JP2002538440A - マイクロアレイバイオチップの自動イメージング及び分析 - Google Patents

マイクロアレイバイオチップの自動イメージング及び分析

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Abstract

(57)【要約】 各アレイ毎に記録された一意のイメージアレイ識別子と、各識別子に対応すると共に該識別子により識別されたアレイにおける実験のパラメータを含むコンピュータに格納された記録とを含む、バイオチップアレイの走査のためのシステム。該システムは更に、プロトコルライブラリにアクセスして識別されたアレイに関連する走査プロトコルを読み出し、次いで個々のプロトコルに従ってアレイを走査する手段を備えている。結果的に得られるスキャナにより生成されるイメージマップは、関連する識別子に対応する位置に格納される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロアレイバイオチップ上で行われる実験のイメージング及び
分析に関し、特に、マイクロアレイスキャナの自動制御及び該スキャナにより提
供されるイメージマップの分析のための適当なプロトコルの選択に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロアレイバイオチップは、多数の近接して関係する化学的検査を行うた
めに次第に使用されるようになってきている。例えば、肺の腫瘍と正常な肺組織
との間の遺伝子上の差を確認するために、異なるcDNA配列の小さなサンプルを顕
微鏡のスライドの下に堆積させて該サンプルをそのガラスに化学的に結合させる
場合がある。機械的なマイクロアレイ技術を用いて、一万又はそれ以上のかかる
サンプルを単一の顕微鏡のスライド上に容易に配列させることができる。次いで
、正常な肺組織および肺腫瘍からサンプルmRNAが抽出される。該mRNAは、それら
の組織で表現される遺伝子の全てを表現するものであり、疾患のある組織と正常
な組織との間のmRNAの表現の差は、癌の原因の洞察を提供し得るものであり、お
そらくは考え得る治療剤を指し示すものともなる。この２つの組織からの「探査
(probe)」サンプルには、異なる蛍光色素でラベル付けされる。次いで、所定量
の２つのサンプルの各々が、マイクロアレイドットの各々の上に堆積され、該ド
ット上でcDNA分子と競合的に反応する。アレイドット内のcDNAストランドに対応
するmRNA分子は、該ストランドと結合し、かかる結合を行わないものは洗い流さ
れる。
【０００３】 次いで、該スライドはスキャナ内で処理される。該スキャナは、ラベル付け用
の蛍光に対応する波長を有するレーザビームを各ドットに照射する。その蛍光放
出が検知されその強度が測定されて、mRNAサンプルがそれぞれのcDNA配列に対応
する度合いが各アレイドット毎に確認される。上記で概説した実験では、イメー
ジスキャナが２つの蛍光を別個に検知し、これにより、正常組織及び疾患組織か
ら抽出されたmRNAの反応のマップが別個に提供される。該スキャナは、アレイの
イメージマップを各蛍光毎に１つずつ生成する。最終的に該マップが分析されて
、有意の情報が実験者に提供される。
【０００４】 マイクロアレイバイオチップは、様々なフォームファクタで入手することが可
能であり、１つ又は２つ以上の異なる蛍光ラベルを有する。アレイ内のドットの
化学反応に伴う反応物質(reagent)は、典型的にはDNA、RNA、ペプチド、プロテ
イン、又は他の有機的な分子といった生物学的なサンプルである。バイオチップ
は、診断、選抜検査(screening assay)、遺伝学、及び分子生物学的な(molecula
r biology)調査のために使用される可能性がある。それらは、検査用ドットに加
えて、既知の量の蛍光材料を含む較正ドットを含むことが可能である。このため
、後者のドットの走査は、テストドットから得られた読みを較正する働きをする
ものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
バイオチップアレイの走査から精確な情報を得るには、アレイが配置された場
所にどの蛍光材料が使用されたかを知ること、及び（もしあれば）較正ドットの
位置を知ることが重要である。ドットの照明に正しい波長を使用するために、及
び欠落させる正しい波長の蛍光をフィルタリングするために、蛍光材料を知るこ
とが重要である。更に、蛍光を高い強度に励起させて蛍光検出器に最大限の信号
を提供するのが有利である。しかし、該強度は、蛍光が飽和し又は蛍光材料が劣
化するレベルよりも低く維持しなければならず、これは、使用する特定の蛍光材
料によって決まる。
【０００６】 更に、スキャナにより収集された生(raw)データの分析は、実験パラメータに
従って変動し得るプロトコルに従って行われなければならない。本発明以前には
、走査及び分析プロトコルの入力はマニュアルで行われてきた。これは、多大な
オペレータ時間を必然的に伴うものであり、更に、走査及び分析手順の誤りの原
因となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、各実験に対応する識別子がバイオチップ上に刻印される。該
識別子は、マシンにより読み取ることが可能なものであり、好適には人間により
読み取ることができるものである。例えば、該識別子は、スライド上に刻印され
た数字からなる番号、並びに該番号を表すバーコードとすることが可能である。
実験識別子は、アレイ実験の堆積に先立ってチップ上に刻印される。コンピュー
タシステムのファイルフォルダ（すなわちディレクトリ）がオープンされて、ア
レイ識別子に論理的にリンクされる。オペレータは、該フォルダに、実験アレイ
の様々なパラメータ（例えばアレイ内に堆積された反応物質のマップ、蛍光タグ
及びそれが結合されることになる反応物質の識別子、及びチップ上の較正ドット
の位置等）を入力する。オペレータはまた、該フォルダ内に、走査処理に関連し
て使用されることになる走査及び処理プロトコルの識別子を入力する。しかし、
好適には、本システムは、バイオチップから情報を取り出すようにプログラムさ
れる。したがって、前記プロトコルは、バイオチップ上のマシンにより読み取る
ことが可能なコードで識別される（すなわち該コードで記述される）。
【０００８】 したがって、バイオチップが後にスキャナ内に装着される際に、該スキャナは
、バーコード式の識別子を走査することができる。次いで、本システムは、必要
なファイルフォルダを自動的にオープンして走査及び分析プロトコルを取得する
。スキャナは次いで、該取得したプロトコルに従って動作するよう設定される。
結果的に得られる走査データのイメージマップは、当該チップのファイルフォル
ダ内の１つ又は２つ以上のファイルに収容される。続いて分析プロトコルが取得
され、該プロトコルに従って処理されたイメージマップが、出力データ列を提供
する。
【０００９】 本システムは、走査又は処理のための適当なプロトコルを見出すことができな
い場合には、適当な既格納のプロトコルを識別すること又は新規のプロトコルを
入力することをオペレータに指示する。
【００１０】 上記構成の場合には、オペレータの介入に関する要件が大幅に低減される。こ
のため、処理全体がスピードアップし、（おそらく一層重要なことに）走査及び
処理プロトコルの不適切な入力に起因して遭遇することになる誤りが生じる可能
性が低減する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１では、マイクロアレイバイオチップ10は、２つのアレイ領域12,14を有す
る顕微鏡スライドという形で実施されている。該アレイ領域の各々は、異なる組
み合わせの反応物質をそれぞれ伴う一連のテストからなる実験を伴うものである
。該テストは、ドットとして示す多数の位置に反応物質の小滴を堆積させること
により行われる。領域12,14は異なる実験を構成し、この場合、領域12における
テストは領域14におけるテストとは異なることになる。
【００１２】 バイオチップ10にはまた、領域12,14で行われる実験に関する実験識別子16,18
が刻印されている。詳細には、該識別子の各々は、図示のように、数字(16a,18a
)及び該数字のバーコード表現である対応するバーコード(16b,17b)からなる。該
識別子は番号とすることが可能であり、この場合には、該番号を構成する幾つか
の数字がアレイの実験パラメータを識別し、別の数字がアレイのソースを識別し
、更に別の数字が走査及び分析プロトコルを識別し、又はかかるプロトコルのた
めの動作パラメータをも提供し、それ以外の数字はやはりアレイ自体を識別する
ものとなる。
【００１３】 典型的なアレイ領域を図２に一層詳細に示す。該領域は、複数のテストスポッ
ト20のアレイからなり、随意選択的に一連の制御スポット22及びフォーカスター
ゲット24が配置される。該制御スポット22及びターゲット24は、スキャナの構成
及び／又は調整を行うために走査プロセスで最初に使用される。
【００１４】 図３に示すように、本発明を実施したシステムは、実験識別子をマイクロチッ
プ上に刻印する識別子プリンタ30を含む。該チップがアレイ手段32内にロードさ
れ、そこでテストスポットが堆積されて実験アレイが形成される。
【００１５】 続いてバイオチップがスキャナ42へと送られ、該スキャナ42がバーコード16b,
18bを最初に走査する。これに応じて、システム34が、該識別子に論理的にリン
クされたファイルフォルダ36をオープンする。フォルダ36において、該システム
は、前記識別子内の情報を含むファイルをオープンする。バーコードがプロトコ
ルライブラリ35内に含まれるプロトコルを識別する場合、又は識別子内にプロト
コルが含まれている場合には、システムは、バイオチップの対応するファイルフ
ォルダ内のフォルダにプロトコルをコピーする。次いでシステムは、取得した走
査プロトコルに従って動作するようスキャナを設定する。
【００１６】 スキャナにより取得されたイメージマップは、フォルダ36内に格納されたイメ
ージマップ44内に収容される。最後に、ホストコンピュータシステム内のアナラ
イザ45が、イメージマップ44の内容を分析して出力テーブル46を提供し、これも
またフォルダ36内に収容される。出力テーブルの生成時に、アナライザ45は、フ
ォルダ36内に収容されている分析プロトコルを使用する。
【００１７】 走査及びイメージ分析動作のフローチャートを図４に示す。バイオチップ10が
スキャナ42内にロードされると、スキャナ42が、ステップ50で、チップ上のアレ
イ識別子の読み取りを試行する。スキャナ42は、該識別子を読み取ることができ
た場合には、ステップ52に示すように、該識別子をホストコンピュータシステム
34へ送信する。スキャナ42は、識別子を読み取ることができなかった場合には、
ステップ54に示すように、該識別子をマニュアルで入力するようオペレータに指
示する。ステップ56で、ホストコンピュータは、該識別子をデコードして、使用
すべきプロトコルを確認し（該識別子がプロトコルを指し示すものであると仮定
する）、ステップ58で、プロトコルライブラリ35がステップ56で識別されたプロ
トコルを含んでいるか否かを確認する。プロトコルライブラリ35が該プロトコル
を含んでいる場合には、そのプロトコルがスキャナ42に供給され、ステップ60で
、イメージングプロトコルを設定して、マイクロアレイのイメージマップを獲得
する。また、プロトコルライブラリ35が識別されたプロトコルを含んでいない場
合には、ステップ62へ進んで外部ソース（図示せず）からプロトコルを取得する
。次いで、取得されたイメージングプロトコルがスキャナ42へ渡され、該スキャ
ナ42がステップ60に示すように動作する。ステップ64で、イメージマップがイメ
ージファイル44に記録される。
【００１８】 後にステップ66で分析プログラムが呼び出され、ステップ68で、適当な分析プ
ロトコルがプロトコルライブラリ35内に存在するか否かをシステムが判定する。
適当な分析プロトコルがプロトコルライブラリ35内に存在する場合には、システ
ムはステップ70で定量的な分析を行う。また、適当な分析プロトコルがプロトコ
ルライブラリ35内に存在しない場合には、外部ソースが検査されてステップ70に
プロトコルが渡される。
【００１９】 上述のシステムは最小限のオペレータ介入で動作するものであって従来の構成
よりもかなり高速にバイオチップを処理するものであることは明らかであろう。
更に、早期の処理段階で各バイオチップアレイを適当なプロトコルと結びつける
ことにより、そうでない場合に手順のイメージング及び分析段階で遭遇すること
になる誤りが低減する。
【００２０】 本発明は本書で解説したバイオチップ以外のバイオチップにも適用可能なもの
であることが理解されよう。例えば、本発明は、アレイをなすウェル内に液体形
態で反応物質を収容する「ウェット」バイオチップと共に使用することが可能で
ある。更に、本書で使用した用語「バイオチップ」は、蛍光その他のラベルに関
して走査される、整列されたアレイ内に堆積されない材料（例えばスライドに付
着された組織）にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの実験を含むバイオチップを示している。
【図２】 図１の拡大図である。
【図３】 本発明に従って動作するシステムを示すブロック図である。
【図４】 本発明の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
16b,18b バーコード 32 アレイ手段 34 ホストコンピュータシステム 35 プロトコルライブラリ 36 ファイルフォルダ 42 スキャナ 44 イメージマップ 45 アナライザ 46 出力テーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｑ 1/68 Ｇ０１Ｎ 21/78 Ｃ Ｇ０１Ｎ 21/78 37/00 １０２ 37/00 １０２ Ｇ０６Ｔ 1/00 ２９５ Ｇ０６Ｔ 1/00 ２９５ Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ (72)発明者 シェーマー，マック アメリカ合衆国マサチューセッツ州02478， ベルモント，レイク・ストリート・284 (72)発明者 エイチン，ロン アメリカ合衆国マサチューセッツ州01752 −1056，マールボロー，ハウド・ストリー ト・23 Ｆターム(参考） 2G054 AA06 AB04 AB05 CA21 EA03 EB12 GA05 GB02 JA00 JA20 4B024 AA11 AA20 BA80 CA09 HA12 4B029 AA07 AA23 BB20 CC08 FA02 4B063 QA01 QA18 QQ42 QQ52 QR55 QS34 QS39 QX01 QX10 5B057 AA10 BA02 DA01 DA12 DB02 DC36 DC40

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バイオチップについて行われる複数のテストのマトリクスからなる実験を各々
    構成する複数のバイオチップアレイを処理するシステムであって、 A. １つ又は２つ以上のアレイ識別子を各々有する複数のバイオチップであって
    、該アレイ識別子の各々がバイオチップ上のアレイを一意に識別するものである
    、複数のバイオチップと、 B. 各識別子に対応するコンピュータファイル内に該識別子により識別されたア
    レイにおける実験のパラメータを記録する手段と、 C. コンピュータ内に格納され、及び様々な実験のアレイを走査するためのプロ
    トコルを収容する、ライブラリと、 D. バイオチップアレイを走査し、及び該バイオチップ上に記録されている識別
    子を読み取る手段を含む、スキャナと、 E. 該読み取られた識別子に応じて前記ライブラリから該識別されたアレイのた
    めの走査プロトコルを選択する手段と、 F. 読み取られたイメージングプロトコルに従って前記スキャナの動作を制御す
    る手段と、 G. 対応する実験アレイの走査時に前記スキャナにより生成されたイメージマッ
    プを各識別子に対応する位置で前記コンピュータ内に記録する手段と を備えているシステム。
  2. 【請求項２】 前記記録されたイメージマップを分析する分析手段を含み、該分析手段が、該
    イメージマップに対応するアレイ識別子に対応する分析プロトコルを前記ライブ
    ラリから選択する手段を含む、請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 バイオチップ上に堆積される複数のテストのマトリクスからそれぞれ構成され
    る１つ又は２つ以上の実験を各々構成する複数のバイオチップアレイを処理する
    方法であって、 A. 前記アレイの各々に対応するマシンにより読み取ることが可能な識別子を各
    バイオチップ上に刻印し、 B. バイオチップ上のアレイ識別子により識別されるアレイにおける実験のパラ
    メータを各識別子毎に収容するファイルをコンピュータシステム内に記録し、 C. 様々な実験についてバイオチップアレイを走査するためのプロトコルを前記
    コンピュータシステム内のライブラリに入力し、 D. 各アレイ識別子に応じて、該識別子により識別されたアレイにおける実験の
    ためのイメージングプロトコルを前記ライブラリから選択し、 E. 選択された走査プロトコルに従ってスキャナを制御して、前記識別されたア
    レイを走査すると共に、前記アレイの対応するイメージマップを前記コンピュー
    タシステム内に記録する、バイオチップアレイの処理方法。
  4. 【請求項４】 A. 前記イメージマップの各々の分析のためのプロトコルをプロトコルライブラ
    リから選択し、 B. 該選択された前記イメージマップの分析のための各プロトコルに従って前記
    イメージマップを分析する、 という各ステップを有する、請求項３に記載の方法。
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