ES2343710T3 - Ensayos de alto rendimiento basados en celulas, metodos de uso y kits. - Google Patents

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Abstract

Un método para detectar un reactivo específico de la diana que comprende las etapas de: a) seleccionar una célula que tiene una molécula diana seleccionada localizada en una porción seleccionada de las que están sobre la pared celular o en la célula, b) cultivar la célula en una placa (4) de filtro multipocillo hidrófilo con un medio de cultivo; c) poner en contacto las células cultivadas en un pocillo (10) de dicha placa de filtro multipocillo con un reactivo que comprende un ligando para una molécula diana seleccionada en o sobre la célula, siendo seleccionado el ligando de ligandos que contienen un marcador detectable y ligandos que son capaces de unirse a un ligando secundario que contiene un marcador detectable, d) lavar las células cultivadas en dicho pocillo por flujo por gravedad por lo menos una vez con un líquido de lavado para retirar cualquier reactivo que no esté unido a la molécula diana seleccionada de la célula para proporcionar una célula lavada; y e) buscar el ligando para indicar la presencia o ausencia de la molécula diana, caracterizado porque el tamaño medio de poro de la placa de filtro está entre 1 y 3,5 micrómetros y es suficiente para permitir que el medio de cultivo, líquido de lavado y ligandos sin unir pasen a través de ella bajo los efectos de la gravedad reteniendo las células cultivadas, y porque en la etapa d) se permite que algo de líquido de lavado permanezca en dicho pocillo para prevenir que dicho pocillo se seque.

Description

Ensayos de alto rendimiento basados en células, métodos de uso y kits.
La invención se refiere a ensayos de alto rendimiento basados en células, a métodos para usar tales ensayos y a kits para tales ensayos. Más particularmente, se refiere a una etapa de lavado/filtración basada en la gravedad para ensayos celulares de alto rendimiento tales como inmunoensayos.
Antecedentes de la invención
El uso de varios métodos para detectar las interacciones entre una célula y otra entidad (generalmente un fármaco o un candidato a fármaco, una toxina, contaminante medioambiental, etc.) es bien conocido en la técnica. Están generalmente disponibles varios de estos formatos de ensayo basado en células. Estos ensayos se usan para detectar el efecto de un compuesto de ensayo en la expresión de una o más moléculas marcadoras (generalmente proteínas) de una célula.
Los ensayos basados en células generalmente miden una respuesta distinguible que requiere un inmunoensayo para una molécula marcadora específica de diferenciación tal como una proteína sobre la pared celular o intracelular de la molécula. Generalmente, por lo menos se añade un primer ligando (primer anticuerpo u otra entidad) que se une a la molécula marcadora de la célula y por sí mismo o con un ligando secundario (tal como un anticuerpo secundario que tiene un marcador detectable) es capaz de ser detectado, generalmente, por fluorometría, colorometría o radiactividad.
Los inmunoensayos se complican por la necesidad de retirar los ligandos sin unir antes de la etapa de detección. Típicamente esto se ha conseguido con protocolos de lavado con centrifugación. El nivel de líquido después de la adición de uno o más ligandos es reducido y se añade un tampón de lavado a la disolución. Esta se centrifuga a continuación y se retira el sobrenadante dejando las células en un pequeño volumen de líquido. Las etapas de lavado se repiten a menudo 3-8 veces para asegurar la retirada sustancial de los materiales sin unir.
Este es un procedimiento que lleva tiempo y está limitado en el número de tubos que pueden ser procesados en un tiempo dado por una persona. No es tampoco fácilmente compatible con la automatización si lo es de algún modo. Adicionalmente, la cantidad retirada y de dónde es retirada varía y conduce a la pérdida de células por decantación y debido al estrés o muerte debida a la falta de líquido (si se ha retirado demasiado). Similarmente, el número de lavados se debe mantener alto para asegurar que se retira suficiente reactivo de fondo de modo que se pueda hacer una medida precisa.
El documento US 2001/0055776 A1 sugirió el uso de vacío con una placa de filtro multipocillo para proporcionar un formato de más alto rendimiento. El bajo vacío es difícil de controlar y cada pocillo varía en su respuesta al bajo vacío. Esto conduce a resultados inconsistentes entre pocillos, secándose algunos pocillos mientras que otros retienen demasiado fluido conduciendo a falsas señales positivas. Lo que es más importante, la recuperación de células es sustancialmente baja, aunque en algunos casos puede permitir un ensayo usando el bajo número de células
restantes.
Somos conscientes de la publicación de patente internacional WO 9524648 (Fodstad Oeystein et al.) que se refiere a un método y aparato para detectar células diana específicas de una manera única y que ahorra tiempo, usando partículas paramagnéticas, anticuerpos que reconocen las porciones Fc de anticuerpos que se asocian a células diana y anticuerpos que se asocian a células diana dirigidos a determinantes de antígeno específico en las membranas de la célula diana. La incubación de la suspensión de células con detergente y/o segundos anticuerpos o fragmentos de anticuerpo, premarcados o no con agentes fluorescentes, metalocoloides, radioisótopos, complejos de biotina o ciertas enzimas que permiten la visualización, incrementa drásticamente la especificidad del método. El método y aparato descrito proporciona un soporte sólido y un registro permanente que se ve fácilmente por microscopía, permite la vista y cuantificación de toda la muestra en lugar de pequeñas fracciones de ella y permite el uso de grandes volúmenes de muestra para ser analizados, el dispositivo se puede escanear también automáticamente por tecnología densitométrica convencional. El método y aparato se puede usar para el aislamiento de las células diana por aplicación de campos magnéticos, y se describe un kit y aparato para realizar el método según la invención.
La falta de un ensayo de alta viabilidad/retención de células y alto rendimiento es un cuello de botella significativo en la consecución de todo el potencial de la proteonómica para el descubrimiento de fármacos. La presente invención proporciona tal solución.
Sumario de la invención
En la presente invención se colocan células en una placa multipocillo y se cultivan. Cuando se va a realizar el ensayo, se usa la gravedad para separar por lavado los ligandos sin unir en lugar del vacío o centrifugación. Las células se examinan a continuación para detectar el ligando unido.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para el lavado de células usado en un ensayo de placa de filtro multipocillo por flujo por gravedad.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para el lavado de células usado en un ensayo de placa de filtro multipocillo que tiene un filtro de policarbonato por flujo por gravedad.
Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un procedimiento para el lavado de células usado en un ensayo de placa de filtro multipocillo que tiene un filtro de policarbonato hidrófilo por flujo por gravedad.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para el lavado de células usado en una placa de filtro multipocillo que tiene un filtro de policarbonato hidrófilo con un tamaño de poro de alrededor de 3 micrómetros por flujo por gravedad.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para el lavado de células usado en un ensayo de placa de filtro multipocillo por flujo por gravedad para obtener una alta retención de células.
Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un método para detectar un reactivo específico de una diana que comprende las etapas de:
a.
seleccionar una célula que tiene una molécula diana seleccionada localizada en una posición seleccionada del grupo que consiste en estar sobre la pared celular o en la célula,
b.
cultivar la célula en una placa de filtro multipocillo;
c.
poner en contacto la célula con un reactivo que comprende un ligando para una molécula diana seleccionada dentro o sobre la célula, siendo seleccionado el ligando del grupo que consiste en ligandos que contienen un marcador detectable y ligandos que son capaces de unirse a un ligando secundario que contiene un marcador detectable,
d.
lavar la célula con flujo por gravedad por lo menos una vez para retirar cualquier reactivo que no está unido a la molécula diana seleccionada de la célula para proporcionar una célula lavada; y
e.
buscar el ligando para indicar la presencia o ausencia de la molécula diana (incluyendo las alteraciones en el estado funcional de las proteínas tales como fosforilación de las proteínas).
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un anticuerpo primario y uno secundario como ligando en el método.
Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar un anticuerpo primario y uno secundario como ligando en el método y detectar la unión del anticuerpo primario a la molécula diana por medio del uso de fluorescencia, quimioluminiscencia, colorometría o detección radiactiva del anticuerpo secundario que está unido al anticuerpo primario.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un dispositivo para la filtración por gravedad de fluidos de lavado y reactivos sin unir formado de una placa de filtro que tiene dos o más pocillos, estando cubierto el fondo de cada pocillo con una membrana porosa; una placa portadora que tiene pocillos iguales en número y en registro con los pocillos de la placa de filtro, teniendo los pocillos del portador las partes superiores e inferiores abiertas; y una bandeja de recogida.
Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar una placa de filtro con una membrana hidrófila que tiene un tamaño de poro de alrededor de 1 a 3,5 \mum (micrómetros), preferentemente alrededor de 3 \mum.
Es un objetivo adicional de la presente invención proporcionar una placa portadora que tiene pocillos cuyo diámetro interno es por lo menos ligeramente más grande que el diámetro exterior de los pocillos de la placa de filtro con la que interacciona.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar una placa de filtro con una membrana hidrófila y una placa portadora que tiene pocillos cuyas superficies internas se han convertido en hidrófilas.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un kit formado por una placa de filtro multipocillo, un portador de placas, un colector de residuos para uso en el lavado de células por flujo por gravedad.
Es otro objetivo de la presente invención proporcionar un kit formado por una placa de filtro multipocillo que tiene una membrana hidrófila, un portador de placas, un colector de residuos/reactivo para uso en el lavado de células por flujo por gravedad.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un kit formado de una placa de filtro multipocillo que tiene una membrana de policarbonato hidrófilo con un tamaño de poro de alrededor de 3 \mum, un portador de placas, un colector de residuos/reactivo para su uso en el lavado de células por flujo por gravedad, un primer anticuerpo capaz de unirse a la proteína marcadora y un segundo anticuerpo capaz de unirse al primer anticuerpo, en el que el segundo anticuerpo tiene una entidad que es capaz de ser detectada.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un kit con un anticuerpo secundario que es capaz de ser detectado por fluorescencia, colorometría o radiactividad.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un kit con un anticuerpo secundario que es capaz de ser detectado por citometría de flujo.
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En los dibujos de la invención
La Figura 1 muestra una realización del dispositivo de la presente invención en un vista en despiece ordenado en perspectiva.
La Figura 2 muestra una realización del dispositivo de la presente invención en vista en despiece ordenado en corte transversal.
La Figura 3 muestra una realización alternativa de la placa de filtro usada en el dispositivo de la presente invención en vista de arriba a abajo.
La Figura 4 muestra un dispositivo de absorción usado en el dispositivo de la presente invención en vista en corte transversal.
La Figura 5 muestra otra realización en vista en corte transversal.
La Figura 6 muestra un método según la presente invención en formato de diagrama de bloques.
La Figura 7 muestra un segundo método según la presente invención en formato de diagrama de bloques.
La Figura 8 muestra datos del Ejemplo 1.
La Figura 9 muestra datos del Ejemplo 2.
Las Figuras 10A y B muestran datos del Ejemplo 3.
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Descripción detallada de la invención
La invención es un ensayo basado en células de flujo rápido y un kit y método de uso relacionado que se puede usar, por ejemplo, para analizar compuestos de ensayo para ver su efecto en el crecimiento y diferenciación celular como se indica por la expresión de proteínas marcadoras de una célula. Los componentes de la invención se describen con detalle a continuación. Brevemente, las células se cultivan sobre una placa de filtro. La placa de filtro comprende un material fosforescente de bajo fondo con poros que permiten que las células se cultiven sobre la placa de filtro y se laven in situ. La pérdida de células se minimiza usando filtración por gravedad para las etapas de lavado.
Las células sobre la placa se ponen en contacto con un reactivo que comprende un ligando que se une específicamente a la molécula marcadora de la célula, típicamente un proteína y a un agente detectable. El agente detectable puede ser un ion lantánido quelado a un agente de quelación, y el agente de quelación se une al ligando o puede ser cualquiera de los anticuerpos comercialmente disponibles y similares que tienen una entidad detectable formada o unida a él. El medio de cultivo celular se puede retirar, si se desea, antes de que las células se pongan en contacto con el reactivo. Opcionalmente, el reactivo se puede añadir directamente al sobrenadante del cultivo celular. La adición directa evita las etapas de lavado adicional e incrementa adicionalmente la naturaleza de alto rendimiento del ensayo.
Después de lavar las células para retirar el reactivo sin unir, se puede medir la detección, tal como por fluorescencia, quimioluminiscencia, radiactividad, o colorometría, asociada al agente detectable. La detección de la entidad indica la unión del ligando a la molécula marcadora y por lo tanto se puede usar para detectar la presencia de la molécula marcadora. En una realización que usa fluorescencia, se pueden minimizar las características de fluorescencia de alto fondo de los ensayos basados en células usando medidas de fluorescencia con resolución temporal de la fluorescencia.
En una realización de la invención, el ligando es un solo anticuerpo primario, que disminuye el tiempo de proceso con relación a ensayos que usan anticuerpo tanto primario como secundario. Alternativamente, se pueden usar dos ligandos, tales como un anticuerpo primario y uno secundario, o un primer ligando acoplado a biotina y un segundo ligando que comprende avidina o estreptavidina.
El método de la invención se puede usar, entre otros, para monitorizar la diferenciación de una célula, para verificar la viabilidad de la célula, o para examinar compuestos de ensayo para ver varios efectos de expresión de proteína marcadora. Debido a que la detección de proteína marcadora se puede llevar a cabo usando la misma placa de filtro en la que se cultivan las células, el método se adapta fácilmente para uso en formatos de análisis de alto rendimiento, aliviando de este modo un significativo cuello de botella en el análisis de compuestos de ensayo para ver los efectos deseados o no deseados in vivo.
La invención proporciona también un kit de ensayo para uso en los métodos de análisis y detección de la invención. El kit comprende un ligando para una molécula marcadora, una entidad detectable como parte del ligando para la molécula marcadora o un ligando secundario que se une solo al primer ligando, una placa de filtro apropiada para cultivar células, una placa portadora para sujetar la placa de filtro y una placa de recogida del filtrado. La placa de filtro en el kit preferentemente tiene un material de fosforescencia de bajo fondo con poros de un tamaño que permiten que las células cultivadas sobre la placa de filtro se laven in situ por flujo por gravedad. Opcionalmente, el kit de ensayo también incluye una célula que es capaz de expresar una proteína marcadora. Si se desea, se pueden proporcionar en el kit de ensayo instrucciones para varios métodos de la invención.
Las células que se pueden usar en la detección y métodos de análisis de la invención no están limitadas a ningún tipo en particular pero generalmente serán células de mamífero, preferentemente humanas. Tales células incluyen cultivos de células primarias así como líneas celulares normales o neoplásticas. Se pueden cultivar células únicas o múltiples, por ejemplo, mantenidas in vitro. En una realización, la célula es una célula progenitora que es capaz de diferenciación adicional, tal como una célula madre del hueso, testículos, o epitelio escamoso estratificado, una célula madre embrionaria, una célula progenitora neutra, una célula progenitora glial, o una célula progenitora hematopoyética, que incluye una célula madre granulocítica, monocítica, eritroide, megacariocítica, mieloide, y linfoide.
Se puede usar cualquier medio en el que se puede cultivar un tipo de célula particular para la expresión de la molécula marcadora que se va a detectar en el método de la invención. La selección de un medio de cultivo apropiado para un tipo de célula dado, así como otras condiciones de cultivo tales como temperatura y porcentaje de dióxido de carbono, está completamente dentro de la experiencia de los expertos en la técnica (véase, por ejemplo, ANIMAL CELL CULTURE, R.I. Freshney ed., 1986).
Las moléculas marcadoras que se pueden detectar según la invención son típicamente proteínas y se pueden determinar por la naturaleza de la célula que se está cultivando e incluyen proteínas tanto de la superficie celular como intracelulares. La invención no está limitada al uso de alguna proteína marcadora en particular. Si se va a detectar una proteína marcadora intracelular, las células preferentemente se fijan y permeabilizan, como se sabe en la técnica, antes de la incubación con el primer ligando o con el segundo ligando que contiene una entidad detectable. La proteínas marcadoras intracelulares que se pueden detectar según la invención incluyen, pero no están limitadas a, hemoglobina A, citoqueratinas, citoquinas (por ejemplo, IL-4, IFN_{\gamma}), actina, moléculas de transducción de señal, fosfatasa ácida resistente a tartrato (un marcador para la diferenciación de osteoblastos), factor de von Willebrand, y marcadores de diferenciación de progenitor neuronal, tales como GFAP, MAP2, betatubulina III, y nestina.
Las proteínas marcadoras que se pueden detectar para evaluar la toxicidad de varios compuestos de ensayo son aquellas que están presentes en muchos tipos de célula, e incluyen proteínas tales como aldehído deshidrogenasa (ALDH), colágeno, gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, factor de elongación 1-alfa y gamma actina. Las proteínas marcadoras que se pueden detectar para evaluar el efecto de los compuestos de ensayo en el ciclo celular incluyen varias proteínas de microtúbulo y microfilamento. Otras proteínas marcadoras, que son específicas del tipo o etapa celular, se pueden detectar para evaluar el efecto de los compuestos de ensayo en la diferenciación celular. Estos marcadores incluyen, por ejemplo, marcadores hematopoyéticos, tales como hemoglobina A, glicoforina A, gpIIbIIIa, el receptor de eritropoyetina, CD11b, CD19, CD33, CD34, CD36, CD41, MO1, OKT3, OKT4, OKT8, OKT11, OKT16, OKM1, OKM5, Leu7, Leu9, Leu M1, y Leu M3; proteínas marcadoras específicas de neuronas, tales como acetilcolinesterasa, proteínas marcadoras específicas de glial, tales como proteína ácida fibrilar glial (GFAP) y proteína básica de mielina; y otras proteínas encontradas sólo en células especializadas, tales como antígeno globular de grasa de leche humana (HMFG), queratinas y cristalinas.
Opcionalmente, se pueden detectar dos o más proteínas marcadoras en la misma célula o cultivo celular, simultánea o secuencialmente, usando ligandos que se unen específicamente a cada una de las proteínas marcadoras. Para la detección simultánea, por ejemplo, se pueden usar ligandos diferentes que tienen máximos de excitación y/o emisión distinguibles para su entidad detectable respectiva.
Típicamente, un ligando que se une específicamente a una proteína marcadora se une a la proteína marcadora con una afinidad que es por lo menos de 2 a 3 veces, preferentemente de 5 a 10 veces, incluso más preferentemente 20 veces más alta que la afinidad con la que el ligando se une a otras proteínas cuando se usa en un ensayo de unión apropiado. Si el ligando es un anticuerpo, por ejemplo, los ensayos apropiados incluyen ensayos inmunoquímicos, tales como un radioinmunoensayo de Western blot, o ensayos inmunocitoquímicos. Preferentemente, un anticuerpo que se une específicamente a una proteína marcadora no detecta otras proteínas en ensayos inmunoquímicos y puede inmunoprecipitar la proteína marcadora en disolución. La afinidad de unión de un ligando a un receptor, o de un ligando que es un receptor a su propio ligando, se puede ensayar por radioinmunoensayo, amortiguación de la fluorescencia, u otros ensayos apropiados conocidos en la técnica. Se usan convenientemente en el método de la invención anticuerpos, tales como anticuerpos monoclonales o policlonales, anticuerpos de una cadena, fragmentos Fab, fragmentos (Fab`)2, y similares. El término "anticuerpo" como se usa en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones se pretende que abarque todas estas alternativas.
En otra realización de la invención, un primer ligando, tal como un anticuerpo primario o un ligando marcado con biotina, avidina, o estrepavidina, está unido a la proteína marcadora. Un segundo ligando conjugado a un quelato de lantanido u otra entidad detectable se une a continuación al primer ligando. Por ejemplo, el primer ligando puede ser un anticuerpo primario y el segundo ligando puede ser un anticuerpo secundario. Muchos pares de anticuerpo primario-secundario son bien conocidos en la técnica y se pueden usar en esta realización de la invención. Alternativamente, el primer ligando puede comprender un resto biotina y el segundo ligando puede comprender avidina o estrepavidina. Si se desea, el primer ligando puede comprender avidina o estreptavidina y el segundo ligando puede comprender biotina. Otros pares de unión específica se pueden usar también, como es sabido en la técnica.
La detección puede ser cualitativa o cuantitativa. La fluorescencia preferentemente se detecta por un método que usa retraso del tiempo, que reduce o elimina la contribución de la fluorescencia de fondo no específica a la señal detectada. Un método preferido de detección es fluorometría con resolución temporal. El uso de entidades radiactivas se puede usar también así como el uso de varias entidades colorométricas.
Las etapas de lavado necesarias para retirar el ligando no unido contribuyen al carácter de trabajo intensivo en mano de obra de los inmunoensayos y disminuye su rendimiento. Además, la pérdida de células durante los lavados o durante la transferencia de un cultivo de células es siempre una preocupación importante. En el presente ensayo, este problema se ha eliminado esencialmente por el uso de placas de filtro poroso sobre las que se cultivan y lavan por gravedad in situ las células. El tamaño de poro medio de la placa de filtro es suficiente para permitir que el medio de cultivo, fluido de lavado, y ligandos sin unir, etc., pasen a través suyo bajo los efectos de la gravedad reteniendo las células cultivadas. En ausencia de volumen de líquido suficiente en un pocillo, el tamaño medio de poro es tal que los efectos de tensión superficial son suficientes para que el filtro actúe como placa de cultivo para células que varían en tamaño, por ejemplo, de 5 \mum a 30 \mum de diámetro. Las placas de filtro útiles en los métodos de la invención típicamente tienen tamaños medios de poro entre 1,0 y 3,5 \mum, e incluso más preferentemente alrededor de 3,0 \mum.
De este modo, la placa de filtro ideal para uso en los métodos de la invención es el cultivo celular compatible y está construida, por lo menos en la superficie, de un material de membrana que tiene baja fosforescencia de fondo y bajas propiedades de unión de proteína no específica. Un fondo de fosforescencia aceptablemente bajo es preferentemente alrededor de 10.000 cuentas o menos, más preferentemente alrededor de 5.000 cuentas o menos, incluso más preferentemente alrededor de 500 cuentas o menos, como se miden, por ejemplo, usando un espectrofluorímetro (por ejemplo, Victor or Victor^{2TM} de EG&G Wallac, o el equivalente). Adicionalmente, las placas deben tener una velocidad de filtración por gravedad aceptablemente alta y venir con cubiertas tanto del fondo como de la parte superior para minimizar la evaporación. Preferentemente, las placas están disponibles en los bien conocidos formatos de 96 o 384 pocillos y tienen un material de membrana que es transparente para permitir la observación de las
células.
Los materiales apropiados para uso en placas de filtro en esta invención se pueden investigar usando técnicas de análisis de rutina. Deberían ser generalmente apropiados materiales que tienen baja fosforescencia, bajas propiedades de unión a proteína no específica, propiedades que son compatibles con los requerimientos de cultivo de células, y que pueden formar poros con diámetros medios que permiten que las células sean tanto cultivadas en la placa de filtro como lavadas in situ, tal como policarbonato.
Se examinaron numerosas placas de filtro comercialmente disponibles para determinar su idoneidad para el uso en el ensayo de esta invención. Se ha determinado que la placa de filtro MultiScreen® disponible de Millipore Corporation of Billerica, Massachusetts exhibe fosforescencia de fondo de aproximadamente 5.000 cuentas, con excitación a 340 nm y emisión a 615 nm. Una placa de filtro todavía más preferida es la placa de membrana de policarbonato negro designada como placa "MultiScreen® Fluorescence" disponible de Millipore Corporation de Billerica, Massachusetts.
Los compuestos de ensayo que se van a analizar para ver la capacidad para afectar a la expresión de la molécula marcadora pueden ser cualquier agente farmacológico ya conocido en la técnica o pueden ser compuestos que previamente se desconoce que tengan ninguna actividad farmacológica. Las substancias de ensayo pueden ser naturales o sintetizadas en el laboratorio. Se pueden aislar de microorganismos, animales, o plantas o se pueden producir recombinantemente o por métodos químicos conocidos en la técnica.
Debido a que la presente invención conduce a análisis de alto rendimiento, los compuestos de ensayo típicamente se obtienen de librerías de compuestos. Los métodos de generar librerías combinatorias de compuestos de ensayo son conocidos en la técnica e incluyen, pero no están limitados a, la formación de "librerías biológicas", librerías en fase de disolución o fase sólida en paralelo espacialmente accesibles, métodos de librería sintética que requieren deconvolución, el método de librería "una bolita un compuesto", y métodos de librería sintética usando selección de cromatografía de afinidad (15.21). El enfoque de librería biológica está limitado a librerías de polipéptido, mientras que los otros cuatro enfoques son aplicables a polipéptidos, oligómeros no polipéptidos o librerías de pequeñas moléculas de compuestos (13). La presente invención, sin embargo, no ésta de ningún modo limitada al método para generar, o a la fuente de compuestos de ensayo potenciales.
Los compuestos de ensayo se pueden presentar a las células, por ejemplo, en disolución, sobre bolitas, plásmidos, o fagos, véase la patente de EE.UU. No. 5.223.409, incorporada aquí como referencia. Opcionalmente, el grado hasta el que el compuesto de ensayo afecta a la expresión de la molécula marcadora se puede cuantificar. Por ejemplo, se puede cuantificar la fluorescencia asociada a un ion lantanido en presencia del compuesto de ensayo (primera fluorescencia), y se puede medir la fluorescencia asociada al ion lantanido en ausencia del compuesto de ensayo (segunda fluorescencia) de cada uno. La substracción de la segunda fluorescencia de la primera fluorescencia proporciona la diferencia entre las dos fluorescencias y, por lo tanto, el grado hasta el que el compuesto de ensayo afecta a la expresión de la molécula marcadora en este caso una proteína. Preferentemente, la primera y segunda fluorescencia están asociadas al mismo tipo de entidad detectable en este caso ion lantánido (por ejemplo, Europio), de modo que se puede efectuar una comparación efectiva.
El dispositivo de la presente invención preferentemente comprende tres componentes como se muestra en la Figura 1, una placa 2 de filtro multipocillo, una placa 4 portadora y una bandeja 6 o colector de recogida del filtrado. La placa 2 de filtro multipocillo tiene una serie de dos o más pocillos 8 que se extienden hacia abajo desde una superficie 10 superior sustancialmente plana. El número de pocillos puede variar dependiendo del volumen requerido y del tamaño de la placa 2. Típicamente varían de 8, 24, 48, 96 o 384 pocillos por placa 2.
Cada pocillo 8 tiene un filtro 12 poroso unido a su porción inferior que sella selectivamente el pocillo 8. La placa 4 portadora tiene una serie de pocillos 10 abiertos que se extienden por ella. Los pocillos 10 tienen un diámetro interno que es ligeramente más grande que el diámetro externo de los pocillos 8 de la placa 2 multipocillo. Los pocillos 10 son el mismo número y están en registro con los pocillos 8 de la placa 2 multipocillo.
En una realización, el diámetro interno de los pocillos 10 de la placa 4 portadora es suficientemente grande de modo que hay una separación (\sim0,2 a 0,5 milímetros) entre el diámetro interno de los pocillos 10 del portador y los pocillos 8 de la placa cuando se inserta la placa 2 multipocillo dentro de la placa 4 portadora.
En otra realización, el diámetro interno de los pocillos 10 de la placa 4 portadora es inherentemente hidrófilo tal como por la selección de un polímero hidrófilo o se vuelve hidrófilo por el uso de un revestimiento. Alternativamente o adicionalmente, los fondos abiertos de los pocillos 10 de la placa portadora se pueden estrechar para formar colectores o canalones 14 para el líquido que pasa a través de ellos. Esos limitan la contaminación cruzada y la salpicadura durante el lavado y otras etapas del líquido del presente procedimiento.
En una realización adicional, la bandeja 6 puede contener un dispositivo 16 de absorción tal como una almohadilla absorbente o un conjunto de nervaduras (mostradas en la Figura 5) que se asientan en la bandeja debajo de los pocillos 8 de la placa 2 multipocillo. El dispositivo de absorción se usa para arrastrar las gotas de líquido formadas sobre la superficie del fondo exterior de los filtros de los pocillos 8 más rápidamente y completamente hacia la bandeja 6 de recogida de filtrado. El absorbente está separado del fondo del filtro. Varios de tales dispositivos de absorción se muestran en el documento US 6.989.099 y se incorporan aquí como referencia en su totalidad.
La membrana puede ser una membrana microporosa formada de un polímero seleccionado de olefinas tales como polietileno que incluye polietileno de ultra-alto peso molecular, polipropileno, copolímeros de EVA y alfa-olefinas, polímeros olefínicos de metaloceno, policarbonato, copolímeros de vinilo tales como PVC, poliamidas tales como nailón, poliésteres, celulosa, acetato de celulosa, celulosa regenerada, composites de celulosa, polisulfona, poliétersulfona, poliarilsulfona, polifenilsulfona, poliacrilonitrilo, poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), y sus mezclas.
La membrana seleccionada depende del tamaño de las células usadas en la aplicación, las características de flujo deseado y similares.
Preferentemente, la membrana se selecciona de policarbonato, PVDF, un nailón (tal como Nylon 66) o polietersulfona (PES).
Preferentemente, la membrana es hidrófila inherentemente o por la adición de un segundo polímero mezclado con el polímero base (tal como PVP con polisulfona) o el uso de revestimientos reticulados, injertados o si no irreversiblemente revestidos sobre la membrana como es bien conocido en la técnica, véase los documentos US 4.618.533 y US 4.944.879. Las membranas preferidas son policarbonato, PVDF o PES con un revestimiento hidrófilo aplicado como en el documento US 4.618.533. Tales membranas están disponibles de varias fuentes incluyendo Millipore Corporation de Billerica, Massachusetts con los nombres comerciales de membranas de PVDF hidrófilo Durapore®, membranas de PES hidrófilo Millipore Express® o Millipore Express ® Plus o membranas de policarbonato hidrófilo Isopore^{TM}.
El tamaño de poro debe ser suficientemente pequeño para prevenir que las células sean arrastradas dentro o a través de los poros de la membrana, pero suficientemente grandes para permitir buenas características de flujo y su tamaño óptimo dependerá del tipo de células y es de alrededor de 1 \mum y alrededor de 3,5 \mum y preferentemente entre alrededor de 2 y 3 \mum. La mayor parte de las células tienen un diámetro mayor de 7 \mum (con la excepción de las plaquetas, 3 \mum, y los glóbulos rojos, 5\mum) y el uso de una membrana que tenga un tamaño de poro de alrededor de 3 \mum previene que las células pasen a su través mientras que proporciona un caudal aceptable.
Se pueden usar membranas simétricas o asimétricas. Las membranas simétricas tienen un tamaño de poro sustancialmente consistente a través de su grosor (generalmente menor de 2 veces de diferencia en tamaños de poro de una primera cara a la segunda cara opuesta de la membrana). La membrana asimétrica tiene un tamaño de poro que varía por lo menos en una porción del camino a través de su grosor y a menudo todo el camino a través del grosor de la membrana (generalmente de 2 a 1000 veces la diferencia de tamaños de poro de una primera cara a la segunda cara opuesta de la membrana). Las membranas simétricas son preferidas en una realización. Las membranas asimétricas con el lado más cerrado mirando hacia las células son preferidas en otra realización. Las membranas asimétricas con el tamaño de poro del lado abierto menor de alrededor de 5 micrómetros y que miran hacia las células son las preferidas en otra realización de la presente invención.
El dispositivo de la presente invención puede tener también miembros guía en la placa 4 portadora de la placa 2 multipocillo y/o la placa 6 de recogida para mantener los distintos componentes juntos alineados. Como se muestra en este ejemplo un borde 18 sobre la placa 4 portadora se usa para centrar y alinearla sobre la placa 6 de recogida. La placa 2 multipocillo está centrada en la placa 4 portadora por inserción de los pocillos 8 de la placa multipocillo en los pocillos 10 de la placa 4 portadora.
Si se desea, se pueden usar también clavijas de alineamiento, esquinas rebajadas sobre las placas (2,4) y otros dispositivos bien conocidos para asegurar que las placas se ensamblan solo en una dirección si se desea.
Como se muestra en la Figura 3, la placa 2A multipocillo puede ser una placa diseñada específicamente para cultivar células. Tal placa está disponible de Millipore Corporation de Billerica, Massachusetts y se vende como la placa celular MultiScreen® CaCo_{2}. Contiene los pocillos 8A y adyacente a cada pocillo 8A está un puerto 9 que proporciona acceso a un pocillo cerrado (no mostrado) que contiene el medio en el que se cultivan las células.
El dispositivo de la presente invención está ensamblado de modo que los pocillos 8 y 8A de la placa 2 o 2A multipocillo están por lo menos parcialmente insertados en los pocillos 10 de la placa 6 portadora. La placa 4 portadora se encaja o se fija a la placa 6 de recogida o se fijó antes de la inserción de la placa 2 o 2A multipocillo.
Un procedimiento de la presente invención (mostrado en la Figura 6) es en una primera etapa 100 para tener primero células cultivadas en la placa 2 o 2A multipocillo que está colocada en una bandeja de cultivo celular (no mostrada) hasta que las células han alcanzado una densidad deseada. En la segunda etapa 102, la placa 2 o 2A multipocillo se retira a continuación de la bandeja de cultivo y se coloca dentro de la placa 4 portadora como se describe anteriormente.
La placa 4 portadora se ha fijado ya a la placa 6 de recogida o si no, a continuación junto con la placa 2 multipocillo emparejada se fijan en la parte superior del placa de recogida.
Cada pocillo 8 contendrá el nivel más bajo de líquido que soporta la viabilidad de las células. Sin embargo, el nivel es insuficiente para vencer la resistencia al flujo de los poros del filtro.
Dependiendo del sistema de detección usado, se añade por lo menos un reactivo a uno o más pocillos y se deja incubar de modo que pueda interaccionar con la célula o molécula marcadora expresada por la célula en la tercera etapa 104. El reactivo sin unir se lava a continuación una o más veces añadiendo simplemente tampón de lavado (tal como agua, agua tamponada, disolución salina y similares) a un volumen que crea una altura frontal suficiente para permitir que el líquido penetre en los poros del filtro y fluya fuera del pocillo bajo la influencia de la gravedad a través de la placa 10 portadora y dentro de la placa 6 de recogida en la cuarta etapa 106.
Si se desea, se pueden añadir secuencialmente reactivos adicionales, tales como anticuerpos secundarios, usando uno o más lavados entre la(s) adición(es) según se desee para retirar cualquier material sin unir, reduciendo de este modo el ruido de fondo típicamente provocado por los materiales no unidos que están presentes durante la etapa de detección.
La presencia/ausencia y su deseada cantidad de la molécula marcadora se detecta a continuación en la última etapa 108. Los reactivos detectores típicos incluyen pero no están limitados a anticuerpos, colorantes, ligandos, productos químicos quimiluminiscentes, isótopos radiactivos y compuestos y similares. Se detectan generalmente usando métodos tales como fluorometría, citometría de flujo, colorometría, radiactividad, medidas de densidad óptica y similares.
En otro procedimiento según la presente invención, las células se cultivan en otra parte en una primera etapa 100A y se añaden a los pocillos 8 en la placa 2 multipocillo. A partir que aquí, el procedimiento es sustancialmente idéntico al descrito anteriormente.
En cualquiera de los procedimientos, pero especialmente en el procedimiento que usa células añadidas a los pocillos 8 de la placa 2 multipocillo, por lo menos la placa 4 portadora es prehumedecida antes del uso. Preferentemente el filtro de la placa 2 multipocillo se prehumedece también para mejorar el flujo del líquido cuando se desee. Esto se puede conseguir prehumedeciendo cualquiera de los dos componentes separadamente o cuando ambos se van a prehumedecer prehumedeciéndolos simultáneamente en forma de subunidad ensamblada.
Se pueden usar disoluciones salinas equilibradas tamponadas y similares para prehumedecer los filtros y las superficies de la placa 4 portadora.
Se ha encontrado que cuando las placas portadoras se vuelven hidrófilas, tal como usando tratamiento de plasma, el tiempo necesario para tener flujo por gravedad del líquido a través del sistema se reduce a la mitad. Un sistema típico generalmente fluirá en alrededor de 2 a alrededor de 5 minutos dependiendo de varios parámetros tales como los líquidos usados, su volumen en el pocillos, la densidad de las células en el pocillo. El mismo sistema que tiene placas portadoras hidrófilas fluye en alrededor de 1 a 2 minutos.
Como el sistema funciona por gravedad, la cantidad de líquido añadido es importante ya que la altura frontal o la presión del volumen del líquido mismo hace funcionar el procedimiento de filtración.
Generalmente, se ha encontrado que un pocillo de una placa de 96 pocillos que usa una membrana de policarbonato hidrófilo de 3 micrómetros de tamaño de poro contendrá alrededor de 100 \mul de líquido sin ningún flujo. La adición de disolución de lavado crea suficiente altura frontal para provocar un flujo basado en la gravedad a través del sistema a una velocidad apreciable. Típicamente, se usa de alrededor de 100 a 250 \mul de fluido de lavado adicional, dependiendo del volumen del pocillo y la velocidad y minuciosidad deseada para el lavado.
En algunos casos, el uso de vibración o balanceo puede ayudar a la velocidad del procedimiento, aunque no es requerido.
Una vez que el nivel del líquido llega a un volumen suficientemente bajo, se detiene la filtración ya que el líquido ya no es capaz de vencer la resistencia inherente contra el flujo. Esta es una interesante y útil característica de la presente invención ya que evita que los pocillos se sequen como puede ocurrir con la filtración a vacío o centrifugación. Adicionalmente, ya que la fuerza (gravedad) es suave sobre las células y el líquido, hay poco daño celular o lisis y poco o ningún espumado del líquido que pueda obscurecer la detección. Finalmente, la pérdida de células debida a la filtración se minimiza comparada con el vacío o la centrifugación, cuyas fuerzas son suficientemente altas como para arrastrar las células por la fuerza dentro y/o a través del filtro.
La presente invención se puede usar con las células que flotan libres (suspensión) así como con las células adherentes. Si se usan células adherentes, se prefiere que sean cultivadas sobre un portador tal como bolitas microportadoras, no tejidos u otros sistemas de soporte de modo que los caminos hacia los poros en la placa sean todavía accesibles para el fluido. Alternativamente se pueden cultivar las células adherentes a menos de las densidades óptimas o tripsinizar las células antes del procedimiento.
Las placas, kit y procedimiento de la presente invención se pueden automatizar fácilmente con cualquier manipulador de líquidos comercial. Todo lo que se necesita hacer es regular la cantidad de líquido añadido en cada etapa y/o añadir una etapa de prehumedecimiento como se describe anteriormente de modo que se consiga flujo solo cuando se desee, y regular el tiempo entre las etapas así como el número de etapas para asegurar que se dedica suficiente tiempo para cada etapa de lavado para permitir la retirada adecuada de los materiales sin unir.
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Ejemplo 1
La filtración basada en la gravedad de células para ensayos basados en células se realizó usando el siguiente protocolo:
Se cultivaron células Jurkat (línea de células limfoblásticas T) en dos placas de filtro de 96 pocillos que contienen un filtro de policarbonato hidrófilo de 3 micrómetros de tamaño de poro, (volumen final de 100 \mul, en medio completo que contiene FCS (suero bovino fetal) al 10%: el ensayo contenía 100.000 células por pocillo.
El día del ensayo, el fondo de cada placa de filtro se prehumedeció usando PBS, y se colocó en una placa portadora.
Los dispositivos ensamblados se colocaron a continuación sobre un colector de filtrado de líquido.
Las células se lavaron añadiendo 200 \mul de tampón de lavado (PBS que contiene FBS o BSA al 1%) por pocillo.
Una vez que se añadió el tampón de lavado a los pocillos, el líquido comenzó a salir de los pocillos formando gotitas y goteó sobre el colector vía gravedad (mientras que las células fueron retenidas dentro de los pocillos). El líquido drenado se recogió en el colector de líquido.
Después de alrededor de 2 minutos se alcanzó el equilibrio en el que saldría poco o nada líquido de los pocillos. Había alrededor de 100 \mul de líquido restante en los pocillos.
Se añadieron unos 200 \mul adicionales de tampón de lavado.
En una placa, las células se trataron a continuación con un anticuerpo específico de CD45 (anti-CD45) (Placa de la invención). La otra placa (Placa de control) se trató con un anticuerpo de control (isotipo) (\sim 3 \mug/ml de concentración final para los anticuerpos en ambos casos) y se incubaron durante 30 minutos. El líquido permaneció dentro de los pocillos y las células no se secaron durante la incubación.
Los anticuerpos sin unir en exceso se retiraron lavando como se indicó anteriormente en las etapas 3 y 4 tres veces.
Se añadió un anticuerpo secundario, anticuerpo conjugado Alexa 488 (disponible de Invitrogen Corporation) a los pocillos de cada placa y se incubó durante 30 minutos, y a continuación se lavó tres veces como se indicó anteriormente en las etapas 3 y 4.
Las muestras de células preparadas se analizaron usando un citómetro de flujo de sobremesa Guava (detección fluorescente).
Como se muestra en la Figura 8, los histogramas muestran poblaciones transparentes de células teñidas con el anticuerpo antiCD45 (panel del lado izquierdo). Las células de control teñidas solo con el anticuerpo isotipo se muestran en el panel de la derecha. Un resumen tabulado de la medida de fluorescencia se muestra también en la Figura 8.
Ejemplo 2
En este ejemplo, se analizaron células según el protocolo del Ejemplo 1 y se compararon con el lavado de células preparadas por el procedimiento de vacío del documento US 2001/0055776A1.
Para el método de la presente invención las células se lavaron 6 veces.
Para el método de vacío, se usó una placa de filtro de policarbonato de 0,4 \mum de tamaño de poro y se lavó 3 veces a 0,167 bar como se describe en la referida solicitud anterior.
Las células restantes en ambas placas se midieron por medida luminiscente basada en ATP.
Como se muestra en la Figura 9, el número de células introducidas en cada pocillo se lista en el eje X de la gráfica. El porcentaje de recuperación se muestra respectivamente para el método y dispositivo según la presente invención y la de la técnica anterior. Las barras lineales que sobresalen de las barras macizas representan la variación que se encontró en los pocillos individuales comparada con la media mostrada por las barras macizas del gráfico. Como se puede ver claramente, la presente invención proporcionó sorprendente e inesperadamente una significativamente mejor retención de células que la del método de vacío de la técnica anterior. En la mayor parte de los casos, el rendimiento fue más de 4 veces mejor que el que la técnica anterior.
Ejemplo 3
Se realizó un ensayo de apóptosis basado en células usando filtración basada en la gravedad.
La exposición de células vivas a inhibidores de caspasas marcados con fluorocromo (FLICAs) dio como resultado la captación de estos reactivos por células apoptóticas ya que los FLICAs se unen a caspasas activadas (Smolewski et al., 2001). Las células se trataron con concentración creciente del bien conocido inductor de apóptosis (Estaurosporina) durante 2 horas a 37ºC. Después de la inducción, las células se trataron con FLICA. Se retiraron los FLICAs sin unir de las células no apoptóticas lavando por gravedad las células con tampón de lavado 4 veces. Después de lavar por gravedad las células marcadas con FLICAs (FAM-VAD-FMK, FLICA de pancaspasas) se examinaron por citometría de flujo.
Se muestran en las Figuras 10A y B los histogramas de citometría de flujo de células teñidas con FAM-VAD-FMK de muestras inducidas (10, 0,63, 0,06 micromolar de Estaurosporina) y de control no inducidas. El incremento de la población celular apoptótica (poblaciones verdes de cada histograma) como función de la concentración creciente del inductor (Estaurosporina) debería ser obvio para cualquiera entrenado en la técnica.
La Figura 10B muestra el porcentaje de población positiva a FAM numéricamente representado basado en los análisis de citometría de flujo. Fíjense en la respuesta a la dosis.

Claims (8)

1. Un método para detectar un reactivo específico de la diana que comprende las etapas de:
a)
seleccionar una célula que tiene una molécula diana seleccionada localizada en una porción seleccionada de las que están sobre la pared celular o en la célula,
b)
cultivar la célula en una placa (4) de filtro multipocillo hidrófilo con un medio de cultivo;
c)
poner en contacto las células cultivadas en un pocillo (10) de dicha placa de filtro multipocillo con un reactivo que comprende un ligando para una molécula diana seleccionada en o sobre la célula, siendo seleccionado el ligando de ligandos que contienen un marcador detectable y ligandos que son capaces de unirse a un ligando secundario que contiene un marcador detectable,
d)
lavar las células cultivadas en dicho pocillo por flujo por gravedad por lo menos una vez con un líquido de lavado para retirar cualquier reactivo que no esté unido a la molécula diana seleccionada de la célula para proporcionar una célula lavada; y
e)
buscar el ligando para indicar la presencia o ausencia de la molécula diana,
caracterizado porque el tamaño medio de poro de la placa de filtro está entre 1 y 3,5 micrómetros y es suficiente para permitir que el medio de cultivo, líquido de lavado y ligandos sin unir pasen a través de ella bajo los efectos de la gravedad reteniendo las células cultivadas, y porque en la etapa d) se permite que algo de líquido de lavado permanezca en dicho pocillo para prevenir que dicho pocillo se seque.
2. El método de la reivindicación 1, en el que la placa de filtro tiene baja fluorescencia de fondo, y comprende adicionalmente, entre las etapas d) y e):
d1)
añadir un ligando secundario a dicho pocillo capaz de unirse al ligando primario y que tiene un marcador detectable, y
d2)
lavar las células cultivadas en dicho pocillo con flujo por gravedad por lo menos una vez con un líquido de lavado para retirar cualquier ligando secundario que no esté unido a la molécula diana seleccionada de la célula, para proporcionar una célula lavada,
en el que, en la etapa d2) se permite que algo de líquido de lavado permanezca en dicho pocillo para prevenir que dicho pocillo se seque.
3. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la placa tiene:
a)
un filtro de policarbonato; o
b)
un tamaño medio de poro de alrededor de 3 micrómetros.
4. El método de cualquier reivindicación precedente, en el que el ligando tiene una entidad detectable seleccionada de materiales fluorescentes, materiales radiactivos, quimioluminiscencia, medidas de absorbancia de luz y densidad óptica.
5. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que la molécula diana es una proteína marcadora, tal como
a)
proteína marcadora que es una proteína marcadora específica de una célula, o
b)
proteína marcadora que es una proteína de la superficie celular, o
c)
proteína marcadora que es una proteína intracelular de la célula.
6. El método de la reivindicación 1 o 2, adaptado para detectar un inmunoensayo, en el que la molécula diana es una proteína diana, el filtro está formado de policarbonato hidrófilo poroso que tiene un tamaño de poro nominal de alrededor de 3 micrómetros; el reactivo es por lo menos un anticuerpo para la proteína diana seleccionada y se usa un dispositivo de detección para buscar el anticuerpo para indicar la presencia o ausencia de la proteína diana.
7. Un kit para realizar inmunoensayos, que comprende una placa (2) multipocillo que tiene una membrana (12) hidrófila con un tamaño medio de poro entre 1 y 3,5 micrómetros, un portador (4) multipocillo hidrófilo que tiene una parte superior abierta y un fondo abierto estando los pocillos alineados y capaces de estar en registro con los pocillos de la placa de filtro, y una bandeja (6) de recogida de filtrado capaz de soportar la superficie inferior del portador sobre sus superficies superiores y la placa de filtro soportada sobre las superficies superiores del portador.
8. El kit de la reivindicación 7,
a)
en el que la membrana es un filtro de policarbonato que tiene un tamaño de poro de alrededor de 3 micrómetros, o
b)
que comprende adicionalmente un primer anticuerpo para unirse a una proteína marcadora de una célula, o
c)
que comprende adicionalmente un primer anticuerpo para unirse a una proteína marcadora de una célula y un segundo anticuerpo que contiene una entidad detectable en el que el segundo anticuerpo es capaz de unirse al primer anticuerpo, o
d)
que comprende adicionalmente uno o más tampones de lavado.
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