JP2022532170A - RNA transcript analysis system and method - Google Patents

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Abstract

サンプル内の分子の分析システム及び方法。システムは、撮像装置と、フローセルと、磁石と、プロセッサと、を含む。フローセルは、第1のRNA転写物を含む分子を結合するように構成された捕捉プローブを備える機能化面を含む。磁石は、機能化面の反対側に配置される。磁石は、第1のRNA転写物を含む分子を機能化面に向け捕捉プローブと結合するように構成される。光源は、光線を第1のRNA転写物を含む結合分子に向けるように構成される。撮像装置が第1のRNA転写物を含む結合分子からの光を取り込むように構成される。プロセッサは、第1のRNA転写物を含むサンプル内の分子の量を決定するように構成される。プロセッサは、さらに、分子の量に基づきサンプル内の第1のRNA転写物の発現レベルを決定するように構成される。A system and method for analyzing molecules in a sample. The system includes an imager, a flow cell, a magnet, and a processor. The flow cell includes a functionalized surface with capture probes configured to bind molecules comprising the first RNA transcript. A magnet is placed opposite the functionalized surface. The magnet is configured to direct a molecule containing the first RNA transcript toward the functionalized surface to bind with the capture probe. A light source is configured to direct light to a binding molecule comprising the first RNA transcript. An imaging device is configured to capture light from the binding molecule containing the first RNA transcript. A processor is configured to determine the amount of molecules in the sample that include the first RNA transcript. The processor is further configured to determine the level of expression of the first RNA transcript within the sample based on the quantity of the molecule.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2018年5月10日に出願された『アルツハイマーのスクリーニング技術及び装置』と題する米国仮特許出願第62/669575号明細書に対する優先権を主張する、2019年5月10日に出願された米国特許出願第16/408970号明細書、及び2016年10月26日に出願された『光検知を用いた自動核酸検出及び定量』と題する米国仮特許出願第62/413144号明細書に対する優先権を主張する、2017年10月26日に出願された国際出願PCT/US2017/058559号明細書の371条に基づく国内段階移行である、2019年4月25日に出願された米国特許出願第16/345175号明細書の利益及び優先権を主張し、その全ての内容を参照により本明細書に援用する。
Mutual reference to related applications This application claims priority over US Provisional Patent Application No. 62/669575, entitled "Alzheimer's Screening Techniques and Devices" filed May 10, 2018, 5/2019. US Patent Application No. 16/408970 filed on 10th May 2016 and US Provisional Patent Application 62 / entitled "Automatic Nucleometric Detection and Quantification Using Photon Detection" filed October 26, 2016. International application filed on October 26, 2017, claiming priority over Specification 413144, filed on April 25, 2019, which is a national phase transition under Article 371 of Specification PCT / US2017 / 058559. Claims the interests and priorities of US Patent Application No. 16/345175, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

本明細書に開示される主題は核酸分子などの標的分子を検出することに関し、より具体的には、標的分子の光検知システムに関する。 The subject matter disclosed herein relates to detecting a target molecule, such as a nucleic acid molecule, and more specifically to a photodetection system for the target molecule.

生物製剤サンプルを分析し、核酸分子などの標的分子の存在を検出するため、種々の方法が開発されてきた。これらの方法は、例えば、サンプル内の病原体を検出するのに用いることができる。 Various methods have been developed to analyze biologic samples and detect the presence of target molecules such as nucleic acid molecules. These methods can be used, for example, to detect pathogens in a sample.

通常、検出方法はポリメラーゼ連鎖反応(PCR)などの破壊技術を用いてサンプルから核酸分子を抽出及び複製する。PCRは微量のDNAフラグメントの分析に充分な量への複製及び増幅を可能にする技術である。そのため、PCRはDNA塩基配列決定法及びサンプル内のDNAフラグメントの検出などのさまざまな応用に用いることができる。 Usually, the detection method is to extract and replicate nucleic acid molecules from a sample using a disruption technique such as the polymerase chain reaction (PCR). PCR is a technique that allows replication and amplification to a sufficient amount for analysis of trace amounts of DNA fragments. Therefore, PCR can be used for various applications such as DNA sequencing and detection of DNA fragments in samples.

特定の標的核酸分子を検出する電子センサは、一連の電極対の間のセンサ面に固定された捕捉プローブを含み得る。標的核酸分子を検出するシステム及び方法の例が、その全ての内容を参照により本明細書に援用する、米国特許第7645574号明細書に記載されている。PCR後、増幅した生成物又は標的の病原体配列由来のアンプリコンがプローブにより捕捉される。相補配列で機能化されたナノ金クラスターがアンプリコンへの局所ハイブリダイゼーションに用いられる。続いて、金デベロッパー試薬での短期処理を用いて、ナノ金クラスターは金属化のための触媒核形成部位として働き、それが充分な導電性の膜の成長につながる。金膜の存在は電極間のギャップを短絡し抵抗の減少により測定され、それにより測定される捕捉増幅生成物の存在が認められる。しかしながら、そのようなセンサは少量の標的分子には反応しない可能性があり、偽陰性の結果又は標的分子の検出不良をもたらす。 An electronic sensor that detects a particular target nucleic acid molecule may include a capture probe immobilized on the sensor surface between a series of electrode pairs. An example of a system and method for detecting a target nucleic acid molecule is described in US Pat. No. 7,645,574, which is incorporated herein by reference in its entirety. After PCR, an amplicon from the amplified product or target pathogen sequence is captured by the probe. Nanogold clusters functionalized with complementary sequences are used for local hybridization to amplicon. Subsequently, using short-term treatment with gold developer reagents, the nanogold clusters act as catalytic nucleation sites for metallization, which leads to the growth of sufficiently conductive membranes. The presence of the gold film is measured by shorting the gap between the electrodes and reducing resistance, which confirms the presence of captured amplification products. However, such sensors may not react to small amounts of target molecules, resulting in false negative results or poor detection of target molecules.

一つの実施形態では、サンプル内の分子の分析システムが提示される。システムは、撮像装置と、フローセルと、磁石と、プロセッサと、を含む。フローセルは、第1のRNA転写物を含む分子を結合するように構成された捕捉プローブを備える機能化面を含む。磁石は、機能化面の反対側に配置される。磁石は、第1のRNA転写物を含む分子を機能化面に向け捕捉プローブと結合するように構成される。光源は、光線を第1のRNA転写物を含む結合分子に向けるように構成される。撮像装置が第1のRNA転写物を含む結合分子からの光を取り込むように構成される。プロセッサは、第1のRNA転写物を含むサンプル内の分子の量を決定するように構成される。プロセッサは、さらに、分子の量に基づきサンプル内の第1のRNA転写物の発現レベルを決定するように構成される。 In one embodiment, an analytical system for molecules in a sample is presented. The system includes an image pickup device, a flow cell, a magnet, and a processor. The flow cell comprises a functionalized surface comprising a capture probe configured to bind a molecule containing a first RNA transcript. The magnet is located on the opposite side of the functionalized surface. The magnet is configured to direct the molecule containing the first RNA transcript towards the functionalized surface and bind it to the capture probe. The light source is configured to direct the light beam towards the binding molecule containing the first RNA transcript. The imaging device is configured to capture light from the binding molecule containing the first RNA transcript. The processor is configured to determine the amount of molecule in the sample containing the first RNA transcript. The processor is further configured to determine the expression level of the first RNA transcript in the sample based on the amount of the molecule.

他の実施形態では、サンプル内の分子の分析方法が提示される。方法は、撮像装置と、機能化面に結合した捕捉プローブを有する機能化面を含むフローセルと、磁石と、光源と、を用いる。方法は、以下の工程を含む。第1のRNA転写物を含む分子を磁性粒子に結合すること。磁石を介して第1のRNA転写物を含む分子を機能化面に向けること。第1のRNA転写物を含む分子を捕捉プローブに結合すること。光源からの光線を第1のRNA転写物を含む結合分子に向けること。第1のRNA転写物を含む結合分子からの光を取り込むこと。第1のRNA転写物を含むサンプル内の分子の量を決定すること。分子の量に基づきサンプル内の第1のRNA転写物の発現レベルを決定すること。 In another embodiment, a method for analyzing molecules in a sample is presented. The method uses an image pickup device, a flow cell including a functionalized surface having a capture probe coupled to the functionalized surface, a magnet, and a light source. The method comprises the following steps. Binding a molecule containing a first RNA transcript to a magnetic particle. Aiming the molecule containing the first RNA transcript through a magnet towards the functionalized surface. Binding a molecule containing a first RNA transcript to a capture probe. Directing light from a light source to a binding molecule containing a first RNA transcript. Incorporating light from a binding molecule containing a first RNA transcript. To determine the amount of molecules in a sample containing a first RNA transcript. To determine the expression level of the first RNA transcript in a sample based on the amount of molecule.

他の実施形態では、サンプル内の分子の分析方法が提示される。方法は、撮像装置と、磁石と、光源と、複数の捕捉プローブを有する機能化面を含むフローセルと、を用いる。複数の捕捉プローブのそれぞれが複数のRNA転写物の一つを含むサンプル内の分子を結合するように構成される。方法は、以下の工程を含む。サンプル内の分子を磁性粒子に結合すること。磁石を用いて分子を機能化面に向けること。分子の各特定の分子を、特定の分子のRNA転写物に結合するように構成された複数の捕捉プローブの一つに結合すること。光源からの光線を複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した結合分子に向けること。結合分子からの光を取り込むこと。取り込んだ光に基づき複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した結合分子の量を決定すること。複数のRNA転写物のそれぞれを結合するように構成された複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した結合分子の量に基づき、複数のRNA転写物に対応する複数の発現レベルを決定すること。 In another embodiment, a method for analyzing molecules in a sample is presented. The method uses an image pickup device, a magnet, a light source, and a flow cell including a functionalized surface having a plurality of capture probes. Each of the capture probes is configured to bind molecules within a sample containing one of the RNA transcripts. The method comprises the following steps. Bonding molecules in a sample to magnetic particles. Use a magnet to direct the molecule to the functional surface. Binding each particular molecule of a molecule to one of multiple capture probes configured to bind to the RNA transcript of the particular molecule. Directing a light beam from a light source to a bound molecule bound to each of multiple capture probes. Capturing light from bound molecules. To determine the amount of bound molecule bound to each of multiple capture probes based on the captured light. To determine multiple expression levels for multiple RNA transcripts based on the amount of bound molecule bound to each of the multiple capture probes configured to bind each of the multiple RNA transcripts.

上記の実施形態は単なる例示である。他の実施形態は開示された主題の範囲内である。 The above embodiments are merely exemplary. Other embodiments are within the scope of the disclosed subject matter.

本発明の特徴を理解することができるように、そのいくつかが添付図面に示されている特定の実施形態を参照することにより本発明の詳細な説明が行われてもよい。しかしながら、開示された主題の範囲が他の実施形態を同様に包含するため、図面は本発明の特定の実施形態を示すのみであり、したがって、その範囲の限定とみなされてはならないことに留意されたい。図面は必ずしも原寸に比例しておらず、概して本発明の特定の実施形態の特徴を示すことに重点が置かれている。図面において、種々の図全体にわたり、同様の数字は同様の部分を示すために用いられている。 A detailed description of the invention may be provided by reference to certain embodiments, some of which are shown in the accompanying drawings, so that the features of the invention can be understood. However, it should be noted that the drawings only show specific embodiments of the invention and therefore should not be considered a limitation of that scope, as the scope of the disclosed subject matter embraces other embodiments as well. I want to be. The drawings are not necessarily proportional to actual size and are generally focused on showing the characteristics of certain embodiments of the invention. In the drawings, similar numbers are used to indicate similar parts throughout the various figures.

図1は、採取した血液/食品/生物製剤サンプルの流体サンプルを検査するように構成された複数の使い捨てカートリッジの一つを受け入れるように機能するポータブル診断アッセイシステムの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a portable diagnostic assay system that functions to accept one of a plurality of disposable cartridges configured to inspect a fluid sample of a collected blood / food / bioform sample. 図2は、血液/食品/生物製剤サンプルを検査するように構成された使い捨てカートリッジの一つの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of one of the disposable cartridges configured to inspect blood / food / bioform samples. 図3は、その一つが検査された流体サンプルの特定の属性を検出するため流体サンプルを破壊するのにふさわしいアッセイ化学薬品を含む、中央アッセイチャンバを含むさまざまなアッセイチャンバを示す使い捨てカートリッジの一つの上面図である。FIG. 3 is one of a disposable cartridge showing various assay chambers, including a central assay chamber, one of which contains assay chemicals suitable for destroying the fluid sample to detect specific attributes of the tested fluid sample. It is a top view. 図4は、流体サンプルに複数の操作を行うために流体サンプルの少なくとも一部を一つのチャンバから他のチャンバへ送るよう機能するさまざまなチャネルを示す、図3に示す使い捨てカートリッジの底面図である。FIG. 4 is a bottom view of the disposable cartridge shown in FIG. 3, showing various channels that function to send at least a portion of the fluid sample from one chamber to another in order to perform multiple operations on the fluid sample. .. 図5は、機能化面を有するセンサシステムの実施形態の図である。FIG. 5 is a diagram of an embodiment of a sensor system having a functional surface. 図6は、標的分子の検出方法の実施形態を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an embodiment of a method for detecting a target molecule. 図7は、磁性粒子と結合した標的分子を有する、図5のセンサシステムの図である。FIG. 7 is a diagram of the sensor system of FIG. 5 having target molecules bound to magnetic particles. 図8Aは、磁性粒子の実施形態の断面図である。FIG. 8A is a cross-sectional view of an embodiment of magnetic particles. 図8Bは、磁性粒子の他の実施形態の断面図である。FIG. 8B is a cross-sectional view of another embodiment of the magnetic particles. 図8Cは、ナノ粒子と結合した磁性粒子の実施形態の図である。FIG. 8C is a diagram of an embodiment of magnetic particles bonded to nanoparticles. 図8Dは、ナノ粒子と結合した磁性粒子の他の実施形態の図である。FIG. 8D is a diagram of another embodiment of magnetic particles bonded to nanoparticles. 図8Eは、磁性粒子及びナノ粒子と結合した標的分子の実施形態の図である。FIG. 8E is a diagram of an embodiment of a target molecule bound to magnetic particles and nanoparticles. 図8Fは、磁性粒子及びナノ粒子と結合した標的分子の他の実施形態の図である。FIG. 8F is a diagram of another embodiment of the target molecule bound to the magnetic particles and nanoparticles. 図8Gは、ナノ粒子及び磁性粒子と結合した標的分子のさらに他の実施形態の図である。FIG. 8G is a diagram of still another embodiment of the target molecule bound to nanoparticles and magnetic particles. 図9は、機能化面と結合した標的分子を有する、図5及び7のセンサシステムの図である。FIG. 9 is a diagram of the sensor system of FIGS. 5 and 7 having a target molecule bound to a functionalized surface. 図10は、標的分子と結合した機能化ナノ粒子を有する、図5及び7~8のセンサシステムの図である。FIG. 10 is a diagram of the sensor system of FIGS. 5 and 7-8 with functionalized nanoparticles bound to the target molecule. 図11は、機能化ナノ粒子に向けられた光源を有する、図5、7~8、及び10のセンサシステムの図である。FIG. 11 is a diagram of the sensor system of FIGS. 5, 7-8, and 10 having a light source directed at the functionalized nanoparticles. 図12Aは、暗視野顕微鏡検査での50nm単分散ナノ粒子の散乱の兆候の実施形態である。FIG. 12A is an embodiment of signs of scattering of 50 nm monodisperse nanoparticles on darkfield microscopy. 図12Bは、暗視野顕微鏡検査での100nm単分散ナノ粒子の散乱の兆候の実施形態である。FIG. 12B is an embodiment of a sign of scattering of 100 nm monodisperse nanoparticles on darkfield microscopy. 図13は、暗視野顕微鏡検査での成長したナノ粒子と充分に成長していないナノ粒子の散乱の兆候の比較である。FIG. 13 is a comparison of signs of scattering of grown nanoparticles and undergrown nanoparticles on darkfield microscopy. 図14は、光学センサシステムの実施形態の図である。FIG. 14 is a diagram of an embodiment of an optical sensor system. 図15Aは、磁石を縮めた状態の図14の光学センサシステムの拡大部分図である。FIG. 15A is an enlarged partial view of the optical sensor system of FIG. 14 with the magnet contracted. 図15Bは、磁石を延ばした状態の図14の光学センサシステムの拡大部分図である。FIG. 15B is an enlarged partial view of the optical sensor system of FIG. 14 with the magnet extended. 図16は、図14の光学センサシステムを内蔵する光学機器の実施形態の側面図である。FIG. 16 is a side view of an embodiment of an optical device incorporating the optical sensor system of FIG. 図17Aは、機能化面を有するセンサシステムの他の実施形態の図である。FIG. 17A is a diagram of another embodiment of a sensor system having a functionalized surface. 図17Bは、機能化面と結合した標的分子を有する、図17Aのセンサシステムの図である。FIG. 17B is a diagram of the sensor system of FIG. 17A having a target molecule bound to a functionalized surface. 図17Cは、標的分子と結合したナノ粒子を有する、図17A~17Bのセンサシステムの図である。FIG. 17C is a diagram of the sensor system of FIGS. 17A-17B with nanoparticles bound to the target molecule. 図18は、サンプル内の複数のRNA転写物の分析方法を表す。FIG. 18 shows a method for analyzing a plurality of RNA transcripts in a sample. 図19は、サンプルの複数のRNA転写物を分析することによる、神経変性疾患のリスクレベルの決定方法を表す。FIG. 19 represents a method of determining the risk level of neurodegenerative disease by analyzing multiple RNA transcripts of a sample. 図20は、他の実施例を表す。FIG. 20 represents another embodiment.

いくつかの図全体にわたり、同様の参照文字は同様の部分を示す。本明細書に設定される例はいくつかの実施形態を示すが、いかなる方法によっても範囲を制限して解釈されるべきものではない。 Throughout several figures, similar reference characters indicate similar parts. The examples set up herein illustrate some embodiments, but should not be construed in a limited way in any way.

その全ての内容が参照により本明細書に含まれる、2016年5月18日に出願された『サンプル調製方法及びシステム』と題する同一出願人による米国特許出願第15/157584号明細書に記載のもののように、使い捨てカートリッジをポータブル/自動アッセイシステム用と記載する。使い捨てカートリッジの主な用途にDNA検査を含むが、使い捨てカートリッジを、ポータブル/自動アッセイシステムが検出するように構成された種々の血液感染性疾患のごく一部の名前を挙げるだけだが、血液、食品、又は生物製剤で検出する肝炎、自己免疫不全症候群(AIDS/HIV)、糖尿病、白血病、バセドウ病、ループス、多発性骨髄腫などで見られ得るさまざまな疾患のいずれかを検出するのに用いてもよい。食品診断カートリッジはサルモネラ菌、大腸菌、黄色ブドウ球菌、又は赤痢菌を検出するのに用いてもよい。診断カートリッジはまた、昆虫からのサンプル及び試料を検査するのに用いてもよい。例えば、血液診断カートリッジは、ほんの数例を挙げれば、マラリア、脳炎、及びウエストナイルウイルスなどの疾患を検出するため動物に有用な専用カートリッジであってもよい。 Described in US Patent Application No. 15/157584 by the same applicant entitled "Sample Preparation Methods and Systems" filed May 18, 2016, all of which is incorporated herein by reference. Disposable cartridges, such as those for portable / automated assay systems, are described. The main uses of disposable cartridges include DNA testing, but only to name a few of the various blood infectious diseases that are configured for portable / automated assay systems to detect disposable cartridges, blood, food. , Or biologics to detect any of the various diseases that can be found in hepatitis, autoimmune deficiency syndrome (AIDS / HIV), diabetes, leukemia, Basedow's disease, lupus, multiple myeloma, etc. May be good. Food diagnostic cartridges may be used to detect Salmonella, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, or Shigella. Diagnostic cartridges may also be used to inspect samples from insects and samples. For example, the blood diagnostic cartridge may be a dedicated cartridge useful for animals to detect diseases such as malaria, encephalitis, and West Nile virus, to name just a few.

より具体的には、図1及び2を参照すると、ポータブルアッセイシステム10は、それぞれが血液、食品、又は生物製剤(動物媒介性)疾患マーカーを提供する可能性がある流体サンプルの特定の属性を検出するよう選択的に構成されたさまざまな使い捨てアッセイカートリッジ20のいずれかを収容する。ポータブルアッセイシステム10は、流体の属性を識別又は検出するための使い捨てアッセイカートリッジ20の種々のコンパートメント又はチャンバへ流体を出し入れするように機能する一つ以上の線形及び回転型アクチュエータを含む。より具体的には、カートリッジ20はそこから水平に延びるフローセル21を含む。ポータブルアッセイシステム10の回転型アクチュエータ(図示せず)は、円筒状ロータ18の周りに配置されたさまざまなポート18Pの一つを固定カートリッジボディ22のシリンジバレル22Bと合わせる。線形アクチュエータ24は、シリンジバレル22内の圧力を展開させる、すなわち正又は負(真空)にするようにプランジャシャフト26を動かす。つまり、プランジャシャフト26は、チャンバ30、32の一つ以上に含まれる流体を送る及び/又は混ぜるようにシリンジ22内のエラストマープランジャ28を動かす。さらに、システム10は、システム10の種々の部品からの信号を受け取るためシステム10本体の制御盤12内に格納された一つ以上のプロセッサ11を含む。 More specifically, with reference to FIGS. 1 and 2, the portable assay system 10 has specific attributes of a fluid sample, each of which may provide a blood, food, or biologic (animal-mediated) disease marker. Accommodates any of a variety of disposable assay cartridges 20 selectively configured for detection. The portable assay system 10 includes one or more linear and rotary actuators that function to move the fluid in and out of the various compartments or chambers of the disposable assay cartridge 20 for identifying or detecting the attributes of the fluid. More specifically, the cartridge 20 includes a flow cell 21 extending horizontally from the cartridge 20. The rotary actuator (not shown) of the portable assay system 10 aligns one of the various ports 18P arranged around the cylindrical rotor 18 with the syringe barrel 22B of the fixed cartridge body 22. The linear actuator 24 moves the plunger shaft 26 to develop the pressure in the syringe barrel 22, ie, positive or negative (vacuum). That is, the plunger shaft 26 moves the elastomer plunger 28 in the syringe 22 to deliver and / or mix the fluid contained in one or more of the chambers 30, 32. Further, the system 10 includes one or more processors 11 housed in a control panel 12 of the system 10 main body to receive signals from various components of the system 10.

使い捨てカートリッジ20は、分析用流体サンプルを準備する及び/又は流体サンプル分析を行うための自動工程を提供する。サンプル準備工程は、細胞の破壊、DNA及びRNAのサイジング、及び分析用材料の濃縮/浄化を可能にする。より具体的には、本開示のサンプル準備工程は、約100~10000の塩基対のサイズ範囲内のDNA及びRNAのフラグメントを準備する。チャンバはエンドリペア及びキナーゼ処理に必要な試薬を送るのに用いることができる。酵素を使い捨てカートリッジ20に乾燥及び再水和して保存してもよく、又は使用直前に使い捨てカートリッジ20に加えてもよい。回転型アクチュエータを導入すると、何度も開閉するバルブの複雑なシステムの必要なくシングルプランジャ26、28が流体サンプルを吸引及び投与できるようになる。従来のシステムに比べ、これは漏出の可能性及び装置の障害を大幅に減らす。そして、システムが人的過誤の可能性を大幅に減少することも理解されよう。 The disposable cartridge 20 provides an automated process for preparing and / or performing fluid sample analysis for analysis. The sample preparation process allows for cell destruction, DNA and RNA sizing, and enrichment / purification of analytical material. More specifically, the sample preparation step of the present disclosure prepares fragments of DNA and RNA within a size range of about 100-10000 base pairs. The chamber can be used to deliver the reagents required for end repair and kinase treatment. The enzyme may be dried and rehydrated in the disposable cartridge 20 and stored, or may be added to the disposable cartridge 20 immediately before use. The introduction of rotary actuators allows the single plungers 26, 28 to aspirate and administer fluid samples without the need for a complex system of valves that open and close multiple times. Compared to traditional systems, this significantly reduces the potential for leaks and equipment failure. It will also be understood that the system greatly reduces the possibility of human error.

図3及び4において、円筒状ロータ18は、中央チャンバ30及び一つ以上の放射又は円周方向壁により取り囲まれ隔てられた複数のアッセイチャンバ32、34を含む。記載の実施形態において、中央チャンバ30が流体サンプルを収容する一方で、周囲のチャンバ32、34は流体サンプルの属性を検出するための前処理したアッセイ化学薬品又は試薬を含む。化学薬品又は試薬をまず、検査を行う直前に乾燥及び再水和してもよい。一部のチャンバ32、34は、アッセイ手順が進行中又は工程内である間にアッセイ化学薬品が導入できるよう開口していてもよい。チャンバ30、32、34は、下部パネル44に沿って、すなわちロータ18の裏面に沿って成形されたチャネル40、42により、流体連結、すなわちポート18Pの一つからチャンバ30、32、34の一つの間に配置される。例えば、開口部42に相当する第1のポート18Pは、開口部50を介して中央チャンバ30との流体連結にあってもよい。 In FIGS. 3 and 4, the cylindrical rotor 18 includes a central chamber 30 and a plurality of assay chambers 32, 34 surrounded and separated by one or more radiation or circumferential walls. In the described embodiment, the central chamber 30 houses the fluid sample, while the surrounding chambers 32, 34 contain pretreated assay chemicals or reagents for detecting the attributes of the fluid sample. Chemicals or reagents may first be dried and rehydrated just prior to testing. Some chambers 32, 34 may be open to allow assay chemicals to be introduced while the assay procedure is in progress or in step. Chambers 30, 32, 34 are fluid connected, ie, one of chambers 30, 32, 34 from one of the ports 18P by channels 40, 42 formed along the lower panel 44, i.e. along the back surface of the rotor 18. Placed between the two. For example, the first port 18P corresponding to the opening 42 may be in fluid connection with the central chamber 30 via the opening 50.

図5はセンサシステム70の実施形態を示す。センサシステム70は、静止画、動画、又はそれらの組み合わせを取り込むように構成された撮像装置72を含む。例えば、撮像装置72は高解像度静止画を取り込むように構成され得る。図示した実施形態では、撮像装置72はピクセルアレイ74及びアレイ回路76を含む。ピクセルアレイ74はいくつもの適切な画素を含み得る。例えば、ピクセルアレイ74は少なくとも6メガピクセルを含む高密度アレイであり得る。さらなる例では、カメラは広視野を有し得る。ピクセルアレイ74は、アクティブアレイ、パッシブアレイ、平坦フーリエ捕捉アレイ、アングルセンシティブアレイ、フォトダイオードアレイ、電荷結合素子、相補型金属酸化膜半導体(CMOS)、又は電荷注入装置などの感光性ピクセルアレイである。 FIG. 5 shows an embodiment of the sensor system 70. The sensor system 70 includes an image pickup device 72 configured to capture still images, moving images, or a combination thereof. For example, the image pickup device 72 may be configured to capture a high resolution still image. In the illustrated embodiment, the image pickup device 72 includes a pixel array 74 and an array circuit 76. The pixel array 74 may include any number of suitable pixels. For example, the pixel array 74 can be a high density array containing at least 6 megapixels. In a further example, the camera may have a wide field of view. The pixel array 74 is a photosensitive pixel array such as an active array, a passive array, a flat Fourier acquisition array, an angle sensitive array, a photodiode array, a charge coupling device, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS), or a charge injection device. ..

センサシステム70はまた、フローセル78を含む。フローセル78は、中でもポリプロピレン又はポリスチレンポリマー、又はガラスなどの適した材料から形成することができる。実施形態では、フローセルは射出成形により形成される。フローセル78は、透明な又は光学的に透明な面80及び透明な機能化面82を含む。機能化面82は、面82上に捕捉プローブ分子84の付着及び固定を可能にする機能化酸化物面の形で複数の捕捉プローブ84を含む。捕捉プローブ84は、相補配列間の相互作用により標的分子86(図7)を捕捉又は結合するように設計されている。標的分子86は生物製剤サンプルから採取することができる。生物製剤サンプルは、中でも血液、粘液、及び皮膚などの適した種類の材料であり得る。例えば、標的分子86はタンパク質配位子又はDNAセグメントであり得る。 The sensor system 70 also includes a flow cell 78. The flow cell 78 can be formed from a suitable material, such as polypropylene or polystyrene polymer, or glass, among others. In an embodiment, the flow cell is formed by injection molding. The flow cell 78 includes a transparent or optically transparent surface 80 and a transparent functionalized surface 82. The functionalized surface 82 includes a plurality of captured probe 84 in the form of a functionalized oxide surface that allows attachment and fixation of the captured probe molecule 84 on the surface 82. The capture probe 84 is designed to capture or bind the target molecule 86 (FIG. 7) by interaction between complementary sequences. The target molecule 86 can be taken from a biologic sample. The bioform sample can be a suitable type of material, such as blood, mucus, and skin, among others. For example, the target molecule 86 can be a protein ligand or a DNA segment.

対物レンズ又はレンズ75を撮像装置72とフローセル78の間に任意に配置することができる。磁石88を機能化面82の反対側に配置することができる。磁石88は、単一磁石又は磁石のアレイであり得る。 The objective lens or the lens 75 can be arbitrarily arranged between the image pickup device 72 and the flow cell 78. The magnet 88 can be placed on the opposite side of the functionalized surface 82. The magnet 88 can be a single magnet or an array of magnets.

一つの実施形態では、機能化面82は多くの異なる捕捉プローブ84のアレイを含み、それぞれの捕捉プローブ84を異なるRNA転写物を有する分子を捕捉するように構成する。よって、例えば、10~20の異なるRNA転写物を捕捉するようプローブ84のアレイを配置することができる。他の例では、複数のプローブ84を同じRNA転写物を有する分子を捕捉するように構成してもよく、それにより結果のエラーチェックを可能にする冗長性がある。よって、捕捉プローブ84のアレイを多くの異なるRNA転写物を捕捉するように設計することができ、それらのRNA転写物を発現する、サンプル内の分子の相対的比率を分析する。他の例では、プローブ84のアレイの一つ以上を、他の遺伝子で見られる他の分子の数を正規化するベースラインとして働き得る、いわゆるハウスキーピング遺伝子を捕捉するように構成することができる。例として、ハウスキーピング遺伝子の400の分子が捕捉されると、異なる捕捉分子の数を400と比較し、ハウスキーピング遺伝子と比較した割合としてそれらの分子がいくつ捕捉されたかの絶対的な感覚を与えることができ、よって、絶対尺度が確立される。 In one embodiment, the functionalized surface 82 comprises an array of many different capture probes 84, each capture probe 84 configured to capture molecules with different RNA transcripts. Thus, for example, an array of probes 84 can be arranged to capture 10-20 different RNA transcripts. In another example, multiple probes 84 may be configured to capture molecules with the same RNA transcript, thereby providing redundancy that allows error checking of the results. Thus, an array of capture probes 84 can be designed to capture many different RNA transcripts and analyze the relative proportions of molecules in the sample that express those RNA transcripts. In another example, one or more of the array of probes 84 can be configured to capture the so-called housekeeping gene, which can serve as a baseline to normalize the number of other molecules found in other genes. .. As an example, when 400 molecules of a housekeeping gene are captured, the number of different capture molecules is compared to 400, giving an absolute sense of how many of those molecules were captured as a percentage compared to the housekeeping gene. And thus an absolute scale is established.

図6は標的分子の検出方法90の実施形態を示す。方法90は、センサシステム70などのセンサシステムにより用いられ得る。ブロック92では、図7に示すように、標的分子86は磁性粒子110と結合する。実施形態では、標的分子86はフローセル78に導入される前に磁性粒子110と結合する。他の実施形態では、標的分子86と磁性粒子110はフローセル78に非結合状態で導入され、標的分子86はフローセル78内で磁性粒子110と結合する。 FIG. 6 shows an embodiment of a method 90 for detecting a target molecule. The method 90 can be used by a sensor system such as the sensor system 70. In block 92, as shown in FIG. 7, the target molecule 86 binds to the magnetic particles 110. In an embodiment, the target molecule 86 binds to the magnetic particles 110 before being introduced into the flow cell 78. In another embodiment, the target molecule 86 and the magnetic particles 110 are introduced into the flow cell 78 in a non-bonded state, and the target molecule 86 binds to the magnetic particles 110 in the flow cell 78.

図8A~8Bは磁性粒子110の二つの実施形態を示す。図8Aに示すように、一つの実施形態では、磁性粒子110Aは、鉄などの磁性材料から形成された磁気コア112及びナノ粒子コーティング114を有する複合粒子である。例えば、コーティング114は金コーティングであり得る。コーティング114は、さらなるナノ粒子の成長のために核形成部位として働くように構成され得る。磁性粒子110Aは、標的分子86に結合するための配位子Aの少なくとも一つの結合部位を含む。チオール、アミン、又はアルデヒドなどの化学反応基は配位子結合を仲介又は促進する。 8A-8B show two embodiments of the magnetic particles 110. As shown in FIG. 8A, in one embodiment, the magnetic particles 110A are composite particles having a magnetic core 112 and a nanoparticle coating 114 formed of a magnetic material such as iron. For example, the coating 114 can be a gold coating. The coating 114 may be configured to act as a nucleation site for the growth of additional nanoparticles. The magnetic particle 110A contains at least one binding site of the ligand A for binding to the target molecule 86. Chemical reactive groups such as thiols, amines, or aldehydes mediate or promote ligand bonds.

図8Bに示すように、他の実施形態では、磁性粒子110Bは、鉄などの磁性材料から形成された磁性体116を有し得る。磁性粒子110Bは、標的分子に結合するための少なくとも一つの結合部位又は配位子Aを含む。図示した実施形態では、磁性粒子110Bはさらに、磁性ナノ粒子に結合するための少なくとも一つの結合部位又は配位子Bを含む。磁性粒子は結合部位A、Bの適した組み合わせを含み得ることを理解すべきである。例えば、磁性粒子は結合部位A、Bどちらの種類も含み得る、又は磁性粒子は標的分子結合部位Aのみを含み得る。 As shown in FIG. 8B, in another embodiment, the magnetic particles 110B may have a magnetic material 116 formed of a magnetic material such as iron. The magnetic particle 110B contains at least one binding site or ligand A for binding to the target molecule. In the illustrated embodiment, the magnetic particles 110B further include at least one binding site or ligand B for binding to the magnetic nanoparticles. It should be understood that the magnetic particles may contain suitable combinations of binding sites A, B. For example, the magnetic particles may contain both types of binding sites A and B, or the magnetic particles may contain only the target molecular binding site A.

図8Cに示すように、磁気コア上のナノ粒子コーティングではなく、磁性粒子110は磁性体112及び磁性体112に結合した複数のナノ粒子122を含み得る。あるいは図8Dで示されるように、磁性粒子110は、複数のナノ粒子122に結合した複数の磁性体112を含む、不均一合金などの合金であり得る。 As shown in FIG. 8C, rather than the nanoparticles coating on the magnetic core, the magnetic particles 110 may include a magnetic material 112 and a plurality of nanoparticles 122 bonded to the magnetic material 112. Alternatively, as shown in FIG. 8D, the magnetic particles 110 can be an alloy, such as a non-uniform alloy, comprising a plurality of magnetic bodies 112 bonded to the plurality of nanoparticles 122.

図8E~8Gに示すように、標的分子86、磁性粒子110、及びナノ粒子122はさまざまな配置で結合することができる。図8Eに示すように、磁性粒子110及びナノ粒子122はそれぞれ標的分子86に直接結合することができる。あるいは図8Fに示すように、磁性粒子110は標的分子86に直接結合することができ、一つ以上のナノ粒子122は磁性粒子110に結合することができる。あるいは図8Gに示すように、ナノ粒子122は標的分子86に直接結合することができ、一つ以上の磁性粒子110はナノ粒子122に結合することができる。 As shown in FIGS. 8E-8G, the target molecule 86, the magnetic particles 110, and the nanoparticles 122 can be bonded in various arrangements. As shown in FIG. 8E, the magnetic particles 110 and the nanoparticles 122 can be directly bound to the target molecule 86, respectively. Alternatively, as shown in FIG. 8F, the magnetic particles 110 can be directly attached to the target molecule 86, and one or more nanoparticles 122 can be attached to the magnetic particles 110. Alternatively, as shown in FIG. 8G, the nanoparticles 122 can be directly attached to the target molecule 86, and one or more magnetic particles 110 can be attached to the nanoparticles 122.

図6に戻って、ブロック94では、結合した磁性粒子110及び標的分子86は、機能化面82に向けられ移される。図7を参照すると、磁石88は、磁石88を機能化面82に近づけたり(縮めたり)機能化面82から離したり(延ばしたり)するように構成されたアクチュエータ(図示せず)と結合する。磁石88が機能化面82から離される118と、磁石88に引き付けられた磁性粒子110は機能化面82に近づく120。標的分子86が磁性粒子110に結合すると、磁性粒子110により標的分子86は機能化面82に向けられ引き寄せられる。 Returning to FIG. 6, in the block 94, the bound magnetic particles 110 and the target molecule 86 are directed and transferred to the functionalized surface 82. Referring to FIG. 7, the magnet 88 is coupled to an actuator (not shown) configured to move the magnet 88 closer to (shrink) (shrink) or away from (extend) the functional surface 82. .. 118 where the magnet 88 is separated from the functional surface 82 and 120 where the magnetic particles 110 attracted to the magnet 88 approach the functional surface 82. When the target molecule 86 binds to the magnetic particles 110, the magnetic particles 110 direct and attract the target molecule 86 to the functionalized surface 82.

図6に戻って、ブロック96では、図9に示すように、標的分子86が機能化面82の捕捉プローブ84に結合する。図示した実施形態では、磁性粒子110は結合した標的分子86に結合したままである。あるいは、標的分子86が機能化面82に到達すると、標的分子86が変性し磁性粒子110を標的分子86からほどき、その後に標的分子86が機能化面82に結合し得る。 Returning to FIG. 6, in block 96, the target molecule 86 binds to the capture probe 84 of the functionalized surface 82, as shown in FIG. In the illustrated embodiment, the magnetic particles 110 remain bound to the bound target molecule 86. Alternatively, when the target molecule 86 reaches the functional surface 82, the target molecule 86 may be denatured to unwind the magnetic particles 110 from the target molecule 86, and then the target molecule 86 may bind to the functional surface 82.

図6に戻って、ブロック98では、図10に示すように、機能化ナノ粒子122はフローセル78に導入され標的分子86に結合する。実施形態では、機能化ナノ粒子122は標的分子86に直接結合する。あるいは、機能化ナノ粒子122はそれぞれの標的分子86に結合した磁性粒子110に結合する。実施形態では、複数の機能化ナノ粒子122はそれぞれの標的分子86に結合する。ナノ粒子122を標的分子86にハイブリダイズ又は結合するどんな適した方法でも用いることができる。実施形態では、機能化ナノ粒子122は金粒子である。他の実施形態では、機能化ナノ粒子122は金触媒試薬などの触媒ナノ粒子である。実施形態では、ナノ粒子122は触媒クラスターの形をしている。 Returning to FIG. 6, in block 98, as shown in FIG. 10, the functionalized nanoparticles 122 are introduced into the flow cell 78 and bound to the target molecule 86. In embodiments, the functionalized nanoparticles 122 bind directly to the target molecule 86. Alternatively, the functionalized nanoparticles 122 bind to the magnetic particles 110 bound to their respective target molecules 86. In an embodiment, the plurality of functionalized nanoparticles 122 bind to their respective target molecules 86. Any suitable method of hybridizing or binding the nanoparticles 122 to the target molecule 86 can be used. In an embodiment, the functionalized nanoparticles 122 are gold particles. In another embodiment, the functionalized nanoparticles 122 are catalytic nanoparticles such as gold catalytic reagents. In embodiments, the nanoparticles 122 are in the form of catalytic clusters.

図示した実施形態では、標的分子86が機能化面82に結合した後にナノ粒子122が標的分子86に結合する。別の実施形態では、標的分子86が機能化面82に結合する前にナノ粒子122が標的分子86又は磁性粒子110に結合し得る。 In the illustrated embodiment, the nanoparticles 122 bind to the target molecule 86 after the target molecule 86 binds to the functionalized surface 82. In another embodiment, the nanoparticles 122 may bind to the target molecule 86 or the magnetic particles 110 before the target molecule 86 binds to the functionalized surface 82.

ナノ粒子122が標的分子86に結合した後、ナノ粒子122を金属化し拡大ナノ粒子又はさらに膜を成長又は形成させるため、任意の金属化工程を行うことができる。成長したナノ粒子は標的分子の検出を改善し得る。この金属化工程では、ナノ粒子122は拡大ナノ粒子124の成長のための核形成部位として働く。 After the nanoparticles 122 are bound to the target molecule 86, any metallization step can be performed to metallize the nanoparticles 122 to grow or form expanded nanoparticles or even a film. The grown nanoparticles can improve the detection of target molecules. In this metallization step, the nanoparticles 122 serve as nucleation sites for the growth of the enlarged nanoparticles 124.

図6に戻って、ブロック100では、フローセル78内で光源126は光線128を標的分子86及び機能化ナノ粒子122、124に向ける。光がもっぱら標的分子86及びナノ粒子122、124に向き、光源126からの光128が撮像装置72に取り込まれないように光線128を向ける。実施形態では、フローセル78は撮像装置72への光線128の拡散を妨げるように構成される。 Returning to FIG. 6, in the block 100, in the flow cell 78, the light source 126 directs the light beam 128 toward the target molecule 86 and the functionalized nanoparticles 122, 124. The light is directed exclusively at the target molecule 86 and the nanoparticles 122, 124, and the light beam 128 is directed so that the light 128 from the light source 126 is not captured by the image pickup device 72. In an embodiment, the flow cell 78 is configured to prevent the light beam 128 from diffusing into the image pickup device 72.

図6を参照すると、ブロック102では、ナノ粒子122、124、標的分子86、磁性粒子110、又はそれらの組み合わせからの光130(図11)が撮像装置72により取り込まれる。実施形態では、光130は粒子86、110、122、124、又はそれらの組み合わせから反射又は放出され得る。ブロック104では、撮像装置72により取り込まれた光130を分析し存在する標的分子86の数を検出する。例えば、取り込まれた光130は暗視野顕微鏡検査を用いて分析することができる。この実施形態では、検出された光のスポットを計算及び定量化し存在する標的分子86の数を決定する。計算及び定量化は一つ以上のプロセッサ11(図1参照)を用いて成し遂げられる。 Referring to FIG. 6, in the block 102, the light 130 (FIG. 11) from the nanoparticles 122, 124, the target molecule 86, the magnetic particles 110, or a combination thereof is taken in by the image pickup apparatus 72. In embodiments, the light 130 can be reflected or emitted from the particles 86, 110, 122, 124, or a combination thereof. At block 104, the light 130 captured by the image pickup device 72 is analyzed to detect the number of target molecules 86 present. For example, the captured light 130 can be analyzed using darkfield microscopy. In this embodiment, the detected spots of light are calculated and quantified to determine the number of target molecules 86 present. Calculations and quantifications are accomplished using one or more processors 11 (see FIG. 1).

一つの実施形態では、上述したように、単独の撮像装置72及び光線128を用いてもよく、それぞれの捕捉プローブ84を順次調べる。そのような逐次解析は、例えば、それぞれの捕捉プローブ84を一度に一つずつ調べられるようにするため撮像装置72の翻訳及びフローセルにわたる光線128を備えることにより実現してもよい。他の実施形態では、調整可能なミラーを用いることができ、ミラーを調整することで光線128からの光を捕捉プローブ84の一つ及び撮像装置72に一度に一つずつ向ける。さらなる実施形態では、より高い撮像能力を有する撮像装置をそれぞれの捕捉プローブ84に一度に一つずつ移動する光線128に固定することができる。他の実施形態では、それぞれが一つ以上の捕捉プローブ84に特化した複数の撮像装置72を用いることができる。 In one embodiment, as described above, a single image pickup device 72 and a ray 128 may be used, and the respective capture probes 84 are sequentially examined. Such a sequential analysis may be realized, for example, by providing a translation of the image pickup apparatus 72 and a ray 128 across the flow cell so that each capture probe 84 can be examined one at a time. In another embodiment, an adjustable mirror can be used, which adjusts the light to direct the light from the light beam 128 to one of the capture probes 84 and one at a time to the image pickup device 72. In a further embodiment, an image pickup device with higher imaging capability can be immobilized on a ray 128 moving one at a time to each capture probe 84. In other embodiments, a plurality of imaging devices 72, each specialized for one or more capture probes 84, can be used.

図12A~13は暗視野顕微鏡検査で取り込まれた金ナノ粒子122の光、又は散乱の兆候、又は取り込み画像の実施形態を示す。図12Aは50nmの金ナノ粒子の散乱の兆候、図12Bは100nmの金ナノ粒子の散乱の兆候である。図13は充分に成長していない(20nm)ナノ粒子122の散乱の兆候132を成長した(100nm)ナノ粒子124の散乱の兆候134と比較する画像である。実施形態では、一連の暗視野像を取り込むことができる。この実施形態では、ナノ粒子122の成長前に第1の画像を取り込むことができ、ナノ粒子が成長した時に少なくとも一つの付加画像を取り込むことができる。あるいは、標的分子86の結合前に第1の画像を取り込むことができ、ナノ粒子122の結合後に少なくとも一つの付加画像を取り込むことができる。取り込み画像は除去した背景アーチファクトと比較することができ、暗視野像の分析を改善することができる。 FIGS. 12A-13 show embodiments of light or scattering of gold nanoparticles 122 captured by darkfield microscopy, or captured images. FIG. 12A is a sign of scattering of 50 nm gold nanoparticles, and FIG. 12B is a sign of scattering of 100 nm gold nanoparticles. FIG. 13 is an image comparing the scatter sign 132 of the undergrown (20 nm) nanoparticles 122 with the scatter sign 134 of the grown (100 nm) nanoparticles 124. In embodiments, a series of darkfield images can be captured. In this embodiment, the first image can be captured before the nanoparticles 122 grow, and at least one additional image can be captured when the nanoparticles grow. Alternatively, the first image can be captured before the binding of the target molecule 86 and at least one additional image can be captured after the binding of the nanoparticles 122. The captured image can be compared with the removed background artifacts, which can improve the analysis of the darkfield image.

別の実施形態では、標的分子86の検出のため染料粒子(図示せず)が標的分子86に結合する。この実施形態では、光源128を染料の波長に合わせ、染料で覆われた領域が蛍光を発する。蛍光は撮像装置72に検出される。 In another embodiment, dye particles (not shown) bind to the target molecule 86 for detection of the target molecule 86. In this embodiment, the light source 128 is tuned to the wavelength of the dye and the dye-covered region fluoresces. Fluorescence is detected by the image pickup device 72.

他の実施形態では、標的分子86の存在を検出するため、標的分子86とナノ粒子122の結合後に機能化面が放射線源(図示せず)にさらされる。放射線源にさらされると、ナノ粒子の領域は優先的に放射線を吸収し局所加熱を引き起こす。局所加熱は撮像装置72に取り込まれ記録され、標的分子86の存在を検出する。記録された加熱の量に基づいて、存在する標的分子の数の計算を確立する。例えば、既知数の標的分子を加熱しその温度を測定することにより、システムを較正してもよい。 In another embodiment, the functionalized surface is exposed to a radiation source (not shown) after binding of the target molecule 86 to the nanoparticles 122 to detect the presence of the target molecule 86. When exposed to a radiation source, the nanoparticle region preferentially absorbs radiation and causes local heating. The local heating is captured and recorded in the image pickup apparatus 72, and the presence of the target molecule 86 is detected. Establish a calculation of the number of target molecules present based on the amount of heating recorded. For example, the system may be calibrated by heating a known number of target molecules and measuring their temperature.

光学センサシステム140の例を図14に示す。上述の光学センサシステム70と同じように、光学センサシステム140は、撮像装置142及び撮像装置142に結合した対物レンズ又はレンズ144を含む。実施形態では、撮像装置142は広角度又は広視野を有する高解像度撮像装置である。対物レンズ144はフローセル146に向けられる。先に述べたように、フローセル146の内部は標的分子を結合するための機能化面を含む。種々の粒子のフローセル146への導入を促進するため、一つ以上の分配線147をフローセル146に結合することができる。 An example of the optical sensor system 140 is shown in FIG. Similar to the optical sensor system 70 described above, the optical sensor system 140 includes an image pickup device 142 and an objective lens or lens 144 coupled to the image pickup device 142. In an embodiment, the image pickup device 142 is a high resolution image pickup device having a wide angle or a wide field of view. The objective lens 144 is directed at the flow cell 146. As mentioned earlier, the interior of the flow cell 146 contains a functionalized surface for binding the target molecule. One or more shunts 147 can be coupled to the flow cell 146 to facilitate the introduction of various particles into the flow cell 146.

光源148はフローセル146に向けられている。光源148は適した光源であり得る。例えば、光源148は所定の周波数の光を提供することができる。例えば、光源148は白色光であり得る。光源148はもっぱらフローセル146に向けられている。図示した実施形態では、光源148は対物レンズが配置されたX軸線に対して直角に向けられている。フローセル146は、光源148からの光を撮像装置142ではなくフローセル146内の粒子に向かわせ、撮像装置142への光源148からの光拡散が妨げられるように構成される。 The light source 148 is directed at the flow cell 146. The light source 148 can be a suitable light source. For example, the light source 148 can provide light of a predetermined frequency. For example, the light source 148 can be white light. The light source 148 is directed exclusively at the flow cell 146. In the illustrated embodiment, the light source 148 is oriented at right angles to the X-axis where the objective lens is located. The flow cell 146 is configured to direct the light from the light source 148 toward the particles in the flow cell 146 instead of the image pickup device 142, and prevent the light diffusion from the light source 148 to the image pickup device 142.

磁石150が対物レンズ144からフローセル146の反対側に配置される。ソレノイドなどのアクチュエータ152は磁石150と結合し、磁石を動かすように構成される。図15A~15Bに示すように、実施形態では、アクチュエータ152は磁石150をフローセル146に縮めたり近づけたり(図15A)、磁石150をフローセル146から延ばしたり離したり(図15B)するように構成される。 The magnet 150 is arranged from the objective lens 144 on the opposite side of the flow cell 146. An actuator 152 such as a solenoid is configured to be coupled to a magnet 150 to move the magnet. As shown in FIGS. 15A-15B, in embodiments, the actuator 152 is configured to retract or move the magnet 150 closer to or closer to the flow cell 146 (FIG. 15A) and to extend or detach the magnet 150 from the flow cell 146 (FIG. 15B). Magnet.

図16は光学センサシステム70、140などの光学システムを含む分析システム160の実施形態を示す。この実施形態では、分析システム160はベース162及びヘッド164を含む。撮像装置142及び対物レンズ144はベース162内に配置される。フローセル146は対物レンズ144と位置をそろえてベース162の上面に配置される。磁石150はヘッド164内に配置され、フローセル146に延びフローセル146とかみ合うように構成される。 FIG. 16 shows an embodiment of an analysis system 160 including an optical system such as an optical sensor system 70, 140. In this embodiment, the analysis system 160 includes a base 162 and a head 164. The image pickup device 142 and the objective lens 144 are arranged in the base 162. The flow cell 146 is arranged on the upper surface of the base 162 so as to be aligned with the objective lens 144. The magnet 150 is arranged in the head 164 and is configured to extend to the flow cell 146 and mesh with the flow cell 146.

図示した実施形態では、分析システム160のフットプリントを最小限にするため、図14に示すように撮像装置142及び対物レンズ144は軸線に沿っていない。それどころか、撮像装置142はベース162の側面166、167間でベース162を通って長手方向に延びるY軸線に沿っている。対物レンズ144はY軸線に対して直角に配置され、ベース162を通って上方へ延びる。ミラー168は対物レンズ144の下に配置され、撮像装置142に対して傾くことで対物レンズ144と撮像装置142の間に光路170を作る。 In the illustrated embodiment, the image pickup device 142 and the objective lens 144 are not along the axis as shown in FIG. 14 in order to minimize the footprint of the analysis system 160. On the contrary, the image pickup apparatus 142 is along the Y-axis extending longitudinally through the base 162 between the sides 166, 167 of the base 162. The objective lens 144 is arranged at right angles to the Y axis and extends upward through the base 162. The mirror 168 is arranged under the objective lens 144 and tilts with respect to the image pickup device 142 to form an optical path 170 between the objective lens 144 and the image pickup device 142.

図17A~17Cはセンサシステム180の別の実施形態を示す。この実施形態では、センサシステム180はクレッチマン配置を有するプリズム型基板182を含む。基板182は表面プラズモン共鳴又はラマン散乱に適した金属膜186で被覆された面184を有する。例えば、金属膜は金、銀、銅、チタン、又はクロムであり得る。膜186は生体特異性のコーティングで機能化され捕捉プローブ84を含む。光源188はプリズム基板182を通して光線190を膜186に向け、検出器192は膜186により反射又は放出された光などの膜186からの光194を取り込む。 17A-17C show another embodiment of the sensor system 180. In this embodiment, the sensor system 180 includes a prismatic substrate 182 with a Kletchman arrangement. The substrate 182 has a surface 184 coated with a metal film 186 suitable for surface plasmon resonance or Raman scattering. For example, the metal film can be gold, silver, copper, titanium, or chromium. Membrane 186 is functionalized with a biospecific coating and contains a capture probe 84. The light source 188 directs the light beam 190 toward the film 186 through the prism substrate 182, and the detector 192 captures the light 194 from the film 186, such as the light reflected or emitted by the film 186.

操作では、取り込まれた光のベースライン測定を行う。実施形態では、取り込まれた光のベースライン測定は吸光度角を較正するために用いられる(図17A)。さらに、後述するように、ベースライン測定は標的分子86の結合前又は大きくなったナノ粒子サイズの成長前にセンサ上の汚染物質又は破片を識別するために用いられ得る。ベースライン測定後、標的分子86を含むサンプルはセンサシステム180に導入され、標的分子86は捕捉プローブ84と結合する(図17B)。実施形態では、先に述べたように、標的分子86は磁性粒子を介して面膜186に向けられ得る。機能化ナノ粒子122はシステム180に導入され標的分子86に結合される(図17C)。結合したナノ粒子122のサイズを大きくするためにめっき浴を任意に用いることができる。標的分子86の存在を検出するため、光線190を膜186に向け、反射又は放出された膜186からの光194を取り込む。標的分子86の存在を検出するため、ベースライン測定と最終測定の間の反射率又は強度の違いを観察する。既知数の標的分子に対する反射率又は強度の較正検査との比較により標的分子86の定量的計算を確立してもよい。実施形態では、ベースライン測定は破片として識別された粒子を最終測定から引くために用いられ得る。 In the operation, the baseline measurement of the captured light is performed. In embodiments, baseline measurements of captured light are used to calibrate the absorbance angle (FIG. 17A). In addition, as described below, baseline measurements can be used to identify contaminants or debris on the sensor prior to binding of the target molecule 86 or growth of increased nanoparticle size. After baseline measurement, the sample containing the target molecule 86 is introduced into the sensor system 180 and the target molecule 86 binds to the capture probe 84 (FIG. 17B). In the embodiment, as mentioned above, the target molecule 86 can be directed at the face film 186 via the magnetic particles. The functionalized nanoparticles 122 are introduced into the system 180 and bound to the target molecule 86 (FIG. 17C). A plating bath can optionally be used to increase the size of the bound nanoparticles 122. In order to detect the presence of the target molecule 86, the light beam 190 is directed at the film 186 to capture the light 194 from the reflected or emitted film 186. To detect the presence of the target molecule 86, observe the difference in reflectance or intensity between the baseline measurement and the final measurement. A quantitative calculation of the target molecule 86 may be established by comparison with a calibration test of reflectance or intensity for a known number of target molecules. In embodiments, baseline measurements can be used to subtract particles identified as debris from the final measurement.

図18は、サンプル内の複数のRNA転写物の分析方法1800を表す。 FIG. 18 represents a method of analyzing a plurality of RNA transcripts in a sample, 1800.

背景として、いくつかの技術により細胞内の多くの転写物の発現レベルをどの時点においても測定することが可能となってきた(例えば、Schena et al., 1995, Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA micro-array, Science 270:467-470; Lockhart et al., 1996, Expression monitoring by hybridization to high-density oligonucleotide arrays, Nature Biotechnology 14:1675-1680; Blanchard et al., 1996, Sequence to array: Probing the genome’s secrets, Nature Biotechnology 14, 1649; 1996, 1996年10月29日にAshby et al.に特許された『薬剤スクリーニング方法』と題する米国特許第5569588号明細書参照)。 As a background, several techniques have made it possible to measure the expression levels of many intracellular transcripts at any given time (eg, Science et al., 1995, Complementary monitoring of genome expression patterns with a). complementary DNA micro-array, Science 270:467-470; Lockhart et al., 1996, Expression monitoring by hybridization to high-density oligonucleotide arrays, Nature Biotechnology 14:1675-1680; Blanchard et al., 1996, Sequence to array: Proving the genome's secrets, Nature Biotechnology 14, 1649; 1996, see US Pat. No. 5,569,588, entitled "Pharmaceutical Screening Method," patented October 29, 1996 by Ashby et al.).

転写物アレイ技術の応用は、種々の病的状態において上方調節又は下方調節される遺伝子の同定を伴ってきた。転写物アレイの付加的な使用は、シグナル伝達経路の要素の分析及び種々の薬剤の標的の同定を含んできた。転写物アレイは、病状又は治療効果の段階を測定するうえで有益となり得る。 The application of transcript array techniques has involved the identification of genes that are up-regulated or down-regulated in various pathological conditions. The additional use of transcript arrays has included analysis of elements of signaling pathways and identification of targets for various agents. Transcript arrays can be useful in measuring the stage of a medical condition or therapeutic effect.

RNAプロファイリングは、サンプル内の鍵となるRNA転写物の発現レベルを測定することにより病状又は治療効果を測定するのに役立つ工程である。アフィメトリクスアレイなどの技術を用いて鍵となるRNA転写物を同定することができ、細胞内の全ての転写物をふるいにかける。病期の異なる複数の患者をプロファイリングすることにより、一連の主要な指標となる転写物を同定することができ主要な指標を標的とする本発明などのアレイで用いることができる。さらに、主要な指標の発現と比較するためのベースラインを確立するために、病気によって変化しないいくつかのハウスキーピング遺伝子も測定する。病気の進行を確実に測定するためにどの指標が必要であるかを決定するために、統計的手法が用いられる。 RNA profiling is a step that helps measure the pathology or therapeutic effect by measuring the expression level of key RNA transcripts in a sample. Techniques such as the Affymetrix Array can be used to identify key RNA transcripts and screen all intracellular transcripts. By profiling multiple patients with different stages, a series of key indicator transcripts can be identified and used in arrays such as the present invention targeting the key indicators. In addition, some housekeeping genes that do not change with disease are also measured to establish a baseline for comparison with the expression of key indicators. Statistical methods are used to determine which indicators are needed to reliably measure disease progression.

これらの技術の多くは、アフィメトリクスアレイなどの、数千の遺伝子の発現を一度に測定できるRNAプローブの大型アレイを伴う。アフィメトリクスは、ジーンチップアレイと呼ばれる、DNAマイクロアレイの分析のためのクオーツチップを製造している。アフィメトリクスのジーンチップアレイは、研究者が生体サンプル内の特定の遺伝子の存在を素早く調べるのを助ける。この分野内で、アフィメトリクスはオリゴヌクレオチドマイクロアレイに焦点を合わせている。これらのマイクロアレイは、mRNAの特定の一部を検出することにより、サンプル内にどのような遺伝子が存在するかを決定するために用いられる。一回のアッセイで数千の遺伝子を分析するために単一チップが用いられ得る。しかしながら、これらのシステムを実行するには費用がかかり、それらの使用は病状及び治療効果を測定することに限定され得る。 Many of these techniques involve large arrays of RNA probes that can measure the expression of thousands of genes at once, such as the Affymetrix array. Affymetrix manufactures quartz chips for the analysis of DNA microarrays, called gene chip arrays. Affymetrix gene chip arrays help researchers quickly determine the presence of specific genes in biological samples. Within this area, Affymetrix focuses on oligonucleotide microarrays. These microarrays are used to determine what genes are present in a sample by detecting a specific portion of mRNA. A single chip can be used to analyze thousands of genes in a single assay. However, implementing these systems is costly and their use may be limited to measuring medical conditions and therapeutic effects.

現行の技術での分析のためのRNAは、血液、血漿、白血球、他の血液分画、痰、唾液、尿、便、膣スワブ、及び組織サンプルを含むがこれらに限定されないさまざまなサンプルから得ることができる。種々の実施形態において、カートリッジは、自動化されたサンプルの破壊及びRNAの単離の能力を有する。有利なことには、全てのサンプル処理の自動化は、分解なしでのRNAの単離の確実性を向上させる。さらに、サンプル処理の自動化は、昔ながらの実験室の外での検査を可能にする。 RNA for analysis with current technology is obtained from a variety of samples including, but not limited to, blood, plasma, leukocytes, other blood fractions, sputum, saliva, urine, stool, vaginal swabs, and tissue samples. be able to. In various embodiments, the cartridge has the ability of automated sample destruction and RNA isolation. Advantageously, automation of all sample processing improves the certainty of RNA isolation without degradation. In addition, automation of sample processing allows for inspection outside the old-fashioned laboratory.

説明として、図18に関して説明した方法及びシステムは、被験者、好ましくはヒト患者における病状の進行又は治療法の有効性を決定又は測定するシステム及び方法を提供する。特に、技術は、mRNAの発現レベルにおける変化を測定することによる病状又は治療効果を測定する方法に関する。現在の技術は、より良い治療を可能にするために、迅速診断のための多くの遺伝子転写物の発現を測定することができる、簡素で使いやすいシステムを利用している。本開示に関しては、病状又は治療の有効性を測定するためのRNAプロファイリングのためのシステム及び方法を提供する。病状の作用又は病状に対する投薬計画などの治療法により引き起こされた遺伝子発現における変化の同定は、商業及びヒトに極めて重要な問題である。効率的な臨床試験の実施及び患者の健康を適切に管理するために必要となる決定の多くは、体内の細胞における変化を測定するアッセイに依存している。 As an illustration, the methods and systems described with respect to FIG. 18 provide systems and methods for determining or measuring the progression of a condition or the effectiveness of a treatment in a subject, preferably a human patient. In particular, the technique relates to a method of measuring a pathological condition or therapeutic effect by measuring changes in mRNA expression levels. Current techniques utilize a simple and easy-to-use system that can measure the expression of many gene transcripts for rapid diagnosis to enable better treatment. The present disclosure provides systems and methods for RNA profiling to measure the efficacy of a medical condition or treatment. Identification of changes in gene expression caused by treatments such as pathogenic effects or dosing regimens for the pathology is a crucial issue for commerce and humans. Much of the decisions needed to conduct efficient clinical trials and properly manage patient health rely on assays to measure changes in cells in the body.

システムは、患者のサンプルからRNAを単離するための自動かつ閉鎖系システムを提供する。RNAは、取り扱いが困難でありRNaseによる分解の影響を受けやすい。閉鎖系システムは、サンプルの破壊、RNAの洗浄及び濃縮を自動化する。単離の間、細胞を溶解し酵素を破壊するグアニジン塩酸塩溶液でサンプルを処理し、それによりRNAを安定化させる。閉鎖系カートリッジ内での工程を自動化することにより、取り扱う間にRNaseのサンプル内への導入のリスクが排除される。 The system provides an automated and closed system for isolating RNA from patient samples. RNA is difficult to handle and is susceptible to degradation by RNase. The closed system automates sample destruction, RNA washing and enrichment. During isolation, the sample is treated with a guanidine hydrochloride solution that lyses cells and destroys the enzyme, thereby stabilizing RNA. By automating the process within the closed cartridge, the risk of introducing RNase into the sample during handling is eliminated.

システムは、複数のRNA転写物の発現レベルを測定するための多重アレイをさらに提供する。以下に述べるように、センサアレイは、個々の転写物に特異的な複数のサイトを有する。転写物内のヌクレオチド配列に特異的な捕捉プローブがサイトに印刷される。多重アレイは、主要な指標となる転写物の発現の定量化、及びベースラインの発現を確立するためのハウスキーピング遺伝子の測定を可能にする。そして、システムは、主要な指標となる遺伝子とハウスキーピング遺伝子の発現を比較し、ベースラインに対する発現を決定する。アルゴリズムを用いて鍵となる遺伝子発現の変動を分析し、病状を決定する。 The system further provides multiple arrays for measuring expression levels of multiple RNA transcripts. As described below, the sensor array has multiple sites specific for each transcript. A capture probe specific for the nucleotide sequence in the transcript is printed on the site. Multiple arrays enable quantification of transcript expression, which is a key indicator, and measurement of housekeeping genes to establish baseline expression. The system then compares the expression of the key indicator gene with the expression of the housekeeping gene to determine its expression relative to the baseline. Algorithms are used to analyze changes in key gene expression to determine pathology.

数千のセンサを必要とする細胞内全ての転写物の測定ではなく、本発明は、一から数百の間の鍵となる転写物を測定するアレイを提供する。一から数十のハウスキーピング遺伝子のための付加的なセンサも含まれる。最適には、測定される鍵となる転写物の数は3~20である。サイトの数を少なくすることにより、アレイのコストは最小限に抑えられるが、病気の鍵となる指標の標的を絞った検査が可能になる。 Rather than measuring all intracellular transcripts that require thousands of sensors, the invention provides an array that measures key transcripts between one and hundreds. It also includes additional sensors for one to dozens of housekeeping genes. Optimally, the number of key transcripts measured is 3-20. Reducing the number of sites minimizes the cost of the array, but allows targeted testing of key disease indicators.

本発明は、迅速にRNAを捕捉しRNA発現レベルを定量化するために必要とされる重要な機能を有する。特に、本発明は、RNAを濃縮しセンサまで動かす磁気的なアプローチを提供し、感度を失うことなく迅速な検査を可能とする。さらに、本システムは、各センサでRNA転写物を定量化する方法を提供する。 The present invention has important functions required for rapidly capturing RNA and quantifying RNA expression levels. In particular, the present invention provides a magnetic approach that concentrates RNA and moves it to the sensor, enabling rapid testing without loss of sensitivity. In addition, the system provides a method for quantifying RNA transcripts at each sensor.

図18に戻り、これらの特徴がどのように実行されるかの説明を提供する。例として、方法1800は、撮像装置(例えば、図5の撮像装置72又はここに示したその他の例)、機能化面(例えば、図5の機能化面78又はここに示したその他の例)に結合した複数の捕捉プローブ(例えば、図5のプローブ分子84又はここに示したその他の例)を有する機能化面を備えるフローセル(例えば、図5のフローセル78又はここに示したその他の例)、磁石(例えば、図5の磁石88又はここに示したその他の例)、及び光源(例えば、図6の光源126又はここに示したその他の例)を備えるセンサ(例えば、図5のセンサシステム70又はここに示したその他の例)を用いて行ってもよい。図18の実施形態において、方法はブロック1801から始まり、以下の工程を含む。 Returning to FIG. 18, a description of how these features are performed is provided. As an example, method 1800 includes an image pickup device (eg, the image pickup device 72 of FIG. 5 or another example shown herein), a functionalized surface (eg, a functionalized surface 78 of FIG. 5 or another example shown herein). A flow cell with a functionalized surface having a plurality of capture probes bound to (eg, probe molecule 84 of FIG. 5 or other example shown herein) (eg, flow cell 78 of FIG. 5 or other example shown herein). , A magnet (eg, magnet 88 of FIG. 5 or other example shown herein), and a light source (eg, light source 126 of FIG. 6 or other example shown herein) and a sensor (eg, the sensor system of FIG. 5). 70 or other examples shown here) may be used. In the embodiment of FIG. 18, the method begins with block 1801 and comprises the following steps:

工程1810-第1のRNA転写物を含む分子を磁性粒子に結合すること。 Step 1810-Binding a molecule containing a first RNA transcript to a magnetic particle.

工程1820-磁石を介して第1のRNA転写物を含む分子を機能化面に向けること。 Step 1820-To direct the molecule containing the first RNA transcript to the functionalized surface via a magnet.

工程1830-第1のRNA転写物を含む分子を捕捉プローブに結合すること。 Step 1830-Binding the molecule containing the first RNA transcript to the capture probe.

工程1840-光源からの光線を第1のRNA転写物を含む結合分子に向けること。 Step 1840-Directing a ray from a light source to a bound molecule containing a first RNA transcript.

工程1850-第1のRNA転写物を含む結合分子からの光を取り込むこと。 Step 1850-Incorporating light from a binding molecule containing the first RNA transcript.

工程1860-第1のRNA転写物を含むサンプル内の分子の量を決定すること。 Step 1860-Determining the amount of molecules in the sample containing the first RNA transcript.

工程1870-分子の量に基づきサンプル内の第1のRNA転写物の発現レベルを決定すること。 Step 1870-Determining the expression level of the first RNA transcript in the sample based on the amount of molecules.

一つの実施形態では、方法1800は、複数のRNA転写物の複数の発現レベルに基づき病状又は治療効果を計算することをさらに含む。他の実施形態では、複数の捕捉プローブは10~20のRNA転写物に対応する。さらなる実施形態では、方法は、複数のRNA転写物の複数の発現レベルを比較するためのベースラインを決定するためのハウスキーピング遺伝子を測定することをさらに含む。 In one embodiment, Method 1800 further comprises calculating the pathology or therapeutic effect based on multiple expression levels of multiple RNA transcripts. In other embodiments, the plurality of capture probes corresponds to 10-20 RNA transcripts. In a further embodiment, the method further comprises measuring a housekeeping gene to determine a baseline for comparing multiple expression levels of multiple RNA transcripts.

一つの例では、方法は、サンプルを収容し外部にさらすことなく処理することをさらに含む。他の例では、方法は、複数の磁性粒子を分子に結合すること、及び磁石を磁性粒子と相互作用させ分子を機能化面に向けることをさらに含む。他の例では、方法は、撮像装置への光線の拡散を妨げることをさらに含む。さらなる例では、方法は、分子が機能化面に結合した時に分子をナノ粒子に結合することをさらに含み、ナノ粒子が光線を撮像装置へ反射する。 In one example, the method further comprises accommodating the sample and processing it without external exposure. In another example, the method further comprises binding a plurality of magnetic particles to a molecule and allowing a magnet to interact with the magnetic particles to direct the molecule to a functionalized surface. In another example, the method further comprises preventing the diffusion of light rays into the image pickup device. In a further example, the method further comprises binding the molecule to the nanoparticles when the molecule binds to the functionalized surface, which reflects the light beam to the imager.

図19は、サンプルの複数のRNA転写物の発現レベルを測定することによる、神経変性疾患のリスクレベルの決定方法を表す。 FIG. 19 represents a method of determining the risk level of neurodegenerative disease by measuring the expression level of multiple RNA transcripts of a sample.

背景として、この特許出願において提案された技術により対処されるアルツハイマー病の診断においては、2つの課題:1)症状のある患者の診断の精度、及び2)無症状の患者における病気の早期検出、がある。 As a background, in the diagnosis of Alzheimer's disease addressed by the technique proposed in this patent application, there are two challenges: 1) accuracy of diagnosis of symptomatic patients, and 2) early detection of disease in asymptomatic patients. There is.

課題1は診断の精度である。アルツハイマー病に見えるかもしれない認知障害を引き起こし得る疾患の数は長いページにわたる。ビタミンB欠乏症などのこれらの疾患のいくつかは治すことができる一方で、他のものは適切な治療介入によって管理されても治癒できないかもしれない。治癒の可能性又は見込みのある管理には正確な診断が必要である。残念ながら、アルツハイマー病の診断の精度は乏しいことが研究により確立されている。一般開業医により診断がなされた場合、診断が正しいという可能性は約50%である(Connolly, A., Gaehl, E., Martin, H., Morris, J., Purandare, N., 2011. Under diagnosis of dementia in primary care: variations in the observed prevalence and comparisons to the expected prevalence. Aging Ment. Health 15, 978e984.)。米国内に30ほどある連邦政府により認知及び財政援助されたアルツハイマーセンターの一つにより診断がなされた場合、精度は約75%である(Beach, T.G., Monsell, S.E., Phillips, L.E., Kukull, W., 2012. Accuracy of the clinical diagnosis of Alzheimer disease at National Institute on aging Alzheimer disease Centers, 2005-2010. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 71, 266e273)。ここで提案されたシステムは、診断の精度を90%以上に高めるだろう。 Problem 1 is the accuracy of diagnosis. The number of diseases that can cause cognitive impairment that may appear to be Alzheimer's disease spans long pages. While some of these disorders, such as vitamin B deficiency, can be cured, others may not be cured even if managed with appropriate intervention. Accurate diagnosis is required for curative or promising management. Unfortunately, studies have established that the diagnosis of Alzheimer's disease is inaccurate. When diagnosed by a general practitioner, there is a 50% chance that the diagnosis is correct (Connolly, A., Gaehl, E., Martin, H., Morris, J., Planandare, N., 2011. Under. diagnosis of diagnosis in prevalence (variations in the observed prevalence and comparisons to the exposed prevalence. Aging Men. 98). When diagnosed by one of the 30 federal government-recognized and financially funded Alzheimer's centers in the United States, the accuracy is about 75% (Beach, TG, Monsell, SE, Phillips). , LE, Kukull, W., 2012. Accuracy of the clinical diagnosis of Alzheimer disease at National Instrumente on The system proposed here will increase the accuracy of diagnosis by more than 90%.

課題2は病気の早期検出である。我々は現在、アルツハイマー病、パーキンソン病、及びその他多くの加齢に伴う神経変性疾患が、脳障害が臨床的に検出可能である段階に到達する数十年前に始まっていることを理解している。パーキンソン病の場合、病気の診断につながる症状が表れる前に、この病気において最も影響を受けやすい領域である黒質内のニューロンの80%が失われる。10歳から100歳までで亡くなった人々の3000を超える脳におけるアルツハイマー病の病変の検査により、20代後半から30代前半で亡くなった人々の脳の20%で初期のアルツハイマーの病変が示された(Braak, H., Braak, E., 1997. Frequency of stages of Alzheimer-related lesions in different age categories. Neurobiol. Aging 18, 351e357)。人々の20%は50年後までにアルツハイマー病と臨床的に診断されることはない。 Problem 2 is early detection of illness. We now understand that Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and many other age-related neurodegenerative diseases begin decades before reaching the clinically detectable stage of brain damage. There is. In Parkinson's disease, 80% of the neurons in the substantia nigra, the most susceptible area of the disease, are lost before the symptoms that lead to the diagnosis of the disease appear. Examination of Alzheimer's disease lesions in more than 3000 brains of people who died between the ages of 10 and 100 showed early Alzheimer's lesions in 20% of the brains of people who died in their late 20s and early 30s. (Braak, H., Braak, E., 1997. Frequency of lesions of Alzheimer-relatated leases in diffuse categories. Neurobiol. 35, Age1. Twenty percent of people will not be clinically diagnosed with Alzheimer's disease by 50 years.

多くの加齢に伴う神経変性疾患に対するこの『沈黙期』は二段階の工程に絶好の機会を作る。工程1では、重大な脳障害が起こる前に病気を検出することが可能になる。工程2は、病気にかかった人が病気の症状がなく、例えば、パーキンソン病では震え及び運動機能の低下がなく、又はアルツハイマー病では記憶及び認知欠陥がなく、残りの人生を過ごすことができるように、病気の進行を止める又は遅くする早期の効果的な治療を要求する。この出願は、工程1、つまり正確な診断及び早期の診断に対処する。 This "silent period" for many age-related neurodegenerative diseases creates a great opportunity for a two-step process. Step 1 makes it possible to detect the disease before serious brain damage occurs. Step 2 allows the sick person to spend the rest of his life without symptoms of the illness, for example, with Parkinson's disease without tremors and impaired motor function, or with Alzheimer's disease without memory and cognitive deficits. Demands early and effective treatment to stop or slow the progression of the disease. This application addresses step 1, that is, accurate and early diagnosis.

アルツハイマー病の早期の診断が現実的であることを示すために、さまざまな方法が用いられてきた。存命者の脳の陽電子放出断層撮影法(PET)スキャンにより、10代又は20代のような若い人々の一部にアルツハイマーの病変が示された。10歳から100歳までで亡くなった人々の3000を超える脳の顕微鏡による病理学検査により、20代の人々におけるアルツハイマー病の開始が示された。そして、高度な認知検査により、病気が臨床的に検出可能となる15年前にアルツハイマーの兆候を確立することができた(REF)(Kawas, C.H., Corrada, M.M., Brookmeyer, R., Morrison, A., Resnick, S.M., Zonderman, A.B., Arenberg, D., 2003. Visual memory predicts Alzheimer’s dis- ease more than a decade before diagnosis. Neurology 60, 1089e1093.)。これらの研究は、明らかな記憶及び認知の問題を呈する段階まで脳が障害を受ける前に、アルツハイマー病が数十年の間、脳内に存在することを確立する基礎となっている。しかしながら、研究のコスト又は研究が死後のサンプルに依存しているという事実により、一般の人々における病気の検出又は将来の病気の可能性に対し、研究は非常に高額なものになる。 Various methods have been used to show that early diagnosis of Alzheimer's disease is feasible. Positron emission tomography (PET) scans of the brains of survivors showed Alzheimer's lesions in some young people, such as teens or twenties. Microscopic pathological examination of more than 3000 brains of people who died between the ages of 10 and 100 showed the onset of Alzheimer's disease in people in their twenties. And advanced cognitive tests were able to establish signs of Alzheimer's disease 15 years before the disease became clinically detectable (REF) (Kawas, CH, Corrada, M.M., Brookmeyer). , R., Morrison, A., Resnick, SM, Zonderman, AB, Arnberg, D., 2003. Visual memory predicts Alzheimer's disease .). These studies are the basis for establishing that Alzheimer's disease exists in the brain for decades before it is damaged to the point where it presents with overt memory and cognitive problems. However, the cost of the study or the fact that the study relies on post-mortem samples makes the study very expensive for the detection of the disease or the potential for future illness in the general population.

技術の現状にはいくつかの問題がある。アルツハイマー病の臨床診断に何年も又は何十年も先行する脳内の変化の存在を確立するため、いくつかの技術が用いられてきた。これらの技術のいくつかは、精巧な装置及び費用のかかる専門知識を必要とする。PET画像化はこの最たる例であり、PETスキャンのコストは5000ドルのオーダーである。これは、初期のアルツハイマー病の検出に必要なものである集団検診に適用するにはあまりにも高すぎる。 There are some problems with the current state of the technology. Several techniques have been used to establish the presence of changes in the brain that precede the clinical diagnosis of Alzheimer's disease for years or even decades. Some of these techniques require sophisticated equipment and costly expertise. PET imaging is a prime example of this, with PET scans costing on the order of $ 5,000. This is too high to apply to mass screening, which is necessary for the detection of early Alzheimer's disease.

現在使われている他の技術は髄液中のタンパク質の分析であり、これには医師によって行われる脊椎穿刺の侵襲的な処置が必要となる。この処置にかかる費用もまた数千ドルのオーダーとなり得る。 Another technique currently in use is the analysis of proteins in the cerebrospinal fluid, which requires an invasive procedure for spinal puncture performed by a physician. The cost of this procedure can also be on the order of thousands of dollars.

広範な認知検査によりアルツハイマー病の早期かつ症状発現前の兆候を明らかにできることが多くの研究により報告されてきた。これらの研究のほとんどが、患者及び検査者双方の側の貴重な時間と、かなりのコストを必要とする。 Many studies have reported that extensive cognitive testing can reveal early and presymptomatic signs of Alzheimer's disease. Most of these studies require valuable time and considerable cost on both sides of the patient and the examiner.

これらのコスト及び他の欠点の認識に加え、診断精度及び症状発現前の病気の検出を改善する必要性の認識により、アルツハイマー病の探索及びアルツハイマー病に対する血液検査の説明に至った。これらのいくつかは、既に明らかな病気の検出に向かうものである。症状発現前の病気を検出する能力も含むものも少しある。現在のところ、全てが、比較的高額で時間のかかる処置のためにサンプルを中央の研究所に送ることを必要としている。ここで提案されたシステムは、素早くかつ現場で最小限のコストで、アルツハイマー病又は他の神経変性疾患の検査を行うことができる。 In addition to recognizing these costs and other shortcomings, the need to improve diagnostic accuracy and presymptomatic disease detection led to the search for Alzheimer's disease and the explanation of blood tests for Alzheimer's disease. Some of these are towards the detection of already obvious diseases. Some also include the ability to detect presymptomatic illnesses. At present, everything requires sending samples to a central laboratory for relatively expensive and time-consuming procedures. The system proposed here can test for Alzheimer's disease or other neurodegenerative diseases quickly and at minimal cost in the field.

我々は、低コストかつ最小限の侵襲性で、したがって大勢の人々への使用に実用的である病気の検出又は将来的に病気になる可能性の診断の検出を成し遂げる方法をここで提示する。おそらく30歳かそれ以上の集団の人々における早期の初期の病気の検出には、専門職員を必要としない、最小限の侵襲性かつ低価格な方法が必要である。我々は、これらの目標を成し遂げる方法をここで提示する。アルツハイマー病を示す症状を呈する人々のより正確な診断を提供し、将来的なアルツハイマー病の診断に対する人のリスクを決定する方法である。本出願は、血液サンプルを得る方法、及びアルツハイマー病を診断し予測する多変量分析に有用であると確定されている複数のRNA種の発現レベルを決定することができる装置にサンプルを導入する方法について述べる。述べられた方法は、現場で約30分以内に、100ドル未満と見積もるコストで、診断又は将来的な診断の可能性を提供することができる。提示されたシステムは、症状はないが将来的なアルツハイマー病の診断のリスクがあるかもしれない人々の大規模な集団のスクリーニングに適用することができる。 We present here how to achieve detection of a disease that is low cost, minimally invasive, and therefore practical for use in large numbers of people, or a diagnosis of potential disease in the future. Detection of early-stage disease, perhaps in populations over the age of 30, requires a minimally invasive, low-cost method that does not require specialist personnel. We present here how to achieve these goals. It is a way to provide a more accurate diagnosis of people with symptoms of Alzheimer's disease and to determine a person's risk for future diagnosis of Alzheimer's disease. The present application is a method of obtaining a blood sample and a method of introducing the sample into a device capable of determining the expression level of multiple RNA species that have been confirmed to be useful for multivariate analysis for diagnosing and predicting Alzheimer's disease. Will be described. The method described can provide diagnostic or future diagnostic potential in the field within about 30 minutes at a cost estimated at less than $ 100. The system presented can be applied to screen a large population of people who are asymptomatic but may be at risk for future diagnosis of Alzheimer's disease.

図19に戻り、方法1900は、撮像装置(例えば、図5の撮像装置72又はここに示したその他の例)、機能化面(例えば、図5の機能化面78又はここに示したその他の例)に結合した複数の捕捉プローブ(例えば、図5のプローブ分子84又はここに示したその他の例)を有する機能化面を備えるフローセル(例えば、図5のフローセル78又はここに示したその他の例)、磁石(例えば、図5の磁石88又はここに示したその他の例)、及び光源(例えば、図6の光源126又はここに示したその他の例)を備えるセンサ(例えば、図5のセンサシステム70又はここに示したその他の例)を用いて行ってもよい。 Returning to FIG. 19, the method 1900 is an image pickup device (eg, the image pickup device 72 of FIG. 5 or another example shown herein), a functionalized surface (eg, a functionalized surface 78 of FIG. 5 or other examples shown herein). A flow cell with a functionalized surface having a plurality of capture probes (eg, probe molecule 84 in FIG. 5 or other examples shown herein) attached to an example) (eg, flow cell 78 in FIG. 5 or other shown herein). Example), a sensor with a magnet (eg, magnet 88 of FIG. 5 or other example shown herein), and a light source (eg, light source 126 of FIG. 6 or other example shown herein) (eg, FIG. 5). It may be performed using the sensor system 70 or other examples shown herein).

図19の実施形態において、方法はブロック1901から始まり、以下の工程を含む。 In the embodiment of FIG. 19, the method begins at block 1901, including the following steps.

工程1910-サンプル内の分子を磁性粒子に結合すること。 Step 1910-Binding the molecules in the sample to the magnetic particles.

工程1920-磁石を用いて分子を機能化面に向けること。 Step 1920-Molecules are directed to the functional surface using magnets.

工程1930-分子の各特定の分子を、特定の分子のRNA転写物に結合するように構成された複数の捕捉プローブの一つに結合すること。 Step 1930-Binding each particular molecule of a molecule to one of a plurality of capture probes configured to bind to the RNA transcript of the particular molecule.

工程1940-光源からの光線を複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した結合分子に向けること。 Step 1940-Directing a ray from a light source to a bound molecule bound to each of multiple capture probes.

工程1950-結合分子からの光を取り込むこと。 Step 1950-Capturing light from bound molecules.

工程1960-取り込んだ光に基づき複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した結合分子の量を決定すること。 Step 1960-Determining the amount of bound molecule bound to each of the multiple capture probes based on the captured light.

工程1970-複数のRNA転写物のそれぞれを結合するように構成された複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した結合分子の量に基づき、複数のRNA転写物に対応する複数の発現レベルを決定すること。 Step 1970-Determining multiple expression levels for multiple RNA transcripts based on the amount of bound molecule bound to each of the multiple capture probes configured to bind each of the multiple RNA transcripts. ..

工程1980-複数のRNA転写物の複数の発現レベルに基づき、神経変性疾患のリスクを計算すること。 Step 1980-Calculating the risk of neurodegenerative disease based on multiple expression levels of multiple RNA transcripts.

一つの実施形態では、方法1900は、将来的な神経変性疾患の診断のリスクを計算することをさらに含む。他の実施形態では、方法1900は、現在の神経変性疾患の診断のリスクを計算することをさらに含む。 In one embodiment, Method 1900 further comprises calculating the risk of diagnosis of future neurodegenerative diseases. In another embodiment, Method 1900 further comprises calculating the risk of diagnosis of current neurodegenerative diseases.

さらなる実施形態では、方法の工程1980のリスクを計算することは、F=a0+a11+a22+・・・+app+eという形の式を用いることを含み、ここでFはリスクに比例し、pは複数のRNA転写物の数であり、n=1~pに対するXnは複数のRNA転写物のそれぞれの発現レベルであり、n=1~pに対するanは複数のRNA転写物のそれぞれに対する判別係数であり、eは誤差項である。 In a further embodiment, calculating the risk of step 1980 of the method comprises using an equation of the form F = a 0 + a 1 X 1 + a 2 X 2 + ... + a p X p + e, where F is proportional to risk, p is the number of multiple RNA transcripts, X n for n = 1 to p is the expression level of each of the multiple RNA transcripts, and an for n = 1 to p is multiple. It is a discrimination coefficient for each RNA transcript, and e is an error term.

具体的な実施形態では、複数のRNA転写物は8つのDNA転写物、n=1~8に対しHSP27、HSP90、GAPDH、FTH、FTL、COX1、COX2、及びTFRを含み、複数のRNA転写物に対する判別係数anは、n=1~8に対し-4.25936、3.671572、2.685682、-5.295300、1.973631、2.506241、0.495803、及び-1.392785を含む。 In a specific embodiment, the plurality of RNA transcripts comprises eight DNA transcripts, HSP27, HSP90, GAPDH, FTH, FTL, COX1, COX2, and TFR for n = 1-8, and the plurality of RNA transcripts. The discriminant coefficient an for n = 1 to 8 is -4.25936, 3.671572, 2.685682, -5.295300, 1.973631, 2.506241, 0.495803, and -1.392785. include.

一つの例では、方法1900は、複数の磁性粒子を分子に結合すること、及び磁石を磁性粒子と相互作用させ分子を機能化面に向けることをさらに含む。他の例では、方法1900は、撮像装置への光線の拡散を妨げることをさらに含む。さらなる例では、方法1900は、分子が機能化面に結合した時に分子をナノ粒子に結合することをさらに含み、ナノ粒子が光線を撮像装置へ反射する。 In one example, Method 1900 further comprises binding a plurality of magnetic particles to a molecule and interacting a magnet with the magnetic particles to direct the molecule to a functionalized surface. In another example, method 1900 further comprises preventing the diffusion of light rays into the image pickup device. In a further example, method 1900 further comprises binding the molecule to the nanoparticles when the molecule binds to the functionalized surface, the nanoparticles reflecting the light beam to the image pickup device.

さらなる実施詳細は、本技術の詳細な実施例に記述されている。 Further implementation details are described in Detailed Examples of the Technique.

要約として、我々の基礎的な実験室での研究は、サンプル内の多数のヌクレオチドRNA種の発現を定量化し、次にこれらのデータを組み合わせて病気の診断の推定又は将来的な病気の診断の可能性を提供する数値を生み出すことの可能性を確立した。後者の場合、評価基準は、病気のない状態と区別する充分な量が存在するがまだ臨床的に診断可能な病気を示すレベルにない、病気のバイオマーカーである。一つの例では、ここに示したシステム及び方法を用いて、それぞれのサンプル中の10~20のRNA種の量を決定する。調査したRNA種は先行の及び進行中の研究に基づき選択する。そして、これらの遺伝子のそれぞれの発現レベルに数を乗じる。その数は先行の及び進行中の研究に基づいており、それぞれのRNA種によって異なるものである。全てのサンプルにおいて同じRNA種に対する乗数は同じとする。そして、結果として生じた10~20の乗算の積は、アルゴリズムにより組み合わされアルツハイマー病の診断の可能性又は将来的なアルツハイマー病の診断の可能性を示す単一の数字になる。 In summary, our basic laboratory studies have quantified the expression of multiple nucleotide RNA species in the sample and then combined these data to estimate disease diagnosis or to diagnose future diseases. Established the possibility of producing numbers that provide possibilities. In the latter case, the endpoint is a biomarker of the disease for which a sufficient amount is present to distinguish it from the disease-free state but is not yet at a level indicating a clinically diagnosable disease. In one example, the systems and methods presented herein are used to determine the amount of 10-20 RNA species in each sample. The RNA species investigated will be selected based on previous and ongoing studies. Then multiply the expression level of each of these genes by a number. The numbers are based on previous and ongoing studies and will vary with each RNA species. The multiplier for the same RNA species is the same for all samples. The resulting product of 10 to 20 multiplications is then combined by an algorithm to form a single number indicating the possibility of diagnosing Alzheimer's disease or the possibility of diagnosing Alzheimer's disease in the future.

血液サンプルを得る方法の詳細。アルツハイマー病、パーキンソン病、前頭側頭型認知症などの神経変性疾患の診断又は将来的な診断のリスクを決定する目的で、血液を人から採取する。血液は、通常は肘正中皮静脈であるが、どの静脈から採取してもよく、シリンジに入れてもよい。あるいは、血液は指腹での採血により得てもよい。指から採取する場合、最初の一滴は廃棄し、その後、指を圧迫し血液をWhatman P Cardに採取する。血液を室温で一晩乾燥させ、次にサンプルを-20℃で保管する。好みのキアゲンキットを用いて、我々はQiAmp及びexoRNeasyを使用したが、濾紙からRNAを単離する。サンプルを輸送する場合はドライアイス上で作業する。例えば、いずれかの静脈からシリンジ及び針又は類似の装置を用いて2.5ml以下の血液サンプルを人から得てもよい。もしくは、消毒針を用いた指腹での採血により、又は指腹又は指以外の血液源での採血を成し遂げる他の装置により、少ない血液(2~3滴)を得てもよい。「指腹からの採血」の場合、血液を濾紙又は同等のものに採取する。サンプルには、全てのさらなる処理を通してサンプルを追跡する識別用の英数字の名称が与えられる。そして、トリゾール、PAXgeneチューブ、フェノール/クロロホルムなどを使用してもよいいくつかの方法の一つを用いてRNAをサンプルから抽出する。例として、PAXgeneチューブに血液を採取する手順は以下の通りである。 Details on how to get a blood sample. Blood is drawn from a person for the purpose of determining the risk of diagnosis or future diagnosis of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and frontotemporal dementia. Blood is usually taken from the median cubital vein, but may be taken from any vein or placed in a syringe. Alternatively, blood may be obtained by collecting blood with the finger pad. When collecting from the finger, discard the first drop, then squeeze the finger and collect blood in Whatman P Card. The blood is dried overnight at room temperature and then the sample is stored at −20 ° C. Using the Qiagen kit of your choice, we used QiAmp and exoRNeasy to isolate RNA from filter paper. Work on dry ice when transporting samples. For example, a blood sample of 2.5 ml or less may be obtained from a person using a syringe and a needle or a similar device from any vein. Alternatively, a small amount of blood (2 to 3 drops) may be obtained by collecting blood with a finger pad using a disinfecting needle, or by another device that achieves blood collection with a finger pad or a blood source other than the finger. In the case of "blood sampling from the finger pad", blood is collected on filter paper or an equivalent. The sample is given an identification alphanumerical name that tracks the sample through all further processing. RNA is then extracted from the sample using one of several methods that may use trizol, PAXgene tubes, phenol / chloroform and the like. As an example, the procedure for collecting blood in a PAXgene tube is as follows.

PAXgene血液RNAチューブによる血液採取手順 Blood collection procedure using PAXgene blood RNA tube

PAXgene血液RNAチューブが、使用前に18℃~25℃であり、適切に患者ID又はコードのラベルが貼られていることを確認する。 Make sure the PAXgene blood RNA tube is at 18 ° C to 25 ° C before use and is properly labeled with the patient ID or code.

PAXgene血液RNAチューブが採血に用いる唯一のチューブであれば、血液をPAXgeneチューブに採取する前に血液を「廃棄チューブ」に採取しなければならない。そうでなければ、PAXgeneチューブを瀉血処置における採取の最後のチューブにしなければならない。 If the PAXgene blood RNA tube is the only tube used for blood collection, blood must be collected in a "disposal tube" before blood is collected in the PAXgene tube. Otherwise, the PAXgene tube should be the last tube to be collected in the phlebotomy procedure.

標準的な静脈穿刺法に対するあなたの施設の推奨手順によって血液をPAXgeneチューブに採取する。 Blood is drawn into a PAXgene tube according to your facility's recommended procedure for standard venipuncture.

血液採取の間、血液提供者の腕の下でPAXgene血液RNAチューブを垂直に保つ。 Keep the PAXgene blood RNA tube vertical under the arm of the blood donor during blood sampling.

完全に血液採取が行われるように少なくとも10秒は見ておく。チューブをホルダーから外す前に、血液のチューブへの流入が止まっていることを確認する。 Allow at least 10 seconds for a complete blood sampling. Before removing the tube from the holder, make sure that blood has stopped flowing into the tube.

血液採取の後、PAXgeneチューブを8~10回、静かに転倒混和する。 After blood sampling, gently invert and mix the PAXgene tube 8-10 times.

PAXgeneチューブを直立位置で保管する。 Store the PAXgene tube in an upright position.

チューブを2時間室温に置き、その後-20℃に置く、又は採血の直後に金網台に直立で置くこともできる。 The tube can also be placed at room temperature for 2 hours and then at −20 ° C., or upright on a wire mesh stand immediately after blood collection.

保管及び輸送の手順 Storage and transportation procedures

PAXgeneチューブを凍結させるために、チューブを金網台に直立で立てる。チューブが割れる原因となるため、チューブを発砲スチロールトレイに直立で凍結してはいけない。 To freeze the PAXgene tube, stand the tube upright on a wire mesh stand. Do not freeze the tube upright on a styrofoam tray as it will cause the tube to crack.

-80℃での長期間の保管のために、-80℃の冷凍庫に入れる前に、チューブを少なくとも24時間、-20℃で保管しなければならない。 For long-term storage at -80 ° C, the tubes must be stored at -20 ° C for at least 24 hours before being placed in the -80 ° C freezer.

ドライアイス上でチューブを輸送するために、ドライアイス上に置く前に、チューブを少なくとも24時間、-20℃で凍結する必要がある。 In order to transport the tube on dry ice, the tube should be frozen at −20 ° C. for at least 24 hours before being placed on dry ice.

注釈:凍結したPAXgene血液RNAチューブは衝撃により破損しやすい。輸送中の破損のリスクを低くするために、凍結したチューブはガラスチューブと同じように取り扱わなければならない。気泡シート又は保護のための他の種類の処理によりチューブを包むことが推奨されている。研究のため、PaxGeneチューブを室温で解凍する際、内容物を完全に混和するために、チューブを少なくとも6回転倒混和しなければならない。そして、血液をPaxGeneチューブから抜き取りINTにより供給されるカートリッジに直接導入することができる。 Note: Frozen PAXgene blood RNA tubes are vulnerable to impact. Frozen tubes should be treated in the same way as glass tubes to reduce the risk of breakage in transit. It is recommended to wrap the tube with a bubble wrap or other type of treatment for protection. For research purposes, when thawing a PaxGene tube at room temperature, the tube must be miscible at least 6 turns to completely mix the contents. Blood can then be drawn from the PaxGene tube and introduced directly into the cartridge supplied by INT.

EDTAチューブに採取した血液からRNAを単離する方法の例は以下の通りである。血液/骨髄用のmRNA単離キット(ロシュ)を用いて、製造業者の手順によって、RNAを白血球から抽出する。要するに、赤血球を選択的に溶解し、遠心分離により回収する。そして、白血球を溶解し、磁気ビーズへの非特異的吸着及び磁気分離により、全ての核酸を回収する。一連の洗浄及び核酸の溶出の後に、mRNAは、ビオチン標識したオリゴ(dT)及びストレプトアビジンで被覆した磁性粒子により捕捉される。洗浄による他の核酸(DNA、rRNA、及びtRNA)の除去後、mRNAサンプルは、回収され-80℃で保管される。RNAの品質及び量は、260/280の比及びゲル電気泳動により確認される。メッセンジャーRNAは、増幅され32P CTPで放射性標識される。標識された増幅RNAは、特注のcDNAアレイにハイブリダイズされ定量化される。 An example of a method for isolating RNA from blood collected in an EDTA tube is as follows. RNA is extracted from leukocytes by the manufacturer's procedure using an mRNA isolation kit for blood / bone marrow (Roche). In short, red blood cells are selectively lysed and collected by centrifugation. Then, leukocytes are lysed, and all nucleic acids are recovered by non-specific adsorption to magnetic beads and magnetic separation. After a series of washes and elution of nucleic acids, the mRNA is captured by biotin-labeled oligo (dT) and streptavidin-coated magnetic particles. After removal of other nucleic acids (DNA, rRNA, and tRNA) by washing, mRNA samples are collected and stored at -80 ° C. The quality and quantity of RNA is confirmed by a 260/280 ratio and gel electrophoresis. Messenger RNA is amplified and radioactively labeled with 32P CTP. The labeled amplified RNA is hybridized and quantified to a custom cDNA array.

PAXgeneチューブに採取した血液からRNAを単離する方法の例は以下の通りである。おおよそ2.5mLの新鮮な全血をPAXgene血液RNAチューブ(BDダイアグノスティックス/キアゲン)に採取し、4回転倒混和する。PAXgene血液RNAキット(キアゲン)又はPAXgene血液miRNAキット(キアゲン)を用いて、製造業者の指示によって、全てのRNAを白血球から抽出する。全てのRNAは、後で使用するまで-80℃で保管される。RNAの完全性は、Agilent 2100バイオアナライザを用いた分析により決定される。分析へのサンプルの適合性は、RNA Integrity Numberに基づいており、2未満の数のRINを有するまれなサンプルは使用できないと考えられる。 An example of a method for isolating RNA from blood collected in a PAXgene tube is as follows. Approximately 2.5 mL of fresh whole blood is collected in a PAXgene blood RNA tube (BD diagnostics / Qiagen) and mixed in 4 turns. All RNA is extracted from leukocytes using the PAXgene blood RNA kit (Qiagen) or the PAXgene blood miRNA kit (Qiagen) as directed by the manufacturer. All RNA is stored at -80 ° C until later use. RNA integrity is determined by analysis using an Agilent 2100 bioanalyzer. The suitability of the sample for analysis is based on RNA Integrity Number, and it is considered that rare samples with RINs less than 2 cannot be used.

RNAをcDNAに変換する方法の例は以下の通りである。High Capacity cDNA Reverse Transcriptionキット(アプライドバイオシステムズ)を用いて、全てのRNAの1.0μgを逆転写する。結果として生じたcDNAを1:5で希釈し、TaqMan(登録商標) Gene Expression Master Mix (アプライドバイオシステムズ)及びTaqMan(登録商標) Gene Expression Assays (アプライドバイオシステムズ)を用い、iCycler iQ(商標)(バイオラッド)又は同等の装置にて実行するqRT-PCR反応におけるテンプレートとして使用する。定量的RT-PCRによる増幅は、95℃で10分の後、95℃で15秒間の変性及び60℃で1分間のアニーリング及び伸長を40サイクル行う熱サイクル条件で3回実行する。サンプル間で同じであることが分かっていることから、ベータグルクロニダーゼ(GUSB)を内在性コントロールとして用いる。正規化の後、2(-Delta Delta C(T))法(Livak and Schmittgen, 2001)を用いた比としてデータを示す。 An example of a method for converting RNA into cDNA is as follows. Reverse transcriptase 1.0 μg of all RNA is performed using the High Capacity cDNA Reverse Transcription Kit (Applied Biosystems). The resulting cDNA was diluted 1: 5 and used with TaqMan® Gene Expression Master Mix® and TaqMan® Gene Expression Associates®, iCyler iQ®. It is used as a template in the qRT-PCR reaction performed in Biorad) or an equivalent device. Quantitative RT-PCR amplification is performed 3 times under thermal cycle conditions of 10 minutes at 95 ° C., followed by 40 cycles of denaturation at 95 ° C. for 15 seconds and annealing and elongation at 60 ° C. for 1 minute. Beta-glucuronidase (GUSB) is used as an endogenous control as it is known to be the same between samples. After normalization, the data are shown as ratios using the 2 (-Delta Delta C (T)) method (Livek and Schmittgen, 2001).

一つの実施形態では、血液を静脈から得る場合、代表的な手順に従って、2.5mlをPaxGeneチューブ又は同等のものに採取し、続いて血液を内部調製のための本システムのカートリッジに導入する。 In one embodiment, if blood is obtained from a vein, 2.5 ml is collected in a PaxGene tube or equivalent, followed by introduction of blood into the cartridge of the system for internal preparation, according to a typical procedure.

一つの実施形態では、神経変性疾患のリスクを計算するために以下のRNA種を用いてもよい。研究のためのRNA種を、神経変性疾患の公知のメカニズム及び予備研究における実験結果に基づき選択する。いくつかの例を表1に示す。

Figure 2022532170000002
In one embodiment, the following RNA species may be used to calculate the risk of neurodegenerative disease. RNA species for study are selected based on known mechanisms of neurodegenerative diseases and experimental results in preliminary studies. Some examples are shown in Table 1.
Figure 2022532170000002

それぞれの独立変数に割り当てられた重みは、全ての変数間の相互作用のために補正される。重みを判別係数と呼ぶ。本装置はサンプル内のRNAの量を正確に定量化し、いくつもの特異的なRNA又はDNA種のそれぞれの存在及び量を検出する。挙げられた例において、8つの特異的なRNA種が特定されているが、アイデンティティ、特定種、及びその数は異なってもよい。サンプル内の、選択されたRNA又はDNA種それぞれの量に関する情報は、携帯電話又は他の携帯できる計算装置などの外部装置に送信してもよい。もしくは、その値を同じ装置内の演算回路に送信してもよい。それぞれの種に対してセンサ素子により検出された量に、計算装置内で、RNA又はDNA種に特有の重みを乗じる。その重みを規格化判別係数と呼んでもよい(略称:COX1、プロスタグランジンエンドペルオキシドシンターゼ1;COX2、プロスタグランジンエンドペルオキシドシンターゼ2;FTH、フェリチン、重鎖ポリペプチド;FTL、フェリチン、軽鎖ポリペプチド;GAPDH、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ;HSP27、熱ショック27kDaタンパク質1;HSP90、熱ショックタンパク質90kDa、クラスB1;TFR、トランスフェリン受容体)。 The weight assigned to each independent variable is corrected for the interaction between all variables. The weight is called the discrimination coefficient. The instrument accurately quantifies the amount of RNA in a sample and detects the presence and amount of each of a number of specific RNA or DNA species. In the examples given, eight specific RNA species have been identified, but the identities, specific species, and numbers thereof may differ. Information about the amount of each selected RNA or DNA species in the sample may be transmitted to an external device such as a mobile phone or other portable computing device. Alternatively, the value may be transmitted to an arithmetic circuit in the same device. The amount detected by the sensor element for each species is multiplied in the arithmetic unit by a weight specific to the RNA or DNA species. The weight may be referred to as a standardized discrimination coefficient (abbreviation: COX1, prostaglandin endoperoxide synthase 1; COX2, prostaglandin endoperoxide synthase 2; FTH, ferritin, heavy chain polypeptide; FTL, ferritin, light chain poly). Peptides; GAPDH, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; HSP27, heat shock 27 kDa protein 1; HSP90, heat shock protein 90 kDa, class B1; TFR, transferrin receptor).

この例において、この乗法により、重みを乗じた、サンプル内のヌクレオチド種の量の積を表す8つの値がもたらされる。重みは先行調査の成果であっても、システムに提出されたサンプルの公知のアイデンティティに基づく重みの決定方法がシステムに導入された結果であってもよい。挙げられた例において、それぞれのヌクレオチドに対して重みを乗じたヌクレオチドの量のこれら8つの積が、システムに導入されたサンプルの特性を表す単一の数字をもたらすアルゴリズムにより組み合わされる。そして、この数字は、アルツハイマー病、又はパーキンソン病や筋萎縮性側索硬化症などの他の神経変性疾患の現在の診断又は将来的な診断の可能性の検出の可能性を表す。結果として生じた数字は、神経変性疾患の診断又は将来いつかのその病気の臨床診断の可能性を表してもよい。この情報は、装置自体のディスプレイ、ローカル又はリモートコンピュータなどの装置に示すことができ、データを安全なホストコンピュータ側に無線で伝達してもよい。後者の場合、病気、地理学、社会経済的地位などの間の潜在的関係を評価するため、これらのデータを複数の拠点からのデータと組み合わせることができる。 In this example, this producting method yields eight values that represent the product of the amount of nucleotide species in the sample, multiplied by the weight. The weights may be the result of prior research or the result of introducing into the system a method of determining weights based on the known identities of the samples submitted to the system. In the examples given, these eight products of the amount of nucleotides weighted for each nucleotide are combined by an algorithm that yields a single number that represents the characteristics of the sample introduced into the system. And this number represents the possibility of detecting current or future diagnostic potential for Alzheimer's disease or other neurodegenerative diseases such as Parkinson's disease and amyotrophic lateral sclerosis. The resulting numbers may represent the possibility of diagnosing a neurodegenerative disease or clinically diagnosing the disease at some point in the future. This information can be shown on the display of the device itself, a device such as a local or remote computer, and the data may be transmitted wirelessly to the secure host computer side. In the latter case, these data can be combined with data from multiple locations to assess potential relationships between illness, geography, socioeconomic status, and so on.

判別分析の目的は、一つ以上の独立変数から単一の質的変数を予測するモデルを得ることである。判別分析は、従属変数内の群間を最もよく判別する独立変数の組み合わせとしての式を導く。この組み合わせは判別関数として知られている。それぞれの独立変数に割り当てられた重みは、全ての変数間の相互作用のために補正される。重みを判別係数と呼ぶ。 The purpose of discriminant analysis is to obtain a model that predicts a single qualitative variable from one or more independent variables. Discriminant analysis derives an expression as a combination of independent variables that best discriminates between groups within a dependent variable. This combination is known as a discriminant function. The weight assigned to each independent variable is corrected for the interaction between all variables. The weight is called the discrimination coefficient.

判別式は、F=a0+a11+a22+・・・+app+eである。 The discriminant is F = a 0 + a 1 X 1 + a 2 X 2 + ... + a p X p + e.

ここで、Fは従属変数の線形結合からなり、X1、X2、・・・Xpはpの独立変数であり、eは誤差項であり、a0、a1、a2、・・・apは判別係数である。 Here, F consists of a linear combination of dependent variables, X 1 , X 2 , ... X p is an independent variable of p, e is an error term, and a 0 , a 1 , a 2 , ...・Ap is a discrimination coefficient.

表2に記述するように、規格化判別係数を8つの転写物のそれぞれに対して計算する。

Figure 2022532170000003
As described in Table 2, the normalization discrimination coefficient is calculated for each of the eight transcripts.
Figure 2022532170000003

比較すると、cDNA又はヌクレオチドアレイを用いたサンプル内の特異的RNA種の量を定量化する例は以下の通りである。アレイ内に表されるcDNAクローンは、アルツハイマー病の場合、ストレス、炎症、及び細胞周期に関連した転写物が白血球中で影響を受けるという仮説を検査するcDNAクローンを強調した。この目的のために選択された172のcDNAを、それぞれのcDNAが4つ配置された状態で、96ピンのレプリケータ(ナルジュヌンク)を用いてナイロン膜上にプリントした。白血球サンプルからの抽出RNAから生成された標識化された増幅RNAを用いてアレイをプローブし、貯蔵燐光体スクリーンにさらした。それぞれのスポットのハイブリダイゼーション強度をレーザーデンシトメトリースキャニング(PhosphorImager、モレキュラーダイナミクス)により定量化する。コントロールとして、膜をはぎ取り、全てのベクター中に存在するT7プロモータに特異的なオリゴヌクレオチドを用いて膜を再びプローブすることにより、アレイ内のそれぞれのスポットに堆積したcDNAの量を定量化する。この例の関連する側面をここに示した他の例と組み合わせてもよい。 By comparison, examples of quantifying the amount of specific RNA species in a sample using cDNA or nucleotide arrays are: The cDNA clones represented in the array highlighted cDNA clones that test the hypothesis that stress, inflammation, and cell cycle-related transcripts are affected in leukocytes in the case of Alzheimer's disease. The 172 cDNAs selected for this purpose were printed on a nylon membrane using a 96-pin replicator (Narujununk) with four of each cDNA arranged. The array was probed with labeled amplified RNA generated from RNA extracted from leukocyte samples and exposed to a stored phosphor screen. The hybridization intensity of each spot is quantified by laser densitometry scanning (Phosphor Imager, molecular dynamics). As a control, the amount of cDNA deposited at each spot in the array is quantified by stripping the membrane and reprobing the membrane with T7 promoter-specific oligonucleotides present in all vectors. The relevant aspects of this example may be combined with the other examples shown here.

比較すると、定量的逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応(qPCR)によるサンプル内の特異的RNA種の量を定量化する例は以下の通りである。qRT-PCRは、TaqMan Gene Expression Assays (アプライドバイオシステムズ、フォスターシティ、カリフォルニア州、アメリカ合衆国)を用いて行ってもよい。要するに、それぞれのサンプルに対し、High Capacity cDNA Reverse Transcriptionキット(アプライドバイオシステムズ)を用いて、3.0μgの全てのRNAを逆転写する。1:5に希釈したcDNAの2μLを、TaqMan Universal PCR Master Mix No AmpErase UNG(アプライドバイオシステムズ)及びTaqMan Gene Expression Assayと10μLの反応設定でCAS-1200液体処理システムにより混ぜ合わせる。qRT-PCR増幅はABI PRISM 7900 HT SequenceDetection System(アプライドバイオシステムズ)で行ってもよい。共通の熱サイクル条件は、95℃で10分の後、95℃で15秒間の変性及び60℃で1分間のアニーリング及び伸長の40サイクルである。cDNAの異なる希釈の分析による全てのアッセイについて、増幅効率は100%に近い。全てのサンプルを通じて発現が不変であることが分かっていることから、ベータグルクロニダーゼ(GUSB)を内在性コントロールとして用いる。データ正規化の後、2(-Delta C(T))法(Livak and Schmittgen, 2001)を用いた比としてデータを示してもよい。この例の関連する側面をここに示した他の例と組み合わせてもよい。 By comparison, examples of quantifying the amount of specific RNA species in a sample by quantitative reverse transcriptase-polymerase chain reaction (qPCR) are as follows. qRT-PCR may be performed using TaqMan Gene Expression Assays (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). In short, 3.0 μg of all RNA is reverse transcribed for each sample using the High Capacity cDNA Reverse Transcription Kit (Applied Biosystems). 2 μL of the 1: 5 diluted cDNA is mixed with TaqMan Universal PCR Master Mix No AmpErase UNG (Applied Biosystems) and TaqMan Gene Expression Assay in a 10 μL reaction setting with a CAS-1200 liquid treatment system. The qRT-PCR amplification may be performed with an ABI PRISM 7900 HT Sequence Detection System (Applied Biosystems). Common thermal cycle conditions are 40 cycles of denaturation at 95 ° C. for 15 seconds and annealing and elongation at 60 ° C. for 1 minute after 10 minutes at 95 ° C. Amplification efficiency is close to 100% for all assays by analysis of different dilutions of cDNA. Beta-glucuronidase (GUSB) is used as an endogenous control as expression is known to be invariant throughout all samples. After data normalization, the data may be shown as a ratio using the 2 (-Delta C (T)) method (Livek and Schmittgen, 2001). The relevant aspects of this example may be combined with the other examples shown here.

分析結果の例を表3に記述する。

Figure 2022532170000004
An example of the analysis result is shown in Table 3.
Figure 2022532170000004

上の表は、8つの認知症でない事例(ND)及び8つのアルツハイマーの事例(AD)のCOX1の定量的PCR分析の結果を示す(左上隅)。『サンプル』の列の下のそれぞれの数字は、全ての分析を通じて追跡するそれぞれの事例に与えられた非特定化された数字である。『状況』の列は、事例がNDであるのかADであるのかを示す。COX1-GUSBと名前を付けられた列は、全てのサンプルを通じて発現が不変であることから内在性コントロールとして用いられる酵素であるベータグルクロニダーゼ(GUSB)に対するqPCRシグナル由来の不変のシグナルと数学的関係にある、COX1のqPCR由来のシグナルの強さのqPCRの結果である。『std Dev』と名前を付けられた次の列は、前述の列におけるそれぞれの測定の標準偏差であり、それぞれの測定が3回実行されるという事実に基づいている。『比COX1/GUSB』と名前を付けられた列は、それぞれの事例に対するCOX1とGUSBの発現の比の数式の比である。『キャリブレータに対するCOX1』の列は、ADの事例の値との比較を目的として、任意に1に設定されている(『倍率変化』と名前を付けられた列と同様)。 The table above shows the results of quantitative PCR analysis of COX1 in 8 non-dementia cases (ND) and 8 Alzheimer's cases (AD) (upper left corner). Each number below the "Sample" column is a non-specific number given to each case tracked throughout all analyses. The "Situation" column indicates whether the case is ND or AD. The column named COX1-GUSB has a mathematical relationship with the qPCR signal-derived invariant signal to beta-glucuronidase (GUSB), an enzyme used as an endogenous control because its expression is invariant throughout all samples. It is the result of qPCR of the signal intensity derived from qPCR of COX1. The next column, named "std Dev", is the standard deviation of each measurement in the above column, based on the fact that each measurement is performed three times. The column named "Ratio COX1 / GUSB" is the ratio of the formula for the ratio of COX1 and GUSB expression to each case. The column "COX1 for calibrator" is arbitrarily set to 1 for the purpose of comparison with the value of the AD case (similar to the column named "magnification change").

AD(アルツハイマー病)の事例に対する列は、ND(認知症でない)のデータとAD(アルツハイマー病)のデータに対する平均値の関係を表している『キャリブレータに対するCOX1』及び『倍率変化』と名前を付けられた列を除いては同様である。別表Iは、この実証におけるそれぞれのRNA種に対する全ての対応表を含む。そして、これらのデータにそれぞれのRNA種に対して決定した重みを乗じる。 The columns for AD (Alzheimer's disease) cases are named "COX1 for calibrators" and "magnification change", which represent the relationship between the mean values for ND (non-dementia) data and AD (Alzheimer's disease) data. The same is true except for the columns. Appendix I contains all correspondence tables for each RNA species in this demonstration. Then, these data are multiplied by the determined weights for each RNA species.

図20は、APOE4++ホモ接合型であることにより将来的なアルツハイマー病の診断のリスクを決定するための他の実施例を表す。この例において、我々は、現在認識力が保たれている人々の将来的なADの診断のリスクを懸念している。APOE4遺伝子の二つのコピー(それぞれの親から一つ-APOE4++)を有することで、将来的なアルツハイマー病の診断の重大なリスクとなる。以下の棒グラフは、全て認識力が保たれている人々を対象にした、我々の血液検査スコアを示す。APOE4の二つのコピー(APOE4++ ND)を有することにより、将来的なアルツハイマー病の診断のリスクが高い人のスコアは、APOE4遺伝子変異型を持たず将来的なアルツハイマー病の診断のリスクが高くない人のスコアとは明らかに区別される。 FIG. 20 represents another embodiment for determining the risk of future diagnosis of Alzheimer's disease by being homozygous for APOE4 ++. In this example, we are concerned about the risk of future diagnosis of AD in people who are currently cognitive. Having two copies of the APOE4 gene (one from each parent-APOE4 ++) poses a significant risk for future diagnosis of Alzheimer's disease. The bar graph below shows our blood test scores for people who are all cognitive. Those who have two copies of APOE4 (APOE4 ++ ND) and are at high risk of future diagnosis of Alzheimer's disease have a score of those who do not have the APOE4 gene variant and are not at high risk of future diagnosis of Alzheimer's disease. It is clearly distinguished from the score of.

要約すると、我々の分析によって生じる判別の数値は、症状のある患者における神経変性疾患の診断を表してもよく、認識力が保たれている健常対照者の場合、将来いつかのその病気の臨床診断の可能性を表すことができる。この情報は、装置自体のディスプレイ、ローカル又はリモートコンピュータなどの装置に示すことができ、データを安全なホストコンピュータ側に無線で伝達してもよい。後者の場合、病気、地理学、社会経済的地位などの間の潜在的関係を評価するため、これらのデータを複数の拠点からのデータと組み合わせることができる。 In summary, the discriminant numbers produced by our analysis may represent a diagnosis of neurodegenerative disease in symptomatic patients, and in the case of cognitively healthy controls, a clinical diagnosis of the disease at some point in the future. Can represent the possibility of. This information can be shown on the display of the device itself, a device such as a local or remote computer, and the data may be transmitted wirelessly to the secure host computer side. In the latter case, these data can be combined with data from multiple locations to assess potential relationships between illness, geography, socioeconomic status, and so on.

上記方法の見込みのある利点は、標的分子検出の感度の改善及び少量の標的分子の検出の改善を含む。さらに、上記方法は標的分子の検出速度の向上を含む。例えば、PCR工程においてなどの標的分子の初期の複製がなくても上記方法は標的分子の検出を可能にする。 Promising advantages of the above method include improved sensitivity of target molecule detection and improved detection of small amounts of target molecule. Further, the above method includes improving the detection rate of the target molecule. The above method allows detection of a target molecule, for example, without the initial replication of the target molecule, such as in a PCR step.

本発明を特定の好ましい実施形態を参照して具体的に示し説明してきたが、明細書及び図面により裏付けられ得る本発明の精神と範囲から逸脱することなく種々の変更を詳細にできることは当業者には理解されるだろう。さらに、好ましい実施形態を一定の要素を参照して説明しているところで、一定より少ない又は多い要素を用いて好ましい実施形態を実行できることが理解されるだろう。 Although the present invention has been specifically shown and described with reference to specific preferred embodiments, those skilled in the art will be able to detail various modifications without departing from the spirit and scope of the invention which may be supported by the specification and drawings. Will be understood. Further, as the preferred embodiment is described with reference to certain elements, it will be appreciated that the preferred embodiment can be implemented with less than or more elements.

本発明の特許可能な範囲は請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含んでもよい。このような他の実施例は、請求項の文字通りの言葉と差異のない構造要素を有する場合、又は請求項の文字通りの言葉と実質的な差異がなく等価な構造要素を含む場合には、請求項の範囲内であることを意図している。 The patentable scope of the present invention is defined by the claims and may include other embodiments conceived by those skilled in the art. Such other embodiments are claimed if they have structural elements that are not different from the literal words of the claim, or if they contain structural elements that are not substantially different from the literal words of the claim and are equivalent. It is intended to be within the scope of the terms.

複数の要素に関して「~の少なくとも一つ」という表現を請求項が記述する限りでは、この記述は列挙された要素の少なくとも一つ以上を意味することを意図し、各要素の少なくとも一つに限定しない。例えば、「要素A、要素B、及び要素Cの少なくとも一つ」は、要素Aのみ、又は要素Bのみ、又は要素Cのみ、又はそれらの任意の組み合わせを示すことを意図している。「要素A、要素B、及び要素Cの少なくとも一つ」は、要素Aの少なくとも一つ、要素Bの少なくとも一つ、及び要素Cの少なくとも一つに限定されることを意図しない。 As long as the claims describe the expression "at least one of" for multiple elements, this description is intended to mean at least one of the listed elements and is limited to at least one of each element. do not do. For example, "at least one of element A, element B, and element C" is intended to indicate element A only, element B only, element C only, or any combination thereof. "At least one of element A, element B, and element C" is not intended to be limited to at least one of element A, at least one of element B, and at least one of element C.

A 標的分子結合部位
B ナノ粒子結合部位
X 軸線
Y 軸線
10 ポータブルアッセイシステム
18 ロータ
18P ポート
20 使い捨てアッセイカートリッジ
21 フローセル
22 カートリッジボディ
22B シリンジバレル
24 線形アクチュエータ
26 プランジャシャフト
28 エラストマープランジャ
30 中央チャンバ
32 アッセイチャンバ
34 アッセイチャンバ
40 チャネル
42 チャネル
44 下部パネル
50 開口部
70 センサシステム
72 撮像装置
74 ピクセルアレイ
75 レンズ/対物レンズ
76 アレイ回路
78 フローセル
80 面
82 機能化面
84 捕捉プローブ
86 標的分子
88 磁石
90 方法
92~104 方法の工程
110 磁性粒子
110A 磁性粒子
110B 磁性粒子
112 磁気コア
114 ナノ粒子コーティング
116 磁性体
118 動き
120 動き
122 ナノ粒子
124 拡大ナノ粒子
126 光源
128 光線
130 光
132 散乱の兆候(画像)
134 散乱の兆候(画像)
140 光学センサシステム
142 撮像装置
144 対物レンズ/レンズ
146 フローセル
147 分配線
148 光源
150 磁石
152 アクチュエータ
160 分析システム
162 ベース
164 ヘッド
166 側面
167 側面
168 ミラー
170 光路
180 センサシステム
182 プリズム基板
184 面
186 膜
188 光源
190 光線
192 検出器
194 光
A Target molecule binding site B Nanoparticle binding site X Axis Y Axis 10 Portable assay system 18 Rotor 18P Port 20 Disposable assay cartridge 21 Flow cell 22 Cartridge body 22 B Syringe barrel 24 Linear actuator 26 Plunger shaft 28 Elastomer plunger 30 Central chamber 32 Assay chamber 34 Assay Chamber 40 Channel 42 Channel 44 Bottom Panel 50 Opening 70 Sensor System 72 Imaging Device 74 Pixel Array 75 Lens / Objective Lens 76 Array Circuit 78 Flow Cell 80 Surface 82 Functionalized Surface 84 Capture Probe 86 Target Molecule 88 Magnet 90 Method 92-104 Step of Method 110 Magnetic Particle 110A Magnetic Particle 110B Magnetic Particle 112 Magnetic Core 114 Nano Particle Coating 116 Magnetic Body 118 Movement 120 Movement 122 Nano Particle 124 Enlarged Nano Particle 126 Light Source 128 Light 130 Light 132 Signs of Scattering (Image)
134 Signs of scattering (image)
140 Optical sensor system 142 Imaging device 144 Objective lens / lens 146 Flow cell 147 Minute wiring 148 Light source 150 Magnet 152 Actuator 160 Analysis system 162 Base 164 Head 166 Side 167 Side 168 Mirror 170 Optical path 180 Sensor system 182 Prism substrate 184 Surface 186 Film 188 Light source 190 Ray 192 Detector 194 Light

Claims (17)

サンプル内の分子の分析システムであって、
撮像装置と、
第1のRNA転写物を含む分子を結合するように構成された捕捉プローブを備える機能化面を備えるフローセルと、
前記機能化面の反対側に配置され、前記第1のRNA転写物を含む前記分子を前記機能化面に向け前記捕捉プローブと結合するように構成された磁石と、
光線を前記第1のRNA転写物を含む前記結合分子に向けるように構成され、前記撮像装置が前記第1のRNA転写物を含む前記結合分子からの光を取り込むように構成された光源と、
前記第1のRNA転写物を含む前記サンプル内の前記分子の量、及び前記分子の前記量に基づき前記サンプル内の前記第1のRNA転写物の発現レベルを決定するように構成されたプロセッサと、を備える、システム。
An analysis system for molecules in a sample
Imaging device and
A flow cell with a functionalized surface with a capture probe configured to bind a molecule containing a first RNA transcript, and
A magnet located on the opposite side of the functionalized surface and configured to direct the molecule containing the first RNA transcript towards the functionalized surface and bind to the capture probe.
A light source configured to direct a light beam toward the binding molecule containing the first RNA transcript and the imaging device to capture light from the binding molecule containing the first RNA transcript.
With a processor configured to determine the expression level of the first RNA transcript in the sample based on the amount of the molecule in the sample containing the first RNA transcript and the amount of the molecule. , A system.
前記システムはさらに前記第1のRNA転写物の前記発現レベルに基づき病状又は治療効果を計算するように構成された、請求項1に記載のシステム。 The system according to claim 1, wherein the system is further configured to calculate a pathological condition or therapeutic effect based on the expression level of the first RNA transcript. 前記機能化面が第2のRNA転写物を含む分子を結合するように構成された第2の捕捉プローブを備え、前記光源が他の光線を前記第2のRNA転写物を含む前記結合分子に向けるように構成され、前記撮像装置が前記第2のRNA転写物を含む前記結合分子からの光を取り込むように構成され、前記プロセッサが前記第2のRNA転写物を含む前記サンプル内の前記分子の量を決定するように構成された、請求項1に記載のシステム。 The functionalized surface comprises a second capture probe configured to bind a molecule containing the second RNA transcript, the light source directing other light to the binding molecule containing the second RNA transcript. The imaging device is configured to direct and capture light from the binding molecule containing the second RNA transcript, and the processor is configured to capture the molecule in the sample containing the second RNA transcript. The system of claim 1, configured to determine the amount of. 前記システムが前記サンプルを収容するためのカートリッジを含み、前記サンプルが外部にさらされることなく前記システム内で処理される、請求項1に記載のシステム。 The system of claim 1, wherein the system comprises a cartridge for accommodating the sample and the sample is processed within the system without being exposed to the outside. 複数の磁性粒子が前記サンプル内の前記分子と結合するように構成され、前記磁石が前記磁性粒子と相互作用し前記分子を前記機能化面に向けるように構成された、請求項1に記載のシステム。 The first aspect of claim 1, wherein the plurality of magnetic particles are configured to bind to the molecule in the sample, and the magnet interacts with the magnetic particle to direct the molecule to the functionalized surface. system. 前記機能化面に結合した時に前記第1のRNA転写物を含む前記結合分子のそれぞれがナノ粒子に結合するように構成され、前記ナノ粒子が前記光線を前記撮像装置へ反射するように構成された、請求項1に記載のシステム。 Each of the binding molecules, including the first RNA transcript, is configured to bind to the nanoparticles when bound to the functionalized surface, and the nanoparticles are configured to reflect the rays to the imaging device. The system according to claim 1. 前記ナノ粒子が金ナノ粒子である、請求項5に記載のシステム。 The system according to claim 5, wherein the nanoparticles are gold nanoparticles. 前記ナノ粒子がさらに拡大ナノ粒子の成長のための核形成部位として働くように構成された、請求項5に記載のシステム。 The system of claim 5, wherein the nanoparticles are configured to act as nucleation sites for the growth of further expanded nanoparticles. 前記撮像装置と前記フローセルの間に配置されたレンズをさらに備える、請求項1に記載のシステム。 The system according to claim 1, further comprising a lens arranged between the image pickup apparatus and the flow cell. 撮像装置と、機能化面に結合した捕捉プローブを有する前記機能化面を備えるフローセルと、磁石と、光源と、を用いたサンプル内の分子の分析方法であって、前記方法は、
第1のRNA転写物を含む分子を磁性粒子に結合すること、
前記磁石を介して前記第1のRNA転写物を含む前記分子を前記機能化面に向けること、
前記第1のRNA転写物を含む前記分子を前記捕捉プローブに結合すること、
前記光源からの光線を前記第1のRNA転写物を含む前記結合分子に向けること、
前記第1のRNA転写物を含む前記結合分子からの光を取り込むこと、
前記第1のRNA転写物を含む前記サンプル内の前記分子の量を決定すること、及び
前記分子の前記量に基づき前記サンプル内の前記第1のRNA転写物の発現レベルを決定すること、を含む、方法。
A method for analyzing molecules in a sample using an image pickup apparatus, a flow cell having the functionalized surface having a capture probe coupled to the functionalized surface, a magnet, and a light source.
Binding a molecule containing a first RNA transcript to a magnetic particle,
Directing the molecule containing the first RNA transcript towards the functionalized surface via the magnet.
Binding the molecule, including the first RNA transcript, to the capture probe.
Directing light from the light source to the binding molecule containing the first RNA transcript,
Incorporating light from the binding molecule, including the first RNA transcript,
Determining the amount of the molecule in the sample containing the first RNA transcript, and determining the expression level of the first RNA transcript in the sample based on the amount of the molecule. Including, method.
前記第1のRNA転写物の前記発現レベルに基づき病状又は治療効果を計算することをさらに含む、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, further comprising calculating the pathology or therapeutic effect based on the expression level of the first RNA transcript. 前記機能化面が第2のRNA転写物を含む分子を結合するように構成された第2の捕捉プローブを備え、前記方法が、
他の光線を前記第2のRNA転写物を含む前記結合分子に向けること、
前記第2のRNA転写物を含む前記結合分子からの光を取り込むこと、及び
前記第2のRNA転写物を含む前記サンプル内の前記分子の量を決定すること、をさらに含む、請求項10に記載の方法。
The method comprises a second capture probe configured such that the functionalized surface binds a molecule containing a second RNA transcript.
Directing another ray at the binding molecule containing the second RNA transcript,
The tenth aspect of the present invention further comprises taking in light from the binding molecule containing the second RNA transcript and determining the amount of the molecule in the sample containing the second RNA transcript. The method described.
前記サンプルを収容し外部にさらすことなく処理することをさらに含む、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, further comprising accommodating the sample and processing it without exposing it to the outside. 複数の磁性粒子を前記サンプル内の前記分子に結合すること、及び前記磁石を用いて前記分子を前記機能化面に向けることをさらに含む、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, further comprising binding a plurality of magnetic particles to the molecule in the sample and directing the molecule to the functionalized surface using the magnet. 前記撮像装置への前記光線の拡散を妨げることをさらに含む、請求項10に記載の方法。 10. The method of claim 10, further comprising interfering with the diffusion of the light beam onto the image pickup apparatus. 前記機能化面に結合した時に前記第1のRNA転写物を含む前記結合分子のそれぞれをナノ粒子に結合することをさらに含み、前記ナノ粒子が前記光線を前記撮像装置へ反射するように構成された、請求項10に記載の方法。 It further comprises binding each of the binding molecules, including the first RNA transcript, to the nanoparticles when bound to the functionalized surface, the nanoparticles being configured to reflect the rays to the imaging device. The method according to claim 10. 撮像装置と、磁石と、光源と、複数の捕捉プローブを有する機能化面を備えるフローセルと、を用いたサンプル内の分子の分析方法であって、前記複数の捕捉プローブのそれぞれが複数のRNA転写物の一つを含む前記サンプル内の分子を結合するように構成され、前記方法は、
前記サンプル内の分子を磁性粒子に結合すること、
前記磁石を用いて前記分子を前記機能化面に向けること、
前記分子の各特定の分子を、前記特定の分子の前記RNA転写物に結合するように構成された前記複数の捕捉プローブの一つに結合すること、
前記光源からの光線を前記複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した結合分子に向けること、
前記結合分子からの光を取り込むこと、
前記取り込んだ光に基づき前記複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した前記結合分子の量を決定すること、及び
前記複数のRNA転写物のそれぞれを結合するように構成された前記複数の捕捉プローブのそれぞれに結合した前記結合分子の前記量に基づき、前記複数のRNA転写物に対応する複数の発現レベルを決定すること、を含む、方法。
A method for analyzing molecules in a sample using an image pickup device, a magnet, a light source, and a flow cell having a functionalized surface having a plurality of capture probes, wherein each of the plurality of capture probes is a plurality of RNA transcriptions. The method is configured to bind molecules in the sample containing one of the objects.
Bonding the molecules in the sample to the magnetic particles,
Using the magnet to direct the molecule toward the functionalized surface,
Binding each particular molecule of the molecule to one of the plurality of capture probes configured to bind to the RNA transcript of the particular molecule.
Directing the light beam from the light source to the bound molecule bound to each of the plurality of capture probes.
Taking in light from the bound molecule,
The amount of the bound molecule bound to each of the plurality of capture probes is determined based on the captured light, and each of the plurality of capture probes configured to bind each of the plurality of RNA transcripts. A method comprising determining a plurality of expression levels corresponding to said plurality of RNA transcripts based on said amount of said bound molecule bound to.
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