JP2015012839A

JP2015012839A - 細胞捕捉システム及び細胞捕捉システムの運転方法

Info

Publication number: JP2015012839A
Application number: JP2013141926A
Authority: JP
Inventors: 大平小田切; Taihei Odagiri; 上原　寿茂; Toshishige Uehara; 寿茂上原; 正文金友; Masabumi Kanetomo
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-05
Also published as: JP6251998B2

Abstract

【課題】流路内、特に細胞捕捉デバイスのフィルタ上流側への気泡の混入を抑制し、細胞の捕捉に係る処理を効率よく行うことを可能とする。【解決手段】本実施形態に係る細胞捕捉システム１００では、細胞捕捉デバイス１の上流側の流路３上においては、減圧チャンバ２１及び減圧ポンプ２５を備える脱気手段が設けられ、流路４上においては、減圧チャンバ２２及び減圧ポンプ２５を備える脱気手段が設けられ。そして、これらの脱気手段が駆動することで、脱気手段よりも上流側の流路内に混入した気泡は脱気手段において除去されることから、流路内に混入した気泡が細胞捕捉デバイス１のフィルタ５７の上流側に到達することを抑制することができる。このため、流路内、特に細胞捕捉デバイスのフィルタ上流側への気泡の混入を抑制し、細胞の捕捉に係る処理を効率よく行うことが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、転移がんの検査又は抗がんの評価に用いるために血液中に進入した細胞、特に血中循環がん細胞をフィルタにより捕捉するための細胞捕捉システム及び細胞捕捉システムの運転方法に関する。

「悪性腫瘍」とも呼ばれるがんは進行した場合生体の生命維持に重大な支障をきたすため、治療方法について種々検討されている。がん患者の治療方針を決める際の目安になるものとして、がんの転移の有無がある。転移はがん細胞が血管やリンパ管中に侵入し、これらを経由して体中に広がって他の臓器にがん細胞が移り住むことによる。したがって、血中のがん細胞の有無及びその量の測定は、がんの転移予測をするに際して重要な情報となる。このような血管又はリンパ管を通じて人の体内を循環するがん細胞は、血中循環がん細胞（ＣｉｒｃｕｌａｔｉｎｇＴｕｍｏｒＣｅｌｌ：ＣＴＣ）と呼ばれている。

転移がんの検査又は抗がんの評価のためにＣＴＣを捕える従来技術としては、例えば、特許文献１に示すように、ＣＴＣをフィルタで捕獲する方法が知られている。特許文献１では、フィルタの半導体技術を用いた製造方法、フィルタを収納したセルユニットの形状、並びに、血液及び処理液を流す流路の構造が示されている。具体的には、フィルタを収納したセルユニットにがん細胞を含んだ血液を流すことでがん細胞を捕獲し、フィルタ上に存在する細胞を染色によりがん細胞と同定する構成が示されている。また、特許文献２、３には、がん細胞および免疫細胞の少なくとも一方を含む細胞分散液を通過させて、前記がん細胞および前記免疫細胞の少なくとも一方に、物理的作用、化学的作用及び生理活性作用の少なくとも一種を付与することができる細胞処理カートリッジを備える体液処理システムが開示されている。また、特許文献４には、ニッケル基板に微細貫通孔を有するニッケル基板の上下に試料供給口を備えるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）製上部部材と試料排出口を備える下部部材を備えるマイクロ流体デバイスが開示されている。

米国特許出願公開第２０１１／００５３１５２号明細書特開２０１０−２２７０１１号公報特開２０１０−７５１９１号公報特開２０１１−１６３８３０号公報

しかしながら、特許文献１〜４記載の装置を用いた場合、血中のがん細胞を捕捉して測定にかかるまでの手間が煩雑であり、多数の検体を処理することが困難である。特に、装置の流路内に気泡が混入し、仮にフィルタの上流側にまで気泡が流れてきた場合には、気泡が液体の流れを阻害するため、例えば、フィルタの全面に対して血液が十分に供給されず、捕捉効率が大きく低下するため、検体の処理の効率を著しく低下するという懸念がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、流路内、特に細胞捕捉デバイスのフィルタ上流側への気泡の混入を抑制し、細胞の捕捉に係る処理を効率よく行うことが可能な細胞捕捉システム及び細胞捕捉システムの運転方法を提供することを課題とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る細胞捕捉システムは、血液又は前記血液中の細胞を処理するための処理液を内部に導入するための導入流路と、導入された前記血液又は前記処理液を外部に排出するための排出流路と、複数の貫通孔が厚み方向に形成されて、前記導入流路と前記排出流路との間の流路上に前記血液又は前記処理液が該貫通孔を通過するように配置されたフィルタと、を備える細胞捕捉デバイスと、前記血液を収納する血液収納容器と、前記血液収納容器と前記細胞捕捉デバイスの前記導入流路とを接続する血液流路と、前記フィルタを通過することで前記フィルタに捕捉された細胞を処理するための前記処理液を収納する処理液収納容器と、前記処理液収納容器と前記細胞捕捉デバイスの前記導入流路とを接続する処理液流路と、前記細胞捕捉デバイスに対して供給する液体を前記血液及び前記処理液から選択する選択手段と、前記選択手段の選択結果に基づいて、前記血液収納容器からの血液又は前記処理液収納容器からの処理液を前記細胞捕捉デバイスに供給する送液手段と、前記処理液流路上に設けられて、前記処理液中の気泡を外部に排出する第１の脱気手段と、を備え、前記第１の脱気手段は、上流側の前記処理液流路から前記処理液を導入する導入口と、下流側の前記処理液流路に対して前記処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第１のチューブと、前記第１のチューブの少なくとも一部を覆う第１の減圧室と、前記第１の減圧室に対して接続され当該第１の減圧室を減圧する第１の減圧手段と、を含んで構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る細胞捕捉システムの運転方法は、血液又は前記血液中の細胞を処理するための処理液を内部に導入するための導入流路と、導入された前記血液又は前記処理液を外部に排出するための排出流路と、複数の貫通孔が厚み方向に形成されて、前記導入流路と前記排出流路との間の流路上に前記血液又は前記処理液が該貫通孔を通過するように配置されたフィルタと、を備える細胞捕捉デバイスと、前記血液を収納する血液収納容器と、前記血液収納容器と前記細胞捕捉デバイスの前記導入流路とを接続する血液流路と、前記フィルタを通過することで前記フィルタに捕捉された細胞を処理するための前記処理液を収納する処理液収納容器と、前記処理液収納容器と前記細胞捕捉デバイスの前記導入流路とを接続する処理液流路と、を備える細胞捕捉デバイスを備える細胞捕捉システムの運転方法であって、選択手段によって、前記細胞捕捉デバイスに対して供給する液体を前記血液及び前記処理液から選択する選択する工程と、前記選択する工程における選択結果に基づいて、前記血液が収納された血液収納容器からの血液又は前記処理液が収納された処理液収納容器からの処理液を前記細胞捕捉デバイスに供給する送液する工程と、前記処理液流路上に設けられて、上流側の前記処理液流路から前記処理液を導入する導入口と、下流側の前記処理液流路に対して前記処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第１のチューブと、前記第１のチューブの少なくとも一部を覆う第１の減圧室と、前記第１の減圧室に対して接続され当該減圧室を減圧する第１の減圧手段と、を含んで構成される第１の脱気手段によって、前記処理液中の気泡を外部に排出する工程と、を備えることを特徴とする。

上記の細胞捕捉システム及びその運転方法では、細胞捕捉デバイスの上流側の処理液流路上においては、減圧室及び減圧手段を備える第１の脱気手段が設けられる。第１の脱気手段が駆動することで、第１の脱気手段よりも上流側の流路内に混入した気泡は第１の脱気手段において除去されることから、処理液流路内に混入した気泡が細胞捕捉デバイスのフィルタの上流側に到達することを抑制することができる。このため、流路内、特に細胞捕捉デバイスのフィルタ上流側への気泡の混入を抑制し、細胞の捕捉に係る処理を効率よく行うことが可能となる。

また、上記の細胞捕捉システムで用いられる第１の脱気手段とは、上流側の流路から処理液を導入する導入口と、下流側の流路に対して処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第１のチューブと、この第１のチューブの少なくとも一部を覆う第１の減圧室と、第１の減圧室に対して接続され当該第１の減圧室内を減圧する第１の減圧手段と、を備える。これらの第１の脱気手段に係る構成は、処理液流路への取付けが容易であり、細胞の捕捉に係る処理効率の向上をより簡単に達成することができる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、例えば、前記血液流路上に設けられて、前記血液中の気泡を捕捉して外部に排出する第２の脱気手段を更に備え、前記第２の脱気手段は、当該脱気手段より上流側の前記血液流路から前記処理液を導入する導入口と、当該脱気手段より下流側の前記血液流路に対して前記処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第２のチューブと、前記第２のチューブの少なくとも一部を覆う第２の減圧室と、前記第２の減圧室に対して接続され当該減圧室を減圧する第２の減圧手段と、を含んで構成される態様が挙げられる。

このように、第２の脱気手段を血液流路側に更に備える構成とすることにより、第２の脱気手段よりも上流側の血液流路内に混入した気泡は第２の脱気手段において除去され、血液流路内に混入した気泡が細胞捕捉デバイスのフィルタの上流側に到達することを抑制することができる。このため、流路内、特に細胞捕捉デバイスのフィルタ上流側への気泡の混入を抑制し、細胞の捕捉に係る処理を効率よく行うことが可能となる。

また、前記細胞捕捉デバイス又はそれよりも下流側に設けられて、前記細胞捕捉デバイス中又はそれよりも下流側において、前記血液中又は前記処理液中の気泡を外部に排出する第３の脱気手段を更に備える構成とすることもできる。

このように、細胞捕捉デバイス又はそれよりも下流側において前記血液中又は前記処理液中の気泡を外部に排出する第３の脱気手段を更に備える構成とすることで、上記の第１の脱気手段では除去しきれなかった気泡がある場合や、第１の脱気手段よりも下流側に気泡が混入している場合であっても第３の脱気手段によって気泡を除去することが可能となり、特に細胞捕捉デバイス上部に気泡が滞留することを抑制し、細胞の捕捉に係る処理を効率よく行うことが可能となる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、例えば、前記細胞捕捉デバイスは、前記導入流路を有する蓋部材と、前記排出流路を有する収納部材と、を含んで構成され、前記第３の脱気手段は、外部と接続するために前記収納部材側の前記排出流路の一部に設けられた貫通孔を塞ぐガス透過性の材料で形成されたガス透過領域と、外部側で前記貫通孔を被覆する第３の減圧室と、前記第３の減圧室に対して接続され当該第３の減圧室の内部を減圧する第３の減圧手段と、を含んで構成される態様が挙げられる。

また、上記作用を効果的に奏する他の構成として、例えば、前記細胞捕捉デバイスは、前記導入流路を有する蓋部材と、前記排出流路を有する収納部材と、を含んで構成され、前記第３の脱気手段は、ガス透過性を有する材料で構成された前記収納部材と、前記収納部材の外部側で前記収納部材の少なくとも一部を被覆する第３の減圧室と、前記第３の減圧室に対して接続され当該第３の減圧室の内部を減圧する第３の減圧手段と、を含んで構成される態様が挙げられる。

また、上記作用を効果的に奏する他の構成として、例えば、前記第３の脱気手段は、前記細胞捕捉デバイスより下流側の流路上に設けられ、前記第３の脱気手段より上流側の流路から前記血液又は前記処理液を導入する導入口と、当該第３の脱気手段より下流側の流路に対して前記血液中又は前記処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第３のチューブと、前記第３のチューブの少なくとも一部を覆う第３の減圧室と、前記第３の減圧室に対して接続され当該減圧室を減圧する第３の減圧手段と、を含んで構成される態様が挙げられる。

さらに、上記作用を効果的に奏する他の構成として、例えば、また、前記細胞捕捉デバイスは、前記導入流路を有する蓋部材と、前記排出流路を有する収納部材と、を含んで構成され、前記第３の脱気手段は、外部と接続するために前記蓋部材側の前記導入流路の一部に設けられた貫通孔を塞ぐガス透過性の材料で形成されたガス透過領域と、外部側で前記貫通孔を被覆する第３の減圧室と、前記第３の減圧室に対して接続され当該第３の減圧室の内部を減圧する第３の減圧手段と、を含んで構成される態様が挙げられる。

また、本発明に係る細胞捕捉システムの運転方法は、前記細胞捕捉デバイスの下流側に、前記細胞捕捉デバイスの前記排出流路と接続されると共に、前記細胞捕捉デバイスの使用前に前記細胞捕捉デバイス内に充填されるプライム液を収納するプライム液容器と、前記プライム液容器からの前記プライム液を前記排出流路側から前記細胞捕捉デバイスに対して供給可能な逆送手段と、を更に備え、前記細胞捕捉デバイスに対して前記血液又は前記処理液を供給する前に、前記逆送手段により前記プライム液を前記細胞捕捉デバイスに対して供給し、前記処理液流路側に排出する工程と、前記第１の減圧手段によって、前記逆送手段により供給された前記プライム液中の気泡を外部に排出する工程と、を備える態様とすることができる。

このように、細胞捕捉デバイスに対して前記血液又は前記処理液を供給する前に、プライム液を下流側から細胞捕捉デバイス内に供給し、細胞捕捉デバイス内の気泡がプライム液と共に上流側の流路に排出される。このとき排出された気泡は、第１の減圧手段により減圧されている減圧室の第１のチューブを通過することで、流路から除去される。このように、血液又は前記処理液を供給する前に、減圧室より下流側（細胞捕捉デバイス側）の流路内及び細胞捕捉デバイス内の気泡が第１の脱気手段により除去され、細胞捕捉デバイス内がプライム液によって満たされることとなる。この結果、細胞捕捉システムにおける細胞捕捉に係る処理を行う前に、特に細胞捕捉デバイスに残存する気泡を除去することが可能となり、流路内への気泡の混入をより効果的に抑制することができる。

本発明によれば、流路内への気泡の混入を抑制し、細胞の捕捉に係る処理を効率よく行うことが可能な細胞捕捉システム及びこのシステムの運転方法が提供される。

本発明の実施形態に係る細胞捕捉システムの構成を説明する図である。細胞捕捉システムを構成する細胞捕捉デバイスの構成を説明する図である。細胞捕捉システムを構成する脱気手段の構成を説明する図である。細胞捕捉システムにおけるプライム処理について説明する図である。細胞捕捉システムにおける第３の脱気手段の変形例について説明する図である。細胞捕捉システムにおける第３の脱気手段の変形例について説明する図である。細胞捕捉システムにおける第３の脱気手段の変形例について説明する図である。細胞捕捉システムにおける第３の脱気手段の変形例について説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（細胞捕捉システム）
図１は本実施形態に係る細胞捕捉システムの構成を説明する図である。細胞捕捉システムは、被検液となる血液をフィルタによってろ過することで血液又はリンパ液中に含まれる細胞を捕捉する装置である。また、フィルタにより捕捉された細胞について、染色液等の処理液を用いて染色することで、細胞の特定及び細胞の個体数のカウント等が行われる。

図１に示すように、細胞捕捉システム１００は、細胞を捕捉するためのフィルタが内部に設けられた細胞捕捉デバイス１、細胞捕捉デバイス１に対して処理液（試薬）を供給するための軟質チューブからなる流路３（処理液流路／下流側流路）、細胞捕捉デバイス１に対して血液を供給するための軟質チューブからなる流路４（血液流路）が設けられている。流路３の上流側には、互いに異なる処理液（試薬）が入れられている複数の処理液収納容器５が設けられる。処理液収納容器５に投入される処理液としては、細胞を染色するための染色液、フィルタに捕捉された細胞等を洗浄するための洗浄液、細胞を腐敗等から保護するための固定液、染色液が細胞内部に浸透できるようにするための透過液等が挙げられる。図１に示す複数の処理液収納容器５は、封止部材５Ａによって封止されているが、この構成は特に限定されない。

複数の処理液収納容器５に対してはそれぞれ軟質チューブ６が挿入されて個別の流路（処理液流路／上流側流路）を形成している。そして、これらの流路が選択バルブ８に対して接続されており、選択バルブ８を回転させることにより流路３に対して接続する処理液が選択され、選択された処理液が収容された処理液収納容器５に対して挿入された軟質チューブ６と流路３とが接続される。

細胞捕捉デバイス１に対して接続する流路４には、内部に被検液として細胞を含んだ血液が納められた血液収納容器１０が接続されている。細胞捕捉デバイス１に対しては、処理液及び血液を同時に供給するのではなく、いずれか一方を供給する構成となっている。処理液及び血液のいずれの液体を供給するかの制御は流路３、４のそれぞれに対して取り付けられたバルブ１２、１３よって切り替える。例えば、血液を細胞捕捉デバイス１に対して供給する場合は、バルブ１２を閉とし、バルブ１３を開とする。バルブ１２、１３としては、軟質チューブを加圧変形させてその流れを遮断するピンチバルブを用いることができる。

また、細胞捕捉デバイス１に対して処理液及び血液のうちのいずれかの液体を供給する場合、細胞捕捉デバイス１の下流側の軟質チューブからなる流路９上に設けられたポンプ１４（供給手段）の駆動によって目的の液体を吸引することで液体の供給が行われる。ポンプ１４は回転数変化により流路中の液体の流速を変えることが可能な構造となっている。ポンプ１４としては、例えば軟質チューブに対する加圧による蠕動点を順次移動させる蠕動ポンプ（ペリスタルティックポンプ）を用いることができる。ポンプ１４の駆動により、処理液、血液等の液体は流路３又は流路４の内部を細胞捕捉デバイス１に向かう方向に流れ、細胞捕捉デバイス１に供給される。そして、細胞捕捉デバイス１を通過した液体は、流路９を経て廃液容器１６に流れ込む構造となっている。これらの構造により、血液中の細胞が細胞捕捉デバイス１内の流路上に設けられたフィルタによって捕捉されると共に、染色液により細胞が染色される。

また、細胞捕捉デバイス１の下流側には、内部にプライム液が収容されたプライム液容器１７が廃液容器１６とは別に接続されている。プライム液とは、細胞捕捉デバイス１の使用前に脱気を目的として細胞捕捉デバイス１内に供給される液体であり、例えば、処理液収納容器５の１つに収容される洗浄液を用いることができる。ポンプ１４の駆動によって流路９を流れた液体が流路９の下流側の廃液容器１６及びプライム液容器１７のいずれに対して排出されるかの制御は、流路９の廃液容器１６側及びプライム液容器１７側のそれぞれに対して取り付けられたバルブによって切り替えられる。プライム液による細胞捕捉デバイス１内の脱気に係る処理（プライム処理）は後述する。なお、プライム処理を行わない場合には、プライム液容器及びこれに係る流路は不要である。

また、細胞捕捉デバイス１の上流側には、流路３における脱気手段（第１の脱気手段）及び流路４における脱気手段（第２の脱気手段）として機能する脱気装置２０が接続されている。脱気装置２０は、流路３上に設けられた減圧チャンバ２１、流路４上に設けられた減圧チャンバ２２、並びに、減圧チャンバ２１及び減圧チャンバ２２に対して接続された減圧ポンプ２５を含んで構成される。脱気装置２０は、流路３及び流路４内の気泡等を除去する機能を有するがその構成は後述する。

上記の各部の制御は、制御部３０（選択手段、送液手段）による制御により行われる。具体的には、選択バルブ８、バルブ１２、１３、１８、１９、ポンプ１４及び減圧ポンプ２５の駆動は、制御部３０からの指示によって行われる。制御部３０には、上記の各部についての駆動、停止等の制御を可能とするプログラムを入力するためのプログラム入力機能が備えられていて、これにより入力されたプログラムによって上記したように各機器を順に動作させる駆動機構が付加されている。制御部３０によって液体を流すラインが選択され、その選択結果に基づいて、制御部３０から上記のバルブの開閉及びポンプの駆動に係る指示が各部に対して行われる。

次に、細胞捕捉デバイス１について、図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、細胞捕捉デバイス１の上面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のIIB−IIB矢視図である。

細胞捕捉デバイス１は、複数の貫通孔６１を有するフィルタ５７を蓋部材５８と収納部材５９とで挟み込んだ構成とされている。フィルタ５７は、蓋部材５８及び収納部材５９を組み合わせた際にその内部に形成された空間に配置されている。フィルタ５７は、例えば金属からなり、その厚み方向に貫通孔６１が複数形成されたものである。

細胞捕捉デバイス１の蓋部材５８には、軟質チューブで形成された流路３に接続される流路３Ａ（導入流路）と、流路４に接続される流路４Ａ（導入流路）とが形成されると共に流路３Ａ、４Ａと連通してフィルタ５７の上方に形成されて液体をフィルタ５７の貫通孔６１に対して誘導するための空間となる導入領域６２とが設けられる。すなわち、本実施形態において「導入流路」とは、流路のうち細胞捕捉デバイス１の内部に設けられた流路３Ａ、４Ａを指す。また、「血液流路」、「処理液流路」とは、細胞捕捉デバイス１の流路３Ａ、４Ａの上流側にそれぞれ接続される流路３、４を指す。

細胞捕捉デバイス１の収納部材５９には、フィルタ５７の下方に形成されて中央部の深さが周縁部よりも深く形成され、フィルタ５７の貫通孔６１を通過した液体を外部に排出するための空間となる排出領域６３が設けられる。更に、収納部材５９には、排出領域６３に対して連通すると共に流路９に対して接続され、排出領域６３の液体を外部に排出するための流路９Ａ（排出流路）が設けられる。蓋部材５８と収納部材５９とにより挟み込まれるフィルタ５７に設けられた貫通孔６１は、捕捉目標となる細胞６５が通過できない程度の大きさとされる。

次に、脱気装置２０について図３を参照しながら説明する。ここで、脱気手段とは、流路に混入して血液又は処理液と一緒に流れる空気等の気泡の除去を目的とした手段である。流路内に空気等が混入すると、流路内の液体の体積が減る（流速に対して運搬できる液体の体積が減る）ことや、同じポンプの回転数であっても空気が混入する場合には想定流量の液体を移動させることが困難となること等の影響を受けて、流路内の液体（例えば血液）を想定通りの体積分移動させることができないという問題が生じ、この結果、細胞の捕捉後に細胞数をカウントしたとしても再現性が得られない。また、気泡がフィルタ上に残ったままだと、捕捉後の細胞数をカウントする際に気泡が邪魔になり正確な値を得ることが困難となる。したがって、このように脱気手段を備えることで、流路３又は流路４内に混入する気泡を除去し、より高い精度で細胞の捕捉及びその後の計測を行うことができる。脱気装置２０は、流路３及び流路４の２つの流路に設けられた２つの脱気手段が一体化されたものとして実現されている。

図３では、脱気装置２０に含まれる減圧チャンバ２１、２２のうち流路３上に設けられる減圧チャンバ２１（第１の減圧室）と、減圧チャンバ２１に対して接続される減圧ポンプ２５（第１の減圧手段）とを示している。すなわち、第１の減圧手段の構成を説明する図である。減圧チャンバ２１には、その内部に処理液を流すためのチューブ２３（第１のチューブ）が設けられる。

チューブ２３はガス透過性を有する材料からなり、上流側の流路３０１から処理液を導入する導入口２３１と、下流側の流路３０２に対して処理液を排出する排出口２３２と、を有する。また、チューブ２３の周囲は、少なくともその一部が減圧チャンバ２１により覆われ、その内部には減圧可能な減圧室Ａが形成されている。すなわち、この減圧チャンバ２１が減圧室として構成される。チューブ２３の材質としては、例えばテフロン（登録商標）ＡＦ２４００、デュポン社製を適用することができる。

減圧チャンバ２１の内部の減圧室Ａは、減圧ポンプ２５と接続され、減圧ポンプ２５の駆動により減圧される。減圧ポンプ２５としては、例えば、ダイアフラムポンプを用いることができる。

減圧ポンプ２５の駆動によって減圧室Ａが減圧されていると、上流側の流路３０１から矢印Ｗに沿ってチューブ２３内部に導入された液体に気体が含まれていると、その気体（例えば、気泡Ｂ）は、チューブ２３を経て減圧された減圧室Ａ側に排出される。このように、チューブ２３の内部を移動する液体中に気泡として含まれる気泡Ｂは、チューブ２３から減圧室Ａ側に排出されるので、流路３内に混入する気体がこの減圧チャンバ２１において除去される。なお、流路３内に混入する気泡を除去するために好適な圧力はチューブ２３の厚さ、流路径、流路３内の液体の粘度等に応じて変更されるが、例えば、洗浄液の場合、減圧チャンバ２１内の減圧室Ａの圧力を５〜１５ｋＰａとすることが好ましい。

なお、図１に示す減圧チャンバ２２（第２の減圧室）も減圧チャンバ２１と同様の構造であり、内部にガス透過性のチューブ（第２のチューブ）が設けられた構成である。また、図１では、減圧チャンバ２１と減圧チャンバ２２との双方に対して１つの減圧ポンプ２５が接続された脱気装置２０としての構成を説明しているが、１つの減圧チャンバに対して１つの減圧ポンプを接続する構成とすることもできる。

（細胞捕捉システムの運転方法）
上記の構成を有する細胞捕捉システム１００では、まず血液供給容器１０の血液が流路４を介して細胞捕捉デバイス１に導入される。細胞捕捉デバイス１において、血液は血液用の導入流路４Ａから導入され、フィルタ５７を通過した後に排出流路９Ａから排出され、廃液容器１６へ送られる。このとき、捕捉目標である細胞は、フィルタ５７の貫通孔６１を通過できないため、細胞６５がフィルタ５７上に捕獲される。

次に、捕獲した細胞を検出するための洗浄及び染色が行われる。洗浄及び染色は、細胞捕捉デバイス１を用いた血液のフィルタリングが終了した後、流路３Ａに接続されるチューブの流路３から洗浄液、透過液、固定液及び染色液を供給することで行われる。この作業によって、フィルタ５７を用いた細胞の捕獲及び処理液による染色が行われる。また、細胞捕捉デバイス１は、必要に応じて細胞の同定及び細胞数の数量計測等のために、流路３、４及び流路９から取り外される。

これらの操作は、制御部３０による制御によって、細胞捕捉デバイス１のフィルタ５７による血液中の細胞の捕捉と、捕捉された細胞の洗浄及び染色と、が一連の動作として行われる。

ここで、細胞捕捉システム１００において、細胞捕捉デバイス１に対して流路３を介して処理液を導入する場合、例えば処理液収納容器５と細胞捕捉デバイス１との間の流路３及び流路６内に気泡が混入していると、混入している気泡がフィルタ５７の上面側（導入領域６２側）等に滞留する場合がある。流路内に気泡が混入すると、混入した気泡が気泡として液体の流れを阻害するため、例えば、フィルタ５７の全面に対して血液が十分に供給されず、フィルタ５７による細胞の捕捉が効率よく行われない等の問題が起きる可能性がある。この場合、細胞の捕捉に係る処理の効率が低下するために、作業が遅延するという可能性がある。また、フィルタ５７上の一部の領域においてのみ細胞が滞留する可能性もあり、洗浄及び染色後の細胞の評価の精度が低下することも考えられる。

これに対して、本実施形態に係る細胞捕捉システム１００では、細胞捕捉デバイス１の上流側の流路３上においては、減圧チャンバ２１及び減圧ポンプ２５を備える脱気手段が設けられ、流路４上においては、減圧チャンバ２２及び減圧ポンプ２５を備える脱気手段が設けられ。そして、これらの脱気手段が駆動することで、脱気手段よりも上流側の流路内に混入した気泡は脱気手段において除去されることから、流路内に混入した気泡が細胞捕捉デバイス１のフィルタ５７の上流側に到達することを抑制することができる。このため、流路内、特に細胞捕捉デバイスのフィルタ上流側への気泡の混入を抑制し、細胞の捕捉に係る処理を効率よく行うことが可能となる。

また、上記の細胞捕捉システム１００で用いられる脱気手段とは、例えば、流路３側の脱気手段に着目すると、上流側の流路３０１から処理液を導入する導入口２３１と、下流側の流路３０２に対して処理液を排出する排出口２３２と、を備えたガス透過性を有するチューブ２３と、このチューブの少なくとも一部を覆う減圧チャンバ（減圧室）２１と、減圧チャンバ２１に対して接続され当該減圧チャンバ２１内を減圧する減圧ポンプ２５と、を備える。これらの脱気に係る構成は、流路３（又は流路４）への取付けが容易であり、細胞の捕捉に係る処理効率の向上をより簡単に達成することができる。

なお、図１では、流路３及び流路４のそれぞれに対して、脱気手段の一部を構成する減圧チャンバ２１、２２が取り付けられた構成を示しているが、少なくとも流路３に対して脱気手段が設けられている構成であるとよい。流路３側（処理液流路側）は、選択バルブ８によって何種類もの処理液を交換しながら流すために流路内へ気泡が混入する可能性が高いため、脱気手段が設けられることによる効果（混入した気泡の除去）が最も高められるためである。

（細胞捕捉システムの使用方法−プライム処理）
次に、図４を用いて、細胞捕捉デバイス１による細胞の捕捉に係る処理の前処理として行われるプライム液による処理（プライム処理）について説明する。細胞捕捉デバイス１を細胞捕捉システム１００に取り付けて細胞の捕捉に係る処理を行う際に、細胞捕捉デバイス１内のフィルタ５７の周辺の空間、特に、フィルタ５７よりも上流側の導入領域６２に気泡が存在していると、フィルタ５７による細胞の捕捉がこの気泡によって妨げられる可能性がある。細胞捕捉デバイス１内に残留する気泡は、細胞捕捉システム１００を駆動する前に、処理液側の流路３内、血液側の流路４内、及び細胞捕捉デバイス１内のいずれかに残存していた空気であると考えられる。このうち、流路３及び流路４に残存していた空気のうち脱気装置２０よりも上流側に残存していた空気は、細胞捕捉システム１００を動作させた際に脱気装置２０が動作することで、減圧チャンバ２１又は減圧チャンバ２２を経て外部に排出される。しかしながら、脱気装置２０を駆動させた場合であっても、減圧チャンバ２１よりも下流側及び減圧チャンバ２２よりも下流側の気泡を除去することが困難である。そこで、事前処理として、血液及び処理液を細胞捕捉システム１００内に流す前に、これらの領域に残存する期待を除去する操作であるプライム液による処理（プライム処理）を行うことが好ましい。

プライム処理は、具体的には以下の方法で行われる。まず、選択バルブ８を用いて流路３を廃液容器４１に対して接続すると共に、流路４を血液収納容器１０に代えて廃液容器４２に対して接続する。そして、細胞捕捉デバイス１を流路３、流路４及び流路９に対して取り付ける。細胞捕捉デバイス１の上流側の流路３、４に対して取り付けられたバルブ１２、１３は双方とも開とする。また、下流側の廃液容器１６に対して接続するバルブ１８は閉とし、プライム液容器１７に対して接続するバルブ１９を開とする。

その後、減圧ポンプ２５を駆動させると共にポンプ１４を流路内の液体が逆送するように駆動させ、プライム液容器１７中のプライム液を細胞捕捉処理時とは逆方向に移動させる。すなわち、図４に示す矢印Ｒ方向にプライム液を移動させ（逆送させ）、流路９から細胞捕捉デバイス１に対して導入する。これにより、プライム液は収納部材５９側から細胞捕捉デバイス１内に充填され、細胞捕捉デバイス１内の気泡はプライム液と共に流路３又は流路４側に排出される。このうち流路３側に排出された気泡は、減圧ポンプ２５により減圧されている減圧チャンバ２１内のチューブを通過することで、流路３から除去される。また、流路４側に排出された気泡は、減圧ポンプ２５により減圧されている減圧チャンバ２２内のチューブを通過することで、流路４から除去される。これにより、減圧チャンバ２１、２２より下流側（細胞捕捉デバイス１側）の流路内及び細胞捕捉デバイス１内の気泡が脱気装置２０により除去され、プライム液によって満たされることとなる。これにより、細胞捕捉システム１００における細胞捕捉に係る処理を行う前に、特に細胞捕捉デバイス１に残存する気泡を除去することが可能となり、流路内への気泡の混入をより効果的に抑制することができる。なお、プライム処理を行う場合、流路３内に混入する気泡を除去するために好適な減圧チャンバ２１内の減圧室Ａの圧力は、チューブ２３の厚さ、流路径、流路３内の液体の粘度等に応じて変更されるが、例えば、洗浄液の場合、減圧チャンバ２１内の減圧室Ａの圧力を５〜１５ｋＰａとすることが好ましい。

なお、流路３、４内のプライム液が廃液容器４１、４２に至るまでの流路内がそれぞれプライム液で満たされるようになるまで、ポンプ１４の駆動によりプライム液を流路内に供給することが好ましい。このような構成とすることで、脱気装置２０より上流側の流路に残存する気泡についても減らすことができるため、細胞捕捉に係る操作を行うときの脱気に係る作業量を減らすことができる。

また、上記のプライム処理においては、流路３（処理液側）のバルブ１２と流路４（血液側）のバルブ１３との両方を開として、プライム液を両方の流路に対して同時に導入させる構成としたが、一方側のバルブのみを開状態として上記のプライム処理を行うことで、一方側の流路のみに対してのみプライム液を導入させる構成としてもよい。この場合、一方側の流路をプライム液で満たした後に、他方側の流路に対してプライム液を導入させる構成とすることで、両方の流路内をプライム液で満たすことができる。

なお、プライム処理は、細胞捕捉システム１００を使用する際に必須の処理ではないが、細胞捕捉デバイス１を取り付けた後細胞の捕捉に係る処理を開始する前に実行することで、細胞の捕捉に係る処理効率をより向上させることができるため、プライム処理を事前に行うことが好ましい。

（脱気手段を追加する場合の構成例）
次に、細胞捕捉システム１００に対して取り付けられる脱気手段を追加した場合の取り付け例について、数例説明する。以下で説明する脱気手段は、細胞捕捉デバイス１又は細胞捕捉デバイス１よりも下流側に取り付けられる脱気手段（第３の脱気手段）であり、図１に示す脱気装置２０（特に、流路３側の減圧チャンバ２１及び減圧ポンプ２５）により除去しきれなかった気泡がある場合や、脱気装置２０よりも下流側に気泡が混入している場合に有用である。

図５では、細胞捕捉デバイス１Ａに対して第３の脱気手段を設けた構成として、細胞捕捉デバイス１Ａの収納部材５９に設けられた排出領域６３の一部に脱気手段を取り付けた構成を示す。具体的には、細胞捕捉デバイス１Ａの収納部材５９において、排出領域６３の底面の一部と収納部材５９の底面とを接続する接続部７１を形成し、接続部７１のうち排出領域６３側の端部をガス透過性材料で塞ぎ、ガス透過領域７２を形成する。このガス透過領域７２の排出領域６３側の表面は、排出領域６３の底面に対して滑らかに接続し、排出領域６３内で液体が滞留しないような形状とされている。そして、収納部材５９の底面側の接続部７１の端部は、収納部材と一体成型されると共に内部が減圧ポンプ７６と接続された被覆部７３によって被覆され、その内部が減圧室Ａ（第３の減圧室）となる。ここで、減圧ポンプ７６が駆動すると、減圧室Ａが減圧されることで、接続部７１内が陰圧となり、導入領域６２側に形成された気泡Ｂについてもフィルタ５７の貫通孔６１を通過し、ガス透過領域７２を介して接続部７１側へ排出される。このように、細胞捕捉デバイス１Ａの収納部材５９側に第３の脱気手段として排出領域６３の底面と外部とをガス透過領域７２を介して接続する構成とすることで、細胞捕捉デバイス１Ａ内のフィルタ５７の上流側に滞留する気泡を除去することが可能となる。

図６では、細胞捕捉デバイス１Ｂに対して第３の脱気手段を設けた構成として、細胞捕捉デバイス１Ｂの収納部材５９Ａの材質をガス透過性材料に変更したものを示す。細胞捕捉デバイス１Ｂでは、収納部材５９Ａの材質がガス透過性材料に変更されることで、収納部材５９Ａを介してデバイス内の気泡を外部に除去することが可能となる。そこで、細胞捕捉デバイス１Ｂでは、収納部材５９Ａの底面側に被覆部７３を設け、これに対して減圧ポンプ７６を接続することで、被覆部７３の内部を減圧室とする。減圧ポンプ７６が駆動すると、減圧室Ａが減圧されることで陰圧となり、導入領域６２側に形成された気泡Ｂについてもフィルタ５７の貫通孔６１を通過した後、収納部材５９Ａを経て減圧室Ａへ排出される。このように、第３の脱気手段として細胞捕捉デバイス１Ｂの収納部材５９Ａの材質を変更すると共にその外側に減圧室Ａを形成する構成とすることで、細胞捕捉デバイス１Ｂ内のフィルタ５７の上流側に滞留する気泡を除去することが可能となる。なお、図６に示すように、排出領域６３と減圧室Ａとの間に設けられるガス透過性材料の領域の厚さを小さくするために、例えば収納部材５９Ａの底面側に凹部７７を形成して、収納部材５９を所謂肉抜き構造とすることもできる。この場合、減圧ポンプ７６による吸引量を小さくしながら内部の気泡Ｂを好適に排出することができる。

図７では、第３の脱気手段を細胞捕捉デバイス１Ｃの下流側の流路９に取り付ける構成を示す。この構成では、細胞捕捉デバイス１の収納部材５９内の流路９Ａに接続されガス透過性を有するチューブ８１（第３のチューブ）と、チューブ８１の周囲を覆う減圧チャンバ８２と、を含んで構成される。減圧チャンバ８２の内部には減圧可能な減圧室Ａが形成されていて、内部は減圧ポンプ７６と接続されている。チューブ８１の一端側の端部の導入口は流路９Ａと接続されると共に、他方側の端部の排出口は流路９と接続される。減圧ポンプ７６が駆動すると、減圧室Ａが減圧されることで陰圧となり、導入領域６２側に形成された気泡Ｂについては、フィルタ５７の貫通孔６１を通過した後、排出領域６３及び流路９Ａをこの順に通過した後に、チューブ８１を経て減圧室Ａへ排出される。このように、細胞捕捉デバイス１Ｃの下流側に第３の脱気手段を備えることで、細胞捕捉デバイス１Ｃ内のフィルタ５７の上流側に滞留する気泡を除去することが可能となる。

図８では、細胞捕捉デバイス１Ｄに対して第３の脱気手段を設けた構成として、細胞捕捉デバイス１Ｄの蓋部材５８に設けられた流路３Ａの一部に脱気手段を取り付けた構成を示す。具体的には、細胞捕捉デバイス１Ｄの蓋部材５８において、導入領域６２よりも上流側の流路３Ａの一部と蓋部材５８の上面とを接続する接続部８４を形成し、接続部８４のうち流路３Ａ側の端部をガス透過性材料で塞ぎ、ガス透過領域８５を形成する。このガス透過領域８５の流路３Ａ側の表面は、流路３Ａの内壁と滑らかに接続し、液体が滞留しないような形状とされている。そして、蓋部材５８の上面側の接続部８４の端部は、蓋部材とその端部が接続すると共に内部が減圧ポンプ７６と接続された被覆部８６によって被覆され、その内部が減圧室Ａとなる。ここで、減圧ポンプ７６が駆動すると、減圧室Ａが減圧されることで、接続部８４内が陰圧となり、流路３Ａ中の気泡Ｂがガス透過領域８５を介して接続部８４側へ排出される。このように、細胞捕捉デバイス１Ｄの蓋部材５８側の流路３Ａ上において、外部と接続されたガス透過領域８５を設け、その外部を減圧する構成とすることで、細胞捕捉デバイス１Ｄ内の流路３Ａに滞留する気泡を除去することが可能となる。なお、図８では、流路３Ａ側に第３の脱気手段に係る一連の構成を設けた例について示しているが、流路４Ａ側にこれらを設ける構成としてもよい。また、流路３Ａと流路４Ａとの両方に第３の脱気手段を設ける構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、上記で説明した第３の脱気手段を組み合わせて用いる態様としてもよい。また、上記実施形態では、減圧手段として１つの減圧ポンプを用いて複数のチャンバの減圧を行う構成について説明したが、チャンバ毎に減圧ポンプを設ける構成としてもよい。

本発明の細胞捕捉システム及びこのシステムの運転方法は、血液中の細胞（赤血球、白血球、血小板、血中循環がん細胞等）の捕捉に有用であるが、特に血中循環がん細胞（ＣＴＣ）が血液中の白血球よりも変形しにくいため、白血球を有する血液から血中循環がん細胞を分離、捕捉するときに好適に有用である。

１、１Ａ〜１Ｃ…細胞捕捉デバイス、３、４、９…流路、５…処理液収納容器、１０…血液収納容器、２０…脱気装置、１００…細胞捕捉システム。

Claims

血液又は前記血液中の細胞を処理するための処理液を内部に導入するための導入流路と、導入された前記血液又は前記処理液を外部に排出するための排出流路と、複数の貫通孔が厚み方向に形成されて、前記導入流路と前記排出流路との間の流路上に前記血液又は前記処理液が該貫通孔を通過するように配置されたフィルタと、を備える細胞捕捉デバイスと、
前記血液を収納する血液収納容器と、
前記血液収納容器と前記細胞捕捉デバイスの前記導入流路とを接続する血液流路と、
前記フィルタを通過することで前記フィルタに捕捉された細胞を処理するための前記処理液を収納する処理液収納容器と、
前記処理液収納容器と前記細胞捕捉デバイスの前記導入流路とを接続する処理液流路と、
前記細胞捕捉デバイスに対して供給する液体を前記血液及び前記処理液から選択する選択手段と、
前記選択手段の選択結果に基づいて、前記血液収納容器からの血液又は前記処理液収納容器からの処理液を前記細胞捕捉デバイスに供給する送液手段と、
前記処理液流路上に設けられて、前記処理液中の気泡を外部に排出する第１の脱気手段と、
を備え、
前記第１の脱気手段は、
上流側の前記処理液流路から前記処理液を導入する導入口と、下流側の前記処理液流路に対して前記処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第１のチューブと、
前記第１のチューブの少なくとも一部を覆う第１の減圧室と、
前記第１の減圧室に対して接続され当該第１の減圧室を減圧する第１の減圧手段と、
を含んで構成される細胞捕捉システム。
前記血液流路上に設けられて、前記血液中の気泡を捕捉して外部に排出する第２の脱気手段を更に備え、
前記第２の脱気手段は、
上流側の前記血液流路から前記処理液を導入する導入口と、下流側の前記血液流路に対して前記処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第２のチューブと、
前記第２のチューブの少なくとも一部を覆う第２の減圧室と、
前記第２の減圧室に対して接続され当該減圧室を減圧する第２の減圧手段と、
を含んで構成される請求項１記載の細胞捕捉システム。
前記細胞捕捉デバイス又はそれよりも下流側に設けられて、前記細胞捕捉デバイス中又はそれよりも下流側において、前記血液中又は前記処理液中の気泡を外部に排出する第３の脱気手段を更に備える請求項１又は２記載の細胞捕捉システム。
前記細胞捕捉デバイスは、前記導入流路を有する蓋部材と、前記排出流路を有する収納部材と、を含んで構成され、
前記第３の脱気手段は、
外部と接続するために前記収納部材側の前記排出流路の一部に設けられた貫通孔を塞ぐガス透過性の材料で形成されたガス透過領域と、
外部側で前記貫通孔を被覆する第３の減圧室と、
前記第３の減圧室に対して接続され当該第３の減圧室の内部を減圧する第３の減圧手段と、
を含んで構成される請求項３記載の細胞捕捉システム。
前記細胞捕捉デバイスは、前記導入流路を有する蓋部材と、前記排出流路を有する収納部材と、を含んで構成され、
前記第３の脱気手段は、
ガス透過性を有する材料で構成された前記収納部材と、
前記収納部材の外部側で前記収納部材の少なくとも一部を被覆する第３の減圧室と、
前記第３の減圧室に対して接続され当該第３の減圧室の内部を減圧する第３の減圧手段と、
を含んで構成される請求項３記載の細胞捕捉システム。
前記第３の脱気手段は、
前記細胞捕捉デバイスより下流側の流路上に設けられ、
前記第３の脱気手段より上流側の流路から前記血液又は前記処理液を導入する導入口と、当該第３の脱気手段より下流側の流路に対して前記前記血液中又は前記処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第３のチューブと、
前記チューブの少なくとも一部を覆う第３の減圧室と、
前記減圧室に対して接続され当該減圧室を減圧する第３の減圧手段と、
を含んで構成される請求項３記載の細胞捕捉システム。
前記細胞捕捉デバイスは、前記導入流路を有する蓋部材と、前記排出流路を有する収納部材と、を含んで構成され、
前記第３の脱気手段は、
外部と接続するために前記蓋部材側の前記導入流路の一部に設けられた貫通孔を塞ぐガス透過性の材料で形成されたガス透過領域と、
外部側で前記貫通孔を被覆する第３の減圧室と、
前記第３の減圧室に対して接続され当該第３の減圧室の内部を減圧する第３の減圧手段と、
を含んで構成される請求項３記載の細胞捕捉システム。
血液又は前記血液中の細胞を処理するための処理液を内部に導入するための導入流路と、導入された前記血液又は前記処理液を外部に排出するための排出流路と、複数の貫通孔が厚み方向に形成されて、前記導入流路と前記排出流路との間の流路上に前記血液又は前記処理液が該貫通孔を通過するように配置されたフィルタと、を備える細胞捕捉デバイスと、
前記血液を収納する血液収納容器と、
前記血液収納容器と前記細胞捕捉デバイスの前記導入流路とを接続する血液流路と、
前記フィルタを通過することで前記フィルタに捕捉された細胞を処理するための前記処理液を収納する処理液収納容器と、
前記処理液収納容器と前記細胞捕捉デバイスの前記導入流路とを接続する処理液流路と、
を備える細胞捕捉デバイスを備える細胞捕捉システムの運転方法であって、
選択手段によって、前記細胞捕捉デバイスに対して供給する液体を前記血液及び前記処理液から選択する選択する工程と、
前記選択する工程における選択結果に基づいて、前記血液が収納された血液収納容器からの血液又は前記処理液が収納された処理液収納容器からの処理液を前記細胞捕捉デバイスに供給する送液する工程と、
前記処理液流路上に設けられて、上流側の前記処理液流路から前記処理液を導入する導入口と、下流側の前記処理液流路に対して前記処理液を排出する排出口と、を備えたガス透過性を有する第１のチューブと、前記第１のチューブの少なくとも一部を覆う第１の減圧室と、前記第１の減圧室に対して接続され当該第１の減圧室を減圧する第１の減圧手段と、を含んで構成される第１の脱気手段によって、前記処理液中の気泡を外部に排出する工程と、
を備える細胞捕捉システムの運転方法。
前記細胞捕捉デバイスの下流側に、前記細胞捕捉デバイスの前記排出流路と接続されると共に、前記細胞捕捉デバイスの使用前に前記細胞捕捉デバイス内に充填されるプライム液を収納するプライム液容器と、
前記プライム液容器からの前記プライム液を前記排出流路側から前記細胞捕捉デバイスに対して供給可能な逆送手段と、
を更に備え、
前記細胞捕捉デバイスに対して前記血液又は前記処理液を供給する前に、
前記逆送手段により前記プライム液を前記細胞捕捉デバイスに対して供給し、前記処理液流路側に排出する工程と、
前記第１の脱気手段によって、前記逆送手段により供給された前記プライム液中の気泡を外部に排出する工程と、
を備える請求項８記載の細胞捕捉システムの運転方法。