JP2014520253A - 好塩基球分析システムおよび方法 - Google Patents

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Abstract

本明細書で提供されるのは、血液試料を分析するシステムおよび方法であり、さらに具体的には、好塩基球分析を行うためのシステムおよび方法である。一実施形態では、システムおよび方法は、(a)血液試料を専用の細胞膜透過性蛍光染料で染色すること;および、次に(b)光散乱および蛍光発光の測定を使って、好塩基球を他のWBC亜集団から識別することを含む。一実施形態では、システムおよび方法は、光散乱および蛍光測定値の組み合わせに基づいて、血液試料の好塩基球クラスター分析を行うことを含む。
【選択図】図8

Description

関連出願への相互参照
本出願は、35合衆国法典.§119(e)に基づき、2011年5月4日出願の「好塩基球の検出および分析方法(Method For Detecting and Analyzing Basophils)」と題する米国特許仮出願第61/482,549号の利益を主張する。この特許の全開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
また、本出願は、2012年4月26日に出願の「白血球分析システムおよび方法(WHITE BLOOD CELL ANALYSIS SYSTEM AND METHOD)」と題する出願番号第xx/xxx、xxx号(Atty Dkt No:ADDV−016(11040USO1));および2012年4月26日出願の「有核赤血球の分析システムおよび方法(NUCLEATED RED BLOOD CELL ANALYSIS SYSTEM AND METHOD)」と題する出願番号第xx/xxx、xxx号(Atty Dkt No:ADDV−017(11041USO1))に関する。これらの特許の全開示は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
本発明は、血液検査システムおよび方法に関する。さらに具体的には、本発明は、血液試料を分析し、血液試料中の好塩基球を同定、分類、および/または定量するシステムおよび方法に関する。
好塩基球は、白血球(WBC)亜集団で、正常な血液試料の全WBC数の1%以下である。好塩基球は、極めて希なWBCの亜集団である。臨床的には、好塩基球は、主に特定の炎症性およびアレルギー反応に関与する。好塩基球は、ヒスタミン、セロトニン、およびヘパリン等の免疫系メディエーターを放出し、血液の流れを助け、血液凝固を防ぐ。
従来は、好塩基球は、血液試料標本を含む顕微鏡スライドの検査により、手作業での確認および計数されている。しかし、好塩基球が、他のWBC亜集団に比べて上述のように低い濃度であるため、手作業のスライド検査の精密さと正確さは疑わしい。さらに、よく訓練された衛生検査技師の必要性、および、その労働関連コストにより、スライド手作業の検査がさらに商業的に成り立ちにくくなっている。
好塩基球検出の代替技術には、フローサイトメトリー分析システムでの抗体の使用が含まれる。多くの抗体、例えば、CD203c、CD63およびFCεR1が、好塩基球表面抗原に感受性があり、特異的であることがわかった。しかし、好塩基球抗体アッセイ、長い試料調製および測定プロセスのコスト、およびフローサイトメトリーの経験を有する認定された衛生検査技師の必要性、によって、フローサイトメトリーアッセイ方法は、ほとんどの病院および研究室で、採用されていない。
代わりに、好塩基球は、通常、自動化5分類識別血液分析器による「一番良い推量(best guess)」見積もりとして報告される。実際に、正確で効率的な好塩基球アッセイの開発努力は続けられており、その理由は、以下による:(1)、試料吸引、試料−試薬相互作用およびインキュベーション、ならびに試料測定を含め、各血液試料は、1分未満の時間で分析されるが、これは好塩基球同定の時間としては不十分である;(2)大抵の血液試料中で1%未満の好塩基球イベント数である;(3)好塩基球およびリンパ球が類似の光学散乱特性を共有し、この結果、誤同定の可能性が増加する;および(4)好塩基球特異的設計のアッセイが、システムの複雑さとコストを大きく増やすことになる。
本明細書で提供されるのは、血液試料を分析するシステムおよび方法、さらに具体的には、好塩基球分析を行うシステムおよび方法である。一実施形態では、システムおよび方法は、(a)血液試料を専用の細胞膜透過性蛍光染料で染色すること;およびその後(b)光散乱および蛍光発光の測定を使って、他のWBC亜集団から好塩基球を識別すること、を含む。一実施形態では、システムおよび方法は、光散乱および蛍光測定値の組み合わせに基づいて、血液試料の好塩基球クラスター分析を行うことを含む。
本明細書に組み込まれる付随する図は、明細書の一部を構成する。この記述された説明と一緒に、図は、提示されたシステムおよび方法の原理を説明しており、当業者がこのシステムと方法を作成、使用できるようにするためにさらに有用である。図中、類似の参照番号は、同じか、または機能的に類似の要素を示している。
は、血液分析器を示す模式図である。 は、第1の血液試料(試料1)の90°偏光側方散乱対中間角散乱のサイトグラムである。 は、試料1の軸方向光損失対中間角散乱のサイトグラムである。 は、第2の血液試料(試料2)の90°偏光側方散乱対中間角散乱のサイトグラムである。 は、試料2の軸方向光損失対中間角散乱のサイトグラムである。 は、試料1の蛍光対中間角散乱のリンパ球および好塩基球を示すサイトグラムである。 は、試料2の蛍光対中間角散乱のリンパ球および好塩基球を示すサイトグラムである。 は、試料1の90°偏光側方散乱対中間角散乱のサイトグラムである。 は、試料1の軸方向光損失対中間角散乱のサイトグラムである。 は、試料1の蛍光対中間角散乱のサイトグラムである。 は、試料2の90°偏光側方散乱対中間角散乱のサイトグラムである。 は、試料2の軸方向光損失対中間角散乱のサイトグラムである。 は、試料2の蛍光対中間角散乱のサイトグラムである。 は、手作業のゲーティングで分析された好塩基球のパーセンテージ対フローサイトメトリーで測定された好塩基球パーセンテージの相関を示すプロットである。 は、クラスタリングで分析された好塩基球のパーセンテージ対フローサイトメトリーで測定された好塩基球パーセンテージの相関を示すプロットである。
発明の詳細な説明
本明細書で提供されるのは、血液試料を分析するシステムおよび方法、さらに具体的には、好塩基球分析を行い、血液試料中の好塩基球を同定、分類、および計数するシステムおよび方法である。一実施形態では、システムおよび方法は、一般的には、(a)血液試料を専用の細胞膜透過性蛍光染料で染色すること;およびその後、(b)光散乱および蛍光発光の測定を使って、他の白血球(WBC)亜集団から好塩基球を識別することを含む。さらに具体的には、例示実施形態は、血液試料内の粒子を励起するように配置された励起源;光散乱および蛍光発光を測定するように配置された複数の検出器;ならびに(a)光散乱および蛍光発光の測定値を受けるように、および(b)受けた測定値に基づいて、血液試料の好塩基球クラスター分析を行うように構成されたプロセッサ、を有する血液分析器を含む。好塩基球クラスター分析は、受けた測定値の「粗(coarse)」クラスタリング、続けて、受けた測定値の「密(fine)」クラスタリングを含むことができる。密クラスタリングは、類似のクラスターを組み合わせるための決定要因として多次元確率距離尺度を利用できる。
一実施形態では、システムおよび方法は、蛍光染色および蛍光トリガー戦略を使った核含有イベント対.非核含有イベントの選別を含む。従って、不溶解の赤血球(RBC)、例えば、溶解抵抗性赤血球(rstRBC)、およびRBC断片、からの干渉は、その後の分析の前に、実質的に除去される。換言すれば、本明細書記載のシステムおよび方法は、少なくとも1つの蛍光染料および蛍光トリガーシステムを利用して核含有イベントを選別し、それにより、正確に、信頼性高く、WBC(およびWBC亜集団)を同定し、定量する。次に、光散乱情報および蛍光情報の組み合わせを使用して、WBC亜集団、および好塩基球をさらに厳密に分離する。開示システムおよび方法は、それにより、好塩基球の正確な計数および識別を確実にする。
(1)分析のために複数の光学チャネルおよび少なくとも1つの蛍光チャネルの使用
一実施形態では、血液試料分析は、蛍光情報を強化した多角偏光散乱分離技術(MAPSS)を使って行われる。フローセルを通過する各血液細胞による光散乱を検出するには、少なくとも1つのフォトダイオード、または少なくとも1つの光電子増倍管、または少なくとも1つのフォトダイオードおよび少なくとも1つの光電子増倍管の両方が、必要である。2つ以上のフォトダイオードを使って、約0°散乱を測定する軸方向光損失(ALL)シグナル、および、低角(例えば、約3°〜約15°)散乱を測定する中間角散乱(IAS)シグナルを測定する。2つ以上の光電子増倍管を使って、90°偏光側方散乱(PSS)シグナルおよび90°偏光解消側方散乱(DSS)シグナルを検出する。適切な波長範囲内の蛍光(FL1)測定のためには、光源の波長の選択に応じて、追加の光電子増倍管が必要である。システムで捕捉された各イベントは、このように、複数の特性情報、例えば、ALL、IAS(1つまたは複数のチャネル)、PSS、DSS、および蛍光(1つまたは複数のチャネル)を示す。これらの検出チャネル由来の情報を使って、さらなる血液細胞の分析を行う。
図1は、血液分析に適する装置(フローサイトメトリーを含む)の照射および検出光学系を模式図で示す。図1を参照すると、装置10は、光源12、ビームを曲げるための前面ミラー14および背面ミラー16、第1の円柱状レンズ20および第2の円柱状レンズ22を含むビーム拡大器モジュール18、焦点レンズ24、ビーム微調整器26、フローセル28、前方散乱レンズ30、ブルズアイ検出器32、第1の光電子増倍管34、第2の光電子増倍管36、および第3の光電子増倍管38、を含む。ブルズアイ検出器32は、0°光散乱用内側検出器32aおよび7°光散乱用外側検出器32bを持つ。
以下の考察では、光源は、好ましくは、レーザーである。別の実施形態では、約350nm〜約700nmの間の波長で発光するレーザーが選択される;例えば、一実施形態では、約488nmで発光するレーザーが使われる。光源12は、Coherent、Inc.、Santa Clara、CAから市販されている垂直偏光空冷Coherent Cube laser、であってもよい。350nm〜700nmの範囲の波長のレーザーを使用できる。レーザー用操作条件は、「CELL−DYN」自動化血液分析器で現在使っているものと実質的に類似である。しかし、他の光源、例えば、ランプ(例えば、水銀、キセノン)も使用可能である。
フローセル、レンズ、焦点レンズ、ビーム微調整機構およびレーザー焦点レンズに関する追加の詳細は、米国特許第5,631,165号で見つけることができる。この特許は参照により、特に、カラム41、行32からカラム43、行11までが、本明細書に組み込まれる。図1の前方光路システムは、球形平凸レンズ30およびレンズの後焦点面に位置する2素子フォトダイオード検出器32を含む。この構成では、2素子フォトダイオード検出器32内の各点は、フローセル28を通過する細胞由来の特定の光収集角度に位置づけられる。検出器32は、軸方向光損失(ALL)および中間角前方散乱(IAS)を検出できるブルズアイ検出器であってもよい。米国特許第5,631,165号は、カラム43、行12〜52に、この検出器の種々の代替装置について記載している。
第1の光電子増倍管34(PMT1)は、偏光解消側方散乱(DSS)を測定する。第2の光電子増倍管36(PMT2)は、偏光側方散乱(PSS)を測定し、第3の光電子増倍管38(PMT3)は、選択蛍光染料および採用光源に応じて、約360nm〜約750nmの蛍光発光を測定する。一実施形態では、PMT3は、約440nm〜約680nm、さらに厳密には、約500nm〜約550nmからの蛍光発光を測定する。光電子増倍管は、広い範囲の波長の蛍光シグナルを集め、シグナル強度を強くする。側方散乱および蛍光発光は、効率的に必要な波長で伝達および反射し効率的な検出を可能とする二色性ビームスプリッター40および42により、これらの光電子増倍管の方に向けられる。米国特許第5,631,165号は、カラム43、行53からカラム44、行4に、光電子増倍管に関して種々の追加の詳細について記載している。
液浸集光(immersion collection)システムを使って蛍光を測定する場合、感度は、光電子増倍管34、36、および38で高められる。液浸集光システムは、第1のレンズ30を、屈折率整合層を使ってフローセル28に光学的に結合させ、広い角度にわたって光の収集を可能とするものである。米国特許第5,631,165号は、カラム44、行5〜31で、この光学系の種々の追加の詳細について記載している。
集光レンズ44は、高解像度顕微鏡で使われる回折限界画像処理に対し充分な収差補正を有する光学的レンズシステムである。米国特許第5,631,165号は、カラム44、行32〜60で、この光学系の種々の追加の詳細について記載している。
図1の他の部品、すなわち、スリット46、視野レンズ48、および第2のスリット50の機能は、米国特許第5,631,165号のカラム44、行63〜カラム45、行26に記載されている。光電子増倍管の光路中に挿入され、検出光の波長もしくは偏光または波長と偏光の両方を変える光学フィルター52または56および偏光子52または56についても、米国特許第5,631,165号のカラム44、行63〜カラム45、行26に記載されている。本明細書での使用に適する光学的フィルターには、帯域フィルターおよびロングパスフィルターが含まれる。
光電子増倍管34、36、および38は、側方散乱(軸が入射レーザービームにおよそ直角である円錐体中で散乱された光)または蛍光(入射レーザービームの波長とは違う波長での細胞からの光発光)を検出する。
米国特許第5,631,165号の選択された部分は、上記で参照しているが、米国特許第5,631,165号は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
(2)蛍光染料の使用
WBCは、それらの核中に比較的高い濃度のDNAを含む。適切に設計されれば、蛍光染料は、異なるWBCの亜集団の間で識別するために使用できる。例えば、リンパ球および好塩基球は、類似の光散乱特性を有するにも関わらず、異なる蛍光の特色を有する。さらに、成熟RBCは、DNAを含んでいない。従って、蛍光染料は、血液細胞集団の間で識別するように選択できる。染料の目的は、生細胞中に容易に侵入し、高親和性でDNAと結合し、染料が適切な光源により励起される時、適切なストークスシフトを有する強力な蛍光を発光することである。可視バンド中の染料のピーク吸収は、染料を正確に励起し、最適な結果を得るために、実質的に光源の波長に一致させうる(光源の波長の50nm以内、より好ましくは、光源の波長の25nm以内で)。
選択蛍光染料は、好ましくは、1)核酸に結合できる、2)WBCおよびnRBCの細胞膜に侵入できる、3)光源にさらした場合、選択波長で励起可能である、4)光源による励起時、蛍光を発光する、および、5)生体安定性で、体液に可溶である。染料は、アクリジンオレンジ、SYBR11、SYBR Greenシリーズ染料、ヨウ化ヘキシジウム、SYTO11、SYTO12、SYTO13、SYTO14、SYTO16、SYTO21、SYTO RNA Select、SYTO24、SYTO25およびこれらのいずれかの等価物、からなる群から選択できる。染料を使って、WBCおよびnRBCを「活性化(activate)」し、血液分析器中で形成された蛍光トリガーに基づいて、非溶解RBCおよびRBCの断片を「選別除去する(screen out)」そしてWBCの亜集団間を識別する。染料は、典型的な例では、約0.1ng/mL〜約0.1mg/mLの濃度で存在する。種々の染料が利用可能であるが、選択染料は、通常、血液分析器の励起源と対になり、ただ1つの専用の染料を使って、同定、定量、および/または分析する対象のnRBCおよび全WBC亜集団の染色および蛍光発光の励起を行う。従って、ただ1つの(すなわち、専用の)染料を使って、他のすべてのWBC亜集団の中でも特に好塩基球を瞬時に同定、定量、および分析できる。
一実施形態では、蛍光染料は、1,000x10細胞/μlまで染色および活性化を実行できるのに十分な量の、1)少なくとも1つの界面活性剤、2)少なくとも1つの緩衝液、3)少なくとも1つの塩、および/または4)少なくとも1つの抗菌剤と組み合わせた試薬で提供される。少なくとも1つの界面活性剤、例えば、「トリトン」X−100またはサポニンを使って、RBCの膜を破壊し、RBCの断片の寸法を小さくする。少なくとも1つの界面活性剤は、典型的な例では、約0.001%〜約5%の濃度で存在する。少なくとも1つの抗菌剤、例えば、「TRIADINE」または「PROCLIN」ファミリー由来のもの、を使って、試薬の微生物による汚染を防ぐ。少なくとも1つの抗菌剤の濃度は、必要な保存可能期間の間、試薬を保存するのに充分な濃度である。少なくとも1つの緩衝液、例えば、燐酸塩緩衝食塩水(PBS)または4−(2−ヒドロキシエチル)−l−ピペラジンエタンスルホン酸(HEPES)を使って、RBCおよび貯蔵WBCの溶解を制御するために、反応混合物のpHを調節する。少なくとも1つの緩衝液は、典型的な例では、約0.01%〜約3%の濃度で存在する。pHは、典型的な例では、約3〜約12の範囲である。少なくとも1つの塩、例えば、NaClまたはNaSOを使って、浸透圧を調節し、溶解の効果を高める、および/またはWBC残存を最適化する。少なくとも1つの塩は、約0.01%〜約3%の濃度で存在してもよい。ある場合では、少なくとも1つの緩衝液は、少なくとも1つの塩としての役割を果たすことができ、または少なくとも1つの塩は、少なくとも1つの緩衝液としての役割を果たすことができる。
一般的に、より低い浸透圧、または低張性を使って、RBCの溶解を加速する。浸透圧は、典型的な例では、浸透圧は、典型的な例では、約20〜約250mOsmの範囲である。RBCの溶解は、血液試料および試薬を約35容量部の試薬に対し、約1容量部の試料の比率で混合後、室温を超える温度(例えば、約30℃〜約50℃の間、例えば、約40℃)で、比較的短い時間で(例えば、約25秒未満で、約17秒未満で、または約9秒未満ででも)起こさせることができる。
上記のように、通常、分析用散乱および蛍光データは、複数の光学チャネルおよび少なくとも1つの蛍光チャネルで集められる。
(3)蛍光トリガーの使用
血液細胞は、光源による蛍光染料の励起時に異なる大きさの蛍光シグナルを発光する。蛍光シグナルの大きさの差異は、細胞内の核酸、すなわち、DNAの量から生じる。DNAの量が大きくなればなるほど、高い蛍光シグナルの可能性が大きくなる。また、細胞膜の浸透、染料の寸法、染料およびDNAの間の結合動力学、染料およびDNAの間の親和性、ならびに他の因子の効力は、蛍光シグナルに影響する。成熟RBCは、最小の蛍光シグナルを発光する。理由は、成熟RBC内にはDNAがないからである。非溶解RBCまたはRBC断片は、蛍光を発光しないが、非常に弱い自己蛍光を発光できる。また、好塩基球は、リンパ球とは違った蛍光発光特性を有することが示された。
従って、本明細書に提示のシステムおよび方法は、WBCおよびWBC亜集団を集め分析するための蛍光トリガーを使用する。一実施形態では、好塩基球/リンパ球識別に先立ち、蛍光トリガーは、RBCからのシグナルおよびWBC(および、存在する場合は、nRBC)からのシグナルの間に設定される。次に、集められた光学および蛍光情報を使って、WBC亜集団を識別(または鑑別)できる。例えば、2次元サイトグラムを使って、粒子を同定および識別できる。
本明細書で使われる表現の「蛍光情報」は、血液分析器の蛍光チャネルから集められたデータを意味する。本明細書で使われる表現の「蛍光チャネル」は、試料から発光された蛍光の量の測定のために適切な波長バンド用に設定された検出装置、例えば、光電子増倍管を意味する。
図2Aは、約1.6%好塩基球を含む第1の血液試料(試料1)の90°偏光側方散乱(PSS)対.中間角散乱(IAS)のサイトグラムである。図2Bは、試料1の軸方向光損失(ALL)対.IASのサイトグラムである。好塩基球100は、残りのWBC亜集団から手作業のゲーティングにより分離された。図3Aは、約0.2%好塩基球を含む第2の血液試料(試料2)のPSS対.IASのサイトグラムである。図3Bは、試料2のALL対.IASのサイトグラムである。好塩基球100は、残りのWBC亜集団から手作業のゲーティングにより分離された。図2A、2B、3A、および3Bは、小角側方散乱(すなわち、IAS、3°〜15°)および前方散乱(すなわち、ALL、0°〜2°)を使って分離できることを示す。
図4は、試料1の蛍光(FL1)対.IASのサイトグラムである。リンパ球200、好塩基球100、および残渣単球300のみが、サイトグラム中で示されている。図5は、試料2のFL1対.IASのサイトグラムである。リンパ球200、好塩基球100、および残渣単球300のみがサイトグラム中で示されている。図4および5は、蛍光染料染色が、1つまたは複数の蛍光特性により、WBC亜集団(例えば、リンパ球)からの好塩基球のさらなる分離を可能とすることを示す。このような分離は、異なるWBC亜集団の中での膜、DNA含量、および予想される染色効率の効力の差異の結果である。例えば、アクリジンオレンジ(3μg/mL)を含むWBC試薬を使って、40℃の温度で、25秒間のWBCの処理は、一般的に、より高いリンパ球のFL1シグナル、およびより低い好塩基球のFL1シグナルを生ずる。従って、好塩基球の同定および定量化は、このようなWBC試薬を使ってさらに促進できる。換言すれば、WBC試薬が、好塩基球に、リンパ球(または他のWBC亜集団)により発光される蛍光とは異なる大きさで蛍光を発光させる場合、好塩基球は、蛍光発光シグナルを使ってリンパ球から分離されうる。
図6A〜6Cおよび7A〜7Cを参照して、さらなる結果を示す。例えば、図6A、6B、6C、は、試料1に対し複数の特性(すなわち、2つ以上の特性(例えば、5つの特性))を使った好塩基球の分離を示す。さらに具体的には、図6Aは、試料1のPSS対.IASのサイトグラムである。図6Bは、試料1のALL対.IASのサイトグラムである。図6Cは、試料1のFL1対.IASのサイトグラムである。好塩基球100は、クラスタリング分析により、残りのWBCから分離された。図7A、7B、および7Cは、試料2に対し、複数の特性(すなわち、3つ以上の特性(例えば、5つの特性))を使った、好塩基球の分離を示す。さらに具体的には、図7Aは、試料2のPSS対.IASのサイトグラムである。図7Bは、試料2のALL対.IASのサイトグラムである。図7Cは、試料2のFL1対.IASのサイトグラムである。好塩基球100は、クラスタリング分析により、残りのWBCから分離された。
また、好塩基球の総合的な調査を行って、本明細書記載のシステムおよび方法を評価した。0〜約5%の範囲の好塩基球の割合の合計56の血液試料を本明細書記載の方法に従って操作したプロトタイプアナライザーで測定した。好塩基球の濃度、すなわち、好塩基球のパーセンテージ(あるいは、本明細書で「%BA」と呼ぶ)を得るために、試料を手作業のゲーティングおよびクラスタリング分析アルゴリズムの両方で分析した。操作中、クラスタリング分析アルゴリズムを、最初に「粗」クラスタリングに適用する。これにより、多数のクラスターが生成する。次に、類似のクラスターを組み合わせるための決定要因として多次元確率距離尺度を利用して、アルゴリズムを、第2の「密」クラスタリングステップに適用する。結果として、この第2ステップで、クラスター中の細胞の数は、決定要因としては使用されず、それにより、低濃度の細胞、例えば、好塩基球、を含むクラスターが維持される。ALL、IAS、PSS、DSSおよびFL1を含む全ての光学および蛍光特性を利用して、好塩基球クラスターが決定される。
参照値は、同じセットの試料を、二重抗体好塩基球パネル(CD45およびFCεR1)を備えたAccuri(登録商標)C6フローサイトメーターを使って測定することにより得た。CD45は、FL3チャネルで測定され、FCεR1は、FL4チャネルで測定された。この調査の結果を図8および9に示す。さらに具体的には、図8は、手作業のゲーティングで分析した好塩基球のパーセンテージ対.参照フローサイトメーターで測定した好塩基球パーセンテージの相関を示すプロットである。合計56試料を測定し、相関プロットに含めた。図9は、クラスタリングで分析した好塩基球パーセンテージ対.参照フローサイトメーターで測定した好塩基球パーセンテージの相関を示すプロットである。合計56試料を測定し、相関プロットに含めた。相関は下記の通り:
Y=0.9375X−0.0435;R=0.9151
(図8:手作業のゲーティング対.参照)
Y=1.0721X+0.0348;R=0.9144
(図9:ランダムクラスタリング対.参照)
このように、本明細書記載の方法および参照方法(すなわち、Accuri(登録商標)C6フローサイトメーターを使った方法)との間に、優れた相関が得られた。好塩基球およびリンパ球の間の分離は、バッタチャリャ距離によりさらに定量的に評価された。好塩基球およびリンパ球の間の平均バッタチャリャ距離は、56試料に対し、4.2±2.0であった。これは、全体的に見て、信頼できる好塩基球分析であることを示す。より小さい最適分離を示すのは7試料(12.5%)のみであった(バッタチャリャ距離<3.0、かつ、全て>2.5)。
表1は、参照(すなわち、Accuri(登録商標)C6フローサイトメーターを使った方法)、手作業のゲーティング分析、クラスタリング分析、およびバッタチャリャ距離の結果の比較である。
Figure 2014520253
好塩基球およびリンパ球に対し異なる光学的散乱シグナルを生成するようにWBC試薬を最適化し、異なるレベルの蛍光シグナルを発光するようにWBCを染色する蛍光染料を利用することにより、好塩基球のリンパ球からの充分な分離を実現した。正確な好塩基球の定量化は、本明細書記載の方法により実現できる。さらに、本明細書記載の方法は、速く、簡単で、また、対費用効果が高い。好塩基球は、1分未満で、典型的な例では、30秒未満で、わずか1個のWBC試薬を使って、同定および定量できる。WBC試薬の配合は、複数の光学特性および少なくとも1つの蛍光特性で、好塩基球を別の集団として認められるようにする。さらに、好塩基球の同定および定量化を、全WBC亜集団の同定および定量化と同時に、1回のアッセイで行うことができる。
追加の実施形態
一実施形態では、システムおよび方法は、(a)界面活性剤、界面活性剤の濃度、WBC安定化薬剤、WBC安定化薬剤の濃度、反応混合物の最終pH、および浸透圧の適切な選択によるWBC試薬の最適化;(b)WBCを染色するためのWBC試薬中に核染色用染料を含めること;および(c)生データファイルの処理後現れる好塩基球を、自動クラスタリングアルゴリズムを使って分析すること、を含む。生データファイルは、時間タグおよび他の関連情報と共に、少なくとも5つの情報の特性;すなわち、ALL、IAS、PSS、DSSおよびFL1を有するイベントを含んでもよい。成分の最適化により、少なくとも1つの光学的特性で、リンパ球からの好塩基球の識別が可能となる。
別の実施形態では、蛍光染料で染色されている血液試料の好塩基球分析を行うための血液分析器が提供され、蛍光染料は、細胞膜透過性および核酸結合性である。分析器は、血液試料内の粒子を励起するように配置された励起源を含む。
別の実施形態では、自動化血液分析器を使って好塩基球を検出する方法が提供される。この方法は、(a)全血試料を少なくとも1つの白血球試薬で希釈すること;(b)ステップ(a)の希釈試料を、充分な時間、選択温度範囲内で、インキュベートして、赤血球を溶解し、白血球を残し、少なくとも1つの蛍光染料で白血球の染色を可能にすること;(c)ステップ(b)のインキュベートした混合物を、連続的にフローセルに送ること;(d)試料がフローセルを通過する間に、光源を使って試料を励起すること;(e)複数の光学散乱シグナルおよび少なくとも1つの蛍光発光シグナルを同時に集めること;および(f)ステップ(e)で集めた光学散乱シグナルおよび蛍光発光シグナルを使って、好塩基球を同定し、定量すること、を行うステップを含む。少なくとも1つの白血球試薬は、(a)少なくとも1つの界面活性剤、(b)少なくとも1つの緩衝液または少なくとも1つの塩または少なくとも1つの緩衝液および少なくとも1つの塩、(c)少なくとも1つの抗菌剤、および(d)少なくとも1つの蛍光染料を含んでもよく、この場合、少なくとも1つの白血球試薬の配合が、複数の光学特性および少なくとも1つの蛍光特性によって、好塩基球を別の集団として認識されるようにする。好塩基球の検出および分析のみのために選ばれた試薬を使わずに、好塩基球を白血球識別分析の間に検出および分析できる。好塩基球は、小角側方散乱および前方散乱を使って、リンパ球から分離できる。好塩基球がリンパ球から発光される蛍光とは異なる強さの蛍光を発光する場合は、好塩基球は、蛍光発光シグナルを使ってリンパ球から分離できる。好塩基球は、光学的情報および蛍光情報を使って分析できる。好塩基球は、複数の光学的情報の特性および少なくとも1つの蛍光情報の特性の使用し、ランダムクラスタリングを使って識別できる。光源は、約350nm〜約700nmの波長であってよい。蛍光発光は、帯域フィルターまたはロングパスフィルターを使って、約360nm〜約700nmで収集できる。好塩基球の同定および定量、および残りの白血球の同定および定量を、1回のアッセイで同時に行うことができる。
別の実施形態では、自動化血液分析器を使った好塩基球の検出方法が提供され、この方法は、(a)全血試料を少なくとも1つの白血球試薬で希釈すること;(b)ステップ(a)の希釈試料を、充分な時間、選択温度範囲内で、インキュベートして、赤血球を溶解し、白血球を残し、少なくとも1つの蛍光染料で白血球の染色を可能にすること:(c)ステップ(b)のインキュベートした混合物を、連続的にフローセルに送ること;(d)試料がフローセルを通過する間に、光源を使って試料を励起すること;(e)複数の光学散乱シグナルおよび少なくとも1つの蛍光発光シグナルを同時に集めること;および(f)ステップ(e)で集めた光学散乱シグナルおよび蛍光発光シグナルを使って、好塩基球を同定し、定量すること、を行うステップを含む。
本明細書記載のシステムおよび方法の特徴は、多角偏光散乱分離技術を使って、好中球、単球および好酸球から好塩基球を分離することを含む。好塩基球および他の3つの白血球亜集団は、0°散乱を測定する軸方向光損失チャネル(ALL)、3°〜15°散乱を測定する中間角散乱チャネル(IAS)、90°偏光側方散乱チャネル(PSS)、および90°偏光解消側方散乱チャネル(DSS)、に対し実質的に異なるシグナルを示す。この方法の別の特徴は、光学的散乱情報(例えば、IAS情報、ALL情報、およびPSS情報)および蛍光情報により、リンパ球から好塩基球を分離することを含む。
別の実施形態では、蛍光染料で染色されている血液試料の好塩基球分析を行う血液分析器が提供され、蛍光染料は、細胞膜透過性および核酸結合性である。分析器は、血液試料内の粒子を励起するように配置された励起源を含む。励起源は、レーザーであってもよい。分析器は、(1)励起血液試料から軸方向光損失を測定するように配置された軸方向光損失検出器、(2)励起血液試料から中間角散乱を測定するように配置された中間角散乱検出器、(3)励起血液試料から90°側方散乱を測定するように配置された側方散乱検出器、および(4)励起血液試料から発光された蛍光を測定するように配置された蛍光検出器を含む複数の検出器をさらに含む。軸方向光損失検出器は、0°散乱で軸方向光損失を測定できる。中間角散乱検出器は、約3°〜約15°で光角度散乱を測定できる。複数の検出器は、1つまたは複数の光電子増倍管を含むことができる。分析器は、(a)複数の検出器からの(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、(3)90°側方散乱、および(4)蛍光の測定値を受け、(b)4つ全ての測定値に基づき、血液試料の好塩基球クラスター分析を行うように構成されたプロセッサをさらに含む。好塩基球クラスター分析は、受けた測定値の粗クラスタリングを含んでもよい。好塩基球クラスター分析は、類似クラスターを組み合わせるための決定要因として、多次元確率距離尺度を利用して、受けた測定値の密クラスタリングをさらに含んでもよい。
側方散乱検出器は、励起血液試料からの90°偏光側方散乱を測定するように配置された偏光側方散乱検出器であってもよい。従って、プロセッサは、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、(3)90°偏光側方散乱、および(4)蛍光の測定値に基づいて、血液試料内のリンパ球から血液試料内の好塩基球を識別するようにさらに構成されてもよい。分析器は、また、励起血液試料からの90°偏光解消側方散乱を測定するように配置された偏光解消側方散乱検出器を含んでもよい。プロセッサは、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、および(3)90°側方散乱の測定値に基づいて、血液試料内の好中球、単球、および好酸球から血液試料内の好塩基球を識別するようにさらに構成されてもよい。プロセッサは、受けた測定値を予備選別して、蛍光閾値に適合しないいずれの粒子も検討対象から外すようにさらに構成されてもよい。
血液分析器は、血液試料を試薬で希釈するためのインキュベーションサブシステムをさらに含んでもよい。試薬には、蛍光染料および溶解薬剤を含むことができる。試薬は、(a)少なくとも1つの界面活性剤、(b)少なくとも1つの緩衝液または少なくとも1つの塩、(c)少なくとも1つの抗菌剤、および(d)蛍光染料を含んでもよい。インキュベーションサブシステムを形成して、約30秒未満の時間、試薬と共に血液試料をインキュベートしてもよい。インキュベーションサブシステムを形成して、約30℃〜約50℃の範囲の温度で、血液試料を試薬と共に、インキュベートしてもよい。インキュベーションサブシステムを形成して、約40℃の温度で、血液試料を試薬と共に、インキュベートしてもよい。
別の実施形態では、好塩基球分析を、自動化血液分析器を使って行う方法が提供される。方法は、(a)全血試料を、赤血球(RBC)溶解薬剤および細胞膜透過性、核酸結合蛍光染料を含む試薬での希釈;(b)ステップ(a)の希釈血液試料を、約30秒未満のインキュベーション時間、約30℃〜約50℃の範囲の温度でのインキュベーション;(c)ステップ(b)でインキュベートした試料を、血液分析器のフローセルに送り出すこと;(d)インキュベートした試料がフローセルを通過する間に、ステップ(c)でインキュベートした試料の励起源による励起;(e)励起試料からの複数の光散乱シグナルおよび蛍光発光シグナルの収集;および(f)ステップ(e)で集めた全シグナルに基づいて好塩基球クラスター分析の実行、のステップを含む。好塩基球クラスター分析は、集めたシグナルの粗クラスタリングを含んでもよい。好塩基球クラスター分析は、類似クラスターを組み合わせるための決定要因として、多次元確率距離尺度を利用した、集めたシグナルの密クラスタリングをさらに含んでもよい。試薬は、(a)少なくとも1つの界面活性剤、(b)少なくとも1つの緩衝液または少なくとも1つの塩、(c)少なくとも1つの抗菌剤、および(d)少なくとも1つの蛍光染料を含んでもよい。励起源は、約350nm〜約700nmの波長であってもよい。励起源は、約488nmの波長であってよい。複数の光散乱シグナルは、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、および(3)90°側方散乱を含んでもよい。あるいは、複数の光散乱シグナルは、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、(3)90°偏光側方散乱、および(4)90°偏光解消側方散乱を含んでもよい。
一実施形態では、本発明は、本明細書記載の機能性を実行できる1つまたは複数のコンピュータシステムに関する。例えば、本明細書で考察の方法/分析ステップのいずれかは、1つまたは複数のプロセッサ、データ通信インフラ(例えば、コミュニケーションバス、クロスオーバ・バー(cross−overbar)、またはネットワーク)、ディスプレイインターフェイス、および/または保存またはメモリユニットを有するコンピュータシステムに実装可能である。保存またはメモリユニットは、実行時、プロセッサに1つまたは複数の本明細書記載の機能を実行させる命令(例えば、制御ロジックまたはソフトウェア)を含むコンピュータ可読保存メディアを含んでもよい。用語の「コンピュータ可読保存メディア」、「コンピュータプログラムメディア」、および「コンピュータ使用可能メディア」は、通常、メディア、例えば、リムーバブル保存ドライブ、リムーバブル保存ユニット、コミュニケーションインターフェイスを介して送信されたデータ、および/またはハードディスクドライブに組み込まれたハードディスクの意味に使われる。このようなコンピュータプログラム製品は、コンピュータソフトウェア、インストラクション、および/またはデータをコンピュータシステムに提供し、これが、さらに、コンピュータシステムを、一般目的コンピュータから本明細書記載の特定の機能を実行するようにプログラムされた特殊目的コンピュータに変換する役割をする。必要に応じ、プロセッサ、関連部品、ならびに等価システムおよびサブシステムは、選択操作および機能を実行する「ための手段(means for)」の例としての機能を果たす。このような選択操作および機能を実行する「ための手段」もまた、一般目的コンピュータを、前記選択操作および機能を実行するようにプログラムされた特殊目的コンピュータに変換する機能を果たす。
システムおよび方法は、このように、自動化血液分析器による、速く、単純で、低コストな好塩基球の検出および分析方法を提供する。アッセイは、試料インキュベーションのわずか30秒、および試料測定のわずか10秒を含め、1分以内に行うことができる。1つの白血球試薬を使って、極めて少ない白血球の亜集団、すなわち、好塩基球を含む、赤血球溶解および白血球識別を行うことができる。
結語
前出の本発明の説明は、例示および説明のために提示されている。網羅的とする、または本発明を開示された正確な形態に限定する意図はない。上記教示を考慮すると、他の修正および変更が可能であろう。実施形態は、本発明の原理および実際の適用を最良に説明するために、また、それにより他の当業者が種々の実施形態で、および意図された特定の用途に適合するように種々の修正形態で、本発明を最良に利用できるようにするために、選択され、説明された。添付の請求項は、等価構造、成分、方法、および手段を含む他の代替の本発明の実施形態を含むように解釈されるべきであることが意図されている。
上記詳細説明は、1つまたは複数の代表的実施形態を説明する付随する図を参照する。
他の実施形態が可能である。本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、記載された実施形態に対し修正を行うことができる。従って、詳細説明は、制限を意味しない。さらに、発明の概要および要約セクションは、発明者に意図された1つまたは複数の本発明の、全てではない、代表的実施形態を説明するものであり、従って、本発明および添付請求項を何ら制限する意図はない。

Claims (28)

  1. 蛍光染料で染色されている血液試料の好塩基球分析を行うための血液分析器であって、前記蛍光染料が、細胞膜透過性および核酸結合性であり、
    前記血液試料内の粒子を励起するように配置された励起源;(1)前記励起血液試料からの軸方向光損失を測定するように配置された軸方向光損失検出器、(2)前記励起血液試料からの中間角散乱を測定するように配置された中間角散乱検出器、(3)前記励起血液試料からの90°側方散乱を測定するように配置された側方散乱検出器、および(4)前記励起血液試料から発光した蛍光を測定するように配置された蛍光検出器、を含む複数の検出器;ならびに
    (a)前記複数の検出器から(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、(3)90°側方散乱、および(4)蛍光の測定値を受け、
    (b)4つ全ての測定値に基づいて、前記血液試料の好塩基球クラスター分析を行うように構成されたプロセッサ;
    を含む血液分析器。
  2. 前記好塩基球クラスター分析が、前記受けた測定値の粗クラスタリングを含む、請求項1に記載の血液分析器。
  3. 前記好塩基球クラスター分析が、類似クラスターを組み合わせるための決定要因として、多次元確率距離尺度を利用した、前記受けた測定値の密クラスタリングを含む、請求項2に記載の血液分析器。
  4. 前記側方散乱検出器が、前記励起血液試料からの90°偏光側方散乱を測定するように配置された偏光側方散乱検出器である、請求項1に記載の血液分析器。
  5. 前記プロセッサが、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、(3)90°偏光側方散乱、および(4)蛍光の測定値に基づいて、前記血液試料内のリンパ球から血液試料内の好塩基球を識別するようにさらに構成される、請求項4に記載の血液分析器。
  6. 前記励起血液試料からの90°偏光解消側方散乱を測定するように配置された偏光解消側方散乱検出器をさらに含む、請求項4に記載の血液分析器。
  7. 前記プロセッサが、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、および(3)90°側方散乱の測定値に基づいて、前記血液試料内の好中球、単球、および好酸球から前記血液試料内の好塩基球を識別するようにさらに構成される、請求項1に記載の血液分析器。
  8. 前記プロセッサが、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、(3)90°偏光側方散乱、および(4)蛍光の測定値に基づいて、前記血液試料内の好中球、単球、および好酸球から前記血液試料内の好塩基球を識別するようにさらに構成される、請求項1に記載の血液分析器。
  9. 前記プロセッサが、前記受けた測定値を予備選別して、前記蛍光閾値に適合しないいずれの粒子も検討対象から外すようにさらに構成される、請求項1に記載の血液分析器。
  10. 前記軸方向光損失検出器が、0°散乱で軸方向光損失を測定する、請求項1に記載の血液分析器。
  11. 前記中間角散乱検出器が、約3°〜約15°で光角度散乱を測定する、請求項1に記載の血液分析器。
  12. 前記複数の検出器が、1つまたは複数の光電子増倍管を含む、請求項1に記載の血液分析器。
  13. 前記励起源が、レーザーである、請求項1に記載の血液分析器。
  14. 前記血液試料を試薬で希釈するためのインキュベーションサブシステムをさらに含む、請求項1に記載の血液分析器。
  15. 前記試薬が、蛍光染料および溶解薬剤を含む、請求項14に記載の血液分析器。
  16. 前記試薬が、(a)少なくとも1つの界面活性剤、(b)少なくとも1つの緩衝液または少なくとも1つの塩、(c)少なくとも1つの抗菌剤、および(d)前記蛍光染料を含む、請求項14に記載の血液分析器。
  17. 前記インキュベーションサブシステムが、前記血液試料を試薬と共に、約30秒未満の時間、インキュベートするように構成される、請求項14に記載の血液分析器。
  18. 前記インキュベーションサブシステムが、前記血液試料を試薬と共に、約30℃〜約50℃の温度範囲でインキュベートするように構成される、請求項14に記載の血液分析器。
  19. 前記インキュベーションサブシステムが、前記血液試料を試薬と共に、約40℃の温度でインキュベートするように構成される、請求項14に記載の血液分析器。
  20. 自動化血液分析器で好塩基球分析を行う方法であって、
    (a)全血試料を、赤血球(RBC)溶解薬剤および細胞膜透過性核酸結合蛍光染料を含む試薬で希釈すること;
    (b)ステップ(a)の希釈血液試料を、約30秒未満のインキュベーション時間、約30℃〜約50℃の範囲の温度でインキュベートすること;
    (c)ステップ(b)でインキュベートした試料を、前記血液分析器のフローセルに送り出すこと;
    (d)前記インキュベートした試料が前記フローセルを通過する間に、ステップ(c)でインキュベートした試料を励前記起源で励起すること;
    (e)励起試料からの複数の光散乱シグナルおよび蛍光発光シグナルを収集すること;および
    (f)ステップ(e)で集めた全シグナルに基づいて好塩基球クラスター分析を行うこと、
    を含む方法。
  21. 前記好塩基球クラスター分析が、前記収集したシグナルの粗クラスタリングを含む、請求項20に記載の方法。
  22. 前記好塩基球クラスター分析が、類似のクラスターを組み合わせるための決定要因として多次元確率距離尺度を利用した、前記収集したシグナルの密クラスタリングをさらに含む、請求項21に記載の方法。
  23. 前記試薬が、(a)少なくとも1つの界面活性剤、(b)少なくとも1つの緩衝液または少なくとも1つの塩、(c)少なくとも1つの抗菌剤、および(d)少なくとも1つの蛍光染料を含む、請求項20に記載の方法。
  24. 前記励起源が、約350nm〜約700nmの波長である、請求項20に記載の方法。
  25. 励前記起源が、約488nmの波長である、請求項20に記載の方法。
  26. 前記複数の光散乱シグナルが、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、および(3)90°側方散乱を含む、請求項20に記載の方法。
  27. 前記複数の光散乱シグナルが、(1)軸方向光損失、(2)中間角散乱、(3)90°偏光側方散乱、および(4)90°偏光解消側方散乱を含む、請求項20に記載の方法。
  28. 蛍光染料で染色されている血液試料の好塩基球分析を行うための血液分析器であって、前記蛍光染料が細胞膜透過性および核酸結合性であり、
    前記血液試料内の粒子を励起するように配置された励起源;
    前記励起血液試料からの光散乱および前記励起血液試料から発光される蛍光を測定するように配置された複数の検出器;および
    (a)前記複数の検出器からの光散乱および蛍光の測定値を受け、さらに
    (b)前記血液試料の多次元好塩基球クラスター分析を行う
    ように構成されたプロセッサ;
    を含む、血液分析器。
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