EP4088099A1 - Assembly for optically preconditioning an optically activable biological sample - Google Patents

Assembly for optically preconditioning an optically activable biological sample

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Publication number
EP4088099A1
EP4088099A1 EP21701225.1A EP21701225A EP4088099A1 EP 4088099 A1 EP4088099 A1 EP 4088099A1 EP 21701225 A EP21701225 A EP 21701225A EP 4088099 A1 EP4088099 A1 EP 4088099A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cells
light
sample
arrangement according
hollow channel
Prior art date
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Pending
Application number
EP21701225.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kathrin BRENKER
Luis KÖBELE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Original Assignee
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
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Filing date
Publication date
Application filed by Albert Ludwigs Universitaet Freiburg filed Critical Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the optical preconditioning of an optically activatable biological sample.
  • flow cytometers For the quantitative measurement as well as the molecular characterization of biological cells, so-called flow cytometers are used, which include a flow measuring cell, mostly in the form of a light-transparent microchannel cuvette, through which cells from a stored cell suspension flow individually and in series.
  • a light source arrangement is arranged along the microchannel cuvette, mostly in the form of at least one laser, the light beam of which irradiates or irradiates each individual cell laterally as the cells pass through a defined measuring area along the microchannel cuvette.
  • both scattering components of the stimulating laser light as well as those fluorescent light phenomena initiated by the laser radiation can be detected, which as a rule originate from fluorescent markers adhering to the cells or cell components and are used for the simultaneous analysis of physical and molecular properties of the individual cells.
  • a generic flow cytometer can be found in the publication WO 2005/017498 A1, which instead of the above-mentioned laser Light sources, light-emitting diodes, LEDs for short, which irradiate the individual biological cells with different angles of incidence and / or in each case different wavelengths.
  • a large number of detectors are used in a suitable manner to detect the scattered light components and the fluorescent light emitted by the cell or the fluorescent markers adhering to the cells by way of fluorescent light excitation.
  • a device described in the publication WO 2017/036999 A1 is used for the optical stimulation of an optically activatable biological sample that is stored in a sample vessel is, which is optically and thermally coupled to a temperature-controlled liquid circuit guided through a hollow channel, to or in which at least one light source is arranged and thermally coupled to this, which is able to illuminate the optically activated biological sample stored in the sample vessel in a controlled manner before the Sample is fed to the flow cytometer by suction from the sample vessel.
  • the cells which are usually suspended in a translucent liquid, possibly after passing through the flow cytometer, pass into a microcapillary through which the cells occasionally flow in series one after the other.
  • the cells flowing through along the microcapillary are exposed to a laser beam and, if necessary, excited to fluorescence, depending on whether and which fluorescent markers adhere to the cells.
  • the scattered and possibly fluorescent light occurring per cell is recorded by detectors, the detector signals of which are used as a basis for a subsequent sorting mechanism.
  • a vibrator attached to the capillary outlet the flow of liquid is divided into small droplets, which after exiting the microcapillary an electrostatic sorting mechanism happen, through which the cells are separated into spatially separated collecting containers depending on the sorting requirements.
  • the invention is based on the object of taking measures with which the scope for obtaining information and also the scope for influencing or controlling intracellular and extracellular events is to be increased considerably compared to the techniques previously used and described above.
  • the invention is based on the idea of immediately preceding a cell analysis known per se with the aid of a flow cytometer or cell sorting, preferably based on a fluorescent light Cell sorting, the individual cells to be exposed to light of a certain amount and within a certain time period.
  • certain functional events in the cells can be optically activated or deactivated in order to obtain a defined cell state that needs to be analyzed precisely or which opens up the possibility of certain manipulations or measures to be carried out on or with the cell, as described below is explained ..
  • Claim 17 specifies a use according to the solution of the arrangement for the positive selection of certain biological cells from a cell suspension with different biological cells.
  • an arrangement for the optical preconditioning of an optically activatable biological sample which comprises a multiplicity of cells suspended in a liquid.
  • the arrangement comprises a reservoir holding the sample, from which the sample can be conveyed by means of a conveying unit through a hollow channel, along which the cells can be conveyed in series one after the other, ie preferably individually one after the other, and along which an exposure unit is arranged which is provided with a controllable exposure intensity and exposure time exposes the cells contained in the sample and flowing through the hollow channel with a flow rate that can be predetermined by the conveying unit.
  • a cell analysis and / or sorting device is attached downstream of the hollow channel and is fluidically connected to the hollow channel.
  • the solution shown here bypasses the pre-installed sample chamber of a known FACS machine and preferably uses an external conveying unit, which enables a controlled sample flow and thus a controlled exposure and temperature control of the cell sample along a capillary.
  • An essential aspect here is that the time interval between exposure and measurement / sorting of each individual cell is identical. As a result, the sorting time is identical for each individual cell of the total cell sample.
  • FIG. 1 shows an arrangement according to the solution with a multiplicity of individual light sources
  • FIG. 2 shows an arrangement according to the solution with at least one, preferably several light guides for illuminating the cells
  • FIG. 3 shows an arrangement for the positive selection of certain cells from a cell suspension.
  • Figure 1 shows a schematic structure of an arrangement according to the solution, which comprises the following components:
  • An optically activatable biological sample 2 is stored in a reservoir 1, which contains a large number of biological cells 3 suspended in a translucent, i.e. H. translucent liquid 4, provides.
  • the biological sample 2 is preferably tempered within the reservoir 1 to a predeterminable temperature with the aid of a thermal unit 5.
  • Conveying speed v is controllable by means of a control and / or regulating device 7, the biological sample 2 stored in the reservoir 1 passes via fluid lines 8 into a capillary 9, which comprises a hollow channel 10 with a capillary diameter 11, which should preferably not be larger than the sum of the diameters of two cells 3 contained in sample 2, d. H. the cells 3 passing along the capillary 9 flow through the capillary 9, preferably individually, d. H. serially one after the other. Nevertheless, depending on the cells in suspension, the capillary diameter can also be larger, for example up to 200 ⁇ m, so that more than one cell can pass alongside one another along the capillary, for example three to preferably a maximum of 20 cells. It is essential here that the cell exposure is the same for each individual cell at a defined point in time, so that each cell can be converted into a predefined optically excited state.
  • the capillary 9 has a light-transparent capillary wall 12.
  • a multiplicity of individual light sources 13 are arranged outside the hollow channel 9, ie outside the capillary 9, which are arranged at least in sections along the hollow channel 10 in axial succession to the hollow channel and are arranged individually or in groups (131, 132, 133) can be controlled via the control and / or regulating device 7.
  • Individual light sources or a mixture of the following light sources serve as preferred light sources: LED, laser diode, halogen lamp, gas discharge lamp, LCD, LED or OLED display arrangement, projector or quantum dots.
  • the plurality of individual light sources 13 are preferably arranged both axially next to one another and also in the circumferential direction around the hollow channel 10. In this way, the cells 3 flowing past the light sources 13 within the hollow channel 10 can be exposed to light uniformly from all sides.
  • each assigned group 131, 132, 133 each emit a certain wavelength with a certain specifiable light intensity, l ⁇ 3 ⁇ , l ⁇ 32, A.
  • the wavelengths l ⁇ 3 ⁇ , l ⁇ 32, A and also the associated light intensities preferably differ from one another.
  • the light input to the individual cells 3 in terms of the amount of radiation or radiation intensity and also in terms of wavelength can be specified individually with the aid of the control unit 7 .
  • the optically preconditioned cells 3 emerging from the capillary 9 reach a cell analysis and / or sorting device 15 known per se via a further fluid line 14.
  • the capillary 9 is thermally coupled to a heat exchanger 16, which ensures a predeterminable temperature of the biological sample 2 within the capillary 9.
  • the heat exchanger 16 can be designed as a Pelltier element or, as shown in Figure 1, in the form of a temperature control unit T, which is connected to a fluid circuit 17, along which a heat transfer fluid is guided, which passes at least in sections through an annular channel 18 which from one of the Flohlkanal 10 or the capillary 9 radially encompassing Flohl cylinder Fl is limited radially outward.
  • the heat transfer fluid flowing through the annular channel 18 is thermally coupled via the flea channel wall or capillary wall assigned to the flea channel and is thus able to control the temperature of the biological sample 2 flowing within the flea channel 10.
  • the temperature control unit T can be coupled with a heat exchanger, for example in the form of an air / liquid heat exchanger, or with so-called heat pipes.
  • the individual light sources 13 are arranged at least partially within the annular channel 18 so that the heat transfer fluid flows around them and can be kept at a constant, predetermined temperature level. In this way, local overheating, which can originate from the individual light sources 13, can be avoided.
  • the arrangement according to the solution is able to precisely specify the dwell time and thus the exposure time of the individual cells 3 within the capillary 9 by means of the flow velocity v which can be preset with the aid of the feed pump 6.
  • the flow velocity v which can be preset with the aid of the feed pump 6.
  • Due to the large number of individual light sources 13, which can be operated individually or in groups in a wavelength-selective manner and with the aid of the control and regulating unit 7 with regard to their radiation intensity, the amount of light or light intensity applied to the individual cells 3 as well as the light wavelengths or Wavelength spectra can be specified individually.
  • the biological cells 3 can thus be optically conditioned in a manner that can be predetermined in a defined manner immediately before a cell analysis known per se, for example with the aid of a flow cytometer, or before cell sorting.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment for realizing the arrangement according to the solution for the optical preconditioning of an optically activatable biological sample 2.
  • the embodiment according to FIG. 2 has at least one light guide 19, for example in the form of a glass fiber, which is arranged outside of the hollow channel 10 along the capillary 9.
  • the light guide 19 is connected to a light source 20.
  • the light guide 19 provides at the side of its longitudinal extension at least one light outlet region 21 directed onto the hollow channel 10, through which light can pass into the hollow channel 10.
  • the at least one light exit region 21 can be implemented, for example, by locally roughening the light guide 19. As a result of the roughening, scattered light components can emerge laterally from the light guide 19.
  • the exposure or illumination duration of the cells 3, which pass through the capillary 9 with a predetermined flow velocity v can be predetermined by the axial length I of the light exit region 21.
  • the light guide 19 illustrated in FIG. 2 provides a total of three equally dimensioned light outlet regions 21, each axially spaced from one another.
  • At least one second light guide 20 can be arranged along the capillary 9, into which light from a light source 22 is also coupled.
  • the light sources 20 and 22 can have identical or different wavelengths.
  • the number, arrangement and length of the light exit areas 23 along the light guide 20 can also differ from the light exit areas 21 of the light guide 19. It goes without saying that virtually any number of such light guides can be arranged along and in the circumferential direction around the capillary 9.
  • the arrangement according to FIG. 2 also provides a heat exchanger 16, the associated fluid circuit 17 of which runs through an annular channel 18 arranged at least in sections along the capillary 9.
  • the light guides 19, 20 are located within the annular channel 18 through which the heat transfer fluid flows, which in this way experience a constant temperature control.
  • the controlled optical exposure according to the solution of the biological cells 3 flowing through the capillary 9 in series one after the other and, optionally, dyes or fluorescent substances or light-regulatable particles adhering or bound to the cells 3 transfer the cells into a defined state, which is the basis for a reproducible state Cell analysis, cell manipulation and / or cell sorting forms. Due to the temporally and spatially defined sequence of optical cell exposure and the immediately subsequent cell analysis and / or cell sorting, exact optogenetic examinations and measures can be carried out. As an alternative to cell analysis by means of a flow cytometer, the use of analysis devices, such as mass spectrometers or magnetic purification systems using magnetobeads, etc., is possible.
  • FIG. 3 shows a preferred further development of the arrangement according to the solution, with which it is possible to carry out a positive selection of cells from a cell mixture in the form of a cell suspension, such as is present in blood, for example.
  • This possibility of positive cell selection opens up a significant advantage over previous methods, especially in tumor research and cancer diagnosis.
  • Immune cells in particular are activated by the binding of antibodies to their surface receptors and die as a result of the activation. Therefore, immune cell subtypes can sometimes only be selected negatively, i.e. an antibody cocktail is required, which must first be produced and through which all cells with the exception of the target cells to be selected are marked.
  • the cells to be positively selected are only bound to a light-regulated particle for a very short time without being activated with the associated lethal consequences.
  • the reservoir 1 which is designed in the same way as the reservoir in FIGS. 1 and 2, there is a cell suspension, e.g. in the form of a blood sample, with different cells 3, e.g. immune cells, so-called T cells.
  • the cells 3 are mixed with optically activatable particles 24, for example in the form of light-adjustable binding molecules, light-adjustable binding proteins, light-adjustable antibodies, light-adjustable single-domain antibodies (nanobody) or light-adjustable adnectins (monobody).
  • the optically activatable particles 24 are selected in such a way that they can be converted from a first particle state into a second particle state by means of a first optical activation by way of a conformity change, in which they bind to certain cells 3 * of the cell suspension to be separated.
  • a second optical activation and a consequent second change in conformity the optically activated particles can be transferred back to the first particle state, in which they again assume a non-binding state and are able to detach themselves from the specific cells 3 *.
  • the cell suspension stored within the reservoir 1 is transferred by means of the conveying unit 6 along the capillary 9 into the arrangement 25 for optical preconditioning.
  • the conveying unit 6 conveys the cell suspension at a predeterminable flow rate through the flea canal or capillary 9, along which the cell suspension is exposed by means of the exposure unit 26 arranged within the arrangement 25 for optical preconditioning, with a controllable exposure intensity and exposure duration specified.
  • the optically activatable particles 24 assume the second particle state and bind to the specific cells 3 *. All other cells 3 ‘within the cell suspension remain in their original form.
  • the optically activated cell suspension is subjected to an optically and / or magnetically induced sorting, in which the cells 3 * 3 'contained in the cell suspension are preferably based on the amount of fluorescent light emitted and / or a spectral color analysis and / or magnetic properties can be sorted and separated.
  • the specific cells 3 * with bound optically activated particles 24 are able to emit a larger amount of fluorescent light than all other cells 3 ', since the optically activated particles 24 are preferably coupled to a dye.
  • At least two sample collection containers 27, 28 are arranged downstream of the sorting unit 15. All certain cells 3 * to be selected positively, to each of which an optically activated particle 24 is bound, arrive in the sample collection container 28.
  • the optically activatable particles 24 are separated from the specific cells 3 *, so that the result is a pure population 31 from the specific cells 3 * becomes.
  • Light guide 20 light source

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Abstract

The invention relates to an assembly for optically preconditioning an optically activable biological sample, which comprises a plurality of cells suspended in a liquid, the assembly comprising: a reservoir, which stores the sample and from which the sample can be conveyed through a hollow channel by means of a conveying unit, along which hollow channel the cells can be conveyed serially one after the other and along which hollow channel a light application unit is arranged, which light application unit applies light, with a controllable light application intensity and light application duration, to the cells contained in the sample and flowing through the hollow channel at a flow speed that can be set by means of the conveying unit; and a cell analysis and/or sorting apparatus, which is fluidically connected to the hollow channel downstream of the hollow channel.

Description

Anordnung zur optischen Vorkonditionierung einer optisch aktivierbaren biologischenArrangement for the optical preconditioning of an optically activatable biological
Probe sample
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur optischen Vorkonditionierung einer optisch aktivierbaren biologischen Probe. The invention relates to an arrangement for the optical preconditioning of an optically activatable biological sample.
Stand der Technik State of the art
Zur quantitativen Vermessung sowie auch der molekularen Charakterisierung biologischer Zellen werden so genannte Durchflusszytometer eingesetzt, die eine Durchflussmesszelle umfassen, zumeist in Form einer lichttransparenten Mikrokanalküvette, durch die Zellen aus einer bevorrateten Zellsuspension vereinzelt und in serieller Abfolge strömen. Längs der Mikrokanalküvette ist eine Lichtquelleanordnung angeordnet, zumeist in Form wenigstens eines Lasers, dessen Lichtstrahl jede einzelne Zelle bei Durchtritt der Zellen durch einen definierten Messbereich längs der Mikrokanalküvette seitlich bestrahlt bzw. durchstrahlt. Mittels geeignet angeordneter Fotodetektoren sind sowohl streuende Anteile des anregenden Laserlichtes sowie auch jene durch die Laserstrahlung initiierte Fluoreszenzlichterscheinungen erfassbar, die in aller Regel von an den Zellen bzw. Zellbestandteilen anhaftenden Fluoreszenzmarkern herrühren und der simultanen Analyse von physikalischen und molekularen Eigenschaften der einzelnen Zellen dienen. For the quantitative measurement as well as the molecular characterization of biological cells, so-called flow cytometers are used, which include a flow measuring cell, mostly in the form of a light-transparent microchannel cuvette, through which cells from a stored cell suspension flow individually and in series. A light source arrangement is arranged along the microchannel cuvette, mostly in the form of at least one laser, the light beam of which irradiates or irradiates each individual cell laterally as the cells pass through a defined measuring area along the microchannel cuvette. By means of suitably arranged photodetectors, both scattering components of the stimulating laser light as well as those fluorescent light phenomena initiated by the laser radiation can be detected, which as a rule originate from fluorescent markers adhering to the cells or cell components and are used for the simultaneous analysis of physical and molecular properties of the individual cells.
Aus der Druckschrift WO 2005/017498 A1 ist ein gattungsgemäßes Durchflusszytometer zu entnehmen, das anstelle der vorstehend erwähnten Laser- Lichtquellen, Licht-emittierende Dioden, kurz LEDs, aufweist, die die einzelnen biologischen Zellen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln und/oder jeweils unterschiedlichen Wellenlängen bestrahlen. In geeigneter Weise dient eine Vielzahl von Detektoren zur Erfassung der gestreuten Lichtanteile sowie des im Wege einer Fluoreszenzlichtanregung von Seiten der Zelle bzw. der an den Zellen anhaftenden fluoreszierenden Markern emittierten Fluoreszenzlichtes. A generic flow cytometer can be found in the publication WO 2005/017498 A1, which instead of the above-mentioned laser Light sources, light-emitting diodes, LEDs for short, which irradiate the individual biological cells with different angles of incidence and / or in each case different wavelengths. A large number of detectors are used in a suitable manner to detect the scattered light components and the fluorescent light emitted by the cell or the fluorescent markers adhering to the cells by way of fluorescent light excitation.
Um die Reproduzierbarkeit und Aussagekraft von Messwerten, die bei der Durchführung optischer Zellvermessungen mit Hilfe von Durchflusszytometern gewonnen werden, zu verbessern, dient eine in der Druckschrift WO 2017/036999 A1 beschriebene Vorrichtung zur optischen Stimulation einer optisch aktivierbaren biologischen Probe, die in einem Probengefäß bevorratet ist, das optisch und thermisch an einen durch einen Hohlkanal geführten, temperierten Flüssigkeitskreislauf ankoppelt, an oder in dem wenigstens eine Lichtquelle angeordnet und mit diesem thermisch gekoppelt ist, die die in dem Probengefäß bevorratete, optisch aktivierbare biologische Probe kontrolliert zu belichten vermag, bevor die Probe dem Durchflusszytometer durch Absaugung aus dem Probengefäß zugeführt wird. In order to improve the reproducibility and informative value of measured values obtained when performing optical cell measurements with the aid of flow cytometers, a device described in the publication WO 2017/036999 A1 is used for the optical stimulation of an optically activatable biological sample that is stored in a sample vessel is, which is optically and thermally coupled to a temperature-controlled liquid circuit guided through a hollow channel, to or in which at least one light source is arranged and thermally coupled to this, which is able to illuminate the optically activated biological sample stored in the sample vessel in a controlled manner before the Sample is fed to the flow cytometer by suction from the sample vessel.
Besteht alternativ zu oder in Kombination mit der Analyse der Zellen der Bedarf nach einer Zellsortierung, so gelangen die Zellen, die üblicherweise in einer transluzenten Flüssigkeit suspendiert sind, gegebenenfalls nach Durchtritt durch das Durchflusszytometer in eine Mikrokapillare, durch die die Zellen vereinzelt seriell nacheinander hindurchströmen. Typischerweise werden die längs der Mikrokapillare durchströmenden Zellen mit einem Laserstrahl beaufschlagt und gegebenenfalls zur Fluoreszenz angeregt, je nachdem ob und welche Fluoreszenzmarker an den Zellen anhaften. Das pro Zelle auftretende Streu- und gegebenenfalls Fluoreszenzlicht wird von Detektoren erfasst, deren Detektorsignale einem nachfolgenden Sortiermechanismus zugrunde gelegt werden. Mittels eines am Kapillarauslass angebrachten Vibrators wird der Flüssigkeitsstrom in kleine Tröpfchen unterteilt, die nach Austritt aus der Mikrokapillare einen elektrostatischen Sortiermechanismus passieren, durch den die Zellen je nach Sortiervorgaben in räumlich getrennt angeordnete Auffangbehältnisse separiert werden. If, as an alternative to or in combination with the analysis of the cells, there is a need for cell sorting, the cells, which are usually suspended in a translucent liquid, possibly after passing through the flow cytometer, pass into a microcapillary through which the cells occasionally flow in series one after the other. Typically, the cells flowing through along the microcapillary are exposed to a laser beam and, if necessary, excited to fluorescence, depending on whether and which fluorescent markers adhere to the cells. The scattered and possibly fluorescent light occurring per cell is recorded by detectors, the detector signals of which are used as a basis for a subsequent sorting mechanism. By means of a vibrator attached to the capillary outlet, the flow of liquid is divided into small droplets, which after exiting the microcapillary an electrostatic sorting mechanism happen, through which the cells are separated into spatially separated collecting containers depending on the sorting requirements.
Die vorstehenden Systeme zur Zellanalyse und -Sortierung stellen Werkzeuge für Untersuchungen im Bereich der Optogenetik dar, mit deren Hilfe wertvolle Erkenntnisse über intra- und extrazelluläre Prozesse gewonnen werden können. Insbesondere erlaubt es die Optogenetik hochkomplexe und überaus schnell ablaufende biochemische Reaktionen sowie auch bioelektrische Signalübertragungen innerhalb einer Zelle zu analysieren und ggf. zu kontrollieren. Mit den verfügbaren Mitteln zur Zellanalyse sowie Zellsortierung sind jedoch nur begrenzte Möglichkeiten zur kontrollierten optischen Interaktion mit biologischen Zellen zum Zwecke der Analyse sowie kontrollierten Einflussnahme auf intra- und extrazelluläre Prozesse möglich. The above systems for cell analysis and sorting represent tools for investigations in the field of optogenetics, with the help of which valuable knowledge about intra- and extracellular processes can be obtained. In particular, optogenetics allows highly complex and extremely fast biochemical reactions as well as bioelectrical signal transmissions within a cell to be analyzed and, if necessary, controlled. With the means available for cell analysis and cell sorting, however, only limited possibilities for controlled optical interaction with biological cells for the purpose of analysis and controlled influence on intra- and extracellular processes are possible.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu ergreifen, mit denen der Umfang zur Gewinnung von Informationen sowie auch der Umfang zur Beeinflussung bzw. Kontrolle von intrazellulären sowie extrazellulären Ereignissen erheblich gegenüber den bisher angewandten und vorstehend beschriebenen Techniken vergrößert werden soll. The invention is based on the object of taking measures with which the scope for obtaining information and also the scope for influencing or controlling intracellular and extracellular events is to be increased considerably compared to the techniques previously used and described above.
Aufgrund der Komplexität intrazellulärer Strukturen und die damit verbundenen biochemischen und bioelektrischen Ereignisse, die sowohl innerhalb als auch zwischen Zellen auftreten, ist das Verständnis über Zellen und Zellprozesse in Ihrer Gesamtheit noch lückenhaft. Eine der Ursachen hierfür erscheint nach dem derzeitigen Kenntnisstand darin zu liegen, dass sich die dem Durchflusszytometer zugeführten Zellen in einem weitgehend unspezifischen, d. h. nicht näher definierten Zustand befinden. Das gleiche gilt auch für Zellsorter-Prozesse. Due to the complexity of intracellular structures and the associated biochemical and bioelectrical events that occur both within and between cells, the understanding of cells and cell processes as a whole is still incomplete. According to the current state of knowledge, one of the reasons for this appears to be that the cells fed to the flow cytometer are in a largely unspecific, i.e. H. are in an undefined state. The same also applies to cell sorting processes.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, zeitlich unmittelbar vor einer an sich bekannten Zellanalyse mit Hilfe eines Durchflusszytometers oder einer Zellsortierung, vorzugsweise auf der Basis einer Fluoreszenzlicht basierten Zellsortierung, die einzelnen Zellen kontrolliert mit Licht einer bestimmten Menge sowie innerhalb eines bestimmten Zeitraumes zu belichten. Auf diese Weise können bestimmte funktionelle Ereignisse in den Zellen optisch aktiviert oder deaktiviert werden, um so einen definierten Zellzustand zu erhalten, den es genau zu analysieren gilt oder der die Möglichkeit eröffnet bestimmte Manipulationen oder Maßnahmen an oder mit der Zelle vorzunehmen, wie dies im Weiteren erläutert wird.. The invention is based on the idea of immediately preceding a cell analysis known per se with the aid of a flow cytometer or cell sorting, preferably based on a fluorescent light Cell sorting, the individual cells to be exposed to light of a certain amount and within a certain time period. In this way, certain functional events in the cells can be optically activated or deactivated in order to obtain a defined cell state that needs to be analyzed precisely or which opens up the possibility of certain manipulations or measures to be carried out on or with the cell, as described below is explained ..
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Im Anspruch 17 ist eine lösungsgemäße Verwendung der Anordnung zur positiven Selektion bestimmter biologischer Zellen aus einer Zellsuspension mit unterschiedlichen biologischen Zellen angegeben. The solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 1. Features that develop the inventive concept in an advantageous manner are the subject matter of the subclaims and the further description with reference to the exemplary embodiments. Claim 17 specifies a use according to the solution of the arrangement for the positive selection of certain biological cells from a cell suspension with different biological cells.
Lösungsgemäß ist eine Anordnung zur optischen Vorkonditionierung einer optisch aktivierbaren biologischen Probe vorgesehen, die eine Vielzahl von in einer Flüssigkeit suspendierter Zellen umfasst. Die Anordnung umfasst ein die Probe bevorratendes Reservoir, aus dem die Probe mittels einer Fördereinheit durch einen Hohlkanal förderbar ist, längs dem die Zellen seriell nacheinander förderbar sind, d.h. vorzugsweise einzeln nacheinander, und längs dem eine Belichtungseinheit angeordnet ist, die unter Vorgabe einer kontrollierbaren Belichtungsintensität und Belichtungsdauer die in der Probe enthaltenen und durch den Hohlkanal mit einer durch die Fördereinheit vorgebbaren Strömungsgeschwindigkeit strömenden Zellen belichtet. Stromab des Hohlkanals ist eine Zellen-Analyse und/oder - Sortiereinrichtung angebracht, die mit dem Hohlkanal fluidisch verbunden ist. According to the solution, an arrangement for the optical preconditioning of an optically activatable biological sample is provided which comprises a multiplicity of cells suspended in a liquid. The arrangement comprises a reservoir holding the sample, from which the sample can be conveyed by means of a conveying unit through a hollow channel, along which the cells can be conveyed in series one after the other, ie preferably individually one after the other, and along which an exposure unit is arranged which is provided with a controllable exposure intensity and exposure time exposes the cells contained in the sample and flowing through the hollow channel with a flow rate that can be predetermined by the conveying unit. A cell analysis and / or sorting device is attached downstream of the hollow channel and is fluidically connected to the hollow channel.
Die lösungsgemäße Anordnung, die auch als modularer Belichtungsaufsatz bzw. Belichtungsvorsatz zur Anbringung in Strömungsrichtung vor einem an sich bekannten Durchflusszytometer oder Zellsorter ausgebildet und verwendet werden kann, wird im Weiteren unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. The arrangement according to the solution, which can also be used as a modular exposure attachment or exposure attachment for attachment in the direction of flow in front of a per se known flow cytometers or cell sorters can be designed and used, is explained in more detail below with reference to the figures.
Gleichwohl eine kontrollierte Belichtung einer Gesamtzellprobe in Verbindung mit einem bekannten Durchflusszytometer zur Zellenanalyse bekannt ist, ist diese bekannte Form der Belichtung für sortierende Durchflusszytometer, kurz „FACS- Geräte“ (fluorescence-activated cell sorting), (FACS ist eine eingetragene Marke von Becton, Dickinson and Company), nicht kompatibel. Die Probenkammern dieser Geräte sind klein, im Inneren des jeweiligen Gerätes verbaut und stehen zudem unter Druck. Daher ist es fast unmöglich, einen Belichtungs-Aufsatz für derartige Fluoreszenz-aktivierte-Zellensortiergeräte zu verwenden. Zudem wird bei derartigen sortierenden Durchflusszytometer die Gesamtzellprobe belichtet und nachfolgend in den Zytometer aufgenommen. Dies ist für den Vorgang der Zellsortierung unzureichend, zumal der Zeit-Delay, der zwischen Belichtung und Messung/Sortierung jeder einzelnen Zelle entsteht, identisch sein sollte. Zwar wäre eine Belichtung der Zellen entlang des bestehenden Kapillar-Systems einer FACS- Maschine denkbar, erlaubt allerdings keine ausreichende Kontrolle der Belichtungsdauer, Belichtungsintensität, oder Temperatur der Zellprobe. Although controlled exposure of a total cell sample in connection with a known flow cytometer for cell analysis is known, this known form of exposure is known for sorting flow cytometers, in short "FACS devices" (fluorescence-activated cell sorting), (FACS is a registered trademark of Becton, Dickinson and Company), incompatible. The sample chambers of these devices are small, built into the interior of the respective device and are also under pressure. Therefore, it is almost impossible to use an exposure attachment for such fluorescence activated cell sorters. In addition, with such sorting flow cytometers, the entire cell sample is exposed and subsequently taken up in the cytometer. This is insufficient for the cell sorting process, especially since the time delay that arises between exposure and measurement / sorting of each individual cell should be identical. Exposure of the cells along the existing capillary system of a FACS machine would be conceivable, but does not allow sufficient control of the exposure duration, exposure intensity or temperature of the cell sample.
Die hier dargestellte Lösung umgeht die vor-verbaute Probenkammer einer bekannten FACS-Maschine und nutzt vorzugsweise eine externe Fördereinheit, welche einen kontrollierten Probenfluss und damit eine kontrollierte Belichtung und Temperierung der Zellprobe entlang einer Kapillare ermöglicht. Ein essentieller Aspekt dabei ist, dass der Zeitabstand zwischen Belichtung und Messung/Sortierung jeder einzelnen Zelle identisch ist. Dadurch ist der Sortierzeitpunkt für jede einzelne Zelle der Gesamtzellprobe identisch. The solution shown here bypasses the pre-installed sample chamber of a known FACS machine and preferably uses an external conveying unit, which enables a controlled sample flow and thus a controlled exposure and temperature control of the cell sample along a capillary. An essential aspect here is that the time interval between exposure and measurement / sorting of each individual cell is identical. As a result, the sorting time is identical for each individual cell of the total cell sample.
Kurze Beschreibung der Erfindung Brief description of the invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 lösungsgemäße Anordnung mit einer Vielzahl einzelner Lichtquellen, Fig. 2 lösungsgemäße Anordnung mit wenigstens einem, vorzugsweise mehreren Lichtleitern zur Belichtung der Zellen sowie Fig. 3 Anordnung zur positiven Selektion bestimmter Zellen aus einer Zellsuspension. The invention is described below by way of example without restricting the general inventive concept on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it: 1 shows an arrangement according to the solution with a multiplicity of individual light sources, FIG. 2 shows an arrangement according to the solution with at least one, preferably several light guides for illuminating the cells, and FIG. 3 shows an arrangement for the positive selection of certain cells from a cell suspension.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit Ways to carry out the invention, commercial applicability
Figur 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer lösungsgemäßen Anordnung, die folgende Komponenten umfasst: Figure 1 shows a schematic structure of an arrangement according to the solution, which comprises the following components:
In einem Reservoir 1 ist eine optisch aktivierbare biologische Probe 2 bevorratet, die eine Vielzahl biologische Zellen 3, suspendiert in einer transluzenten, d. h. lichtdurchlässigen Flüssigkeit 4, vorsieht. Die biologische Probe 2 ist innerhalb des Reservoirs 1 vorzugsweise auf eine vorgebbare Temperatur mit Hilfe einer Thermoeinheit 5 temperiert. An optically activatable biological sample 2 is stored in a reservoir 1, which contains a large number of biological cells 3 suspended in a translucent, i.e. H. translucent liquid 4, provides. The biological sample 2 is preferably tempered within the reservoir 1 to a predeterminable temperature with the aid of a thermal unit 5.
Mit Hilfe einer Fluidförderpumpe 6, deren Fördervolumen bzw. With the help of a fluid feed pump 6, the delivery volume or
Fördergeschwindigkeit v mittels einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 7 kontrollierbar ist, gelangt die in dem Reservoir 1 bevorratete biologische Probe 2 über Fluidleitungen 8 in eine Kapillare 9, die einen Hohlkanal 10 umfasst mit einem Kapillardurchmesser 11 , der vorzugsweise nicht größer bemessen sein sollte als die Summe der Durchmesser zweier in der Probe 2 enthaltenen Zellen 3, d. h. die längs der Kapillare 9 hindurchtretenden Zellen 3 durchströmen die Kapillare 9 vorzugsweise vereinzelt, d. h. seriell hintereinander. Gleichwohl kann der Kapillardurchmesser in Abhängigkeit der jeweiligen in Suspension vorliegenden Zellen auch größer dimensioniert sein, bspw. bis zu 200 pm, so dass auch mehr als eine Zelle nebeneinander längs der Kapillare hindurchtreten können, bspw. drei bis vorzugsweise maximal 20 Zellen. Wesentlich hierbei ist, dass die Zellenbelichtung für jede einzelne Zelle zu einem definierten Zeitpunkt gleich ist, so dass jede Zelle in einen vordefiniert optisch angeregten Zustand überführt werden kann. Conveying speed v is controllable by means of a control and / or regulating device 7, the biological sample 2 stored in the reservoir 1 passes via fluid lines 8 into a capillary 9, which comprises a hollow channel 10 with a capillary diameter 11, which should preferably not be larger than the sum of the diameters of two cells 3 contained in sample 2, d. H. the cells 3 passing along the capillary 9 flow through the capillary 9, preferably individually, d. H. serially one after the other. Nevertheless, depending on the cells in suspension, the capillary diameter can also be larger, for example up to 200 μm, so that more than one cell can pass alongside one another along the capillary, for example three to preferably a maximum of 20 cells. It is essential here that the cell exposure is the same for each individual cell at a defined point in time, so that each cell can be converted into a predefined optically excited state.
Die Kapillare 9 weist eine lichttransparente Kapillarwand 12 auf. In dem in Figur 1 illustrierten Ausführungsbeispiel ist außerhalb des Hohlkanals 9, d. h. außerhalb der Kapillare 9, eine Vielzahl einzelner Lichtquellen 13 angeordnet, die wenigstens abschnittsweise längs des Hohlkanals 10 in axialer Abfolge zum Hohlkanal jeweils nebeneinander angeordnet sind und einzeln oder in Gruppen (131 , 132, 133) über die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 7 ansteuerbar sind. Als bevorzugte Lichtquellen dienen einzelne Leuchtmittel oder eine Mischung aus den folgenden Leuchtmitteln: LED, Laserdiode, Halogenlampe, Gasentladungslampe, LCD-, LED-oder OLED-Displayanordnung, Projektor oder Quantum Dots. The capillary 9 has a light-transparent capillary wall 12. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, a multiplicity of individual light sources 13 are arranged outside the hollow channel 9, ie outside the capillary 9, which are arranged at least in sections along the hollow channel 10 in axial succession to the hollow channel and are arranged individually or in groups (131, 132, 133) can be controlled via the control and / or regulating device 7. Individual light sources or a mixture of the following light sources serve as preferred light sources: LED, laser diode, halogen lamp, gas discharge lamp, LCD, LED or OLED display arrangement, projector or quantum dots.
Die Vielzahl der einzelnen Lichtquellen 13 ist vorzugsweise sowohl axial nebeneinander sowie auch in Umfangsrichtung um den Hohlkanal 10 angeordnet. Auf diese Weise können die innerhalb des Hohlkanals 10 an den Lichtquellen 13 vorbeiströmenden Zellen 3 von allen Seiten gleichmäßig mit Licht beaufschlagt werden. The plurality of individual light sources 13 are preferably arranged both axially next to one another and also in the circumferential direction around the hollow channel 10. In this way, the cells 3 flowing past the light sources 13 within the hollow channel 10 can be exposed to light uniformly from all sides.
Um den Lichteintrag auf die einzelnen Zellen 3 beim Durchtritt durch den Hohlkanal 10 bzw. durch die Kapillare 9 möglichst individuell und vielgestaltig vornehmen zu können, bietet es sich an, die einzelnen Lichtquellen 13 in Gruppen 131, 132, 133 zusammenzufassen. Die Lichtquellen jeder zugeordneten Gruppe 131, 132, 133 emittieren jeweils eine bestimmte Wellenlänge mit einer bestimmt vorgebbaren Lichtintensität, lΐ3ΐ, lΐ32, A . Die Wellenlängen lΐ3ΐ, lΐ32, A sowie auch die zugehörigen Lichtintensitäten unterscheiden sich vorzugsweise voneinander. Grundsätzlich ist es möglich, die einzelnen Lichtquellengruppen 131 , 132, 133 ... so zu wählen, dass pro Lichtquellengruppe 131, 132, 133, etc... wenigstens eine Lichtquelle 13 enthalten ist. In order to be able to carry out the light input onto the individual cells 3 as it passes through the hollow channel 10 or through the capillary 9 as individually and in many different forms as possible, it is advisable to combine the individual light sources 13 in groups 131, 132, 133. The light sources of each assigned group 131, 132, 133 each emit a certain wavelength with a certain specifiable light intensity, lΐ3ΐ, lΐ32, A. The wavelengths lΐ3ΐ, lΐ32, A and also the associated light intensities preferably differ from one another. In principle, it is possible to select the individual light source groups 131, 132, 133 ... so that at least one light source 13 is contained per light source group 131, 132, 133, etc. ...
Durch die große Anzahl der in axialer Erstreckung sowie in Umfangsrichtung um den Hohlkanal 10 angeordneten Lichtquellen 13 kann der Lichteintrag auf die einzelnen Zellen 3 in Bezug auf Strahlungsmenge bzw. Strahlungsintensität sowie auch in Bezug auf Wellenlänge mit Hilfe der Steuer- und Regeleinheit 7 individuell vorgegeben werden. Die aus der Kapillare 9 austretenden, optisch vorkonditionierten Zellen 3 gelangen über eine weiterführende Fluidleitung 14 in eine an sich bekannte Zellen-Analyse und/oder Sortiereinrichtung 15. Due to the large number of light sources 13 arranged axially and circumferentially around the hollow channel 10, the light input to the individual cells 3 in terms of the amount of radiation or radiation intensity and also in terms of wavelength can be specified individually with the aid of the control unit 7 . The optically preconditioned cells 3 emerging from the capillary 9 reach a cell analysis and / or sorting device 15 known per se via a further fluid line 14.
In vorteilhafter Weise ist die Kapillare 9 thermisch mit einen Wärmetauscher 16 gekoppelt, der für eine vorgebbare Temperatur der biologischen Probe 2 innerhalb der Kapillare 9 sorgt. Der Wärmetauscher 16 kann als Pelltierelement oder, wie in Figur 1 dargestellt, in Form einer Temperiereinheit T ausgebildet sein, die mit einem Fluidkreislauf 17 verbunden ist, längs dem eine Wärmeträgerflüssigkeit geführt wird, die zumindest abschnittsweise durch einen Ringkanal 18 hindurchtritt, der von einem den Flohlkanal 10 bzw. die Kapillare 9 radial umfassenden Flohlzylinder Fl radial nach außen begrenzt wird. Die durch den Ringkanal 18 hindurchströmende Wärmeträgerflüssigkeit koppelt über die dem Flohlkanal zugeordnete Flohlkanalwand bzw. Kapillarwand thermisch an und vermag somit die innerhalb des Flohlkanals 10 strömende biologische Probe 2 zu temperieren. Alternativ oder in Kombination kann die Temperiereinheit T mit einem Wärmetauscher, bspw. in Form eines Luft/Flüssigkeitswärmetauschers, oder mit sogenannten Heatpipes gekoppelt sein. Advantageously, the capillary 9 is thermally coupled to a heat exchanger 16, which ensures a predeterminable temperature of the biological sample 2 within the capillary 9. The heat exchanger 16 can be designed as a Pelltier element or, as shown in Figure 1, in the form of a temperature control unit T, which is connected to a fluid circuit 17, along which a heat transfer fluid is guided, which passes at least in sections through an annular channel 18 which from one of the Flohlkanal 10 or the capillary 9 radially encompassing Flohl cylinder Fl is limited radially outward. The heat transfer fluid flowing through the annular channel 18 is thermally coupled via the flea channel wall or capillary wall assigned to the flea channel and is thus able to control the temperature of the biological sample 2 flowing within the flea channel 10. Alternatively or in combination, the temperature control unit T can be coupled with a heat exchanger, for example in the form of an air / liquid heat exchanger, or with so-called heat pipes.
In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Lichtquellen 13 zumindest teilweise innerhalb des Ringkanals 18 angeordnet, so dass sie von der Wärmeträgerflüssigkeit umströmt und auf einem gleichbleibend vorgebaren Temperaturniveau gehalten werden können. Auf diese Weise können lokale Überhitzungen, die von den einzelnen Lichtquellen 13 ausgehen können, vermieden werden. In a further preferred embodiment, the individual light sources 13 are arranged at least partially within the annular channel 18 so that the heat transfer fluid flows around them and can be kept at a constant, predetermined temperature level. In this way, local overheating, which can originate from the individual light sources 13, can be avoided.
Die lösungsgemäße Anordnung vermag durch die mit Hilfe der Förderpumpe 6 vorgebbare Fließgeschwindigkeit v die Verweilzeit und somit die Belichtungszeit der einzelnen Zellen 3 innerhalb der Kapillare 9 exakt vorzugeben. Durch die Vielzahl der einzelnen Lichtquellen 13, die einzeln oder in Gruppen wellenlängenselektiv und hinsichtlich ihrer Strahlungsintensität mit Hilfe der Steuer- und Regeleinheit 7 vorgebbar betrieben werden können, können die auf die einzelnen Zellen 3 applizierte Lichtmenge bzw. Lichtintensität sowie auch die Lichtwellenlängen bzw. Wellenlängenspektren individuell vorgegeben werden. Somit lassen sich die biologischen Zellen 3 unmittelbar vor einer an sich bekannten Zellenanalyse, bspw. mit Hilfe eine Durchflusszytometers, oder vor einer Zellsortierung in einer definiert vorgebbaren Weise optisch konditionieren. The arrangement according to the solution is able to precisely specify the dwell time and thus the exposure time of the individual cells 3 within the capillary 9 by means of the flow velocity v which can be preset with the aid of the feed pump 6. Due to the large number of individual light sources 13, which can be operated individually or in groups in a wavelength-selective manner and with the aid of the control and regulating unit 7 with regard to their radiation intensity, the amount of light or light intensity applied to the individual cells 3 as well as the light wavelengths or Wavelength spectra can be specified individually. The biological cells 3 can thus be optically conditioned in a manner that can be predetermined in a defined manner immediately before a cell analysis known per se, for example with the aid of a flow cytometer, or before cell sorting.
Figur 2 stellt eine alternative Ausführungsform zur Realisierung der lösungsgemäßen Anordnung zur optischen Vorkonditionierung einer optisch aktivierbaren biologischen Probe 2 dar. Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Anordnung, die eine Vielzahl einzelner Lichtquellen 13 zum Zwecke einer kontrollierten Belichtung bzw. Bestrahlung der durch die Kapillare 9 hindurchströmenden Zellen 3 vorsieht, besitzt die Ausführungsform gemäß Figur 2 wenigstens einen Lichtleiter 19, bspw. in Form einer Glasfaser, der außerhalb des Hohlkanals 10 längs der Kapillare 9 angeordnet ist. Der Lichtleiter 19 ist mit einer Lichtquelle 20 verbunden. Zudem sieht der Lichtleiter 19 seitlich zu dessen Längserstreckung wenigstens einen auf den Hohlkanal 10 gerichteten Lichtauslassbereich 21 vor, durch den Licht in den Hohlkanal 10 treten kann. Der wenigstens eine Lichtaustrittsbereich 21 ist bspw. durch eine lokale Aufrauhung des Lichtleiters 19 realisierbar. Durch die Aufrauhung können Streulichtanteile aus dem Lichtleiter 19 seitlich austreten. Durch die axiale Länge I des Lichtaustrittsbereiches 21 lässt sich die Belichtungs- bzw. Beleuchtungsdauer der Zellen 3, die durch die Kapillare 9 mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit v hindurchtreten, vorgegeben. FIG. 2 shows an alternative embodiment for realizing the arrangement according to the solution for the optical preconditioning of an optically activatable biological sample 2. In contrast to the arrangement shown in FIG 9 provides cells 3 flowing through, the embodiment according to FIG. 2 has at least one light guide 19, for example in the form of a glass fiber, which is arranged outside of the hollow channel 10 along the capillary 9. The light guide 19 is connected to a light source 20. In addition, the light guide 19 provides at the side of its longitudinal extension at least one light outlet region 21 directed onto the hollow channel 10, through which light can pass into the hollow channel 10. The at least one light exit region 21 can be implemented, for example, by locally roughening the light guide 19. As a result of the roughening, scattered light components can emerge laterally from the light guide 19. The exposure or illumination duration of the cells 3, which pass through the capillary 9 with a predetermined flow velocity v, can be predetermined by the axial length I of the light exit region 21.
Der in Figur 2 illustrierte Lichtleiter 19 sieht insgesamt drei gleich dimensionierte, axial jeweils voneinander beabstandete Lichtauslassbereiche 21 vor. The light guide 19 illustrated in FIG. 2 provides a total of three equally dimensioned light outlet regions 21, each axially spaced from one another.
Optional lässt sich längs der Kapillare 9 wenigstens ein zweiter Lichtleiter 20 anordnen, in den ebenfalls Licht aus einer Lichtquelle 22 eingekoppelt wird. Die Lichtquellen 20 und 22 können identisch oder über unterschiedliche Wellenlängen verfügen. Auch die Anzahl, Anordnung und Länge der Lichtaustrittsbereiche 23 längs des Lichtleiters 20 können sich von den Lichtaustrittsbereichen 21 des Lichtleiters 19 unterscheiden. Selbstverständlich kann eine nahezu beliebige Vielzahl derartiger Lichtleiter längs und in Umfangsrichtung um die Kapillare 9 angeordnet werden. Die Anordnung gemäß Figur 2 sieht ebenfalls einen Wärmetauscher 16 vor, dessen zugeordneter Fluidkreislauf 17 durch einen wenigstens abschnittsweise längs der Kapillare 9 angeordneten Ringkanal 18 verläuft. Optional befinden sich die Lichtleiter 19, 20 innerhalb des von der Wärmeträgerflüssigkeit durchströmten Ringkanals 18, die auf diese Weise eine gleichbleibende Temperierung erfahren. Optionally, at least one second light guide 20 can be arranged along the capillary 9, into which light from a light source 22 is also coupled. The light sources 20 and 22 can have identical or different wavelengths. The number, arrangement and length of the light exit areas 23 along the light guide 20 can also differ from the light exit areas 21 of the light guide 19. It goes without saying that virtually any number of such light guides can be arranged along and in the circumferential direction around the capillary 9. The arrangement according to FIG. 2 also provides a heat exchanger 16, the associated fluid circuit 17 of which runs through an annular channel 18 arranged at least in sections along the capillary 9. Optionally, the light guides 19, 20 are located within the annular channel 18 through which the heat transfer fluid flows, which in this way experience a constant temperature control.
Durch die lösungsgemäße kontrollierte optische Exposition der durch die Kapillare 9 seriell nacheinander hindurchströmenden biologischen Zellen 3 und optional an den Zellen 3 anhaftenden bzw. gebundenen Färb- oder Fluoreszenzstoffen oder licht regulierbaren Teilchen werden die Zellen in einen definierten Zustand überführt, der die Grundlage für eine reproduzierbare Zell-Analyse, Zellmanipulation und/oder Zellsortierung bildet. Aufgrund der zeitlich sowie auch räumlich definierten Abfolge von optischer Zellenbelichtung und der unmittelbar nachfolgenden Zellen-Analyse und/oder Zellen-Sortierung können exakte optogenetische Untersuchungen und Maßnahmen durchgeführt werden. Alternativ zur Zellenanalyse mittels eines Durchflusszytometers bietet sich die Verwendung von Analysegeräte, wie bspw. Massenspektrometer oder magnetische Aufreinigungssysteme unter Verwendung von Magnetobeads etc. an. The controlled optical exposure according to the solution of the biological cells 3 flowing through the capillary 9 in series one after the other and, optionally, dyes or fluorescent substances or light-regulatable particles adhering or bound to the cells 3 transfer the cells into a defined state, which is the basis for a reproducible state Cell analysis, cell manipulation and / or cell sorting forms. Due to the temporally and spatially defined sequence of optical cell exposure and the immediately subsequent cell analysis and / or cell sorting, exact optogenetic examinations and measures can be carried out. As an alternative to cell analysis by means of a flow cytometer, the use of analysis devices, such as mass spectrometers or magnetic purification systems using magnetobeads, etc., is possible.
So ist es mit Hilfe dieser Vorrichtung möglich, das sogenannte kinetische Proof- Reading-Modell (KPR) zu bestätigen, das besagt, dass T-Zellen zwischen eigenen und fremden Liganden durch die unterschiedlichen Halbwertszeiten der Ligandenbindung an den T-Zell-Rezeptor (TCR) unterscheiden. So kann mit Hilfe des pflanzlichen Photorezeptors Phytochrom B die Dynamik der Ligandenbindung an den TCR selektiv durch kontrollierte Belichtung untersucht werden. Durch die mit Hilfe der lösungsgemäßen Vorrichtung erzielbare reproduzierbare optische Vorkonditionierung der zu untersuchenden T-Zellen können wissenschaftlich belastbare Messungen zur Bestimmung der Halbwertszeit der Ligand-TCR- Interaktion durchgeführt werden, die der entscheidende Faktor für die Aktivierung der nachgeschalteten TCR-Signalisierung ist. In Figur 3 ist eine bevorzugte Weiterbildung der lösungsgemäßen Anordnung dargestellt, mit der es möglich ist eine positive Selektion von Zellen aus einer Zellmischung in Form einer Zellsuspension, wie sie bspw. in Blut vorliegt, vornehmen zu können. Diese Möglichkeit der positiven Zellselektion eröffnet vor allem in der Tumorforschung und Krebsdiagnose einen signifikanten Vorteil gegenüber bisherigen Methoden. With the help of this device, it is possible to confirm the so-called kinetic proof reading model (KPR), which states that T cells between their own and foreign ligands due to the different half-lives of ligand binding to the T cell receptor (TCR ) differ. With the help of the plant photoreceptor phytochrome B, the dynamics of ligand binding to the TCR can be examined selectively through controlled exposure. The reproducible optical preconditioning of the T cells to be examined that can be achieved with the aid of the device according to the solution enables scientifically reliable measurements to be carried out to determine the half-life of the ligand-TCR interaction, which is the decisive factor for activating the downstream TCR signaling. FIG. 3 shows a preferred further development of the arrangement according to the solution, with which it is possible to carry out a positive selection of cells from a cell mixture in the form of a cell suspension, such as is present in blood, for example. This possibility of positive cell selection opens up a significant advantage over previous methods, especially in tumor research and cancer diagnosis.
Insbesondere Immunzellen werden durch die Bindung von Antikörpern an ihre Oberflächenrezeptoren aktiviert und sterben infolge der Aktivierung. Daher können Immunzell-Subtypen bisweilen hauptsächlich nur negativ selektiert werden, d.h. es ist ein Antikörper Cocktail erforderlich, den es zunächst herzustellen gilt und durch den alle Zellen mit Ausnahme der zu selektierenden Zielzellen markiert werden.Immune cells in particular are activated by the binding of antibodies to their surface receptors and die as a result of the activation. Therefore, immune cell subtypes can sometimes only be selected negatively, i.e. an antibody cocktail is required, which must first be produced and through which all cells with the exception of the target cells to be selected are marked.
Diese Vorgehenswese ist zeitlich, Verfahrens- und materialtechnisch sehr aufwändig und ermöglicht nur selten die Isolierung einer wirklich reinen Zellpopulation. This procedure is very complex in terms of time, process and material and only rarely enables the isolation of a really pure cell population.
Mit Hilfe der in Figur 3 dargestellten Anordnung und Vorgehenswese werden die positiv zu selektierenden Zellen zeitlich nur sehr kurz mit einem licht-regulierten Teilchen gebunden ohne dabei mit den damit verbundenen letalen Folgen aktiviert zu werden. With the aid of the arrangement and procedure shown in FIG. 3, the cells to be positively selected are only bound to a light-regulated particle for a very short time without being activated with the associated lethal consequences.
In dem Reservoir 1, das in der gleichen Weise ausgebildet ist wie das Reservoir in den in Figuren 1 und 2, befindet sich eine Zellsuspension, z.B. in Form einer Blutprobe, mit verschiedenen Zellen 3, bspw, Immunzellen, sogenannte T-Zellen. Die Zellen 3 sind gemischt mit optisch aktivierbaren Teilchen 24, bspw. in Form Licht regulierbarer Bindemoleküle, Licht-regulierbarer Bindeproteine, Licht-regulierbarer Antikörper, Licht-regulierbarer Einzeldomänenantikörper (Nanobody) oder Licht regulierbarer Adnectine (Monobody). In the reservoir 1, which is designed in the same way as the reservoir in FIGS. 1 and 2, there is a cell suspension, e.g. in the form of a blood sample, with different cells 3, e.g. immune cells, so-called T cells. The cells 3 are mixed with optically activatable particles 24, for example in the form of light-adjustable binding molecules, light-adjustable binding proteins, light-adjustable antibodies, light-adjustable single-domain antibodies (nanobody) or light-adjustable adnectins (monobody).
Die optisch aktivierbaren Teilchen 24 sind derart gewählt, dass sie vermittels einer ersten optischen Aktivierung im Wege einer Konformitätsänderung aus einem ersten Teilchenzustand in einen zweiten Teilchenzustand überführbar sind, in dem sie sich an bestimmte zu separierende Zellen 3* der Zellsuspension binden. Durch eine zweite optische Aktivierung und eine damit bedingte zweite Konformitätsänderung sind die optisch aktivierten Teilchen wieder in den ersten Teilchenzustand rücküberführbar, in dem sie wieder einen nichtbindenden Zustand einnehmen und sich von den bestimmten Zellen 3* zu lösen vermögen. The optically activatable particles 24 are selected in such a way that they can be converted from a first particle state into a second particle state by means of a first optical activation by way of a conformity change, in which they bind to certain cells 3 * of the cell suspension to be separated. By a second optical activation and a consequent second change in conformity, the optically activated particles can be transferred back to the first particle state, in which they again assume a non-binding state and are able to detach themselves from the specific cells 3 *.
Die innerhalb des Reservoirs 1 bevorratete Zellsuspension wird vermittels der Fördereinheit 6 längs der Kapillare 9 in die Anordnung 25 zur optischen Vorkonditionierung überführt. The cell suspension stored within the reservoir 1 is transferred by means of the conveying unit 6 along the capillary 9 into the arrangement 25 for optical preconditioning.
Die Fördereinheit 6 fördert die Zellsuspension mit einer vorgebbaren Strömungsgeschwindigkeit durch den Flohlkanal bzw. Kapillare 9, längs der die Zellsuspension mittels der innerhalb der Anordnung 25 zur optischen Vorkonditionierung angeordneten Belichtungseinheit 26 unter Vorgabe einer kontrollierbaren Belichtungsintensität und Belichtungsdauer belichtet wird. Durch diese erste optische Aktivierung nehmen die die optisch aktivierbaren Teilchen 24 den zweiten Teilchenzustand ein und binden sich an die bestimmten Zellen 3*. Alle übrigen Zellen 3‘ innerhalb der Zellsuspension verbleiben in ihrer ursprünglichen Form. The conveying unit 6 conveys the cell suspension at a predeterminable flow rate through the flea canal or capillary 9, along which the cell suspension is exposed by means of the exposure unit 26 arranged within the arrangement 25 for optical preconditioning, with a controllable exposure intensity and exposure duration specified. As a result of this first optical activation, the optically activatable particles 24 assume the second particle state and bind to the specific cells 3 *. All other cells 3 ‘within the cell suspension remain in their original form.
Innerhalb der der Anordnung 25 zur optischen Vorkonditionierung nachgeordneten Sortiereinheit 15 wird die optisch aktivierte Zellsuspension einer optisch und/oder magnetisch induzierten Sortierung unterzogen, bei der die in der Zellsuspension enthaltenen Zellen 3* 3‘ vorzugsweise auf der Grundlage der Menge an emittierten Fluoreszenzlicht und/oder einer spektralen Farbanalyse und/oder magnetischer Eigenschaften sortiert und separiert werden. So vermögen die bestimmten Zellen 3* mit gebundenen optisch aktivierten Teilchen 24 eine größere Menge an Fluoreszenzlicht zu emittieren als alle andere Zellen 3‘, da die optisch aktivierten Teilchen 24 vorzugsweise an einen Farbstoff gekoppelt sind. Alternativ ist die Verwendung optisch aktivierbarer Teilchen 24 denkbar, an denen magnetische Partikel, sogenannte Magnetobeads, gekoppelt sind. In diesem Fall können jene bestimmte Zellen 3*, an denen über die optisch aktivierten Teilchen Magnetobeads gebunden sind, im Wege einer Magnetkraft unterstützten Sortiereinheit 15 separiert werden. Within the sorting unit 15 arranged downstream of the arrangement 25 for optical preconditioning, the optically activated cell suspension is subjected to an optically and / or magnetically induced sorting, in which the cells 3 * 3 'contained in the cell suspension are preferably based on the amount of fluorescent light emitted and / or a spectral color analysis and / or magnetic properties can be sorted and separated. Thus, the specific cells 3 * with bound optically activated particles 24 are able to emit a larger amount of fluorescent light than all other cells 3 ', since the optically activated particles 24 are preferably coupled to a dye. Alternatively, it is conceivable to use optically activatable particles 24 to which magnetic particles, so-called magnetobeads, are coupled. In this case, those specific cells 3 *, on which the optically activated particles Magnetobeads are bound to be separated by means of a magnetic force-assisted sorting unit 15.
Der Sortiereinheit 15 nachgeordnet sind wenigstens zwei Probensammelbehälter 27, 28 angeordnet. In den Probensammelbehälter 28 gelangen alle bestimmten, positiv zu selektierenden Zellen 3*, an denen jeweils ein optisch aktiviertes Teilchen 24 gebunden ist. Eine weitere Belichtungseinheit 29, die zwischen der Sortiereinheit 15 und dem Probensammelbehälter 28, in oder an dem Probensammelbehälter 28 angeordnet ist, dient zur zweiten optischen Aktivierung, wodurch die an den bestimmten Zellen 3* bindenden Teilchen 24 im Wege einer Konformitätsänderung in den ersten Teilchenzustand rücküberführt werden und sich von den bestimmten Zellen 3* lösen. In den anderen Probensammelbehälter gelangen alle übrigen Zellen 3‘. At least two sample collection containers 27, 28 are arranged downstream of the sorting unit 15. All certain cells 3 * to be selected positively, to each of which an optically activated particle 24 is bound, arrive in the sample collection container 28. A further exposure unit 29, which is arranged between the sorting unit 15 and the sample collection container 28, in or on the sample collection container 28, is used for the second optical activation, whereby the particles 24 binding to the specific cells 3 * are returned to the first particle state by means of a conformity change and become detached from the specific cells 3 *. All other cells 3 ‘go into the other sample collection container.
Im Wege einer nachfolgenden Separation 30, bspw. mittels Zentrifuge, Dekanter, Filtration, magnetische Separation etc., werden die optisch aktivierbaren Teilchen 24 von den bestimmten Zellen 3* getrennt, so dass im Ergebnis eine reine Population 31 aus den bestimmten Zellen 3* erhalten wird. By way of a subsequent separation 30, for example by means of a centrifuge, decanter, filtration, magnetic separation, etc., the optically activatable particles 24 are separated from the specific cells 3 *, so that the result is a pure population 31 from the specific cells 3 * becomes.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
Reservoir reservoir
Biologische Probe Zellen Biological sample cells
Bestimmte Zellen Certain cells
Übrige Zellen transluzente Flüssigkeit Remaining cells translucent liquid
Thermoeinheit Thermal unit
Fluidförderpumpe Fluid delivery pump
Steuer- und Regeleinrichtung Control and regulation device
Fluidleitung Fluid line
Kapillare capillary
Flohlkanal Flea canal
Kapillardurchmesser Capillary diameter
Kapillarwand Capillary wall
Lichtquelle -133 Lichtquellengruppe Light source -133 light source group
Fluidleitung Fluid line
Zellen-Analyseeinrichtung bzw. Zellen-SortiereinrichtungCell analysis device or cell sorting device
Wärmetauschereinheit Heat exchanger unit
Fluidkreislauf Fluid circuit
Ringkanal Ring channel
Lichtleiter 20 Lichtquelle Light guide 20 light source
21 Lichtauslassbereich 21 Light outlet area
22 Lichtquelle 22 light source
23 Lichtauslassbereich 23 Light outlet area
24 Optisch aktivierbare Teilchen 24 optically activated particles
25 Anordnung zur optischen Vorkonditionierung25 Arrangement for optical preconditioning
26 Belichtungseinheit 26 Imaging Unit
27 Probensammelbehälter 27 sample collection container
28 Probensammelbehälter 28 sample collection containers
29 Weitere Belichtungseinheit 29 Additional imaging unit
30 Separation 30 separation
31 Reine Population aus bestimmten Zellen31 Pure population from certain cells
I Länge des Lichtauslassbereiches I Length of the light outlet area
T Temperiereinheit T temperature control unit
H Hohlzylinder v Fördergeschwindigkeit H hollow cylinder v conveying speed

Claims

Patentansprüche Claims
1. Anordnung zur optischen Vorkonditionierung einer optisch aktivierbaren biologischen Probe, die eine Vielzahl von in einer Flüssigkeit suspendierter Zellen aufweist mit einem die Probe bevorratenden Reservoir, aus dem die Probe mittels einer Fördereinheit durch einen Flohlkanal förderbar ist, längs dem die Zellen seriell nacheinander förderbar sind und längs dem eine Belichtungseinheit angeordnet ist, die unter Vorgabe einer kontrollierbaren Belichtungsintensität und Belichtungsdauer die in der Probe enthaltenen und durch den Flohlkanal mit einer durch die Fördereinheit vorgebbaren Strömungsgeschwindigkeit strömenden Zellen belichtet, sowie mit einer Zellen-Analyse und/oder -Sortiereinrichtung, die stromab des Flohlkanals mit diesem fluidisch verbunden ist. 1. Arrangement for the optical preconditioning of an optically activatable biological sample which has a plurality of cells suspended in a liquid with a reservoir which stores the sample and from which the sample can be conveyed by means of a conveyor unit through a flea channel along which the cells can be conveyed in series one after the other and along which an exposure unit is arranged, which exposes the cells contained in the sample and flowing through the flea canal with a flow rate that can be predetermined by the conveying unit, as well as with a cell analysis and / or sorting device, the downstream of the flea canal is fluidically connected to it.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flohlkanal in Art einer lichttransparenten Kapillare ausgebildet ist, mit einem Kapillardurchmesser der nicht größer bemessen ist als die Summe der Durchmesser zweier in der Probe enthaltenen Zellen. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the flea canal is designed in the manner of a light-transparent capillary, with a capillary diameter which is not larger than the sum of the diameter of two cells contained in the sample.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungseinheit eine erste Vielzahl außerhalb des Flohlkanals angeordnete einzelne Lichtquellen aufweist, die wenigstens abschnittsweise längs des Flohlkanals in axialer Abfolge zum Flohlkanal jeweils nebeneinander angeordnet sind und einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the exposure unit has a first plurality of individual light sources arranged outside the flea canal, which are at least partially arranged along the flea canal in axial sequence to the flea canal and can be controlled individually or in groups.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungseinheit wenigstens eine zweite Vielzahl außerhalb des Flohlkanals angeordnete einzelne Lichtquellen aufweist, die wenigstens in Umfangsrichtung um den Flohlkanal wenigstens zur ersten Vielzahl an Lichtquellen versetzt angeordnet ist und wenigstens abschnittsweise längs des Flohlkanals in axialer Abfolge zum Flohlkanal jeweils nebeneinander angeordnet sind und einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind. 4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the exposure unit has at least a second plurality of individual light sources arranged outside the flea canal, which is arranged offset at least in the circumferential direction around the flea canal at least to the first plurality of light sources and at least in sections along the flea canal in axial succession to the flea canal are arranged side by side and can be controlled individually or in groups.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Lichtquellen aus einzelnen oder einer Mischung aus den folgenden Leuchtmitteln besteht: LED, Laserdiode, Halogenlampe, Gasentladungslampe, LCD-, LED-oder OLED-Displayanordnung, Projektor oder Quantum Dots. 5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the plurality of light sources consists of individual or a mixture of the following illuminants: LED, laser diode, halogen lamp, gas discharge lamp, LCD, LED or OLED display arrangement, projector or quantum dots .
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungseinheit wenigstens einen längs des Hohlkanals angeordneten Lichtleiter vorsieht, der seitlich zur Längserstreckung des Lichtleiters, wenigstens einen auf den Hohlkanal gerichteten Lichtauslassbereich aufweist, und dass der Lichtleiter mit einer Lichtquelle zur Lichteinkopplung in den Lichtleiter optisch gekoppelt ist. 6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the exposure unit provides at least one light guide arranged along the hollow channel, which has at least one light outlet area directed towards the hollow channel laterally to the longitudinal extension of the light guide, and that the light guide is provided with a light source for Light coupling is optically coupled into the light guide.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkanal mit einem Wärmetauscher thermisch gekoppelt ist. 7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hollow channel is thermally coupled to a heat exchanger.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher in Form eines den Hohlkanal radial umschließenden Hohlzylinders ausgebildet ist, der mit einer dem Hohlkanal zugeordneten Hohlkanalwand einen Ringkanal einschließt, durch den eine temperierte Flüssigkeit strömt, die an die Hohlkanalwand thermisch ankoppelt, an die auch die Probe innerhalb des Hohlkanals thermisch ankoppelt. 8. The arrangement according to claim 7, characterized in that the heat exchanger is designed in the form of a hollow cylinder which radially encloses the hollow channel and which, with a hollow channel wall assigned to the hollow channel, encloses an annular channel through which a temperature-controlled liquid flows which is thermally coupled to the hollow channel wall which also thermally couples the sample within the hollow channel.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungseinheit zumindest teilweise innerhalb des Ringkanals angeordnet ist und thermisch an die temperierte Flüssigkeit ankoppelt. 9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the exposure unit is at least partially arranged within the annular channel and thermally coupled to the temperature-controlled liquid.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung vorgesehen ist, die die Fördereinheit und/oder die Belichtungseinheit steuert oder regelt unter Maßgabe einer zeitlich definiert vorgebbaren Bestrahlungszeit der den Hohlkanal seriell nacheinander passierenden Zellen mit Licht einer konstant vorgebbaren Lichtintensität und Wellenlänge, eines vorgebaren Wellenlängenspektrums. 10. Arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that a control and / or regulating device is provided which controls or regulates the conveyor unit and / or the exposure unit in accordance with a time-defined irradiation time of the cells passing serially through the hollow channel one after the other with light of a constant specifiable light intensity and wavelength, a specifiable wavelength spectrum.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung den Wärmetauscher zur Kontrolle einer vorgebbaren Temperatur überwacht. 11. Arrangement according to one of claims 7 to 10, characterized in that the control and / or regulating device monitors the heat exchanger to control a predetermined temperature.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen-Analyseeinrichtung ein Durchflusszytometer, und dass die Zell-Sortiereinrichtung ein fluoreszenzaktivierter Zellsorter ist. 12. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the cell analysis device is a flow cytometer, and that the cell sorting device is a fluorescence-activated cell sorter.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusszytometer wenigstens eine Druckquelle aufweist, die als Antrieb für die Fördereinheit dient. 13. The arrangement according to claim 12, characterized in that the flow cytometer has at least one pressure source which serves as a drive for the delivery unit.
14 Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinheit eine Fluidpumpe in Form einer Membranpumpe oder Spritzenpumpe ist. 14. Arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the delivery unit is a fluid pump in the form of a membrane pump or syringe pump.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zell-Sortiereinrichtung einen15. Arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized in that the cell sorting device a
Sortiermechanismus aufweist, dem wenigstens zwei Probensammelbehälter zur jeweils anteiligen Probenaufnahme nachgeordnet sind, und dass wenigstens eine weitere Belichtungseinheit zur Belichtung der im wenigstens einen Probensammelbehälter gesammelten Probe vorgesehen ist. Has a sorting mechanism, which is followed by at least two sample collection containers for each proportional sample intake, and that at least one further exposure unit is provided for exposure of the sample collected in the at least one sample collection container.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Belichtungseinheit zwischen dem Sortiermechanismus und dem Probensammelbehälter, in oder an dem Probensammelbehälter angeordnet ist. 16. The arrangement according to claim 15, characterized in that the at least one further exposure unit is arranged between the sorting mechanism and the sample collection container, in or on the sample collection container.
17. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 15 oder 16 zur positiven Selektion bestimmter biologischer Zellen aus einer Zellsuspension mit unterschiedlichen biologischen Zellen. 17. Use of the arrangement according to claim 15 or 16 for the positive selection of certain biological cells from a cell suspension with different biological cells.
18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellsuspension zusammen mit optisch aktivierbaren Teilchen als Probe in dem Reservoir bevorratet wird, wobei die optisch aktivierbaren Teilchen durch eine erste optische Aktivierung im Wege einer Konformitätsänderung aus einem ersten Teilchenzustand in einen zweiten Teilchenzustand überführbar sind, in dem sich die optisch aktivierten Teilchen an die bestimmten Zellen der Zellsuspension binden, sowie durch eine zweite optische Aktivierung im Wege einer zweiten Konformitätsänderung wieder in den ersten Teilchenzustand rücküberführbar sind, in dem die optisch aktivierbaren Teilchen einen nichtbindenden Zustand einnehmen und sich von den bestimmten Zellen lösen, dass aus dem Reservoir die Probe mittels der Fördereinheit mit einer vorgebbaren Strömungsgeschwindigkeit durch den Hohlkanal gefördert wird, längs dem die Probe mittels der Belichtungseinheit unter Vorgabe einer kontrollierbaren Belichtungsintensität und Belichtungsdauer derart belichtet wird, dass die optisch aktivierbaren Teilchen den zweiten Teilchenzustand einnehmen und sich an die bestimmten Zellen binden, dass mittels der längs des Hohlkanals nachfolgend angeordneten Sortiereinrichtung die bestimmten Zellen, an denen wenigstens ein optisch aktiviertes Teilchen bindet, in einen Probensammelbehälter separiert werden, und dass mittels einer der Sortiereinrichtung nachgeordneten weiteren Belichtungseinheit die an den bestimmten Zellen bindenden Teilchen im Wege der zweiten optischen Aktivierung in den ersten Teilchenzustand rücküberführt werden und sich von den bestimmten Zellen lösen. 18. Use according to claim 17, characterized in that the cell suspension is stored together with optically activatable particles as a sample in the reservoir, wherein the optically activatable particles can be converted from a first particle state into a second particle state by a first optical activation by way of a conformity change , in which the optically activated particles bind to the specific cells of the cell suspension and can be converted back to the first particle state by a second optical activation by way of a second change in conformity, in which the optically activated particles assume a non-binding state and differ from the specific Detach cells so that the sample is conveyed from the reservoir by means of the conveying unit through the hollow channel at a predeterminable flow rate, along which the specimen is conveyed by means of the exposure unit, with a controllable exposure intensity and exposure being specified duration is exposed in such a way that the optically activatable particles adopt the second particle state and bind to the specific cells that the specific cells to which at least one optically activated particle binds are separated into a sample collection container by means of the sorting device arranged downstream along the hollow channel, and that by means of a further exposure unit arranged downstream of the sorting device, the particles binding to the specific cells by way of the second optical Activation are returned to the first particle state and detach themselves from the specific cells.
19. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch aktivierbaren Teilchen, Licht-regulierbare Bindemoleküle, Licht-regulierbare Bindeproteine, Licht-regulierbare Antikörper, Licht-regulierbare Einzeldomänenantikörper (Nanobody) oder Licht-regulierbare Adnectine (Monobody) sind. 19. Use according to claim 17, characterized in that the optically activatable particles, light-adjustable binding molecules, light-adjustable binding proteins, light-adjustable antibodies, light-adjustable single-domain antibodies (nanobodies) or light-adjustable adnectins (monobodies) are.
20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die optisch aktivierbaren Teilchen durch wenigstens eine charakteristische Farbe und/oder durch eine fluoreszierende Eigenschaft und/oder durch eine magnetische Eigenschaft auszeichnen. 20. Use according to claim 18 or 19, characterized in that the optically activatable particles are distinguished by at least one characteristic color and / or by a fluorescent property and / or by a magnetic property.
21. Verwendung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellsuspension Blut aufweist und die bestimmten Zellen Immunzellen, T-Zellen betreffen. 21. Use according to one of claims 17 to 20, characterized in that the cell suspension comprises blood and the specific cells relate to immune cells, T cells.
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