JP2018537676A - Integrated sample processing system - Google Patents

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Abstract

一体型サンプル精製システムはハウジング、サンプル容器ラック、フィルターホルダー、および円筒形磁石を含む。サンプル容器ラックおよびフィルターデバイスホルダーはハウジング内に排置される。サンプル容器ラックは1つ以上のサンプル容器を保持するよう設計され、フィルターデバイスホルダーは1つ以上のフィルターデバイスを保持するよう設計される。円筒形磁石は、サンプル容器ラックの近傍且つ外部にあり、ハウジング内に排置された電動モーターによって磁石の中心、長軸を中心に回転して細胞を溶解する。溶解した細胞内の目的の分子は、目的の分子と特異的に結合するフィルターを用いて精製する。システムは自動化、および核酸およびタンパク質などの目的の分子の迅速精製および分析に容易に適合する。【選択図】図1The integrated sample purification system includes a housing, a sample container rack, a filter holder, and a cylindrical magnet. The sample container rack and filter device holder are withdrawn in the housing. The sample container rack is designed to hold one or more sample containers, and the filter device holder is designed to hold one or more filter devices. The cylindrical magnet is located near and outside the sample container rack, and is rotated around the center and the long axis of the magnet by an electric motor disposed in the housing to lyse the cells. The target molecule in the lysed cell is purified using a filter that specifically binds to the target molecule. The system is easily adapted for automation and rapid purification and analysis of molecules of interest such as nucleic acids and proteins. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、全般的に、特に困難なサンプルマトリクスおよび/または破壊することの難しい生命体に由来する、核酸またはタンパク質などの目的の分子を分離および/または精製するための一体型サンプル処理システム、さらには固形モノリスフィルターと組み合わせた磁気誘導渦動攪拌を用いる、サンプルから核酸を分離および/または精製するための自動化に適した方法に関係する。   The present invention generally relates to an integrated sample processing system for separating and / or purifying molecules of interest, such as nucleic acids or proteins, from particularly difficult sample matrices and / or difficult to destroy organisms, Furthermore, it relates to an automated suitable method for separating and / or purifying nucleic acids from a sample using magnetically induced vortexing in combination with a solid monolith filter.

分子的試験は、そのスピード、感度および特異性によって、一部の診断試験に対する至適基準として登場しつつある。自家調製検査法(LDT)は、「体外診断(IVD)市場において現在最も速く成長している部門の1つである。サンプル調製は試験の妥当性にとって決定的であるが、臨床分子生物学のワークフローおよび診断試験に対してしばしば支障をもたらす。多くの分子検出様式があるものの、自動化サンプル調製ワークフロー戦略は数えるほどしかない。これらのサンプル調製戦略および化学を中心として構築された既存の器具の費用は17,000ドルから150,000ドルの範囲内であるが、それでもなお、生の喀痰のような困難なサンプルマトリクス、および/またはグラム陽性細菌および抗酸菌(すなわちMycobacterium)などの破壊することが困難な生命体を処理するための一体化法を提供しない。   Molecular tests are emerging as the best standard for some diagnostic tests due to their speed, sensitivity and specificity. Self-preparation testing (LDT) is “one of the fastest growing sectors in the in vitro diagnostics (IVD) market. Sample preparation is critical to the validity of the test, but the clinical molecular biology Frequent hindrances to workflow and diagnostic testing, although there are many molecular detection modalities, there are only a few automated sample preparation workflow strategies, and the cost of existing instruments built around these sample preparation strategies and chemistry Is in the range of $ 17,000 to $ 150,000, but nevertheless difficult sample matrices such as raw silkworms and / or destruction such as Gram-positive bacteria and mycobacteria (ie Mycobacterium) Does not provide an integrated method for processing difficult life forms.

Mycobacterium株を含む抗酸菌は、典型的には感染患者の喀痰から分離される。その脂質に富んだ細胞膜は、フェノールと併用しない限り多様な塩基性色素に対して比較的不透過性であるために、「抗酸菌」と呼ばれる。喀痰は濃厚、粘稠で処理が困難である。分析する喀痰検体の大半は、様々な量の有機体デブリおよび多様な汚染性、正常または一過性細菌叢を含む。典型的には、化学的な除染/処理を用いて粘度を低下させ、汚染菌を殺菌する一方で、マイコバクテリアの回収を可能とする。しかし、ミコール酸および高含有量の脂質を含むその特異な細胞外被により、細胞は疎水性で互いに凝集する傾向にある。これにより、グラム染色などの通常の色素に対して不透過性となる。一般に、カルボールフクシン、およびオーラミンまたはオーラミン−ローダミンなどの蛍光色素の2種類の抗酸菌染料を用いる。一旦染色されると、細胞は酸性化有機溶媒を用いた脱色に抵抗し、それゆえ「抗酸菌」と呼ばれる。しかし、酸とアルコールで連続または同時に処理した後も、フクシンまたはオーラミン染色を保持する。   Mycobacteria, including Mycobacterium strains, are typically isolated from sputum of infected patients. The lipid-rich cell membrane is called “acid-fast bacteria” because it is relatively impermeable to various basic dyes unless combined with phenol. The cocoon is thick and viscous and difficult to process. The vast majority of sputum samples to be analyzed contain varying amounts of organism debris and a variety of contaminating, normal or transient flora. Typically, chemical decontamination / treatment is used to reduce viscosity and disinfect contaminating bacteria while allowing for the recovery of mycobacteria. However, due to its unique cell envelope containing mycolic acid and a high content of lipids, the cells tend to be hydrophobic and aggregate together. This makes it impermeable to normal dyes such as Gram stain. In general, two acid-fast bacteriostatic dyes are used: carbole fuchsin and a fluorescent dye such as auramine or auramine-rhodamine. Once stained, the cells resist decolorization with acidified organic solvents and are therefore referred to as “acid-fast bacteria”. However, it retains fuchsin or auramine staining after sequential or simultaneous treatment with acid and alcohol.

抗酸菌スメア顕微鏡検査は、Mycobacterium種に対する感度が乏しい。顕微鏡検査の感度は、疾患の有病率および重症度、検体の種類、検体採取の品質、検体中に存在するMycobacterium細胞数、処理方法(直接法または濃縮法)、遠心分離法、染色技術、および検査の品質などの数多くの因子によって影響される。液浸顕微鏡検査で少なくとも100視野(低所得国)および好ましくは300視野(先進国)(または同等の蛍光視野)を検査した後で、始めて陰性の結果を報告するよう推奨される。したがって、顕微鏡検査を正しく実施する場合、時間と手間がかかることがある。   Mycobacterial smear microscopy is insensitive to Mycobacterium species. Microscopic examination sensitivity includes disease prevalence and severity, specimen type, specimen collection quality, number of Mycobacterium cells present in the specimen, processing method (direct method or concentration method), centrifugation method, staining technique, And is influenced by numerous factors such as inspection quality. It is recommended to report negative results for the first time after examining at least 100 fields (low-income countries) and preferably 300 fields (developed countries) (or equivalent fluorescent fields) by immersion microscopy. Therefore, it may take time and effort to correctly perform the microscopic examination.

Mycobacterium株は成長が遅い桿菌であり、その通常の世代時間は12から18時間である。通常、コロニーは1週間から8週間のインキュベーション時間後に始めて目視できるようになる。低濃度のMycobacterium細胞を含むサンプルは、さらに数回の継代培養を必要とする。専用の培地でMycobacteriumを培養すると、生体サンプル中に含有される個別のMycobacterium種の同定が可能となる。しかし、特にまだ感染過程の開始時にある患者にとっては、これは時間がかかる。   Mycobacterium strains are slow growing bacilli and their normal generation time is 12 to 18 hours. Normally, colonies become visible only after an incubation period of 1 to 8 weeks. Samples containing low concentrations of Mycobacterium cells require several more subcultures. When Mycobacterium is cultured in a dedicated medium, it is possible to identify individual Mycobacterium species contained in a biological sample. However, this is time consuming, especially for patients who are still at the beginning of the infection process.

核酸ハイブリダイゼーション試験は、生体サンプル中のMycobacterium株を検出するために開発されている。最初の試験は、直接プローブハイブリダイゼーションを利用した。しかし、患者から採取したサンプルに含まれるMycobacterium細胞の濃度は、通常、陽性ハイブリダイゼーションシグナルを生成するには低すぎる。したがって、PCR増幅を利用する試験が開発されている。たとえば、「Amplified(登録商標)Mycobacterium tuberculosis検出キット」として市販されているGen−Probe(登録商標)キット、またはMTD検査キット(ジェン・プローブ社、米国カリフォルニア州サンディエゴ92121)はMtbC特異性rRNAの増幅(転写媒介増幅)の後、ジェン・プローブHPA法(ハイブリダイゼーション保護分析)に準拠したアンプリコン検出を利用する。   Nucleic acid hybridization tests have been developed to detect Mycobacterium strains in biological samples. The first test utilized direct probe hybridization. However, the concentration of Mycobacterium cells contained in samples taken from patients is usually too low to produce a positive hybridization signal. Therefore, tests utilizing PCR amplification have been developed. For example, the Gen-Probe® kit marketed as “Amplified® Mycobacterium tuberculosis detection kit” or the MTD test kit (Gen Probe, San Diego 92121, Calif., USA) can be used to amplify MtbC-specific rRNA. After (transcription-mediated amplification), amplicon detection according to the Gen-Probe HPA method (hybridization protection analysis) is used.

上記の限界の観点より、臨床検査室およびユーザーのニーズの双方を同様に満たすために、サンプルホモジナイゼーション、破壊の困難な微生物の溶解、およびポリヌクレオチドの精製を一体化した簡便且つ効率的なシステムに対するニーズが存在する。   In view of the above limitations, simple and efficient integration of sample homogenization, difficult-to-destruct microbial lysis, and polynucleotide purification to meet both clinical laboratory and user needs alike There is a need for a system.

1つの態様においては、本願はハウジング、サンプル容器ラック、フィルターチップラック、および円筒形磁石を含む一体型サンプル精製システムを提供する。サンプル容器ラックおよびフィルターチップラックはハウジング内に排置される。サンプル容器ラックは1つ以上のサンプル容器を保持するよう設計され、フィルターチップラックは1つ以上のフィルターチップを保持するよう設計される。円筒形磁石は、サンプル容器ラックの近傍且つ外部にあり、ハウジング内に排置された電動モーターによって駆動されて磁石の中心、長軸を中心に回転する。   In one aspect, the present application provides an integrated sample purification system that includes a housing, a sample container rack, a filter chip rack, and a cylindrical magnet. The sample container rack and the filter chip rack are disposed in the housing. Sample container racks are designed to hold one or more sample containers, and filter tip racks are designed to hold one or more filter tips. The cylindrical magnet is located near and outside the sample container rack, and is driven by an electric motor disposed in the housing to rotate around the center and long axis of the magnet.

一部の実施形態においては、ハウジングは1つ以上の試薬を収容する1つ以上の試薬ラックを含む。   In some embodiments, the housing includes one or more reagent racks that contain one or more reagents.

一部の実施形態においては、システムは複数のサンプル容器、複数のフィルターチップおよび1つ以上の試薬ラックを含む。   In some embodiments, the system includes a plurality of sample containers, a plurality of filter tips, and one or more reagent racks.

一定の実施形態においては、円筒形磁石は磁石の長軸に沿って且つその周りに対称に排置された磁極を有する。他の実施形態においては、円筒形磁石は磁石の長軸の対側端に排置された対磁極を有する。さらなる他の実施形態においては、円筒形磁石は電磁石である。   In certain embodiments, the cylindrical magnet has magnetic poles symmetrically disposed along and around the long axis of the magnet. In another embodiment, the cylindrical magnet has a counter magnetic pole that is disposed at the opposite end of the long axis of the magnet. In still other embodiments, the cylindrical magnet is an electromagnet.

1つの実施形態においては、1つ以上のサンプル容器は、1つ以上の試薬溶液の導入後に密封され且つ閉鎖系を維持するよう設計される。   In one embodiment, the one or more sample containers are designed to be sealed and maintain a closed system after introduction of the one or more reagent solutions.

1つの実施形態においては、システムは、それにより試薬ラックがラック内で分離され密封されたウェルに保存された試薬を含む、ハウジング内に排置された1つの試薬ラックをさらに含む。   In one embodiment, the system further includes one reagent rack that is evacuated within the housing, containing reagents stored in wells that are separated and sealed within the rack.

サンプル容器は、使用時に、サンプル容器が細胞材料を収容し且つ円筒形磁石がその長軸を中心に回転するとき、マグネティックスターラーが回転してビーズを攪拌し、細胞材料の無秩序な混合を受け、サンプルのホモジナイゼーションおよび細胞破壊をもたらすよう設計されたマグネティックスターラーおよび複数のビーズを含む。   The sample container, in use, receives a disorderly mixing of the cell material, when the sample container contains the cell material and the cylindrical magnet rotates about its long axis, the magnetic stirrer rotates to stir the beads, Includes magnetic stirrer and multiple beads designed to provide sample homogenization and cell disruption.

1つの実施形態においては、ビーズはガラス、プラスチック、セラミック材料、鉱質、金属またはその組み合わせを含む。具体的な実施形態においては、ビーズはシリカビーズである。   In one embodiment, the beads comprise glass, plastic, ceramic material, mineral, metal or combinations thereof. In a specific embodiment, the beads are silica beads.

1つの実施形態においては、ビーズは10〜1000μmの範囲内の直径を有する。   In one embodiment, the beads have a diameter in the range of 10-1000 μm.

1つの実施形態においては、マグネティックスターラーは金属または合金を含む。具体的な実施形態においては、マグネティックスターラーはステンレススチールを含む。他の実施形態においては、マグネティックスターラーはポリマーでコーティングされた合金コアを含む。具体的な実施形態においては、マグネティックスターラーは、それにより合金コアがネオジム鉄ホウ素またはサマリウムコバルトを含み、且つ/またはポリマーがPTFEまたはパリレンである、ポリマーでコーティングされた合金コアを含む。   In one embodiment, the magnetic stirrer comprises a metal or alloy. In a specific embodiment, the magnetic stirrer includes stainless steel. In other embodiments, the magnetic stirrer includes an alloy core coated with a polymer. In a specific embodiment, the magnetic stirrer comprises a polymer coated alloy core whereby the alloy core comprises neodymium iron boron or samarium cobalt and / or the polymer is PTFE or parylene.

他の態様においては、自動化核酸精製システムは、自動化ピペッティングシステムと、所定の様式で1つ以上のサンプル容器に試薬を自動的に分注し、且つサンプル材料および試薬を廃棄するよう設計された1つ以上のロボティックアームとを組み合わせて、上記の機能を含む。自動化精製システムは、使用時に、それぞれが1つのスターラーおよび複数のビーズを含む複数のサンプル容器、複数のフィルターチップおよび1つ以上の試薬ラックを含む。   In other aspects, the automated nucleic acid purification system is designed to automatically dispense reagents into one or more sample containers in a predetermined manner and to discard sample material and reagents in an automated pipetting system. In combination with one or more robotic arms, the above functions are included. The automated purification system, in use, includes a plurality of sample containers, each containing a stirrer and a plurality of beads, a plurality of filter chips, and one or more reagent racks.

他の態様においては、サンプルから標的分子を生成するための方法は(a)本開示によるサンプル精製システムを提供するステップ;(b)サンプルをマグネティックスターラーおよび複数のビーズと共にサンプル容器に入れるステップ;(c)サンプル容器をサンプル容器ラックに載置するステップ、(d)円筒形磁石をその長軸を中心として回転させ、その結果サンプルをホモジナイズし且つサンプル中の細胞を破壊し、細胞溶解液を形成するのに十分な程度にマグネティックスターラーを回転させてビーズを攪拌するステップ;(e)フィルターチップの第1の開口部を経て細胞溶解液の少なくとも一部を流し、その結果細胞溶解液中の標的分子をフィルターチップ内のフィルターと結合させるステップ;(f)細胞溶解液の未結合部分をフィルターチップから第1の開口部を経て排出し、このとき未結合部分がフィルターチップから出る前に少なくとも2回フィルターを通過するステップ;および(g)フィルターチップの第1の開口部を経て溶離バッファーを流入させ、且つ溶離バッファーをフィルターチップから第1の開口部を経て排出することによりフィルターに結合した標的分子をフィルターチップの第1の開口部から溶離し、溶離バッファーはフィルターチップから出る前に少なくとも2回フィルターを通過するステップを含む。   In other embodiments, a method for generating a target molecule from a sample comprises (a) providing a sample purification system according to the present disclosure; (b) placing the sample in a sample container with a magnetic stirrer and a plurality of beads; c) placing the sample container on the sample container rack; (d) rotating the cylindrical magnet about its long axis, resulting in homogenizing the sample and destroying the cells in the sample to form a cell lysate Rotating the magnetic stirrer enough to stir the beads; (e) flowing at least a portion of the cell lysate through the first opening of the filter chip, resulting in a target in the cell lysate Binding molecules to the filter in the filter chip; (f) unbound portion of cell lysate Through the filter chip through the first opening, wherein the unbound portion passes through the filter at least twice before exiting the filter chip; and (g) elutes through the filter chip first opening. The target molecules bound to the filter are eluted from the first opening of the filter chip by allowing the buffer to flow in and draining the elution buffer from the filter chip through the first opening, before the elution buffer exits the filter chip. Pass through the filter at least twice.

一部の実施形態においては、標的分子はポリヌクレオチド分子である。1つの実施形態においては、サンプルは喀痰を含む。具体的な実施形態においては、喀痰サンプルはMycobacterium Tuberculosis(MTB)を含有することが疑われ、且つ方法は、溶離されたポリヌクレオチド分子をMTB特異的プライマーで増幅するステップ、およびポリヌクレオチド分子がMTB DNAを含むか判定するステップをさらに含む。   In some embodiments, the target molecule is a polynucleotide molecule. In one embodiment, the sample includes sputum. In a specific embodiment, the sputum sample is suspected of containing Mycobacterium Tuberculosis (MTB), and the method comprises amplifying the eluted polynucleotide molecule with an MTB-specific primer, and the polynucleotide molecule is MTB It further includes the step of determining whether or not it contains DNA.

他の実施形態においては、標的分子を精製するための方法は、自動化ピペッティングシステムと、所定の様式で1つ以上のサンプル容器に試薬を自動的に分注し且つサンプル材料および試薬を廃棄するよう設計された1つ以上のロボティックアームをさらに含む、自動化精製システムの使用を含む。この場合、1つ以上の試薬ラックと組み合わせて、同等の数のフィルターチップを用いる複数のサンプル容器のそれぞれにおいて、上記のステップが反復される。   In other embodiments, a method for purifying a target molecule includes an automated pipetting system and automatically dispensing reagents into one or more sample containers in a predetermined manner and discarding sample material and reagents. Use of an automated purification system further comprising one or more robotic arms designed to be In this case, the above steps are repeated for each of a plurality of sample containers using an equivalent number of filter tips in combination with one or more reagent racks.

発明を実施するための形態は、以下の図面を参照する:
細胞を溶解してそこから核酸を精製するための一体化法の実施形態を示すフローチャートである。 1つの実施形態による典型的なシングルチャネル核酸精製システムを示す。 サンプル溶解チャンバーに対する典型的な磁石の配置位置を示す。 代表的なピペットフィルターチップを示す。 他の実施形態による自動化8チャネル核酸精製システムを示す模式図である。 他の実施形態によるディスポーザブル輸送器具を示す。 喀痰由来の核酸のMagVor/フィルターチップ精製のための典型的な一連のステップを示す。
The detailed description refers to the following drawings:
2 is a flow chart illustrating an embodiment of an integrated method for lysing cells and purifying nucleic acids therefrom. 1 illustrates an exemplary single channel nucleic acid purification system according to one embodiment. A typical magnet placement position relative to the sample lysis chamber is shown. A representative pipette filter tip is shown. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an automated 8-channel nucleic acid purification system according to another embodiment. Fig. 6 shows a disposable transport device according to another embodiment. A typical sequence of steps for MagVor / filter chip purification of cocoon-derived nucleic acids is shown.

本発明の好ましい実施形態を記述する際は、明確さを目的として専用の用語を使用する。しかし、本発明はそうして選択された特定の用語によって制限されることを意図していない。具体的な要素は、同様の目的を達成するために同様の様式で作動する全ての技術的同等物をそれぞれに含むことが理解すべきである。   In describing preferred embodiments of the invention, specific terminology is used for the sake of clarity. However, the present invention is not intended to be limited by the specific terms so selected. It should be understood that each specific element includes all technical equivalents that operate in a similar manner to accomplish a similar purpose.

図1は、細胞を溶解し、そこから核酸またはタンパク質などの目的の分子を精製するための一体化法における、典型的なステップを示すフローチャートである。方法10は、液状サンプル懸濁液、マグネティックスターラーおよび細胞溶解ビーズを収容するサンプルチューブを、磁石の近傍にあるサンプルラックに載置すること(ステップ11);マグネティックスターラーおよび細胞溶解ビーズの存在下で、サンプル懸濁液中の細胞を溶解するのに十分なスピードで磁石を回転させることにより、サンプル懸濁液をホモジナイズすること(ステップ13);目的の分子がフィルターマトリクスと結合する条件下で、ホモジナイズしたサンプル懸濁液をフィルターマトリクスを経て流すこと(ステップ15);フィルターマトリクスを洗浄すること(ステップ17)および結合した目的の分子をフィルターマトリクスより溶離すること(ステップ19)を含む。一部の実施形態においては、サンプルチューブはマグネティックスターラー、および/または細胞溶解ビーズ、および/または細胞溶解を促進および/または標的分子の完全性を保持する試薬と共に事前包装される。   FIG. 1 is a flowchart showing exemplary steps in an integrated method for lysing cells and purifying molecules of interest such as nucleic acids or proteins therefrom. Method 10 includes placing a sample tube containing a liquid sample suspension, a magnetic stirrer and cell lysis beads in a sample rack near the magnet (step 11); in the presence of a magnetic stirrer and cell lysis beads. Homogenize the sample suspension by rotating the magnet at a speed sufficient to lyse the cells in the sample suspension (step 13); under conditions where the molecule of interest binds to the filter matrix, Flowing the homogenized sample suspension through the filter matrix (step 15); washing the filter matrix (step 17) and eluting the bound molecules of interest from the filter matrix (step 19). In some embodiments, the sample tube is pre-packaged with a magnetic stirrer, and / or cell lysis beads, and / or reagents that promote cell lysis and / or preserve the integrity of the target molecule.

液状サンプル懸濁液は、液状溶解媒体に懸濁されたサンプルである。典型的なサンプルは生体サンプル、環境サンプルまたは非天然サンプルを含みうる。典型的な生体サンプルは、組織サンプル、生体液サンプル、細胞サンプル、菌類サンプル、原生動物サンプル、細菌サンプル、およびウイルスサンプルを含みうる。組織サンプルは、任意の動物または植物から分離された組織を含む。生体サンプルは血液、臍帯血、血漿、バフィーコート、尿、唾液、喀痰、NALC処理喀痰、鼻咽頭スワブ(NPS)、鼻咽頭吸引液(NPA)、胃吸引液、濃縮喀痰採取物、脳脊髄液、バッカル、洗浄液(気管支など)、胸水、糞便、およびロイコフォレーシスサンプルを含むが、これに限定されない。細胞サンプルは、培養細胞、新鮮または凍結細胞、および固定されたパラフィン包埋(FFPE)組織を含む任意の細胞採取源に由来する組織をさらに含む。細菌サンプルは培養細菌、分離細菌、および前述の生体サンプルのいずれかに含まれる細菌を含むが、これに限定されない。ウイルスサンプルは、培養ウイルス、分離ウイルス、および前述の生体サンプルのいずれかの中にあるウイルスを含むが、これに限定されない。環境サンプルは、空気サンプル、水サンプル、土壌サンプル、岩石サンプル、および自然環境から入手された他の任意のサンプルを含むが、これに限定されない。人工物サンプルは、自然環境中に存在しない任意のサンプルを含む。「人工物」サンプルの例は、精製または分離された材料、培養材料、合成材料および他の任意の人工材料を含むが、これに限定されない。   A liquid sample suspension is a sample suspended in a liquid dissolution medium. Typical samples can include biological samples, environmental samples, or non-natural samples. Typical biological samples can include tissue samples, biological fluid samples, cell samples, fungal samples, protozoan samples, bacterial samples, and viral samples. A tissue sample includes tissue isolated from any animal or plant. Biological samples are blood, umbilical cord blood, plasma, buffy coat, urine, saliva, sputum, NALC-treated sputum, nasopharyngeal swab (NPS), nasopharyngeal aspirate (NPA), gastric aspirate, concentrated sputum extract, cerebrospinal fluid , Buccals, lavage fluids (such as bronchi), pleural effusions, feces, and leucophoresis samples. Cell samples further include tissue from any cell source including cultured cells, fresh or frozen cells, and fixed paraffin embedded (FFPE) tissue. Bacterial samples include, but are not limited to, cultured bacteria, isolated bacteria, and bacteria contained in any of the aforementioned biological samples. Viral samples include, but are not limited to, cultured viruses, isolated viruses, and viruses in any of the aforementioned biological samples. Environmental samples include, but are not limited to, air samples, water samples, soil samples, rock samples, and any other sample obtained from the natural environment. Artifact samples include any sample that does not exist in the natural environment. Examples of “artificial” samples include, but are not limited to, purified or separated materials, culture materials, synthetic materials and any other artificial material.

液状溶解媒体は等張、低張または高張とすることができる。一部の実施形態においては、液状溶解媒体は水性である。一定の実施形態においては、液状溶解媒体はバッファーおよび/または少なくとも1つの塩または塩の組み合わせを含む。一部の実施形態においては、液状溶解媒体のpHは約5から約8、約6から約8、または約6.5から約8.5の範囲である。多様なpHバッファーを用いて所望のpHを達成しうる。適切なバッファーはトリス、MES、ビス−トリス、ADA、ACES、PIPES、MOPSO、ビス−トリスプロパン、BES、MOPS、TES、HEPES、DIPSO、MOBS、TAPSO、HEPPSO、POPSO、TEA、HEPPS、トリシン、Gly−Gly、ビシン、およびリン酸バッファー(とりわけリン酸ナトリウムまたはリン酸ナトリウム−カリウムなど)を含むが、これに限定されない。液状溶解媒体は、約10mMから約100mMバッファー、約25mMから約75mMバッファー、またはとりわけ約40mMから約60mMバッファーを含みうる。液状媒体において使用されるバッファーの種類および量は、用途によって異なるものとすることができる。一部の実施形態においては、液状溶解媒体は、約50mMトリスバッファーを用いて達成することのできる約7.4のpHを有する。一部の実施形態においては、液状溶解媒体は水である。   The liquid dissolution medium can be isotonic, hypotonic or hypertonic. In some embodiments, the liquid dissolution medium is aqueous. In certain embodiments, the liquid dissolution medium comprises a buffer and / or at least one salt or combination of salts. In some embodiments, the pH of the liquid dissolution medium ranges from about 5 to about 8, from about 6 to about 8, or from about 6.5 to about 8.5. A variety of pH buffers can be used to achieve the desired pH. Suitable buffers are Tris, MES, Bis-Tris, ADA, ACES, PIPES, MOPSO, Bis-Trispropane, BES, MOPS, TES, HEPES, DIPSO, MOBS, TAPSO, HEPPSO, POPSO, TEA, HEPPS, Tricine, Gly -Including, but not limited to, Gly, bicine, and phosphate buffer (especially sodium phosphate or sodium phosphate-potassium). The liquid dissolution medium may comprise about 10 mM to about 100 mM buffer, about 25 mM to about 75 mM buffer, or especially about 40 mM to about 60 mM buffer. The type and amount of buffer used in the liquid medium can vary depending on the application. In some embodiments, the liquid dissolution medium has a pH of about 7.4 that can be achieved using about 50 mM Tris buffer. In some embodiments, the liquid dissolution medium is water.

真核細胞、原核細胞、および/またはウイルスは任意の適切な濃度で懸濁しうる。サンプルは、好ましくはマグネティックスターラーの動きに干渉しない濃度で液状媒体に懸濁された細胞を含む。一部の実施形態においては、真核細胞および/または原核細胞は1から1×1010個/mL、1から1×10個/mL、またはとりわけ1×10から1×10個/mLの範囲の濃度で懸濁される。一部の実施形態においては、ウイルス粒子は1から1×1013個/mL、1から1×1010個/mL、または1×10から1×10個/mLの範囲の濃度で懸濁される。 Eukaryotic cells, prokaryotic cells, and / or viruses can be suspended at any suitable concentration. The sample preferably comprises cells suspended in a liquid medium at a concentration that does not interfere with the movement of the magnetic stirrer. In some embodiments, eukaryotic cells and / or prokaryotic cells are 1 to 1 × 10 10 cells / mL, 1 to 1 × 10 5 cells / mL, or especially 1 × 10 3 to 1 × 10 4 cells / mL. Suspended at concentrations in the range of mL. In some embodiments, virus particles are suspended at a concentration in the range of 1 to 1 × 10 13 cells / mL, 1 to 1 × 10 10 cells / mL, or 1 × 10 5 to 1 × 10 7 cells / mL. It becomes cloudy.

一定の好ましい実施形態においては、サンプルはMTBを含むことが疑われる。1つの実施形態においては、サンプルは鼻咽頭吸引液である。他の実施形態においては、サンプルは鼻咽頭スワブである。   In certain preferred embodiments, the sample is suspected of containing MTB. In one embodiment, the sample is nasopharyngeal aspirate. In other embodiments, the sample is a nasopharyngeal swab.

本願で用いる用語「細胞」は真核細胞、原核細胞、ウイルス、内生胞子またはその任意の組み合わせを指す。したがって、細胞は細菌、細菌芽胞、真菌、ウイルス粒子、単細胞真核生物(原生動物、酵母など)、多細胞生物に由来する分離または凝集細胞(1次細胞、培養細胞、組織、生命体全体など)、またはとりわけその任意の組み合わせを含みうる。   As used herein, the term “cell” refers to a eukaryotic cell, prokaryotic cell, virus, endospore or any combination thereof. Therefore, the cells are bacteria, bacterial spores, fungi, virus particles, unicellular eukaryotes (protozoa, yeast, etc.), isolated or aggregated cells derived from multicellular organisms (primary cells, cultured cells, tissues, whole organisms, etc.) ), Or in particular any combination thereof.

用語「サンプル」は標的分子を含むか、または標的分子を含むことを疑われる任意の材料を指す。   The term “sample” refers to any material that contains or is suspected of containing a target molecule.

用語「核酸」は、天然に生成したにせよ人工的に合成されたにせよ(そのアナログを含めて)、DNAおよびRNAを含む個々の核酸または核酸の重合鎖またはその修飾、特に任意の鎖長を有する天然に生成することが知られた修飾を指す。   The term “nucleic acid” refers to an individual nucleic acid or a polymerized strand of nucleic acid, including DNA and RNA, or modifications thereof, in particular any length, whether naturally produced or artificially synthesized (including analogs thereof). Refers to naturally-occurring modifications known to have

用語「サンプル容器」は、核酸を精製するためにサンプルを保護および/または処理するため、または試薬を処理したサンプルと共に受けるための細長く、一般的には管状の容器またはバイアルを指す。サンプル容器は円筒形である必要がなく、その全長またはその一部に沿ってわずかに円錐形であってもよい。   The term “sample container” refers to an elongated, generally tubular container or vial for protecting and / or processing a sample to purify nucleic acids, or for receiving reagents with a treated sample. The sample container need not be cylindrical, but may be slightly conical along its entire length or part thereof.

細胞に関する用語「溶解する」は、核酸およびタンパク質などの細胞内成分を崩壊した細胞から放出するための、細胞の少なくとも一部の完全性の崩壊を意味する。   The term “lyse” with respect to a cell means a disruption of the integrity of at least a portion of the cell to release intracellular components such as nucleic acids and proteins from the disrupted cell.

用語「ホモジナイズする」は、(糞便、組織、喀痰、唾液などの多様な要素を)混合または渦動混合して均一な混合物とすることを意味する。   The term “homogenize” means to mix or vortex mix (various elements such as stool, tissue, sputum, saliva, etc.) into a uniform mixture.

用語「閉鎖系」または「閉鎖容器」は、処理中のチューブまたは容器への(またはチューブまたは容器からの)外因性または外部物質の導入を阻害または予防するために、密封され、完全ではなくとも相当閉鎖された様式で作動するチューブまたは容器を指す。閉鎖系または容器の構成要素は、使用前に製造所で事前滅菌、使用場所で滅菌、および/または使用前に各閉鎖系を組み立て閉鎖した後に滅菌することができる。   The term “closed system” or “closed container” is used to inhibit or prevent the introduction of exogenous or external substances into (or from) a tube or container being processed, whether sealed or not complete. Refers to a tube or container that operates in a fairly closed manner. The components of the closed system or container can be pre-sterilized at the factory before use, sterilized at the site of use, and / or sterilized after each closed system is assembled and closed before use.

用語「1回使用ディスポーザブル」は、再使用しない構成要素を指す。すなわち、その意図した使用、すなわち標的サンプルの処理または生成を完了した後に廃棄される。   The term “single use disposable” refers to a component that is not reused. That is, it is discarded after completing its intended use, ie, processing or generation of the target sample.

本願で用いる用語「モノリス吸着剤」または「モノリス吸着材料」は、単一片内に連続して互いに接続した小孔構造を有する多孔質3次元吸着材料であり、硬質で、自立性で、ほぼモノリス型の構造を含みうる。モノリスは、たとえば前駆物質を所望の形状の型で鋳造、焼結、または重合させて調製する。用語「モノリス吸着剤」または「モノリス吸着材料」は、充填してベッド形態とするか、または多孔質マトリクスに包埋し、最終生成物が個別の吸着剤粒子を含む、個別の吸着剤粒子の収集物と識別されることを意図する。多孔質モノリスポリマーは、最近数十年間に開発された新しい材料のカテゴリーである。非常に小さなビーズから構成されるポリマーとは対照的に、モノリスは簡便な成形プロセスを用いて調製された単一の連続したポリマー片である。用語「モノリス吸着剤」または「モノリス吸着材料」は、ろ紙または吸着剤でコーティングされたろ紙などの、吸着剤繊維または吸着剤でコーティングされた繊維の集合体とも識別されることを意図する。   The term “monolith adsorbent” or “monolith adsorbent material” as used in the present application is a porous three-dimensional adsorbent material having a small pore structure continuously connected to each other in a single piece, which is hard, self-supporting, almost monolith May contain type structure. The monolith is prepared, for example, by casting, sintering, or polymerizing the precursor in a mold of the desired shape. The term “monolith adsorbent” or “monolith adsorbent material” refers to an individual adsorbent particle that is packed into a bed form or embedded in a porous matrix, the final product comprising individual adsorbent particles. Intended to be identified as a collection. Porous monolithic polymers are a new material category developed in recent decades. In contrast to polymers composed of very small beads, a monolith is a single continuous polymer piece prepared using a simple molding process. The term “monolith adsorbent” or “monolith adsorbent material” is intended to be distinguished from an adsorbent fiber or a collection of fibers coated with an adsorbent, such as filter paper or filter paper coated with an adsorbent.

1つの態様においては、本願はハウジング、サンプル容器ラック、フィルターチップラック、および円筒形磁石を含む一体型サンプル精製システムを提供する。サンプル容器ラックおよびフィルターチップラックはハウジング内に排置される。サンプル容器ラックは1つ以上のサンプル容器を保持するよう設計され、フィルターチップラックは1つ以上のフィルターチップを保持するよう設計される。円筒形磁石は、サンプル容器ラックの近傍且つ外部にあり、ハウジング内に排置された電動モーターによって駆動されて磁石の中心、長軸を中心に回転する。   In one aspect, the present application provides an integrated sample purification system that includes a housing, a sample container rack, a filter chip rack, and a cylindrical magnet. The sample container rack and the filter chip rack are disposed in the housing. Sample container racks are designed to hold one or more sample containers, and filter tip racks are designed to hold one or more filter tips. The cylindrical magnet is located near and outside the sample container rack, and is driven by an electric motor disposed in the housing to rotate around the center and long axis of the magnet.

図2は、1つの実施形態による典型的なシングルチャネルサンプル精製システム100を示す。図2のシステム100は、ハウジング104、サンプル容器ラック108、フィルターチップアクチュエータ/ラック112、および円筒形磁石116を含む。サンプル容器ラック108およびフィルターチップラック112はハウジング104内に排置される。サンプル容器ラックまたはスタンド108はサンプル容器120を保持する。図2のフィルターチップアクチュエータ/ラック112は、シリンジ176のシリンジプランジャー174が上下に動き、フィルターチップ124を経て液状物を吸引および分注するよう設計された、シリンジ176に着接されたフィルターチップ124を保持するよう設計される。プランジャー174は、プランジャーの動きを制御するラック112のアクチュエータに接続される。円筒形磁石116は、サンプル容器ラック108の近傍且つ外部にあり、ハウジング内104に排置された電動モーター130によって磁石116の中心、長軸を中心に回転させられる。   FIG. 2 illustrates an exemplary single channel sample purification system 100 according to one embodiment. The system 100 of FIG. 2 includes a housing 104, a sample container rack 108, a filter chip actuator / rack 112, and a cylindrical magnet 116. The sample container rack 108 and the filter chip rack 112 are discharged into the housing 104. Sample container rack or stand 108 holds sample containers 120. The filter tip actuator / rack 112 of FIG. 2 is a filter tip attached to a syringe 176 designed such that the syringe plunger 174 of the syringe 176 moves up and down and sucks and dispenses liquid through the filter tip 124. Designed to hold 124. The plunger 174 is connected to an actuator of the rack 112 that controls the movement of the plunger. The cylindrical magnet 116 is located near and outside the sample container rack 108, and is rotated around the center and long axis of the magnet 116 by the electric motor 130 evacuated in the housing 104.

サンプル容器120は、それぞれサンプル中の細胞を溶解するための溶解チャンバーを1つ以上含みうる。好ましくは、サンプル容器120(および他のシステム構成要素)は、サンプル144および/または1つ以上の試薬溶液の導入前後に閉鎖系を維持するよう密封および設計される。容器120は蓋、キャップまたはカバーで密封しうる。サンプル容器120は任意の適切な材料、寸法および形状で作製することができる。一定の実施形態においては、容器120はプラスチック製である。好ましくは、容器120の内面は化学的に不活性である。サンプル容器120は、たとえば採尿カップ、マイクロ遠心管(エッペンドルフチューブなど)、遠心管、バイアル、マイクロウェルプレートなどの形状でありうる。一部の実施形態においては、図3に示すように、容器120は細胞180、ビーズ160、およびスターラー156を保持するための単一のコンパートメント/チャンバーを含む。一部の実施形態においては、所与の容器120は、それぞれが細胞180、ビーズ160およびマグネティックスターラー156の混合物を、互いに分離した状態で保持することが可能な、複数の別個のコンパートメント/チャンバー(ウェルアレイなど)を含みうる。一部の実施形態においては、サンプル容器120はマグネティクスターラーおよび/または細胞溶解ビーズ、さらには細胞溶解を促進し且つ標的分子の生物活性を維持する化学物質および/または酵素と共に事前包装される。   Each sample container 120 may include one or more lysis chambers for lysing cells in the sample. Preferably, the sample container 120 (and other system components) is sealed and designed to maintain a closed system before and after the introduction of the sample 144 and / or one or more reagent solutions. Container 120 may be sealed with a lid, cap or cover. Sample container 120 may be made of any suitable material, size and shape. In certain embodiments, the container 120 is made of plastic. Preferably, the inner surface of container 120 is chemically inert. The sample container 120 may have a shape of, for example, a urine collection cup, a microcentrifuge tube (such as an Eppendorf tube), a centrifuge tube, a vial, or a microwell plate. In some embodiments, the container 120 includes a single compartment / chamber for holding cells 180, beads 160, and stirrer 156, as shown in FIG. In some embodiments, a given container 120 includes a plurality of separate compartments / chambers (each capable of holding a mixture of cells 180, beads 160 and magnetic stirrer 156 separated from each other). Well array, etc.). In some embodiments, the sample container 120 is pre-packaged with magnetic stirrers and / or cell lysis beads, as well as chemicals and / or enzymes that promote cell lysis and maintain the biological activity of the target molecule.

システム100は複数のサンプル容器120、複数のフィルターチップ124、1つ以上の試薬ラック132またはその組み合わせを含みうる。サンプル容器ラック108は複数のサンプル容器120を保持するよう設計され、且つ複数のサンプル144の同時処理のためにハウジング104の支持面に載置することができる。同様に、フィルターチップラック112は複数のフィルターチップ124を保持するよう設計され、且つ複数のサンプル144の同時処理のためにハウジング104の支持面に載置することができる。またサンプル容器ラック108も、保存を目的としたサンプル144のホルダーとして用いうる。たとえば、複数のサンプル容器120をサンプル容器ラック108内に配置し、分析の前に冷蔵庫または冷凍庫に保存しうる。   The system 100 may include a plurality of sample containers 120, a plurality of filter tips 124, one or more reagent racks 132, or a combination thereof. Sample container rack 108 is designed to hold a plurality of sample containers 120 and can be mounted on a support surface of housing 104 for simultaneous processing of a plurality of samples 144. Similarly, the filter chip rack 112 is designed to hold a plurality of filter chips 124 and can be mounted on a support surface of the housing 104 for simultaneous processing of a plurality of samples 144. The sample container rack 108 can also be used as a holder for the sample 144 for storage purposes. For example, a plurality of sample containers 120 may be placed in the sample container rack 108 and stored in a refrigerator or freezer prior to analysis.

ここで図3を参照すると、サンプル容器120および円筒型磁石116は、使用の際に、円筒形磁石116がその長軸を中心に回転するとき、サンプル容器内のマグネティックスターラー156が回転し、細胞180の破壊およびホモジナイゼーションを引き起こすのに十分な力でビーズ160を攪拌するよう設計される。   Referring now to FIG. 3, in use, the sample container 120 and the cylindrical magnet 116 rotate when the cylindrical magnet 116 rotates about its long axis, the magnetic stirrer 156 in the sample container rotates, and the cell It is designed to agitate beads 160 with sufficient force to cause 180 breaks and homogenization.

円筒型磁石116は数多くの磁石の幾何学的配置または設計を有しうる。1つの実施形態においては、磁石は、磁石の長軸に沿ってこれを中心として対称に排置された磁極(すなわちN極とS極)を有する。磁石は、長軸を中心としてその周りに交互に並んだ複数、好ましくは2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22および24個などの偶数個の対極を有しうる。他の実施形態においては、円筒形磁石は磁石の長軸の対側端に排置された対磁極を有する。さらなる他の実施形態においては、円筒形磁石は電磁石である。   Cylindrical magnet 116 may have numerous magnet geometries or designs. In one embodiment, the magnet has magnetic poles (i.e., N and S poles) that are symmetrically disposed about the magnet's major axis. The magnet has a plurality of, preferably 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, and 24 even counter electrodes arranged alternately around the major axis. Can have. In another embodiment, the cylindrical magnet has a counter magnetic pole that is disposed at the opposite end of the long axis of the magnet. In still other embodiments, the cylindrical magnet is an electromagnet.

磁石116は、サンプル容器120の上、下または横で、磁石116の中心を通る軸を中心として回転しうる。一定の実施形態においては、サンプル容器120は、その上にサンプル容器120が存在する表面と垂直に配置され、且つ磁石116は、やはりその上にサンプル容器120が存在する表面と垂直である軸を中心として回転する。他の実施形態においては、サンプル容器120は、その上にサンプル容器120が存在する表面と垂直に配置され、且つ磁石116は、その上にサンプル容器120が存在する表面と平行な軸を中心として回転する。さらなる他の実施形態においては、サンプル容器120は、その上にサンプル容器120が存在する表面と垂直に配置され、且つ磁石116は、その上にサンプル容器120が存在する表面とある角度を形成する軸を中心として回転する。角度は0°より大きいが180°より小さい。   The magnet 116 can rotate about the axis passing through the center of the magnet 116 above, below or beside the sample container 120. In certain embodiments, the sample container 120 is positioned perpendicular to the surface on which the sample container 120 is present, and the magnet 116 has an axis that is also perpendicular to the surface on which the sample container 120 is present. Rotates as the center. In other embodiments, the sample container 120 is disposed perpendicular to the surface on which the sample container 120 is present, and the magnet 116 is centered about an axis parallel to the surface on which the sample container 120 is present. Rotate. In still other embodiments, the sample container 120 is positioned perpendicular to the surface on which the sample container 120 is present, and the magnet 116 forms an angle with the surface on which the sample container 120 is present. Rotate around an axis. The angle is greater than 0 ° but less than 180 °.

図3は、サンプル容器120に対する磁石116の相対的位置を示す。磁石116は軸Aを中心として回転し、サンプル容器120内のマグネティックスターラー156を、軸Aと平行な軸Bに沿って同じ方向で回転させる。図3では1つの軸Bのみが示されるが、当業者であれば、マグネティックスターラー156が図に示す他のA軸と平行な他のB軸を中心として回転しうることを理解するであろう。回転するマグネティックスターラー156はビーズ160と衝突し、処理中の細胞180を溶解させる。磁石116は、その上にチャンバー(またはサンプル容器120のホルダーの表面190と垂直に配置されるサンプル容器120の横に、その上に、その下にまたはその対角に位置することができる。   FIG. 3 shows the relative position of the magnet 116 with respect to the sample container 120. The magnet 116 rotates about the axis A, and rotates the magnetic stirrer 156 in the sample container 120 along the axis B parallel to the axis A in the same direction. Although only one axis B is shown in FIG. 3, those skilled in the art will appreciate that the magnetic stirrer 156 can rotate about another B axis parallel to the other A axis shown in the figure. . The rotating magnetic stirrer 156 collides with the beads 160 and lyses the cells 180 being processed. The magnet 116 can be located on the side of, above, below or diagonally above the chamber (or sample container 120 which is positioned perpendicular to the surface 190 of the holder of the sample container 120).

サンプル容器120および具体的にはサンプル144、ビーズ160およびマグネティックスターラー156は、変動する磁界の操作範囲内に位置する。たとえば、サンプル容器120は、たとえば容器120を円筒形磁石116と隣接して、またはその近傍に配置することにより、回転する磁界の操作範囲内に位置することができる。変動する磁界は、回転運動、往復運動、またはとりわけその組み合わせなどのマグネティックスターラー156の動きを駆動し、これがさらにビーズ160、細胞および液状媒体の動きを駆動する。一部の実施形態においては、サンプル懸濁液144は、容器120の内部の細胞を溶解するのに十分な回転スピードおよび持続時間で、マグネティックスターラー156により攪拌される。適切な回転スピードおよび持続時間は用途に依存し、当業者が経験的に決定することができる。一般的に言って、細胞を溶解するのに十分な回転スピードは、細胞の種類、サンプル懸濁液144の濃度、サンプル懸濁液の体積、マグネティックスターラー156のサイズおよび形状、細胞溶解ビーズ160の量/個数、サイズ、形状および固さ、およびサンプル容器120のサイズおよび形状などの因子によって決定される。   The sample container 120 and specifically the sample 144, the beads 160 and the magnetic stirrer 156 are located within the operating range of the changing magnetic field. For example, the sample container 120 can be located within the operating range of the rotating magnetic field, for example by placing the container 120 adjacent to or near the cylindrical magnet 116. The fluctuating magnetic field drives the motion of the magnetic stirrer 156, such as rotational motion, reciprocating motion, or a combination thereof, which further drives the motion of the beads 160, cells and liquid media. In some embodiments, the sample suspension 144 is agitated by the magnetic stirrer 156 at a rotational speed and duration sufficient to lyse the cells inside the container 120. The appropriate rotation speed and duration depends on the application and can be determined empirically by one skilled in the art. Generally speaking, sufficient rotation speed to lyse cells is determined by cell type, concentration of sample suspension 144, volume of sample suspension, size and shape of magnetic stirrer 156, cell lysis bead 160 It is determined by factors such as quantity / number, size, shape and hardness, and the size and shape of the sample container 120.

一定の実施形態においては、マグネティックスターラー156は1000〜6000rpmの間、好ましくは約5000rpmで1〜600秒間、好ましくは約90〜120秒間回転している。一定の実施形態においては、サンプル容器120(尿検査用カップまたはチューブの形状にある)がマグネティックスターラー上でラック内に配置され、最高スピード設定(>1,000rpm)で攪拌される。他の実施形態においては、サンプル容器120はELISAプレートなどのマイクロプレートのウェルである。他の実施形態においては、サンプル容器120はサンプル入口およびサンプル出口を有する円筒形の容器である。   In certain embodiments, the magnetic stirrer 156 is rotating at 1000-6000 rpm, preferably at about 5000 rpm for 1-600 seconds, preferably about 90-120 seconds. In certain embodiments, the sample container 120 (in the form of a urinalysis cup or tube) is placed in a rack on a magnetic stirrer and stirred at the highest speed setting (> 1,000 rpm). In other embodiments, the sample container 120 is a well of a microplate, such as an ELISA plate. In other embodiments, the sample container 120 is a cylindrical container having a sample inlet and a sample outlet.

一定の実施形態においては、マグネティックスターラー156の回転のスピードを高めて溶解効率を高め、且つ溶解を達成するのに必要とされる時間を低減する。一定の他の実施形態においては、一定の種類の細胞のみが溶解するよう回転のスピードを調節する。たとえば、複数の種類の細胞180を含有するサンプル懸濁液144において、スターラー156は第1のスピードで回転して第1の細胞群を溶解させ、その後第2のスピードで回転して第2の細胞群を溶解させうる。他の実施形態においては、容器120を、溶解処理前、処理中および/または処理後にサンプル懸濁液144の温度を制御する温度調節モジュールに接続する。一定の実施形態においては、サンプル懸濁液144の温度は2℃〜8℃に維持される。一部の実施形態においては、サンプル懸濁液144は溶解処理前、処理中および/または処理後に(マグネティックスターラーの回転中などに)40℃〜80℃、50℃〜70℃、または約60℃に加熱される。   In certain embodiments, the speed of rotation of the magnetic stirrer 156 is increased to increase dissolution efficiency and reduce the time required to achieve dissolution. In certain other embodiments, the speed of rotation is adjusted so that only certain types of cells are lysed. For example, in a sample suspension 144 containing a plurality of types of cells 180, the stirrer 156 rotates at a first speed to lyse a first cell population and then rotates at a second speed to generate a second suspension. Cell populations can be lysed. In other embodiments, the container 120 is connected to a temperature adjustment module that controls the temperature of the sample suspension 144 before, during and / or after the lysis process. In certain embodiments, the temperature of the sample suspension 144 is maintained between 2 ° C and 8 ° C. In some embodiments, the sample suspension 144 is 40 ° C.-80 ° C., 50 ° C.-70 ° C., or about 60 ° C. before, during and / or after the lysis process (such as during rotation of a magnetic stirrer). To be heated.

マグネティックスターラー156は金属製であっても、金属合金製であってもよい。1つの実施形態においては、マグネティックスターラー156はステンレスチール製である。他の実施形態においては、マグネティックスターラー156はポリマー、ガラスまたはセラミック(ポーセレンなど)といった化学的に不活性の材料でコーティングされた合金コアから作製される。典型的な合金コア材料はネオジム鉄ホウ素およびサマリウムコバルトを含む。典型的なコーティングポリマーは、PTEEおよびパリレンなどの生体適合性ポリマーを含む。   The magnetic stirrer 156 may be made of metal or metal alloy. In one embodiment, the magnetic stirrer 156 is made of stainless steel. In other embodiments, the magnetic stirrer 156 is made from an alloy core coated with a chemically inert material such as a polymer, glass or ceramic (such as porcelain). Typical alloy core materials include neodymium iron boron and samarium cobalt. Typical coating polymers include biocompatible polymers such as PTEE and parylene.

マグネティックスターラー156は任意の形状のものとすることが可能であり、且つサンプル容器120に入れて容器120内で動いたり、回転しり、または攪拌したりするよう十分小さくなければならない。マグネティックスターラー156は棒形、円柱型、十字型、V字型、三角形、長方形、桿状またはとりわけ円盤状スターラー156とすることができる。一部の実施形態においては、マグネティックスターラー156は長方形の形状を有する。一部の実施形態においては、マグネティックスターラー156は二叉の音叉形状を有する。一部の実施形態においては、マグネティックスターラー156はV字様の形状を有する。一部の実施形態においては、マグネティックスターラー156は台形の形状を有する。一定の実施形態においては、スターラー156の最も長い寸法は、容器の直径よりわずかに小さい(たとえば容器の直径の約75〜95%)。   The magnetic stirrer 156 can be of any shape and must be small enough to move, rotate or agitate within the sample container 120 in the sample container 120. The magnetic stirrer 156 can be a rod-shaped, cylindrical, cross-shaped, V-shaped, triangular, rectangular, bowl-shaped or especially a disk-shaped stirrer 156. In some embodiments, the magnetic stirrer 156 has a rectangular shape. In some embodiments, the magnetic stirrer 156 has a bifurcated tuning fork shape. In some embodiments, the magnetic stirrer 156 has a V-like shape. In some embodiments, the magnetic stirrer 156 has a trapezoidal shape. In certain embodiments, the longest dimension of stirrer 156 is slightly smaller than the diameter of the container (eg, about 75-95% of the diameter of the container).

細胞溶解ビーズ160は、細胞の固さよりも大きな固さを有する、任意の粒子様および/またはビーズ様構造とすることができる。ビーズ160はプラスチック、ガラス、セラミック、鉱質、金属および/または任意の他の適切な材料で作製しうる。一定の実施形態においては、ビーズ160は非磁性材料で作製しうる。ビーズ160は少なくとも1つの軸を中心として回転対称でありうる(球形、丸形、楕円形、長円形、卵型、および水滴型粒子など)。一定の実施形態においては、ビーズ160は多面体形状を有する。他の実施形態においては、ビーズ160は不規則な形状をした粒子である。一部の実施形態においては、ビーズ160は突起を有する粒子である。ビーズ160は10〜1,000μm、20〜400μm、またはとりわけ50〜200μmの直径を有しうる。各溶解容器に加えるビーズ160の量の範囲は約1〜10,000mg、1〜1000mg、1〜100mg、とりわけ1〜10mgでありうる。   The cell lysis bead 160 can be any particle-like and / or bead-like structure having a hardness greater than that of the cells. Bead 160 may be made of plastic, glass, ceramic, mineral, metal and / or any other suitable material. In certain embodiments, the beads 160 can be made of a non-magnetic material. The beads 160 may be rotationally symmetric about at least one axis (such as spherical, round, elliptical, oval, egg-shaped, and water droplet-shaped particles). In certain embodiments, the beads 160 have a polyhedral shape. In other embodiments, beads 160 are irregularly shaped particles. In some embodiments, beads 160 are particles with protrusions. The beads 160 may have a diameter of 10 to 1,000 μm, 20 to 400 μm, or especially 50 to 200 μm. The range of the amount of beads 160 added to each dissolution vessel can be about 1 to 10,000 mg, 1 to 1000 mg, 1 to 100 mg, especially 1 to 10 mg.

細胞が溶解した後、細胞溶解液を適切なフィルターチップ124に取り入れ、核酸がその中のフィルターマトリクス126に結合することを可能とする(図4を参照)。溶解液は、典型的には未結合の部分をフィルターチップ124の同じ末端から排出する前に、少なくとも2回フィルターマトリクス126を通過させる。この時点で、別の機会にさらに分析するために、フィルターチップ124内で結合した核酸を密封容器に保存することができる。またその代わりに、以下にさらに記載するように、適切な溶離バッファーを用いて結合した核酸をフィルターチップから溶離することができる。   After the cells are lysed, the cell lysate is taken into an appropriate filter chip 124, allowing nucleic acids to bind to the filter matrix 126 therein (see FIG. 4). The lysate is typically passed through the filter matrix 126 at least twice before discharging unbound portions from the same end of the filter tip 124. At this point, the nucleic acid bound in the filter chip 124 can be stored in a sealed container for further analysis at another time. Alternatively, the bound nucleic acid can be eluted from the filter chip using a suitable elution buffer, as further described below.

図4は代表的なフィルターチップを示す。フィルターチップ124は、ピペットチップ127に挿入された多孔質モノリス結合フィルターマトリクス126を含む。モノリス結合フィルターマトリクス126は、モノリス吸着剤またはモノリス吸着材料を含む。多孔質モノリス材料は核酸と特異的に結合し、硬質で、自立性で、ほぼモノリス型の構造から構成される。一部の実施形態においては、多孔質モノリス材料は核酸親和性を提供する追加的な材料を含まない。一部の実施形態においては、多孔質モノリス材料はガラスフリットなどのガラスベースのモノリス材料である。一定の実施形態においては、ガラスフリットは焼結ガラスフリットである。ガラスフリットまたは焼結ガラスフリットなどの多孔質モノリス材料の多孔度は、用途に依存する。多孔質モノリス材料は、一般に、特定の用途のための所望のサンプル流量を可能とし、かつ所望のサイズ範囲の核酸を保持することが可能な多孔度を有するべきである。一部の実施形態においては、モノリス結合フィルターマトリクス126は、多孔度が相異なる2つの部分(126aおよび126b)からなるガラスフリットである。   FIG. 4 shows a typical filter chip. Filter tip 124 includes a porous monolithic filter matrix 126 inserted into pipette tip 127. The monolith binding filter matrix 126 includes a monolith adsorbent or a monolith adsorbent material. Porous monolithic materials bind specifically to nucleic acids, are rigid, self-supporting, and are composed of a nearly monolithic structure. In some embodiments, the porous monolith material does not include additional materials that provide nucleic acid affinity. In some embodiments, the porous monolith material is a glass-based monolith material such as a glass frit. In certain embodiments, the glass frit is a sintered glass frit. The porosity of a porous monolith material such as a glass frit or a sintered glass frit depends on the application. The porous monolithic material should generally have a porosity that allows the desired sample flow rate for a particular application and can retain the desired size range of nucleic acids. In some embodiments, the monolith bonded filter matrix 126 is a glass frit that consists of two portions (126a and 126b) that differ in porosity.

一部の実施形態においては、多孔質モノリス材料は2〜400ミクロン、2〜300ミクロン、2〜220ミクロン、2〜200ミクロン、2〜180ミクロン、2〜160ミクロン、2〜140マイクロ、2〜120マイクロ、2〜100ミクロン、2〜80ミクロン、2〜60ミクロン、2〜40ミクロン、2〜20ミクロン、2〜16ミクロン、2〜10ミクロン、2〜5.5ミクロン、4〜400ミクロン、4〜300ミクロン、4〜220ミクロン、4〜200ミクロン、4〜180ミクロン、4〜160ミクロン、4〜140マイクロ、4〜120マイクロ、4〜100ミクロン、4〜80ミクロン、4〜60ミクロン、4〜40ミクロン、4〜20ミクロン、4〜16ミクロン、4〜10ミクロン、4〜5.5ミクロン、10〜400ミクロン、10〜300ミクロン、10〜220ミクロン、10〜200ミクロン、10〜180ミクロン、10〜160ミクロン、10〜140マイクロ、10〜120マイクロ、10〜100ミクロン、10〜80ミクロン、10〜60ミクロン、10〜40ミクロン、10〜20ミクロン、10〜16ミクロン、16〜400ミクロン、16〜300ミクロン、16〜220ミクロン、16〜200ミクロン、16〜180ミクロン、16〜160ミクロン、16〜140マイクロ、16〜120マイクロ、16〜100ミクロン、16〜80ミクロン、16〜60ミクロン、16〜40ミクロン、40〜400ミクロン、40〜300ミクロン、40〜220ミクロン、40〜200ミクロン、40〜180ミクロン、40〜160ミクロン、40〜140マイクロ、40〜120マイクロ、40〜100ミクロン、40〜80ミクロン、40〜60ミクロン、100〜400ミクロン、100〜300ミクロン、100〜220ミクロン、100〜200ミクロン、100〜180ミクロン、100〜160ミクロン、100〜140マイクロ、100〜120マイクロ、160〜400ミクロン、160〜300ミクロン、160〜220ミクロン、160〜200ミクロン、160〜180ミクロン、200〜400ミクロン、200〜300ミクロン、または200〜220ミクロンの範囲の多孔度(すなわち平均孔径)を有するガラスフリットまたは焼結ガラスフリットである。他の実施形態においては、多孔質一体型材料は、相異なる多孔度の2つの部分(126aおよび126b)を有するガラスフリットまたは焼結ガラスフリットである。各部分は上記の範囲の多孔度を有しうる(4〜10ミクロンの部分と16〜40ミクロンの部分、または16〜40ミクロンの部分と100〜160ミクロンの部分など)。   In some embodiments, the porous monolith material is 2-400 microns, 2-300 microns, 2-220 microns, 2-200 microns, 2-180 microns, 2-160 microns, 2-140 microns, 2-140 120 microns, 2-100 microns, 2-80 microns, 2-60 microns, 2-40 microns, 2-20 microns, 2-16 microns, 2-10 microns, 2-5.5 microns, 4-400 microns, 4-300 microns, 4-220 microns, 4-200 microns, 4-180 microns, 4-160 microns, 4-140 microns, 4-120 microns, 4-100 microns, 4-80 microns, 4-60 microns, 4 to 40 microns, 4 to 20 microns, 4 to 16 microns, 4 to 10 microns, 4 to 5.5 microns, 10 400 microns, 10-300 microns, 10-220 microns, 10-200 microns, 10-180 microns, 10-160 microns, 10-140 microns, 10-120 microns, 10-100 microns, 10-80 microns, 10 60 microns, 10-40 microns, 10-20 microns, 10-16 microns, 16-400 microns, 16-300 microns, 16-220 microns, 16-200 microns, 16-180 microns, 16-160 microns, 16- 140 micron, 16-120 micron, 16-100 micron, 16-80 micron, 16-60 micron, 16-40 micron, 40-400 micron, 40-300 micron, 40-220 micron, 40-200 micron, 40- 180 microns, 40 160 microns, 40-140 microns, 40-120 microns, 40-100 microns, 40-80 microns, 40-60 microns, 100-400 microns, 100-300 microns, 100-220 microns, 100-200 microns, 100- 180 microns, 100-160 microns, 100-140 microns, 100-120 microns, 160-400 microns, 160-300 microns, 160-220 microns, 160-200 microns, 160-180 microns, 200-400 microns, 200- A glass frit or sintered glass frit having a porosity (ie, average pore size) in the range of 300 microns, or 200-220 microns. In other embodiments, the porous monolithic material is a glass frit or sintered glass frit having two portions (126a and 126b) with different porosities. Each portion may have a porosity in the above range (such as a 4-10 micron portion and a 16-40 micron portion, or a 16-40 micron portion and a 100-160 micron portion, etc.).

一部の実施形態においては、フィルターは1〜30mm、1〜25mm、1〜20mm、1〜15mm、1〜10mm、1〜8mm、1〜6mm、1〜4mm、2〜30mm、2〜25mm、2〜20mm、2〜15mm、2〜10mm、2〜8mm、2〜6mm、2〜4mm、4〜30mm、4〜25mm、4〜20mm、4〜15mm、4〜10mm、4〜8mm、4〜6mm、6〜30mm、6〜25mm、6〜20mm、6〜15mm、6〜10mm、6〜8mm、8〜30mm、8〜25mm、8〜20mm、8〜15mm、8〜10mm、10〜30mm、10〜25mm、10〜20mm、10〜15mm、15〜30mm、15〜25mm、15〜20mm、20〜30mm、20〜25mm、または25〜30mmの範囲の厚さを有する。   In some embodiments, the filter is 1-30 mm, 1-25 mm, 1-20 mm, 1-15 mm, 1-10 mm, 1-8 mm, 1-6 mm, 1-4 mm, 2-30 mm, 2-25 mm, 2-20 mm, 2-15 mm, 2-10 mm, 2-8 mm, 2-6 mm, 2-4 mm, 4-30 mm, 4-25 mm, 4-20 mm, 4-15 mm, 4-10 mm, 4-8 mm, 4- 6mm, 6-30mm, 6-25mm, 6-20mm, 6-15mm, 6-10mm, 6-8mm, 8-30mm, 8-25mm, 8-20mm, 8-15mm, 8-10mm, 10-30mm, 10-25mm, 10-20mm, 10-15mm, 15-30mm, 15-25mm, 15-20mm, 20-30mm, 20-25mm, or 25-30mm range Having a thickness.

一部の実施形態においては、多孔質モノリス材料は、ポリヌクレオチド、タンパク質、脂質または多糖類などの目的の分子に対する親和性を有する1つ以上の材料で修飾しうる。一部の実施形態においては、多孔質モノリス材料は、核酸に対する親和性を有する1つ以上の材料で修飾しうる。   In some embodiments, the porous monolith material may be modified with one or more materials that have an affinity for the molecule of interest, such as a polynucleotide, protein, lipid or polysaccharide. In some embodiments, the porous monolith material may be modified with one or more materials that have an affinity for nucleic acids.

一部の実施形態においては、フィルターは多孔質ガラスモノリス製、多孔質ガラス−セラミック製または多孔質モノリスポリマー製である。一部の実施形態においては、多孔質ガラスモノリスは、本願に参照文献として援用する米国特許第4,810,674号明細書および第4,765,818号明細書に記載のゾル−ゲル法を用いて生成することができる。多孔質ガラス−セラミックは、多孔質ガラスモノリスの制御結晶化によって生成しうる。好ましい実施形態においては、多孔質ガラスモノリス、多孔質ガラス−セラミックまたは多孔質モノリスポリマーは、その核酸との結合親和性を改善することを目的として、ポリヌクレオチドまたは抗体などのいかなる追加的材料でもコーティングされたり、またはこれを包埋されたりしない。   In some embodiments, the filter is made of a porous glass monolith, a porous glass-ceramic, or a porous monolith polymer. In some embodiments, the porous glass monolith is a sol-gel process as described in US Pat. Nos. 4,810,674 and 4,765,818, which are incorporated herein by reference. Can be used. Porous glass-ceramics can be produced by controlled crystallization of a porous glass monolith. In a preferred embodiment, the porous glass monolith, porous glass-ceramic or porous monolith polymer is coated with any additional material, such as a polynucleotide or antibody, for the purpose of improving its binding affinity with nucleic acids. Or it is not embedded.

一部の好ましい実施形態においては、フィルターは液状サンプルがそこを通過しうる細孔径多孔質ガラスフリット製である。多孔質ガラスフリットは、その核酸または他の目的分子との親和性を改善することを目的として、ポリヌクレオチドまたは抗体などのいかなる追加的材料でもコーティングされたり、またはこれを包埋されたりしない。核酸を精製するのに適した基材は、単一のモノリス構造を形成するために、ビーズをホットプレスで粉砕することで形成される焼結ガラスによって作製される、多孔質ガラスフリットを含む。フリットの均一な構造は、フリット内部での予測可能な液状物の流動をもたらし、且つ溶離液がサンプル流動と同様の流体力学を有することを可能とする。予測可能な液体物の流動は、溶離プロセスにおける高い回収率を可能とする。   In some preferred embodiments, the filter is made of a porous porous glass frit through which a liquid sample can pass. The porous glass frit is not coated or embedded with any additional material, such as a polynucleotide or antibody, for the purpose of improving its affinity with nucleic acids or other molecules of interest. Suitable substrates for purifying nucleic acids include porous glass frit made by sintered glass formed by grinding the beads with a hot press to form a single monolith structure. The uniform structure of the frit provides predictable liquid flow within the frit and allows the eluent to have a fluid dynamics similar to sample flow. Predictable liquid flow allows high recovery in the elution process.

フィルターマトリクス126は、典型的にはピペットチップ127に配置されるものの、体積および形状の異なるカラム、シリンジまたは他のハウジングにも嵌合されうる。手動または自動ピペット、シリンジ、シリンジポンプ、手持ちシリンジ、またはフィルターマトリクス126に液状物を通過させるための他の種類の自動化または手動法を用いて、フィルターマトリクス126に液状溶液を通過させうる。   The filter matrix 126 is typically disposed on the pipette tip 127, but can also be fitted to columns, syringes or other housings of different volumes and shapes. Liquid solutions can be passed through the filter matrix 126 using manual or automatic pipettes, syringes, syringe pumps, hand held syringes, or other types of automated or manual methods for passing liquids through the filter matrix 126.

図5Aおよび5Bに示すように、システムはハウジング内に排置された1つ以上の試薬ラック132をさらに含みうる。試薬ラック132は1つ以上の試薬を保持するよう設計される。試薬ラック132は、使用する準備ができたときにその中に試薬を注入することのできるトレイの形態としうる。この場合、サンプル144の処理中に複数のサンプルウェルに送達するために、試薬をトレイに注入して試薬を複数のピペットチップで受けやすくする。またその代わりに、試薬ラック132は、複数のウェル152を含むブロックまたはマルチウェルプレート(24ウェル、96ウェルなど)の形態としてもよく、これにより複数のウェルが、それぞれ別個のサンプル144を処理するために、試薬のいずれかを保持するよう設計される。一定の実施形態においては、ウェル152は事前に試薬を充填され、ラック132の中で密封されうる。一部の実施形態においては、ラック132はサンプル容器ラック108および/またはフィルターチップラック112の近傍に位置する(図5B)。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the system may further include one or more reagent racks 132 that are disposed within the housing. Reagent rack 132 is designed to hold one or more reagents. The reagent rack 132 may be in the form of a tray into which reagents can be poured when ready for use. In this case, in order to deliver the sample 144 to a plurality of sample wells during processing, the reagent is injected into the tray to facilitate receiving the reagent with a plurality of pipette tips. Alternatively, the reagent rack 132 may be in the form of a block or multi-well plate (24-well, 96-well, etc.) that includes a plurality of wells 152, whereby each of the plurality of wells processes a separate sample 144. In order to hold any of the reagents. In certain embodiments, well 152 can be pre-filled with reagents and sealed in rack 132. In some embodiments, the rack 132 is located near the sample container rack 108 and / or the filter tip rack 112 (FIG. 5B).

サンプル精製システム100は手動で操作してもよく、あるいはプログラマブルロジックにより半自動化または完全自動化状態で実行するよう設計してもよい。一定の実施形態において、システムは自動化ピペッティングシステム136(図5A)、および所定のコンピュータ制御様式によって、自動的に1つ以上の試薬ラック132から複数のサンプル容器120に試薬を分注し、サンプル材料および使用済み試薬を適切な廃棄用受け器172に廃棄するよう設計された(図5B)、1つ以上のロボティックアーム(示さず)をさらに含む。   The sample purification system 100 may be operated manually or may be designed to run in a semi-automated or fully automated state with programmable logic. In certain embodiments, the system automatically dispenses reagents from one or more reagent racks 132 to a plurality of sample containers 120 and automatically samples by an automated pipetting system 136 (FIG. 5A) and a predetermined computer controlled manner. Designed to dispose of materials and spent reagents in a suitable disposal receptacle 172 (FIG. 5B), it further includes one or more robotic arms (not shown).

操作の様式の1つにおいては、試薬ラック132はマルチウェルプレート(24ウェル、96ウェルなど)の形態にある。好ましくは、自動化液状物操作は、試験しようとする混合物を調製するために行う必要のある作業の量を低減するので、混合物はこれを用いて混合される。また自動サンプリングプロトコルも、技術上既知の装置および方法を用いて、ロボティクスにより実施しうる。   In one mode of operation, reagent rack 132 is in the form of a multi-well plate (24-well, 96-well, etc.). Preferably, the automated liquid handling reduces the amount of work that needs to be done to prepare the mixture to be tested, so that the mixture is used to mix. Automatic sampling protocols can also be implemented by robotics using equipment and methods known in the art.

任意の適切な機器または装置を用いて、自動精製システム100およびその多様な処理ステップによってサンプル144を移動させうる。たとえば、本願で用いられるシステム100は、技術上既知である多様なロボティクスを用いて、サンプル144、試薬および他のシステム構成要素の移動を自動化することができる。典型的なロボティクスシステムは、サンプルを1つ、2つまたは3つの軸上で移動し且つ/または1つ、2つまたは3つの軸を中心として回転する能力を有する。典型的なロボティクスは、工作物の上、下または横に位置しうるトラック上で移動する。ロボティクス構成要素は、典型的には工作物を握り且つ/または移動し、ピペッターを挿入し、試薬を分注し、吸引することなどが可能なロボティックアームなどの機能的構成要素を含む。本願で用いる「ロボティックアーム」は、好ましくはマイクロプロセッサによって制御される、サンプル144、容器120、フィルターチップ124、サンプル容器ラック108、フィルターチップラック112および試薬ラック132を1つの場所から他の場所に物理的に移動するデバイスを意味する。それぞれの場所を自動化精製システム100におけるユニットとすることができる。ロボティックアームの制御のためのソフトウェアは、一般にアームの製造業者から入手可能である。   Any suitable instrument or device can be used to move the sample 144 through the automated purification system 100 and its various processing steps. For example, the system 100 used in the present application can automate the movement of samples 144, reagents and other system components using a variety of robotics known in the art. A typical robotics system has the ability to move a sample on one, two or three axes and / or rotate about one, two or three axes. Typical robotics move on a track that can be located above, below or beside the workpiece. Robotics components typically include functional components such as robotic arms that can grip and / or move a workpiece, insert pipettes, dispense reagents, aspirate, and the like. As used herein, a “robotic arm” is a sample 144, container 120, filter chip 124, sample container rack 108, filter chip rack 112, and reagent rack 132 that are preferably controlled by a microprocessor from one location to another. Means a device that moves physically. Each location can be a unit in the automated purification system 100. Software for control of the robotic arm is generally available from the arm manufacturer.

ロボティクスは、たとえば作業領域の上、下または横にあるトラック上で並進してもよく、且つ/またはアームが作業領域の異なる位置に到達することを可能とする接合部分を含んでもよい。ロボティクスは、たとえば電気、空気圧または水圧で動力を供給しうる、技術上既知のモーターによって駆動しうる。標準的なPLCプログラミングまたは他の技術上既知の方法などの、任意の適切な駆動制御システムを用いて、ロボティクスを制御することができる。任意選択として、ロボティクスは光学的または機械的に位置および/または力を測定し、ロボットが所望の位置に誘導されることを可能とする位置フィードバックシステムを含む。任意選択として、ロボティクスは、繰り返し特定の位置を取ることを可能とする機械的停止、光学的マーカーまたはレーザー誘導などの位置確保メカニズムも含む。   The robotics may translate, for example, on tracks that are above, below or beside the work area and / or may include joints that allow the arms to reach different positions in the work area. The robotics can be driven by motors known in the art, which can be powered, for example, by electricity, air pressure or water pressure. The robotics can be controlled using any suitable drive control system, such as standard PLC programming or other art known methods. Optionally, the robotics includes a position feedback system that measures position and / or force optically or mechanically and allows the robot to be guided to the desired position. Optionally, the robotics also includes a positioning mechanism such as a mechanical stop, optical marker or laser guidance that allows a specific position to be taken repeatedly.

典型的な自動サンプリングプロトコルは、たとえばエッペンドルフepMotion5070、epMotion5075、ハミルトンSTARlet、STARおよびSTARplus液状物操作ロボットなどを利用する。そのようなプロトコルはRNA分離、全血、組織、唾液、スワブからのゲノムDNAの分離、さらには循環腫瘍DNAおよび循環胎児DNAなどの無細胞DNAの抽出および母体血漿からの濃縮のために適合化しうる。   Typical automatic sampling protocols utilize, for example, Eppendorf epMotion 5070, epMotion 5075, Hamilton STARlet, STAR and STARplus liquid material handling robots. Such protocols are adapted for RNA isolation, isolation of genomic DNA from whole blood, tissue, saliva, swabs, as well as extraction of cell-free DNA such as circulating tumor DNA and circulating fetal DNA and enrichment from maternal plasma. sell.

(核酸を精製するための方法)
他の実施形態においては、サンプルから核酸を精製するための方法は:(a)本開示による核酸精製システムを提供するステップ;(b)サンプル、マグネティックスターラーおよび複数のビーズをサンプル容器に導入するステップ;(c)円筒形磁石をその長軸を中心に回転させ、その結果サンプルをホモジナイズし且つサンプル中の細胞を破壊して細胞溶解液を形成するのに十分な程度に、マグネティックスターラーが回転し且つビーズが攪拌されて細胞内容物の無秩序な混合を受けるステップ;(d)細胞溶解液の少なくとも一部をフィルターチップの第1の開口部を経て流し、その結果細胞溶解液中の核酸をフィルターチップ内のフィルターと結合させるステップ;(e)細胞溶解液の未結合部分をフィルターチップから第1の開口部を経て排出し、このとき未結合部分がフィルターチップから出る前に少なくとも2回フィルターを通過するステップ;および(f)フィルターチップの第1の開口部から溶離バッファーを流入させ、溶離バッファーをフィルターチップから第1の開口部を経て排出することによりフィルターに結合した核酸を溶離し、このとき溶離バッファーがフィルターチップから出る前に少なくとも2回フィルターを通過するステップを含む。
(Method for purifying nucleic acid)
In other embodiments, a method for purifying nucleic acid from a sample includes: (a) providing a nucleic acid purification system according to the present disclosure; (b) introducing the sample, a magnetic stirrer, and a plurality of beads into a sample container. (C) rotating the cylindrical magnet about its long axis, so that the magnetic stirrer rotates enough to homogenize the sample and destroy the cells in the sample to form a cell lysate; And the beads are agitated and subjected to random mixing of the cell contents; (d) at least a portion of the cell lysate is flowed through the first opening of the filter chip, thereby filtering the nucleic acid in the cell lysate Binding to a filter in the chip; (e) a first opening of the unbound portion of the cell lysate from the filter chip Passing through the filter at least twice before the unbound portion exits the filter tip; and (f) allowing the elution buffer to flow from the first opening of the filter tip and allowing the elution buffer to pass through the filter tip. Elution of the nucleic acid bound to the filter by discharging it through the first opening, wherein the elution buffer passes through the filter at least twice before leaving the filter chip.

完全手動、半自動化、または完全自動化プロトコルを含む、本願に記載の方法を実施する任意の様式を用いることができる。しかし、フィルターチップの特性、適合性、単純さおよびワークフローによって、容易に適合化、自動化、および数多くの臨床サンプルマトリクス、投入サンプル体積、および液状物操作システムに対して有効とすることができる。したがって、好ましい実施形態においては、操作の様式はある種の自動化を含む。1つの実施形態においては、核酸を精製するための方法は、自動化ピペッティングシステムと、所定の様式で1つ以上のサンプル容器に試薬を自動的に分注し、且つサンプル材料および試薬を適切なディスポーザブル受け器に廃棄するよう設計された1つ以上のロボティックアームを含む。この場合、1つ以上の試薬ラックと組み合わせた、同等の数のフィルターチップを用いる複数のサンプル容器のそれぞれにおいて、上記のステップが反復される。   Any manner of performing the methods described herein can be used, including fully manual, semi-automated, or fully automated protocols. However, the characteristics, suitability, simplicity, and workflow of the filter tip can be easily adapted, automated, and enabled for numerous clinical sample matrices, input sample volumes, and liquid handling systems. Thus, in a preferred embodiment, the mode of operation includes some sort of automation. In one embodiment, a method for purifying a nucleic acid includes an automated pipetting system, automatically dispensing reagents into one or more sample containers in a predetermined manner, and suitable sample materials and reagents. Includes one or more robotic arms designed to be disposed of in a disposable receptacle. In this case, the above steps are repeated for each of a plurality of sample containers using an equivalent number of filter tips in combination with one or more reagent racks.

MTBを含有することが疑われるサンプルは、ユーザーに対して潜在的なリスクを呈する。したがってサンプルは、このリスクを軽減するために、加熱および/またはサンプル中に存在する微生物を不活化するのに適した試薬の含有によって前処理しうる。MTBなどの微生物の不活化は、活性タンパク質を変性させる加熱(90℃、5分など)、細胞壁構造の酵素的消化、細胞を物理的に崩壊または不活化する機械的破壊、化学的処理またはその組み合わせによって遂行しうる。   Samples suspected of containing MTB present a potential risk to the user. Thus, the sample can be pretreated to reduce this risk by heating and / or containing reagents suitable to inactivate microorganisms present in the sample. Inactivation of microorganisms such as MTB includes heating to denature active protein (90 ° C., 5 minutes, etc.), enzymatic digestion of cell wall structure, mechanical destruction to physically disrupt or inactivate cells, chemical treatment or its Can be accomplished by a combination.

化学的不活化は、加熱の必要性を低減または除去する可能性をもたらす。培養を目的としてサンプルを処理する場合、簡便な試薬を用いて喀痰を消化しサンプルを消毒する。培養のためには、より増殖の速い他の細菌に追い越されずにMTBが増殖できるよう、喀痰サンプル中に存在する他の細菌叢を不活化することが重要である。除染または不活化ステップは、水酸化ナトリウム(3〜5%など)または塩化セチルピリジニウムなどの試薬を用いてもよく、好ましくは、他の全ての細菌を不活化するが、MTB細胞はより厚く堅牢な細胞壁により無傷で生存した状態に保たれるよう選択される。しかし、使用する方法によっては、この処理の際にMTB細胞の20〜90%が死滅することがある。しかし核酸の精製に関しては、細胞ゲノムDNAがなお増幅可能である限り、MTB細胞は生存している必要も無傷である必要もない。   Chemical inactivation offers the potential to reduce or eliminate the need for heating. When processing samples for culture purposes, digest the sputum using a simple reagent to disinfect the sample. For culture, it is important to inactivate other bacterial flora present in the sputum sample so that MTB can grow without overtaking other faster growing bacteria. The decontamination or inactivation step may use reagents such as sodium hydroxide (such as 3-5%) or cetylpyridinium chloride and preferably inactivate all other bacteria, but the MTB cells are thicker Selected to remain intact and viable due to the robust cell wall. However, depending on the method used, 20-90% of MTB cells may be killed during this treatment. However, with respect to nucleic acid purification, MTB cells need not be alive or intact as long as the cellular genomic DNA can still be amplified.

好ましくは、不活化試薬は、シリカとの結合に対する適合性について、限られたサンプル希釈および/または低pHを可能とするよう選択される。これらの試薬は採取時にサンプルに添加されうる。一部の実施形態においては、過酸化水素、エタノールなどのアルコール類およびo−フェニルフェノール(0.2〜0.5%)を主要活性成分として用いうる。過酸化水素(H)は6〜25%濃度から化学滅菌剤として用いることができ、かつ溶液内で非常に安定である。0.85%リン酸と混合するとき、Hは低pHにおいて活性である。エタノール単独(95%など)は喀痰または水中のMTBを15秒で不活化することができる。農業用殺真菌剤o−フェニルフェノールは、PHENO−CEN、SRAYPAK、およびCLIPPERCIDE噴霧消毒剤中で、エタノールまたはイソプロパノール中と共に0.1〜0.41%で用いる。さらに、o−フェニルフェノールは、低い試薬対サンプル比率として室温で15分間用いてもよく、且つLow pH Phenolic256(50%〜100%)中で、エタノールまたはイソプロパノールまたは6.65%2−ベンジル−4−クロロフェノールと組み合わせて用いうる。 Preferably, the inactivation reagent is selected to allow limited sample dilution and / or low pH for compatibility with binding to silica. These reagents can be added to the sample at the time of collection. In some embodiments, alcohols such as hydrogen peroxide, ethanol and o-phenylphenol (0.2-0.5%) may be used as the main active ingredients. Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) can be used as a chemical sterilant from 6-25% concentration and is very stable in solution. H 2 O 2 is active at low pH when mixed with 0.85% phosphoric acid. Ethanol alone (such as 95%) can inactivate MTB in sputum or water in 15 seconds. The agricultural fungicide o-phenylphenol is used at 0.1-0.41% in ethanol or isopropanol in PHENO-CEN, SRAYPAK, and CLIPPERCIDE spray disinfectants. Furthermore, o-phenylphenol may be used for 15 minutes at room temperature as a low reagent to sample ratio and in Low pH Phenolic 256 (50% -100%) ethanol or isopropanol or 6.65% 2-benzyl-4 -Can be used in combination with chlorophenol.

サンプル体積に対する不活化試薬の体積比は、典型的には約0.1:1から3:1の範囲となる。   The volume ratio of inactivation reagent to sample volume typically ranges from about 0.1: 1 to 3: 1.

1次検体容器中の微生物の不活化は、BSL−1適合ワークフローを提供するために重要である(すなわち、ワークフローがバイオセイフティキャビネットを必要としない)。多くのプロトコルは消毒前のサンプル移動を包含するが、これはエアロゾルを生成してユーザーを感染させる可能性のある行為である。したがって、BSL−1に適合するには、消毒前のサンプル移動、特にエアロゾルを生成してユーザーを感染させる可能性のある移動に対して慎重な注意を必要とする。   Inactivation of microorganisms in the primary specimen container is important to provide a BSL-1 compatible workflow (ie, the workflow does not require a biosafety cabinet). Many protocols involve sample transfer prior to disinfection, which is an action that can generate an aerosol and infect a user. Therefore, adapting to BSL-1 requires careful attention to sample movement prior to disinfection, particularly movement that can generate aerosols and infect users.

サンプルの性質に応じて、一定したサンプル処理のために、サンプルをまず液状化してその粘度および不均一性を低下させうる。喀痰サンプルは特に困難をもたらす。喀痰中のMTBは、抗酸菌の脂質に富んだ疎水性細胞壁および喀痰の粘稠且つ不均一な性質により、最も処理が困難な細胞およびサンプルの種類の1つである。喀痰の標準的な抽出法は、典型的には、N−アセチル−Lシステイン(NALC)および水酸化ナトリウム(NaOH)による処理後の遠心分離、デカンティングおよび再懸濁をしばしば包含する、沈殿のプロセスに始まる。したがって、喀痰などの粘度の高いサンプルを処理する場合、その後の処理ステップ(MagVor)が阻害されないよう、粘度を低減するためにサンプルを化学処理に付しうる。サンプルに添加するための典型的な粘液溶解試薬は、NALC、ゼフィラン−三ナトリウムリン酸(Z−TSP)、ベンザルコニウム、および細菌を溶解してRNAおよびDNAを安定化する特殊な製剤を含むPrimestore(登録商標)(Longhorn Vaccines&Diagnostics、テキサス州サンアントニオ)、San Antonio TX)を含むが、これに限定されない。1つの実施形態においては、粘液溶解剤を用いた化学処理によるサンプルの液状化は、60℃で20分間遂行される。患者の喀痰サンプルは、典型的には1〜10mL、5〜10mLの間またはそれ以上の体積で採取される。   Depending on the nature of the sample, the sample can first be liquefied to reduce its viscosity and non-uniformity for consistent sample processing. The sputum sample is particularly difficult. MTB in sputum is one of the most difficult cell and sample types to handle due to the lipid-rich hydrophobic cell walls of mycobacteria and the viscous and heterogeneous nature of sputum. Standard extraction methods for sputum typically include precipitation, often involving centrifugation, decanting and resuspension after treatment with N-acetyl-L cysteine (NALC) and sodium hydroxide (NaOH). Begin with the process. Thus, when processing a highly viscous sample such as cocoons, the sample can be subjected to chemical treatment to reduce the viscosity so that subsequent processing steps (MagVor) are not inhibited. Typical mucolytic reagents for addition to samples include NALC, Zephyran-Trisodium Phosphate (Z-TSP), Benzalkonium, and specialized formulations that lyse bacteria to stabilize RNA and DNA Primestore (R) (Longhorn Vaccines & Diagnostics, San Antonio, TX), San Antonio TX). In one embodiment, liquefaction of the sample by chemical treatment with a mucolytic agent is performed at 60 ° C. for 20 minutes. Patient sputum samples are typically taken in volumes between 1-10 mL, 5-10 mL or more.

喀痰は、せん断速度90s−1で約100〜6,000cP(mPa)の範囲の粘度を有する。mPa単位で測定される粘度は、せん断強度をせん断速度で割ることによって算出される。好ましくは、サンプルは喀痰の粘度を少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも90%、少なくとも95%または少なくとも99%低減するよう液状化される。 The soot has a viscosity in the range of about 100 to 6,000 cP (mPa) at a shear rate of 90 s −1 . The viscosity measured in mPa is calculated by dividing the shear strength by the shear rate. Preferably, the sample is liquefied to reduce the viscosity of the wrinkles by at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95% or at least 99%.

サンプルを処理する際は、サンプル容器内に少なくとも1個のマグネティックスターラーおよび複数の細胞溶解ビーズが存在する。ユーザーは、簡便にサンプル容器にサンプル懸濁液を入れ、サンプル容器を円筒形磁石の近傍に配置し、細胞をホモジナイズおよび溶解するのに十分な様式で、サンプル容器内で磁場を回転させてマグネティックスターラーを回転させ、細胞溶解ビーズを攪拌するのに十分なスピードで磁石を回転させることにより、サンプル懸濁液を攪拌しうる。   When processing a sample, there is at least one magnetic stirrer and a plurality of cell lysis beads in the sample container. The user simply places the sample suspension in the sample container, places the sample container in the vicinity of the cylindrical magnet, and rotates the magnetic field in the sample container in a manner sufficient to homogenize and lyse the cells. The sample suspension can be agitated by rotating the stirrer and rotating the magnet at a speed sufficient to agitate the cell lysis beads.

サンプル懸濁液、細胞溶解ビーズおよびマグネティックスターラーは、任意の順でサンプル容器に入れることができる。一部の実施形態においては、サンプル懸濁液は、細胞溶解ビーズおよびマグネティックスターラーの前にサンプル容器に加える。他の実施形態においては、細胞溶解ビーズおよび/またはマグネティックスターラーはサンプル採取の前にサンプル容器に入れる。   The sample suspension, cell lysis beads and magnetic stirrer can be placed in the sample container in any order. In some embodiments, the sample suspension is added to the sample container before the cell lysis beads and magnetic stirrer. In other embodiments, the cell lysis beads and / or magnetic stirrer are placed in a sample container prior to sample collection.

一定の実施形態においては、攪拌ステップの前および/または攪拌ステップ中にサンプル懸濁液に添加剤を加えることによって、特定の種類の細胞の溶解を促進することができる。添加剤の例は酵素、洗剤、界面活性剤および塩基および酸などの他の化学物質を含む。ある種の細胞については、アルカリ条件(10mM NaOH)によって攪拌時の溶解効率が高まりうることが確認されている。やはり、またはその代わりに、攪拌時にサンプル懸濁液を加熱して溶解効率を高めてもよい。しかし添加剤は、核酸増幅および検出を含む下流のステップに有害となることがあるので、プロセスを単純化することが可能な場合は除外すべきである。   In certain embodiments, lysis of certain types of cells can be facilitated by adding additives to the sample suspension before and / or during the agitation step. Examples of additives include enzymes, detergents, surfactants and other chemicals such as bases and acids. For certain types of cells, it has been confirmed that the dissolution efficiency during stirring can be increased by alkaline conditions (10 mM NaOH). Again or alternatively, the sample suspension may be heated during agitation to increase dissolution efficiency. However, additives should be excluded where possible to simplify the process because they can be detrimental to downstream steps including nucleic acid amplification and detection.

スターラー/ビーズの組み合わせは、従来の溶解法と比較して多くの利点をもたらす。スターラー/ビーズ法は、化学的および酵素的手法よりもさらに高速で、他の多くの種類の物理的溶解法と比較した細胞またはウイルス溶解の改善を提供する。スターラー/ビーズ法はロボティクスおよび/または微少流動技術を用いた自動化にも適合しやすい。円筒形磁石は再使用が可能であり、容器に対して精密に配置する必要がなく、さらに複数の容器を駆動することができる。マグネティックスターラーはコストが低いので、一回使用ディスポーザブルでの使用が可能となる。   The stirrer / bead combination provides a number of advantages over conventional dissolution methods. The stirrer / bead method is much faster than chemical and enzymatic methods and provides improved cell or viral lysis compared to many other types of physical lysis methods. The stirrer / bead method is also amenable to automation using robotics and / or microfluidic techniques. Cylindrical magnets can be reused and do not need to be precisely placed with respect to the container, and more than one container can be driven. Magnetic stirrers are low in cost and can be used in a single use disposable.

MagVorステップ後、1つ以上のカオトロピック剤を含む適切な結合バッファーをサンプル容器に添加し、核酸とフィルターマトリクス126との結合を促進する。ブーム化学反応、または核酸とシリカのカオトロピック結合は、溶液のpHが7未満の時最も効率が高い。この場合、塩化リチウムまたは塩化ナトリウムまたはグアニジン塩基イオンを含有する高イオン強度溶液を、典型的にはエタノールまたはイソプロパノールなどの脂肪族アルコールと組み合わせ、それぞれDNAを「塩析」し、核酸の結合を促進する。処理サンプルに添加するとき、生成する体積がフィルターチップの容積の範囲内となるよう、適切な結合バッファーを一定の濃度で用いる。これにより吸引および分注サイクルの回数が減少するので、総処理時間が短縮される。   After the MagVor step, an appropriate binding buffer containing one or more chaotropic agents is added to the sample container to facilitate binding of the nucleic acid to the filter matrix 126. Boom chemistry, or chaotropic binding of nucleic acid and silica, is most efficient when the pH of the solution is below 7. In this case, a high ionic strength solution containing lithium chloride or sodium chloride or guanidine base ions is typically combined with an aliphatic alcohol such as ethanol or isopropanol to “salt out” the DNA and promote nucleic acid binding, respectively. To do. When added to the treated sample, an appropriate binding buffer is used at a constant concentration so that the volume produced is within the filter chip volume range. This reduces the number of suction and dispensing cycles, thus reducing the total processing time.

一定の実施形態においては、MagVor後に結合バッファーをサンプルに添加し、60℃で10分間インキュベートする。他の実施形態においては、MagForステップの前に、カオトロピック剤と脂肪族アルコールを液状化ステップに含める。他の実施形態においては、不活化、ホモジナイゼーションおよび溶解ステップは15分間と短い単一ステップで遂行される。   In certain embodiments, binding buffer is added to the sample after MagVor and incubated at 60 ° C. for 10 minutes. In other embodiments, a chaotropic agent and an aliphatic alcohol are included in the liquefaction step prior to the MagFor step. In other embodiments, the inactivation, homogenization and lysis steps are performed in a single step as short as 15 minutes.

典型的なカオトロピック剤はチオシアン酸グアニジウム、イソチオシアン酸グアニジン、塩酸グアニジン、塩化グアニジウム尿素、チオ尿素、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、塩化セチルピリジニウム、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、ヨウ化ナトリウム、およびヨウ化カリウムなどのカオトロピック塩;ブタノール、エタノール、プロパノールおよびイソプロパノールなどの脂肪族アルコール;フェノールおよび他のフェノール系化合物を含むがこれに限定されない。   Typical chaotropic agents are guanidinium thiocyanate, guanidine isothiocyanate, guanidine hydrochloride, guanidinium chloride urea, thiourea, sodium dodecyl sulfate (SDS), cetylpyridinium chloride, sodium chloride, lithium chloride, potassium chloride, sodium perchlorate, perchlorate. Including but not limited to chaotropic salts such as lithium chlorate, sodium iodide, and potassium iodide; aliphatic alcohols such as butanol, ethanol, propanol and isopropanol; phenol and other phenolic compounds.

一部の実施形態においては、高分子量(HMW)核酸のフィルターマトリクスへの選択的結合を促進するために、イソプロパノールなどの脂肪族アルコールを約0%から約10%の間、好ましくは約4%から約6%の間の範囲で提供し(最適=4.7%)、且つイソチオシアン酸グアニジンおよび/または塩酸グアニジンなどのカオトロピック塩を1.0Mから4.0M、好ましくは約3.0Mから約4.0Mの間の範囲で提供する。   In some embodiments, an aliphatic alcohol such as isopropanol is present between about 0% and about 10%, preferably about 4%, to facilitate selective binding of high molecular weight (HMW) nucleic acids to the filter matrix. To about 6% (optimum = 4.7%), and a chaotropic salt such as guanidine isothiocyanate and / or guanidine hydrochloride, from 1.0 M to 4.0 M, preferably from about 3.0 M to about Provide in the range between 4.0M.

一部の実施形態においては、低分子量(LMW)核酸のフィルターマトリクスへの結合(および濃縮)を促進するため、イソプロパノールなどの脂肪族アルコールを約10%から約25%の間、好ましくは約15%から約20%の間(最適=17.7%)の範囲で提供する。   In some embodiments, fatty alcohols such as isopropanol are present between about 10% and about 25%, preferably about 15 to facilitate binding (and enrichment) of low molecular weight (LMW) nucleic acids to the filter matrix. % To about 20% (optimum = 17.7%).

他の実施形態においては、喀痰からのMTB DNAの分離を促進するため、エタノールなどの脂肪族アルコールを約20%から約60%の間、好ましくは約30%から約50%の間(最適=44%)の範囲で提供しうる。   In other embodiments, fatty alcohols such as ethanol are used between about 20% and about 60%, preferably between about 30% and about 50% (optimal =) to facilitate the separation of MTB DNA from sputum. 44%).

上記の不活化およびホモジナイゼーションステップの後、溶液のpHを必要に応じて調節し、pH7未満を達成しなければならない。pHが7超の場合、溶液は酢酸カリウムまたはリン酸ナトリウムなどの弱酸で中和することができる。これは、pH≧11を有するNaOHまたはo−フェニルフェノールを用いる場合に必要となる。低pHフェノールおよび過酸化水素試薬は本質的に酸性であり、ほとんどの場合追加的なバッファーを必要としない可能性が高くなる。   After the inactivation and homogenization steps described above, the pH of the solution must be adjusted as necessary to achieve a pH below 7. If the pH is above 7, the solution can be neutralized with a weak acid such as potassium acetate or sodium phosphate. This is necessary when using NaOH or o-phenylphenol having a pH ≧ 11. Low pH phenol and hydrogen peroxide reagents are acidic in nature and most likely do not require additional buffers.

1つの実施形態においては、核酸のフィルターマトリクスへの結合は、フィルターチップ124を、シリンジ176との間のルアーロック接続を介してこれに着接することによって遂行しうる。他の実施形態においては、フィルターマトリクスはシリンジ176内にある。典型的なフィルターチップ124を図4に示す。フィルターチップ124は、チップ本体127の内部に包埋された多孔質シリカマトリクス126、汚染およびユーザーへの曝露を防止するエアロゾルフィルタ128、および閉鎖系の維持に有用なチップキャップ129を含む。1つの実施形態においては、キャップ129はインサートでフィルターチップ124に接続される。一部の実施形態においては、キャップは通常のファルコンチューブキャップ208である。フィルターチップ124は、フィルターチップ124の吸引および分注サイクル毎に液状サンプルがマトリクスを通過して流動することができるよう設計されている。シリンジ176または他の適切な機器を用いて、容器120内の細胞溶解液をフィルターチップ124の遠位端を経て上に通過させ、その結果細胞溶解液中の核酸がピペットチップ127内のフィルターマトリクス126と結合する。典型的には、細胞溶解液がフィルターマトリクス126を経て揚上および降下され、その結果、未結合部分がピペットチップ127の遠位端を経て適切な廃棄用受け器172に排出される前に、溶解液および未結合部分がフィルターマトリクス126を少なくとも2回通過する。   In one embodiment, binding of the nucleic acid to the filter matrix may be accomplished by attaching the filter chip 124 to it via a luer lock connection with the syringe 176. In other embodiments, the filter matrix is in the syringe 176. A typical filter chip 124 is shown in FIG. The filter chip 124 includes a porous silica matrix 126 embedded within the chip body 127, an aerosol filter 128 that prevents contamination and exposure to the user, and a chip cap 129 useful for maintaining a closed system. In one embodiment, the cap 129 is connected to the filter tip 124 with an insert. In some embodiments, the cap is a regular falcon tube cap 208. The filter tip 124 is designed so that a liquid sample can flow through the matrix for each suction and dispensing cycle of the filter tip 124. Using a syringe 176 or other suitable device, the cell lysate in the container 120 is passed up through the distal end of the filter tip 124 so that the nucleic acids in the cell lysate are in the filter matrix in the pipette tip 127. 126. Typically, the cell lysate is lifted and lowered through the filter matrix 126 so that the unbound portion is discharged through the distal end of the pipette tip 127 to the appropriate waste receptacle 172. The lysate and unbound portions pass through the filter matrix 126 at least twice.

サンプルとカオトロピック試薬の組み合わせにより、DNAとシリカが脱水され、多孔質シリカマトリクス126への吸着が促進される。その後、洗浄バッファーの吸引および分注サイクル(2〜3回)によってマトリクス126から不純物を除去する。この時点で、フィルターマトリクス126と結合した核酸を含むフィルターチップ124を、別の機会にさらに分析するために密封容器120に保存することができる。またその代わりに、以下にさらに記載するように、結合した核酸を、適切な溶離バッファーを用いてフィルターチップから溶離することができる。   The combination of the sample and the chaotropic reagent dehydrates DNA and silica and promotes adsorption to the porous silica matrix 126. Thereafter, impurities are removed from the matrix 126 by washing buffer aspiration and dispensing cycles (2-3 times). At this point, the filter chip 124 containing the nucleic acid bound to the filter matrix 126 can be stored in the sealed container 120 for further analysis at another time. Alternatively, the bound nucleic acid can be eluted from the filter chip using a suitable elution buffer, as further described below.

核酸は、特に他の安定化剤を用いることなく脱水条件下で保存されるとき、シリカを含む固形支持体上で非常に安定であることが示されている。したがって本願は、他の態様において、フィルターチップ124が適切なホールディングチューブ212(50mLコニカルチューブなど)のキャップ208の下面と着接するよう、チューブキャップ208の上面に着接したルアーロックアダプター204を含む、一回使用ディスポーザブル輸送用デバイス200の形態での輸送を目的とした、精製された核酸を安定化させるための手段を提供する(図6)。   Nucleic acids have been shown to be very stable on solid supports containing silica, especially when stored under dehydrating conditions without the use of other stabilizers. Accordingly, the present application, in another aspect, includes a luer lock adapter 204 attached to the upper surface of the tube cap 208 so that the filter tip 124 contacts the lower surface of the cap 208 of a suitable holding tube 212 (such as a 50 mL conical tube). Means are provided for stabilizing purified nucleic acids for transport in the form of a single use disposable transport device 200 (FIG. 6).

図2に示すように、使用(すなわち分析用核酸の溶離)の前に、キャップ208と着接したフィルターチップ124はホールディングチューブ212から抜去され、シリンジ176に着接される。この場合ユーザーは、チューブキャップ208上で支持しながら、ルアーロックアダプター204を介してフィルターチップ124を容易に挿入および抜去することが可能であり、その結果ホールディングチューブ212がユーザーとフィルターチップ124を汚染から遮蔽する。この連続操作が完了したならば、核酸が結合した多孔質シリカフィルターマトリクス126を乾燥させ、キャップ付きフィルターチップ124を空のホールディングチューブ212に螺嵌して輸送する。輸送中、ホールディングチューブ212はフィルターチップを汚染から保護する。安定化した核酸は、後で溶離バッファーを用いて再水和し、診療所で用いたものと同様の自動化システムを用いるか単純にディスポーザブルシリンジ176を用いて、保存チューブ内に溶離して長期間凍結保存するか、または検出測定デバイスまたはサンプルチューブに直接溶離することができる。後者の場合、シリンジ176はシリカマトリクス126を横断する溶離バッファーの吸引および分注サイクルのメカニズムの役割を果たす。   As shown in FIG. 2, the filter chip 124 attached to the cap 208 is removed from the holding tube 212 and attached to the syringe 176 before use (ie, elution of the nucleic acid for analysis). In this case, the user can easily insert and remove the filter tip 124 via the luer lock adapter 204 while supporting on the tube cap 208, so that the holding tube 212 contaminates the user and the filter tip 124. Shield from. When this continuous operation is completed, the porous silica filter matrix 126 to which the nucleic acid is bonded is dried, and the capped filter chip 124 is screwed into the empty holding tube 212 and transported. During transport, the holding tube 212 protects the filter tip from contamination. The stabilized nucleic acid is later rehydrated using an elution buffer and eluted into a storage tube using an automated system similar to that used in the clinic or simply using a disposable syringe 176 for long periods of time. It can be stored frozen or eluted directly into a detection measurement device or sample tube. In the latter case, the syringe 176 serves as a mechanism for elution buffer aspiration and dispensing cycles across the silica matrix 126.

分子分析に備え、溶離バッファーの吸引および分注サイクル(2〜3回)により結合した不純物をマトリクス126から除去する。プロセスが完了すると、PCRに適したバッファー内に精製された核酸が得られる。この手法はフォーマットについての柔軟性を可能とし、その結果高スループット用途の液状物操作システムと共に、または低スループット用途の単純なピペットチップと共に用いることができる。   In preparation for molecular analysis, bound impurities are removed from matrix 126 by elution buffer aspiration and dispensing cycles (2-3 times). When the process is complete, purified nucleic acid is obtained in a buffer suitable for PCR. This approach allows flexibility in format and can therefore be used with liquid handling systems for high throughput applications or with simple pipette tips for low throughput applications.

図7は、喀痰からの核酸のMagVor/フィルターチップ精製を目的とした典型的な連続ステップを示す。サンプル容器でMTBを含有すると疑われる喀痰サンプルを採取する。不活化剤と粘液溶解剤を含む化学試薬混合物を添加する(ステップ1)。次にサンプル容器を抽出スタンド(またはラック)に載置し、サンプル内容物を磁気誘導による渦動攪拌(MagVor)に2〜15分間、好ましくは10分間付す(ステップ2)。細胞の溶解後、ビーズを1〜2分間沈殿させ、容器に結合バッファーを加える(ステップ3)。ユーザーは、フィルターチップを図6のチューブキャップ/ルアーロックアダプターの下側に着接し、ルアーロック接続を用いて、シリンジをチューブキャップ/ルアーロックアダプターの上面に接続する(ステップ4)。ユーザーは、フィルターチップをキャップオーバーから容器内に貫通させ、細胞溶解液をチップ内に引き入れ、シリンジレバーを上下動させてフィルターマトリクスを2〜3回通過させ、フィルターマトリクスとの結合を促進し、これにより未結合の部分はチューブ内に戻される(ステップ4)。この結合ステップの後、サンプル容器は洗浄試薬を収容する新しいチューブと交換し、さらにフィルターマトリクスを洗浄バッファーで洗浄し、これをチューブに捕集する(ステップ5)。洗浄ステップの後、チューブを液状物から引き上げる。一部の実施形態においては、フィルターマトリクスを通過させて空気を分注することによりフィルターチップをさらに乾燥させる(ステップ6)。一部の実施形態においては、残留洗浄試薬を減少させるため空気乾燥を数ラウンド実施する。ユーザーは、その後フィルターチップ/キャップアダプターをシリンジから脱着し、乾燥剤の入った新しいホールディングチューブにフィルターチップを戻し、フィルターチップ/キャップアダプターとホールディングチューブを接続して保存する(ステップ7)。フィルターチップ内の核酸は輸送に対して安定であり、あるいはPCR分析などを目的としてフィルターチップから精製した核酸を溶離することができる。核酸の溶離は、採取前に溶離バッファーをフィルターマトリクスに2〜3回通過させて遂行してもよい。   FIG. 7 shows a typical sequence of steps aimed at MagVor / filter chip purification of nucleic acids from sputum. Take a sputum sample suspected of containing MTB in a sample container. A chemical reagent mixture containing an inactivator and a mucolytic agent is added (step 1). Next, the sample container is placed on an extraction stand (or rack), and the sample contents are subjected to vortex stirring (MagVor) by magnetic induction for 2 to 15 minutes, preferably 10 minutes (step 2). After cell lysis, the beads are allowed to settle for 1-2 minutes and binding buffer is added to the container (step 3). The user attaches the filter tip to the underside of the tube cap / luer lock adapter of FIG. 6 and uses a luer lock connection to connect the syringe to the top surface of the tube cap / luer lock adapter (step 4). The user penetrates the filter chip from the cap over into the container, draws the cell lysate into the chip, moves the syringe lever up and down to pass the filter matrix 2 to 3 times, and promotes binding with the filter matrix. As a result, the unbonded portion is returned into the tube (step 4). After this binding step, the sample container is replaced with a new tube containing the washing reagent, and the filter matrix is washed with a washing buffer, which is collected in the tube (step 5). After the washing step, the tube is pulled up from the liquid. In some embodiments, the filter tip is further dried by dispensing air through the filter matrix (step 6). In some embodiments, several rounds of air drying are performed to reduce residual wash reagent. The user then removes the filter tip / cap adapter from the syringe, returns the filter tip to a new holding tube containing the desiccant, connects the filter tip / cap adapter and the holding tube and stores (step 7). The nucleic acid in the filter chip is stable for transportation, or the purified nucleic acid can be eluted from the filter chip for the purpose of PCR analysis or the like. Nucleic acid elution may be accomplished by passing the elution buffer through the filter matrix 2-3 times before collection.

トレハロース、0.1%Triton−X−100またはDNAstable(登録商標)Plus試薬(バイオマトリカ)を溶離バッファーと共に含めるか、または溶離した核酸に添加して安定性を高めてもよい。   Trehalose, 0.1% Triton-X-100 or DNAstable® Plus reagent (Biomatrica) may be included with the elution buffer or added to the eluted nucleic acid to enhance stability.

一部の実施形態においては、方法は、核酸を溶離し、所定の標的に特異的なプライマーで溶離した核酸を増幅し、サンプルが標的に対応する核酸を含有するか判定するステップをさらに含む。検出のための好ましい標的はMTB、Staphylococcus aureus、メチシリン耐性Staphylococcus aureus(MRSA)、Streptococcus pyogenes、Streptococcus pneumoniae、Streptococcus agalactiae、Haemophilus influenzae、Haemophilus parainfuluezae、Moraxella catarrhalis、Klebsiella pneumoniae、Escherichia coli、Pseudomonas aeruginosa、Acinetobacter種、Bordetella pertussis、Neisseria meningitidis、Bacillus anthracis、Nocardia種、Actinomyces種、Mycoplasma pneumoniae、Chlamydia pneumonia、Legionella種、Pneumocystis jiroveci、インフルエンザAウイルス、サイトメガロウイルスおよびリノウイルスを含むがこれに限定されない、喀痰中に確認される細菌およびウイルス病原体を含む。   In some embodiments, the method further comprises eluting the nucleic acid, amplifying the eluted nucleic acid with a primer specific for a given target, and determining whether the sample contains nucleic acid corresponding to the target. Preferred targets for detection MTB, Staphylococcus aureus, methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus agalactiae, Haemophilus influenzae, Haemophilus parainfuluezae, Moraxella catarrhalis, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter species, Bordetella pertussis, Neisseria meningitid s, Bacillus anthracis, Nocardia spp., Actinomyces spp., Mycoplasma pneumoniae, Chlamydia pneumoniae, Legionella spp., Pneumocystis jiroveci Contains pathogens.

本願に記載のシステム100は、MTBを1,000個/mL未満、好ましくは100個/mL未満、より好ましくは50個/mL未満、最も好ましくは10個/mL未満のレベルで検出することができる。1コロニー形成単位(cfu)が細胞10個とおおよそ等しいと仮定すると、上記のシステムは少なくとも100cfu/mL、10cfu/mL、5cfu/mL、さらには1cfu/mLの検出を提供するのに用いることができる。   The system 100 described herein can detect MTB at a level of less than 1,000 / mL, preferably less than 100 / mL, more preferably less than 50 / mL, and most preferably less than 10 / mL. it can. Assuming that one colony forming unit (cfu) is approximately equal to 10 cells, the above system can be used to provide detection of at least 100 cfu / mL, 10 cfu / mL, 5 cfu / mL, or even 1 cfu / mL. it can.

しかし、全ての臨床サンプルは特異であり、粘度、粒子、粘液、表面汚染物質、微生物および/またはヒト遺伝背景が1つ1つ異なることを認識すべきである。それゆえに、臨床サンプル組成の予測される多様性、および自動化フィルターチップサンプル調製プロトコルを使用する意図を前提とすると、所望の結果を達成するためにフィルターチップ手順のいくつかのステップを変更する必要がありうる。   However, it should be recognized that all clinical samples are unique and differ one by one in viscosity, particles, mucus, surface contaminants, microorganisms and / or human genetic background. Therefore, given the expected diversity of clinical sample composition and the intention to use an automated filter tip sample preparation protocol, it is necessary to modify several steps of the filter tip procedure to achieve the desired results. It is possible.

たとえば、本願に記載のフィルターチップが比較的大きな孔径を有する一方で、サンプルホモジナイゼーションおよび液状化は、効率の高い細胞溶解およびその後のフィルターマトリクスとの結合ステップに対して非常に重要である。溶解液が均一で十分に液状化されれば、サンプルをより高い流量でフィルターチップに通過させることが可能であり、これによって全体的なサンプル処理時間が短縮される。以下の大容量血漿プロトコルに示すように、サンプル投入体積が大きいとフィルターチップによって効果的に処理することができ、これにより、投入サンプル体積についてのわずかな懸念のみで、困難なサンプルを(オンラインまたはオフラインで)完全にホモジナイズおよび液状化する機会がユーザーに提供される。   For example, while the filter tips described herein have a relatively large pore size, sample homogenization and liquefaction are very important for efficient cell lysis and subsequent binding steps with the filter matrix. If the lysate is uniform and sufficiently liquefied, the sample can be passed through the filter tip at a higher flow rate, thereby reducing the overall sample processing time. As shown in the high volume plasma protocol below, a large sample input volume can be effectively processed by the filter tip, which allows difficult samples (online or online) with little concern about the input sample volume. The user is provided with the opportunity to fully homogenize and liquefy (offline).

さらに、核酸結合時または溶離時の流量がより低いと、典型的には、総処理時間が犠牲となるものの、核酸の収量が高くなることを認識すべきである。DNAのせん断度は流量を遅くしても低下する。   Furthermore, it should be appreciated that lower flow rates during nucleic acid binding or elution typically result in higher nucleic acid yields, at the expense of total processing time. The shearing degree of DNA decreases even when the flow rate is decreased.

残留有機溶媒が精製された核酸サンプルと共溶離して、下流の処理または試験を阻害するのを防ぐため、フィルターマトリクスの完全な乾燥が推奨される。フィルターチップは遠心分離または減圧濾過では乾燥しないので、乾燥ステップにおいて流量もサイクル数も最大とすることが重要である。   Complete drying of the filter matrix is recommended to prevent residual organic solvents from co-eluting with the purified nucleic acid sample and hinder downstream processing or testing. Since filter chips are not dried by centrifugation or vacuum filtration, it is important to maximize the flow rate and the number of cycles in the drying step.

幾何学的配置、フィルターチップ材料およびロボティックチャネルアームとの着接法は各機器の製造者に固有であるので、液状物操作システム毎に異なるフィルターチップ構築が必要とされる。フィルターマトリクスの寸法(直径、厚さおよび孔径)は、あらゆる固相抽出技術について予測されるように、核酸結合能力(および溶離効率)と相関する。1mLフィルターチップに厚い(>4mm)マトリクスを包埋して、大容量サンプルの核酸結合能力を高め、且つ/または個別のフィルターチップフォーマット間でマトリクス結合能力を均等化できる一方で、フィルターチップの厚さと(粗溶解液の存在下での)初回結合ステップにおける流量の間にはトレードオフが存在する。したがって、大容量フィルターチップに直径の大きなマトリクスを包埋することが、自動化プロトコルの最初のステップにとって時に有利である(大容量抽出用5mLハミルトン/アコーニTruTips(登録商標)など)。しかし、液状物操作ロボットの製造者によって具体的なフィルターチップ構造が指示されると仮定すると、異なる製造者による液状物操作プラットフォーム間、または異なるフィルターチップサイズ間で、フィルターチップ核酸収率が同一となると期待するのは合理的でない。自動化フィルターチッププロトコルの臨床的評価、および市販の自動化システムとの直接比較は、他稿で詳細に報告する予定である。   Since the geometry, the filter tip material and the attachment method with the robotic channel arm are specific to each manufacturer, different filter tip constructions are required for each liquid handling system. Filter matrix dimensions (diameter, thickness and pore size) correlate with nucleic acid binding capacity (and elution efficiency) as expected for any solid phase extraction technique. Embedding a thick (> 4 mm) matrix in a 1 mL filter chip can enhance the nucleic acid binding capacity of large volume samples and / or equalize the matrix binding capacity among individual filter chip formats, while the thickness of the filter chip There is a trade-off between the flow rate in the initial binding step (in the presence of the crude lysate). Therefore, embedding a large diameter matrix in a large volume filter chip is sometimes advantageous for the first step of the automated protocol (such as 5 mL Hamilton / Aconi TruTips® for large volume extraction). However, assuming that the specific filter chip structure is instructed by the manufacturer of the liquid material handling robot, the filter chip nucleic acid yield is the same between the liquid material manipulation platforms by different manufacturers or between different filter chip sizes. It is not reasonable to expect to be. A clinical evaluation of the automated filter chip protocol and a direct comparison with a commercial automation system will be reported in detail elsewhere.

Mag/Forフィルタチッププロセスは、従来法と比較して数多くの利点を有する。第1に、プロセスは自動化に適合する。第2に、フィルターマトリクスをピペットチップ内に封じ込めることによって、交叉汚染を受けにくくする。一方、スピンディスク上の繊維性シリカマトリクスは容易に破裂し、微細な粒子を放出して汚染源となる可能性がある。同様に、精製用磁気ビーズの運動性に依拠する技術も同様のリスクをもたらす。フィルターマトリクスの孔径は比較的大きいため、粘度の高いサンプルを目詰まりさせることなくマトリクスに通過させることができる。複数回の吸引および分注サイクルによって、サンプルに1回のみマトリクスを通過させる遠心分離法と比較して、標的核酸の結合の増加が可能となる。さらに、カオトロピック化学反応によって阻害物質とヌクレアーゼを除去する確立された方法が提供され、長期的に安定となりやすい。   The Mag / For filter chip process has a number of advantages over conventional methods. First, the process is compatible with automation. Second, by enclosing the filter matrix in a pipette tip, it is less susceptible to cross contamination. On the other hand, the fibrous silica matrix on the spin disk can easily rupture, releasing fine particles and becoming a source of contamination. Similarly, techniques that rely on the mobility of magnetic beads for purification pose similar risks. Since the pore size of the filter matrix is relatively large, a highly viscous sample can be passed through the matrix without clogging. Multiple aspiration and dispensing cycles allow for increased target nucleic acid binding compared to centrifugation methods in which the sample is passed through the matrix only once. In addition, established methods of removing inhibitors and nucleases by chaotropic chemical reactions are provided, which tend to be stable over time.

本発明は、制限的であると解釈すべきでない以下の実施例によってさらに例示される。本願を全体で引用された全ての引用文献、特許明細書および公開特許明細書の内容、さらに図面と表は、参照文献として本願に援用する。   The invention is further illustrated by the following examples which should not be construed as limiting. The contents of all cited references, patent specifications and published patent specifications cited throughout this application, as well as drawings and tables, are incorporated herein by reference.

[実施例1]
(MagVorホモジナイゼーションと溶解)
生喀痰中のBacillus thuringiensis芽胞、Streptococcus pyogenes、およびMTBに対するMagVorシステムの有効性を、ガラスビーズ対サンプル体積v:v比1:1、総サンプル体積1mL、および30〜120秒間のMagVor溶解を用いて試験した。生喀痰からのMTB DNA抽出は、そのマイコバクテリア細胞壁および低い感染用量(菌体10個)の観点から特に困難である。溶解の有効性は、MagVor処理前後における同等の生喀痰サンプルの定量的リアルタイムPCRによって推定した。MagVor処理は、未処理サンプル(すなわち同一であるがMagVorシステムで処理されていない喀痰サンプルの一部)と比較して、核酸検出を平均で2.5サイクル(ほぼlog1)改善することが確認された。
[Example 1]
(MagVor homogenization and dissolution)
The effectiveness of the MagVor system on Bacillus thuringiensis spores, Streptococcus pyogenes, and MTB in ginger using glass beads to sample volume v: v ratio 1: 1, total sample volume 1 mL, and MagVor lysis for 30-120 seconds Tested. Extraction of MTB DNA from ginger is particularly difficult due to its mycobacterial cell wall and low infectious dose (10 cells). The effectiveness of lysis was estimated by quantitative real-time PCR of comparable ginger samples before and after MagVor treatment. MagVor treatment was confirmed to improve nucleic acid detection on average by 2.5 cycles (approximately log1) compared to untreated samples (ie, some of the sputum samples that were identical but not treated with the MagVor system). It was.

物理的溶解キット構成要素(粒子、攪拌ディスク、コーティング)が核酸抽出および精製に干渉する度合いを検討するため、また4種類のビーズおよび3種類の磁気ディスクの分析を試み、MagVor溶解後に超微細粒子を溶液中に生成しなかった溶解ビーズおよび磁気ディスクを特定した。NPAサンプルをプールし、リアルタイムPCRで目的の標的DNAについて陰性であることを確認した後、未処理のメチシリンMRSAまたはMTB標的細胞を添加した。検体(0.5mL)を2セット処理し、5000rpmのMagVor処理で10分間溶解した。グアニジンベースの結合バッファーを用いて手動MagVor/フィルターチップ手順で核酸を精製した後、定量的リアルタイムPCR(またはRT−PCR)で分析した。ガラスビーズは容易に溶解チューブの底に沈殿し、これらの試験中DNAまたはRNAの明らかな阻害または分解は示されなかった。   To investigate the degree to which physical lysis kit components (particles, stir discs, coatings) interfere with nucleic acid extraction and purification, and to analyze 4 types of beads and 3 types of magnetic discs, ultrafine particles after MagVor lysis Were identified for dissolved beads and magnetic disks that did not form in solution. After NPA samples were pooled and confirmed to be negative for the target DNA of interest by real-time PCR, untreated methicillin MRSA or MTB target cells were added. Two sets of specimens (0.5 mL) were treated and dissolved by MagVor treatment at 5000 rpm for 10 minutes. Nucleic acids were purified by manual MagVor / filter chip procedure using guanidine-based binding buffer and then analyzed by quantitative real-time PCR (or RT-PCR). Glass beads readily settled to the bottom of the lysis tube and showed no apparent inhibition or degradation of DNA or RNA during these tests.

表1に示すように、MagVor処理を用いるとき、処理なしの場合と比較して、特に高力価で一定したDNA回収の改善が得られた。   As shown in Table 1, when using MagVor treatment, a consistent improvement in DNA recovery was obtained, especially at high titers, compared to the case without treatment.

(MagVor/フィルターチップの組み合わせによるMRSAおよびMTB DNA添加NPAからのその回収)

Figure 2018537676
(MRSA with MagVor / filter chip combination and its recovery from MTB DNA added NPA)
Figure 2018537676

[実施例3]
(一体型MagVor/フィルターチッププロトタイプのキアゲン核酸精製キットに対する比較)
一体型システムの核酸溶解および精製効率を、同等のキアゲン核酸精製キットと比較して評価した。モデルサンプルの種類はNPA中のMRSA、NPS中のインフルエンザA、全血由来のヒトゲノムDNA、およびNPA中のMTBを含んだ。キアゲンキットはDNAミニキット(機械的溶解はせずプロテイナーゼKで10分間処理)、ウイルスRNAミニキット(機械的溶解はせずRNAキャリアーを使用)およびミニ血液キット(プロテイナーゼKで10分間インキュベート)を含んだ。キアゲンにはMTB抽出に特化したキットがないため、BD GeneOhm溶解キットをキアゲンミニDNA抽出キットと併用した。BD溶解およびキアゲンキットには投入サンプル容量の制限もあったので、NPAおよびNPSサンプルは体積200μLで処理し、全血は体積100、10および1μLで処理した。反復試薬プレートを調製、密封し、サンプルの種類および力価毎に処理し(1サンプルにつきn=24抽出)、精製した核酸を定量的リアルタイムPCRで分析し、平均サイクル閾値(Ct)を同等のキアゲン抽出(1サンプルにつきn=8抽出)から得られたものと比較した。各プレートを用いてポジティブおよびネガティブコントロールを実行し、交叉汚染の可能性を試験した。
[Example 3]
(Comparison with the integrated MagVor / filter chip prototype Qiagen nucleic acid purification kit)
The nucleic acid lysis and purification efficiency of the integrated system was evaluated relative to an equivalent Qiagen nucleic acid purification kit. Model sample types included MRSA in NPA, influenza A in NPS, human genomic DNA from whole blood, and MTB in NPA. The Qiagen kit consists of a DNA mini kit (treated with proteinase K for 10 minutes without mechanical lysis), a viral RNA mini kit (without mechanical lysis and using an RNA carrier) and a mini blood kit (incubated with proteinase K for 10 minutes). Inclusive. Since Qiagen has no kit specialized for MTB extraction, the BD GeneOhm lysis kit was used in conjunction with the Qiagen mini DNA extraction kit. Because the BD lysis and Qiagen kits also had input sample volume limitations, NPA and NPS samples were processed in a volume of 200 μL and whole blood was processed in volumes of 100, 10 and 1 μL. Repeat reagent plates are prepared, sealed, processed for each sample type and titer (n = 24 extractions per sample), purified nucleic acids are analyzed by quantitative real-time PCR, and average cycle thresholds (Ct) are comparable. Comparison with that obtained from Qiagen extraction (n = 8 extraction per sample). Positive and negative controls were run with each plate to test for potential cross contamination.

この分析の結果を表2にまとめ、キアゲンキットに匹敵する性能および有効性を立証した。NPA中のMRSAおよびNPS中のインフルエンザAの検出の限界は、両システムとも菌体またはビリオン約10個/mLであった。ヒトDNAは全血1μLから容易に回収され、テンプレートコントロールは核酸交叉汚染のエビデンスを示さなかった。これらのデータより、市販の高品質サンプル調製キットと比較して、一体型サンプル調製プロトタイプの拡張性および有効性が立証される。 The results of this analysis are summarized in Table 2 and demonstrated performance and effectiveness comparable to the Qiagen kit. The limit of detection of MRSA in NPA and influenza A in NPS was about 10 3 cells / mL for both systems or virions. Human DNA was easily recovered from 1 μL of whole blood and the template control showed no evidence of nucleic acid cross-contamination. These data demonstrate the scalability and effectiveness of the integrated sample preparation prototype compared to commercially available high quality sample preparation kits.

(他のDNA抽出キットと比較したMagVorフィルターチップシステム(n=24)からの核酸回収)

Figure 2018537676
(Nucleic acid recovery from MagVor filter chip system (n = 24) compared with other DNA extraction kits)
Figure 2018537676

[実施例4]
(喀痰液状化)
マイコバクテリア培養に付される検体の大半は、マイコバクテリアよりも迅速に増殖することのできる多様な微生物に汚染されているので、典型的には、呼吸器検体は分析前に消化除染前処理に付される。したがってマイコバクテリアは、最適には、ムチンおよび細胞に捕捉されたマイコバクテリアを放出させながら、汚染細菌を低減または除去する手順の使用により臨床検体から回収される。
[Example 4]
(喀 痰 liquefaction)
Because most specimens subjected to mycobacterial cultures are contaminated with a variety of microorganisms that can grow faster than mycobacteria, respiratory specimens are typically pre-digested before analysis. It is attached to. Thus, mycobacteria are optimally recovered from clinical specimens through the use of procedures that reduce or eliminate contaminating bacteria while releasing mucin and mycobacteria trapped by the cells.

NALC−NaOH沈殿は、非結核性抗酸菌(NTM)の喀痰検体を除染および消化するための標準となっている。しかし、生喀痰からのMTB DNAの抽出は、一方では喀痰の高い粘度と不均一性によって、もう一方ではMTBの破壊しにくい細胞壁のため特に困難である。DNA抽出物の輸送は、生喀痰と比較して(冷蔵輸送の点から)輸送の複雑さを低減する。NALC−NaOHは実際には消化手順であるが、その一方でNALCはその活性を速やかに消失し、毎日新鮮な試薬を再溶解する必要がある。さらに、当該手順は遠心分離を必要とし、これはさらなる複雑さと装置を付け加える。さらに、NaOH曝露によってMTB細胞死が惹起され且つDNAが分解される。   NALC-NaOH precipitation has become the standard for decontamination and digestion of non-tuberculous mycobacteria (NTM) sputum specimens. However, extraction of MTB DNA from ginger is particularly difficult due to the high viscosity and heterogeneity of the cocoon on the one hand and the MTB's difficult to destroy cell wall on the other. Transport of the DNA extract reduces transport complexity (in terms of refrigerated transport) compared to ginger. NALC-NaOH is actually a digestion procedure, while NALC quickly loses its activity and requires daily re-dissolution of fresh reagents. Furthermore, the procedure requires centrifugation, which adds additional complexity and equipment. In addition, NaOH exposure causes MTB cell death and DNA degradation.

したがって、生喀痰を処理することに関心を持つユーザーにとって、代替法の役割を果たす可能性のある液状化法を開発することは興味深かった。生喀痰はサンプル容器に移し替えるのが難しい種類の検体であるので、酵素溶液を用いた単一ステップの喀痰液状化手順が開発された。生喀痰10に対して液状酵素1を添加し、56℃で15〜20分間インキュベートすることにより、不均一性が高く粘稠な喀痰検体であっても液状化されて、5〜10%グリセロールと同等の粘度となった。これらの液状化された喀痰検体は容易にピペッティングされ、溶解チューブ内の磁気ディスクの回転が止まったり、フィルターチップが詰まったりすることなく、手動MagVorおよびフィルターチッププロトコルで処理された。   Therefore, it was interesting for users interested in processing ginger to develop liquefaction methods that could serve as alternatives. Since ginger is a type of specimen that is difficult to transfer to a sample container, a single-step liquefaction procedure using an enzyme solution has been developed. By adding liquid enzyme 1 to ginger 10 and incubating at 56 ° C. for 15 to 20 minutes, even non-uniform and viscous sputum specimens are liquefied, and 5 to 10% glycerol An equivalent viscosity was obtained. These liquefied sputum specimens were easily pipetted and processed with manual MagVor and filter tip protocols without stopping the rotation of the magnetic disk in the lysis tube or clogging the filter tip.

[実施例5]
(生喀痰からのMTB DNAの抽出)
図5Aおよび5Bに示す自動化8チャネルプロトタイプシステムを用いて、生TB陽性喀痰からのDNA抽出の実現可能性を立証した。Truant TB蛍光染色を用いて、スメア顕微鏡検査で、個人識別不可能とした患者検体をスメア2+または4+のいずれかに判定した。スメア2+の生喀痰検体4つとスメア4+喀痰検体4つを、実施例4の液状化プロトコルにしたがって処理した後、MagVorチューブに加えた。次に、一体型MagVor/フィルターチッププロトコルを自動化抽出/精製によって実施した。IS6110qPCR分析で溶離液を分析したところ、抽出液の濃度はスメア2+で3.6±0.7pg/μg、スメア4+で49±8pg/μLと確認された。このデータより、TB陽性検体からDNAを抽出するための自動化核酸分離機器の実現可能性が裏付けられる。
[Example 5]
(Extraction of MTB DNA from ginger)
The feasibility of DNA extraction from live TB positive sputum was demonstrated using the automated 8-channel prototype system shown in FIGS. 5A and 5B. Patient specimens that were unidentifiable by smear microscopy were identified as either smear 2+ or 4+ using Truant TB fluorescent staining. Four smear 2+ ginger specimens and four smear 4+ rabbit specimens were processed according to the liquefaction protocol of Example 4 and then added to the MagVor tube. Next, an integrated MagVor / filter chip protocol was performed by automated extraction / purification. When the eluent was analyzed by IS6110qPCR analysis, the concentration of the extract was confirmed to be 3.6 ± 0.7 pg / μg for smear 2+ and 49 ± 8 pg / μL for smear 4+. This data confirms the feasibility of an automated nucleic acid separation device for extracting DNA from TB positive specimens.

表3は、自動化MagVor/フィルターチップシステムと、手動MagVor/フィルターチップシステムを用いたMTBのリアルタイム検出を比較した連続希釈試験の結果を示す。MTB細胞をTB陰性喀痰500μLに添加して沈殿させ(NALC−NaOH処理喀痰)、このとき菌体10個は1cfu/mLとほぼ等しい。比較を目的として抗酸菌(AFB)スメア陽性およびAFBスメア陰性に対応する対応菌体レベルを含めた。   Table 3 shows the results of serial dilution tests comparing real-time detection of MTB using an automated MagVor / filter chip system and a manual MagVor / filter chip system. MTB cells are added to 500 μL of TB negative 喀 痰 to precipitate (NALC-NaOH-treated 喀 痰). At this time, 10 cells are approximately equal to 1 cfu / mL. For comparison purposes, corresponding cell levels corresponding to acid-fast bacilli (AFB) smear positive and AFB smear negative were included.

(手動および自動化MagVor/フィルターチップシステムによるMTB DNAのリアルタイム検出を示す連続希釈試験)

Figure 2018537676
(Serial dilution test showing real-time detection of MTB DNA with manual and automated MagVor / filter chip systems)
Figure 2018537676

上記は、当業者に本発明を実践する方法を教示することを目的としており、本記載を読むとき当業者に明らかとなるその明白な変更および変法の全てを詳述することを意図していない。しかし、そのような明白な変更および変法の全てが、以下の請求項に定義される本発明の範囲内に含まれることが意図されている。請求項は、文脈が反対のことを示されない限り、請求された構成要素およびステップを、そこで意図された目的を満たすのに有効な任意の順で包含することを意図している。   The foregoing is intended to teach those skilled in the art how to practice the present invention and is intended to detail all of the obvious modifications and variations that will become apparent to those skilled in the art upon reading this description. Absent. However, all such obvious modifications and variations are intended to be included within the scope of the present invention as defined in the following claims. The claims are intended to cover the claimed components and steps in any order effective to fulfill their intended purpose, unless the context indicates otherwise.

Claims (20)

サンプル精製システムであって:
ハウジング;
前記ハウジング内に排置されたサンプル容器ラックであって、前記サンプル容器ラックが1つ以上のサンプル容器を保持するよう設計された前記サンプル容器ラック;
前記ハウジング内に排置されたフィルターデバイスホルダーであって、前記フィルターホルダーが目的の分子と結合するためのフィルターを含む1つ以上のフィルターデバイスを保持するよう設計された前記フィルターデバイスホルダー;および
前記サンプル容器ラックの近傍且つ外部にある円筒形磁石であって、前記ハウジング内に排置された電動モーターによって前記磁石が前記磁石の中心、長軸を中心に回転する前記円筒形磁石を含む前記サンプル精製システム。
A sample purification system:
housing;
A sample container rack disposed within the housing, wherein the sample container rack is designed to hold one or more sample containers;
A filter device holder disposed within the housing, wherein the filter device holder is designed to hold one or more filter devices including a filter for binding the molecule of interest; and A cylindrical magnet in the vicinity of and outside the sample container rack, wherein the magnet includes the cylindrical magnet that rotates about the center and the major axis of the magnet by an electric motor that is disposed inside the housing. Purification system.
請求項1に記載の前記サンプル精製システムであって、前記サンプルラック内に排置されたサンプル容器をさらに含み、前記サンプル容器がサンプル懸濁液、マグネティックスターラー、および複数のビーズを含む、前記サンプル精製システム。   The sample purification system of claim 1, further comprising a sample container disposed within the sample rack, wherein the sample container comprises a sample suspension, a magnetic stirrer, and a plurality of beads. Purification system. 請求項1に記載の前記サンプル精製システムであって、前記ハウジング内に排置された1つ以上の試薬ラックをさらに含み、前記試薬ラックが各ラック内で個別に、密封された容器に保存された複数の試薬を含む、前記サンプル精製システム。   2. The sample purification system according to claim 1, further comprising one or more reagent racks disposed in the housing, wherein the reagent racks are individually stored in sealed containers in each rack. The sample purification system comprising a plurality of reagents. 請求項1に記載の前記サンプル精製システムであって、自動化ピペッティングシステムをさらに含む前記サンプル精製システム。   The sample purification system of claim 1, further comprising an automated pipetting system. 請求項4に記載の前記サンプル精製システムであって、所定の様式で前記1つ以上のサンプル容器に試薬を自動的に分注し且つサンプル材料および試薬を廃棄するよう設計された1つ以上のロボティックアームをさらに含む前記サンプル精製システム。   5. The sample purification system of claim 4, wherein the one or more designed to automatically dispense reagents into the one or more sample containers and to discard sample material and reagents in a predetermined manner. The sample purification system further comprising a robotic arm. 請求項5に記載の前記サンプル精製システムであって、前記システムが複数のサンプル容器、前記複数のフィルターチップおよび1つ以上の試薬ラックをさらに含む前記サンプル精製システム。   6. The sample purification system of claim 5, wherein the system further comprises a plurality of sample containers, the plurality of filter chips, and one or more reagent racks. 請求項1に記載の前記サンプル精製システムであって、前記円筒形磁石が前記磁石の長軸に沿って且つこれを中心として対称に排置された磁極を有する前記サンプル精製システム。   2. The sample purification system according to claim 1, wherein the cylindrical magnet has magnetic poles disposed symmetrically about and around the major axis of the magnet. 請求項1に記載の前記サンプル精製システムであって、前記円筒形磁石が前記磁石の長軸の対側端に排置された対磁極を有する前記サンプル精製システム。   2. The sample purification system according to claim 1, wherein the cylindrical magnet has a counter magnetic pole that is disposed at the opposite end of the long axis of the magnet. 請求項2に記載の前記サンプル精製システムであって、前記ビーズが10〜1000μmの範囲内の直径を有するシリカビーズである前記サンプル精製システム。   3. The sample purification system of claim 2, wherein the beads are silica beads having a diameter in the range of 10 to 1000 [mu] m. 請求項2に記載の前記サンプル精製システムであって、前記マグネティックスターラーがポリマーでコーティングされた合金コアを含む前記サンプル精製システム。   3. The sample purification system of claim 2, wherein the magnetic stirrer includes an alloy core coated with a polymer. 請求項10に記載の前記サンプル精製システムであって、前記合金コアがネオジム鉄ホウ素またはサマリウムコバルトを含み且つ前記ポリマーがPTEEまたはパリレンである前記サンプル精製システム。   11. The sample purification system of claim 10, wherein the alloy core comprises neodymium iron boron or samarium cobalt and the polymer is PTEE or parylene. 請求項1に記載の前記サンプル精製システムを用いてサンプルから目的の分子を精製するための方法であって:
液状サンプル懸濁液、マグネティックスターラーおよび細胞溶解ビーズを収容するサンプルチューブをサンプルラックに載置すること;
前記マグネティックスターラーおよび細胞溶解ビーズの存在下で前記サンプル懸濁液中の細胞を溶解するのに十分なスピードで前記円筒形磁石を回転させることにより前記サンプル懸濁液をホモジナイズすること;
フィルターデバイスが前記フィルターデバイスホルダーに装着される、前記の目的の分子がフィルターマトリクスと結合する条件下で、前記フィルターマトリクスを含む前記フィルターデバイスを経て前記のホモジナイズされたサンプル懸濁液を流すこと;
前記フィルターマトリクスを洗浄すること;および
結合した目的の分子を前記フィルターマトリクスから溶離することを含む前記方法。
A method for purifying a molecule of interest from a sample using the sample purification system of claim 1 comprising:
Placing the sample tube containing the liquid sample suspension, magnetic stirrer and cell lysis beads on the sample rack;
Homogenizing the sample suspension by rotating the cylindrical magnet at a speed sufficient to lyse the cells in the sample suspension in the presence of the magnetic stirrer and cell lysis beads;
Flowing the homogenized sample suspension through the filter device containing the filter matrix under conditions in which a filter device is attached to the filter device holder and the molecules of interest bind to the filter matrix;
Washing said filter matrix; and eluting bound molecules of interest from said filter matrix.
請求項12に記載の前記方法であって、前記サンプルチューブがマグネティックスターラー、細胞溶解ビーズ、細胞溶解を促進する試薬および前記目的の分子の完全性を保持する試薬からなる群から選択される1つ以上の品目と共に事前包装される前記方法。   13. The method according to claim 12, wherein the sample tube is selected from the group consisting of a magnetic stirrer, a cell lysis bead, a reagent that promotes cell lysis, and a reagent that maintains the integrity of the molecule of interest. Said method prepackaged with the above items. 請求項12に記載の前記方法であって、前記の目的の分子が核酸である前記方法。   13. The method of claim 12, wherein the molecule of interest is a nucleic acid. 請求項14に記載の前記方法であって、前記液状サンプル懸濁液が喀痰を含む前記方法。   15. The method of claim 14, wherein the liquid sample suspension includes sputum. 請求項15に記載の前記方法であって、前記の溶離した核酸をMycobacterium tuberculosisに特異的なプライマーで増幅し且つ前記核酸がMycobacterium tuberculosis DNAを含むか判定するステップをさらに含む前記方法。   16. The method of claim 15, further comprising the step of amplifying the eluted nucleic acid with a primer specific for Mycobacterium tuberculosis and determining whether the nucleic acid contains Mycobacterium tuberculosis DNA. サンプルから核酸を精製するための方法であって:
サンプルチューブが液状サンプル懸濁液、マグネティックスターラーおよび細胞溶解ビーズを収容し、サンプルラックが円筒形磁石の近傍に位置する、前記サンプルチューブを前記サンプルラックに載置すること;
前記サンプル懸濁液中の細胞を破壊して細胞溶解液を生成するのに十分な程度に各サンプルチューブ内の前記マグネティックスターラーが回転して前記細胞溶解ビーズを攪拌するよう前記円筒形磁石をその長軸を中心に回転させること;
前記細胞溶解液に由来する核酸がフィルターピペットチップのフィルターマトリクスと結合するよう前記細胞溶解液の少なくとも一部を前記ピペットチップの第1の開口部を経て流すこと:
前記フィルターチップの前記第1の開口部から流す前記ステップにおいて前記フィルターマトリクスを通過した前記細胞溶解液の未結合の部分を排出すること;
前記フィルターチップの前記第1の開口部を経て溶離バッファーを取り入れ、前記フィルターマトリクスを経て前記溶離バッファーを流し、且つ前記フィルターマトリクスを経て流れた前記溶離バッファーを前記フィルターチップから前記第1の開口部を経て排出することによって前記フィルターマトリクスに結合した前記核酸を溶離することを含む前記方法。
A method for purifying nucleic acid from a sample comprising:
Placing the sample tube in the sample rack, wherein the sample tube contains a liquid sample suspension, a magnetic stirrer and cell lysis beads, and the sample rack is located near a cylindrical magnet;
The cylindrical magnet is moved so that the magnetic stirrer in each sample tube rotates and stirs the cell lysis beads to an extent sufficient to destroy the cells in the sample suspension and produce a cell lysate. Rotating around the long axis;
Flowing at least a portion of the cell lysate through the first opening of the pipette tip so that the nucleic acid from the cell lysate binds to the filter matrix of the filter pipette tip:
Discharging the unbound portion of the cell lysate that has passed through the filter matrix in the step of flowing from the first opening of the filter chip;
The elution buffer is taken in through the first opening of the filter chip, the elution buffer flows through the filter matrix, and the elution buffer that has flowed through the filter matrix passes from the filter chip to the first opening. Eluting the nucleic acid bound to the filter matrix by draining through the process.
請求項17に記載の前記方法であって、前記サンプルが喀痰を含む前記方法。   18. The method of claim 17, wherein the sample includes sputum. 請求項17に記載の前記方法であって、前記の溶離した核酸をMycobacterium tuberculosisに特異的なプライマーで増幅し且つ前記核酸がMycobacterium tuberculosis DNAを含むか判定するステップをさらに含む前記方法。   18. The method of claim 17, further comprising the step of amplifying the eluted nucleic acid with a primer specific for Mycobacterium tuberculosis and determining if the nucleic acid contains Mycobacterium tuberculosis DNA. 請求項17に記載の前記方法であって、前記円筒形磁石が前記磁石の長軸に沿って且つこれを中心として対称に排置された磁極を有する前記方法。   18. The method of claim 17, wherein the cylindrical magnet has magnetic poles disposed symmetrically about and about the major axis of the magnet.
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