JP2004028775A - Genetic testing apparatus and method for detecting using the same - Google Patents

Genetic testing apparatus and method for detecting using the same Download PDF

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JP2004028775A JP2002184908A JP2002184908A JP2004028775A JP 2004028775 A JP2004028775 A JP 2004028775A JP 2002184908 A JP2002184908 A JP 2002184908A JP 2002184908 A JP2002184908 A JP 2002184908A JP 2004028775 A JP2004028775 A JP 2004028775A
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Yuuko Orihara
折原 有子
Shuzo Mishima
三島 周三
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a genetic testing apparatus which can simply examine a plurality of genes in a short time. <P>SOLUTION: The genetic testing apparatus utilizes a computer. The apparatus comprises a stage 4 for supporting a DNA microarray, temperature regulators 9, 51 and 53 each for regulating a temperature of the DNA microarray, a CCD camera 5 for imaging an optical signal from the DNA microarray, a fluid transporting unit 41 for outputting and inputting a fluid in the DNA microarray, a storage unit for storing an application for operating the apparatus, a controller 10a for controlling an overall apparatus according to the application stored in the storage unit, a display unit 10 for displaying information, and an input unit 15 for enabling the information to be input from a user. A variety of parameters regarding a measurement are controlled by the application so as to be freely set by the user. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遺伝子の発現レベルおよび突然変異の有無を検出する装置、並びにそれを用いた検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、遺伝子解析技術が進み、ヒトを含む多くの生物における遺伝子配列が明らかにされてきた。また、解析された遺伝子産物と疾病の因果関係も少しずつ解明されてきた。現在用いられている遺伝子検査方法は、生体試料から核酸を抽出する工程、PCR、NASBA法などと呼ばれる核酸増幅方法を用いて検査対象となるターゲット遺伝子を増幅する工程、核酸を放射性同位元素や蛍光分子等によって標識する工程、標識されたターゲット遺伝子の塩基配列またはその濃度を測定する工程から構成されている。最近は、蛍光標識された核酸を複数のキャピラリーを用いることで高速に多数のサンプルを処理できるキャピラリ電気泳動装置が数多く用いられている。これにより、従来の電気泳動装置などを用いた方法に比べて三分の1から四分の1程度の時間で行えるようになった。更に近年になって同時に複数の遺伝子を検査するためのDNAチップを用いた検査方法が開発された。DNAチップは、ガラス基板の表面に多数のcDNAプローブを固定化するものや、半導体製造過程を応用してシリコン上の微小な領域に合成した多数のオリゴプローブを作製したものである。何れもサンプル中のDNAの塩基配列や発現量を、複数、同時に決定出来る方法である。DNAチップの応用によって、多くの遺伝子発現量や複数の突然変異の解析を行うことが可能となった。また、DNAチップを用いて得られたデータから、多くの遺伝子を複数のグループに分類したり(即ち、クラスタリング)、発生や分化に伴う遺伝子の変動に関する情報が得られている。こうして得られた遺伝子情報は、インターネットを通じて容易にアクセス出来るようなデータベースとして利用されている。
【0003】
遺伝子の発現量の検査や突然変異の解析が電気泳動法やDNAチップ法を用いて行われている。しかしながら電気泳動法では、検査に必要な時間が長く、また、一度に行える検査は少数に限られるのが欠点であった。DNAチップを用いた遺伝子解析方法は、一度に多数の検査を行える反面、検査時間が長く必要とされ、また、全体の検査工程が多く、且つ煩雑な操作が必要であった。そのために再現性のよい分析結果が得られない、という欠点があった。こうした欠点を克服するために、再現性がよく、且つ短時間でDNAチップと同様の検査を行うことを目的として、DNAチップの担体として多孔質のフィルターを用いた方法や、ハイブリダイゼーション反応を電気的な力によって強制的に行う方法が開発された(特表平9−504864、特表平2000−515251、特表平2001−501301)。しかしながら、多孔質のフィルターを用いた方法においては、液体の移動と温度制御を行う反応部分と蛍光検出を行う測定部分が別々で、複雑な装置構成が必要とされることが欠点であった。また、電気的な力によって強制的にハイブリダイゼーションを行う方法(特表平2001−501301)では、チップの中の電圧を厳密に制御したりする機構を設ける必要があった。そのため、これらの方法では臨床検査などにおける短時間に、且つ簡便に遺伝子の検査を行いたい、という要求に応えることはできなかった。
【0004】
また、癌や糖尿病、または高血圧などのように、複数の遺伝子異常と環境要因が重ね合わされて発症するような多因子性の疾患においては、複数の遺伝子の異常を多面的に解析し、さらに、外部環境要因を分析することによって、より正確な診断が行えると考えられている。また、実際の化学治療に当たっては、薬の副作用を避け、且つ治療効果を向上するために、投与する薬剤に対する感受性(これは、体質とも解釈される)を予め正確に判定しておく必要がある。更に、P53遺伝子等を用いた高度な遺伝子治療を行うに当たっては、予め、患者の体内の癌遺伝子、癌抑制遺伝子等の発現量や突然変異の有無、或いは細胞の情報伝達の状態などの遺伝子情報を正確に解析しておく必要がある。
【0005】
以上のような状況において、現在、簡便に、且つ短時間で複数の遺伝子を検査することの出来る遺伝子検査システムの開発が望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡便に、且つ短時間で複数の遺伝子を検査することの出来る遺伝子検査装置および方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を解決するための手段を、鋭意研究の結果見出した。即ち、コンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、DNAマイクロアレイの温度を調節するための温度調節部と、DNAマイクロアレイからの光学的な信号を検出するための光検出器と、DNAマイクロアレイへ流体を給排するための流体輸送部と、装置を運転するためのアプリケーションに従って装置全体を制御する制御部と、情報を表示するための表示部と、ユーザーからの情報を入力可能にするための入力部とを備えており、測定に関する各種のパラメータをユーザーが自由に設定できるようにアプリケーションによって制御される装置である。
【0008】
【発明の実施の形態】
1.装置の概要
本発明の1側面に従うと、遺伝子の発現レベルと突然変異を1つの検体について容易に且つ短時間で検出する装置が提供される。
【0009】
本発明の装置において実施される検出方法の基本的な原理は、配列が既知の固定化された核酸プローブを用いて、試料中に含まれる特定の配列をもった核酸鎖を検出するというものである。この方法では、例えば基板に一本鎖核酸の試料を固定化し、次に蛍光物質等で標識した試料中に含まれる核酸に接触させる。試料中の核酸が核酸プローブと相補的な配列を有していれば、核酸プローブとハイブリダイズして二本鎖を形成するので基板上に固定される。従って、洗浄により未反応の核酸鎖を除去した後で、プローブに付された標識を検出すれば、プローブに対して相補的な配列を有する標的核酸を検出することができるというものである。
【0010】
例えば、図1に示す構成図を用いて、本発明の装置の1態様を以下に説明する。本発明の装置であるコンピュータを利用した遺伝子検査装置1は、そこにおいてサンプルを反応させるためのDNAマイクロアレイ22における事象を顕微鏡的に観察するための顕微鏡3と、DNAマイクロアレイ22を有したスライドチップ2を支持するために前記顕微鏡3に具備されるステージ4と、前記顕微鏡3により観察されたDNAマイクロアレイ22における蛍光画像を撮像するためのCCD(charge coupled device)カメラ5と、前記顕微鏡3により観察される視野を変更するために前記ステージ4に接続されるモータドライバ6を制御するXYステージコントローラ7と、前記DNAマイクロアレイ22に接続されたジョイント部を介して流体を輸送するポンプドライバ8と、前記DNAマイクロアレイ22に接触して配置されるヒーター部を介して該DNAマイクロアレイ22の温度を調節する温度コントローラ9と、更に、前記遺伝子検査装置1に含まれる全てのデバイスに直接的または間接的に接続され且つそれらを総括して制御するコンピュータ10とを具備する。
【0011】
図1には示していないが、ここで前記ジョイント部は、DNAマイクロアレイ22に含まれる液体を外部に漏出しないような様式で、DNAマイクロアレイ22に接続される。更に該ジョイント部の他端はチューブを介して、ポンプドライバ8に接続され、更にポンプドライバ8は、その内部に所望の試薬等を含む試薬保持部に接続される。前記ポンプドライバ8は解析プログラムに従ってコンピュータ10の指示により前記DNAマイクロアレイ22に対する流体の出し入れを実行する。
【0012】
同様に、図1には示していないが、前記ヒーター部は、スライドチップ2とステージ4の間に配置される。また、前記ヒーター部は、温度コントローラ9に接続されてコンピュータ10の指示に従って温度コントローラ9によって温度が調節される。
【0013】
前記コンピュータ10は、一般的なコンピュータに具備される構成要素を含む。図1には示していないが、例えば、前記コンピュータ10に具備される構成要素は、コンピュータ10の各部を総括して制御する主制御部であるCPU(Central Processing Unit)11と、前記CPU11における制御の基礎となる種々のプログラム等や表示されるべき画像データ等のファイルを記憶するメモリ12と、前記CPU11により実行された結果等を一時的に格納するためのRAM(random access memory)13と、プログラム等に基づく前記CPU11の指示に従ってそこにおいて画像データを生成する画像処理部14と、前記コンピュータ10にオペレーター、例えば、人間が情報を入力するためのキーボードおよびマウス等の入力部15と、前記コンピュータ10の指示により情報を表示する表示部16とを少なくとも具備する。
【0014】
また、CCDカメラ5により撮像された情報は、画像処理部14に送られ、メモリ12に記憶される解析プログラムに従いCPU11の指示に従って画像処理部14で処理されて蛍光強度として数値化される。
【0015】
本発明で使用できるコンピュータは、一般的に使用される何れの電子コンピュータであってよい。
【0016】
本発明で使用できる顕微鏡は、一般的に使用される蛍光顕微鏡であればよく、例えば、オリンパス社蛍光顕微鏡AX−70またはBX−42TFR等であってよいが、これに限られるものではない。以上の説明では、検出に用いる光学系に顕微鏡を用いた場合について説明を行ったが、本発明に適用できる光学系は、顕微鏡の光学系に制限されていないは言うまでもない。
【0017】
本発明で使用できるCCDカメラは一般的に使用されるCCDカメラであればよく、例えば、一般的なデジタルカメラ、例えば、コダック社のMegaPlus CCDカメラ、ローバー社のCool Snap cf mono等のカメラ等であるが、これに限られるものではない。
【0018】
また、ここで該DNAマイクロアレイ22の温度を調節するための温度調節部は、該DNAマイクロアレイ22を具備するスライドチップ2に直接的または間接的接触して熱を伝えるための加熱体(例えば、電熱ヒーター、電磁ヒーター、ウォーターバス、エアーバスおよびペルチエ素子等)、そこにおける温度を感知するセンサー、およびコンピュータの制御と前記センサーからの情報に従って加熱体における加熱を制御する温度コントローラを含み得る。
【0019】
また更に、前記コンピュータに対して、総合デジタル通信網(以下、ISDNと称する)への接続またはモデムを経由した電話回線、LANへの接続がなされてもよい。
【0020】
また、上述の態様に具備されるステージ4は、上述の通り、XYステージコントローラ7により、XY移動が可能であるが、視野の変更は、このようなステージ側の移動に限らず、CCDカメラ5自身によって、或いはCCDカメラ5とマイクロアレイ22を繋ぐ光路を変更させるような種々のスキャニング機構を用いて行ってもよい。
【0021】
以上の説明では、本発明で用いる検出器はCCDカメラを例にとって説明したが、用いることのできる検出器は、目的によりCCDカメラに限らず、フォトマルチプライヤー等を使用することが可能である。ただし、図2に開口部22で示されるような1つの反応領域を同時に検出可能であることにより、CCDカメラが効果的である。
【0022】
2.DNAマイクロアレイを具備するスライドチップ
本発明において使用されるDNAマイクロアレイ22の1態様を図2(A)および(B)に示す。図2(A)は、そこにおいて反応を行うDNAマイクロアレイ22を4つ具備するスライドチップ2の平面図である。図2(B)は、スライドチップ2の断面図である。
【0023】
図2(B)に示すスライドチップ2は、多孔質体であるマイクロチャネル24を具備するフィルタ19と、フィルタ19を支持するための支持板20とを具備する。支持板20は、2つの部材からなり、2つの部材がフィルタ19を挟み込みスライドチップ2を構成する。図2(B)に従うと、フィルタ19の上下に位置する支持板部材には、対面する各位置に、DNAマイクロアレイ22を規定するための開口部21が形成されている。
【0024】
また、図2(B)に示されるように、フィルタ19は、4つのDNAマイクロアレイ22の全てを含む大きな面積に亘って、二次元的に平坦に2つの支持板20の間に位置する。また、支持板20は、好ましくは遮光性のある部材により構成され、より好ましくは暗黒色の部材により構成される。好ましくは、2つの支持板20は、フィルタ19を間に挟んだ状態で接合される。
【0025】
フィルタ19の材質は、そこにおいて実施され得る温度制御の範囲内で壊れなければ、何れの任意の材質であってもよい。
【0026】
「DNAマイクロアレイ」22は、支持板20に形成された開口部21から露出するフィルタ19の部分をいう。
【0027】
該図2(C)および(D)では略円形の領域が示されているが、プローブスポット23の輪郭は、略円形、略矩形または多角形であってもよい。
【0028】
所望に応じて、複数のプローブスポット23に対して同じプローブを固定してもよい。また、多孔質体に表面処理を施し、流体への摩擦抵抗やプローブ等の試薬の吸着性を調節してもよい。
【0029】
本スライドチップの大きさは0.5〜20.0cm×0.5〜20.0cm×0.01〜1.0cm、好ましくは1.0〜10.0cm×1.0〜10.0cm×0.05〜0.5cmである。特に好ましくは、3.0〜8.0cm×3.0〜8.0cm×0.05〜0.2cmである。実際の作成したスライドチップの1例は約7.5cm×約2.5cm×約0.1cmである。
【0030】
本マイクロアレイは、3.0mm2〜16cm2、好ましくは12.0〜400mm2、特に好ましくは20.0〜100.0mm2であり、実際に作成したスライドチップ上の円形なマイクロアレイは直径約6mm(約28.3mm2)である。
【0031】
本DNAマイクロアレイに含まれるプローブスポットは直径100〜300μmであり、好ましくは120μmであり、1DNAマイクロアレイ当たり10〜1000、好ましくは400のプローブスポットが具備される。以下に説明する核酸プローブは、プローブスポット毎に異なる種類のプローブを固定することも可能である。
【0032】
本発明において使用するのに好ましいDNAマイクロアレイの例は、例えば、特表2000−515251号に記載のデバイス、特表平9−504864に記載の微細加工フロースルー多孔性装置であってよい。
【0033】
また、図2には例えばDNAマイクロアレイ22を4つ具備するスライドチップ2を示したが、4以上としてもそれ以下としてもよい。本明細書では、1つの好ましい態様として4つのDNAマイクロアレイ22を具備するスライドチップ2について説明するが、これに限られるものではなく、また、その変更に伴い他の装置の構成および実行の際の手順が変更されることは当業者には明白であり、そのような変更も本発明の範囲に含まれるものである。
【0034】
このように、4つのDNAマイクロアレイ22を具備するスライドチップ2を使用した場合、夫々のDNAマイクロアレイ毎に異なる検体について検査してもよく、または1枚のチップ中で1つの検体について異なる4つの種類の解析、例えば、癌遺伝子の突然変異、発現解析、薬剤耐性遺伝子、および細胞内シグナル遺伝子の発現パターンの決定等を実施してもよい。
【0035】
また、プローブスポットの配置密度、配置パターン、プローブスポットの直径等の大きさは、適宜変更できる。
【0036】
上述した態様では、フィルタ19の外観は、2次元的な広がりを有した平面を有し、且つ該平面に垂直な方向に一定の厚みを有した扁平な部材であるが、種々の多孔質体を適用することが可能である。例えば、その扁平な部材に対して垂直に、且つ直線的に貫通しその両端が開放されたキャピラリーが密に並列されて一体化された形態を有するものも使用することが可能である。また、例えば、該キャピラリーが、該扁平な部材に対して垂直に配置されず、例えば、所望の角度で直線的に貫通していてもよく、或いは非直線的(即ち、曲線状の)孔として配置されてもよい。また、DNAマイクロアレイ毎またはプローブスポット毎に、該キャピラリーの該扁平部材への角度が異なっていてもよく、曲線または直線の選択がなされてもよい。
【0037】
さらに、上述した態様では、フィルタ19を例にとって説明したが、フィルタのような多孔質体だけでなく、スライドグラス等の非多孔質体の表面にプローブスポットを有する場合にも適用可能である。しかしながら、種々の多孔質体を適用すると、ポンプにより液体を移動させ反応を促進する効果が高いので、より好ましい。
【0038】
ここで使用される「核酸プローブ」の語は、一般的に、約10ヌクレオチド以上約100ヌクレオチド以下の核酸からなるポリヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチドであり、一般的にハイブリダイゼーションにより核酸を検出する場合に使用される核酸プローブを示す。
【0039】
例えば、P53、c−myc等の癌遺伝子や、癌抑制遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドであっても、疾患関連または感受性遺伝子に対応するオリゴヌクレオチドであっても、多型部位を含む配列に対応するオリゴヌクレオチドであっても、何れの所望する核酸をプローブとして使用することが可能である。
【0040】
また更に、解析の対象となる遺伝子の他に、試料の定常状態を測定するためのβグロブリンやアクチンなどのハウスキーピング遺伝子に対するプローブを使用してもよい。このようなハウスキーピング遺伝子の量を細胞内の基準的な遺伝子量として、実際の癌遺伝子や、癌抑制遺伝子または薬剤耐性遺伝子の発現量を測定してもよい。このようにすれば、より正確な細胞内の遺伝子発現量を測定することが可能である。
【0041】
ここで使用される「標的核酸」の語は、試料に含まれる検出されるべき核酸を示す。
【0042】
本発明の態様に従うと、上述したDNAマイクロアレイ22を配置したスライドチップ2を用いて分析を行う場合、このようなスライドチップ2には、複数のDNAマイクロアレイ22が含まれる。
【0043】
例えば、プローブスポット毎に条件を変えれば(例えば、固定するプローブの種類を変更したり、表面処理を変更する等)、微小な1つのDNAマイクロアレイ中で非常に多くの情報を充分な感度で得ることができる。また、DNAマイクロアレイ毎に温度制御や、測定データの解析を行えるので、小型の装置において多項目の反応結果を迅速に得ることができる。また、プローブスポット毎に温度制御したり、測定データを解析してもよく、その場合、更に、多項目の反応結果を迅速に得ることが可能である。
【0044】
上述した本発明の態様では、多孔質体にプローブが固定された例を示したが、該プローブは必ずしも固定される必要はなく、多孔質体に試薬を固定しないで行う反応系に対しても、本発明は適用することが可能である。その場合、該プローブを固定化しないこと以外は、上述の態様と同様である。この場合、「プローブスポット」は「反応スポット」と称することも可能であるが、ここでは「反応スポット」はプローブスポットの1態様として包含され説明される。また、このような装置も本発明の範囲に含まれる。
【0045】
3.ソフトウェア
前記メモリ12には、CPU11を介して本装置を制御するためのプログラム、CPU11により検索されて制御および判断の根拠となるデーブル等の情報、並びに、得られた結果を表示する場合に利用される画像データ等が記憶される。
【0046】
例えば、解析プログラムは、遺伝子解析を実施するためのプログラムであり、当該解析をコンピュータによって処理させるための仕事の手順に関する命令を含んでよい。
【0047】
例えば、反応進行プログラムは、DNAマイクロアレイ22において行うべき反応をコンピュータによって処理させるための仕事の手順に関する命令を含んでよい。反応進行プログラムには、反応、即ち、ハイブリダイゼーションに必要な試薬の選択、使用する試薬の量、反応時間および反応温度等の反応条件、ポンピングの回数および時間、ポンピング開始時期の液体輸送および撹拌条件等に関する命令が予め含まれてもよく、或いは解析開始時にオペレーターにこれらの情報を入力するように指示する命令が含まれてもよい。また、これらの反応の条件に関しては反応条件プログラムとして反応の手順とは異なるプログラムとしてメモリ12に記憶させてもよい。
【0048】
上記のプログラムは本装置を制御するためのプログラムの例であるが、それ以外の必要なプログラムをメモリ12に記憶させてもよい。
【0049】
例えば、遺伝子対応テーブルは、得られた蛍光強度と、反応条件と、遺伝子発現量、発現遺伝子および遺伝子の突然変異等との関連付けを明記する表であってもよい。
【0050】
4.装置の作用
図3に示したフローチャートを用いて上述した本態様の作用を説明する。
【0051】
(S1)オペレーターが、ステージ4上にヒーター部と接触するようにスライドチップ2をセットし、前記スライドチップ2の各DNAマイクロアレイ22に対してジョイント部を接続する。
【0052】
(S2)オペレーターが入力部15に入力して、本装置に対して解析開始の指示が出される。このときオペレーターは反応の条件に関する情報を入力するが、これらの情報は、RAM13に格納される。
【0053】
(S3)オペレータにより解析開始の指示が出されると、CPU11は、予め設定されメモリ12に記憶された座標とメモリ12に記憶された解析プログラムに従って、XYステージコントローラ7に対して、4つのDNAマイクロアレイ22の中で未解析で且つ認識番号の小さいDNAマイクロアレイ22がCCDカメラ5の視野に入る位置にように指示し、指示されたXYステージコントローラ7がモータドライバ6を駆動して、XYステージ4が動かされる。ここで、使用されるスライドチップ2におけるDNAマイクロアレイの数と、夫々に対応する認識番号と、それが位置する座標とは、それらが対応付けられたテーブルとしてメモリ12に記憶されている。従って、CPU11は、未解析のDNAマイクロアレイ22のうちで認識番号の最も若いものを選択し、前記テーブルを検索することにより、目的とするDNAマイクロアレイ22の座標を読み出し、それを基に指示を出す。
【0054】
(S4)目的のDNAマイクロアレイ22がCCDカメラ5の視野に入る位置に配置されると、CPU11は、メモリ12に記憶された反応進行プログラムに従って指示を出し、ポンプドライバ8および温度コントローラ9を制御して、複数の反応を繰り返し実行させる。CPU11は、メモリ12に記憶された反応進行プログラムに従って、各反応の終了毎にCCDカメラ5に指示を出し、撮像を実行させる。(S4)については更に詳しく後述する。
【0055】
(S5)S4におけるCCDカメラ5による撮像がなされる毎に、CPU11は、得られた画像情報を画像処理部14からRAM13に転送させ一旦格納させる。
【0056】
(S6)CPU11は、直前のS3で選択され反応に供されたDNAマイクロアレイ22の認識番号をRAM13から読み出し、それを基にスライドチップ2に具備される4つのDNAマイクロアレイ22に未解析のものが残っているか否かを判断する。未解析のDNAマイクロアレイ22がある場合には(S3)へ進み、そうでない場合には(S7)に進む。
【0057】
(S7)CPU11は、解析プログラムに基づいて(S5)でRAM13に格納された画像情報を読み出し、該情報から蛍光強度を算出する。得られた蛍光強度とその蛍光強度を得たときの反応条件を基に、CPU11は、遺伝子対応テーブルを検索し、対応する遺伝子情報を読み出す。これらのデータから、CPU11は、画像処理部14に遺伝子解析結果のテーブルを作製させ、算出された蛍光強度反応条件と遺伝子対応テーブルそのデータを画像処理部14に送り、そこにおいて、結果のテーブルを作製させ、このテーブルをRAM13に記憶させる。
【0058】
(S8)CPU11は、画像処理部14に対して、RAM13に記憶させた遺伝子解析結果のテーブルの画像を表示するように指示する。これにより画像処理部14はRAMから必要な情報を読み出して画像処理し、表示装置に表示する。
【0059】
上述では、S2においてオペレーターが入力する反応条件に関する情報は、反応温度、反応時間、反応回数および試薬の選択等であってよい。または、これらの情報は、S2においてオペレーターにより入力されるのではなく、予めメモリ12に記憶された反応進行プログラムまたは反応条件プログラムに含まれていてもよい。
【0060】
また、上述の手順では、各DNAマイクロアレイ22毎に解析を行う例を示したが、全てのDNAマイクロアレイ22に関して同時に解析を行ってもよい。また、上記では解析されるDNAマイクロアレイ22は、予め割り当てられた認識番号の順に自動的に選択される場合を記載したが、解析毎に、オペレーターが解析を実行するDNAマイクロアレイ22を選択し入力部15から入力してもよい。
【0061】
また、該コンピュータに対してISDNまたはLAN、電話回線への接続を行えば、当該解析により得られた結果を、所望のゲノムデータベースまたは塩基配列データベースを検索して得られた情報と比較することも可能である。この手順は、メモリ12に記憶された比較プログラムを基にCPU11がデータベースを検索し、装置により得られた結果と比較し、同定するように設定してもよい。
【0062】
5.DNAマイクロアレイにおける反応
上記(S4)における反応について、図4を用いて更に説明する。
【0063】
(S41)目的のDNAマイクロアレイ22がCCDカメラ5の視野に入る位置に配置されると、CPU11は、メモリ12に記憶された反応進行プログラムに従って、温度コントローラ9に指示を出しヒーター部を制御させることにより、目的のDNAマイクロアレイ22の温度を所定の第1の温度に維持する。更に、CPU11は、前記反応進行プログラムに従って、ポンプドライバ8に指示を出し、試料を目的のDNAマイクロアレイ22に添加させ、ポンピングにより撹拌を実行しながら、反応を実施させる。
【0064】
(S42)メモリ12に記憶された反応進行プログラムに従って、所定の反応時間に亘って反応が実施された後、CPU11は、前記反応進行プログラムに従って、ポンプドライバ8に指示を出し、試料を目的のDNAマイクロアレイ22から一次退避させ、CCDカメラ5に撮像を実行させる。
【0065】
(S43)CCDカメラ5の撮像の終了後、CPU11は、前記反応進行プログラムに従って、ポンプドライバ8に指示を出し(S42)において一次退避された試料を再びDNAマイクロアレイ22に添加させる。このとき、撹拌作用も機能している。
【0066】
(S44)CPU11は、前記反応進行プログラムと(S1)においてオペレーターにより入力されRAM13に格納された条件を読み出し、更なる温度設定および/または溶媒組成等を変更した更なる反応条件下で反応を行う必要があるか否かを判断する。必要であれば(S41)に進み、不要であれば(S5)へ進む。
【0067】
6.解析対象および前処理
本発明の装置により実施可能な解析の例は、被験者における癌遺伝子等の突然変異の有無の検出、被験者における遺伝子の発現解析、薬剤耐性遺伝子の発現解析、被験者における疾患関連または感受性遺伝子の遺伝子型決定、被験者における細胞内シグナル遺伝子の発現パターンの決定等、臨床的な治療学的および診断学的解析、並びに非臨床的な基礎研究においても種々の遺伝子解析等である。
【0068】
一般的に、遺伝子検査に用いるサンプルは、ヒトの場合、血液、培養細胞、生検または手術時に採取された細胞または組織等の生体組織等が使用できる。
【0069】
例えば、内視鏡的に採取された組織切片の場合、該組織切片をスライドガラス上に固定し、染色し、病理検査を行った後のスライドグラスから、マイクロダイセクションシステムであるレーザーキャプチャーシステム、オリンパス社製LCS200によって癌病巣部分の組織の部分のみを採取したものを使用することができる。
【0070】
本装置による解析に先駆けて、このようにして得られた生体サンプルは、フェノール・クロロホルム法、マイクロカラム法、または磁性粒子法等を利用した核酸抽出試薬によって処理し、DNAおよび/またはRNAを抽出する。更に、抽出されたDNAおよび/またはRNAを、例えば、PCR法、RT−PCR法、T7増幅法等によって遺伝子増幅を行う。しかしながら、核酸量の多いサンプルの場合には、遺伝子増幅を行うことなくcDNAを調製すればよい。但し、何れの場合においても、プライマーの5’端か、合成されたヌクレオチドのどこかに標識物質、例えば、FITC、ローダミン、Cy3およびCy5等、蛍光標識物質の何れかが付加されるように試薬組成を最適化することが好ましい。
【0071】
このような解析に使用する試料の調製は、例えば、「DNAマイクロアレイと最新PCR法」(細胞工学別冊;ゲノムサイエンスシリーズ1、秀潤社、2000年3月16日発行)等に記載されるように、一般的にそれ自身公知の方法により行ってよい。
【0072】
上記の蛍光標識を行った後、ピペットによってオペレーターが手動で得られた調製済みの試料をDNAマイクロアレイに分注してもよい。その後、上述のような装置により、解析を行えばよい。
【0073】
7.解析方法
以上のように我々は、短時間に高効率のハイブリダイゼーションを行うことが期待できる三次元DNAマイクロアレイを反応部に用いて、溶液制御用のポンプ、温度調節用の温調システム、高感度な蛍光検出装置とコンピューターによって制御する撮像デバイスを組み合わせた遺伝子検査システムを発明した。
【0074】
このようなシステムにより実施される遺伝子解析方法も本発明の範囲に含まれる。図5のフローチャートを用いて本発明の方法を説明する。
【0075】
(Sa)先ず、試料を調製する。被験対象から採取した組織または細胞から核酸を、例えば、フェノール・クロロホルム法などにより抽出する。
【0076】
(Sb)(Sa)で得られた核酸を、例えば、PCR法またはNASBA法等により増幅し、且つ蛍光標識を行う。また、核酸の量が多い場合には、蛍光標識のみ行う。
【0077】
(Sc)(Sb)で得られた蛍光標識された核酸を、スピンカラム法またはエタノール沈殿法などにより精製する。
【0078】
(Sd)(Sc)で得られた核酸を変性により1本鎖標識核酸にする。その後、核酸プローブを固定化したDNAマイクロアレイに、得られた1本鎖標識核酸を添加する。
【0079】
(Se)試料を含有するDNAマイクロアレイについて、所望の条件下でハイブリダイゼーションを行う。このとき、DNAマイクロアレイ中の液体をポンピングまたはピペッティング等により撹拌することが好ましい。
【0080】
(Sf)(Se)でのハイブリダイゼーションを行った後、DNAマイクロアレイ中の液体を、該アレイの下部に留め、核酸プローブに結合した標識核酸に含まれる蛍光強度を測定する。
【0081】
(Sg)(Sf)における蛍光強度の測定が終了した後、所望の反応条件下で、再度ハイブリダイゼーションを行い、上記同様、蛍光強度を測定する。種々の反応条件下でこの操作を必要な回数だけ繰り返す。
【0082】
(Sh)(Sg)の反応が終了した後に、DNAマイクロアレイ中の試料をそのままの状態を維持しながら、即ち、希釈または不純物等のコンタミネーションのないように、回収し、その後、前記核酸プローブに結合した標識核酸に含まれる蛍光強度を測定する。
【0083】
(Si)(Sf)および(Sh)で得られた蛍光強度を基に、発現遺伝子量の判定および突然変異遺伝子の有無等の判定を行い、目的の遺伝子に関する情報を得る。
【0084】
(Sj)(Si)で得られた目的の遺伝子に関する情報を、データベースに開示される公知の遺伝子情報や、標準試料から得られた解析結果と比較する。
【0085】
(Sk)(Sj)の比較の結果から、被検対象からの試料に関する遺伝子解析についての判定を行う。
【0086】
ここでは、2つの反応条件を用いて2つの反応を連続して行ったが、必要に応じて、連続する反応の回数および蛍光強度の測定回数を増やすことも可能である。その場合、上記(Sf)から(Sg)を必要な回数で繰り返せばよい。
【0087】
本発明の態様として上述した装置は、ステージに置かれた反応要素(即ち、スライドチップ)に対して液体の分注、撹拌、温度制御および測定を常時実行できる構成になっているので、あらゆる種類の反応系を小さなスペースで容易に達成できる。従って、本発明の装置は、あらゆる遺伝学的検査に有用な優れた手段となり得る。
【0088】
また、本発明に従いCCDカメラを検出器に用いた場合は、少なくとも1個のDNAマイクロアレイは、充分にCCDカメラの撮像可能な範囲に収まる程に小型であるので、測定すべきDNAマイクロアレイ内の複数の別々のプローブスポットに対して、光学的なスキャニングを行う必要はない。このことにより、同一のDNAマイクロアレイ内の各スポットの反応を同時に且つ継続的にモニタリングすることが可能となり、多項目の同時検査に非常に有利である。
【0089】
本発明の更なる側面に従うと、本発明は、同一の試料に対して複数の検査を連続して行うことが可能であり、従って、複数の検査結果を迅速にまたは任意の時機に得ることが可能な装置を提供するものである。
【0090】
本発明に従うと、このような測定装置において、プローブスポット毎に適用された各々の試薬(例えば、核酸プローブおよび核酸プライマー等)の種類または各々の反応条件を、各試薬毎または各反応条件毎に得た各々の測定データと照合しながら測定データの解析を行う解析用ソフトウエアも提供される。
【0091】
また特に、本発明に従う装置では、同一のプローブスポットにおいて、複数種類の反応を同時、逐次、または順次に実行することが可能である。従って、そのような複数種類の反応を達成するために必要な反応条件を容易に整えること、およびそのような複数種類の反応により得られた複数のデータを正確に読み取り且つ処理することを可能にする新規な読み取り手段を、本発明に従う装置が具備していてもよい。
【0092】
例えば、そのような読み取り手段は以下を実行するような手段であり得る;
i) 1つのDNAマイクロアレイにおいて測定されるべきプローブスポットの位置情報とそのプローブスポットへの制御情報(例えば、試薬毎の好適温度、検査目的など)とを組み合わせてなる検査項目情報を、メモリ回路等の記憶手段に記憶すること、
ii) 実際に前記DNAマイクロアレイ内の全てのスポットにおいて実施された制御をモニタリングし、そのモニタリングされた実際の制御条件と、前記 i) の検査項目情報とを照合し、その照合結果をメモリ回路等の記憶手段に記憶すること、および
iii) 前記 ii) のモニタリングされた制御条件下で行われた測定結果を、前記ii) で得られた照合結果と対応付けた測定データとしてメモリ回路等の記憶手段に記憶すること、または
iv) 前記 ii) のモニタリングされた制御条件下で行われた測定結果を、前記 ii) で得られた照合結果と対応付け、更に、CPU等のデータ処理手段によって、前記測定結果を前記照合を基に補正するような演算処理を行うこと。
【0093】
従って、そのような読み取り手段は、該検査項目情報、モニタリングされた制御条件、測定結果および測定データ等のデータを記憶するための記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各データを読み出して比較および照合を行ったり、必要な演算処理するためのCPU等のデータ処理手段とを具備する。
【0094】
また、このような新規な読み取り手段自体も、そのような読み取り手段を具備した装置も、本発明の態様として提供される。
【0095】
係る読み取り手段によれば、同一のCCD視野内の全てのスポットについて、複数のスポット間で全部または一部の反応が時間的に重複するような異なる種類の反応結果や、少なくとも1つのスポットにて実行される複数の異なる反応条件での反応結果を、取り違えることなく記憶し、取り出して、所望の判定結果を出力することが可能である。
【0096】
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明したが、上述した詳細な説明および図面は、本発明の態様を例示することを目的とするものであり、従って、それらによってに本発明は限定されるものではなく、本発明は、種々の均等物および現在の自明な技術知識に基づく、種々の改良された発明または変形された発明を包含するものである。
【0097】
【実施例】
1.遺伝子解析
図1に示すような本発明の態様を用いて遺伝子解析を行う。
【0098】
遺伝子を測定する容器として、検査対象であるターゲット遺伝子と相補性を有する複数の遺伝子を表面に固定化した多孔質のフィルターを収めたチップを用いる。この多孔質のフィルターを収めたスライドチップを、蛍光顕微鏡のステージに置かれた反応部分(インキュベーター部分)に設置する。この蛍光顕微鏡は、ホストコンピュータによって、励起光シャッター、蛍光キューブ、ステージ移動などを自動的に制御することが出来るように構成されている。また、蛍光顕微鏡にはCCDなどの画像を撮影するデバイスが設置されていて、撮影のタイミングもホストコンピュータによって制御されている。また、露出時間、画像の保存、冷却状態などの制御も、同じコンピュータによって制御することが出来る。また、インキュベーターには、液体を輸送するためのポンプ、および温度制御用のヒーターかベルチエ素子が設けられていて、これらの制御もまたホストコンピューターによって行うことができる。
【0099】
サンプルをチップの測定領域に滴下したあと、ポンプによって反応液を移動させてハイブリダイゼーション反応を加速する。インキュベーターの下部の溶液を移動させ、反応液の液面がフィルターの上面に接した時に励起光シャッターを開けてフィルター表面の蛍光画像をCCDカメラなどのデバイスによって撮影する。撮影された画像データは、コンピュータの指定されたフォルダー中に保存され、別にインストールされた解析用のプログラムによって測定結果を解析する。
【0100】
このように、ハイブリダイゼーションを促進するためのポンプ、温度変化をチップに与えるためのヒーター、更に、必要に応じて、溶液組成を変化させるピペッターシステムをインキュベーターの周囲に配置することによって、この一個の検査システムによって連続して様々な温度や溶液状態におけるハイブリダイゼーションのパターンを得ることができる。また、測定に用いる蛍光標識の種類に応じて異なる波長によって励起し、異なる蛍光波長の画像を撮影することが出来るので、試料の中に複数の蛍光色素によって標識された物質が入っている場合でも、フィルターキューブを自動的に切り替えることにより、例えば、2色の蛍光強度比などを簡単に測定することができる。このようにして得られたスポットの蛍光強度から、チップ表面に固定化されたプローブとハイブリダイゼーションしたターゲット遺伝子の量を解析する。この検査装置を用いることによって、C−myc等の癌化に従って、発現量が大きく変動する遺伝子の発現量を鋭敏に検出することが出来る。
【0101】
また、インキュベーターの温度変化によって生じる蛍光スポットの蛍光強度変化のパターンを解析することにより、K−Ras、P53といった癌化に大きな影響のある遺伝子の突然変異を検出することができる。このようにして細胞内部で複雑な細胞機能を制御している遺伝子の発現量と、遺伝子の内部に生じた突然変異という2つの生理学的に重要な遺伝子の変異を短時間のうちに同一の装置によって解析することが可能となる。また、ここで、用いられるサンプルの調製方法は、従来の遺伝子検査で用いられているものと同様であり、この装置によって得られた結果は、インターネット上で公開されているGenBankなどのデータベースにある遺伝子情報と容易に比較検討することが出来る。
【0102】
このような本発明の態様に従う装置を用いることによって、反応部分の溶液の状態や、温度条件を変化させながらターゲット遺伝子のハイブリダイゼーションの程度をリアルタイムで測定することができる。このような装置を用いることによって、反応部分の溶液の状態や、温度条件を変化させながらターゲット遺伝子のハイブリダイゼーションの程度をリアルタイムで測定することができるようになった。この発明を用いることによって、対象遺伝子の発現量を正確に測定することが出来るようになった。また、発現量の測定に引き続いて、自動的にマイクロアレイの温度や反応溶液の溶液組成を変化させることによって、異なるプローブへのハイブリダイゼーションの効率を強制的に変化させ、その結果から、ターゲット遺伝子内に生じている突然変異、例えば、一塩基多型(以下、SNPと称す;Single nucleotide polymorphism)等の種類を検出することが出来る。このシステムを用いることによって、癌などの進展の程度や悪性度、或いは転移の可能性、疾病のステージなどがより正確に予測できることが期待される。
【0103】
また、同時に治療薬に対する感受性に影響するP450などの薬剤感受性遺伝子の発現量と、活性に影響ある SNPs の検査も同時に行うことが出来る。このようにして疾患の原因遺伝子の異常のみならず、薬剤に対して感受性のある遺伝子のの異常を同時に検査することで、選択する治療薬の種類や温度を患者の体質に合わせて最適化することが可能になる。また、得られた遺伝子異常に関する情報を元にして、将来的に高い治療効果が期待されている遺伝子治療に用いる遺伝子の選択が正確に行える。
【0104】
2.C−myc、エストロゲンレセプター、テロメラーゼの発現量の測定
C−myc、エストロゲンレセプター、テロメラーゼの発現量の測定をおこなうためのスライドチップを図6に示す。該スライドチップには、図6(A)に示されるようなc−mycを含む複数の遺伝子に対するプローブと、ハウスキーピング遺伝子が固定される。図6(B1)には、DNAマイクロアレイに含まれるプローブスポットに固定された図6(A)の核酸プローブの固定位置を模式的に示したものである。夫々の種類の核酸プローブは、種類毎にプローブスポットに固定されている。図6(B2)および(B3)は解析結果を模式的に示した図である。図6(B2)は正常な被験者からの試料により得られる結果を示し、(B3)には異常のある被験者からの試料により得られる結果を示す。このような結果から蛍光の有無を判定することにより、被験者において発現された遺伝子を検出することが可能である。
【0105】
このようなスライドチップを使用し、発現解析を行ったチップの周囲温度や溶液組成を変更することにより、または試料中の標識核酸とプローブ近傍の温度をTM(Melting Temperature)値に近い条件にすることによって、各プローブの至適反応条件が達成され、それによりこれらの遺伝子の内部に生じた突然変異の解析を行うことが可能である。
【0106】
図7には、異なる塩基配列を有するプローブに対して生じた蛍光スポット強度の比較を行うことにより、癌抑制遺伝子P53の遺伝子内部に生じた突然変異を検出する場合の例を示した。蛍光強度の違いによって、発現量を検出することが可能である。
【0107】
以上のような遺伝子の検出と発現量の解析は、1つのDNAマイクロアレイにおいて1つの試料について連続して行うことが可能である。
【0108】
このように発明の装置および方法により、癌化のステージを判定したり、悪性度や転移のし易さ、または薬剤耐性の個人差などを正確に予測することが可能である。
【0109】
遺伝子検査技術とコンピュータ科学の進展に伴い、現在までにすでに多くの遺伝子の異常としての発現量の変化や突然変異の種類、またはSNPsが同定されている。そしてそれらの公知の情報は、データベースとしてインターネット上で広く公開され、容易に入手が可能である。上述のように、本発明の装置および方法により得られた遺伝子検査の結果を、既に公知の情報と比較評価することにより、更に臨床的に有用な正確な判定が可能となる。例えば、アメリカ癌研究所(NCI)により標準化された正確な転移の予測や治療指針の決定を行うことが可能になり、国や施設による判定基準の違いなどから生じる誤判定の可能性を少なくできる。将来的には、遺伝子治療を行う場合の導入遺伝子の選択においても、重要な情報を提供することが期待される。
【0110】
8.補足:装置の制御系と操作の手順
遺伝子検査装置1の制御ブロックを図8に示す。
【0111】
図8に示されるように、遺伝子検査装置1は、制御部10aとカメラコントローラ10bと顕微鏡コントローラ10cとを含んでおり、これらはコンピューター10に相当している。また、遺伝子検査装置1は、前述したように、(好適には冷却型の)CCDカメラ5と、ステージ4と、ステージコントローラ7と、温度コントローラ9と、入力部15と、表示部16を有している。ステージ4はそれを駆動するためのモータ4aを含んでいる。
【0112】
遺伝子検査装置1は更に、蛍光観察用の顕微鏡3内に含まれるミラーユニット31とシャッタユニット32と照明ユニット33とを有し、DNAマイクロアレイ22の温度を調節するための温調器を構成する上部ヒーター51と下部ヒーター52と冷却ファン53とを有し、DNAマイクロアレイ22を通して液体を移動させるためのポンプ41とを有している。
【0113】
フィルタユニット31はそれを駆動するためのモータ31aを、シャッタユニット32はそれを駆動するためのモータ32aを含んでおり、上部ヒーター51はその温度を測定するための測温抵抗体51aを、下部ヒーター52はその温度を測定するための測温抵抗体51bを含んでいる。ポンプ41は、これを駆動制御するためのコントローラ41aを含んでいる。ここで、ミラーユニットは、例えば、照射光の中から励起波長帯の光のみを透過させる励起フィルタと、対象物からの蛍光だけを透過させ、励起光を遮断する吸収フィルタと、所定の波長の光に対して、それよりも短い光を反射し、長い波長を透過するダイクロイックミラーとを一体化した構成とすることができる。
【0114】
カメラコントローラ10bはCCDカメラ5を制御し、顕微鏡コントローラ10cは、ミラーユニット31のモータ31aやシャッタユニット32のモータ32aや照明ユニット33を制御する。温度コントローラ9は、上部ヒーター51を測温抵抗体51aからの情報に基づいて制御すると共に、下部ヒーター52を測温抵抗体52aからの情報に基づいて制御し、ステージコントローラ7は、ステージ4のモータ4aを制御する。
【0115】
制御部10aは、カメラコントローラ10bと、顕微鏡コントローラ10cと、温度コントローラ9と、ステージコントローラ7と、ポンプ41のコントローラ41aを制御する。更に制御部10aは、表示部16に適当なメッセージや情報を表示させたり、入力部15から入力される情報を取得したりする。
【0116】
遺伝子検査装置1は、専用に設計されたアプリケーションに従って運転される。アプリケーションは、前述した解析プログラムや反応進行プログラムなどの種々のプログラムを含んでおり、装置1の各部を適正に制御すると共に、遺伝子検査装置1の運転中、制御部10aに指令を出して、表示部16に次に必要な操作を表示してユーザーに指示を出したり、表示部16に測定に関する様々な情報を表示したりする。
【0117】
特にアプリケーションは、ポンプ動作指示や撮影指示や遅延時間指示や一定停止指示や温度変更指示や洗浄指示など、装置の各部に対する指示である様々なプロファイルを、入力部15と表示部16を利用して、ユーザーが自由に変更できるように装置全体を制御する。つまり、遺伝子検査装置1は、アプリケーションによって、測定に関する各種のパラメータをユーザーが自由に設定できるようにその運転が制御される。そのために、アプリケーションからの指令に従って制御部10aは、例えば、表示部16に情報の入力を促すメッセージを表示させて、入力部16からの情報入力を待ち受ける。
【0118】
遺伝子検査装置1は、例えば図9に示されるフローチャートに示された操作に従って運転される。
【0119】
1.装置の電源を入れる。
2.ユーザーログインを行う。このとき、ユーザー名を既存のリストの中から選択するか、あるいはユーザー名を新規に記述して作成する。
3.アプリケーションを起動する。このとき、制御部10aは、顕微鏡コントローラ10bやポンプ41・温調器・ステージコントローラ7・CCDカメラ5等の接続機器の接続確認と初期化を行う。
【0120】
4.給水する。すなわち配管内に水を充満させる。これは、例えば、水を収容した給水用トレイをインキュベータにセットし、インキュベータを装置内に挿入し、ポンプ41により給水用トレイから水を吸引することにより行われたり、排水用トレイをインキュベータ内にセットし、インキュベータを装置内に挿入し、ポンプ41により図示しない給水タンクから水を吸引して排水トレイに排出することにより行うことができる。
【0121】
5.温調を開始する。インキュベータの温度を指定する。すなわちヒーター51の目標温度を設定する。
【0122】
6.条件を設定する。温度の設定、ミラーユニットの設定、撮影条件の設定、ポンプ動作条件の設定を行う。
【0123】
7.プロファイルとサイクルを設定する。ここに、プロファイルは、装置の各部に対する指示であり、ポンプ動作指示や撮影指示や遅延時間指示や一定停止指示や温度変更指示や洗浄指示などを含んでいる。サイクルは、これらのプロファイルの適当な組み合わせで構成される。
【0124】
8.シーケンスを設定する。シーケンスは、サイクルの適当な組み合わせで構成され、どのサイクルを、どのような順序で、何回行うかを指定する。シーケンスにより測定の順番が決まる。
9.測定ウエルやファイル名などを設定する。観察するウエルや、そのウエルの画像を保存するフォルダ名、サンプル名、サンプル情報などを設定する。
10.反応部分(インキュベータ部分)を装置外に排出する。
11.測定対象であるDNAマイクロアレイを含むカセットをインキュベータ部分にセットする。
【0125】
12.測定対象物をセットしたインキュベータ部分を装置内に挿入する。
13.先に設定したシーケンスに従って測定する。輝度測定したい個所を指定することによりグラフ表示する。
14.インキュベータ部分を装置外に排出して、測定の終了したカセットを取り出す。
15.アプリケーションを終了する。このとき、装置は初期化され、これにより、ポンプは初期状態に戻り、温調器は停止され、インキュベータ部分は原点位置に移動される。
【0126】
上述した操作6〜操作8すなわち条件やプロファイルやサイクルやシーケンスの設定は、例えば、表示部16に入力すべき情報の項目を示した入力画面を表示してユーザーに情報の入力を促し、これに応じてユーザーが画面上の各項目に適切な数値などを入力部15から入力することにより行われる。
【0127】
しかし、操作6〜操作8は、このような手法に限定されるものではなく、他の適当な手法によって行われてもよい。例えば、必要な情報を記録したファイル(データファイル)を予めコンピュータの補助記憶装置、例えばハードディスクやフロッピーディスクなどに保存しておき、測定の際に、ユーザーが入力部15から情報を入力する代わりに、補助記憶装置からデータファイルを読み出して必要な情報を得ることにより行われてもよい。
【0128】
このようなデータファイルは、例えば、ユーザーが前回の測定で使用した設定値などを記録することで作成され得る。あるいは、データファイルは、スライドチップ2のメーカー側が、例えばスライドチップ2の種類毎に適した情報を記録して作成してもよい。この場合、データファイルは、例えば、スライドチップ2に添付するなどの形態でユーザーに供給されるとよい。
【0129】
操作7におけるプロファイルの設定では、例えば、以下に示す動作等を指示する。これにより様々な動作に対応できる。
【0130】
a.ポンプ動作:ポンプを引く(吸引する)か戻す(排出する)かを設定する。このときに駆動させる量と速度とを任意に設定できる。通常、検体を反応させる場合は、ポンプの駆動量は、検体量とほぼ同じ量を設定することが多い。ただし、蛍光を撮影する場合には、DNAチップ上に検体液が存在すると、ピント位置が移動したり、検体液中の蛍光物質がノイズとなるので好ましくない。そこで、蛍光を撮影するタイミングでは、検体液より、やや多い量を設定することが好ましい。この量は、検体液の粘度やポンプの駆動速度に依存する。検体液の量、粘度、チップのウエルサイズ(チップの種類によりウエルのサイズが違う可能性あり)によりポンプの駆動量を最適値に設定できる。検体液の移動速度により反応状態が異なるため、最適条件で反応させるために、最適なポンプの駆動速度を設定できる。
【0131】
b.撮影:撮影に使用するフィルターと露光時間を設定する。検体の標識に使用している蛍光色素に合わせてフィルターを選択し、蛍光を観察するために適した露光時間を任意に設定できる。輝度が低い場合には、露光時間を長く設定することができる。
【0132】
c.遅延時間:動作を止める時間を設定する。遅延時間を設定することにより、例えばポンプの駆動では、液がチップしたまたは上にくるまで時間を最適値に設定できる。
【0133】
d.一時停止:再開の指示が出るまで、動作を停止させ続ける。
【0134】
e.洗浄:未反応の蛍光標識サンプルを除去し、反応した結果以外の余分な蛍光を観察しないようにするために行う。アプリケーションの指示に従い、インキュベータ部分を装置外に出し、ユーザーに洗浄液の滴下を指示する。ポンプを駆動させることにより、洗浄液を上下させチップを洗浄する。以上の作業を手動で行う。洗浄は、必要な場合も、必要でない場合もある。
【0135】
f.温度変更:現在の設定温度から、測定の途中で温度を変更したいときに使用する。変更温度、変更温度へ到達してからの待ち時間を設定する。検出する遺伝子により最適な反応温度や反応の温度プログラムがあるため、最適な温度条件を設定できる。
【0136】
操作7におけるサイクルの設定では、例えば、以下に示す動作を指示する。これにより様々な動作に対応できる。
【0137】
サイクル1:前洗浄
1.洗浄液を滴下する。
2.洗浄液を流動させる
3.洗浄液を吸引して廃棄する。
4.洗浄後のフィルタ画像を撮影する。
5.サンプルを滴下する。
【0138】
サイクル2:状況確認
1.サンプル液をフィルタ下に吸引する。
2.撮影する。
3.サンプルをフィルタ上に排出する。
【0139】
サイクル3:ポンプ駆動
1.サンプル液をフィルタ下に吸引する。
2.サンプルをフィルタ上に排出する。
【0140】
サイクル4:反応結果撮影
1.サンプル液をピペットで取り除く。
2.洗浄液を滴下する。
3.ポンプを駆動する。
4.撮影する。
【0141】
上記のサイクル2とサイクル3は反応が終了するまで繰り返す。また、サイクル4中の3と4は条件を変えながら繰り返す。
【0142】
操作8におけるシーケンスの設定の一例を下記に示す。
1.サイクル1を1回実行する。
2.サイクル2を1回実行する。
3.サイクル3を29回実行する。
4.サイクル2を1回実行する。
5.サイクル3を29回実行する。
6.サイクル2を1回実行する。
7.サイクル3を29回実行する。
8.サイクル2を1回実行する。
9.サイクル3を29回実行する。
10.サイクル2を1回実行する。
11.サイクル3を29回実行する。
12.サイクル2を1回実行する。
13.サイクル4を2回実行する。
【0143】
上述したサイクル1〜サイクル4における各部材レベルの動作を下記に示す。
【0144】
サイクル1:前洗浄
1.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
2.5秒そのまま停止する。
3.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
4.10秒そのまま停止する。
5.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
6.5秒そのまま停止する。
7.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
8.10秒そのまま停止する。
9.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
10.5秒そのまま停止する。
11.FITC用ミラーユニットを用いて露光時間3000msで撮影した後、Cy3用ミラーユニットで同様に撮影する。
12.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
13.30秒そのまま停止する。
【0145】
サイクル2:状況確認
1.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
2.5秒そのまま停止する。
3.FITC用ミラーユニットを用いて露光時間200msで撮影した後、Cy3用ミラーユニットで同様に撮影する。
4.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
5.10秒そのまま停止する。
【0146】
サイクル3:ポンプ駆動
1.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
2.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
3.5秒そのまま停止する。
【0147】
サイクル4:反応結果撮影
1.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
2.FITC用ミラーユニットを用いて露光時間1000msで撮影した後、Cy3用ミラーユニットで同様に撮影する。
3.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
4.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
5.FITC用ミラーユニットを用いて露光時間1000msで撮影した後、Cy3用ミラーユニットで同様に撮影する。
6.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
7.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
【0148】
8.FITC用ミラーユニットを用いて露光時間1000msで撮影した後、Cy3用ミラーユニットで同様に撮影する。
9.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
10.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
11.FITC用ミラーユニットを用いて露光時間1000msで撮影した後、Cy3用ミラーユニットで同様に撮影する。
12.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
13.シリンジを5μl/sの速度で50μl引き、そのまま1秒停止する。
14.FITC用ミラーユニットを用いて露光時間1000msで撮影した後、Cy3用ミラーユニットで同様に撮影する。
15.シリンジを5μl/sの速度で50μl戻し、そのまま1秒停止する。
【0149】
このようにアプリケーションに従って遺伝子検査装置1を運転することによって、ユーザーは、入力部15や表示部16やデータファイルを利用して、種々のパラメータを希望通りの条件や動作で測定を行える。
【0150】
なお、本発明は、目的によっては遺伝学的検査に限定されずに、他の種々の生物学的反応(酵素反応、抗原抗体反応、代謝反応、生物学的運動動態試験等)をハイスループットで実行しモニターリングする技術として広く医療分野に提供し得る点に注目して挙げるものである。本発明は、DNAプローブを用いた遺伝子検査装置について説明を行ったが、DNAプローブだけでなく、例えば、抗体や組織等をプローブとして用いた場合にも、適用可能である。
【0151】
【発明の効果】
このような本発明の態様に従う装置を用いることによって、簡便に、且つ短時間で複数の遺伝子を検査することの出来る遺伝子検査装置および方法が提供される。また、このような装置および方法により、反応部分の溶液の状態や、温度条件を変化させながらターゲット遺伝子のハイブリダイゼーションの程度をリアルタイムで測定することができる。従って、この発明を用いることによって、対象遺伝子の発現の有無およびその発現量が、容易に、且つ、効率良く、正確に測定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1態様を示す構成図。
【図2】スライドチップの例を示す図。
【図3】解析手順を示すフローチャート。
【図4】反応手順を示すフローチャート。
【図5】解析方法を示すフローチャート。
【図6】P53エクソン7突然変異解析用スライドチップの例を示す図。
【図7】発現量解析用スライドチップを示す図。
【図8】図1の遺伝子検査装置の制御ブロックを示す図。
【図9】遺伝子検査装置の操作手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
1.遺伝子検査装置  2.スライドチップ  3.顕微鏡  4.ステージ
5.CCDカメラ  6.モータドライバ  7.XYステージコントローラ
8.ポンプドライバ  9.温度コントローラ  10.コンピュータ
22.DNAマイクロアレイ  23.プローブスポット
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for detecting the expression level of a gene and the presence or absence of a mutation, and a detection method using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, gene analysis techniques have been advanced, and gene sequences in many organisms including humans have been revealed. In addition, the causal relationship between the analyzed gene products and diseases has been gradually elucidated. Currently used genetic testing methods include a process of extracting nucleic acid from a biological sample, a process of amplifying a target gene to be tested using a nucleic acid amplification method called PCR, NASBA method, etc. It comprises a step of labeling with a molecule or the like, and a step of measuring the base sequence of the labeled target gene or its concentration. Recently, many capillary electrophoresis apparatuses capable of processing a large number of samples at high speed by using a plurality of capillaries for a fluorescently labeled nucleic acid have been used. As a result, compared to the method using a conventional electrophoresis apparatus or the like, it can be performed in about one third to one quarter of the time. In recent years, a testing method using a DNA chip for simultaneously testing a plurality of genes has been developed. The DNA chip is one in which a large number of cDNA probes are immobilized on the surface of a glass substrate, and one in which a large number of oligo probes are synthesized in a minute area on silicon by applying a semiconductor manufacturing process. Any of these methods is capable of simultaneously determining a plurality of base sequences and expression levels of DNA in a sample. The application of DNA chips has made it possible to analyze a large amount of gene expression and a plurality of mutations. Further, from data obtained using a DNA chip, many genes are classified into a plurality of groups (that is, clustering), and information on gene fluctuations associated with development and differentiation is obtained. The gene information thus obtained is used as a database that can be easily accessed through the Internet.
[0003]
Inspection of gene expression levels and analysis of mutations are performed using an electrophoresis method or a DNA chip method. However, the electrophoresis method has the disadvantage that the time required for the test is long and that the number of tests that can be performed at one time is limited to a small number. The gene analysis method using a DNA chip can perform a large number of tests at once, but requires a long test time, requires a large number of whole test steps, and requires complicated operations. For this reason, there is a drawback that an analysis result with good reproducibility cannot be obtained. In order to overcome these drawbacks, a method using a porous filter as a carrier of the DNA chip, and a method using an electrical A method of forcibly performing the operation by a special force has been developed (Japanese Patent Publication No. 9-504864, Japanese Patent Publication No. 2000-515251, Japanese Patent Publication No. 2001-501301). However, the method using a porous filter has a drawback in that a reaction part for performing liquid movement and temperature control and a measurement part for performing fluorescence detection are separate, and a complicated apparatus configuration is required. In the method of forcibly performing hybridization by an electric force (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-501301), it is necessary to provide a mechanism for strictly controlling the voltage in the chip. Therefore, these methods have not been able to respond to a demand for a simple and easy gene test in a clinical test or the like.
[0004]
In addition, in a multifactorial disease such as cancer and diabetes, or hypertension, which is caused by a combination of a plurality of genetic abnormalities and environmental factors, the abnormalities of a plurality of genes are analyzed in a multifaceted manner. It is thought that more accurate diagnosis can be made by analyzing external environmental factors. In addition, in actual chemotherapy, in order to avoid side effects of the drug and to improve the therapeutic effect, it is necessary to accurately determine in advance the sensitivity to the administered drug (this is also interpreted as constitution). . Furthermore, in performing advanced gene therapy using the P53 gene or the like, gene information such as the expression level of a cancer gene or a tumor suppressor gene in a patient, the presence or absence of a mutation, or the state of cell information transmission is determined in advance. Must be analyzed accurately.
[0005]
Under the circumstances described above, development of a genetic test system capable of testing a plurality of genes easily and in a short time is now desired.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a gene testing apparatus and a method capable of testing a plurality of genes easily and in a short time.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have found a means for solving the above-mentioned object as a result of earnest research. That is, a genetic testing device using a computer, a temperature controller for controlling the temperature of the DNA microarray, a photodetector for detecting an optical signal from the DNA microarray, and a fluid to the DNA microarray. A fluid transport section for supplying and discharging, a control section for controlling the entire apparatus according to an application for operating the apparatus, a display section for displaying information, and an input section for enabling input of information from a user. And is controlled by an application so that a user can freely set various parameters related to measurement.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1. Overview of the device
According to one aspect of the present invention, there is provided an apparatus for easily and quickly detecting the expression level and mutation of a gene in one sample.
[0009]
The basic principle of the detection method carried out in the apparatus of the present invention is to detect a nucleic acid strand having a specific sequence contained in a sample using an immobilized nucleic acid probe having a known sequence. is there. In this method, a single-stranded nucleic acid sample is immobilized on a substrate, for example, and then contacted with a nucleic acid contained in the sample labeled with a fluorescent substance or the like. If the nucleic acid in the sample has a sequence complementary to the nucleic acid probe, it hybridizes with the nucleic acid probe to form a double strand and is thus fixed on the substrate. Therefore, by detecting the label attached to the probe after removing the unreacted nucleic acid strand by washing, a target nucleic acid having a sequence complementary to the probe can be detected.
[0010]
For example, one embodiment of the device of the present invention will be described below with reference to the configuration diagram shown in FIG. A genetic test apparatus 1 using a computer, which is an apparatus of the present invention, includes a microscope 3 for microscopically observing events in a DNA microarray 22 for reacting a sample therein, and a slide chip 2 having the DNA microarray 22. A stage 4 provided on the microscope 3 to support the microscope, a CCD (charge coupled device) camera 5 for capturing a fluorescence image on the DNA microarray 22 observed by the microscope 3, An XY stage controller 7 for controlling a motor driver 6 connected to the stage 4 to change the field of view, a pump driver 8 for transporting a fluid through a joint connected to the DNA microarray 22, Micro array A temperature controller 9 for controlling the temperature of the DNA microarray 22 via a heater section disposed in contact with the DNA microarray 22, and further directly or indirectly connected to all devices included in the genetic test apparatus 1; A computer 10 for controlling them collectively.
[0011]
Although not shown in FIG. 1, the joint is connected to the DNA microarray 22 in such a manner that the liquid contained in the DNA microarray 22 does not leak outside. Further, the other end of the joint portion is connected to a pump driver 8 via a tube, and the pump driver 8 is further connected to a reagent holding portion containing a desired reagent or the like therein. The pump driver 8 sends and receives fluid to and from the DNA microarray 22 according to instructions from the computer 10 according to the analysis program.
[0012]
Similarly, although not shown in FIG. 1, the heater is disposed between the slide chip 2 and the stage 4. The heater unit is connected to a temperature controller 9, and the temperature is adjusted by the temperature controller 9 according to an instruction from the computer 10.
[0013]
The computer 10 includes components included in a general computer. Although not shown in FIG. 1, for example, the components included in the computer 10 include a CPU (Central Processing Unit) 11 which is a main control unit that controls each unit of the computer 10 as a whole, and a control unit in the CPU 11. A memory 12 for storing files such as various programs and image data to be displayed, and a RAM (random access memory) 13 for temporarily storing the results and the like executed by the CPU 11; An image processing unit 14 for generating image data therein according to instructions of the CPU 11 based on a program or the like; an input unit 15 such as a keyboard and a mouse for an operator, for example, a human, to input information to the computer 10; Information by 10 instructions And a display unit 16 for displaying information.
[0014]
The information captured by the CCD camera 5 is sent to the image processing unit 14, processed by the image processing unit 14 according to the instruction of the CPU 11 according to the analysis program stored in the memory 12, and quantified as fluorescence intensity.
[0015]
The computer that can be used in the present invention may be any commonly used electronic computer.
[0016]
The microscope that can be used in the present invention may be any commonly used fluorescence microscope, and may be, for example, Olympus fluorescence microscope AX-70 or BX-42TFR, but is not limited thereto. In the above description, the case where a microscope is used as the optical system used for detection has been described, but it goes without saying that the optical system applicable to the present invention is not limited to the optical system of the microscope.
[0017]
The CCD camera that can be used in the present invention may be any commonly used CCD camera, for example, a general digital camera such as a MegaPlus CCD camera of Kodak Co., or a camera such as Cool Snap cf mono of Rover Co. Yes, but not limited to this.
[0018]
Here, the temperature control unit for controlling the temperature of the DNA microarray 22 is a heating element (for example, an electric heating device) for directly or indirectly contacting the slide chip 2 having the DNA microarray 22 to transfer heat. Heaters, electromagnetic heaters, water baths, air baths and Peltier elements, etc.), sensors for sensing temperatures therein, and temperature controllers for controlling heating in the heating element according to computer controls and information from the sensors.
[0019]
Furthermore, the computer may be connected to an integrated digital communication network (hereinafter, referred to as ISDN) or to a telephone line or a LAN via a modem.
[0020]
As described above, the XY stage controller 7 can move the XY stage of the stage 4 provided in the above-described embodiment. However, the change of the field of view is not limited to such movement on the stage side. This may be performed by itself or by using various scanning mechanisms that change the optical path connecting the CCD camera 5 and the microarray 22.
[0021]
In the above description, the detector used in the present invention has been described using a CCD camera as an example. However, the detector that can be used is not limited to a CCD camera depending on the purpose, and a photomultiplier or the like can be used. However, the CCD camera is effective because one reaction area as shown by the opening 22 in FIG. 2 can be detected simultaneously.
[0022]
2. Slide chip with DNA microarray
One embodiment of the DNA microarray 22 used in the present invention is shown in FIGS. 2 (A) and (B). FIG. 2A is a plan view of the slide chip 2 including four DNA microarrays 22 that perform a reaction therein. FIG. 2B is a cross-sectional view of the slide chip 2.
[0023]
The slide chip 2 shown in FIG. 2B includes a filter 19 having a microchannel 24 which is a porous body, and a support plate 20 for supporting the filter 19. The support plate 20 is composed of two members, and the two members sandwich the filter 19 and constitute the slide chip 2. According to FIG. 2 (B), openings 21 for defining the DNA microarray 22 are formed at respective positions facing the support plate members located above and below the filter 19.
[0024]
Further, as shown in FIG. 2B, the filter 19 is two-dimensionally and flatly located between the two support plates 20 over a large area including all four DNA microarrays 22. Further, the support plate 20 is preferably made of a member having a light shielding property, and more preferably made of a dark black member. Preferably, the two support plates 20 are joined with the filter 19 interposed therebetween.
[0025]
The material of the filter 19 may be any arbitrary material as long as it does not break within the range of temperature control that can be performed there.
[0026]
The “DNA microarray” 22 refers to a portion of the filter 19 exposed from the opening 21 formed in the support plate 20.
[0027]
Although a substantially circular area is shown in FIGS. 2C and 2D, the contour of the probe spot 23 may be substantially circular, substantially rectangular, or polygonal.
[0028]
If desired, the same probe may be fixed to a plurality of probe spots 23. Further, the porous body may be subjected to a surface treatment to adjust the frictional resistance to a fluid and the adsorbability of a reagent such as a probe.
[0029]
The size of the slide chip is 0.5 to 20.0 cm × 0.5 to 20.0 cm × 0.01 to 1.0 cm, preferably 1.0 to 10.0 cm × 1.0 to 10.0 cm × 0. 0.05 to 0.5 cm. Particularly preferably, the size is 3.0 to 8.0 cm × 3.0 to 8.0 cm × 0.05 to 0.2 cm. One example of an actual prepared slide chip is about 7.5 cm × about 2.5 cm × about 0.1 cm.
[0030]
The present microarray has a size of 3.0 mm2 to 16 cm2, preferably 12.0 to 400 mm2, particularly preferably 20.0 to 100.0 mm2, and the actually formed circular microarray on the slide chip has a diameter of about 6 mm (about 28.10 mm). 3 mm2).
[0031]
The probe spots contained in the present DNA microarray have a diameter of 100 to 300 μm, preferably 120 μm, and each DNA microarray has 10 to 1000, preferably 400 probe spots. In the nucleic acid probe described below, a different type of probe can be immobilized for each probe spot.
[0032]
Examples of preferred DNA microarrays for use in the present invention may be, for example, a device described in JP-T-2000-515251 and a microfabricated flow-through porous device described in JP-A-9-504864.
[0033]
FIG. 2 shows a slide chip 2 provided with, for example, four DNA microarrays 22. However, the number may be four or more or less. In the present specification, a slide chip 2 including four DNA microarrays 22 will be described as one preferred embodiment. However, the present invention is not limited to this. Modifications to the procedure will be apparent to those skilled in the art, and such modifications are also within the scope of the invention.
[0034]
As described above, when the slide chip 2 including the four DNA microarrays 22 is used, different samples may be tested for each DNA microarray, or four different types of one sample may be included in one chip. Analysis, for example, mutation of an oncogene, expression analysis, determination of the expression pattern of a drug resistance gene, and an intracellular signal gene may be performed.
[0035]
The size of the probe spot, such as the arrangement density, the arrangement pattern, and the diameter of the probe spot, can be changed as appropriate.
[0036]
In the above-described embodiment, the appearance of the filter 19 is a flat member having a plane having a two-dimensional spread and a constant thickness in a direction perpendicular to the plane. It is possible to apply For example, it is also possible to use a structure in which capillaries that penetrate vertically and linearly with respect to the flat member and whose both ends are open are closely arranged and integrated. Also, for example, the capillary may not be arranged perpendicular to the flat member, but may penetrate linearly at a desired angle, for example, or as a non-linear (ie, curved) hole. It may be arranged. Further, the angle of the capillary to the flat member may be different for each DNA microarray or each probe spot, and a curve or a straight line may be selected.
[0037]
Further, in the above-described embodiment, the filter 19 is described as an example. However, the present invention is applicable not only to a porous body such as a filter but also to a case where a probe spot is provided on a surface of a non-porous body such as a slide glass. However, it is more preferable to use various porous materials because the effect of promoting the reaction by moving the liquid by the pump is high.
[0038]
As used herein, the term "nucleic acid probe" generally refers to a polynucleotide or oligonucleotide consisting of a nucleic acid of about 10 to about 100 nucleotides, and is generally used for detecting a nucleic acid by hybridization. 1 shows a nucleic acid probe to be used.
[0039]
For example, even if it is an oligonucleotide corresponding to an oncogene such as P53 or c-myc, or a tumor suppressor gene, or an oligonucleotide corresponding to a disease-related or susceptibility gene, it corresponds to a sequence containing a polymorphic site. Any desired nucleic acid can be used as a probe, even if it is an oligonucleotide.
[0040]
Further, in addition to the gene to be analyzed, a probe for a housekeeping gene such as β globulin or actin for measuring the steady state of the sample may be used. With the amount of such a housekeeping gene as the reference gene amount in a cell, the actual expression level of an oncogene, a tumor suppressor gene or a drug resistance gene may be measured. In this way, it is possible to more accurately measure the gene expression level in the cell.
[0041]
The term "target nucleic acid" as used herein refers to the nucleic acid to be detected contained in a sample.
[0042]
According to the aspect of the present invention, when the analysis is performed using the slide chip 2 on which the above-described DNA microarray 22 is arranged, such a slide chip 2 includes a plurality of DNA microarrays 22.
[0043]
For example, if the conditions are changed for each probe spot (for example, the type of the probe to be fixed or the surface treatment is changed), a great deal of information can be obtained with sufficient sensitivity in a single micro DNA microarray. be able to. Further, since temperature control and analysis of measurement data can be performed for each DNA microarray, a multi-item reaction result can be quickly obtained in a small device. Further, the temperature may be controlled for each probe spot, or the measured data may be analyzed. In this case, it is possible to quickly obtain the reaction results of more items.
[0044]
In the above-described embodiment of the present invention, an example in which the probe is fixed to the porous body has been described. However, the probe is not necessarily fixed, and the probe is not necessarily fixed to the porous body. The present invention can be applied. In that case, it is the same as the above-mentioned embodiment except that the probe is not immobilized. In this case, the “probe spot” may be referred to as a “reaction spot”, but here, the “reaction spot” is included and described as one embodiment of the probe spot. Such an apparatus is also included in the scope of the present invention.
[0045]
3. software
The memory 12 is used to display a program for controlling the apparatus via the CPU 11, information such as tables retrieved by the CPU 11 and serving as a basis for control and judgment, and obtained results. Image data and the like are stored.
[0046]
For example, the analysis program is a program for performing a gene analysis, and may include an instruction regarding a work procedure for causing the computer to process the analysis.
[0047]
For example, the reaction progress program may include instructions on a work procedure for causing a computer to process a reaction to be performed in the DNA microarray 22. The reaction progress program includes the reaction, that is, the selection of reagents necessary for hybridization, the amount of reagents to be used, reaction conditions such as reaction time and reaction temperature, the number and time of pumping, liquid transport and stirring conditions at the start of pumping. Etc. may be included in advance, or a command instructing the operator to input such information at the start of analysis may be included. In addition, these reaction conditions may be stored in the memory 12 as a program different from the reaction procedure as a reaction condition program.
[0048]
The above program is an example of a program for controlling the present apparatus, but other necessary programs may be stored in the memory 12.
[0049]
For example, the gene correspondence table may be a table specifying associations between the obtained fluorescence intensity, reaction conditions, gene expression levels, expressed genes, gene mutations, and the like.
[0050]
4. Device action
The operation of the above-described embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0051]
(S1) The operator sets the slide chip 2 on the stage 4 so as to be in contact with the heater section, and connects the joint section to each DNA microarray 22 of the slide chip 2.
[0052]
(S2) An operator inputs to the input unit 15, and an instruction to start analysis is issued to the present apparatus. At this time, the operator inputs information relating to the reaction conditions, and the information is stored in the RAM 13.
[0053]
(S3) When an instruction to start analysis is issued by the operator, the CPU 11 sends four DNA microarrays to the XY stage controller 7 in accordance with the coordinates set in advance and stored in the memory 12 and the analysis program stored in the memory 12. The XY stage controller 7 drives the motor driver 6 so that the DNA microarray 22 that has not been analyzed and has a small identification number is within the field of view of the CCD camera 5. Be moved. Here, the number of DNA microarrays in the slide chip 2 to be used, the corresponding identification numbers, and the coordinates where they are located are stored in the memory 12 as a table in which they are associated with each other. Therefore, the CPU 11 reads out the coordinates of the target DNA microarray 22 from the unanalyzed DNA microarrays 22 by selecting the one with the youngest identification number and searching the table to issue an instruction based on the coordinates. .
[0054]
(S4) When the target DNA microarray 22 is placed at a position within the field of view of the CCD camera 5, the CPU 11 issues an instruction according to the reaction progress program stored in the memory 12, and controls the pump driver 8 and the temperature controller 9. To perform a plurality of reactions repeatedly. The CPU 11 issues an instruction to the CCD camera 5 at each end of each reaction according to the reaction progress program stored in the memory 12 to execute the imaging. (S4) will be described later in more detail.
[0055]
(S5) Every time an image is captured by the CCD camera 5 in S4, the CPU 11 transfers the obtained image information from the image processing unit 14 to the RAM 13 and temporarily stores it.
[0056]
(S6) The CPU 11 reads from the RAM 13 the identification number of the DNA microarray 22 selected and used for the reaction in the immediately preceding S3, and, based on the identification number, the four DNA microarrays 22 provided in the slide chip 2 and the unanalyzed ones. It is determined whether or not it remains. If there is an unanalyzed DNA microarray 22, the process proceeds to (S3); otherwise, the process proceeds to (S7).
[0057]
(S7) The CPU 11 reads out the image information stored in the RAM 13 in (S5) based on the analysis program, and calculates the fluorescence intensity from the information. Based on the obtained fluorescence intensity and the reaction conditions when the fluorescence intensity was obtained, the CPU 11 searches the gene correspondence table and reads out the corresponding gene information. From these data, the CPU 11 causes the image processing unit 14 to create a table of the result of the gene analysis, sends the calculated fluorescence intensity reaction conditions and the gene correspondence table to the image processing unit 14, and stores the result table therein. Then, the table is stored in the RAM 13.
[0058]
(S8) The CPU 11 instructs the image processing unit 14 to display the image of the gene analysis result table stored in the RAM 13. Thus, the image processing unit 14 reads necessary information from the RAM, performs image processing, and displays the processed information on the display device.
[0059]
In the above description, the information on the reaction conditions input by the operator in S2 may be the reaction temperature, the reaction time, the number of reactions, the selection of the reagent, and the like. Alternatively, these pieces of information may not be input by the operator in S2, but may be included in a reaction progress program or a reaction condition program stored in the memory 12 in advance.
[0060]
In the above-described procedure, an example in which the analysis is performed for each DNA microarray 22 has been described, but the analysis may be performed simultaneously for all the DNA microarrays 22. In the above description, the case where the DNA microarray 22 to be analyzed is automatically selected in the order of the identification numbers assigned in advance has been described. However, for each analysis, the operator selects the DNA microarray 22 to execute the analysis, and 15 may be input.
[0061]
If the computer is connected to an ISDN, LAN, or telephone line, the result obtained by the analysis can be compared with information obtained by searching a desired genome database or base sequence database. It is possible. This procedure may be set so that the CPU 11 searches the database based on the comparison program stored in the memory 12, compares the result with the result obtained by the device, and identifies the result.
[0062]
5. Reaction in DNA microarray
The reaction in the above (S4) will be further described with reference to FIG.
[0063]
(S41) When the target DNA microarray 22 is placed at a position within the field of view of the CCD camera 5, the CPU 11 instructs the temperature controller 9 to control the heater according to the reaction progress program stored in the memory 12. Thereby, the temperature of the target DNA microarray 22 is maintained at the predetermined first temperature. Further, the CPU 11 issues an instruction to the pump driver 8 in accordance with the reaction progress program, causes the sample to be added to the target DNA microarray 22, and causes the reaction to be performed while stirring by pumping.
[0064]
(S42) After the reaction has been performed for a predetermined reaction time according to the reaction progress program stored in the memory 12, the CPU 11 issues an instruction to the pump driver 8 according to the reaction progress program, and converts the sample into the target DNA. The CCD is temporarily retracted from the microarray 22 and the CCD camera 5 performs imaging.
[0065]
(S43) After the imaging by the CCD camera 5 is completed, the CPU 11 issues an instruction to the pump driver 8 in accordance with the reaction progress program, and causes the DNA microarray 22 to again add the sample primarily evacuated in (S42). At this time, the stirring function is also functioning.
[0066]
(S44) The CPU 11 reads the reaction progress program and the conditions inputted by the operator in (S1) and stored in the RAM 13, and performs the reaction under further reaction conditions in which the temperature setting and / or the solvent composition and the like are changed. Determine if it is necessary. If necessary, proceed to (S41), and if not, proceed to (S5).
[0067]
6. Analysis target and preprocessing
Examples of analyzes that can be performed by the apparatus of the present invention include detection of the presence or absence of a mutation such as an oncogene in a subject, gene expression analysis in a subject, expression analysis of a drug resistance gene, genotype of a disease-related or susceptibility gene in the subject. In clinical therapeutic and diagnostic analysis, such as determination, determination of the expression pattern of an intracellular signal gene in a subject, and various other genetic analyzes in nonclinical basic research.
[0068]
Generally, in the case of a human, blood, a cultured cell, a biological tissue such as a cell or a tissue collected at the time of a biopsy or an operation can be used as a sample used for a genetic test.
[0069]
For example, in the case of a tissue section collected endoscopically, the tissue section is fixed on a slide glass, stained, from the slide glass after performing a pathological examination, a laser capture system that is a micro-dissection system, It is possible to use a sample obtained by collecting only the tissue portion of the cancer lesion portion using Olympus LCS200.
[0070]
Prior to analysis by this apparatus, the biological sample thus obtained is treated with a nucleic acid extraction reagent utilizing a phenol / chloroform method, a microcolumn method, or a magnetic particle method to extract DNA and / or RNA. I do. Further, the extracted DNA and / or RNA is subjected to gene amplification by, for example, PCR, RT-PCR, T7 amplification, or the like. However, in the case of a sample having a large amount of nucleic acid, cDNA may be prepared without performing gene amplification. However, in any case, a reagent is added so that a labeling substance, for example, any of fluorescent labeling substances such as FITC, rhodamine, Cy3 and Cy5 is added to the 5 ′ end of the primer or somewhere in the synthesized nucleotide. It is preferred to optimize the composition.
[0071]
The preparation of the sample used for such an analysis is described in, for example, “DNA Microarray and the Latest PCR Method” (Cell Engineering Separate Volume; Genome Science Series 1, Shujunsha, published on March 16, 2000). Alternatively, it may be carried out by a method generally known per se.
[0072]
After performing the fluorescent labeling described above, the prepared sample obtained manually by the operator using a pipette may be dispensed to the DNA microarray. Thereafter, the analysis may be performed by the above-described device.
[0073]
7. analysis method
As described above, we used a three-dimensional DNA microarray, which can be expected to perform high-efficiency hybridization in a short time, for a reaction unit, a pump for solution control, a temperature control system for temperature control, and a highly sensitive fluorescence. The inventors have invented a genetic test system in which a detection device and an imaging device controlled by a computer are combined.
[0074]
A gene analysis method performed by such a system is also included in the scope of the present invention. The method of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0075]
(Sa) First, a sample is prepared. Nucleic acids are extracted from tissues or cells collected from a test subject by, for example, the phenol-chloroform method.
[0076]
(Sb) The nucleic acid obtained in (Sa) is amplified by, for example, the PCR method or the NASBA method, and fluorescently labeled. When the amount of nucleic acid is large, only fluorescent labeling is performed.
[0077]
(Sc) The fluorescently labeled nucleic acid obtained in (Sb) is purified by a spin column method, an ethanol precipitation method, or the like.
[0078]
(Sd) The nucleic acid obtained in (Sc) is denatured into a single-stranded labeled nucleic acid. Thereafter, the obtained single-stranded labeled nucleic acid is added to the DNA microarray on which the nucleic acid probes are immobilized.
[0079]
(Se) The DNA microarray containing the sample is subjected to hybridization under desired conditions. At this time, it is preferable to agitate the liquid in the DNA microarray by pumping or pipetting.
[0080]
(Sf) After performing the hybridization in (Se), the liquid in the DNA microarray is retained at the bottom of the array, and the fluorescence intensity contained in the labeled nucleic acid bound to the nucleic acid probe is measured.
[0081]
(Sg) After the measurement of the fluorescence intensity in (Sf) is completed, hybridization is performed again under desired reaction conditions, and the fluorescence intensity is measured as described above. This operation is repeated as many times as necessary under various reaction conditions.
[0082]
(Sh) After the completion of the reaction of (Sg), the sample in the DNA microarray is recovered while maintaining the state as it is, that is, without any contamination such as dilution or impurities. The fluorescence intensity contained in the bound labeled nucleic acid is measured.
[0083]
(Si) Based on the fluorescence intensities obtained in (Sf) and (Sh), the amount of the expressed gene and the presence / absence of a mutant gene are determined to obtain information on the target gene.
[0084]
(Sj) The information on the target gene obtained in (Si) is compared with known gene information disclosed in a database and analysis results obtained from a standard sample.
[0085]
(Sk) Based on the result of the comparison of (Sj), a determination is made as to the gene analysis for the sample from the subject.
[0086]
Here, two reactions were performed continuously using two reaction conditions. However, if necessary, the number of continuous reactions and the number of measurements of the fluorescence intensity can be increased. In that case, the above (Sf) to (Sg) may be repeated as many times as necessary.
[0087]
The apparatus described above as an aspect of the present invention is configured so that liquid dispensing, stirring, temperature control, and measurement can always be performed on a reaction element (that is, a slide chip) placed on a stage. Can be easily achieved in a small space. Therefore, the device of the present invention can be an excellent tool useful for any genetic testing.
[0088]
When a CCD camera is used as a detector according to the present invention, at least one DNA microarray is small enough to be sufficiently captured by the CCD camera. There is no need to optically scan the separate probe spots. This makes it possible to simultaneously and continuously monitor the reaction of each spot in the same DNA microarray, which is very advantageous for simultaneous inspection of multiple items.
[0089]
According to a further aspect of the present invention, the present invention is capable of performing multiple tests on the same sample in succession, so that multiple test results can be obtained quickly or at any time. It provides a possible device.
[0090]
According to the present invention, in such a measurement device, the type of each reagent (for example, a nucleic acid probe and a nucleic acid primer) applied to each probe spot or each reaction condition is changed for each reagent or each reaction condition. Analysis software for analyzing the measured data while checking the obtained measured data is also provided.
[0091]
In particular, in the device according to the present invention, it is possible to simultaneously, sequentially or sequentially execute a plurality of types of reactions at the same probe spot. Therefore, it is possible to easily prepare reaction conditions necessary for achieving such a plurality of kinds of reactions, and to accurately read and process a plurality of data obtained by such a plurality of kinds of reactions. The reading device according to the present invention may be provided with a new reading means.
[0092]
For example, such reading means may be means for performing the following:
i) Test item information obtained by combining position information of a probe spot to be measured in one DNA microarray and control information for the probe spot (for example, a suitable temperature for each reagent, an inspection purpose, etc.) is stored in a memory circuit or the like. Storing in the storage means of
ii) The control actually performed at all spots in the DNA microarray is monitored, the monitored actual control conditions are compared with the test item information of i), and the result of the comparison is stored in a memory circuit or the like. In the storage means of
iii) storing, in a storage means such as a memory circuit, measurement results obtained under the monitored control conditions of ii) as measurement data in association with the verification results obtained in ii); or
iv) The measurement result performed under the monitored control condition in ii) is associated with the collation result obtained in ii), and the collation is performed on the measurement result by data processing means such as a CPU. Performing arithmetic processing that makes corrections based on the
[0093]
Therefore, such reading means reads out and compares each data stored in the storage means with the storage means for storing the test item information, the monitored control conditions, the measurement results, and the data such as the measurement data. And data processing means such as a CPU for performing collation and performing necessary arithmetic processing.
[0094]
In addition, such a novel reading unit itself and an apparatus including such a reading unit are also provided as embodiments of the present invention.
[0095]
According to such a reading means, for all spots in the same CCD visual field, different types of reaction results such that all or some of the reactions overlap in time among a plurality of spots, or at least one spot Reaction results under a plurality of different reaction conditions to be executed can be stored and extracted without being confused, and a desired determination result can be output.
[0096]
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the above-described detailed description and drawings are intended to illustrate embodiments of the present invention, and therefore, the present invention is not limited thereto. On the contrary, the invention is intended to cover various improved or modified inventions based on various equivalents and presently obvious technical knowledge.
[0097]
【Example】
1. Gene analysis
Gene analysis is performed using the embodiment of the present invention as shown in FIG.
[0098]
As a container for measuring the gene, a chip containing a porous filter in which a plurality of genes having complementarity with the target gene to be tested are immobilized on the surface is used. The slide chip containing the porous filter is set on a reaction part (incubator part) placed on the stage of a fluorescence microscope. The fluorescence microscope is configured so that the excitation light shutter, the fluorescence cube, the stage movement, and the like can be automatically controlled by a host computer. The fluorescence microscope is provided with a device such as a CCD for photographing an image, and the timing of photographing is also controlled by a host computer. In addition, the same computer can also control the exposure time, image storage, cooling state, and the like. Further, the incubator is provided with a pump for transporting a liquid and a heater or a Bertier element for temperature control, and these controls can also be performed by a host computer.
[0099]
After the sample is dropped on the measurement area of the chip, the reaction solution is moved by a pump to accelerate the hybridization reaction. The solution at the lower part of the incubator is moved, and when the liquid surface of the reaction solution comes into contact with the upper surface of the filter, the excitation light shutter is opened and a fluorescent image of the filter surface is photographed by a device such as a CCD camera. The photographed image data is stored in a designated folder of the computer, and the measurement result is analyzed by a separately installed analysis program.
[0100]
Thus, by arranging a pump for promoting hybridization, a heater for applying a temperature change to the chip, and, if necessary, a pipettor system for changing the solution composition around the incubator, this one unit is obtained. Hybridization patterns at various temperatures and solution states can be continuously obtained by the test system. In addition, it can be excited by different wavelengths according to the type of fluorescent label used for measurement, and images of different fluorescent wavelengths can be taken, so even if the sample contains a substance labeled with multiple fluorescent dyes, By automatically switching the filter cubes, for example, the fluorescence intensity ratio of two colors can be easily measured. From the fluorescence intensity of the spot thus obtained, the amount of the target gene that has hybridized with the probe immobilized on the chip surface is analyzed. By using this test apparatus, it is possible to detect the expression level of a gene whose expression level fluctuates greatly in accordance with canceration of C-myc or the like.
[0101]
Further, by analyzing the pattern of the change in the fluorescence intensity of the fluorescent spot caused by the change in the temperature of the incubator, mutations in genes such as K-Ras and P53 which greatly affect canceration can be detected. In this way, two physiologically important gene mutations, that is, the expression level of a gene that controls complex cell functions inside the cell and the mutation that occurs inside the gene, can be converted to the same device in a short time. It becomes possible to analyze by. The sample preparation method used here is the same as that used in the conventional genetic test, and the results obtained by this device are stored in databases such as GenBank published on the Internet. It can be easily compared with genetic information.
[0102]
By using such an apparatus according to the embodiment of the present invention, the degree of hybridization of the target gene can be measured in real time while changing the state of the solution in the reaction part and the temperature conditions. By using such an apparatus, the degree of hybridization of the target gene can be measured in real time while changing the state of the solution in the reaction part and the temperature conditions. By using the present invention, it has become possible to accurately measure the expression level of a target gene. In addition, following the measurement of the expression level, the efficiency of hybridization to different probes is forcibly changed by automatically changing the temperature of the microarray and the solution composition of the reaction solution. , For example, the type of single nucleotide polymorphism (hereinafter, referred to as SNP; Single nucleotide polymorphism) can be detected. By using this system, it is expected that the degree of progress of cancer or the like, the degree of malignancy, the possibility of metastasis, the stage of disease, etc. can be more accurately predicted.
[0103]
At the same time, it is possible to simultaneously examine the expression level of a drug susceptibility gene such as P450 that affects the sensitivity to the therapeutic agent and SNPs that affect the activity. In this way, by simultaneously examining not only the abnormality of the disease-causing gene but also the abnormality of the gene that is sensitive to the drug, the type and temperature of the selected therapeutic agent can be optimized according to the patient's constitution. It becomes possible. Further, based on the obtained information on gene abnormality, it is possible to accurately select a gene to be used for gene therapy, which is expected to have a high therapeutic effect in the future.
[0104]
2. Measurement of expression levels of C-myc, estrogen receptor and telomerase
FIG. 6 shows a slide chip for measuring the expression levels of C-myc, estrogen receptor and telomerase. Probes for a plurality of genes including c-myc as shown in FIG. 6A and a housekeeping gene are immobilized on the slide chip. FIG. 6 (B1) schematically shows the positions where the nucleic acid probes of FIG. 6 (A) are fixed to the probe spots included in the DNA microarray. Each type of nucleic acid probe is fixed to a probe spot for each type. FIGS. 6 (B2) and (B3) are diagrams schematically showing the analysis results. FIG. 6 (B2) shows the results obtained from a sample from a normal subject, and FIG. 6 (B3) shows the results obtained from a sample from an abnormal subject. By judging the presence or absence of fluorescence from such a result, it is possible to detect the gene expressed in the subject.
[0105]
Using such a slide chip, by changing the ambient temperature and solution composition of the chip on which expression analysis was performed, or setting the temperature near the labeled nucleic acid and the probe in the sample to a condition close to the TM (melting temperature) value. As a result, the optimal reaction conditions for each probe are achieved, whereby it is possible to analyze mutations occurring inside these genes.
[0106]
FIG. 7 shows an example in which a mutation occurring inside the gene of the tumor suppressor gene P53 is detected by comparing the intensity of fluorescent spots generated for probes having different nucleotide sequences. The expression level can be detected based on the difference in the fluorescence intensity.
[0107]
The detection of the gene and the analysis of the expression level as described above can be continuously performed for one sample in one DNA microarray.
[0108]
As described above, the apparatus and method of the present invention make it possible to determine the stage of canceration, accurately predict malignancy, susceptibility to metastasis, and individual differences in drug resistance.
[0109]
With the advancement of genetic testing technology and computer science, changes in expression levels, types of mutations, or SNPs as abnormalities of many genes have already been identified to date. Such known information is widely disclosed on the Internet as a database and can be easily obtained. As described above, a clinically useful accurate determination can be made by comparing and evaluating the results of a genetic test obtained by the apparatus and method of the present invention with already known information. For example, accurate metastasis prediction and treatment guidelines standardized by the American Cancer Institute (NCI) can be performed, and the possibility of erroneous judgments resulting from differences in judgment criteria among countries and facilities can be reduced. . In the future, it is expected that important information will be provided in selecting a transgene when performing gene therapy.
[0110]
8. Supplement: Equipment control system and operation procedure
FIG. 8 shows a control block of the genetic test apparatus 1.
[0111]
As shown in FIG. 8, the genetic test apparatus 1 includes a control unit 10a, a camera controller 10b, and a microscope controller 10c, and these correspond to the computer 10. Further, as described above, the genetic test apparatus 1 includes the (preferably cooled) CCD camera 5, the stage 4, the stage controller 7, the temperature controller 9, the input unit 15, and the display unit 16. are doing. The stage 4 includes a motor 4a for driving the stage.
[0112]
The genetic test apparatus 1 further includes a mirror unit 31, a shutter unit 32, and an illumination unit 33 included in the fluorescence observation microscope 3, and an upper part constituting a temperature controller for adjusting the temperature of the DNA microarray 22. It has a heater 51, a lower heater 52, and a cooling fan 53, and has a pump 41 for moving a liquid through the DNA microarray 22.
[0113]
The filter unit 31 includes a motor 31a for driving it, the shutter unit 32 includes a motor 32a for driving it, the upper heater 51 includes a temperature measuring resistor 51a for measuring the temperature, and the lower heater The heater 52 includes a temperature measuring resistor 51b for measuring its temperature. The pump 41 includes a controller 41a for driving and controlling the pump 41. Here, the mirror unit includes, for example, an excitation filter that transmits only light in the excitation wavelength band from the irradiation light, an absorption filter that transmits only fluorescence from the target object, and blocks the excitation light, With respect to light, a dichroic mirror that reflects shorter light and transmits longer wavelengths can be integrated.
[0114]
The camera controller 10b controls the CCD camera 5, and the microscope controller 10c controls the motor 31a of the mirror unit 31, the motor 32a of the shutter unit 32, and the illumination unit 33. The temperature controller 9 controls the upper heater 51 based on information from the resistance temperature detector 51a, and controls the lower heater 52 based on information from the resistance temperature detector 52a. The motor 4a is controlled.
[0115]
The control unit 10a controls the camera controller 10b, the microscope controller 10c, the temperature controller 9, the stage controller 7, and the controller 41a of the pump 41. Further, the control unit 10a displays an appropriate message or information on the display unit 16 or acquires information input from the input unit 15.
[0116]
The genetic test device 1 is operated according to a specially designed application. The application includes various programs such as the above-described analysis program and reaction progress program, and appropriately controls each section of the apparatus 1 and issues a command to the control section 10a during operation of the genetic test apparatus 1 to display the command. The next necessary operation is displayed on the unit 16 to give an instruction to the user, and various information related to measurement is displayed on the display unit 16.
[0117]
In particular, the application uses the input unit 15 and the display unit 16 to input various profiles, which are instructions for each unit of the apparatus, such as a pump operation instruction, a shooting instruction, a delay time instruction, a fixed stop instruction, a temperature change instruction, and a cleaning instruction. And control the entire device so that the user can freely change it. That is, the operation of the genetic test apparatus 1 is controlled by the application so that the user can freely set various parameters related to the measurement. For this purpose, the control unit 10a displays a message prompting input of information on the display unit 16, for example, according to a command from the application, and waits for information input from the input unit 16.
[0118]
The genetic test device 1 is operated, for example, according to the operation shown in the flowchart shown in FIG.
[0119]
1. Turn on the device.
2. Perform user login. At this time, a user name is selected from an existing list, or a user name is newly described.
3. Start the application. At this time, the control unit 10a performs connection confirmation and initialization of connected devices such as the microscope controller 10b, the pump 41, the temperature controller, the stage controller 7, and the CCD camera 5.
[0120]
4. Supply water. That is, the pipe is filled with water. This is performed, for example, by setting a water supply tray containing water in an incubator, inserting the incubator into the device, and sucking water from the water supply tray by the pump 41, or placing a drainage tray in the incubator. It can be carried out by setting, inserting the incubator into the apparatus, sucking water from a water supply tank (not shown) by the pump 41, and discharging the water to a drain tray.
[0121]
5. Start temperature control. Specify the temperature of the incubator. That is, the target temperature of the heater 51 is set.
[0122]
6. Set conditions. It sets the temperature, sets the mirror unit, sets the shooting conditions, and sets the pump operating conditions.
[0123]
7. Set profile and cycle. Here, the profile is an instruction to each part of the apparatus, and includes a pump operation instruction, an imaging instruction, a delay time instruction, a constant stop instruction, a temperature change instruction, a cleaning instruction, and the like. A cycle consists of an appropriate combination of these profiles.
[0124]
8. Set the sequence. A sequence is composed of an appropriate combination of cycles and specifies which cycles are performed, in what order, and how many times. The sequence determines the order of measurement.
9. Set the measurement well, file name, etc. A well to be observed, a folder name for saving an image of the well, a sample name, sample information, and the like are set.
10. The reaction part (incubator part) is discharged out of the apparatus.
11. The cassette containing the DNA microarray to be measured is set in the incubator.
[0125]
12. The incubator part on which the object to be measured is set is inserted into the device.
13. Measure according to the previously set sequence. A graph is displayed by specifying the point where the luminance is to be measured.
14. The incubator part is discharged out of the apparatus, and the cassette whose measurement has been completed is taken out.
15. Exit the application. At this time, the apparatus is initialized, whereby the pump returns to the initial state, the temperature controller is stopped, and the incubator portion is moved to the home position.
[0126]
The operations 6 to 8 described above, that is, setting of conditions, profiles, cycles, and sequences are performed, for example, by displaying an input screen showing information items to be input on the display unit 16 to prompt the user to input information. In response, the user inputs an appropriate numerical value or the like for each item on the screen from the input unit 15.
[0127]
However, operations 6 to 8 are not limited to such a method, and may be performed by another appropriate method. For example, a file (data file) in which necessary information is recorded is stored in advance in an auxiliary storage device of a computer, such as a hard disk or a floppy disk. May be performed by reading a data file from the auxiliary storage device and obtaining necessary information.
[0128]
Such a data file can be created, for example, by recording the set values used by the user in the previous measurement. Alternatively, the data file may be created by the manufacturer of the slide chip 2 by recording information suitable for each type of the slide chip 2, for example. In this case, the data file may be supplied to the user in a form attached to the slide chip 2, for example.
[0129]
In the setting of the profile in the operation 7, for example, the following operations and the like are instructed. This makes it possible to cope with various operations.
[0130]
a. Pump operation: Set whether to pull (suction) or return (discharge) the pump. At this time, the driving amount and the speed can be arbitrarily set. Usually, when reacting a sample, the drive amount of the pump is often set to substantially the same amount as the sample amount. However, when imaging fluorescence, it is not preferable that the sample liquid is present on the DNA chip because the focus position is shifted and the fluorescent substance in the sample liquid becomes noise. Therefore, it is preferable to set a slightly larger amount than the sample liquid at the timing of capturing the fluorescence. This amount depends on the viscosity of the sample liquid and the driving speed of the pump. The drive amount of the pump can be set to an optimum value depending on the amount of the sample liquid, the viscosity, and the well size of the chip (the size of the well may be different depending on the type of the chip). Since the reaction state varies depending on the moving speed of the sample liquid, an optimal driving speed of the pump can be set in order to cause the reaction under the optimum condition.
[0131]
b. Shooting: Set the filter and exposure time used for shooting. A filter is selected according to the fluorescent dye used for labeling the specimen, and an exposure time suitable for observing the fluorescence can be arbitrarily set. When the luminance is low, the exposure time can be set long.
[0132]
c. Delay time: Set the time to stop operation. By setting the delay time, for example, in driving a pump, the time until the liquid is chipped or comes up can be set to an optimum value.
[0133]
d. Pause: The operation is stopped until a restart instruction is issued.
[0134]
e. Washing: This is performed in order to remove the unreacted fluorescently labeled sample and not to observe extra fluorescence other than the result of the reaction. According to the instructions of the application, take out the incubator part from the apparatus and instruct the user to drop the cleaning liquid. By driving the pump, the cleaning liquid is moved up and down to clean the chip. Perform the above operations manually. Washing may or may not be necessary.
[0135]
f. Temperature change: Used to change the temperature from the current set temperature during measurement. Set the changed temperature and the waiting time after reaching the changed temperature. Since there are optimal reaction temperatures and reaction temperature programs for the genes to be detected, optimal temperature conditions can be set.
[0136]
In the setting of the cycle in the operation 7, for example, the following operation is instructed. This makes it possible to cope with various operations.
[0137]
Cycle 1: pre-wash
1. The washing solution is dropped.
2. Make the cleaning liquid flow
3. Aspirate and discard the washing solution.
4. Take a filter image after cleaning.
5. Drop sample.
[0138]
Cycle 2: Status check
1. Aspirate the sample solution under the filter.
2. Shoot.
3. Drain the sample onto the filter.
[0139]
Cycle 3: Pump drive
1. Aspirate the sample solution under the filter.
2. Drain the sample onto the filter.
[0140]
Cycle 4: Reaction result shooting
1. Remove the sample solution with a pipette.
2. The washing solution is dropped.
3. Drive the pump.
4. Shoot.
[0141]
Cycles 2 and 3 above are repeated until the reaction is completed. Steps 3 and 4 in cycle 4 are repeated while changing the conditions.
[0142]
An example of the sequence setting in operation 8 is shown below.
1. Execute cycle 1 once.
2. Execute cycle 2 once.
3. Execute cycle 3 29 times.
4. Execute cycle 2 once.
5. Execute cycle 3 29 times.
6. Execute cycle 2 once.
7. Execute cycle 3 29 times.
8. Execute cycle 2 once.
9. Execute cycle 3 29 times.
10. Execute cycle 2 once.
11. Execute cycle 3 29 times.
12. Execute cycle 2 once.
13. Execute cycle 4 twice.
[0143]
The operation of each member level in cycle 1 to cycle 4 described above is shown below.
[0144]
Cycle 1: pre-wash
1. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
Stop for 2.5 seconds.
3. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
4. Stop for 10 seconds.
5. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
Stop for 6.5 seconds.
7. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
8. Stop for 10 seconds.
9. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
Stop for 10.5 seconds.
11. After taking an image with an exposure time of 3000 ms using the FITC mirror unit, the same image is taken with the Cy3 mirror unit.
12. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
13. Stop for 30 seconds.
[0145]
Cycle 2: Status check
1. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
Stop for 2.5 seconds.
3. After taking an image with an exposure time of 200 ms using a mirror unit for FITC, an image is similarly taken with a mirror unit for Cy3.
4. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
5. Stop for 10 seconds.
[0146]
Cycle 3: Pump drive
1. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
2. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
Stop for 3.5 seconds.
[0147]
Cycle 4: Reaction result shooting
1. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
2. After taking an image with an exposure time of 1000 ms using a mirror unit for FITC, an image is similarly taken with a mirror unit for Cy3.
3. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
4. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
5. After taking an image with an exposure time of 1000 ms using a mirror unit for FITC, an image is similarly taken with a mirror unit for Cy3.
6. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
7. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
[0148]
8. After taking an image with an exposure time of 1000 ms using a mirror unit for FITC, an image is similarly taken with a mirror unit for Cy3.
9. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
10. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
11. After taking an image with an exposure time of 1000 ms using a mirror unit for FITC, an image is similarly taken with a mirror unit for Cy3.
12. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
13. Pull the syringe at 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
14. After taking an image with an exposure time of 1000 ms using a mirror unit for FITC, an image is similarly taken with a mirror unit for Cy3.
15. Return the syringe by 50 μl at a speed of 5 μl / s and stop for 1 second.
[0149]
By operating the genetic test apparatus 1 according to the application as described above, the user can measure various parameters under desired conditions and operations using the input unit 15, the display unit 16, and the data file.
[0150]
The present invention is not limited to a genetic test depending on the purpose, and can perform various other biological reactions (enzyme reaction, antigen-antibody reaction, metabolic reaction, biological kinetic test, etc.) at high throughput. It should be noted that the technology to be implemented and monitored can be widely provided to the medical field. Although the present invention has been described with respect to a genetic test apparatus using a DNA probe, the present invention is applicable not only to a DNA probe but also to, for example, a case where an antibody or a tissue is used as a probe.
[0151]
【The invention's effect】
By using such an apparatus according to an embodiment of the present invention, a gene testing apparatus and method capable of testing a plurality of genes easily and in a short time is provided. Further, with such an apparatus and method, the degree of hybridization of the target gene can be measured in real time while changing the state of the solution in the reaction part and the temperature conditions. Therefore, by using the present invention, the presence / absence of the expression of the target gene and the expression level thereof can be easily, efficiently, and accurately measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a slide chip.
FIG. 3 is a flowchart showing an analysis procedure.
FIG. 4 is a flowchart showing a reaction procedure.
FIG. 5 is a flowchart showing an analysis method.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a slide chip for P53 exon 7 mutation analysis.
FIG. 7 shows a slide chip for expression level analysis.
FIG. 8 is a diagram showing a control block of the genetic test apparatus of FIG. 1;
FIG. 9 is a flowchart showing an operation procedure of the genetic test apparatus.
[Explanation of symbols]
1. Genetic testing device 2. Slide tip 3. Microscope 4. stage
5. CCD camera 6. Motor driver 7. XY stage controller
8. Pump driver 9. Temperature controller 10. Computer
22. DNA microarray 23. Probe spot

Claims (13)

コンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、DNAマイクロアレイの温度を調節するための温度調節部と、DNAマイクロアレイからの光学的な信号を検出するための光検出器と、DNAマイクロアレイへ流体を給排するための流体輸送部と、装置を運転するためのアプリケーションに従って装置全体を制御する制御部と、情報を表示するための表示部と、ユーザーからの情報を入力可能にするための入力部とを備えており、測定に関する各種のパラメータをユーザーが自由に設定できるようにアプリケーションによって制御される装置。A genetic testing device using a computer, comprising: a temperature control unit for controlling the temperature of a DNA microarray, a photodetector for detecting an optical signal from the DNA microarray, and a fluid supply / discharge to / from the DNA microarray. A fluid transport unit for controlling the entire device according to an application for operating the device, a display unit for displaying information, and an input unit for enabling input of information from a user. A device that is provided and is controlled by an application so that the user can freely set various parameters related to the measurement. 請求項1に記載の装置において、検出器がCCDカメラである装置。The device according to claim 1, wherein the detector is a CCD camera. 請求項1または請求項2に記載のコンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、装置を運転するためのアプリケーションを記憶している記憶部を備えており、アプリケーションは、表示部に次に必要な操作を表示させてユーザーに指示を出したり、表示部に測定に関する様々な情報を表示させたりする装置。A genetic testing device using a computer according to claim 1 or 2, further comprising a storage unit storing an application for operating the device, wherein the application is required next to a display unit. A device that displays operations and gives instructions to the user, and displays various information related to measurement on the display unit. 請求項1〜請求項3のいずれか一つに記載のコンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、装置の各部に対する指示である様々なプロファイルをユーザーが自由に変更できるようにアプリケーションによって制御される装置。A genetic test apparatus using a computer according to any one of claims 1 to 3, wherein the gene test apparatus is controlled by an application so that a user can freely change various profiles that are instructions for each part of the apparatus. apparatus. 請求項4に記載のコンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、プロファイルは、ポンプ動作指示や撮影指示や遅延時間指示や一定停止指示や温度変更指示や洗浄指示のうちの少なくとも一つを含んでいる装置。5. The genetic test apparatus using a computer according to claim 4, wherein the profile includes at least one of a pump operation instruction, an imaging instruction, a delay time instruction, a fixed stop instruction, a temperature change instruction, and a cleaning instruction. Equipment. 請求項1ないし請求項5のいずれか一つに記載のコンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、表示部に情報の入力を促すメッセージを表示させ、入力部からの情報入力を待ち受けるようにアプリケーションによって制御される装置。A genetic test apparatus using a computer according to any one of claims 1 to 5, wherein a message prompting input of information is displayed on a display unit, and the application is configured to wait for information input from the input unit. Equipment controlled by. 請求項4に記載のコンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、複数のプロファイルを組み合わせて構成されるサイクルを自由に設定できるようにアプリケーションによって制御される装置。A genetic test apparatus using the computer according to claim 4, wherein the apparatus is controlled by an application such that a cycle configured by combining a plurality of profiles can be set freely. 請求項7に記載のコンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、複数のサイクルを組み合わせて構成されるシーケンスを自由に設定できるようにアプリケーションによって制御される装置。A genetic test apparatus using the computer according to claim 7, wherein the apparatus is controlled by an application so that a sequence configured by combining a plurality of cycles can be set freely. 請求項1ないし請求項8のいずれか一つに記載のコンピュータを利用した遺伝子検査装置であって、前記DNAマイクロアレイの基板が、多孔質体で、且つ、核酸プローブが固定されているプローブスポットを具備する装置。9. A genetic testing device using a computer according to claim 1, wherein the DNA microarray substrate is a porous material, and a probe spot on which a nucleic acid probe is fixed. Equipment to be equipped. 請求項1ないし請求項9の何れか1項に記載の装置を使用した遺伝子検査方法であって、
(1)被験対象から採取した組織または細胞から抽出された核酸を増幅し、蛍光標識物質を付加すること;
(2)上記(1)で得られた標識された核酸を、所望の核酸プローブを具備するDNAマイクロアレイに添加すること;
(3)上記(2)のDNAマイクロアレイについて所望の条件下でハイブリダイゼーション反応を行うこと;
(4)上記(3)で得られたDNAマイクロアレイについて蛍光強度を測定すること;
(5)上記(4)で得られた蛍光強度を基に、発現遺伝子量の判定および/または突然変異遺伝子の有無の判定を行うことにより遺伝子検査の結果を得ること;
を具備する方法。
A genetic test method using the device according to any one of claims 1 to 9,
(1) Amplifying nucleic acids extracted from tissues or cells collected from a test subject and adding a fluorescent labeling substance;
(2) adding the labeled nucleic acid obtained in the above (1) to a DNA microarray having a desired nucleic acid probe;
(3) performing a hybridization reaction on the DNA microarray of (2) under desired conditions;
(4) measuring the fluorescence intensity of the DNA microarray obtained in (3);
(5) obtaining the result of a genetic test by determining the amount of expressed gene and / or determining the presence or absence of a mutated gene based on the fluorescence intensity obtained in (4) above;
A method comprising:
請求項1ないし請求項9の何れか1項に記載の装置を使用した遺伝子検査方法であって、
(1)被験対象から採取した組織または細胞から抽出された核酸を増幅し、蛍光標識物質を付加すること;
(2)上記(1)で得られた標識された核酸を、所望の核酸プローブを具備するDNAマイクロアレイに添加すること;
(3)上記(2)のDNAマイクロアレイについて所望の条件下でハイブリダイゼーション反応を行うこと;
(4)上記(3)の反応が終了した後に、DNAマイクロアレイに含まれる溶液を当該アレイの下部に留めさせること;
(5)上記(4)で得られたDNAマイクロアレイについて蛍光強度を測定すること;
(6)上記(4)で当該アレイの下部に溜めた液体を再度撹拌すること;
(7)上記(6)のDNAマイクロアレイについて必要に応じ所望の条件下でハイブリダイゼーション反応を繰り返すこと;
(8)上記(6)で得られたDNAマイクロアレイについて蛍光強度を測定すること;
(9)上記(4)および(8)で得られた蛍光強度を基に、発現遺伝子量の判定および/または突然変異遺伝子の有無の判定を行うことにより遺伝子検査の結果を得ること;
を具備する方法。
A genetic test method using the device according to any one of claims 1 to 9,
(1) Amplifying nucleic acids extracted from tissues or cells collected from a test subject and adding a fluorescent labeling substance;
(2) adding the labeled nucleic acid obtained in the above (1) to a DNA microarray having a desired nucleic acid probe;
(3) performing a hybridization reaction on the DNA microarray of (2) under desired conditions;
(4) After the reaction of (3) is completed, the solution contained in the DNA microarray is allowed to remain at the bottom of the array;
(5) measuring the fluorescence intensity of the DNA microarray obtained in (4);
(6) stirring the liquid collected at the bottom of the array in (4) again;
(7) repeating the hybridization reaction under the desired conditions as necessary for the DNA microarray of (6);
(8) measuring the fluorescence intensity of the DNA microarray obtained in (6);
(9) obtaining the result of a genetic test by determining the amount of expressed gene and / or determining the presence or absence of a mutated gene based on the fluorescence intensities obtained in (4) and (8) above;
A method comprising:
請求項10または請求項11に記載の方法であって、更に、請求項10の(4)または請求項11の(8)で得られた蛍光強度を基に、発現遺伝子量の判定および/または突然変異遺伝子の有無の判定して得られた情報を、データベースに開示される公知の遺伝子情報および/または標準試料から得られた情報と比較することにより遺伝子検査の結果を得ることを具備する方法。The method according to claim 10 or 11, further comprising determining the amount of the expressed gene based on the fluorescence intensity obtained in (4) or (8) of claim 10 and / or A method comprising obtaining a result of a genetic test by comparing information obtained by determining the presence or absence of a mutant gene with known gene information disclosed in a database and / or information obtained from a standard sample. . 請求項11に記載の方法であって、前記(5)から(8)の操作を2回以上繰り返して行うことを特徴とする方法。The method according to claim 11, wherein the operations (5) to (8) are repeated two or more times.
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