JP2007535323A - サンプル調製コントロールのための方法およびデバイス - Google Patents
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Abstract
本発明は、核酸増幅反応およびサンプル調製の検証のための、標的核酸配列を含むと疑われるサンプルを調製する方法を提供する。この方法は、そのサンプルとサンプル調製コントロールとを混合する工程を包含する。このサンプル調製コントロールは、マーカー核酸配列を含む細胞、胞子、微生物またはウイルスである。このサンプル調製コントロールと混合されたサンプルは、溶解処理に供されれ、そしてその溶解処理によって放出された核酸は、核酸増幅条件に供される。次いで標的核酸配列およびマーカー核酸配列の存在または非存在が決定される。そのマーカー核酸配列の陽性の検出は、そのサンプル調製プロセスが十分であったことを示し、一方そのマーカー核酸配列を検出できないことは、不十分なサンプル調製プロセスであったことを示す。
Description
(発明の背景)
本発明は、一般的に、核酸アッセイに関し、より具体的には核酸増幅のためのサンプルを調製するため、およびそのサンプル調製プロセスの完全性を検証するためのデバイスおよび方法に関する。
本発明は、一般的に、核酸アッセイに関し、より具体的には核酸増幅のためのサンプルを調製するため、およびそのサンプル調製プロセスの完全性を検証するためのデバイスおよび方法に関する。
核酸を増幅するための方法は、ヒトの病原体の検出、ヒトの遺伝子多型の検出、RNA配列およびDNA配列の検出、分子クローニング、核酸の配列決定などのための有用なツールを提供する。特に、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)は、DNA配列のクローニング、親子鑑定、病原体同定、疾患診断、および核酸配列の増幅が所望される他の有用な方法において重要なツールとなっている。例えば、非特許文献1;非特許文献2を参照のこと。
目的の核酸配列を含むと疑われるサンプルの分析は、一般的に一連のサンプル調製工程を包含し、この工程としては、濾過、細胞溶解、核酸精製、および試薬との混合が挙げられる。核酸アッセイの結果について自信をもつためには、そのサンプル調製プロセスの完全性について制御することが有用である。本発明は、この問題および他の問題に取り組む。
Erlich編、1992年、「PCR Technology:Principles and Applications for DNA Amplification」 Innisら編、1990年、「PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications」
Erlich編、1992年、「PCR Technology:Principles and Applications for DNA Amplification」 Innisら編、1990年、「PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications」
(要旨)
一局面によると、本発明は、核酸増幅反応のためのサンプルを調製するため、およびそのサンプル調製の有効性を検証するための方法を提供する。そのサンプルは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択される標的物を含む疑いがあり、その標的物は、少なくとも1つの標的核酸配列を含む。その方法は、そのサンプルを、そのサンプルとサンプル調製コントロールとを混合するための混合チャンバーに導入する工程を包含する。そのサンプル調製コントロールは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択され、そしてこのサンプル調製コントロールは、マーカー核酸配列を含む。そのデバイスは、溶解チャンバーおよび反応チャンバーをさらに備える。上記サンプルは、その混合チャンバーにおいてサンプル調製コントロールと混合される。この方法は、そのサンプル調製コントロールと、そのサンプル中に存在する場合は上記標的物を、その溶解チャンバーでの溶解処理に供する工程、その溶解チャンバー中に放出された核酸を、上記反応チャンバー中の核酸増幅条件に供する工程、およびその少なくとも1つの標的核酸配列および上記マーカー核酸配列の存在および非存在を検出する工程をさらに包含する。そのマーカー核酸配列の陽性検出が、そのサンプル調製プロセスが十分であったことを示し、一方そのマーカー核酸配列の検出ができないことは、不十分なサンプル調製プロセスを示す。
一局面によると、本発明は、核酸増幅反応のためのサンプルを調製するため、およびそのサンプル調製の有効性を検証するための方法を提供する。そのサンプルは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択される標的物を含む疑いがあり、その標的物は、少なくとも1つの標的核酸配列を含む。その方法は、そのサンプルを、そのサンプルとサンプル調製コントロールとを混合するための混合チャンバーに導入する工程を包含する。そのサンプル調製コントロールは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択され、そしてこのサンプル調製コントロールは、マーカー核酸配列を含む。そのデバイスは、溶解チャンバーおよび反応チャンバーをさらに備える。上記サンプルは、その混合チャンバーにおいてサンプル調製コントロールと混合される。この方法は、そのサンプル調製コントロールと、そのサンプル中に存在する場合は上記標的物を、その溶解チャンバーでの溶解処理に供する工程、その溶解チャンバー中に放出された核酸を、上記反応チャンバー中の核酸増幅条件に供する工程、およびその少なくとも1つの標的核酸配列および上記マーカー核酸配列の存在および非存在を検出する工程をさらに包含する。そのマーカー核酸配列の陽性検出が、そのサンプル調製プロセスが十分であったことを示し、一方そのマーカー核酸配列の検出ができないことは、不十分なサンプル調製プロセスを示す。
いくつかの実施形態において、上記溶解チャンバーは、固相物質を含み、そして上記方法は、上記サンプル調製コントロールと混合されたサンプルをその溶解チャンバーを通して流し、溶解処理の前にそのサンプル調製コントロールおよび(そのサンプル中に存在する場合は)上記標的物を、固相物質に捕捉する工程をさらに包含する。いくつかの実施形態において、その固相物質は、そのサンプル調製コントロールおよびその標的物を捕捉するのに十分な孔サイズを有する少なくとも1つのフィルターを含む。上記サンプルは、そのサンプルをサンプル調製コントロールと混合する前に、(例えば、粗い物質を除去するために)前濾過され得る。いくつかの実施形態において、上記溶解処理は、そのサンプル調製コントロールおよび標的物を、上記溶解チャンバーの壁面に連結された超音波変換器を使用して超音波エネルギーに供する工程を包含する。その溶解処理は、必要に応じて、その溶解チャンバーにおいてビーズを攪拌する工程を包含し得る。いくつかの実施形態において、上記サンプル調製コントロールは、胞子である。いくつかの実施形態において、上記混合する工程は、上記サンプル調製コントロールを含む乾燥ビーズを溶解する工程を包含する。いくつかの実施形態において、上記溶解処理は、化学溶解剤との接触を包含する。いくつかの実施形態において上記核酸増幅条件は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)条件を含む。いくつかの実施形態において、上記マーカー核酸配列の存在および非存在が、上記マーカー核酸配列に結合可能なプローブ由来のシグナルが閾値レベルを超えるか否かを決定することによって検出される。
別の局面によると、本発明は、核酸増幅反応のためのサンプルを調製するため、およびそのサンプル調製の有効性を検証するためのデバイスを提供する。そのサンプルは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択される標的物を含む疑いがあり、その標的物は、少なくとも1つの標的核酸配列を含む。そのデバイスは、そのサンプルと混合されるサンプル調製コントロールを含む第1のチャンバーを有する本体を備える。そのサンプル調製コントロールは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択され、そしてそのサンプル調製コントロールは、マーカー核酸配列を含む。上記本体はまた、そのサンプル調製コントロールと、そのサンプル中に存在する場合はその標的物を溶解処理に供し、そのサンプル調製コントロールおよびその標的物から核酸を放出させるための溶解チャンバーを有する。その本体はさらに、増幅および検出のためにその核酸を保持するための反応チャンバーを有する。そのデバイスはさらに、そのサンプル調製コントロールと混合されたそのサンプルを、その第1のチャンバーからその溶解チャンバーに流し、溶解チャンバー中に放出されたその核酸をその反応チャンバーに流すための少なくとも1つの流れ制御器を備える。そのデバイスは、さらにそのマーカー核酸配列および少なくとも1つのその標的核酸配列を増幅および検出するためのプライマーおよびプローブを含む。
いくつかの実施形態において、上記溶解チャンバーは、上記サンプル調製コントロールと、上記サンプル中に存在する場合は上記標的物を、そのサンプルがその溶解チャンバーを通って流れる際に捕捉するための固相物質を含む。そのデバイスはさらに、その溶解チャンバーを通って流れた使用済みサンプル流体を受容するための少なくとも1つの廃棄チャンバーを備える。そして少なくとも1つの上記流れ制御器はさらに、その溶解チャンバーを通って流れた使用済みサンプルを、その廃棄チャンバーに向けることができる。いくつかの実施形態において、上記固相物質は、上記サンプル調製コントロールおよび上記標的物を捕捉するのに十分な孔サイズを有する少なくとも1つのフィルターを含む。いくつかの実施形態において、そのデバイスは、上記溶解チャンバーを超音波処理するための、上記溶解チャンバーの壁面に連結された超音波変換器をさらに備える。いくつかの実施形態において、そのデバイスは、上記サンプル調製コントロールおよび上記標的物を破裂させるために、上記溶解チャンバー中にビーズを含む。いくつかの実施形態において、上記サンプル調製コントロールは胞子である。いくつかの実施形態において、そのサンプル調製コントロールは、流体中に溶解可能な乾燥ビーズ中に存在する。いくつかの実施形態において、上記プライマーおよびプローブが、上記反応チャンバー中に存在し、そのビーズは流体中に溶解可能である。いくつかの実施形態において、上記本体は、上記反応チャンバーと接続された試薬チャンバーを備え、上記プライマーおよびプローブは、上記混合チャンバー中の乾燥ビーズに存在し、そのビーズは流体中に溶解可能である。
別の局面によると、本発明は、溶解手順の有効性を決定するための方法を提供する。その方法は、サンプル調製コントロールと、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択される標的物を含む疑いのあるサンプルとを混合する工程を包含する。その標的物は、少なくとも1つの標的核酸配列を含む。そのサンプル調製コントロールは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択され、そのサンプル調製コントロールはマーカー配列を含む。そのサンプル調製コントロールと、そのサンプル中に存在する場合はその標的物との混合物が、溶解処理に供される。上記方法はさらに、そのマーカー核酸配列の存在または非存在を検出し、核酸がその溶解処理の間にそのサンプル調製コントロールから放出されたか否かを決定する工程を包含する。そのマーカー核酸配列の陽性検出は十分な溶解を示し、一方そのマーカー核酸配列を検出できないことは、不十分な溶解を示す。
いくつかの実施形態において、上記方法はさらに上記サンプル調製コントロールと混合されたサンプルを、固相物質を含むチャンバーを通って流し、溶解処理の前にサンプル調製コントロールと、上記サンプル中に存在する場合は標的物とを捕捉する工程を包含する。いくつかの実施形態において、上記固相物質は、上記サンプル調製コントロールおよびその標的物を捕捉するのに十分な孔サイズを有する少なくとも1つのフィルターを含む。いくつかの実施形態において、上記サンプルと上記サンプル調製コントロールとを混合する前に、そのサンプルは前濾過される。いくつかの実施形態において上記溶解処理は、上記サンプル調製コントロールおよび上記標的物を、超音波エネルギーに供する工程を包含する。上記溶解処理は、上記サンプル調製コントロールおよび標的物を破裂させるために、ビーズを攪拌する工程をさらに包含する。いくつかの実施形態において、そのサンプル調製コントロールは、胞子である。いくつかの実施形態において、上記混合する工程は、上記サンプル調製コントロールを含む乾燥ビーズを溶解する工程を包含する。,いくつかの実施形態において、上記溶解処理は、化学溶解剤との接触を包含する。いくつかの実施形態において、上記マーカー核酸配列は、そのマーカー配列を(例えば、PCRによって)増幅し、そしてその増幅されたマーカー配列を検出することによって検出される。いくつかの実施形態において、その増幅されたマーカー核酸配列は、そのマーカー核酸配列に結合可能なプローブ由来のシグナルが閾値レベルを超えるか否かを決定することによって検出される。
(具体的な実施形態の説明)
図1〜4は、複数のチャンバー13を有するハウジング12を備える流体制御および処理システム10を示す。図1は、説明目的のために露出されたチャンバー13を示す。頂部のカバーは、代表的に、チャンバー13を増強するために提供される。図3および図4において最もよく分かるように、流体制御デバイス16および反応管18は、ハウジング12の異なる部分に連結される。示される実施形態における流体制御デバイスは、回転式流体制御弁16である。その弁16は、円盤部分22および管状部分24を有する弁本体20を備える。その円盤部分22は、図3において最もよく分かるように、ほぼ平面の外部ポート表面23を有する。その弁16は、上記ハウジング12に対して回転可能である。そのハウジング12は、弁16の円盤部分22の外部ポート表面23に面する複数のチャンバーポート25(図4)を備え、チャンバー13と弁16との間の流体連通を可能にする。任意のシールまたはガスケット26が、円盤部分22とハウジング12との間に配置される。円盤部分22はさらに、フィルター27および外壁28、ならびに鋸歯状の外周29を備える。
図1〜4は、複数のチャンバー13を有するハウジング12を備える流体制御および処理システム10を示す。図1は、説明目的のために露出されたチャンバー13を示す。頂部のカバーは、代表的に、チャンバー13を増強するために提供される。図3および図4において最もよく分かるように、流体制御デバイス16および反応管18は、ハウジング12の異なる部分に連結される。示される実施形態における流体制御デバイスは、回転式流体制御弁16である。その弁16は、円盤部分22および管状部分24を有する弁本体20を備える。その円盤部分22は、図3において最もよく分かるように、ほぼ平面の外部ポート表面23を有する。その弁16は、上記ハウジング12に対して回転可能である。そのハウジング12は、弁16の円盤部分22の外部ポート表面23に面する複数のチャンバーポート25(図4)を備え、チャンバー13と弁16との間の流体連通を可能にする。任意のシールまたはガスケット26が、円盤部分22とハウジング12との間に配置される。円盤部分22はさらに、フィルター27および外壁28、ならびに鋸歯状の外周29を備える。
図4において見られるように、円盤部分22は、溶解チャンバー30を備える。溶解チャンバー30は、溶解される細胞、胞子、ウイルスまたは微生物を捕捉するための固相物質を含み得る。適した固相物質としては、フィルター、ビーズ、繊維、膜、濾紙、ガラスウール、ポリマーまたはゲルが挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態において、その固相物質は、溶解される標的細胞、胞子、ウイルス、または微生物を捕捉するのに十分な孔サイズを有するフィルターである。
図5〜8において示されるように、外壁28は、溶解チャンバー30および弁16の円盤部分22の底面を取り囲む。図8において、溶解チャンバー30は、第1の流体処理チャネル34に連結された第1の流体処理ポート32、および第2の流体処理チャネル38に連結された第2の流体処理ポート36を備える。第1の流体処理チャネル34は、外部ポート表面23における第1の外部ポート42が端部である第1の外側導管40に連結され、一方第2の流体処理チャネル38は、外部ポート表面23における第2の外部ポートが端部である第2の外側導管44に連結される。流体置換チャネル48は、近位の一端にて第1の流体処理チャネル34および第1の導管34に連結され、他端にて流体交換チャンバー50に連結される。第1の外側導管40は、第1の外部ポート42と、第1の流体処理チャネル34および流体置換チャネル48のいずれかまたはそれらの両方との間の流体連通を可能にするための共通導管として機能する。溶解チャンバー30は、流体交換チャンバー50と連続的に流体連通している。
図6〜図8に示されるように、外部ポート42、46は、弁16の軸52に対して、互いに180°の角度で間隔が空いている。その外部ポート42、46は、軸52から同じ距離だけ、放射状に間隔が空いている。その軸52は、外部ポート23に対して垂直である。別の実施形態において、外部ポート42、46の間の角度間隔は、異なったものであり得る。円盤部分22におけるチャネルの構成もまた、別の実施形態において異なったものであり得る。例えば、第1の流体処理チャネル34および第1の外側導管40は、流体交換チャンバー50に対して傾いて直接連結され、それによって流体置換チャネル48を取り除き得る。第2の流体置換チャネル38もまた、直線的なラインで第2の流体処理ポート36と第2の外部ポート46との間を傾いて延び、それによって第2の外側導管44を取り除き得る。さらに、より多くのチャネルおよび外部ポートが、弁16に備えられ得る。図3において最もよく分かるように、クロスカバーチャネルまたは溝56が、望ましくは外部ポート表面23上に提供される。その溝56は、曲がっており、望ましくは一定の半径で軸52から間隔が空いている。1つの実施形態において、溝56は、軸52から共通の半径上にある円弧である。以下でより詳細に説明されるように、溝56は、上記導管を満たすために使用される。
図8において示されるように、流体交換チャンバー50は、弁16の管状部分24内に実質的に配置され、円盤部分22内に部分的に延びる。プランジャまたはピストン54の形態での流体置換部材は、チャンバー50内に移動可能に配置される。ピストン54が上向きに動く場合、ピストン54はチャンバー50の容量を膨張させ、流体をチャンバー50内にくみ上げるための吸引力を生成する。ピストン54が下向きに動く場合、ピストン54は、チャンバー50の容量を減少させ、流体をチャンバー50の外に出す。
回転式の弁16がその軸52の周りを図1〜図4のハウジング12に対して回転するにつれて、外部ポート42、46のうちの1つが開いてチャンバー13または反応管18のうちの1つと流体連通し得るか、または外部ポート42、46の両方が遮断もしくは閉鎖され得る。この実施形態において、多くてもその外面42、46のうちの1つのみが、チャンバーまたは反応管18のうちの1つと流体連通する。他の実施形態では、外部ポート42、46の両方が、別々のチャンバーまたは反応管18と流体連通することを可能にするように構成され得る。従って、上記弁16は、ハウジング12に対して回転可能であり、その外部ポート42、46が、チャンバー13および反応管18を備える複数のチャンバーと選択的に流体連通するように配置されることを可能にする。どの外部ポート42、46が開いているかまたは閉じているか、そしてピストン54が上向きに動いているかまたは下向きに動いているかのどちらであるかに依存して、弁16における流体流れは方向を変換し得、外部ポート42、46は各々入口ポートから出口ポートへと切り替わることができ、そしてその流体流れは処理領域30を通過するかまたは溶解チャンバー30を迂回し得る。特定の実施形態において、第1の外部ポート42が入口ポートであり、その結果溶解チャンバー30の入口サイドは溶解チャンバー30の出口サイドよりも流体交換チャンバー54に近い。
図9A〜図9LLは、1つ以上の標的物(例えば、細胞、胞子、ウイルス、または微生物)を含むと疑われるサンプルの核酸アッセイを実施するための弁16の操作を図示する。その標的物は少なくとも1つの標的核酸配列を含み、その標的核酸配列についてサンプルが試験される。サンプルは、種々の機構(手動または自動)により、流体制御および処理デバイス10のハウジング12(これは、カートリッジとして構成され得る)に導入され得る。手動の添加のためには、測定された容量の物質が、注入ポートを通ってハウジング12の受容領域(例えば、複数のチャンバーのうちの1つ)内に入れられ、次いでそのポート上に配置される。あるいは、その受容領域はゴムまたは類似の障壁によってカバーされ得、そしてそのサンプルは、その障壁を針で刺し、そのサンプルをその針を通して注入することによって、その受容領域に注入される。あるいは、分析のために必要とされるよりも多量のサンプル物質がハウジング12に加えられ得、そのハウジング12内の機構が、具体的なプロトコルのために必要とされるサンプルの正確な測定およびアリコート分けを行い得る。
特定のサンプル(例えば、組織生検物質、土壌、糞便、浸出液、および他の複合物質)を、別のデバイスまたは付属品内に入れ、次いでその二次的なデバイスまたは付属品(これが、混合、分配または抽出のような機能をもたらす機械的作動を引き起こす)をハウジング内へ配置するのが望ましいかもしれない。例えば、一片の組織が注入ポート蓋として機能する二次デバイスの内腔に配置され得る。その蓋がそのポート内に圧迫される場合、その組織がメッシュと通され、そのことがその組織をスライスするかまたはそうでなければ分割する。
自動サンプル導入のためには、さらなるハウジングまたはカートリッジ設計の特徴が利用され、そして多くの場合において、サンプル収集機能をそのハウジング内に直接的に付与する。操作者または環境に有害である危険を提示するような特定のサンプル(例えば、ヒトレトロウイルス病原体)では、そのサンプルの移送は危険をもたらし得る。従って、1つの実施形態において、シリンジまたはストロー(sipper)がそのデバイスに一体化され、サンプルを上記ハウジングに直接移動させるための手段を提供し得る。あるいは、そのデバイスは、サンプルを獲得するために使用され得るアセンブリを形成する静脈穿刺針および管を備え得る。収集後、その管および針は除去および廃棄され、そしてハウジング12が次いで器具内に配置され、処理を達成する。そのようなアプローチの利点は、操作者または環境が、病原体に曝されないことである。
注入ポートが、意図される標本の性質の作用のような、適切なヒトの因子を考慮して設計され得る。例えば、呼吸器の標本は、咳由来の痰として、下気道から獲得され得る。スワブ(swab)サンプルまたは摩擦(brush)サンプルもまた、そのデバイス内に配置され得る。前者の場合においては、上記注入ポートは、患者が上記ハウジング12内に直接的に咳をすることを可能にするか、またはそうでなければそのハウジング内に唾サンプルを唾を吐かせるように設計され得る。摩擦サンプルまたはぬぐいサンプルについては、その摩擦物またはスワブは、好ましくは、そのデバイス10のチャンバーのうちの1つに配置され、そのサンプルは、例えば水または他の適した溶出流体を使用して、その摩擦物またはスワブから流出される。さらに、上記ハウジング12は、サンプル受容チャンバーにおいてスワブ(swab)または摩擦物(brush)の端を破壊し保持するのを容易にする特徴を備え得る。
別の実施形態において、そのハウジング12は、1つ以上の注入管またはストローを備える。この注入管またはストローは、サンプルプール中に配置され得、その結果、そのサンプル物質がデバイス中に流れる。あるいは、親水性ウィッキング材料が、サンプルをそのデバイス中に引き込むように機能し得る。例えば、カートリッジ全体がそのサンプル中に直接浸され、十分量のサンプルがそのウィッキング材料に吸収され、そしてハウジング12中に滲み出す(wick)。そのハウジングが次いで取り外され、研究室に移送されるか、または携帯用器具を使用して直接的に分析され得る。別の実施形態において、管材が用いられ、その管の一端が上記ハウジングと直接連通されて少なくとも1つのチャンバーとの流体接点を提供し、他端はサンプルの受容器として機能するための外部環境に接近可能である。次いでその管はサンプル中に配置され、そしてストローとして機能する。従って、上記デバイスは、種々の異なる供給源からサンプルを収集するため、およびそのサンプルをハウジング12内に移動させるための特徴を備えることができ、それによって操作および不便さを低減させる。
図9Aおよび図9AAにおいて、サンプルは例えばピペッティングによって混合チャンバー60中に配置され、次いでそのチャンバー60上に寝かされる。そのサンプルは、1つ以上の標的核酸配列を含むか否かを決定するために試験される。これには、サンプル調製工程(例えば、その標的核酸配列を含む細胞、胞子、ウイルス、または微生物を溶解する工程)を必要とする。チャンバー60は、そのサンプルと混合されるべきサンプル調製コントロールを含む。このサンプル調製コントロールもまた、細胞、胞子、ウイルスまたは微生物である。このサンプル調製コントロールは、標的核酸配列(この配列について、そのサンプルはアッセイされる)とは異なるマーカー核酸配列を含む。このマーカー核酸配列は、標識核酸配列がそのサンプル中に存在する場合に、そのアッセイの後半に、標的核酸配列と一緒に反応チャンバー18において検出される。マーカー核酸配列が検出されるためには、そのサンプル調製コントロールは、首尾よく溶解されてその核酸を放出しなければならず、かつその核酸が首尾よく増幅試薬と混合されて増幅されなければならない。従って、このサンプル調製コントロールは、それが検出され得る場合には、サンプル調製がその核酸アッセイに対して十分であることを示し、それが検出され得ない場合には、サンプル調製が不十分であることを示す。従って、このサンプル調製コントロールは、それが陽性に検出され得る場合には、そのサンプル調製が効果的であることを立証し、その結果、そのアッセイの結果において自信がもてる。
1つの好ましい実施形態において、そのサンプル調製コントロールは、増幅および検出されるべき特定のマーカー核酸配列を含む胞子である。例えば、特異的マーカー核酸配列を含む2,000個〜10,000個の胞子が一般的に好ましく、より好ましくは約6,000個の胞子が上記サンプル調製コントロールとして使用される。この胞子は、サンプル調製の溶解工程が効果的であり、そしてただ外部の核酸を失っただけではないことを証明するために、外部の核酸が存在しないように洗浄されるべきである。さらに、そのサンプル調製コントロールは、好ましくは、速やかに液体に溶解可能な凍結乾燥ビーズまたは乾燥した(dried−down)ビーズ中で、ハウジング12の1つのチャンバーにおいて保存される。そのようなビーズを作製する方法は、当該分野において周知であり、米国特許第5,593,824号および2003年9月25日に出願された同時係属中の米国特許出願第10/672,266号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)に記載されている。
標的の細胞、胞子、ウイルスまたは微生物を含むと疑われるサンプルは、チャンバー60において上記サンプル調製コントロールと混合される。この混合は、好ましくは、そのサンプル調製コントロールを含む乾燥ビーズをサンプル流体に溶解することによって達成される。第1の外部ポート42は、弁16を回転させることによってチャンバー60と流体連通するように配置され、ピストン54が上向きに引っ張られ、溶解チャンバー30を迂回しながら、流体サンプルをチャンバー60から第1の外側導管40および流体交換チャンバー50にくみ上げる。単純にするために、ピストン54は図9A〜図9LLには示されていない。次いで弁16が回転され、図9Bおよび図9BBに示されるように、第2の外部ポート46を、廃棄チャンバー46と流体連通するように配置する。このピストン54が下向きに押され、上記サンプル調製紺とロールと混合された流体サンプルを、溶解チャンバー30を通して廃棄チャンバー64に動かす。特定の実施形態において、その溶解チャンバー30は、サンプル流体が溶解チャンバー30を通過する際にサンプル調製コントロールを補足するだけでなく、そのサンプル中に存在する場合は標的の細胞、胞子、ウイルス、または微生物を補足するのに十分な孔サイズを有する少なくとも1つのフィルター27を備える。この理由のために、サンプル調製コントロールは、標的物がサンプル中に存在する場合にその標的物の濾過が功を奏したことを証明するために、サンプル調製コントロールは、サンプル中の標的細胞、胞子、ウイルスまたは微生物とほぼ同じサイズかまたはそれよりもわずかに小さいサイズを有することが望ましい。代替の実施形態において、他の固相物質は、溶解チャンバー30中に備えられ得る。
図9Cおよび図9CCにおいて、上記弁16が回転され、第1の外部ポート42を洗浄チャンバー66と流体連通するように配置させ、そしてピストン54が上向きに引っ張られて、溶解チャンバー30を迂回しながら、洗浄流体を洗浄チャンバー66から流体交換チャンバー50に流す。次いで弁16が回転され、図9Dおよび図9DDに示されるように、第2の外部ポート46を廃棄チャンバー64と流体連通するように配置させる。ピストン54が下向きに押され、洗浄流体を溶解チャンバー30を通して廃棄チャンバー64に動かす。蒸気の洗浄工程は、所望されるだけ繰り返され得る。中間の洗浄が、弁16内の望ましくない残留物を除去するために使用される。
図9Eおよび図9EEにおいて、弁16が回転され、第1の外部ポート42を、緩衝液チャンバー70と流体連通するように配置させ、そしてピストン54が上向きに引っ張られ、溶解チャンバー30を迂回しながら、溶解緩衝液(例えば、水または溶解因子と混合された水)を、緩衝液チャンバー70から流体交換チャンバー50にくみ上げある。次いで弁16が回転され、図9Fおよび図9FFに示されるように、第2の外部ポート46を、廃棄チャンバー64と流体連通するように配置させる。ピストン54が下向きに押され、緩衝流体を溶解チャンバー30内に動かす。図9Gおよび図9GGにおいて、弁16が回転され、外部ポート42、46を閉じる。
上記サンプル調製コントロールおよび(存在する場合は)標的細胞、ウイルス、胞子、または微生物は、溶解チャンバー30における溶解処理に供される。この溶解処理の目的は、サンプル調製コントロールおよび(存在する場合は)標的細胞、ウイルス、胞子または微生物の外壁を破壊し、それらの核酸を放出させることである。このサンプル調製コントロールは、好ましくは、その溶解処理が効果的であったことを証明するために、標的細胞、ウイルス、胞子または微生物と同じレベルで溶解が困難であるか、またはそれらよりもより溶解しにくい。細胞、ウイルス、胞子、または微生物からの核酸の解放、およびDNA結合タンパク質の変性は、一般的に、化学的方法、物理的方法、または電解方法によって実施され得る。例えば一般的に、化学的方法は、細胞を破裂させてその細胞からの核酸を抽出するために溶解剤を利用し、次いでその抽出物をカオトロピック塩(例えば、グアニジウムイソチオシアネートまたは尿素)で処理し、任意の混入タンパク質および潜在的に干渉性のタンパク質を変性させる。化学的抽出および/または変性方法が使用される場合は、適切な溶解剤が、好ましくはチャンバー70に保存され、溶解チャンバー30内にポンプされる溶解緩衝液中に存在する。
あるいは、物理的方法が、核酸を抽出し、DNA結合タンパク質を変性させるために使用され得る。米国特許第5,304,487号(全ての目的のために、その全体が本明細書中に援用される)は、細胞膜に穴を開けてその内容物を抽出するための、チャンバーまたはチャネル内のマイクロチャネルまたは鋭い端部の粒子における物理的突起の使用について議論している。攪拌するためのそのような構造と圧電性要素との組み合わせが、溶解のための適したせん断力を提供し得る。細胞抽出のより伝統的な方法もまた使用され得、この方法は、例えば、サンプルがそのチャネルを十分な流れ圧力で通過するときに細胞溶解を引き起こす、制限された断面積を有するチャネルを利用する。あるいは、細胞抽出および混入タンパク質の変性は、交流を印加することによって引き起こされ得る。種々の他の方法が本発明のデバイス内で利用され得、細胞溶解/抽出を達成し得る。この方法としては、例えば、細胞を超音波攪拌に供すること、または細胞を微小形状開口部を強引に通し、それによってその細胞に破裂をもたらす高いせん断ストレスを供給することなどが挙げられる。
1つの好ましい実施形態において、上記溶解処理は、溶解チャンバー30の外壁28に連結された超音波変換器76を使用して溶解チャンバー30を超音波処理する工程を包含する。この超音波変換器76(好ましくは、超音波ホーン)は、溶解チャンバー30内に超音波エネルギーを伝達するために壁28と接触して配置され、細胞、胞子、ウイルスまたは微生物の溶解を容易にする。適した超音波ホーンは、53 Church Hill,Newton,Connecticut 06470−1614,U.S.Aにオフィスを有するSonics & Materials,Inc.から市販されている。あるいは、この超音波変換器は、圧電円板または壁28に連結され得る任意の他のタイプの超音波変換器を包含し得る。加えて、ビーズ(例えば、ガラスビーズまたはポリスチレンビーズ)が、好ましくは溶解チャンバー30中で攪拌され、細胞、胞子、ウイルスまたは微生物を破裂させる。壁28に対して振動する変換器16によって作り出される圧力波または圧力振動は、そのビーズをその溶解チャンバー内で弾道的な動作で動かし、破裂を引き起こす。超音波変換器を使用するこれらの実施形態において、上記溶解緩衝液は、超音波透過媒体(例えば、脱イオン水)であるべきである。この溶解緩衝液としてはまた、溶解を補助するための1以上の溶解剤が挙げられ得る。現在好ましい実施形態において、上記壁28は、2001年10月4日に出願された同時係属中の米国特許出願第09/972,221号(この開示は、本明細書中に参考として援用される)に記載されるように、屈折可能なプラスチック壁である。
図9Hおよび図9HHにおいて、上記弁16が回転され、第2の外部ポート46を、試薬チャンバー78と流体連通させるように配置させ、そしてピストン54が下向きに押され、溶解チャンバー30における溶解物を試薬チャンバー78に溶出させる。この試薬チャンバー78は、好ましくは、サンプル調製コントロールのマーカー核酸配列および1つ以上の標的核酸配列(この配列についてサンプルは試験されている)を増幅および検出するための全ての必要な核酸増幅試薬およびプローブ(例えば、酵素、プライマー、および蛍光プローブ)を含む。任意の過剰の溶解物は、図9Iおよび図9IIに示されるように、弁16が回転されてポート46を廃棄チャンバー64と流体連通するように配置した後に、第2の外部ポート46を介して廃棄チャンバー64に分配される。溶解チャンバー30において放出された核酸を含む溶解物は、ついで、試薬チャンバー78において混合される。これは、図9Jおよび図9JJに示されるように、流体交換チャンバー50を、試薬チャンバー78と流体連通するように配置させ、そしてピストン54を上下に動かすことによって実施される。例えば処理領域30においてフィルターを通す、混合物の,トグリング(toggling)は、フィルターに捕捉されたより大きな粒子を一時的にそこから動かし、より小さな粒子を通過させる。
サンプル調製コントロールのマーカー核酸配列および1つ以上の標的核酸配列(これに対してサンプルが試験される)を増幅および検出するための試薬およびプローブは、好ましくは、液体中に速やかに溶解可能な凍結乾燥ビーズまたは乾燥した(dried−down)ビーズ中で、チャンバー78において保管される。そのようなビーズを作製するための方法は当該分野で周知であり、米国特許第5,593,824号および2003年9月25日に出願された同時係属中の米国特許出願第10/672,266号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)に記載されている。代替の実施形態において、その試薬およびプローブは、反応管18の反応チャンバー中に保管される。
図9K、9KKおよび9K’K’において、上記弁16が回転されて、第1の外部ポート42を、反応管18に連結された第1の分岐84と流体連通するように配置させ、一方その反応管18に連結された第2の分岐86はクロスカバーの溝56と流体連通するように配置される。第1の分岐84および第2の分岐86は、弁16の軸52から異なる半径に配置され、第1の分岐84は第1の外部ポート42と共通の半径を有し、そして第2の分岐86は、クロスカバーの溝56と共通の半径を有する。このクロスカバーの溝56もまた、試薬チャンバー78と流体連通しており(図9K)、そして試薬チャンバー78と第2の分岐86との間の間隙を橋渡しして、それらの間にクロスカバー流れを提供するように機能する。この外部ポートは、軸から外部ポート半径の範囲内に配置され、このクロスカバーの溝は、軸からクロスカバーの溝半径の範囲内に配置される。ここで、その外部ポート半径およびクロスカバーの溝半径は、重複しない。外部ポート42、46の半径とは異なる半径にクロスカバーの溝56を配置することは有利である。なぜなら、それが弁16の回転式の動きの結果として、弁16と外部ポート42、46の半径でのハウジング12との間の表面付近の領域に存在し得る混入物による、クロスカバーの溝56の二次汚染を回避するからである。従って、外部ポート42、46の半径が重複するものを含む、クロスカバーの溝の他の構成が使用され得るが、示される実施形態が、そのクロスカバーの溝56を弁16と外部ポート42、46の半径でのハウジング12との間の表面付近からの汚染から隔離する好ましい配置である。
反応管18を満たすために、上記ピストン54が上向きに引っ張られ、試薬チャンバー78における反応混合物を、クロスカバーの溝56および第2の分岐86を通して反応管18にくみ上げる。次いでこの弁16が回転され、図9Lおよび図9LLに示されるように、第2の外部ポート46を、第1の分岐84と流体連通し、第1の外部ポート42と近接するように配置する。ピストン54が下向きに押され、反応管18内の反応混合物を加圧する。この反応管18は、核酸増幅および検出のために反応混合物を保持するための反応チャンバーを有する。この反応チャンバーは、核酸の増幅および検出を実施するために、熱反応スリーブ内に挿入され得る。2つの分岐84、86により、反応管18の反応チャンバーの充填および排出が可能になる。この管は、超音波溶接、機械的連結などによってハウジング12に連結されてもよいし、例えば鋳造によってハウジング12と一体化して形成されてもよい。
反応管18の反応チャンバーにおける反応混合物は、核酸増幅条件に供される。反応を使用するRNAまたはDNAテンプレートの増幅は周知である(例えば、米国特許第4,683,195号および同第4,683,202号;PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications(Innisら編、1990)を参照のこと)。熱安定性の酵素を使用するPCRによって核酸を増幅および検出する方法は、米国特許第4,965,188号(これは、本明細書中に参考として援用される)に開示される。DNAのPCR増幅は、DNAの熱変性、2つのオリゴヌクレオチドプライマーの増幅されるべきDNAセグメントに隣接する配列へのアニーリング、およびDNAポリメラーゼでのそのアニーリングしたプライマーの伸長のサイクルの繰り返しを包含する。このプライマーは、標的配列の対向する鎖にハイブリダイズし、ポリメラーゼによるDNA合成がそのプライマー間の領域を横切るように向けられ、DNAセグメントの量を効率的に倍加させる。さらに、伸長産物もまたプライマーに相補的で結合可能であるので、連続的なサイクルの各々が、先のサイクルで合成されたDNAの量を実質的に倍加させる。これは、サイクル当たり2n(ここで、nはサイクル数)の速度で、特異的標的フラグメントの指数関数的な蓄積をもたらす。ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)およびリガーゼ連鎖反応(LCR)のような方法が、mRNAから、cDNAから、ゲノムライブラリまたはcDNAライブラリから、標的DNA配列の核酸配列を直接的に増幅するのに使用され得る。
等温増幅反応もまた公知であり、本発明の方法に従って使用され得る。等温増幅反応の例としては、鎖置換増幅(SDA)(Walkerら、Nucleic Acids Res.20(7):1691−6(1992);Walker PCR Methods Appl 3(1):1−6(1993))、転写媒介増幅(Phyfferら、J.Clin.Microbiol.34:834−841(1996);Vuorinenら、J.Clin.Microbiol.33:1856−1859(1995))、核酸配列ベースの増幅(NASBA)(Compton,Nature 350(6313):91−2(1991)、回転サイクル増幅(rolling circle amplification)(RCA)(Lisby,Mol.Biotechnol.12(l):75−99(1999));Hatchら、Genet.Anal.15(2):35−40(1999))および分岐DNAシグナル増幅(branched DNA signal amplification)(bDNA)(例えば、Iqbalら、Mol.Cell Probes 13(4):315−320(1999)を参照のこと)が挙げられる。当業者に公知な他の増幅方法としてはCPR(サイクリングプローブ反応;Cycling Probe Reaction)、SSR(自立配列複製;Self−Sustained Sequence Replication)、SDA(鎖置換増幅;Strand Displacement Amplification)、QBR(Qβ複製;Q−Beta Replicase)、Re−AMP(以前はRAMP)、RCR(修復鎖反応;Repair Chain Reaction)、TAS(転写ベース増幅系;Transcription Based Amplification System)およびHCSが挙げられる。
上記核酸増幅反応は、好ましくは、反応管18において反応混合物をその増幅反応に必要な温度に加熱および/または冷却する熱処理器具を使用して実施される。この熱処理器具もまた、必要に応じて、上記サンプル調製コントロールのマーカー核酸配列および上記1つ以上の標的核酸配列(これについて、サンプルが試験されている)を検出するための1つ以上の検出機構を備え得る。反応管18において核酸配列を増幅および検出するための、光学検出器中に備えられた(with built in)好ましい熱処理器具が、同一人に譲渡された米国特許第6,369,893号および同第6,391,541号に記載されている(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)。反応混合物の温度を制御し、本発明に適した反応混合物における核酸配列を検出するための多くの他の公知の方法もまた存在する。例えば、核酸増幅および検出のための他の機器は、例えば米国特許第5,958,349号;同第5,656,493号;同5,333,675号;同5,455,175号;同5,589,136号および同5,935,522号に記載されている。
上記サンプル調製コントロールの上記マーカー核酸配列および1つ以上の標的核酸配列(それに対してそのサンプルは試験されている)の検出は、好ましくは、プローブを使用して実施される。上記反応管18は、好ましくは、1つ以上の透明な壁または光透過性の壁を有し、これらの壁を通ってそのプローブからのシグナルが必要に応じて検出され得る。好ましくは、ハイブリダイゼーションプローブが、上記核酸配列を検出および定量するために使用される。核酸ハイブリダイゼーションプローブを用いる多くの他のタイプのアッセイが存在する。これらのプローブのうちのいくつかは、別の分子または部分とのその相互作用の変化に起因して蛍光団の蛍光の変化によりシグナルを生成する。代表的には、その相互作用はほぼ、その蛍光団と、その相互作用する分子または部分との間の距離の変化によってもたらされる。これらのアッセイは、蛍光共鳴エネルギー転移、または「FRET」に依存する。FRETは、第1の蛍光団を、相互作用する共鳴エネルギーアクセプター(別の蛍光団またはクエンチャー)から隔離している距離における変化によって引き起こされる蛍光の変化を利用する。蛍光団と、相互作用する分子または部分(失活させる分子または部分を含む)との組み合わせは、「FRET対」として公知である。FRET対相互作用の機構は、そのペアの一方のメンバーの吸収スペクトルが、他の分子(第1の蛍光団)の放出スペクトルと重複することを必要とする。この相互作用する分子または部分がクエンチャーである場合、そのクエンチャーの吸収スペクトルは、蛍光団の放出スペクトルと重複しなければならない。Stryer,L.,Ann.Rev.Biochem.1978,47:819−846;BIOPHYSICAL CHEMISTRY 第II部,Techniques for the Study of Biological Structure and Function,(C.R.CantorおよびP.R.Schimmel編、1980)448−455頁、ならびにSelvin,P.R.,Methods in Enzymology 246:300−335(1995)を参照のこと。効率的な、またはかなりの程度のFRET相互作用は、上記対の吸収スペクトルおよび放出スペクトルが大きな程度の重複を有することを必要とする。FRET相互作用の有効性はその重複に、直線的に比例する。Haugland,R.P.,Yguerabide,Jr.およびStryer,L.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 63:24−30(1969)を参照のこと。非FRETプローブもまた、記載されている。例えば、米国特許第6,150,097号を参照のこと。
増幅産物の検出のための別の好ましい方法は、5’ヌクレアーゼPCRアッセイ(Taqman(登録商標)アッセイとも呼ばれる)である(Hollandら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88:7276−7280(1991);Leeら、Nucleic Acids Res.21:3761−3766(1993))。このアッセイは、増幅反応の間に、二重に標識された蛍光発生プローブ(「Taqman(登録商標)」)のハイブリダイゼーションおよび切断による、特定のPCR産物の蓄積を検出する。この蛍光発生プローブは、蛍光リポーター色素およびクエンチャー色素の両方から構成される。PCRの間に、このプローブは、それが増幅されるべきセグメントにハイブリダイズする場合に(そしてその場合にのみ)、DNAポリメラーゼの5’−エクソヌクレアーゼ活性によって切断される。プローブの切断は、レポーター色素の蛍光強度の増加を生じる。
エネルギー転移の使用に依存する増幅産物の別の検出方法は、TyagiおよびKramer(Nature Biotech.14:303−309(1996))に記載される「ビーコンプローブ」の使用であり、これはまた、米国特許第5,119,801号および同第5,312,728号の主題でもある。この方法は、ヘアピン構造を形成し得るオリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションプローブを利用する。そのハイブリダイゼーションプローブの一端(5’末端または3’末端のいずれか)に、ドナー蛍光団が存在し、そしてその他端に、アクセプター部分が存在する。上記TyagiおよびKramerの方法においては、このアクセプター部分はクエンチャーであり、すなわちこのアクセプターは、そのドナーから放出されたエネルギーを吸収するが、そこでそれ自体が蛍光を発しはしない。従って、このビーコンが開いた立体配座にある場合は、そのドナー蛍光団の蛍光は検出可能であり、一方そのビーコンがヘアピン(閉じた)立体構造にある場合は、そのドナー蛍光団の蛍光は消光している。PCRにおいて用いられる場合は、その分子ビーコンプローブ(PCR産物の鎖のうちの1つにハイブリダイズする)は、「開いた立体配座」にあり、その蛍光が検出されが、ハイブリダイズしないまま残っているビーコンプローブは蛍光を発しない(TyagiおよびKramer,Nature Biotechnol.14:303−306(1996))。結果として、蛍光の量は、PCR産物の量が増加するに連れて増加し、そしてそれゆえ、PCRの進行の測りとして使用される。
サンプルにおける標的核酸の検出、またはそれが検出されないことについて自信をもつために、サンプル調製の完全性を制御しなければならない。これは、そのサンプル調製コントロールが、サンプルにおける標的物(例えば、標的配列を含む標的細胞、胞子、ウイルスまたは微生物)と同じサンプル処理に供されるからである。そのサンプル調製コントロールのマーカー核酸配列が検出される場合は、そのサンプル調製は十分であるとみなされる。そのマーカー核酸配列の存在が検出され得ない場合には、そのサンプル調製は不十分であるとみなされ、標的核酸配列に対する試験の結果は「未解決」とみなされる。好ましくは、そのマーカー核酸配列の存在または非存在は、そのマーカー核酸配列に結合することが出来るハイブリダイゼーションプローブ由来のシグナルが、閾値レベル(例えば、そのアッセイが有効だとみなされるために満たされるかまたは超えられなければならない所定の蛍光閾値)を超えるか否かを決定することによって検出される。
図3〜8の弁16を操作するために、ステッパーモーターのようなモーターが、代表的に、円板部分22の鋸歯状の周辺29に連結され、高い正確性を伴って流体を分配するためにハウジング12に対して弁16を回転させる。このモーターは、望ましいプロトコルに従って、コンピューター制御され得る。リニアモーターなどが代表的に、正確な計測を提供するためにピストン54を正確に上下に駆動し、これもまた望ましいプロトコルに従ってコンピューター制御され得る。
単一の弁の使用は、1つの欠陥要素のみしか存在しないことに起因して、高い製造収率をもたらす。流体コントロールおよび処理構成要素の集中は、コンパクトな装置(例えば、小さなカートリッジの形態)をもたらし、自動での成形およびアセンブリを容易にする。上で議論したように、上記システムは、有利には、希釈および混合能力、中間洗浄能力、および正の加圧能力を備える。そのシステム内の流路は、汚染を最小にし、そしてそのシステムないでの流体の封じ込みおよび制御を容易にするために、通常は閉じられている。反応管は、簡便に取り外し可能かつ交換可能であり、そしていくつかの実施形態においては廃棄可能である。
流体制御および処理システムの構成要素は、使用される流体と適合性の種々の物質であり得る。適した物質の例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、アクリルまたはナイロンのようなポリマー性物質が挙げられる。そのシステムにおける種々のチャンバー、チャネル、ポートなどは、種々の形状およびサイズを有し得る。図10は別の実施形態を示し、この実施形態においてピストンアセンブリ210は、少量の流体を駆動するためのロッド212よりも小さい断面を有するピストンシャフト214に連結されたピストンロッド212を備える。薄いピストンシャフト214は、それが長すぎる場合は、加えられた力で屈曲する。このピストンロッド212は、バレルまたはハウジング216の上側部分に沿って動くが、一方ピストンシャフト214は、バレル216の下側部分に沿って動く。ピストンロッド212の動きは、ピストンシャフト214の動きを導き、屈曲させる力が薄いピストンシャフト214にほとんど伝わらないように、加えられた力の多くを吸収する。
図11は別の実施形態を示し、この実施形態において、上記サンプルは、上記サンプル調製コントロールと混合される前に前濾過される。このサンプルは、好ましくは、デバイスに組み込まれている側面チャンバー220において前濾過される。この側面チャンバー220は、入口ポート222および出口ポート224を備える。この例において、この側面チャンバー220は、入口ポート222に配置されたフィルター226を備える。サンプル流体は、側面濾過(side filtering)のために、入口ポート222を通って側面チャンバー220に入り、出口ポート224を通って出るように流れるように向けられる。これにより、本発明の流体制御デバイスを使用した流体サンプルなどの濾過が可能になる。この流体は、フィルター226によるより良い濾過を達成するために再循環され得る。この前濾過は、サンプルをサンプル調製コントロールと混合する前に、そうしなければデバイスの他の部分を塞ぎ得る粗い物質を除去するのに有用である。このサンプルが前濾過された後は、そのサンプルはサンプル調製コントロールと、例えば図9Cのチャンバー66またはハウジング12の別のチャンバーにおいて混合される。側面チャンバーの使用は、例えば、弁およびデバイスにおける他のチャンバーの汚染を避けるために有利である。
デバイスおよび方法の上述の配置は、本発明の原理の適用を単に例示するのみであり、多くの他の実施形態および改変は、特許請求項の範囲に規定されている精神および範囲から逸脱せずになされ得る。
例えば、回転式の弁カートリッジが好ましい実施形態として記載されているが、本発明のサンプル調製コントロールは、多くの他のカートリッジの設計に適している。代替的なカートリッジの設計は、米国特許第6,391,541号,同第6,440,725号および同第6,168,948号(これらの開示は、本明細書中に参考として援用される)に記載されている。さらに、回転式の弁カートリッジが使用される場合、このカートリッジは、好ましい実施形態に示されたよりも多いかまたは少ないチャンバーを有し得、そして多くの異なるサンプル調製プロトコルが実行され得る。
それゆえ本発明の範囲は、上記の説明を参照して決定されるのではなく、添付の特許請求の範囲をその全体の範囲の等価物と一緒に参照して決定されるべきである
Claims (36)
- 核酸増幅反応のためのサンプルを調製するため、および該サンプル調製の有効性を検証するための方法であって、該サンプルは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択される標的物を含む疑いがあり、該標的物は、少なくとも1つの標的核酸配列を含み、該方法は以下の工程:
a)該サンプルをデバイスに導入する工程であって、該デバイスは、
i)該サンプルとサンプル調製コントロールとを混合するための混合チャンバーであって、該サンプル調製コントロールは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択され、そして該サンプル調製コントロールはマーカー核酸配列を含む、混合チャンバー;
ii)溶解チャンバー;および
iii)反応チャンバー、
を備える、工程;
b)該サンプルと該サンプル調製コントロールとを、該混合チャンバーにおいて混合する工程;
c)該サンプル調製コントロールと、該サンプル中に存在する場合は該標的物とを、該溶解チャンバーでの溶解処理に供する工程;
d)該溶解チャンバー中に放出された核酸を、該反応チャンバー中の核酸増幅条件に供する工程;ならびに
e)該標的核酸配列および該マーカー核酸配列の存在および非存在を検出する工程、
を包含し、該マーカー核酸配列の検出が十分なサンプル調製を示す、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、該溶解チャンバーは固相物質を含み、かつ該方法は、前記サンプル調製コントロールと混合されたサンプルを、前記溶解チャンバーを通して流し、溶解処理の前に、該サンプル調製コントロールと、該サンプル中に存在する場合は前記標的物とを該固相物質に捕捉させる工程をさらに包含する、方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記固相物質は、前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を捕捉するのに十分な孔サイズを有する少なくとも1つのフィルターを含む、方法。
- 請求項3に記載の方法であって、前記サンプルと前記サンプル調製コントロールとを混合する前に、該サンプルを前濾過する工程を包含する、方法。
- 前記溶解処理は、前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を、前記溶解チャンバーの壁面に連結された超音波変換器を使用して超音波エネルギーに供する工程を包含する、請求項3に記載の方法。
- 前記溶解処理が、前記チャンバー中でビーズを攪拌する工程をさらに包含する、請求項5に記載の方法。
- 前記サンプル調製コントロールが胞子である、請求項1に記載の方法。
- 前記混合する工程が、前記サンプル調製コントロールを含む乾燥ビーズを溶解する工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記溶解処理は、前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を、前記溶解チャンバーの壁面に連結された超音波変換器を使用して超音波エネルギーに供する工程を包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記溶解処理は、前記チャンバー中でビーズを攪拌し、前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を破裂させる工程をさらに包含する、請求項9に記載の方法。
- 前記溶解処理は、化学溶解剤との接触を包含する、請求項1に記載の方法。
- 前記核酸増幅条件は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)条件を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記マーカー核酸配列の存在および非存在が、該マーカー核酸配列に結合可能なプローブ由来のシグナルが閾値レベルを超えるか否かを決定することによって検出される、請求項1に記載の方法。
- 核酸増幅反応のためのサンプルを調製するため、および該サンプル調製の有効性を検証するためのデバイスであって、該サンプルは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択される標的物を含む疑いがあり、該標的物は、少なくとも1つの標的核酸配列を含み、該デバイスは、以下:
a)該サンプルと混合されるサンプル調製コントロールを含む第1のチャンバーであって、該サンプル調製コントロールは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択され、そして該サンプル調製コントロールは、マーカー核酸配列を含む、第1のチャンバー;
b)該サンプル調製コントロールと、該サンプル中に存在する場合は該標的物とを溶解処理に供し、該サンプル調製コントロールおよび該標的物から核酸を放出させるための溶解チャンバー;
c)増幅および検出のために該核酸を保持するための反応チャンバー;ならびに
d)該サンプル調製コントロールと混合された該サンプルを、該第1のチャンバーから該溶解チャンバーに流し、溶解チャンバー中に放出された該核酸を該反応チャンバーに流すための少なくとも1つの流れ制御器、
を有する、本体、
を備え、ここで該デバイスは、さらに該マーカー核酸配列および少なくとも1つの該標的核酸配列を増幅および検出するためのプライマーおよびプローブを含む、デバイス。 - 請求項14に記載のデバイスであって、前記溶解チャンバーは、前記サンプルが該溶解チャンバーを通って流れる際に、前記サンプル調製コントロールと、該サンプル中に存在する場合は前記標的物とを捕捉するための固相物質を含み、該デバイスはさらに、該溶解チャンバーを通って流れた使用済みサンプル流体を受容するための廃棄チャンバーを備え、前記少なくとも1つの流れ制御器はさらに、該溶解チャンバーを通って流れた使用済みサンプル流体を、該廃棄チャンバー内に流れるように向けさせることができる、デバイス。
- 前記固相物質は、前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を捕捉するのに十分な孔サイズを有する少なくとも1つのフィルターを含む、請求項15に記載のデバイス。
- 前記溶解チャンバーを超音波処理するための、前記溶解チャンバーの壁面に連結された超音波変換器をさらに備える、請求項16に記載のデバイス。
- 前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を破裂させるために、前記溶解チャンバー中にビーズを含む、請求項17に記載のデバイス。
- 前記サンプル調製コントロールが胞子である、請求項14に記載のデバイス。
- 前記サンプル調製コントロールは、液体中に溶解可能な乾燥ビーズ中に存在する、請求項14に記載のデバイス。
- 前記プライマーおよびプローブが、前記反応チャンバーにおける乾燥ビーズ中に存在し、該ビーズは流体中に溶解可能である、請求項14に記載のデバイス。
- 前記本体は、前記反応チャンバーと接続された試薬チャンバーを備え、前記プライマーおよびプローブは、前記混合チャンバー中の乾燥ビーズに存在し、該ビーズは液体中に溶解可能である、請求項14に記載のデバイス。
- 前記溶解チャンバーを超音波処理するための、前記溶解チャンバーの壁面に連結された超音波変換器をさらに備える、請求項14に記載のデバイス。
- 前記溶解チャンバー中に、前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を破裂させるためのビーズをさらに含む、請求項23に記載のデバイス。
- 溶解手順の有効性を決定するための方法であって、該方法は、以下:
a)サンプル調製コントロールと、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択される標的物を含む疑いのあるサンプルとを混合する工程であって、該標的物は、少なくとも1つの標的核酸配列を含み、該サンプル調製コントロールは、細胞、胞子、微生物、およびウイルスからなる群より選択され、該サンプル調製コントロールはマーカー配列を含む、工程;
b)該サンプル調製コントロールと、該サンプル中に存在する場合は該標的物との混合物を溶解処理に供する工程;
c)該マーカー核酸配列の存在または非存在を検出し、核酸が該溶解処理の間に該サンプル調製コントロールから放出されたか否かを決定する工程、
を包含し、該マーカー核酸配列の陽性検出が十分な溶解を示す、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、該方法は、前記サンプル調製コントロールと混合されたサンプルを、固相物質を含むチャンバーを通して流し、該サンプル調製コントロールと、該サンプル中に存在する場合は前記標的物とを、溶解処理の前に該固相物質で捕捉する工程を包含する、方法。
- 前記固相物質が、前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を捕捉するのに十分な孔サイズを有する少なくとも1つのフィルターを含む、請求項26に記載の方法。
- 前記サンプルと前記サンプル調製コントロールとを混合する前に、該サンプルを前濾過する工程をさらに包含する、請求項27に記載の方法。
- 前記溶解処理は、前記サンプル調製コントロールおよび前記標的物を、超音波エネルギーに供する工程を包含する、請求項25に記載の方法。
- 前記溶解処理は、前記サンプル調製コントロールおよび標的物を破裂させるために、ビーズを攪拌する工程をさらに包含する、請求項29に記載の方法。
- 前記サンプル調製コントロールは胞子である、請求項25に記載の方法。
- 前記混合する工程が、前記サンプル調製コントロールを含む乾燥ビーズを溶解する工程を包含する、請求項25に記載の方法。
- 前記溶解処理は、化学溶解剤との接触を包含する、請求項25に記載の方法。
- 前記マーカー核酸配列が、該マーカー核酸配列を増幅し、そして該増幅されたマーカー核酸配列を検出することによって検出される、請求項25に記載の方法。
- 前記マーカー核酸配列が、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅される、請求項34に記載の方法。
- 前記増幅されたマーカー核酸配列が、該マーカー核酸配列に結合可能なプローブ由来のシグナルが閾値レベルを超えるか否かを決定することによって検出される、請求項34に記載の方法。
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