
Aus
dem Vorhergehenden kann gefolgert werden, dass die chemische Verbindung,
die Form, Größe, Volumen,
Dichte, Adhäsionskapazität, Fluoreszenz,
Transparenz, Brechungsindex oder andere Eigenschaften jeder Population
der verwendeten Referenzteilchen in Abhängigkeit von der Art der Zellen (oder
anderer Teilchen) der zu zählenden
Probe variieren kann. Auf die gleiche Art und Weise ist zu verstehen,
dass jede Population von Referenzteilchen variierende Mengen einer
oder mehrerer fluoreszierender Verbindungen oder von Verbindungen
enthalten kann, die innerlich oder auf ihre Oberfläche Licht absorbieren
können.
-
Mit
dieser Erfindung, da die interessierenden Zellen (oder andere Teilchen)
innerhalb der Probe zur gleichen Zeit gezählt werden, gibt es eine erfolgreiche
Steuerung jeder heterogenen Verteilung von Populationen von Referenzteilchen
beim Mischen mit der Probe, und jeder selektiven Akquisition von
Zellen (oder anderer Teilchen) während
der Messung innerhalb des Flusszytometers.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung durch ein Beispiel veranschaulicht,
welches keineswegs den Bereich seiner Anwendung begrenzt:
-
Material und Methoden:
Erhalt der Probe
-
Peripheres
Blut wurde aus 10 gesunden Spendern mobilisiert mit G-CSF über fünf Tage
in VACUTAINERTM-Röhrchen
mit Tri-Kalium- (K3) EDTA als ein Antikoagulationsmittel gesammelt.
Die Röhrchen
wurden bis zum Beginn der Probenvorbereitung für die Zählung der CD34+-Stamm-
und hämatopoetischen
Vorläuferzellen
(HPC) bei Raumtemperatur gehalten.
-
Die
Auszählung
der absoluten Zahlen von CD34+ HPC wurde
in allen Fällen
innerhalb einer Zeitspanne von zwei Stunden nach Erhalt der Proben durchgeführt.
-
Herstellung einer Mischung
von Teilchen- oder Referenz-Mikrokügelchen (Stammlösung der
Referenzteilchen)
-
Um
eine Mischung der Mikrokügelchen
herzustellen, wurden zwei getrennte Lösungen, jeweils mit einer verschiedenen
Art von Mikrokügelchen,
in einer unterschiedlichen Konzentration verwendet. Die erste Lösung enthielt
Polystyrol-Mikrokügelchen mit
einem Durchmesser von 6,4 ± 0,1 μm und einer Dichte
von 1,06 ± 0,02
markiert mit Fluoreszeinisothiozyanat (FITC) bei einer bekannten
Konzentration von 1500 Mikrokügelchen/μL in der
Lösung.
Die zweite Lösung
enthielt Polystyrol Mikrokügelchen
mit 10% Methacrylat mit einem Durchmesser von 6,2 ± 0,1 μm mit einer
Dichte von 1,050 ± 0,03,
welche mit Phycoerytrin konjugiert wurden, bei einer bekannten Konzentration
von 500 Mikrokügelchen/μL in der
Lösung. Unter
Verwendung einer reversen Pipettiertechnik wurde eine Mischung (Stammlösung der
Referenzteilchen) aus gleichen Teilen (1/1 v/v) der vorher erwähnten Lösungen hergestellt,
die eine Endkonzentration von 1000 Mikrokügelchen/μL enthält; wobei 750 Mikrokügelchen/μL den Polystyrol-Mikrokügelchen
und 250 Mikrokügelchen/μL den Polystyrol/Methacrylat-Mikrokügelchen
entsprechen. Beide Gruppen von Kügelchen
wiesen verschiedene Fluoreszenzeigenschaften auf, welche die individuelle Identifizierung
jeder Sorte von Mikrokügelchen
in einer zweidimensionalen Darstellung der grünen Fluoreszenz (FL1) gegen orange Fluoreszenz (FL2)
ermöglichen.
-
Vorbereitung der Proben
-
Für jede Probe
wurden parallel zwei Röhrchen
vorbereitet. In jedem von ihnen wurden 100 μL peripheres Blut zugegeben
unter Verwendung einer reversen Pipettiertechnik unter Einsatz einer
digitalen Pipette, die vor der Probenvorbereitung kalibriert wurde,
um genau die Volumina von 100 μL
zu messen. Dann wurde zu jedem Röhrchen
20 μL anti-CD45
monoklonaler Antikörper
konjugiert mit Allophycocyanin (APC) (HLE-1-Klon, Becton Dickinson Biosciences,
San Jose, CA, USA) gegeben. Ferner wurde zu einem Röhrchen 20 μL eines monoklonalen Antikörpers (IgG1) anti-CD34 konjugiert mit Phycoerytrin
(HPCA-2-Klon, Becton Dickinson Biosciences) von der Maus zugegeben,
während
zu dem zweiten Röhrchen
anstelle dieses Antikörpers
20 μL eines IgG1-Immunglobulins
von der Maus konjugiert mit Phycoerythrin ohne spezifische Reaktivität für die in humanen
Zellen vorhandenen Antigene zugegeben wurde; dieses letztere Röhrchen wurde
als eine negative isotypische Kontrolle verwendet.
-
Nach
vorsichtigem Vortexen für
fünf Sekunden
wurden beide Röhrchen
für 15
Minuten bei Raumtemperatur in der Dunkelheit inkubiert. Nach der
Inkubation wurde zu jedem Röhrchen
2 ml der fixativfreien QUICKLYSIS (Cytognos, Salamanca, Spanien)
hypotonischen Lösung
zugegeben und eine zweite Inkubationsperiode wurde bei Raumtemperatur
in der Dunkelheit für
10 Minuten durchgeführt.
-
Unmittelbar
nach dieser Inkubation wurden 100 μL der gemischten Lösung der
Referenzmikrokügelchen
(Stammlösung)
zu jedem Röhrchen
gegeben, nach vorsichtigem Mischen in einem horizontalen Homogenisator.
Dann wurden beide Röhrchen
in einem horizontalen Homogenisator angeordnet und für 1 Minute
vorsichtig gemischt, um eine homogene Verteilung sowohl der zu zählenden
CD34+-Zellen als auch der zu der gefärbten Probe
zugegebenen zwei Subpopulationen von Referenzmikrokügelchen
zu erreichen.
-
Datenerhebung und Analyse
-
Nachdem
die Mischung der Probe mit den Referenzteilchen homogenisiert wurde,
wurde die Lichtstreuung und die Fluoreszenzeigenschaften sowohl
der in den zwei Röhrchen
vorhandenen Zellen als auch der Referenzteilchen, hergestellt für jede Probe
in Übereinstimmung
mit dem vorher erwähnten
Verfahren, gemessen. Um dies zu erreichen, wurde ein FACSCalibur
Flusszytometer (Becton Dickinson Biosciences) ausgestattet mit einem
Argonlaser und einer Photodiode mit Lichtemission eingestellt auf
488 nm bzw. 630 nm, verwendet. Vor der Messung wurde das Flusszytometer
kalibriert, wobei den Herstellerinstruktionen und -beschreibungen
unter Verwendung von CRLIBRITE BEADSTM (Becton
Dickinson Biosciences) gefolgt wurde. Für die Datenerhebung wurde der
Schwellenwert bei FSC (forward light scatter) im Kanal 50 (willkürliche Einheiten,
gestaffelt von 0 bis 1023 Kanälen)
eingestellt. Für
jedes Röhrchen
wurden Informationen von 100.000 Ereignissen unter Verwendung des
CellQUESTTM-Softwareprogramms gesammelt.
-
Die
Identifikationen von CD34+ hämatopoetischen
Vorläuferzellen
wurden auf der Grundlage der starken Expression von CD34-PE (FL2++), der schwachen Reaktivität für CD45-APC
(FL4±)
und mittlere Werten für
FSC und SSC (side light scatter) durchgeführt. Wiederum wurden die zwei
Subpopulationen von Mikrokügelchen
durch ihre niedrigen FSC-Werte mit hohen SSC zusammen mit sowohl grüner (FL1+/+++) und oranger (FL+/++)-Fluoreszenz identifiziert.
-
Die
spezifische Identifikation innerhalb der Referenzteilchen jeder
der zwei unterschiedlichen Populationen von Referenzmikrokügelchen
wurde auf der Grundlage ihrer unterschiedlichen Fluoreszenzeigenschaften
durchgeführt:
Population 1 war F11+++/FL2+ und
Population 2 war FL1+/FL2++.
-
Nachdem
einerseits die Ereignisse, die CD34+-HPC
auf der einen Seite und der zwei Populationen von Referenzteilchen
auf der anderen Seite entsprechen, identifiziert wurden, wurde überprüft, dass
die Population 1 der Referenzteilchen aus einer Anzahl von Ereignissen
dreimal größer als
die der Population 2 bestand.
-
Die
absolute Zahl von CD34+-Zellen/μl der Probe
wurde unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:
Anzahl
der CD34+-Zellen/μl = 1.000 (Anzahl der zu jedem
Röhrchen
zugegebenen Mikrokügelchen/μl der Probe) × Anzahl
der Ereignisse entsprechend zu CD34+-Zellen/Anzahl
der Ereignisse, welche zu der Gesamtheit der zwei Populationen von
Mikrokügelchen
korrespondiert.