JP2024000599A - Method for preparing and analyzing biopsy sample and biological sample - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for preparing and analyzing a biopsy sample and a biological sample.
SOLUTION: A matrix support method and a composition are provided for solidifying and preparing a liquid biopsy and another liquid sample for three-dimensional high-resolution imaging and diagnosis by a microscopic examination.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、蛍光顕微鏡法を含む顕微鏡法によって、生物学的試料、特に液体生検、および他の液体サンプルを分析するためのマトリックス支援方法および組成物に関する。 The present invention relates to matrix-assisted methods and compositions for analyzing biological samples, particularly liquid biopsies, and other liquid samples by microscopy, including fluorescence microscopy.

液体生検は、典型的には末梢血、骨髄、脳脊髄液、尿、唾液、痰、涙、精液、または他の組織源などの体液から得られる。液体試料中のバイオマーカーまたは成分は、疾患スクリーニング、検出、病期分類、およびサーベイランスなどの様々な診断用途のために評価または測定することができる。 Liquid biopsies are typically obtained from body fluids such as peripheral blood, bone marrow, cerebrospinal fluid, urine, saliva, sputum, tears, semen, or other tissue sources. Biomarkers or components in liquid samples can be evaluated or measured for various diagnostic applications such as disease screening, detection, staging, and surveillance.

液体生検におけるバイオマーカーは細胞成分および細胞外成分を含むことができ、その選択は、医学的状態または治療状態などの複数の因子に依存することができる。例えば、バイオマーカーは、固形腫瘍または転移に由来する循環腫瘍細胞(CTC)およびCTCクラスター、ならびに心血管および他の状態に関連する循環内皮細胞(CEC)などの、稀な循環細胞を区別する抗原または他の属性に対応することができる。例えば、Lim et al. 2019, NPJ Prec. Oncol. 3, 23; Rostami et al. 2019, J. Sci: Adv. Mat. Dev. 4, 1-18; Schmidt et al. 2015, Trends Cardiovasc. Med. 25, 578-587を参照。そのような細胞は、遺伝的異常および他の分子特性についてさらに処理することができる。バイオマーカーはまた、循環腫瘍由来因子、分泌タンパク質、放出された小胞およびエキソソーム、ならびに無細胞核酸などの細胞外成分を同定することができる。無細胞核酸は、癌モニタリングに適用される無細胞腫瘍DNA(ctDNA)、ならびに母体血液中に見出され非侵襲性出生前試験に適用される細胞リー胎児DNA(cffDNA)を含む。Campos et al. 2018, Cancer J. 24, 93-103; Sifakis et al. 2014, Mol. Med. Rep. 11, 30 2367-2372を参照。その後のゲノミクスおよびタンパク質プロセシングは、細胞外バイオマーカーのさらなる分析を可能にすることができる。 Biomarkers in liquid biopsies can include cellular and extracellular components, and their selection can depend on multiple factors, such as the medical or treatment condition. For example, biomarkers are antigens that distinguish rare circulating cells, such as circulating tumor cells (CTCs) and CTC clusters derived from solid tumors or metastases, and circulating endothelial cells (CECs) associated with cardiovascular and other conditions. or can correspond to other attributes. For example, Lim et al. 2019, NPJ Prec. Oncol. 3, 23; Rostami et al. 2019, J. Sci: Adv. Mat. Dev. 4, 1-18; Schmidt et al. 2015, Trends Cardiovasc. Med. 25, 578-587. Such cells can be further processed for genetic abnormalities and other molecular characteristics. Biomarkers can also identify extracellular components such as circulating tumor-derived factors, secreted proteins, released vesicles and exosomes, and cell-free nucleic acids. Cell-free nucleic acids include cell-free tumor DNA (ctDNA), which is applied in cancer monitoring, as well as cell-free fetal DNA (cffDNA), which is found in maternal blood and is applied in non-invasive prenatal testing. Campos et al. 2018, Cancer J. 24, 93-103; Sifakis et al. 2014, Mol. Med. Rep. 11, 30 2367-2372. Subsequent genomics and protein processing can enable further analysis of extracellular biomarkers.

典型的な生検方法は、いくつかのアプローチを包含することができる。例えば、Harouaka et al., 2014, Pharmacol. Ther. 141, 209-221を参照。1つの一般的なアプローチは、細胞標的および細胞外標的に結合した抗体の検出を可能にする、マイクロ流体工学およびマイクロチップに基づく方法などの免疫親和性に基づく。これらの方法は、浮遊細胞と抗体被覆表面との間の抗体抗原結合に依存し、したがって、膜タンパク質などの標的細胞表面上に存在する抗原に限定される。加えて、これらの方法の有効性は、抗体による効率的かつ特異的な認識を可能にするのに十分なレベルの細胞表面抗原に依存する(例えば、細胞表面上での低いEpCAM発現は、不十分な細胞対チップ表面結合をもたらし得る)。これらの方法は一般に、複雑な試料の効果的な分析を不可能にする低いセル流量をもつ。したがって、そのような方法の範囲、感度、特異性、およびスループット、ならびに他の免疫親和性に基づく方法(磁気ビーズに基づくものなど)は限定される。 A typical biopsy method can include several approaches. For example, Harouaka et al. , 2014, Pharmacol. Ther. See 141, 209-221. One common approach is based on immunoaffinity, such as microfluidics and microchip-based methods, which allow detection of antibodies bound to cellular and extracellular targets. These methods rely on antibody-antigen binding between floating cells and antibody-coated surfaces and are therefore limited to antigens present on the target cell surface, such as membrane proteins. In addition, the effectiveness of these methods depends on sufficient levels of cell surface antigen to allow efficient and specific recognition by antibodies (e.g., low EpCAM expression on the cell surface (can provide sufficient cell-to-chip surface binding). These methods generally have low cell flow rates that preclude effective analysis of complex samples. Therefore, the scope, sensitivity, specificity, and throughput of such methods, as well as other immunoaffinity-based methods (such as those based on magnetic beads), are limited.

別の一般的なアプローチは細胞学であり、顕微鏡下で細胞を直接検査する。しかしながら、このアプローチは、細胞の光散乱性のため、一度に(例えば、スライドガラス上の単一層として)少数の細胞のみを検査することに限定され、したがって、このアプローチを使用して、2ccで血液でさえ存在し得る数百万の細胞中の稀な標的を検出することは、実用的ではなく、経済的に実現可能ではない。 Another common approach is cytology, which examines cells directly under a microscope. However, this approach is limited to examining only a small number of cells at a time (e.g., as a monolayer on a glass slide) due to the light scattering nature of the cells, and therefore using this approach, 2 cc. Detecting rare targets in the millions of cells that may be present even in blood is not practical or economically feasible.

別のアプローチ、フローサイトメトリーでは、毎秒数千個の細胞が1つまたは複数のレーザービームを1つずつ通過し、そこで、それらは、(例えば、細胞サイズおよび粒度に依存する)光散乱の異なるパターンおよび(どの蛍光プローブが細胞に結合されるかに依存する)蛍光発光を生じ得る。例えば、Flow cytometry: retrospective, fundamentals and recent instrumentation, Cytotechnology, 2012 Mar; 64(2): 109-130を参照。しかしながら、フローサイトメトリー法は、関心のある細胞がまれである場合、高い分解能および信頼性を提供しない。例えば、それらは、細胞の潜在的な形態学的または機能的特性を確認するために、細胞の直接目視検査を提供しない。さらに、ゲーティング問題は、蛍光信号強度と、検出器によって捕捉されたピクセル(分析されたサンプルのラベリング品質または形態学的詳細に関する情報を提供しない)とに基づいて生じ得る。例えば、小さなゲーティング変化または摂動でさえ、サイズが小さいかまたは微弱な蛍光シグナルを有するCTC細胞および他の稀な細胞(例えば、CEC)の排除をもたらし得る。 In another approach, flow cytometry, thousands of cells per second are passed one by one through one or more laser beams, where they are detected with different light scattering (depending on cell size and granularity, for example). Patterns and (depending on which fluorescent probes are bound to the cells) fluorescent emissions can result. See, eg, Flow cytometry: retrospective, fundamentals and recent instrumentation, Cytotechnology, 2012 Mar; 64(2): 109-130. However, flow cytometry methods do not provide high resolution and reliability if the cells of interest are rare. For example, they do not provide direct visual inspection of cells to confirm potential morphological or functional properties of the cells. Furthermore, gating problems can arise based on the fluorescence signal intensity and the pixels captured by the detector, which do not provide information about the labeling quality or morphological details of the analyzed sample. For example, even small gating changes or perturbations can result in the exclusion of CTC cells and other rare cells (eg, CEC) that are small in size or have weak fluorescent signals.

これらおよび他の制限を考慮すると、液体生検分析におけるさらなる改善が依然として必要とされている。 Considering these and other limitations, further improvements in liquid biopsy analysis are still needed.

本発明は、3次元ゲルまたは他の非液体形態で生検成分を標識し、分散させ、捕捉する方法および組成物を提供することによって、当技術分野におけるこれらおよび他の必要性に対処する。この形態で維持される場合、離散的で稀なバイオマーカーは、光シート蛍光顕微鏡法および他の方法などの迅速な画像化方法によって、高分解能および高感受性で検出することができる。より一般的には、これらの方法が、任意の(生物学的または非生物学的)サンプル中の成分に適用可能であり、その分解能は、液体中での分散、およびその後の非液体状態での捕捉および撮像によって改善することができる。 The present invention addresses these and other needs in the art by providing methods and compositions for labeling, dispersing, and capturing biopsy components in three-dimensional gels or other non-liquid forms. When maintained in this form, discrete and rare biomarkers can be detected with high resolution and sensitivity by rapid imaging methods such as light-sheet fluorescence microscopy and other methods. More generally, these methods are applicable to components in any sample (biological or non-biological) and their resolution is limited by dispersion in liquids and subsequent non-liquid states. can be improved by capturing and imaging.

本発明の開示は、本明細書にさらに記載されるように、液体生物試料を含む生物学的および非生物学的サンプル中の成分を調製および分析するためのマトリックス支援方法、たとえば、ゲル形成に基づくマトリックス支援方法を提供する。液体試料は、ヒトおよび動物を含む任意の供給源に由来し得る。実施形態では、それは末梢血、骨髄、脳脊髄液、および他の組織供給源から得られた液体生検に由来することができ、そのすべてをさらに処理することができる。実施形態において、それは、固体組織生検などの固体供給源を含む他の供給源から得られる材料の液体分散体に由来し得る。 The present disclosure provides matrix-assisted methods for preparing and analyzing components in biological and non-biological samples, including liquid biological samples, such as gel formation, as further described herein. A matrix support method based on the present invention is presented. Liquid samples can come from any source, including humans and animals. In embodiments, it can be derived from liquid biopsies obtained from peripheral blood, bone marrow, cerebrospinal fluid, and other tissue sources, all of which can be further processed. In embodiments, it may be derived from liquid dispersions of materials obtained from other sources, including solid sources such as solid tissue biopsies.

実施形態において、マトリックス支援方法は、生物学的材料を含む生物学的試料に固化剤(例えば、ゲル化剤)を添加すること;分散された生物学的材料を含む固化サンプル(例えば、ゲル化試料)を生成すること;および生物学的材料中の1つ以上の成分を同定するために固化試料を画像化することを含む。生物学的材料は、核酸、タンパク質、および小分子を含む任意の生体分子を含むことができ、これらは、実施形態では、医学的状態または疾患状態のバイオマーカーとしての役割をすることができる。例えば、生体分子は、血液中の稀な循環細胞、例えば、循環腫瘍細胞、循環内皮細胞、ならびに生物試料中に存在し得る他の細胞および細胞クラスターのバイオマーカーとして役立つことができる。実施形態では、試料中の生物学的材料は、例えば、大量の血液または他の試料源から細胞を濃縮することによって濃縮することができる。しかしながら、有利には、本開示の方法は、細胞の事前選択または事前スクリーニングを必要とせず、代わりに、本方法は、例えば、試料中の特異的細胞表面マーカーを同定する標識抗体を検出することによって、試料中の生物学的材料に結合した抗体または核酸プローブなどのバイオマーカー標識を検出することによって、非選択または非スクリーニング細胞のサンプルの不偏分析を可能にする。 In embodiments, the matrix-assisted method includes adding a solidifying agent (e.g., a gelling agent) to a biological sample containing biological material; and imaging the solidified sample to identify one or more components in the biological material. Biological materials can include any biological molecule, including nucleic acids, proteins, and small molecules, which, in embodiments, can serve as biomarkers of medical or disease conditions. For example, biomolecules can serve as biomarkers for rare circulating cells in the blood, such as circulating tumor cells, circulating endothelial cells, and other cells and cell clusters that may be present in a biological sample. In embodiments, biological material in a sample can be concentrated, for example, by concentrating cells from a large volume of blood or other sample source. However, advantageously, the methods of the present disclosure do not require pre-selection or pre-screening of cells; instead, the methods detect labeled antibodies that identify specific cell surface markers in the sample, e.g. allows unbiased analysis of samples of unselected or unscreened cells by detecting biomarker labels, such as antibodies or nucleic acid probes, bound to biological material in the sample.

実施形態において、本明細書に開示されるにように、方法のいずれかにおいて、固化剤を添加する工程は、低融点アガロースまたはヒドロゲル前駆体などの液体ゲル溶液を試料に添加すること;ゲルなどの固体の形成を可能にする条件下で試料に直接薬剤を添加すること;ヒドロゲルを形成すること又は他の方法を含む。固化剤を添加する前に、本方法は本明細書に記載されるように、生物試料の成分を固定手順に供することを含むことができ、また、分子プローブを用いて、タンパク質または20核酸などの1つまたは複数の生体分子を標識することを含むこともできる。分子プローブとしては、本明細書に記載のものを含む、当技術分野で公知の抗体、色素、および核酸プローブが挙げられる。実施形態において、プローブは、循環腫瘍細胞およびクラスター、ならびに無細胞腫瘍または胎児由来DNA、ならびにDNAおよび染色体異常、増幅、欠失、および転座などの細胞核における遺伝的および構造的変化を同定するために使用することができる。 In embodiments, in any of the methods as disclosed herein, adding a solidifying agent comprises adding a liquid gel solution, such as a low melting point agarose or a hydrogel precursor, to the sample; a gel, etc. adding the drug directly to the sample under conditions that allow the formation of a solid; forming a hydrogel, or other methods. Prior to adding the solidifying agent, the method can include subjecting the components of the biological sample to a fixation procedure, as described herein, and using molecular probes, such as proteins or 20 nucleic acids. may also include labeling one or more biomolecules. Molecular probes include antibodies, dyes, and nucleic acid probes known in the art, including those described herein. In embodiments, probes are used to identify circulating tumor cells and clusters, as well as cell-free tumor- or fetal-derived DNA, and genetic and structural changes in the cell nucleus, such as DNA and chromosomal aberrations, amplifications, deletions, and translocations. It can be used for.

実施形態において、固化剤を液体試料に添加するステップは、生物学的材料を含有するサンプル(例えば、生物学的材料を含むペレット)を、そのゲル化点を超えて上昇した温度を有する液体(溶融)ゲル溶液と混合することを含む。したがって、実施形態において、細胞ペレット、例えば、標識されPBS中で洗浄されたものは、ゲル溶液中に再懸濁され、冷却されてゲルになる。再懸濁ステップはまた、(例えば、PBST)処理後のペレットに関連した任意の微量液体を、ゲル溶液中で希釈および混合して画像化のための均一なサンプルをすることを可能にする。 In embodiments, adding the solidifying agent to the liquid sample comprises adding the solidifying agent to the liquid sample (e.g., a pellet containing the biological material) to the liquid sample having an elevated temperature above its gel point. melting) including mixing with the gel solution. Thus, in embodiments, a cell pellet, eg, labeled and washed in PBS, is resuspended in a gel solution and cooled into a gel. The resuspension step also allows any trace liquid associated with the pellet after processing (eg, PBST) to be diluted and mixed in the gel solution to create a homogeneous sample for imaging.

代替の実施形態では、固化剤を液体試料に添加するステップは、生物学的材料を含有するサンプル(例えば、生物学的材料を含むペレット)を、1つ以上のヒドロゲル前駆体を含む混合物または溶液と混合するステップと、固化(例えば、ゲル化)を誘導するように混合物の状態を変更するステップとを含む。ヒドロゲルの形成は当技術分野で公知であり、本開示による様々な方法によって達成することができる。例えば、第2の薬剤(例えば、Caイオンまたは架橋剤)を、当技術分野で公知の方法に従ってヒドロゲル前駆体のゲル化を誘導するのに十分な量で添加することができる。 In an alternative embodiment, adding a solidification agent to a liquid sample comprises adding a sample containing biological material (e.g., a pellet containing biological material) to a mixture or solution containing one or more hydrogel precursors. and altering the state of the mixture to induce solidification (eg, gelation). Formation of hydrogels is known in the art and can be accomplished by a variety of methods according to the present disclosure. For example, a second agent (eg, Ca + ions or a crosslinking agent) can be added in an amount sufficient to induce gelation of the hydrogel precursor according to methods known in the art.

例えば、試料を遠心分離してペレットを得る工程、およびアルギン酸塩ヒドロゲル前駆体溶液に再懸濁する工程、および適当な量のCaCl液(例えば、0.2M)と混合してゲル化を開始する工程を含む、本明細書に記載のようにして、試料を処理することができる。この例示的な方法では、ゲルが短時間(例えば、約15分)内に形成され、その後、(必要な場合)屈折率整合のため、および画像化のために取り付けることができる。 For example, centrifuging the sample to obtain a pellet, resuspending it in an alginate hydrogel precursor solution, and mixing with an appropriate amount of CaCl2 (e.g., 0.2 M) to initiate gelation. A sample can be processed as described herein, including the steps of: In this exemplary method, the gel is formed within a short period of time (eg, about 15 minutes) and can then be mounted for index matching (if needed) and for imaging.

いずれの方法でも、分散された生物学的材料を含む固化サンプルを作成するステップは、固化剤を添加して固化を生じさせた後に、サンプルをサンプルホルダーに移すステップを含むことができる。他の実施形態では、サンプルは、固化剤が添加されるサンプルホルダー内で直接調製することができ、したがって、単一のチューブ内で予備ゲル化および固化ステップを一緒にできる。サンプルは、材料の分散を確実にするために、固化の前に、サンプルホルダー内で撹拌、振盪、振動、または他の方法で撹拌することができる。実施形態では、固化したサンプルは、所望の画像化システムに適合する形態である、ブロック、円筒形状、または任意の他の形状の、画像化に適した形状を有する。実施形態において、分散された生物学的材料を含む固化されたサンプルは、屈折率整合を達成するために、透明化(または平衡化)溶液に移される。他の実施形態では、屈折率整合は、例えば、使用される特定の固化剤の適切な光学特性のため必要ではない。例えば、分散された細胞のサンプルが透明なマトリックス中で調製される場合、次いで、個々に分散された細胞の表面上(または中)の標識された分子は屈折率整合材料(例えば、屈折率整合溶液)中でのプレインキュベーションなしで適切に画像化され得る。ある実施形態では、凝固は、生体試料を屈折率整合材料(例えば、屈折率整合溶液)と混合することを含み、それによって、屈折率整合材料による別個の処理の必要性を避けることがきる。 In either method, creating a solidified sample containing dispersed biological material can include adding a solidifying agent to cause solidification, and then transferring the sample to a sample holder. In other embodiments, the sample can be prepared directly in the sample holder where the solidifying agent is added, thus allowing the pre-gelation and solidification steps to be combined in a single tube. The sample can be stirred, shaken, vibrated, or otherwise agitated within the sample holder prior to solidification to ensure dispersion of the materials. In embodiments, the solidified sample has a shape suitable for imaging, such as a block, cylindrical shape, or any other shape that is in a form compatible with the desired imaging system. In embodiments, a solidified sample containing dispersed biological material is transferred to a clearing (or equilibration) solution to achieve refractive index matching. In other embodiments, index matching is not necessary, for example due to suitable optical properties of the particular solidifying agent used. For example, if a sample of dispersed cells is prepared in a transparent matrix, labeled molecules on (or in) the surface of the individually dispersed cells are then injected into an index-matching material (e.g., index-matched). can be properly imaged without pre-incubation in solution). In certain embodiments, coagulation can include mixing the biological sample with an index matching material (e.g., an index matching solution), thereby avoiding the need for separate processing with the index matching material.

固化サンプルを画像化するステップは、実施形態において、蛍光顕微鏡法、より具体的には蛍光光シート顕微鏡法を含む様々な顕微鏡技術によって、ブロックなどの適切に成形された固体サンプルを画像化することを含むことができる。実施形態において、画像化は、固化サンプル中の単一細胞同定を可能にし、より具体的には、例えば、循環腫瘍細胞または癌マーカーなどの1つまたは複数の癌細胞を検出することを含むことができる。固化サンプルのサイズは、用途、感度、およびアッセイされる生体分子に応じて変化し得る。実施形態では、画像化を使用して、細胞間相互作用、ならびに細胞の形態学的および構造的特徴、例えば、サイズ、形状、および核対細胞質比、ならびに細胞小器官の特徴を分析することができる。 Imaging the solidified sample, in embodiments, comprises imaging a suitably shaped solid sample, such as a block, by various microscopy techniques, including fluorescence microscopy, more specifically fluorescent light sheet microscopy. can include. In embodiments, the imaging enables single cell identification in the solidified sample, and more specifically comprises detecting one or more cancer cells, e.g. circulating tumor cells or cancer markers. I can do it. The size of the solidified sample can vary depending on the application, sensitivity, and biomolecule being assayed. In embodiments, imaging can be used to analyze cell-cell interactions and morphological and structural characteristics of cells, such as size, shape, and nuclear-to-cytoplasmic ratio, as well as organelle characteristics. can.

本発明の方法は、例えば、液体および/または組織生検を顕微鏡的に分析することによって、疾患を評価、診断、またはモニタリングすること、疾患状態におけるサンプル(例えば、血液または組織試料)に対するそれらの効果について候補治療剤をスクリーニングすること、およびサンプル中のバイオマーカーのパネルの発現を評価することを含むが、これらに限定されない、多数の用途において有用である。 The methods of the invention are useful for evaluating, diagnosing, or monitoring a disease, e.g., by microscopically analyzing liquid and/or tissue biopsies, their use on samples (e.g., blood or tissue samples) in a disease state. It is useful in a number of applications including, but not limited to, screening candidate therapeutic agents for efficacy and assessing the expression of a panel of biomarkers in a sample.

図1は、液体生物学的サンプルを調製し、分析するための、本開示の一つの実施形態による、マトリックス支援プロトコルの模式図である。プロトコルにおける段階は、(1)細胞調製、(2)試料のゲル化および透明化、(3)試料のマウンティングおよび画像化、ならびに(4)試料の可視化および分析を含むことができる。FIG. 1 is a schematic diagram of a matrix-assisted protocol for preparing and analyzing liquid biological samples, according to one embodiment of the present disclosure. Steps in the protocol can include (1) cell preparation, (2) sample gelation and clearing, (3) sample mounting and imaging, and (4) sample visualization and analysis. 図2A~2Cは、実施例2に記載されるように、光シート顕微鏡画像化チャンバから得られた画像を示す。図2Cのスケールバー(20μm)。2A-2C show images obtained from a light sheet microscopic imaging chamber as described in Example 2. Scale bar (20 μm) in Figure 2C. 図3A~図3Cは実施例3に記載されるように、光シート顕微鏡画像化チャンバから得られた画像を示す。スケールバー:図3A(50μm);図3B(300μm);図3C(50μm)。3A-3C show images obtained from a light sheet microscopic imaging chamber as described in Example 3. Scale bars: Figure 3A (50 μm); Figure 3B (300 μm); Figure 3C (50 μm). 図4A~4Dは実施例4に記載されるように、光シート顕微鏡画像化チャンバから得られた画像を示す。図4Bのスケールバー(30μm)。4A-4D show images obtained from a light sheet microscopic imaging chamber as described in Example 4. Scale bar in Figure 4B (30 μm). 図5Aおよび5Bは、実施例5に記載の患者Aの3Dゲルデータを示す。図5Aのスケールバー(150μm)。5A and 5B show 3D gel data for Patient A as described in Example 5. Scale bar in Figure 5A (150 μm). 図6Aおよび6Bは実施例5に記載されるように、患者Bについての3Dゲルデータを示す。スケールバー:図6A(200μm);図6B(2μm)。6A and 6B show 3D gel data for Patient B, as described in Example 5. Scale bars: Figure 6A (200 μm); Figure 6B (2 μm).

発明の詳細な説明
本開示は、1つまたは複数のバイオマーカーの存在について、液体生検などの液体サンプルを分析するためのマトリックス支援方法および組成物を提供する。実施形態において、本発明の方法および組成物は、サンプル中の分散された材料を固化して、それらを三次元状態で捕捉および固定化するために使用される。続いて、材料中に存在し得る希少疾患マーカーなどの関心対象のバイオマーカーを高感度および高特異性で検出および決定することができる。本発明のマトリックス支援方法は、液体サンプルを、分散成分を有する固体サンプルに変換するための、溶融ゲル溶液またはヒドロゲル前駆体などの固化剤の使用を含む。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present disclosure provides matrix-assisted methods and compositions for analyzing liquid samples, such as liquid biopsies, for the presence of one or more biomarkers. In embodiments, the methods and compositions of the invention are used to solidify dispersed materials in a sample to capture and immobilize them in a three-dimensional state. Subsequently, biomarkers of interest such as rare disease markers that may be present in the material can be detected and determined with high sensitivity and specificity. The matrix-assisted method of the present invention involves the use of a solidifying agent, such as a molten gel solution or a hydrogel precursor, to convert a liquid sample into a solid sample with dispersed components.

実施形態では、本開示が、蛍光顕微鏡を含む顕微鏡によって液体生検および他の液体サンプルを分析するためのマトリックス支援方法および組成物を使用する、癌細胞マーカーなどの希少分子を含むバイオマーカーを検出するための三次元撮像アプローチを提供する。 In embodiments, the present disclosure provides methods for detecting biomarkers, including rare molecules, such as cancer cell markers, using matrix-assisted methods and compositions for analyzing liquid biopsies and other liquid samples by microscopy, including fluorescence microscopy. We provide a three-dimensional imaging approach for

実施形態において、バイオマーカーは、循環腫瘍細胞および循環内皮細胞などの希少循環細胞の成分などの細胞成分を示す。例えば、バイオマーカーは、そのような腫瘍細胞を同定することができる細胞表面タンパク質、形態学的マーカー、または核酸配列を含み得る。実施形態において、バイオマーカーは、特定の疾患または健康状態を示す細胞外DNA、タンパク質、または小胞などの細胞外成分を示す。 In embodiments, the biomarker is indicative of a cellular component, such as a component of rare circulating cells, such as circulating tumor cells and circulating endothelial cells. For example, biomarkers can include cell surface proteins, morphological markers, or nucleic acid sequences that can identify such tumor cells. In embodiments, a biomarker is indicative of an extracellular component such as extracellular DNA, protein, or vesicles that is indicative of a particular disease or health condition.

バイオマーカーは本明細書に記載されるように、公知の技術によって標識することができ、それらは、複雑なサンプルであっても、広範な画像化方法によって、より詳細には、光シート蛍光顕微鏡法および他の顕微鏡法を含む蛍光顕微鏡法によって検出される。 Biomarkers can be labeled by known techniques, as described herein, and they can be labeled even in complex samples by a wide range of imaging methods, more specifically by light sheet fluorescence microscopy. Detected by fluorescence microscopy, including microscopy and other microscopy methods.

用語と定義
別途定義されない限り、本明細書で使用される技術用語および科学用語は、当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと類似または同等の任意の方法、装置及び材料は、本発明の実施に使用することができる。以下の定義は、本明細書で頻繁に使用される特定の用語の理解を容易にするために提供されるが、本開示の範囲を限定することを意味するものではない。
Terms and Definitions Unless otherwise defined, technical and scientific terms used herein have the same meanings as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Any methods, devices and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice of the invention. The following definitions are provided to facilitate understanding of certain terms frequently used herein and are not meant to limit the scope of the disclosure.

本明細書で使用するとき、「約」又は「およそ」という語は特定の値を含む一定の範囲の値を意味し、当業者は、特定の値と合理的に類似すると考える。実施形態において、「約」は、当該技術分野において一般的に許容される計測を用いて、標準偏差内であることを意味する。実施形態において、「約」は、特定の数値の+/-10%に及ぶ範囲を意味する。実施形態において、「約」は指定された数値を意味する。 As used herein, the words "about" or "approximately" mean a range of values that includes a particular value, and which one of ordinary skill in the art would consider to be reasonably similar to the particular value. In embodiments, "about" means within a standard deviation using measurements generally accepted in the art. In embodiments, "about" means a range extending +/-10% of the specified value. In embodiments, "about" means the specified numerical value.

用語「約」が明示的に使用されるかどうかにかかわらず、本明細書に記載の全ての量は、実際の与えられた値、および当業者に基づいて合理的に推論されるのであろう値(そのような所与の値の実験および/または測定条件に起因する同等なおよび近似値を含む)である近似の値の両方を指すことを意味すると理解される。したがって、数値が「約」または「およそ」で始まる本開示の任意の実施形態について、本開示は、具体的な値が列挙される実施形態を含む。逆に、数値が「約」または「およそ」で始まらない本開示の任意の実施形態について、本開示は、数値が「約」または「およそ」で始まる実施形態を含む。 All quantities set forth herein, whether or not the term "about" is explicitly used, may be reasonably inferred based on the actual values given and by one of ordinary skill in the art. It is understood that it refers to both values of approximation (including equivalents and approximations resulting from experimental and/or measurement conditions of such a given value). Therefore, for any embodiment of this disclosure in which a numerical value begins with "about" or "approximately," this disclosure includes embodiments in which specific values are recited. Conversely, for any embodiment of this disclosure where the number does not begin with "about" or "approximately," this disclosure includes embodiments where the number begins with "about" or "approximately."

特に明記しない限り、パーセンテージまたは重量(wt)パーセンテージとして提供される濃度は、重量/体積(w/v)濃度を指す。例えば、100mL溶液中の成分の2%または2重量%は、その成分の2グラムに相当する。 Unless otherwise specified, concentrations provided as percentages or weight (wt) percentages refer to weight/volume (w/v) concentrations. For example, 2% or 2% by weight of an ingredient in a 100 mL solution corresponds to 2 grams of that ingredient.

本明細書で使用するとき、用語「ひとつの(a)」、「ひとつの(an)」、及び「その(the)」は、特に明記しない限り、単数及び複数の両方を意味すると理解されるべきである。したがって、「a」、「an」、および「the」(および、適切な場合、その文法的変形)は、1つまたは複数を指す。 As used herein, the terms "a," "an," and "the" are understood to mean both singular and plural, unless otherwise specified. Should. Thus, "a," "an," and "the" (and grammatical variations thereof, where appropriate) refer to one or more.

さらに、実施形態の項目、要素、または構成要素は、単数計として説明または特許請求され得るが、単数形への限定が明示的に述べられない限り、複数形はその範囲内であることが意図される。 Furthermore, although an item, element, or component of an embodiment may be described or claimed in the singular, the plural is intended to be included therein unless limitation to the singular is explicitly stated. be done.

用語「含む」および「包含する」は、本明細書において、それらのオープンで非限定的な意味で使用される。本明細書で使用される他の用語および語句、ならびにその変形は、別段の明示的な記載がない限り、限定ではなく、オープンエンドであると解釈されるべきである。前述の例として、用語「例」は、その網羅的または限定的なリストではなく、議論中の項目の例示的な事例を提供するために使用される。「従来の」、「通常の」、「既知の」および同様の意味の用語などの目的は、記載された項目を所与の時間または所与の時間の時点で利用可能な項目に限定すると解釈されるべきではなく、代わりに、現在または将来の任意の時点で利用可能または既知であり得る従来の、または通常の技術を包含すると解釈されるべきである。同様に、本明細書が当業者に明らかであるかまたは知られている技術に言及する場合、そのような技術は、現在または将来の任意の時点で、当業者に明らかであるかまたは知られている技術を包含する。 The terms "comprising" and "comprising" are used herein in their open, non-limiting sense. Other terms and phrases used herein, and variations thereof, unless expressly stated otherwise, should be construed as open-ended rather than limiting. As an example of the foregoing, the term "example" is used to provide an illustrative instance of the item under discussion, rather than an exhaustive or restrictive list thereof. Terms such as "conventional," "usual," "known" and words of similar meaning shall be construed to limit the items described to those available at a given time or as of a given point in time. but should instead be construed to include conventional or conventional techniques that may be available or known at any time now or in the future. Similarly, when this specification refers to techniques that are obvious or known to those skilled in the art, such techniques may not be obvious or known to those skilled in the art now or at any time in the future. It encompasses the technologies that are currently in use.

本明細書で使用される場合、用語「固化サンプル」は非液体形態、例えば固体またはゲル形態のサンプルを指し、固体またはゲル材料は、3次元サンプル中に分散状態の生物学的材料を捕捉する、すなわち固定化するための支持マトリックスを提供する。続いて、サンプル中の分散した材料を、3次元で効率的に同定し画像化することができる。本明細書で使用される場合、用語「固化剤」はゲルを形成することができるゲル化剤、並びに、例えば、高密度で、分散された生物学的材料を支持するのに望ましいエポキシ及び他の剤を含む。 As used herein, the term "solidified sample" refers to a sample in non-liquid form, e.g. solid or gel form, where the solid or gel material captures biological material in a dispersed state in a three-dimensional sample. , i.e. provides a support matrix for immobilization. Subsequently, dispersed materials in the sample can be efficiently identified and imaged in three dimensions. As used herein, the term "solidifying agent" refers to gelling agents capable of forming gels, as well as epoxies and others desirable for supporting dense, dispersed biological materials. Contains agents.

本明細書で使用される場合、用語「生物学的サンプル」および「生物学的試料」(および文脈に依存して、「サンプル」または「試料」)は、核酸またはタンパク質などの生体分子を含むか、または含むと考えられる任意の生物学的材料を指す。本明細書で提供される組成物および方法で操作することができるサンプルは、インビボまたはインビトロ供給源から得ることができ、したがって、げっ歯類モデルなどの対象から解剖された細胞、組織、ウイルス、および器官などの試料、ならびにインビトロで増殖させた細胞、組織、およびミニ器官などの試料を含む。例示的な生物学的試料には、これに限定されるものではないが、肝臓、脾臓、腎臓、肺、腸、胸腺、結腸、扁桃、精巣、皮膚、脳、心臓、筋肉、および膵臓の組織および器官を含む固形組織および器官が含まれる。実施形態において、サンプルは、マウス、ラット、および他の動物を含む動物から得られた全器官である。実施形態では、生物試料がげっ歯類、より具体的にはマウスなどからの脳組織または脳全体である。他の生物学的サンプルとしては、細胞、ウイルス、および他の微生物が挙げられる。実施形態において、生物学的サンプルは、ヒト、動物、または植物に由来する。実施形態では、サンプルは、ヒト、イヌまたはネコなどのコンパニオン動物、ウシ、ヒツジおよびブタなどの農業用動物、ラットまたはマウスなどのげっ歯類、動物園動物、たとえばサルなどの霊長類に由来する。 As used herein, the terms "biological sample" and "biological specimen" (and, depending on the context, "sample" or "specimen") include biological molecules such as nucleic acids or proteins. Refers to any biological material that is or is believed to contain. Samples that can be manipulated with the compositions and methods provided herein can be obtained from in vivo or in vitro sources, such as cells, tissues, viruses dissected from subjects such as rodent models, and organs, and samples such as cells, tissues, and mini-organs grown in vitro. Exemplary biological samples include, but are not limited to, liver, spleen, kidney, lung, intestine, thymus, colon, tonsils, testes, skin, brain, heart, muscle, and pancreatic tissue. and solid tissues and organs, including organs. In embodiments, the sample is a whole organ obtained from an animal, including mice, rats, and other animals. In embodiments, the biological sample is brain tissue or a whole brain, such as from a rodent, more specifically a mouse. Other biological samples include cells, viruses, and other microorganisms. In embodiments, the biological sample is derived from a human, animal, or plant. In embodiments, the sample is derived from a human, a companion animal such as a dog or cat, an agricultural animal such as a cow, sheep and a pig, a rodent such as a rat or mouse, a zoo animal, e.g. a primate such as a monkey.

例示的な生物学的サンプルとしては、生検に由来する材料、骨髄サンプル、器官サンプル、皮膚断片、生体、および臨床的または法医学的状況から得られる材料が挙げられるが、これらに限定されない。実施形態では、生物学的サンプルは組織サンプルであり、好ましくは臓器サンプルである。サンプルは、疾患もしくは他の病態に罹患しているか、またはそれらが疑われるか(正常もしくは罹患している)、または正常もしくは健康であると考えられる動物またはヒト対象から得ることができる。器官および組織サンプルなどの試料は、本明細書に記載の方法を使用して収集および処理されることができ、処理の直後に顕微鏡分析に供され得るか、または保存され、将来の時間、例えば、長期間保存した後に、顕微鏡分析に供され得る。実施形態において、本明細書に記載の方法は、生細胞を分析するために使用することができ、他の実施形態において、本明細書に記載の方法は、固定細胞を分析するために使用することができる。 Exemplary biological samples include, but are not limited to, material derived from biopsies, bone marrow samples, organ samples, skin fragments, living organisms, and material obtained from clinical or forensic situations. In embodiments, the biological sample is a tissue sample, preferably an organ sample. The sample can be obtained from an animal or human subject suffering from or suspected of having a disease or other condition (normal or diseased), or considered normal or healthy. Samples such as organ and tissue samples can be collected and processed using the methods described herein and can be subjected to microscopic analysis immediately after processing or stored and stored at a future time, e.g. , can be subjected to microscopic analysis after long-term storage. In embodiments, the methods described herein can be used to analyze live cells, and in other embodiments, the methods described herein can be used to analyze fixed cells. be able to.

特定の実施形態では、生物学的サンプルは、末梢血、骨髄、脳脊髄液、尿、唾液、痰、涙、精液、または他の組織源などの体液から得られる液体生検である。 In certain embodiments, the biological sample is a liquid biopsy obtained from a body fluid such as peripheral blood, bone marrow, cerebrospinal fluid, urine, saliva, sputum, tears, semen, or other tissue sources.

本明細書で使用される場合、用語「生体分子」は、「分子」と変更可能であり、生物学的サンプルまたは試料中に存在する分子を指す。一態様では、生体分子は内因性生体分子である。別の態様では、生体分子は外因性生体分子である。外因性生体分子の非限定的な例としては、人工的に移植された生体分子、例えば、ウイルスまたはプラスミドによって移入または発現された生体分子が挙げられる。生体分子は、タンパク質、核酸、脂質、炭水化物、ステロイド、代謝産物、および細胞、組織、または器官内の他の細胞下構造物または成分が含まれるが、これらに限定されない。タンパク質の非限定的な例としては、酵素、膜タンパク質、転写因子、シナプスタンパク質、および神経マーカーが挙げられる。
いくつかの非限定的な実施形態では、生体分子は、高分子のサブユニット、受容体、受容体サブユニット、膜タンパク質、中間フィラメントタンパク質、膜ポンプ、転写因子、およびそれらの組み合わせから選択される。他の非限定的な実施形態では、生体分子は、Olig2(希突起膠細胞転写因子)、NeuN(神経核抗原)、NKCC2(Na+K+Cl Cotransporter 2)である。他の非限定的な実施形態では、生体分子はRNAを含む。さらに他の非限定的な実施形態では、生体分子はDNA分子を含む。実施形態において、生体分子は、構造上に存在し、構造物の例としては、鞭毛、繊毛、シナプス、シナプス棘、細胞外マトリックス(ECM)、細胞壁、細胞エンベロープ、膜、細胞質、ゴルジネットワーク、ミトコンドリア、小胞体(ER)(例えば、粗面ERまたは滑面ER)、核、中心小体、リボソーム、ポリリボソーム、リソソーム、リポソーム、細胞骨格成分、小胞、顆粒、ペルオキシソーム、液胞、プロトプラスト、トノプラスト、原形質連絡色素体、葉緑体、仮足、脳の血管関連構造、脳の高密度星状細胞ネットワーク、またはそれらの組み合わせが挙げられる。実施形態において、生体分子は、癌細胞の表面上に発現されるタンパク質などの細胞マーカーである。
As used herein, the term "biomolecule" is interchangeable with "molecule" and refers to a molecule present in a biological sample or specimen. In one aspect, the biomolecule is an endogenous biomolecule. In another embodiment, the biomolecule is an exogenous biomolecule. Non-limiting examples of exogenous biomolecules include artificially implanted biomolecules, such as biomolecules transferred or expressed by viruses or plasmids. Biomolecules include, but are not limited to, proteins, nucleic acids, lipids, carbohydrates, steroids, metabolites, and other subcellular structures or components within cells, tissues, or organs. Non-limiting examples of proteins include enzymes, membrane proteins, transcription factors, synaptic proteins, and neural markers.
In some non-limiting embodiments, the biomolecule is selected from macromolecular subunits, receptors, receptor subunits, membrane proteins, intermediate filament proteins, membrane pumps, transcription factors, and combinations thereof. . In other non-limiting embodiments, the biomolecule is Olig2 (oligodendrocyte transcription factor), NeuN (neuronal nuclear antigen), NKCC2 (Na+K+Cl Cotransporter 2). In other non-limiting embodiments, the biomolecule includes RNA. In yet other non-limiting embodiments, biomolecules include DNA molecules. In embodiments, the biomolecule is present on a structure, examples of structures include flagella, cilia, synapses, synaptic spines, extracellular matrix (ECM), cell walls, cell envelopes, membranes, cytoplasm, Golgi network, mitochondria. , endoplasmic reticulum (ER) (e.g., rough ER or smooth ER), nucleus, centriole, ribosome, polyribosome, lysosome, liposome, cytoskeletal component, vesicle, granule, peroxisome, vacuole, protoplast, tonoplast , plasmodesmata, chloroplasts, pseudopodia, blood vessel-related structures of the brain, the brain's dense astrocyte network, or combinations thereof. In embodiments, the biomolecule is a cell marker, such as a protein expressed on the surface of cancer cells.

実施形態では、「生体分子」は、液体生検サンプル中にあり、癌などの疾患状態、または代謝障害などの医学的状態についてのスクリーニング、検出、病期分類、またはサーベイリング(モニタリング)などの診断用途のために評価または測定される。実施形態において、生体分子は、非侵襲的出生前スクリーニングまたは診断試験において評価または測定される。 In embodiments, the "biomolecule" is in a liquid biopsy sample and is used for screening, detection, staging, or surveillance (monitoring), etc., for a disease condition, such as cancer, or a medical condition, such as a metabolic disorder. Evaluated or measured for diagnostic use. In embodiments, the biomolecule is evaluated or measured in a non-invasive prenatal screening or diagnostic test.

本明細書で使用される場合、用語「標識」は、本開示のサンプル内の特定の標的部分の存在または非存在のシグナルベースの指標を提供することができる、現在知られているか、または将来発見される任意の技術および試薬を指す。標識剤の非限定的な例としては、小分子、色素、抗体、酵素、ナノ粒子、核酸プローブ、またはそれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの非限定的な実施形態では、標識剤は、標識、例えば、発色性標識、蛍光標識、放射性核種結合標識、またはそれらの組合せを含む。 As used herein, the term "label" refers to any currently known or future label that can provide a signal-based indication of the presence or absence of a particular target moiety within a sample of the present disclosure. Refers to any techniques and reagents discovered. Non-limiting examples of labeling agents include small molecules, dyes, antibodies, enzymes, nanoparticles, nucleic acid probes, or combinations thereof. In some non-limiting embodiments, the labeling agent comprises a label, such as a chromogenic label, a fluorescent label, a radionuclide-binding label, or a combination thereof.

本開示の一態様は、1つまたは複数の標的成分のための生物学的材料を含む液体サンプルを分析する方法を提供する。1つの例示的な実施形態では、本発明の方法は、生物学的材料を含む液体サンプルから得られた試料に固化剤を添加することと、分散した生物学的材料を含む固化サンプルを作成することと、および分散された生物学的材料中の1つ以上の標的成分を同定するために、固化されたサンプルを画像化することを含む。 One aspect of the present disclosure provides a method of analyzing a liquid sample containing biological material for one or more target components. In one exemplary embodiment, a method of the invention includes adding a solidifying agent to a sample obtained from a liquid sample containing biological material and creating a solidified sample containing dispersed biological material. and imaging the solidified sample to identify one or more target components in the dispersed biological material.

実施形態では、本開示による液体サンプルを分析する方法は、固化剤を添加する前に、液体サンプルから得られた試料を、1つまたは複数の標的成分についての1つまたは複数のプローブで標識すること、および/または固化したサンプルを1つ以上の標的成分のための1つ以上のプローブで標識することをさらに含む。例示的な一実施形態では、本発明の方法は、固化剤を添加する前に、液体サンプルから得られた試料を、1つまたは複数の標的成分についての1つまたは複数のプローブで標識することを含む。実施形態では、本発明の方法は、固化した試料に屈折率整合材料を導入することをさらに含む。 In embodiments, a method of analyzing a liquid sample according to the present disclosure includes labeling a sample obtained from the liquid sample with one or more probes for one or more target components before adding a solidifying agent. and/or labeling the solidified sample with one or more probes for one or more target components. In one exemplary embodiment, the method of the invention includes labeling a sample obtained from a liquid sample with one or more probes for one or more target components prior to adding the solidifying agent. including. In embodiments, the method further comprises introducing an index matching material into the solidified sample.

実施形態では、液体試料は液体血液サンプルである。例えば、液体血液サンプルから得られた試料は、それを処理して液体血液サンプルから赤血球および血小板を除去することができ、および/または、それは、液体血液サンプルから単離された末梢血単核細胞(PBMC)細胞を含む試料でありうる。あるいは、他の用途では、赤血球または液体サンプルの他の成分を単離することができる。あるいは、試料は、他の生物学的液体および血液以外の哺乳動物(例えば、ヒトまたはラット)から得られた液体から得ることができる。 In embodiments, the liquid sample is a liquid blood sample. For example, a sample obtained from a liquid blood sample can be processed to remove red blood cells and platelets from the liquid blood sample, and/or it can be processed to remove peripheral blood mononuclear cells isolated from the liquid blood sample. (PBMC) cells. Alternatively, in other applications, red blood cells or other components of a fluid sample can be isolated. Alternatively, samples can be obtained from other biological fluids and fluids obtained from mammals (eg, humans or rats) other than blood.

ある実施形態では、1つまたは複数の標的成分は、核酸、タンパク質、ウイルス、または小胞を含む。ある実施形態では、1つ以上の標的成分は細胞外標的を含む。ある実施形態では、1つまたは複数の標的成分は細胞または細胞内標的を含む。 In certain embodiments, one or more target components include a nucleic acid, a protein, a virus, or a vesicle. In certain embodiments, one or more targeting components include extracellular targets. In certain embodiments, the one or more targeting components include cellular or intracellular targets.

実施形態では、上記実施形態のいずれかに記載されるように、標識することは液体サンプルから得られた試料を分子プローブと接触させること、および/またはステップ(b)からの固化試料を分子プローブと接触させることを含む。分子プローブは、別々に、例えば、抗体、蛍光色素または核酸プローブであってもよい。 In embodiments, labeling comprises contacting the sample obtained from the liquid sample with a molecular probe and/or contacting the solidified sample from step (b) with a molecular probe, as described in any of the embodiments above. including contact with. Molecular probes may separately be, for example, antibodies, fluorescent dyes or nucleic acid probes.

実施形態では、本開示による液体サンプルを分析する方法は、試料をサンプルホルダーに移すことをさらに含む。本発明の方法は、例示的な実施形態では、サンプルホルダー内のサンプルを振盪または振動させることをさらに含むことができる。例示的な実施形態では、固化サンプルは、画像化に適した固体またはゲルブロックである。 In embodiments, the method of analyzing a liquid sample according to the present disclosure further includes transferring the sample to a sample holder. The method of the invention, in exemplary embodiments, can further include shaking or vibrating the sample within the sample holder. In an exemplary embodiment, the solidified sample is a solid or gel block suitable for imaging.

実施形態では、本開示による液体サンプルを分析する方法は、(凝固前に実施される場合は)試料を、または固化サンプルを固定液中でインキュベートすることなどによって、試料に固定手順を実行することをさらに含む。例示的な実施形態では、固定液は、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、エポキシ、またはそれらの任意の2つ以上の混合物を含む。 In embodiments, methods of analyzing liquid samples according to the present disclosure include performing a fixation procedure on the sample, such as by incubating the sample (if performed prior to solidification) or the solidified sample in a fixative solution. further including. In an exemplary embodiment, the fixative includes glutaraldehyde, formaldehyde, epoxy, or a mixture of any two or more thereof.

上記の実施形態のいずれかに記載されているように、イメージングは、例えば、当業者に公知の顕微鏡法およびカメラ技術を使用して行うことができる。例えば、実施形態では、イメージングは、光シート蛍光顕微鏡法などの蛍光顕微鏡法によって実行される。例示的な実施形態では、イメージングは、固化サンプル中の特定の細胞型の存在または非存在を特定する。 As described in any of the embodiments above, imaging can be performed using, for example, microscopy and camera techniques known to those skilled in the art. For example, in embodiments, imaging is performed by fluorescence microscopy, such as light sheet fluorescence microscopy. In an exemplary embodiment, imaging identifies the presence or absence of particular cell types in the solidified sample.

本開示の1つの例示的な実施形態は、これに限定されないが、例えば循環腫瘍細胞などの希少な循環細胞の存在について液体血液サンプルを分析する方法を提供する。ひとつの実施形態では、本発明の方法は、液体血液サンプルから得られた単離された末梢血液単核細胞(PBMC)含む試料を希少循環細胞のための1つまたは複数のプローブを用いて標識すること、末梢血単核細胞(PBMC)を含む標識試料に固化剤を添加すること、分散した末梢血単核細胞(PBMC)を含む固化サンプルを作成すること、任意選択で、屈折率整合材料を固化サンプルに導入して、イメージングに適した屈折率を有する光学的に透明な固化サンプルを提供すること、および固化サンプルまたは光学的に透明化された固化サンプルをイメージングして、1つまたは複数のプローブの存在を決定し、それによって、液体血液サンプル中の希少循環細胞の存在を決定することを含む。標識は、例えば、対照としての役割を果たすことができる白血球のためのプローブを添加することをさらに含むことができる。 One exemplary embodiment of the present disclosure provides a method of analyzing a liquid blood sample for the presence of rare circulating cells, such as, but not limited to, circulating tumor cells. In one embodiment, the method of the invention includes labeling a sample containing isolated peripheral blood mononuclear cells (PBMC) obtained from a liquid blood sample with one or more probes for rare circulating cells. adding a solidifying agent to a labeled sample containing peripheral blood mononuclear cells (PBMC); creating a solidified sample containing dispersed peripheral blood mononuclear cells (PBMC); optionally, a refractive index matching material; introducing the solidified sample into the solidified sample to provide an optically clear solidified sample having a refractive index suitable for imaging, and imaging the solidified sample or the optically cleared solidified sample to provide one or more solidified samples. and thereby determining the presence of rare circulating cells in a liquid blood sample. Labeling can further include adding a probe for leukocytes, which can serve as a control, for example.

実施形態において、1つ以上のプローブは、癌特異的抗原または腫瘍特異的DNAもしくはRNA配列を認識する。例えば、1つまたは複数のプローブは、抗体または核酸プローブから選択することができる。1つの態様において、1つまたは複数のプローブは、EpCAM、HER2、CDX2、CK20、CK19、PD/PDL-1およびEGFR抗原または対応する核酸配列の1つまたは複数の検出を提供する。 In embodiments, one or more probes recognize cancer-specific antigens or tumor-specific DNA or RNA sequences. For example, one or more probes can be selected from antibodies or nucleic acid probes. In one embodiment, the one or more probes provide for detection of one or more of EpCAM, HER2, CDX2, CK20, CK19, PD/PDL-1 and EGFR antigens or corresponding nucleic acid sequences.

実施形態では、上記実施形態のいずれかによる液体サンプルを分析する方法は、固化サンプルに屈折率整合材料を導入することをさらに含む。特定の実施形態では、光学的に透明化されたゲル化サンプルが屈折率整合材料を含む溶液中に浸漬されるサンプルホルダーに入れられる。 In embodiments, the method of analyzing a liquid sample according to any of the above embodiments further includes introducing an index matching material into the solidified sample. In certain embodiments, an optically cleared gelled sample is placed in a sample holder that is immersed in a solution containing an index matching material.

一つの実施形態において、固化剤は、低融点アガロース、アガロースおよびヒドロゲル前駆体から選択される成分を含む。例示的な実施形態では、固化サンプルを作成するステップは、室温より高い温度で、サンプルに固化剤を添加すること、およびサンプルを固体ゲルになる低い温度にすることを含む。他の実施形態では、固化サンプルを作成するステップは、ゲル化を誘導するためにヒドロゲル前駆体に薬剤を添加することを含む。 In one embodiment, the solidifying agent comprises a component selected from low melting point agarose, agarose, and hydrogel precursors. In an exemplary embodiment, creating a solidified sample includes adding a solidifying agent to the sample at a temperature above room temperature and bringing the sample to a low temperature where it becomes a solid gel. In other embodiments, creating the solidified sample includes adding an agent to the hydrogel precursor to induce gelation.

一つの実施形態では、本開示は、液体生検(例えば、血液試料)から得られ固化試サンプル内に固定化された分散生物材料を含む、画像化に適した固化サンプルを提供する。固化サンプルは、液体生検における1つ以上の標的成分のためのプローブをさらに含むことができる。生物学的材料は、末梢血単核細胞(PBMC)および循環腫瘍細胞、循環上皮細胞、および循環内皮細胞などの希少循環細胞を含む。 In one embodiment, the present disclosure provides a solidified sample suitable for imaging that includes dispersed biological material obtained from a liquid biopsy (eg, a blood sample) and immobilized within a solidified test sample. The solidified sample can further include probes for one or more target components in the liquid biopsy. Biological materials include peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and rare circulating cells such as circulating tumor cells, circulating epithelial cells, and circulating endothelial cells.

低融点(LM)アガロースは、市販されており、標準的なアガロース中に存在する鎖内水素結合の数を減少させ、それによって比較的低い融点およびゲル化温度をもたらす、ヒドロキシエチル化などの当技術分野で公知の化学的誘導体化プロセスの結果物である。LMアガロースは一般に、(i)標準的なアガロースと比較して比較的低い融解およびゲル化温度、および(ii)標準的なアガロースゲルと比較してより高い透明度(ゲル透明度)を含むいくつかの特性を有する。 Low melting point (LM) agarose is commercially available and has undergone modifications such as hydroxyethylation, which reduce the number of intrachain hydrogen bonds present in standard agarose, thereby resulting in relatively low melting and gelation temperatures. It is the result of chemical derivatization processes known in the art. LM agarose generally has several properties including (i) relatively lower melting and gelling temperatures compared to standard agarose, and (ii) higher clarity (gel clarity) compared to standard agarose gels. have characteristics.

特定の例示的な実施形態では、LMアガロースは、ゲル化温度≦30℃(例えば、26℃~30℃)、および/または融解温度≦65℃(両方とも1.5wt%濃度で)、および/またはゲル強度(1wt%濃度で)≧200g/cmを有する分子生物学等級LMアガロースであり、通常の融解アガロースよりも大きいふるい分け特性およびより高い透明度をもつゲルを作ることができる。本開示による使用に適した市販のLMアガロースの例としては、SeaPrep(商標)アガロース(Lonzaカタログ番号50302)、SeaPlaque(商標)アガロース(Lonzaカタログ番号50104)およびUltraPure(商標)低融点アガロース(ThermoFisher Scientificカタログ番号16500500)が挙げられるが、これらに限定されない。 In certain exemplary embodiments, the LM agarose has a gelling temperature ≦30°C (e.g., 26°C to 30°C), and/or a melting temperature ≦65°C (both at a 1.5 wt% concentration), and/or or molecular biology grade LM agarose with gel strength (at 1 wt% concentration) ≧200 g/cm 2 , which can make gels with greater sieving properties and higher transparency than regular molten agarose. Examples of commercially available LM agaroses suitable for use with the present disclosure include SeaPrep™ Agarose (Lonza Cat. No. 50302), SeaPlaque™ Agarose (Lonza Cat. No. 50104), and UltraPure™ Low Melting Point Agarose (ThermoFisher Scien. tific catalog number 16500500), but are not limited to these.

実施形態では、標識剤は、組織内の特定の標的部分に結合することができる小分子を含む。小分子色素の例としては、DAPI、ヨウ化プロピジウム、レクチン、ファロイジン、および組織内の標的部分に結合することができる任意の他の小分子が挙げられる。実施形態では、小分子は、DAPI、ヨウ化プロピジウム、またはアクリジンオレンジによって生成される蛍光シグナルなどのシグナルを本質的に生成する。実施形態において、小分子は、インジケーターにコンジュゲートされて、シグナル、例えば、レクチン色素の場合、蛍光シグナル生成インジケーター、または非蛍光シグナル生成インジケーター、例えば、比色インジケーター(例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)または3,3’-ジアミノベンジジンテトラヒドロクロリド(DAB))を生成する。実施形態において、染色剤は、本明細書にさらに記載される抗体を含む。実施形態において、染色は、修飾核酸鎖標的化検出活性を含む。他の実施形態では、染色は、組織内の核酸の所定の配列にハイブリダイズできるヌクレオチドベースのプローブを含む染色のようなインサイチュハイブリダイゼーションを含む。実施形態では、ヌクレオチドベースのプローブは、ヌクレオチドベースのプローブのシグナル生成および検出を可能にするための標識(例えば、上記で提供される標識のうちの1つまたは複数)を含む。さらなる実施形態では、ヌクレオチドベースのプローブは、蛍光 in situ ハイブリダイゼーション(FISH)のような蛍光標識を含む。 In embodiments, the labeling agent comprises a small molecule that can bind to a specific target moiety within the tissue. Examples of small molecule dyes include DAPI, propidium iodide, lectins, phalloidin, and any other small molecule that can bind to a target moiety within a tissue. In embodiments, the small molecule inherently produces a signal, such as a fluorescent signal produced by DAPI, propidium iodide, or acridine orange. In embodiments, the small molecule is conjugated to an indicator to generate a signal, e.g., in the case of a lectin dye, a fluorescent signal-generating indicator, or a non-fluorescent signal-generating indicator, e.g., a colorimetric indicator (e.g., horseradish peroxidase (HRP)). or 3,3'-diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB)). In embodiments, the stain comprises an antibody as further described herein. In embodiments, the staining comprises a modified nucleic acid strand targeted detection activity. In other embodiments, the staining includes in situ hybridization, such as staining that includes a nucleotide-based probe that can hybridize to a predetermined sequence of nucleic acids within the tissue. In embodiments, the nucleotide-based probe includes a label (eg, one or more of the labels provided above) to enable signal generation and detection of the nucleotide-based probe. In further embodiments, the nucleotide-based probe includes a fluorescent label, such as fluorescence in situ hybridization (FISH).

実施形態において、生物学的サンプル、例えば、細胞、組織、器官、生物、または器官サブ構造は、内因性シグナル、例えば、内因性蛍光分子を提供する。内因性蛍光分子の例は、蛍光タンパク質レポーター(例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)または赤色蛍光タンパク質(RFP))を含む。他の実施形態において、サンプルは、トランスジェニックモデルに由来し、蛍光分子は、構成的プロモーターまたは誘導性プロモーターによって発現される。さらに他の局面において、生物は、組換えウイルスに感染されるか、または蛍光タンパク質をコードするプラスミドで形質転換される。例示的な蛍光タンパク質レポーター は、緑色蛍光タンパク質(GFP)、EGFP(強化GFP)、BFP(青色蛍光タンパク質)、CFP(シアン)、赤色蛍光タンパク質(RFP)、wtGFP(白色GFP)、YFP(黄色蛍光タンパク質)、dsRed、mCherry、mVenus、mCitrine、tdTomato、ルシフェラーゼ、mTurquoise2などを含む。 In embodiments, a biological sample, eg, a cell, tissue, organ, organism, or organ substructure, provides an endogenous signal, eg, an endogenous fluorescent molecule. Examples of endogenous fluorescent molecules include fluorescent protein reporters such as green fluorescent protein (GFP) or red fluorescent protein (RFP). In other embodiments, the sample is derived from a transgenic model and the fluorescent molecule is expressed by a constitutive or inducible promoter. In yet other aspects, the organism is infected with a recombinant virus or transformed with a plasmid encoding a fluorescent protein. Exemplary fluorescent protein reporters include green fluorescent protein (GFP), EGFP (enhanced GFP), BFP (blue fluorescent protein), CFP (cyan), red fluorescent protein (RFP), wtGFP (white GFP), YFP (yellow fluorescent protein), dsRed, mCherry, mVenus, mCitrine, tdTomato, luciferase, mTurquoise2, etc.

上述のように、液体試料は、抗体などの分子プローブで標識することができる。実施形態では、抗体は、ビオチン標識、蛍光標識(フルオロフォア)、酵素標識(例えば、HRPまたはDAB)、補酵素標識、化学発光標識、または放射性同位体標識などのシグナルを直接的または間接的に生成する標識を含む一次抗体である。他の局面において、一次抗体は、(例えば、シグナルを提供するために、標識されたストレプトアビジンまたは酵素/補酵素基質などのさらなる試薬を用いて、または用いずに)単一の染色として適用される。実施形態において、一次抗体は標識を含まず、代わりに、標識にコンジュゲートされた二次抗体によって検出される。 As mentioned above, liquid samples can be labeled with molecular probes such as antibodies. In embodiments, the antibody is directly or indirectly conjugated with a signal such as a biotin label, a fluorescent label (fluorophore), an enzyme label (e.g., HRP or DAB), a coenzyme label, a chemiluminescent label, or a radioisotope label. This is the primary antibody containing the generated label. In other aspects, the primary antibody is applied as a single stain (with or without additional reagents, e.g., labeled streptavidin or enzyme/coenzyme substrates to provide a signal). Ru. In embodiments, the primary antibody does not include a label and is instead detected by a secondary antibody conjugated to a label.

一次または二次抗体に結合させることができるフルオロフォアの例としては、Alexa Fluor 350、Alexa Fluor 405、Alexa Fluor 488、Alexa Fluor 532、Alexa Fluor 546、Alexa Fluor 555、Alexa Fluor 568、Alexa Fluor 594、Alexa Fluor 647、Alexa Fluor 680、またはAlexa Fluor 750が挙げられる。他の例示的なフルオロフォアとしては、BODIPY FL、クマリン、Cy3、Cy5、フルオレセイン(FITC)、オレゴングリーン、パシフィックブルー、パシフィックグリーン、パシフィックオレンジ、テトラメチルローダミン(TRITC)、テキサスレッド、APC-eFluor 780、eFluor 450、eFluor 506、eFluor 660、PE-eFluor 610、PerCP-eFluor 710、Super Bright 436、Super Bright 645、Super Bright 702、Super Bright 780、Super Bright 600、Qdot 525、Qdot 565、Qdot 605、Qdot 655、Qdot 705、Qdot 800、R-フィコエリスリン(R-PE)、およびアロフィコシアニン(APC)が挙げられる。 Examples of fluorophores that can be conjugated to a primary or secondary antibody include Alexa Fluor 350, Alexa Fluor 405, Alexa Fluor 488, Alexa Fluor 532, Alexa Fluor 546, Alexa Fluor 555, Alexa Flu or 568, Alexa Fluor 594, Examples include Alexa Fluor 647, Alexa Fluor 680, or Alexa Fluor 750. Other exemplary fluorophores include BODIPY FL, Coumarin, Cy3, Cy5, Fluorescein (FITC), Oregon Green, Pacific Blue, Pacific Green, Pacific Orange, Tetramethylrhodamine (TRITC), Texas Red, APC-eFluor 780 , eFluor 450, eFluor 506, eFluor 660, PE-eFluor 610, PerCP-eFluor 710, Super Bright 436, Super Bright 645, Super Bright 702, Super B right 780, Super Bright 600, Qdot 525, Qdot 565, Qdot 605, Qdot 655, Qdot 705, Qdot 800, R-phycoerythrin (R-PE), and allophycocyanin (APC).

固化サンプルは、任意の顕微鏡ベースの用途によってイメージングすることができ、従って、開示されている主題は、特定に実施形態であるが、しかし、そこで用いられている特定のイメージング技術に限定する訳ではない。顕微鏡ベースの用途の例としては、免疫蛍光法、共焦点顕微鏡法、二光子顕微鏡法、超解像顕微鏡法、光学シート顕微鏡法、ならびにx線顕微鏡法などが挙げられるが、これらに限定されない。「検出可能な試薬」または「検出可能な標識」という用語は、バイオマーカーの直接的または間接的検出のために使用され得る分子を指す。多種の検出可能な薬剤が当技術分野で公知であり、当業者によって容易に同定および使用することができる。適切な検出可能な薬剤は、蛍光色素(例えば、 フルオレセインイソチオシアネート(FITC)、オレゴングリーン(商標)、ローダミン、テキサスレッド、テトラローダミンイソチオシネート(TRITC)、Cy3、Cy5、Alexa Fluor(登録商標)647、Alexa Fluor(登録商標)555、Alexa Fluor(登録商標)488)、蛍光タンパク質マーカー(例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)、フィコエリトリンなど)、酵素(例えば、ルシフェラーゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼなど)、ナノ粒子、ビオチン、ジゴキシゲニン、金属などを含むが、これに限定されない。 Solidified samples can be imaged by any microscopy-based application, and thus the disclosed subject matter is a particular embodiment, but not limited to the particular imaging technique used therein. do not have. Examples of microscope-based applications include, but are not limited to, immunofluorescence, confocal microscopy, two-photon microscopy, super-resolution microscopy, optical sheet microscopy, and x-ray microscopy. The term "detectable reagent" or "detectable label" refers to a molecule that can be used for direct or indirect detection of a biomarker. A wide variety of detectable agents are known in the art and can be readily identified and used by those skilled in the art. Suitable detectable agents include fluorescent dyes such as fluorescein isothiocyanate (FITC), Oregon Green™, rhodamine, Texas Red, tetrarhodamine isothiocynate (TRITC), Cy3, Cy5, Alexa Fluor® 647, Alexa Fluor® 555, Alexa Fluor® 488), fluorescent protein markers (e.g., green fluorescent protein (GFP), phycoerythrin, etc.), enzymes (e.g., luciferase, horseradish peroxidase, alkaline phosphatase, etc.) , nanoparticles, biotin, digoxigenin, metals, etc.

「免疫蛍光マーカー」という用語は、蛍光色素を細胞内または細胞上の特定の分子に向けさせる抗体またはその機能的断片である検出可能な試薬を指す。免疫蛍光マーカーは、蛍光顕微鏡を用いて、所望のサンプルの免疫染色を生成する方法において使用することができる。免疫蛍光マーカーは、本明細書に記載の免疫細胞化学(ICC)法または免疫組織化学(IHC)法でもまた用いることができる。例えば、本開示の文脈において、免疫蛍光マーカーは、本明細書に記載されるように、稀な循環細胞(例えば、CTCまたはCTC模倣体)を検出するために使用され得る。 The term "immunofluorescent marker" refers to a detectable reagent that is an antibody or functional fragment thereof that directs a fluorescent dye to a specific molecule in or on a cell. Immunofluorescent markers can be used in methods to generate immunostaining of desired samples using fluorescence microscopy. Immunofluorescent markers can also be used in the immunocytochemistry (ICC) or immunohistochemistry (IHC) methods described herein. For example, in the context of this disclosure, immunofluorescent markers can be used to detect rare circulating cells (eg, CTCs or CTC mimetics), as described herein.

「抗体」という用語は、天然であるか、または完全にもしくは部分的に合成的に産生されるかにかかわらず、任意の免疫グロブリンまたはその誘導体を指す。特異的結合能を維持する全ての抗体誘導体もまた、本明細書に開示される方法において使用され得る。本開示の抗体は、バイオマーカーに特異的に結合することができる。例えば、抗体は単一のバイオマーカー(例えば、コンドロイチン硫酸プロテオグリカン4(CSPG4))に特異的に結合し得る。さらに、抗体は汎特異的であり得る。例えば、本開示の汎特異的抗体は、バイオマーカーファミリーの1つ以上のメンバー(例えば、コンドロイチン硫酸プロテオグリカン1、2、3、4、5、6、7および8を含む、コンドロイチン硫酸プロテオグリカンファミリーの1つ以上のメンバー)に特異的に結合することができる。抗体は免疫グロブリン結合ドメインと相同または大部分が相同である結合ドメインを有することができ、天然源に由来するか、または部分的にもしくは全体的に合成的に産生され得る。抗体は、モノクローナルまたはポリクローナル抗体であり得る。いくつかの実施形態では、抗体は単鎖抗体である。いくつかの実施形態では、抗体は一本鎖抗体断片を含む。いくつかの実施形態では、抗体は、Fab、Fab、F(ab)2、scFv、Fv、dsFvダイアボディ、およびFdフラグメントを含むが、これらに限定されない抗体フラグメントであり得る。それらのより小さいサイズのために、抗体断片は、特定の適用において、完全な抗体を超える利点を提供することができる。あるいはまたはさらに、抗体は、例えば、ジスルフィド結合によって互いに連結される複数の鎖、およびそのような分子から得られる任意の機能的断片を含むことができ、そのような断片は、親抗体分子の特異的結合特性を保持する。当業者は、抗体は、例えば、ヒト化、部分ヒト化、キメラ、キメラヒト化などを含む様々な形態のいずれかで提供され得ることを理解するであろう。抗体は、任意の適切な当技術分野で公知の方法を用いて調製することができる。例えば、抗体は、インタクトな抗体の断片化によって酵素的または化学的に産生され得るか、または部分抗体配列決定をコードする遺伝子から組換え的に産生され得る。 The term "antibody" refers to any immunoglobulin or derivative thereof, whether natural or wholly or partially synthetically produced. Any antibody derivative that maintains specific binding ability can also be used in the methods disclosed herein. Antibodies of the present disclosure are capable of specifically binding a biomarker. For example, an antibody may specifically bind a single biomarker, such as chondroitin sulfate proteoglycan 4 (CSPG4). Additionally, antibodies can be pan-specific. For example, the pan-specific antibodies of the present disclosure may include one or more members of the biomarker family (e.g., one of the chondroitin sulfate proteoglycan families, including chondroitin sulfate proteoglycans 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8). (one or more members). Antibodies can have binding domains that are homologous or largely homologous to immunoglobulin binding domains, and can be derived from natural sources or produced partially or wholly synthetically. Antibodies can be monoclonal or polyclonal antibodies. In some embodiments, the antibody is a single chain antibody. In some embodiments, the antibody comprises a single chain antibody fragment. In some embodiments, the antibody can be an antibody fragment including, but not limited to, Fab, Fab, F(ab)2, scFv, Fv, dsFv diabody, and Fd fragment. Because of their smaller size, antibody fragments can offer advantages over whole antibodies in certain applications. Alternatively or in addition, antibodies can include multiple chains linked to each other by, for example, disulfide bonds, and any functional fragments obtained from such molecules, such fragments having specific characteristics of the parent antibody molecule. retains its binding properties. Those skilled in the art will appreciate that antibodies can be provided in any of a variety of forms, including, for example, humanized, partially humanized, chimeric, chimeric humanized, and the like. Antibodies can be prepared using any suitable art-known method. For example, antibodies can be produced enzymatically or chemically by fragmentation of intact antibodies, or recombinantly from genes encoding partial antibody sequencing.

「バイオマーカー」という用語は、生物学的分子または生物学的分子の断片を指し、その変化および/または検出は、希少循環細胞(例えば、CTC、CTC模倣体、またはCEC)または他の標的成分の特定の物理的条件または状態と相関し得る。用語「マーカー」および「バイオマーカー」は、本開示全体を通して互換的に使用される。そのようなバイオマーカーには、ヌクレオチド、核酸、ヌクレオシド、アミノ酸、糖、脂肪酸、ステロイド、代謝産物、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、炭水化物、脂質、ホルモン、抗体、生物学的高分子の代替としての役割を果たす関心領域、およびそれらの組み合わせ(例えば、糖タンパク質、リボ核タンパク質、リポタンパク質)を含む生物学的分子が含まれるが、これらに限定されない。この用語はまた、生物学的分子の部分または断片、例えば、タンパク質またはポリペプチドのペプチド断片も包含する。本開示の文脈において、例えば、循環黒色腫細胞(CMC)などのCTCの例示的なバイオマーカーには、コンドロイチン硫酸プロテオグリカン4(CSPG4)、プレメラノソームタンパク質(Pmel17)およびS100カルシウム結合タンパク質A1(S100A1)が含まれる。 The term "biomarker" refers to a biological molecule or a fragment of a biological molecule, the alteration and/or detection of which is associated with rare circulating cells (e.g., CTCs, CTC mimetics, or CECs) or other target components. may be correlated with certain physical conditions or conditions. The terms "marker" and "biomarker" are used interchangeably throughout this disclosure. Such biomarkers include nucleotides, nucleic acids, nucleosides, amino acids, sugars, fatty acids, steroids, metabolites, peptides, polypeptides, proteins, carbohydrates, lipids, hormones, antibodies, and their role as surrogates for biological macromolecules. including, but not limited to, biological molecules containing regions of interest that perform the following functions, and combinations thereof (e.g., glycoproteins, ribonucleoproteins, lipoproteins). The term also encompasses parts or fragments of biological molecules, such as peptide fragments of proteins or polypeptides. In the context of this disclosure, exemplary biomarkers of CTCs, such as circulating melanoma cells (CMCs), include chondroitin sulfate proteoglycan 4 (CSPG4), premelanosomal protein (Pmel17) and S100 calcium-binding protein A1 (S100A1). is included.

方法
実施形態において、本開示は、生物学的または非生物学的成分を含み得る液体サンプル中の物質を分析することを提供する。したがって、本方法は、液体生検および生物学的成分を含む他のサンプルを分析するために使用することができる。生物学的成分は、細胞材料、ならびに小胞および無細胞DNA、分泌タンパク質、および他の無細胞生体分子などの細胞外材料を含むことができる。
Methods In embodiments, the present disclosure provides for analyzing substances in a liquid sample that may include biological or non-biological components. Therefore, the method can be used to analyze liquid biopsies and other samples containing biological components. Biological components can include cellular materials and extracellular materials such as vesicles and cell-free DNA, secreted proteins, and other cell-free biomolecules.

実施形態では、本方法は、液体サンプルを固化し、それによって、顕微鏡適用(または他のイメージング方法)によってその後にイメージ化することができる形態で分散材料を捕捉(固定化)するステップを含む。結果として得られる走査画像は、固体サンプル中に3次元で固定化され空間的に分離された成分の検出を可能にし、高解像度および高感度を可能にする。次いで、蛍光標識抗体で標識されたものなどの選択的に標識された成分を、関心対象の標識標的を検出するために、蛍光顕微鏡法などによって感度よく迅速に同定することができる。 In embodiments, the method includes solidifying the liquid sample, thereby capturing (immobilizing) the dispersed material in a form that can be subsequently imaged by microscopy applications (or other imaging methods). The resulting scanned image allows detection of three-dimensionally immobilized and spatially separated components in solid samples, allowing high resolution and sensitivity. Selectively labeled components, such as those labeled with fluorescently labeled antibodies, can then be sensitively and rapidly identified, such as by fluorescence microscopy, to detect labeled targets of interest.

したがって、本明細書に記載の組成物および方法は、事実上、液体生検の3Dスキャンまたは画像を提供する。まれなバイオマーカーは、例えば、結果として得られた走査サンプル中の離散信号として表れうる、循環腫瘍細胞(および無傷の循環腫瘍細胞クラスター)などのまれな循環細胞、または無細胞核酸を含むが、これらに限定されない。これは、そのようなバイオマーカーが間接的に検出されるマイクロ流体ベースの用途、または標準スライド上で重複する細胞の小サンプルを検査することに基づく従来の細胞学的方法などの他の方法とは対照的である。 Thus, the compositions and methods described herein effectively provide 3D scans or images of liquid biopsies. Rare biomarkers include, for example, rare circulating cells, such as circulating tumor cells (and intact circulating tumor cell clusters), or cell-free nucleic acids, which may appear as discrete signals in the resulting scanned sample; Not limited to these. This is in contrast to other methods such as microfluidic-based applications where such biomarkers are detected indirectly, or traditional cytological methods based on examining small samples of cells in duplicate on standard slides. are in contrast.

本開示の実施形態では、本発明の方法は、分析される成分にいかなる形態学的または細胞サイズのカットオフも課さないという追加の利点を提供する。例えば、特定の濃縮方法に基づく既存のCTC検出技術は、稀なバイオマーカーを誤って見逃してしまう可能性がある。加えて、既存のCTC検出方法の基礎をなす複数の処理ステップは、検出方法の感度および精度をさらに低下させ得る細胞バイオマーカーの変化を誘導し得る。対照的に、本明細書に記載の方法の実施形態は、分析される生物学的材料に関するいかなる特定の選択基準も必要としない。代わりに、それらは、形状および形態にかかわらず、細胞および細胞外物質の複雑なアレイの捕捉を可能とし、3次元凝固サンプル中で捕捉し、保存し、空間的に分離することを可能にする。 In embodiments of the present disclosure, the methods of the invention provide the additional advantage of not imposing any morphological or cellular size cutoffs on the components analyzed. For example, existing CTC detection techniques based on certain enrichment methods may inadvertently miss rare biomarkers. In addition, the multiple processing steps underlying existing CTC detection methods can induce changes in cellular biomarkers that can further reduce the sensitivity and accuracy of the detection method. In contrast, the method embodiments described herein do not require any specific selection criteria regarding the biological material to be analyzed. Instead, they allow the capture of complex arrays of cells and extracellular material, regardless of shape and morphology, allowing them to be captured, preserved, and spatially separated in three-dimensional coagulated samples. .

例示的な実施形態では、本開示の方法は、固化サンプルのマトリクス中の空間的分散(分離)のために、固化サンプル中の個々の細胞の離散的分離および同定を可能にする。さらに、本開示の方法は、同定された細胞自体の具体的な詳細(例えば、細胞の形態学的詳細)およびサンプル内の他の細胞に対する同定された細胞の空間的関係の分析を可能にする。例えば、例示的な実施形態では、本開示の方法は、細胞のクラスターの分析を可能にし、クラスター内の1つ細胞を、興味対象の特定の細胞をすることができる。対象となる特定の細胞の形態は例えば、対象における疾患状態の臨床的進行を確認するために、その非結合状態対クラスターにおける細胞の形態で比較することもできる。他の例示的な実施形態では、細胞の断片(例えば、白血球中の細胞断片)、または細胞によって分泌される生体分子を、本明細書に開示される方法に従って分析することができる。 In an exemplary embodiment, the methods of the present disclosure allow for discrete separation and identification of individual cells in a solidified sample due to spatial dispersion (separation) in the matrix of the solidified sample. Additionally, the methods of the present disclosure allow analysis of specific details of the identified cells themselves (e.g., morphological details of the cells) and the spatial relationships of the identified cells to other cells within the sample. . For example, in an exemplary embodiment, the methods of the present disclosure allow analysis of clusters of cells, and one cell within the cluster can be a particular cell of interest. The morphology of a particular cell of interest can also be compared, for example, in its unbound state versus the morphology of cells in a cluster to confirm the clinical progression of a disease state in the subject. In other exemplary embodiments, fragments of cells (eg, cell fragments in white blood cells), or biomolecules secreted by cells, can be analyzed according to the methods disclosed herein.

マトリックス支援法
本開示は、一部には、循環腫瘍細胞または無細胞腫瘍DNAなどの稀なバイオマーカーを含み得る生検サンプルなどの液体サンプルを処理および分析するためのマトリックス支援方法を提供する。
Matrix-Assisted Methods The present disclosure provides, in part, matrix-assisted methods for processing and analyzing liquid samples, such as biopsy samples, which may contain rare biomarkers such as circulating tumor cells or cell-free tumor DNA.

例示的な実施形態では、方法におけるステップは、3D空間構成におけるサンプルの分散成分の画像を作成するために使用される。実施形態では、本方法は、光シート顕微鏡法または他の顕微鏡技術などによる迅速な画像化を可能にする形態で分散された生物学的材料を含む液体サンプルを固化することを含む。実施形態では、本方法は、(a)生物学的材料を含む液体試料に固化剤を添加する工程、(b)生物学的材料を含む固化サンプルを作成する工程、(c)前記固化サンプルを画像化して前記分散された生物学的材料中の1つ以上の成分を同定する工程、を含む。 In an exemplary embodiment, the steps in the method are used to create an image of the distributed components of the sample in a 3D spatial configuration. In embodiments, the method includes solidifying a liquid sample containing dispersed biological material in a form that allows for rapid imaging, such as by light sheet microscopy or other microscopy techniques. In embodiments, the method comprises: (a) adding a solidifying agent to a liquid sample comprising biological material; (b) creating a solidified sample comprising biological material; (c) adding the solidified sample to a liquid sample comprising biological material; imaging to identify one or more components in the dispersed biological material.

実施形態では、液体サンプルは生物学的材料を含み、複数の処理ステップを経るが、これには、以下に詳細に説明する図1に示される工程に示されるものが含まれ得るが、これに限定されない。 In embodiments, the liquid sample includes biological material and undergoes multiple processing steps, which may include those illustrated in the process illustrated in FIG. 1, described in detail below. Not limited.

ステップ1:細胞調製
実施形態において、本方法は、生物学的試料を用いて液体サンプルを調製または調達することを含むが、生物学的試料は、分散され、続いて固体形態で捕捉され得、それによって高分解能検出が可能になる。
Step 1: Cell Preparation In embodiments, the method includes preparing or procuring a liquid sample with a biological sample, which may be dispersed and subsequently captured in solid form; This allows high resolution detection.

血液サンプルとして図1に示されているが、液体サンプルは、複数の供給源、例えば、骨髄、脳脊髄液、尿、唾液、痰、涙、精液、または他の流体供給源に由来し得る。例示的な開示はCTC細胞に言及するが、液体生検試サンプル中に存在し得る他のバイオマーカーにも同様に適用することができることにさらに留意されたい。 Although shown in FIG. 1 as a blood sample, the fluid sample may be derived from multiple sources, such as bone marrow, cerebrospinal fluid, urine, saliva, sputum, tears, semen, or other fluid sources. It is further noted that although the exemplary disclosure refers to CTC cells, it can be applied to other biomarkers that may be present in a liquid biopsy sample as well.

実施形態では、液体サンプル中の材料が、液体生検などで得られるような処理された血液サンプルから得られる。処理は、1つまたは複数のステップを含むことができる。例えば、処理は、赤血球の除去およびPBMC細胞の単離(収集)を含むことができる。より具体的には、血液サンプルを遠心分離に供して、赤血球(赤血球細胞)および血小板を除去することができる。処理はまた、密度勾配遠心分離などの周知の分離技術によって、血液サンプルを異なる成分に分画することを含んでもよい。例えば、そのような分離技術は、赤血球(RBC)除去および末梢血単核(PBMC)収集または単離を含むことができる。 In embodiments, the material in the liquid sample is obtained from a processed blood sample, such as from a liquid biopsy. Processing can include one or more steps. For example, processing can include removing red blood cells and isolating (harvesting) PBMC cells. More specifically, a blood sample can be subjected to centrifugation to remove red blood cells (red blood cells) and platelets. Processing may also include fractionating the blood sample into different components by well-known separation techniques such as density gradient centrifugation. For example, such separation techniques can include red blood cell (RBC) removal and peripheral blood mononuclear (PBMC) collection or isolation.

図1に示されるように、例示的な実施形態では、血液サンプルがEDTAまたはヘパリンを含む真空採血管などの、抗凝固剤を含む管または容器内に提供され得る。血液サンプルは、Lymphoprep(商標)またはFicollPaque(商標)などの細胞分離培地で処理し、遠心分離し、上清を除去することができる。あるいは、PBMC単離管を用いることができる(例えば、Stemcell(商標)Technologiesから入手可能なSepMate(商標)管)。血液サンプルは、所望であれば、当業者に知られているプロトコルに基づいて、市販されているまたは合成した塩化アンモニウム溶液(Stemcell(商標) Technologies社から入手可能な塩化アンモニウム溶液など)の適用などの公知の技術に従って赤血球溶解に供することもでき、それは、遠心分離の前または後に実施することができる。他の実施形態では、微量の赤血球がサンプルの画像化および分析に影響を及ぼさないので、赤血球溶解は使用されない。 As shown in FIG. 1, in an exemplary embodiment, a blood sample may be provided in a tube or container containing an anticoagulant, such as a vacuum blood collection tube containing EDTA or heparin. Blood samples can be treated with a cell separation medium such as Lymphoprep™ or FicollPaque™, centrifuged, and the supernatant removed. Alternatively, PBMC isolation tubes can be used (eg, SepMate™ tubes available from Stemcell™ Technologies). Blood samples can be collected, if desired, according to protocols known to those skilled in the art, such as by application of commercially available or synthetic ammonium chloride solutions (such as the ammonium chloride solution available from Stemcell™ Technologies). Red blood cells can also be subjected to erythrocyte lysis according to known techniques, which can be carried out before or after centrifugation. In other embodiments, red blood cell lysis is not used because trace amounts of red blood cells do not affect sample imaging and analysis.

例示的な実施形態において、ペレット(例えば、単離されたPBMCを含有するペレット)は、例えば、遠心分離から得られ、以下に記載されるようにさらに処理される。ある例示的な実施形態では、ペレットの量は少なくとも5μl、または少なくとも10μl、または少なくとも15μlであり得る。他の例示的な実施形態では、より少ない量のペレットが処理される。いずれにしても、ペレット全体はゲルに封入され、それは、当技術分野で公知のマイクロ流体プロセスで用いられる典型的な処理量よりも桁違いに大きいサイズを有する。 In an exemplary embodiment, a pellet (eg, a pellet containing isolated PBMC) is obtained, eg, from centrifugation, and is further processed as described below. In certain exemplary embodiments, the amount of pellet can be at least 5 μl, or at least 10 μl, or at least 15 μl. In other exemplary embodiments, smaller amounts of pellets are processed. In any case, the entire pellet is encapsulated in the gel, which has a size orders of magnitude larger than the typical throughputs used in microfluidic processes known in the art.

実施形態において、液体サンプル中の分散された材料は、他の組織源に由来することができる。例えば、それらは、血液以外の体液、例えば、骨髄、脳脊髄液、尿、唾液、痰、涙、精液、または他の体液源から得られた生検に由来し得る。あるいは、液体サンプル中の分散された材料は、腫瘍から得られた組織サンプル、または関心のある構造もしくは器官に由来する他の固体サンプルなどの、固体生検からの材料の液体分散を反映し得る。実施形態において、分散された材料は、非組織源から由来することができる。実施形態において、試料中の生物学的材料は、大量の試料を濃縮することによって濃縮され得、それは、例えば、より大量の血液、例えば、2ml、4ml、8ml、もしくはそれ以上、または他の試料源から、細胞を収集およびペレット化することであり得る。 In embodiments, the dispersed material in the liquid sample can be derived from other tissue sources. For example, they may be derived from biopsies obtained from body fluids other than blood, such as bone marrow, cerebrospinal fluid, urine, saliva, sputum, tears, semen, or other sources of body fluids. Alternatively, the dispersed material in the liquid sample may reflect liquid dispersion of material from a solid biopsy, such as a tissue sample obtained from a tumor or other solid sample derived from a structure or organ of interest. . In embodiments, the dispersed material can be derived from non-tissue sources. In embodiments, biological material in a sample may be concentrated by concentrating a large amount of sample, such as a larger amount of blood, e.g., 2 ml, 4 ml, 8 ml, or more, or other samples. The cells can be collected and pelleted from the source.

実施形態において、試料中の生物学的材料は、例えば、大量の血液(たとえば、0.5ccまたは1ccまたはそれ以上)または他の組織源から細胞ペレットを遠心分離および収集するで、比較的大量のサンプルから濃縮することによって濃縮することができる。 In embodiments, the biological material in the sample is present in relatively large amounts, such as by centrifuging and collecting cell pellets from large volumes of blood (e.g., 0.5 cc or 1 cc or more) or other tissue sources. It can be concentrated by concentrating it from the sample.

液体サンプル中に分散させる前に、材料は、追加の処理ステップを受けることができる。実施形態では、生体材料は、本明細書でさらに論じるように、液体サンプル中に分散させる前に固定ステップを受けることができる。あるいは、固定は、生物学的材料が液体サンプル中に収集された後に行われてもよい。固定はまた、細胞が標識された後に行ってもよい。本明細書の開示による使用を見出すことができる特定の固定剤は、特に限定されず、当業者に公知のものを含む。例示的な実施形態では、固定剤は、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、エポキシ、または前述のうちの1つ以上の架橋生成物のうちの1つ以上を含む溶液である。 Prior to being dispersed into a liquid sample, the material may undergo additional processing steps. In embodiments, the biomaterial can undergo a fixation step before being dispersed into a liquid sample, as discussed further herein. Alternatively, fixation may be performed after the biological material has been collected into a liquid sample. Fixation may also be performed after the cells have been labeled. The particular fixatives that may find use according to the disclosure herein are not particularly limited and include those known to those skilled in the art. In an exemplary embodiment, the fixative is a solution containing one or more of glutaraldehyde, formaldehyde, epoxy, or one or more crosslinking products of the foregoing.

CTCなどのまれな標的の場合、大量の液体生検サンプルを連続的に収集し、単一のチューブに収集することができる。例えば、2ml以上の血液を収集し、処理し、細胞ペレットをプールし、液体サンプル緩衝液、例えばPBS中に再懸濁することができる。 For rare targets such as CTCs, large volumes of liquid biopsy samples can be collected serially and collected into a single tube. For example, 2 ml or more of blood can be collected, processed, and cell pellets pooled and resuspended in liquid sample buffer, such as PBS.

実施形態において、生物学的材料は、循環腫瘍細胞(CTC)、循環腫瘍細胞断片、循環腫瘍細胞模倣体、循環上皮細胞(CEC)、および類似の稀な循環細胞を含む。 In embodiments, the biological material includes circulating tumor cells (CTCs), circulating tumor cell fragments, circulating tumor cell mimics, circulating epithelial cells (CECs), and similar rare circulating cells.

実施形態において、本発明の方法は、目的の1つ以上の標的を標識すること、および3次元架橋網目構造を含む固体形態で分散標識物質を捕捉することを可能にする固化剤を添加することをさらに含む。言い換えれば、固化剤は、試料成分の3D可視化を支持するための固体マトリックスを提供する。 In embodiments, the methods of the invention include adding a solidifying agent that allows labeling one or more targets of interest and capturing the dispersed labeled substance in a solid form comprising a three-dimensional cross-linked network. further including. In other words, the solidifying agent provides a solid matrix to support 3D visualization of sample components.

標識は、免疫学的および分子的手段を含む、生体分子を同定するための当技術分野で公知の任意の方法を含むことができる。例えば、タンパク質は、細胞表面上、細胞内、または細胞外にあるかどうかにかかわらず、関心対象の標的となる蛋白質は、例えば蛍光コンジュゲート抗体で直接、または例えば免疫組織化学もしくは一次抗体およびコンジュゲート二次抗体で間接的に検出される抗体(または関連する免疫学的試薬)で標識することができる。標識化(例えば、化学的および免疫標識化)は1つの工程で行うことができ、または代替の実施形態では、標識化は多工程プロセスである。 Labels can include any method known in the art for identifying biomolecules, including immunological and molecular means. For example, whether the protein is on the cell surface, intracellular, or extracellular, the target protein of interest can be detected directly, e.g. with a fluorescently conjugated antibody, or e.g. with immunohistochemistry or with a primary antibody and conjugated. The gate can be labeled with an antibody (or related immunological reagent) that is detected indirectly with a secondary antibody. Labeling (eg, chemical and immunolabeling) can be done in one step, or in alternative embodiments, labeling is a multi-step process.

例えば、異なる宿主種からの複数の抗体を、同時に、またはほぼ同時に、または異なる時期に導入することができる。例示的な実施形態では、一次抗体は、蛍光色素または酵素、例えば、フルオロフォアまたは対応する二次抗体などのタグとコンジュゲートする(または予め標識する)ことができ、一工程で混合物に導入することができる。ある実施形態では、標識工程は一般に後洗浄を必要とし、したがってさらなる遠心分離および上清除去工程は細胞損失または細胞損傷をもたらし、潜在的にシグナル感受性を低下させる可能性があるので、一段階標識は多段階標識よりも好ましい。同様に、DNAまたはRNAなどの生体分子標的は、蛍光in situハイブリダイゼーション(FISH)などのために直接または間接的に検出される核酸プローブで標識することができる。必要に応じて、ビオチンストレプトアビジン結合およびポリメラーゼ鎖反応に基づく系などの利用可能な技術によって、シグナルをさらに増幅することができる。実施形態では、プローブは、無細胞腫瘍または胎児由来DNAなどの他の疾患バイオマーカーを同定することができ、またはDNAおよび染色体異常、増幅、欠失、および転座などの細胞核における遺伝的および構造的変化を可視化することができる。 For example, multiple antibodies from different host species can be introduced at or about the same time, or at different times. In an exemplary embodiment, the primary antibody can be conjugated (or prelabeled) with a tag, such as a fluorescent dye or enzyme, e.g., a fluorophore or a corresponding secondary antibody, and introduced into the mixture in one step. be able to. In certain embodiments, one-step labeling is preferred, as the labeling step typically requires post-washing, and thus further centrifugation and supernatant removal steps can result in cell loss or damage, potentially reducing signal sensitivity. is preferred over multi-step labeling. Similarly, biomolecular targets such as DNA or RNA can be labeled with nucleic acid probes that are detected directly or indirectly, such as for fluorescence in situ hybridization (FISH). If desired, the signal can be further amplified by available techniques such as biotin-streptavidin binding and polymerase chain reaction-based systems. In embodiments, probes can identify other disease biomarkers, such as cell-free tumor or fetal-derived DNA, or genetic and structural DNA and chromosomal abnormalities in the cell nucleus, such as amplifications, deletions, and translocations. changes can be visualized.

サンプルはまた、例えば、(核成分に結合する)DAPIおよびPIならびに(膜成分に結合する)DiDまたはDiLなどの蛍光色素を含む、細胞成分を対象とする様々な色素を用いて、当技術分野で公知の他の方法によって標識することもできる。 Samples can also be prepared using a variety of dyes that target cellular components, including, for example, fluorescent dyes such as DAPI and PI (which bind nuclear components) and DiD or DiL (which bind membrane components). Labeling can also be done by other methods known in the art.

標識はまた、目的の標的(生体分子)への免疫学的または分子試薬の効率的かつ特異的な結合を可能にするために、当技術分野において適切であり公知であるように、細胞透過化または固定などの他の工程を含んでもよい。ある実施形態では、標識はサンプルのゲル化および透明化の前に適用される。ある実施形態では、標識は好ましくは、例えば、生物学的材料が液体(例えば、血液)サンプル中に分散されている場合は、サンプルからペレットを得るかまたは成分を分離する前に適用される。 Labels can also be used for cell permeabilization, as appropriate and known in the art, to enable efficient and specific binding of immunological or molecular reagents to targets of interest (biomolecules). Alternatively, other steps such as fixation may be included. In some embodiments, the label is applied before gelling and clearing the sample. In certain embodiments, the label is preferably applied before pelleting or separating components from the sample, eg, if the biological material is dispersed in a liquid (eg, blood) sample.

標識は、細胞をゲル状態に固定した後に行うこともできる。例えば、液体サンプルから収集された細胞(例えば、血液から得られたPBMC)をPFA溶液に導入し、標識前にゲルを直接形成することができる。次いで、ゲルサンプルは、受動的に、または他の能動免疫標識アプローチ、例えば、電気泳動または圧力に基づくアプローチを伴う方法によって、プローブで標識することができる。したがって、実施形態では、固化後、処理されたゲルサンプルを免疫標識することができる(すなわち、初めて標識するか、またはさらなる標識を適用する)。ゲル化後の標識化のこのアプローチはより長い処理時間を要し得るが、標的細胞数の保存も増強し得る。固化後に標識化が起こる実施形態では、固定手段は、ゲル形成後の固化サンプルに対して実施することができる、次いで標識できる。 Labeling can also be performed after fixing the cells in a gel state. For example, cells collected from a liquid sample (eg, PBMCs obtained from blood) can be introduced into a PFA solution and directly form a gel before labeling. The gel sample can then be labeled with the probe passively or by other active immunolabeling approaches, such as those involving electrophoresis or pressure-based approaches. Thus, in embodiments, after solidification, the processed gel sample can be immunolabeled (ie, labeled for the first time or with additional labeling applied). Although this approach of post-gelation labeling may require longer processing times, it may also enhance preservation of target cell numbers. In embodiments where labeling occurs after solidification, the fixation means can be performed on the solidified sample after gel formation, which can then be labeled.

他の実施形態では、脱脂は固化(例えば、ゲル化)細胞サンプル上で実施することができ、そこでは画像化のために試料の透明性を高める必要性または要望がある。実施形態において、固化したサンプルはヒドロゲル前駆体またはエポキシでさらに架橋し、CLARITYアプローチに従って脱脂することができる。例えば、”Advances in CLARITY-based tissue clearing and imaging,” Exp Ther. Med. 2008;16(3):1567-1576参照。しかしながら、固化したサンプル中に分散されるサンプル中の細胞の少ない積層のために、ほとんどの実施形態によれば、脱脂工程は一般に必要とされないことに留意されたい。以下に説明するように、ある実施形態では、屈折率整合ステップさえ必要とされない。 In other embodiments, delipidation can be performed on solidified (eg, gelled) cell samples, where there is a need or desire to increase sample transparency for imaging. In embodiments, the solidified sample can be further crosslinked with a hydrogel precursor or epoxy and degreased according to the CLARITY approach. For example, "Advances in CLARITY-based tissue clearing and imaging," Exp Ther. Med. See 2008;16(3):1567-1576. However, it is noted that, according to most embodiments, a delipidation step is generally not required due to the low stacking of cells in the sample that are dispersed in the solidified sample. As explained below, in some embodiments, even an index matching step is not required.

ステップ2:サンプルの固化および透明化
ある実施形態では、サンプルを固化させることは、生物学的材料がゲル形態などの固体形態で捕捉されることを可能にする固化剤(例えば、ゲル化剤)であって、その後の目的の標識生体分子の画像化および検出に適合する固化剤を導入することを含む。固化剤としては、これに限定されるものではないが、アガロース(低融点アガロースを含む)溶液、ポリアクリルアミド前駆体、天然ゴム、デンプン、ペクチン、寒天、およびゼラチンなどの当技術分野で公知の試薬を挙げることができる。実施形態において、そのような試薬は、多糖またはタンパク質に基づく。例えば、Kar et al. 2019, Current developments in excipient science: in Fundamentals of Drug Delivery, 29-83を参照。あるいは、ある実施形態では、固化剤は、剛性の物理的ゲルを提供するために、必要に応じて適切な粘度を与えるように改変された屈折率整合溶液自体からなるか、または本質的にそれからなることができる。
Step 2: Solidifying and Clearing the Sample In some embodiments, solidifying the sample includes a solidifying agent (e.g., a gelling agent) that allows the biological material to be captured in a solid form, such as a gel form. and the introduction of a solidifying agent compatible with subsequent imaging and detection of labeled biomolecules of interest. Solidifying agents include reagents known in the art such as, but not limited to, agarose (including low melting point agarose) solutions, polyacrylamide precursors, natural gum, starch, pectin, agar, and gelatin. can be mentioned. In embodiments, such reagents are polysaccharide- or protein-based. For example, Kar et al. 2019, Current developments in experimental science: in Fundamentals of Drug Delivery, 29-83. Alternatively, in some embodiments, the solidification agent consists of, or consists essentially of, an index-matching solution itself, optionally modified to provide the appropriate viscosity to provide a rigid physical gel. can become.

実施形態において、固化剤は、天然または合成ポリマー(例えば、キサンタンガム、Pemulen(商標)、Carbopol(商標)、Velvesil(商標)plus、または他のポリアクリル酸誘導体)から作製されるものなどの粘度調整剤であるか、またはそれを含む。 In embodiments, the solidifying agent is a viscosity-adjusting agent, such as one made from natural or synthetic polymers (e.g., xanthan gum, Pemulen™, Carbopol™, Velvesil™ plus, or other polyacrylic acid derivatives). is or contains an agent.

実施形態において、固化剤は固体の三次元マトリックスまたは網目構造を有する物理的ゲルを生じる多糖類(例えば、寒天/アガロース、ジェランガム)の混合物を含む。 In embodiments, the solidifying agent comprises a mixture of polysaccharides (eg, agar/agarose, gellan gum) that produces a physical gel with a solid three-dimensional matrix or network structure.

実施形態では、固化剤は、合成化学ゲルを生成する化学モノマーと架橋剤との混合物を含み、すなわち、化学的に架橋されたポリマーネットワークを有する。 In embodiments, the solidifying agent includes a mixture of chemical monomers and crosslinking agents that produce a synthetic chemical gel, ie, has a chemically crosslinked polymer network.

固化(例えば、ゲル化)は、例示的な実施形態では、生物学的材料を、そのゲル化点を超える温度、例えば37°Cで添加した低融点のアガロース溶液などの液体形態であるゲル化材料中に分散または再懸濁することを含むことができる。 Solidification (e.g., gelling) is, in an exemplary embodiment, gelling, in which the biological material is in a liquid form, such as a low melting point agarose solution, added at a temperature above its gelling point, e.g., 37°C. This may include dispersing or resuspending the material.

予備ゲル化段階の間、この例示的な実施形態によれば、サンプルは流体または溶融状態のままであり、材料は、第3段階の画像形成ホルダーに移すまで分散状態に維持することができる。例えば、固化剤を標識試料(例えば、図1に示されるような標識PBMCペレット)に導入し、混合物を、例えばピペットまたはボルテックスミキサーで混合することができる。したがって、ある実施形態におけるゲル化剤は、所望であれば、ゲル化剤(およびサンプル)を加熱して流体または溶融状態にすることができるという点で、可逆的ゲル化剤である。 During the pre-gelation stage, according to this exemplary embodiment, the sample remains in a fluid or molten state and the material can remain in a dispersed state until transferred to the third stage imaging holder. For example, a solidifying agent can be introduced to a labeled sample (eg, a labeled PBMC pellet as shown in FIG. 1) and the mixture mixed, eg, with a pipette or vortex mixer. Accordingly, the gelling agent in certain embodiments is a reversible gelling agent in that the gelling agent (and sample) can be heated to a fluid or molten state if desired.

ある実施形態では、予備ゲル化は、低融点アガロースを含む溶液中に生物学的材料を分散または再懸濁することを含む。実施形態において、低融点アガロースの最終濃度は、0.3%超または0.5%超である。実施形態において、低融点アガロースの最終濃度は、1.0%未満、または1.6%未満、または2%未満、または10%未満である。実施形態において、低融点アガロースの最終濃度は、0.1%~10%、または0.3%~1.6%、または0.5%~1.5%(例えば、約1%)である。 In certain embodiments, pregelling comprises dispersing or resuspending the biological material in a solution containing low melting point agarose. In embodiments, the final concentration of low melting point agarose is greater than 0.3% or greater than 0.5%. In embodiments, the final concentration of low melting point agarose is less than 1.0%, or less than 1.6%, or less than 2%, or less than 10%. In embodiments, the final concentration of low melting point agarose is between 0.1% and 10%, or between 0.3% and 1.6%, or between 0.5% and 1.5% (e.g., about 1%). .

従って、ある実施形態では、予備ゲル化は、アガロース(すなわち、通常の融点のアガロース)を含む溶液中に生物学的材料を分散または再懸濁することを含む。実施形態において、アガロースの最終濃度は、0.3%超または0.5%超である。実施形態において、アガロースの最終濃度は、1.0%未満、または1.6%未満、または2%未満、または10%未満である。実施形態において、アガロースの最終濃度は、0.1%~10%、または0.3%~1.6%、または0.5%~1.5%(例えば、約1%)である。 Accordingly, in certain embodiments, pregelling comprises dispersing or resuspending the biological material in a solution containing agarose (ie, normal melting point agarose). In embodiments, the final concentration of agarose is greater than 0.3% or greater than 0.5%. In embodiments, the final concentration of agarose is less than 1.0%, or less than 1.6%, or less than 2%, or less than 10%. In embodiments, the final concentration of agarose is 0.1% to 10%, or 0.3% to 1.6%, or 0.5% to 1.5% (eg, about 1%).

ある例示的な実施形態では、予備ゲル化は、低融点アガロースと通常のアガロースとの混合物を含む溶液中に生物学的材料を分散または再懸濁することを含む。ある例示的な実施形態では、ゲル化剤溶液(アガロースまたは低融点アガロース溶液などであるが、これらに限定されない)は、最終的な固化ゲルの所望の屈折率を提供するために、後述する十分な量のRI適合材料と組み合わされる。ある例示的な実施形態では、予備ゲル化材料は、ゲル化溶液を構成するために、RI適合溶液に直接溶解される。 In certain exemplary embodiments, pregelling involves dispersing or resuspending the biological material in a solution comprising a mixture of low melting point agarose and regular agarose. In certain exemplary embodiments, the gelling agent solution (such as, but not limited to, agarose or a low melting point agarose solution) is sufficient as described below to provide the desired refractive index of the final solidified gel. combined with a quantity of RI compatible material. In certain exemplary embodiments, the pre-gelled material is dissolved directly into the RI compatible solution to constitute the gelled solution.

実施形態において、生物学的サンプルを混合物中に分散または再懸濁し、ゲルを形成することにより、一般に、サンプル中の成分を、透明性などの十分な特性を有する空間分布で安定化させて、その後の画像化を可能にする。ある実施形態では、ある屈折率を有する(例えば、1.3~1.6もしくは1.33~1.5の間の屈折率を有する、または水とほぼ同等のRIを有する)屈折率整合材料を、ゲル化または予備ゲル化混合物に導入することができるが、他の実施形態では他の屈折率を有するRI整合材料を使用することができる。当技術分野で知られているように、屈折率整合材料(RI適合またはRIMともよぶ)は、組織/細胞内に浸透して組織/細胞の透明性を達成することができ、CUBIC-R+、RapidClear、RIMS、またはScaleViewを含むが、これらに限定されない。Neuropathol Appl Neurobiol, 2016 Oct;42(6):573-87を参照。 In embodiments, dispersing or resuspending a biological sample in a mixture to form a gel generally stabilizes the components in the sample in a spatial distribution with sufficient properties, such as transparency, and Allows for subsequent imaging. In some embodiments, an index matching material having a refractive index (e.g., having a refractive index between 1.3 and 1.6 or 1.33 and 1.5, or having an RI approximately equal to water) can be introduced into the gelling or pregelling mixture, although RI matching materials with other refractive indices can be used in other embodiments. As known in the art, refractive index matching materials (also referred to as RI compatible or RIM) can penetrate into tissues/cells to achieve tissue/cell transparency, and CUBIC-R+, Including, but not limited to, RapidClear, RIMS, or ScaleView. See Neuropathol Appl Neurobiol, 2016 Oct; 42(6):573-87.

ある実施形態では、屈折率整合材料は必要とされない。例えば、小さなサンプルでは、レーザー光が固化したサンプルを透過し、標識された細胞または他の標的成分を励起することができる。すなわち、固化したサンプルの屈折率差は、レーザーが光の屈折を引き起こすのに深く透過する必要がないときには問題とならない。例えば、より大きなパワーを有する2光子レーザーを用いると、レーザーは、曲げられることなく、より深く浸透することができる。そのようなシステムは、フルオロフォアの可能性のある光損傷によってのみ制限され、この問題はそのような損傷を回避するために、屈折率整合材料、例えば屈折率整合溶液の添加を必ずしも必要としない。 In some embodiments, index matching material is not required. For example, in small samples, laser light can pass through the solidified sample and excite labeled cells or other target components. That is, refractive index differences in the solidified sample are not a problem when the laser does not need to penetrate deeply to cause light refraction. For example, using a two-photon laser with more power allows the laser to penetrate deeper without being bent. Such systems are limited only by possible photodamage of the fluorophore, and this problem does not necessarily require the addition of an index-matching material, e.g. an index-matching solution, to avoid such damage. .

実施形態において、予備ゲル化は1つ以上のヒドロゲル前駆体、例えば、重合性エチレン性不飽和基を含有する水溶性基からなる群から選択されるモノマーを含む、重合性材料、モノマーまたはオリゴマーを含むゲル化材料中に、生物学的材料を分散または再懸濁することを含む。モノマーまたはオリゴマーは、1つ以上の置換または非置換メタクリレート、アクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、ビニルアルコール、ビニルアミン、アリルアミン、アリルアルコールを含むことができる。前駆体はまた、例えば、WO2019023214およびWO/2020/013833に記載されている、当技術分野で公知の重合開始剤、架橋剤、および他の成分を含む。 In embodiments, pregelling comprises one or more hydrogel precursors, e.g., polymerizable materials, monomers or oligomers comprising monomers selected from the group consisting of water-soluble groups containing polymerizable ethylenically unsaturated groups. dispersing or resuspending the biological material in the gelling material. The monomer or oligomer can include one or more substituted or unsubstituted methacrylates, acrylates, acrylamides, methacrylamides, vinyl alcohols, vinyl amines, allyl amines, allyl alcohols. The precursor also includes polymerization initiators, crosslinkers, and other components known in the art, as described, for example, in WO2019023214 and WO/2020/013833.

実施形態では、本発明の方法は、液体または溶融状態にある間に、予備ゲル化混合物をホルダー内のサンプルウェルに移すことを含む。実施形態では、ホルダー内のウェルが画像化に適した固体サンプルの形成を可能にする。例えば、固体サンプルは、蛍光顕微鏡法による画像化のためにカスタマイズされたブロックまたは他の形態の形状であり得る。あるいは、ある実施形態では、予備ゲル化工程は、管-サンプルホルダーの組合せ中で実施することができ、したがって、同じ管中で固化(例えば、ゲル化)が起こることを可能にし、液体溶液を別個のサンプルホルダーにその後移す必要性を排除できる。 In embodiments, the methods of the invention include transferring the pre-gelled mixture to a sample well in a holder while in a liquid or molten state. In embodiments, wells within the holder allow for the formation of solid samples suitable for imaging. For example, the solid sample can be in the shape of a block or other form customized for imaging by fluorescence microscopy. Alternatively, in some embodiments, the pre-gelation step can be performed in a tube-sample holder combination, thus allowing solidification (e.g., gelation) to occur in the same tube and keeping the liquid solution The need for subsequent transfer to a separate sample holder can be eliminated.

アガロース混合物の場合は、固化またはゲル化が、予備ゲル化混合物をゲル化点未満の温度、例えば、4℃に移すことによって達成することができる。他の実施形態では例えば、ヒドロゲル形成のために、移し替えサンプルは重合剤の付加などのさらなる処理に供される。 In the case of agarose mixtures, solidification or gelation can be achieved by transferring the pregelled mixture to a temperature below the gelling point, for example 4°C. In other embodiments, for example, for hydrogel formation, the transferred sample is subjected to further processing, such as addition of a polymerizing agent.

固化後、サンプルは、画像化の前に追加のステップによって処理することができる。例えば、サンプルは、第ステップ3(RI適合)における撮像に適切に適合するように(例えば、透明化)、屈折率材料中で平衡化することができる。あるいは、ある実施形態では、RI適合材料が固化剤と同時に添加される。さらに別の実施形態では、RI適合材料は固化剤と共に添加し、次いで、第2ラウンドのRI適合材料を固化試料に添加して、サンプルの最終的な所望の透明性を提供する。 After solidification, the sample can be processed by additional steps before imaging. For example, the sample can be equilibrated in a refractive index material to be properly adapted (eg, cleared) for imaging in step 3 (RI adaptation). Alternatively, in some embodiments, the RI compatible material is added at the same time as the solidifying agent. In yet another embodiment, the RI compatible material is added with a solidifying agent and then a second round of RI compatible material is added to the solidified sample to provide the final desired clarity of the sample.

RI適合材料は当技術分野で公知であり、固化ゲルサンプルの所望の透明性を提供するのに適切な量で使用することができる。ある実施形態では、RI適合材料は、約1.39~約1.65、または約1.49~約1.55(例えば、約1.52)のRIを有する。例えば、これに限定されないが、RI適合材料はNeuropathology and Applied Neurobiology, November 2015, ”Bring CLARITY to the human brain: Visualization of Lewy pathology in three dimensions,” Liu et al., availabl at https://www.researchgate.net/figure/Comparison-of-different-refractive-index-matching-solutions- Abbreviations-BABB_tbl3_283493188>の表3に記載のものであり得る。 RI compatible materials are known in the art and can be used in amounts appropriate to provide the desired clarity of the solidified gel sample. In certain embodiments, the RI compatible material has an RI of about 1.39 to about 1.65, or about 1.49 to about 1.55 (eg, about 1.52). For example, but not limited to, RI-compatible materials can be Lewy pathology in three dimensions,” Liu et al. , available at https://www. researchgate. net/figure/Comparison-of-different-refractive-index-matching-solutions-Abbreviations-BABB_tbl3_283493188>.

ステップ3-サンプルのマウンティングと画像化
このステップは、例示的な実施形態では、イメージホルダー上へのサンプルのマウンティングと蛍光顕微鏡法などの適切な画像化手段によって固体試料を画像化することを伴う。
Step 3 - Mounting and Imaging the Sample This step, in an exemplary embodiment, involves mounting the sample onto an image holder and imaging the solid sample by suitable imaging means, such as fluorescence microscopy.

実施形態では、本発明の方法は、画像化の前に、図1に示されるような3Dプリントされたサンプルホルダーなどのイメージホルダー上に試料をマウンティングすることと、例えば、水チャンバまたはRI適合溶液中でサンプルを画像化することとを含むことができる。サンプルホルダーは、特定のサンプル調製に従ってカスタマイズすることができる。実施形態では、それは基部および2つの側壁を備えてもよい。実施形態では、粘性媒体中で調製されたサンプルのために使用されるようなホルダーは、サンプル中の分散成分の空間的構成を取り囲み、保存する4つの壁を有し得る。実施形態において、画像化は、標準的な落射蛍光顕微鏡を用いてサンプルキュベット中で実施することができる。3Dゲルサンプルは、マウンティングゲル(例えば、アガロース、ポリ-L-リジン、スーパーグルー)の助けを借りてサンプルホルダーにマウントすることができる。例えば、Asanoら、Expansion Microscopy: Protocols for Imaging Proteins and RNA in Cells and Tissue, Current Protocols in cell biology (2018)、特に34~36頁の「Sample mounting」参照。 In embodiments, the method of the invention includes, prior to imaging, mounting the sample on an image holder, such as a 3D printed sample holder as shown in FIG. imaging the sample within the sample. Sample holders can be customized according to specific sample preparation. In embodiments, it may include a base and two side walls. In embodiments, holders such as those used for samples prepared in viscous media may have four walls that enclose and preserve the spatial organization of dispersed components in the sample. In embodiments, imaging can be performed in a sample cuvette using a standard epifluorescence microscope. 3D gel samples can be mounted on sample holders with the help of mounting gels (eg agarose, poly-L-lysine, superglue). For example, Asano et al., Expansion Microscopy: Protocols for Imaging Proteins and RNA in Cells and Tissues, Current Protocols in cell biology (2018), especially “Sample mounting” on pages 34-36.

蛍光顕微鏡法のアプローチは、図1に示すように、従来の共焦点顕微鏡法、共鳴走査共焦点顕微鏡法、スピンディスク顕微鏡法、および光シート顕微鏡法が含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、ゲルサンプルは、図1に示されるように、検出レンズおよび照明レンズを使用する光シート蛍光顕微鏡法(LSFM)などの光シート顕微鏡法によって迅速に画像化される。ある実施形態では、図1に示すように、ガウスビームを使用することができ、あるいは非回折ベッセルビームなどの特殊なビームプロファイルを使用することができる。このような画像化により、3Dサンプルブロック中の物質を走査し、標識されたバイオマーカーの個々の存在について評価することができる。当技術分野で知られているように、プロセッサは顕微鏡と通信し、そこから出力を受け取り、連続的に画像化された隣接する物体領域を組み合わせることができる(すなわち、「ステッチング」)。例えば、米国特許第10,746,981, 10,876,870および米国特許出願公開第2016/0041099号および国際特許出願公開第2017/031249号に開示されている技術および装置を参照。これらは、本発明の開示の主題に従って使用することができる。 Fluorescence microscopy approaches include, but are not limited to, conventional confocal microscopy, resonant scanning confocal microscopy, spinning disk microscopy, and light sheet microscopy, as shown in FIG. 1. In certain embodiments, gel samples are rapidly imaged by light sheet microscopy, such as light sheet fluorescence microscopy (LSFM) using a detection lens and an illumination lens, as shown in FIG. In some embodiments, a Gaussian beam may be used, as shown in FIG. 1, or a special beam profile such as a undiffracted Bessel beam may be used. Such imaging allows the material in the 3D sample block to be scanned and evaluated for the individual presence of labeled biomarkers. As is known in the art, the processor can communicate with and receive output from the microscope to combine (i.e., "stitch") successively imaged adjacent object regions. See, for example, the techniques and devices disclosed in US Pat. These can be used according to the subject matter of the present disclosure.

他の検出光源および対応する顕微鏡用途も使用することができる。例えば、光学顕微鏡を用いて、例えば、H&E(ヘマトキシリンおよびエオシン)または免疫組織化学(IHC)により染色された細胞を含む可視色素染色細胞を評価できる。さらに、X線顕微鏡法を用いて、適切な金属タグで標識された液体成分を検出することができる。市販のスマートフォン(例えば、iPhone(登録商標)またはAndroid(登録商標)ベーススマートフォン)に含まれる高解像度カメラまたは関連する光検出システムによって取得された画像を含む、他の撮像技術も使用することができる Other detection light sources and corresponding microscopy applications can also be used. For example, light microscopy can be used to evaluate visible dye-stained cells, including cells stained by, for example, H&E (hematoxylin and eosin) or immunohistochemistry (IHC). Additionally, X-ray microscopy can be used to detect liquid components labeled with appropriate metal tags. Other imaging techniques can also be used, including images captured by high-resolution cameras or associated light detection systems included in commercially available smartphones (e.g., iPhone® or Android®-based smartphones).

ステップ4-可視化と分析
本発明の方法はまた、疾患を評価、診断、またはモニタリングするために使用することができる。例えば、液体生検(例えば、上記のように処理された全血)を顕微鏡分析して、その中の希少細胞の存在を検出することができる。例えば、本開示の方法は、例えば、結腸直腸腺癌細胞、白血病細胞、癌の種類、それらの癌が発症した程度、癌が治療的介入に応答するかどうかなどについて、検出することができる。
Step 4 - Visualization and Analysis The methods of the invention can also be used to assess, diagnose, or monitor disease. For example, a liquid biopsy (eg, whole blood processed as described above) can be analyzed microscopically to detect the presence of rare cells therein. For example, the methods of the present disclosure can detect, eg, colorectal adenocarcinoma cells, leukemia cells, types of cancers, the extent to which those cancers have developed, whether the cancers respond to therapeutic intervention, and the like.

実施形態では、本明細書に開示される方法は、本開示の実施形態に従って、炎症性、代謝性、胃腸、内分泌、免疫性、筋骨格、心血管、心肺、泌尿生殖器、肝臓、呼吸器、ウイルス、および神経疾患および障害などの他の疾患および障害に関連する細胞バイオマーカーを検出するために使用され得る。 In embodiments, the methods disclosed herein can be used to treat inflammatory, metabolic, gastrointestinal, endocrine, immunological, musculoskeletal, cardiovascular, cardiopulmonary, genitourinary, hepatic, respiratory, It can be used to detect cellular biomarkers associated with viruses and other diseases and disorders, such as neurological diseases and disorders.

特定の細胞または細胞外成分(例えば、循環腫瘍由来因子、分泌タンパク質、放出された小胞およびエキソソーム、ならびに無細胞核酸および他のバイオマーカー)などのバイオマーカーの存在を検出することに加えて、本明細書に開示の方法は、細胞細胞相互作用、細胞体積、核細胞質比および他の現象を確認するために使用することができる。実施形態では、画像化を使用して、細胞形態および構造を分析することができ、それにはそれらの天然または健康な状態と比較した、細胞形態および構造の変化の分析が含まれる。例えば、画像化方法は、細胞の外観、例えば、そのサイズ、形状、または他の外部特性を分析するために使用することができる。さらに、画像化方法は、核、小胞体、ゴルジ装置、ミトコンドリア、または他の細胞小器官などの内部細胞成分の形態および構造を分析するために使用することができる。 In addition to detecting the presence of biomarkers such as specific cellular or extracellular components (e.g., circulating tumor-derived factors, secreted proteins, released vesicles and exosomes, and cell-free nucleic acids and other biomarkers) The methods disclosed herein can be used to confirm cell-cell interactions, cell volume, nucleocytoplasmic ratio, and other phenomena. In embodiments, imaging can be used to analyze cell morphology and structure, including analysis of changes in cell morphology and structure compared to their natural or healthy state. For example, imaging methods can be used to analyze the appearance of cells, such as their size, shape, or other external characteristics. Additionally, imaging methods can be used to analyze the morphology and structure of internal cellular components such as the nucleus, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, mitochondria, or other organelles.

別の例として、生検は、腎臓、心臓、胃、肝臓、膵臓、腸、脳などからの罹患組織のサンプルの液体分散によって調製され、組織の状態、疾患が発症した程度、組織が成功する可能性などを決定することができる。本明細書における方法は、たとえば、膜または細胞成分を標的とする色素の使用を通じて、疾患状態を示し得る細胞集団における形態学的変化を評価するために使用され得る。 As another example, a biopsy is prepared by liquid dispersion of a sample of affected tissue from the kidney, heart, stomach, liver, pancreas, intestine, brain, etc., and determines the condition of the tissue, the degree to which the disease has developed, and the success of the tissue. Possibilities etc. can be determined. The methods herein can be used to assess morphological changes in a cell population that may be indicative of a disease state, eg, through the use of dyes that target membranes or cellular components.

本方法は、他の用途にも使用することができる。1つの適用では、液体生物学的サンプルを使用して、組織または疾患に対するそれらの効果について候補治療剤をスクリーニングすることができる。例えば、候補薬剤と接触させた対象、例えばマウス、ラット、イヌ、霊長類、ヒトなどから得られた液体サンプルは本明細書に開示される方法によって調製することができ、1つまたは複数の細胞または組織パラメータ、すなわち測定することができる細胞内成分の属性または特徴について顕微鏡的に分析することができる。 This method can also be used for other applications. In one application, liquid biological samples can be used to screen candidate therapeutic agents for their effects on tissues or diseases. For example, a liquid sample obtained from a subject, such as a mouse, rat, dog, primate, human, etc., that has been contacted with a candidate agent can be prepared by the methods disclosed herein, and one or more cells or microscopically analyzed for tissue parameters, i.e. attributes or characteristics of intracellular components that can be measured.

別の用途では、本発明の方法はまた、組織から材料を分散させることによって調製された液体サンプル中の遺伝学的にコードされたマーカーの分布を可視化するために使用することができる。そのようなマーカーには、例えば、染色体異常(逆位、重複、転座)、遺伝的ヘテロ接合性の喪失、疾患状態または健康状態に対する素因を示す遺伝マーカーの存在が含まれ得る。そのような検出は例えば、個人化医療、父性の研究、または他の適用などにおいて、疾患を診断およびモニタリングする際に有用であり得る。 In another application, the method of the invention can also be used to visualize the distribution of genetically encoded markers in liquid samples prepared by dispersing material from tissue. Such markers can include, for example, chromosomal abnormalities (inversions, duplications, translocations), loss of genetic heterozygosity, the presence of genetic markers indicative of a predisposition to a disease or health condition. Such detection may be useful, for example, in diagnosing and monitoring diseases, such as in personalized medicine, paternity studies, or other applications.

CTC検出
ある例示的な実施形態において、本明細書に開示される方法は診断のための免疫学的または分子的手段によってCTCを検出するために、およびそれらの臨床的重要性に対処するために使用される。CTCは、数百万の他の循環細胞と共に血液または他の流体中を循環する稀な細胞である。本発明の方法は、そのような希少細胞を、複雑な液体サンプルまたは液体生検の固化3D形態で捕捉する。サンプルは、引き続き、例えば光シート蛍光顕微鏡法によって画像化されるとき、任意のCTCは、サンプルブロック中の個々のシグナルとして検出され得る。有利には、本発明の方法は、その生物学的不均一性を低下させることなく、そのようなCTC検出を可能にする。それらはまた、形態を破壊するかまたは感受性を妨害し得る、マイクロ流体工学または従来の細胞学による処理に必要とされるものよりも少ない干渉を含み得る。
CTC Detection In certain exemplary embodiments, the methods disclosed herein are used to detect CTCs by immunological or molecular means for diagnosis and to address their clinical significance. used. CTCs are rare cells that circulate in blood or other fluids along with millions of other circulating cells. The method of the invention captures such rare cells in solidified 3D form in complex liquid samples or liquid biopsies. When the sample is subsequently imaged, for example by light sheet fluorescence microscopy, any CTCs can be detected as individual signals in the sample block. Advantageously, the method of the invention allows such CTC detection without reducing their biological heterogeneity. They may also contain less interference than is required for processing by microfluidics or conventional cytology, which may disrupt morphology or interfere with sensitivity.

実施例
本明細書の開示は、以下の非限定的な実施例によってさらに説明される。
これらの実施例は単なる例示であると理解され、それらは、1つ以上の実施形態の範囲を限定するものと、そして、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
EXAMPLES The disclosure herein is further illustrated by the following non-limiting examples.
It is understood that these examples are illustrative only; they are to be construed as limiting the scope of one or more embodiments, and as defined by the appended claims. Shouldn't.

実施例1-患者血液サンプル中のCTCのマトリックス支援検出
背景
CTCは、例えば造血コンパートメントに属する何百万もの他の循環細胞と共に血液または他の流体中を循環し、自発的に接着しない稀な細胞である。これらの貧弱な接着特性は、CTCを単離および固定化するための固体支持体の使用など、CTCを検出するための当該技術分野における既存の方法を困難にしている。本明細書に開示されている方法は、そのような希少細胞が存在する場合、それらの生物学的不均一性を制限することなく液体サンプルの複雑な3D表現を検出することを可能にし、そして、形態を破壊し得る介入を低減できる。さらに、抗接着分子(または他の結合タンパク質)でコーティングされた修飾された支持体およびマトリックスに基づく方法は、CTC形態を変化させる生物学的応答を誘発し得、不正確な分析をもたらす。免疫固定化は、コーティングされた抗体と細胞膜タンパク質との間の強い親和性に依存する。標的表面タンパク質の低い発現または低い抗体親和性は、標的細胞の低い捕捉率をもたらし得る。同様に、顕微鏡スライドなどの支持体への、細胞の細胞遠心分離、その後の固定およびそれに続く標識は、細胞を破壊するかまたはそれらの形態を破壊し、診断評価を妨害し得る。対照的に、顕微鏡スライドアプローチは画像化を可能にするために単層様式で細胞をコーティングすることを必要とし、これは、画像化および分析される処理量または細胞の数を大幅に減少する。
Example 1 - Matrix-Assisted Detection of CTCs in Patient Blood Samples Background CTCs are rare cells that circulate in blood or other fluids along with millions of other circulating cells belonging to the hematopoietic compartment, for example, and do not spontaneously adhere. It is. These poor adhesive properties complicate existing methods in the art for detecting CTCs, such as the use of solid supports to isolate and immobilize CTCs. The method disclosed herein allows to detect complex 3D representations of liquid samples without limiting their biological heterogeneity when such rare cells are present, and , reducing interventions that can destroy morphology. Furthermore, methods based on modified supports and matrices coated with anti-adhesion molecules (or other binding proteins) can induce biological responses that change CTC morphology, resulting in inaccurate analysis. Immunofixation relies on strong affinity between coated antibodies and cell membrane proteins. Low expression of target surface proteins or low antibody affinity may result in low capture rates of target cells. Similarly, cytocentrifugation, subsequent fixation and subsequent labeling of cells onto a support such as a microscope slide may destroy the cells or disrupt their morphology, interfering with diagnostic evaluation. In contrast, the microscope slide approach requires coating cells in a monolayer fashion to enable imaging, which greatly reduces throughput or the number of cells imaged and analyzed.

マイクロ流体、ナノ構造、およびチャネルに依存する検出方法は、同様の制限を受ける可能性がある。例えば、WO2012016136;WO2013049636を参照。そのような方法は液体サンプル中の細胞成分に流動ストレスを誘発し、それらの形態および他の特徴を損なうことがある。より一般的には、そのような方法は典型的には、表面膜タンパク質のサイズまたは発現に基づいて細胞の均質な集団を選択しており、臨床または生物学的サンプルの診断分析に適した生物学的不均一性を制限することになる。 Detection methods that rely on microfluidics, nanostructures, and channels can suffer from similar limitations. For example, see WO2012016136; WO2013049636. Such methods can induce flow stress on cellular components in liquid samples, impairing their morphology and other characteristics. More generally, such methods typically select homogeneous populations of cells based on the size or expression of surface membrane proteins, making them suitable for diagnostic analysis of clinical or biological samples. This will limit scientific heterogeneity.

したがって、長い操作、相互作用外部刺激、および長期処理を最小限に抑えることができる生検方法を明らかにすることが望ましい。そのような改善は、液体生検における細胞、および他の成分の自然状態および不均一性の両方を改善するのに役立ち得る、そしてそれによって、可能性のある転移プロセスの早期診断など、診断用途のためのより正確なツールを提供する。 Therefore, it is desirable to uncover a biopsy method that can minimize lengthy operations, interacting external stimuli, and long-term processing. Such improvements could help improve both the native state and heterogeneity of cells and other components in liquid biopsies, and thereby improve diagnostic applications, such as early diagnosis of possible metastatic processes. Provide more accurate tools for

末梢血中のCTCは、腫瘍の拡大とみなすことができる。腫瘍は典型的には不均一であり、これは、突然変異を介して、腫瘍がその中でいくつかの異なる細胞型を発症し得ることを意味する。各細胞型はそれ自体の特徴を有することができ、それは、軽度から進行性までに及ぶことができる。CTCは、腫瘍から血流中に放出されるまれな癌細胞であり、癌転移において重要な役割を有すると考えられている。例えば、Harouaka et al., 2014, Pharmacol. Ther. 141, 209-221参照。 CTCs in peripheral blood can be considered as tumor extension. Tumors are typically heterogeneous, meaning that through mutations, a tumor can develop several different cell types within it. Each cell type can have its own characteristics, which can range from mild to progressive. CTCs are rare cancer cells released from tumors into the bloodstream and are thought to have an important role in cancer metastasis. For example, Harouaka et al. , 2014, Pharmacol. Ther. See 141, 209-221.

参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2019/0113423号には、腫瘍における膜タンパク質またはDNA/RNA情報などの分子特性が治療結果の指標となり得る方法が記載されている。この参考文献は、固体組織または固体細胞ペレットなどのサンプルをヒドロゲルモノマーの溶液中に固定または包埋すること、モノマーを架橋すること、架橋されたサンプルを透明化すること、透明化されたサンプルを1つまたは複数の検出可能なマーカーで染色すること、およびCOLMまたは同様の画像化プロセスを使用して染色されたサンプルを画像化することを含む。 US Patent Application Publication No. 2019/0113423, incorporated herein by reference, describes methods in which molecular characteristics such as membrane proteins or DNA/RNA information in a tumor can be indicative of treatment outcome. This reference describes fixing or embedding a sample, such as a solid tissue or solid cell pellet, in a solution of hydrogel monomers, crosslinking the monomers, clearing the crosslinked sample, and clearing the cleared sample. It involves staining with one or more detectable markers and imaging the stained sample using COLM or a similar imaging process.

対照的に、本明細書の開示は、ある実施形態において、3次元固化サンプル中に分散および捕捉された個々の細胞(例えば、液体生物学的サンプル由来の個々の細胞)を分析する方法を提供する。細胞の濃縮または選択は不要であり、全ての細胞を、標識し、サンプルを画像化することによって視覚的にスクリーニングすることができる。 In contrast, the disclosure herein provides, in certain embodiments, methods for analyzing individual cells dispersed and captured in a three-dimensional solidified sample (e.g., individual cells from a liquid biological sample). do. No enrichment or selection of cells is required and all cells can be visually screened by labeling and imaging the sample.

ある実施形態では、脱脂(例えば、SDSベースの脱脂)または他のサンプル透明化方法の一般的な必要性もなく、本明細書に開示の方法のある実施形態はそのような脱脂または他のサンプル透明化ステップを含まないことによって定義される。例えば、Jensen and Berg, 2017, J. Chem. Neuroanat. 86, 19-34.参照。したがって、例えば、米国特許出願公開第2019/0113423号およびCLARITYまたは他の透明化プロトコルを含む方法と比較して、より多くの細胞情報が保存される。本明細書の開示によれば、各個々の細胞または細胞クラスターは、3次元アレイで互いに分離して可視化および分析することができ、これにより、細胞サイズ、形態、バイオマーカー分布、核細胞質比などの包括的な細胞情報を提供することができる。 In some embodiments, there is no general need for delipidation (e.g., SDS-based delipidation) or other sample clearing methods, and certain embodiments of the methods disclosed herein do not require such delipidation or other sample clearing methods. Defined by not including a transparency step. For example, Jensen and Berg, 2017, J. Chem. Neuroanat. 86, 19-34. reference. Thus, more cellular information is preserved compared to, for example, methods involving US Patent Application Publication No. 2019/0113423 and CLARITY or other clearing protocols. According to the disclosure herein, each individual cell or cell cluster can be visualized and analyzed separately from each other in a three-dimensional array, which allows for cell size, morphology, biomarker distribution, nucleocytoplasmic ratio, etc. can provide comprehensive cellular information.

複数のタイプの腫瘍、例えば肺癌、肝臓癌、および結腸癌、ならびに液体生検においてCTCとして検出することができる他の癌を、本明細書の開示に従って同定することができる。例えば、EpCAMマーカーを用いた液体生検(例えば、血液サンプル)からのCTCの検出時に、得られた情報は、例えば、1cc、2cc、3cc、4cc、またはそれ以上の血液中の癌細胞の数(または種類)などの情報を提供することによって、患者が癌(またはリスク、予後、および治療応答に関する他の特性)を有するかどうかを示すことができる。EpCAMは、癌浸潤の主な原因である上皮間葉転換(EMT)を経た浸潤癌細胞を示す上皮マーカーである。癌浸潤は通常、血管増殖を刺激する腫瘍細胞の小集団からのEMTから始まり、細胞が血流に侵入するための経路をCTCとして提供する。 Multiple types of tumors, such as lung, liver, and colon cancers, as well as other cancers that can be detected as CTCs in liquid biopsies, can be identified according to the disclosure herein. For example, upon detection of CTCs from a liquid biopsy (e.g., blood sample) using the EpCAM marker, the information obtained may include, for example, the number of cancer cells in the blood of 1 cc, 2 cc, 3 cc, 4 cc, or more. Providing information such as (or type) can indicate whether a patient has cancer (or other characteristics related to risk, prognosis, and treatment response). EpCAM is an epithelial marker that indicates infiltrating cancer cells that have undergone epithelial-mesenchymal transition (EMT), which is the main cause of cancer invasion. Cancer invasion typically begins with EMT from a small population of tumor cells that stimulates blood vessel proliferation, providing a pathway for cells to enter the bloodstream as CTCs.

血流中に存在する異なる組織に由来するいくつかの異なる癌細胞が存在し得、それらを同定するために異なるバイオマーカーを使用し得る。例えば、これに限定されるものではないが、HER2(乳房)、CDX2(結腸)、CK20(結腸直腸、移行細胞癌およびメルケル細胞癌)、CK19(乳房)、PD/PDL1(NSCLC、黒色腫および腎細胞を含むいくつかの癌)およびEGFR(肺)などの複数の癌マーカーを用いて、CTCを同定することができる。血液サンプル中の異なるCTC細胞サブタイプの同定は、癌の起源についての情報を提供することができる。次に、この情報は、病理学的検査のための病変の位置および組織生検を識別するために、MRIによる高分解能分析など、より詳細な追跡研究を導くことができる。 There may be several different cancer cells from different tissues present in the bloodstream, and different biomarkers may be used to identify them. For example, but not limited to, HER2 (breast), CDX2 (colon), CK20 (colorectal, transitional cell carcinoma and Merkel cell carcinoma), CK19 (breast), PD/PDL1 (NSCLC, melanoma and Multiple cancer markers can be used to identify CTCs, such as several cancers involving renal cells) and EGFR (lung). Identification of different CTC cell subtypes in a blood sample can provide information about the origin of cancer. This information can then guide more detailed follow-up studies, such as high-resolution analysis with MRI to identify the location of the lesion and tissue biopsy for pathological examination.

血液中の細胞不均一性は、白血球などの健康な細胞にも適用することができる。本明細書の開示によれば、細胞形態(例えば、CTCの核は白血球の核よりも大きくなり得る)および分子マーカー(例えば、EpCAMCTC+/WBC& CD45 CTC-/WBC+)などのパラメータを適用することでCTCと白血球との差を知ることができる。 Cellular heterogeneity in blood can also apply to healthy cells such as white blood cells. According to the disclosure herein, by applying parameters such as cell morphology (e.g., CTC nuclei can be larger than leukocyte nuclei) and molecular markers (e.g., EpCAMCTC+/WBC&CD45 CTC-/WBC+), You can know the difference between CTC and white blood cells.

さらに、CTCは原発腫瘍から血流中に逃れているため、一般に侵襲性が高い。そのような侵襲性細胞は、転移する能力、ならびに突然変異の可能性が高いため、癌を治療および治癒することを困難にし得、これは化学療法および他の治療的介入に対する耐性の機会を増加させ得る。これは、適切な治療計画を決定するために、そのような侵襲性細胞の分子特性を同定する際の重要性および価値を裏付ける。例えば、血中に存在するCTCが高レベルのPDL-1を示す場合、免疫療法は、より有効なアプローチである可能性が高い。PDL-1レベルは例えば、PDL-1抗体プローブを用いて決定して、サンプル中の全てのCTCにわたるPDL-1+CTCの数を定量することができる。腫瘍発生はほとんど常に不均一であり、つまり、1つの腫瘍部位が全ての腫瘍集団を表すわけではなく、CTCが全ての腫瘍部位に由来し得るため、この測定は例えば、PD-1/PDL-1阻害性処置の有効性を予測するのに役立ち得る。(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6627043/)。本明細書の開示の方法によって提供されるように、CTCは血中では稀であるので、このような予測計測はCTCが効率的に捕捉され分析される場合、最も正確である。 Additionally, CTCs are generally highly invasive because they escape from the primary tumor into the bloodstream. Such invasive cells can make cancer difficult to treat and cure due to their ability to metastasize, as well as their high likelihood of mutation, which increases the chance of resistance to chemotherapy and other therapeutic interventions. can be done. This confirms the importance and value in identifying the molecular characteristics of such invasive cells in order to determine appropriate treatment regimens. For example, if the CTCs present in the blood exhibit high levels of PDL-1, immunotherapy is likely to be a more effective approach. PDL-1 levels can be determined using, for example, a PDL-1 antibody probe to quantify the number of PDL-1+CTCs across all CTCs in a sample. Since tumor development is almost always heterogeneous, i.e. one tumor site does not represent the entire tumor population and CTCs can originate from all tumor sites, this measurement is useful for example in PD-1/PDL- 1 may be useful in predicting the effectiveness of inhibitory treatment. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6627043/). Because CTCs are rare in blood, such predictive measurements are most accurate when CTCs are efficiently captured and analyzed, as provided by the methods disclosed herein.

本明細書の開示による別の例は、CTC数および細胞型の決定、ならびにこの決定に基づいて治療を施すこと(例えば、現在の治療過程を継続するか、または異なるもしくは追加の治療過程を開始するかを決定すること)を含む。化学療法または細胞療法を受けているがん患者の場合、CTC数は治療有効性を示すことができる。ステージIIIの結腸癌患者では、1ccの血液中のCTC数は、進行した症例では数万から、それほど進行していない症例では数百に及ぶことがある。一部の進行したステージIIIの症例では、3カ月の化学療法または他の治療的介入後に、CTC数は5000に低下することがあり、12カ月後にはゼロに近づくことさえある。しかしながら、場合によっては、CTC数が化学療法の6ヶ月後に約2000までしか減少せず、その6ヶ月後に数万にまで再び上昇することがある。これは、治療的介入に対する癌細胞の薬剤耐性を示す。例えば、化学療法は全ての薬物感受性CTCを死滅させたかもしれないが、耐性であった他のサブタイプは影響を受けないであろう。 Another example according to the disclosure herein involves determining CTC numbers and cell types and administering therapy based on this determination (e.g., continuing the current course of treatment or starting a different or additional course of treatment). (including deciding whether to do so). For cancer patients undergoing chemotherapy or cell therapy, CTC counts can indicate treatment effectiveness. In stage III colon cancer patients, the number of CTCs in 1 cc of blood can range from tens of thousands in advanced cases to hundreds in less advanced cases. In some advanced stage III cases, after 3 months of chemotherapy or other therapeutic intervention, the CTC count can drop to 5000 and even approach zero after 12 months. However, in some cases, the CTC count decreases to only about 2000 after 6 months of chemotherapy, and then rises again to tens of thousands 6 months later. This indicates drug resistance of cancer cells to therapeutic intervention. For example, chemotherapy may have killed all drug-sensitive CTCs, but other subtypes that were resistant would be unaffected.

本主題の開示に従って、CTC検出および同定のための血液検査を定期的に(例えば、毎週または毎月)実施することによって、医師および医療専門家は化学療法に対する腫瘍の耐性を迅速に検証し、それに応じて治療計画を修正することができる。したがって、ここでの検査は、固化状態でサンプル中の分散成分を捕捉することによって生検サンプルを3次元で可視化するために、製剤および方法を記載することによって上記の制限に対処する。このアプローチは、個々の成分を分離することによって分析の感度を高めること、光シート蛍光顕微鏡法などの迅速な画像化技術の使用を可能にすること、および細胞マーカーなどのサンプル成分の形態および完全性を妨害する可能性がある処理工程の数を減らすことによって分析の特異性を高めること、によって分析の感度を高めるなど、の多数の利点を有する。 In accordance with the present subject disclosure, by performing blood tests for CTC detection and identification on a regular basis (e.g., weekly or monthly), physicians and health care professionals can quickly verify tumor resistance to chemotherapy and The treatment plan can be modified accordingly. Therefore, the present study addresses the above limitations by describing a formulation and method for visualizing biopsy samples in three dimensions by capturing dispersed components in the sample in a solidified state. This approach increases the sensitivity of analysis by separating individual components, allows the use of rapid imaging techniques such as light-sheet fluorescence microscopy, and improves the morphology and integrity of sample components such as cellular markers. It has a number of advantages, including increasing the specificity of the assay by reducing the number of processing steps that can interfere with the sensitivity of the assay;

材料及び方法
サンプルの採取と固定:
血液試料(例えば、2cc、8ccまたは10cc)を対象から採取し、標準的な方法、例えば、室温で5分間1000rpmでの遠心分離を使用する密度勾配遠心分離によって赤血球を除去する。例えば、Farahinia et al. 2020, Circulating Tumor Cell Separation of Blood Cells and Sorting in novel Microfluidic approach: a review. 10.20944 /preprints202010.0622.v1;およびLowesら、2014年、Circulating tumor cells as a 25 real-time liquid biopsy: isolation and detection systems, molecular characterization, and clinical applications; in Pathobiology of human disease: a dynamic encyclopedia of disease mechanisms (eds, McManus and Mitchell)参照。
Materials and Methods Sample collection and fixation:
A blood sample (eg, 2 cc, 8 cc, or 10 cc) is taken from the subject and red blood cells are removed by standard methods, eg, density gradient centrifugation using centrifugation at 1000 rpm for 5 minutes at room temperature. For example, Farahinia et al. 2020, Circulating Tumor Cell Separation of Blood Cells and Sorting in novel Microfluidic approach: a review. 10.20944/preprints202010.0622. v1; and Lowes et al., 2014, Circulating tumor cells as a 25 real-time liquid biopsy: isolation and detection systems, molecular char activation, and clinical applications; in Pathobiology of human disease: a dynamic encyclopedia of disease mechanisms (eds , McManus and Mitchell).

上清を除去し、別のチューブに移し、再度遠心分離して、CTCおよび他の生物学的成分を含む残りの細胞を収集する。ペレットは、任意に、4%パラホルムアルデヒド溶液などの固定液に再懸濁し、数分間振盪し、遠心分離し、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で洗浄し、再び遠心分離した。ペレットをブロッキング緩衝液中に再懸濁し、数分間振盪し、再び遠心分離する。 The supernatant is removed, transferred to another tube, and centrifuged again to collect the remaining cells, including CTCs and other biological components. The pellet was optionally resuspended in a fixative such as 4% paraformaldehyde solution, shaken for several minutes, centrifuged, washed in phosphate buffered saline (PBS), and centrifuged again. Resuspend the pellet in blocking buffer, shake for a few minutes, and centrifuge again.

バイオマーカー標識:
固定され洗浄されたペレットは、ブロッキングおよび透過処理緩衝液中に再懸濁され、振盪機上に数分間置き、遠心分離し、予め混合した標識溶液中に30~60分間再懸濁する。最終的な画像化品質に直接影響を及ぼし得る抗体の結合親和性に応じて、必要に応じて、ペレットを再懸濁し、より長い時間(例えば、10時間または20時間まで)標識混合物中でインキュベートすることができる。
Biomarker label:
The fixed and washed pellet is resuspended in blocking and permeabilization buffer, placed on a shaker for several minutes, centrifuged, and resuspended in premixed labeling solution for 30-60 minutes. Depending on the binding affinity of the antibody, which can directly affect the final imaging quality, resuspend the pellet and incubate in the labeling mixture for a longer period of time (e.g. up to 10 or 20 hours). can do.

目的のタンパク質バイオマーカーは、直接的に、例えば、蛍光コンジュゲート抗体で、または間接的に、例えば、免疫組織化学または一次抗体およびコンジュゲート二次抗体で検出される抗体(または関連フラグメントもしくは誘導体)で標識することができる。同様に、目的の核酸は、直接的または間接的に検出される分子プローブで標識することができる。必要に応じて、ビオチンストレプトアビジン結合およびポリメラーゼ連鎖反応に基づく系などの利用可能な技術によって、シグナルをさらに増幅することができる。場合により、サンプルを遠心分離し、ペレットを1回以上洗浄することができる。 The protein biomarker of interest is an antibody (or related fragment or derivative) detected directly, e.g., with a fluorescently conjugated antibody, or indirectly, e.g., by immunohistochemistry or with a primary antibody and a conjugated secondary antibody. can be marked with. Similarly, nucleic acids of interest can be labeled with molecular probes that are detected directly or indirectly. If desired, the signal can be further amplified by available techniques such as biotin-streptavidin binding and polymerase chain reaction-based systems. Optionally, the sample can be centrifuged and the pellet washed one or more times.

この実施例では、PBSTブロッキング緩衝液200μLの標識溶液を、核染色のためにヨウ化プロピジウム(PI)(1:2000)、癌細胞検出のためにEpCAM抗体(0.1mg/mlを超える抗体濃度で1:250)、免疫細胞検出のためにCD45抗体(1:250抗体濃度)、および一次抗体宿主に適合する二次抗体(1次抗体に対し2倍量)と混合する。Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc.(https://www.jacksonimmuno.com/catalog/31)からのFabを用いた。 In this example, 200 μL of labeling solution in PBST blocking buffer was combined with propidium iodide (PI) (1:2000) for nuclear staining and EpCAM antibody (antibody concentration >0.1 mg/ml) for cancer cell detection. (at 1:250), a CD45 antibody (1:250 antibody concentration) for immune cell detection, and a secondary antibody compatible with the primary antibody host (2x volume relative to the primary antibody). Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc. Fab from (https://www.jacksonimmuno.com/catalog/31) was used.

あるいは、以下のようにして逐次標識を行うことができる:60分以上の一次抗体とのインキュベートと洗浄から開始し、次いで二次抗体および洗浄し、次いでPBS溶液中のPIで5分間染色し、次いで洗浄する。他の標的については、表面タンパク質を抗体で標識するか、またはプローブでDNA/RNA標的を標識することができる。二次抗体または蛍光分子の直接コンジュゲートによる連続的な標識も使用することができる。ビオチン化抗体はまた、当技術分野で公知のように、例えば、ストレプトアビジンに対する結合親和性に基づいて、ブーストされたシグナルと共に使用され得る。標識抗体または任意のプローブまたは化学染料の添加後、場合により、ペレットは4% PFA中に室温で10分間再懸濁することができ、全ての標識物質を細胞上に固定し、固化工程中にそれらが洗い流されないようにする。 Alternatively, sequential labeling can be performed as follows: starting with incubation with primary antibody for 60 minutes or more and washing, then secondary antibody and washing, then staining with PI in PBS solution for 5 minutes, Then wash. For other targets, surface proteins can be labeled with antibodies or DNA/RNA targets can be labeled with probes. Sequential labeling with secondary antibodies or direct conjugates of fluorescent molecules can also be used. Biotinylated antibodies can also be used with boosted signals, eg, based on binding affinity for streptavidin, as known in the art. After addition of the labeled antibody or any probe or chemical dye, the pellet can optionally be resuspended in 4% PFA for 10 minutes at room temperature to immobilize all the labeled material onto the cells and remove them during the solidification step. Prevent them from being washed away.

固化:
標識反応に続いて、サンプルを任意に1回以上洗浄し、次いで、固化剤(例えば、ゲル化剤)を含有する溶液に再懸濁する。固化剤は、たとえば、固化(例えば、ゲル化)可能な低融点アガロース(LMP)溶液、またはゲル化を誘導するために充分な量の架橋剤およびイオン含有成分(例えば、Ca2イオンを含む成分)を加えて重合させてことができるヒドロゲル前駆物質をあげることができる。例えば、導入される架橋剤の量は、ゲルタイプの固体が所望されるか、またはより高い密度の固化サンプルを提供するために増加されるかに応じて調節することができる。
Solidification:
Following the labeling reaction, the sample is optionally washed one or more times and then resuspended in a solution containing a solidifying agent (eg, a gelling agent). The solidifying agent can be, for example, a low melting point agarose (LMP) solution that is capable of solidifying (e.g., gelling), or a crosslinking agent and an ion-containing component (e.g., a component containing Ca2 + ions) in sufficient amounts to induce gelling. ) can be added and polymerized to form a hydrogel precursor. For example, the amount of crosslinker introduced can be adjusted depending on whether a gel-type solid is desired or increased to provide a higher density solidified sample.

実施形態において、固化剤を含有する溶液は、その後の画像化を促進するために、RI適合溶液中に液体アガロース、例えば、1.2%または2.4%または10%を含有する。あるいは、固化剤(例えば、ゲル化剤)は、より低い温度でおよび/またはより高いイオン濃度で架橋および/または固体(例えば、ゲル様)する、または、より高い温度および/またはより低いイオン濃度で溶融する溶媒とともに溶液中に存在する。 In embodiments, the solution containing the solidifying agent contains liquid agarose, such as 1.2% or 2.4% or 10%, in an RI compatible solution to facilitate subsequent imaging. Alternatively, the solidifying agent (e.g., gelling agent) crosslinks and/or becomes solid (e.g., gel-like) at lower temperatures and/or higher ionic concentrations, or present in solution with a solvent that melts at

この実施例では、分散された材料を含有するゲル溶液を、ブロック形状(または他の所望の形状)を有するサンプルウェルを含むホルダーなどに、所望の画像化ホルダーに25~37℃にて移し、そして、ホルダーを振盪または振動させて、各ウェル中の材料の分散を確実にすることができる。サンプル溶液を含むホルダーは、ウェル中でのゲル化が起こるようにより低温に移される。例えば、4℃で約15~30分間、LMPアガロース中に分散されたサンプルをインキュベートする。 In this example, a gel solution containing dispersed materials is transferred to a desired imaging holder at 25-37°C, such as a holder containing sample wells having a block shape (or other desired shape); The holder can then be shaken or vibrated to ensure distribution of the material in each well. The holder containing the sample solution is moved to a lower temperature so that gelation in the wells occurs. For example, incubate the sample dispersed in LMP agarose for about 15-30 minutes at 4°C.

当初の液体血液サンプルは、稀であり極めて低いレベルで存在するCTCを不明瞭にする何百万もの非癌性細胞を有していることに留意されたい。ゲル化は、画像化(後述)のために3D空間内に細胞を分散および分離することを可能にする。1つの重要な点は、数百万個の細胞が大量(例えば、10ccの血中)から20μlのゲルブロック(2.71mm)に凝縮され、次いで、許容可能な画像化期間内に撮像されることが可能になることである。代わりの実施形態では、容量は、迅速な高解像度画像化(例えば、20xまたは40xまで)を可能にするために、さらに減少され得る。ある実施形態では、細胞ペレットが可能な限り最小の容量を与えるように減少される。比較的小さな容量が使用されるこのような状況では、高密度の脂質二重層(細胞膜)に起因して、細胞間の近接距離のためゲル透明化に注意が必要な場合があるが、例えば、最適化されたRI整合溶液または2光子顕微鏡などのより高い出力のレーザーを用いて解決することができる。 Note that the original liquid blood sample has millions of non-cancerous cells obscuring the CTCs, which are rare and present at very low levels. Gelation allows cells to be dispersed and separated in 3D space for imaging (described below). One important point is that millions of cells can be condensed from a large volume (e.g., 10 cc of blood) into a 20 μl gel block (2.71 mm 3 ) and then imaged within an acceptable imaging period. This means that it will be possible to In alternative embodiments, the capacity may be further reduced to allow rapid high-resolution imaging (eg, up to 20x or 40x). In certain embodiments, the cell pellet is reduced to give the smallest possible volume. In such situations where relatively small volumes are used, care may be required in gel clearing due to the close distance between cells due to the dense lipid bilayer (cell membrane), e.g. This can be solved using optimized RI matched solutions or higher power lasers such as two-photon microscopy.

画像化:
ゲルブロック(分散した内容物を有する)が形成されると、ゲルブロックは、屈折率(RI)整合溶液中に約30分間浸漬することによって透明化され、画像化のために透明になる。次いで、RI適合ゲルサンプルを画像化して、ゲルブロック中で個々に離散的に分離されない、多くのバイオマーカーの存在を検出することができる。
Imaging:
Once the gel block (with dispersed contents) is formed, it is cleared by soaking in a refractive index (RI) matching solution for about 30 minutes to make it clear for imaging. The RI-compatible gel sample can then be imaged to detect the presence of many biomarkers that are not individually discretely separated in the gel block.

そのような画像化は、光シート顕微鏡法などの効率的な蛍光イメージング法を含む顕微鏡法によって行うことができる。蛍光標識されたバイオマーカーの場合、例えば、サンプルは、非回折ベッセルビームを使用する光シート蛍光顕微鏡法(LSFM)によって迅速に画像化することができる。例えば、光シート顕微鏡を使用することにより、数百または数千の細胞を単一視野(FOV)から撮像することが可能になる。例えば、撮像zステップを1ミクロンに設定することによって、15ミクロンの平均細胞直径を有する各細胞は、上から下に約10~15倍で撮像される。フローサイトメトリーによるサマリープロット上の間接ゲーティングとは異なり、画像化されたサンプルから得られたLFSMデータは、個々の細胞について、抗体標識の妥当性、強度、分布などを視覚的に検査することができことが明らかである。 Such imaging can be performed by microscopy, including efficient fluorescence imaging methods such as light sheet microscopy. In the case of fluorescently labeled biomarkers, for example, samples can be rapidly imaged by light sheet fluorescence microscopy (LSFM) using a undiffracted Bessel beam. For example, using a light sheet microscope allows hundreds or thousands of cells to be imaged from a single field of view (FOV). For example, by setting the imaging z-step to 1 micron, each cell with an average cell diameter of 15 microns is imaged from top to bottom at approximately 10-15x magnification. Unlike indirect gating on summary plots by flow cytometry, LFSM data obtained from imaged samples allows for visual inspection of antibody labeling, such as adequacy, intensity, and distribution, for individual cells. It is clear that this can be done.

ここでの方法の適用は、CTCなどの稀なバイオマーカーを固体アレイで迅速に検出でき、標識されたバイオマーカーの空間的識別を可能にする。サンプルの不均一性を減少させるまたはそれらの特性を変化させ得る処理工程の必要性を減少させることによって、本発明の方法はまたより高感度で正確な診断アプローチを提供する。 Application of the method here allows rare biomarkers such as CTCs to be rapidly detected on solid-state arrays, allowing spatial discrimination of labeled biomarkers. By reducing the need for processing steps that may reduce sample heterogeneity or alter their properties, the methods of the invention also provide a more sensitive and accurate diagnostic approach.

さらに、本明細書に記載される方法は、PBMCがRBC除去の直後に固定されることを可能にし、それらの元の状態におけるそれらの分布および会合の捕捉を可能にする。有利には、これは、細胞細胞相互作用、細胞クラスター(例えば、循環腫瘍微小塞栓(CTM: Circulating Tumor microemboli))、および疾患状態を示し得るか、または他の予後または診断用途を提供し得る他の特性などのサンプル特性の直接可視化を可能にする。 Furthermore, the methods described herein allow PBMCs to be fixed immediately after RBC removal, allowing capture of their distribution and association in their original state. Advantageously, this may indicate cell-cell interactions, cell clusters (e.g., Circulating Tumor Microemboli (CTM)), and others that may indicate disease status or provide other prognostic or diagnostic uses. allows direct visualization of sample properties, such as the properties of

実施例2-血液サンプルの3Dマトリックスベースの画像化
細胞調製:
EDTAコートした管中のヒトから採取した抗凝固血を15mlの試験管に移し、細胞分離液(例えばFicoll(登録商標))を加え、混合液に対し、密度勾配遠心分離(1200RPM)を5分間行った。遠心分離後、バフィーコート(白血球および血小板を含有する画分)を、分離媒体を収集することなしに2ml試験管に移した。得られた混合物を再び500gで5分間遠心分離し、チューブの底部に細胞ペレットを形成させた。上清を、細胞ペレットを乱すことなく注意深く除去した。
Example 2 - 3D matrix-based imaging of blood samples Cell preparation:
Transfer anticoagulated blood from a human in an EDTA-coated tube to a 15 ml test tube, add cell separation solution (e.g. Ficoll®), and subject the mixture to density gradient centrifugation (1200 RPM) for 5 minutes. went. After centrifugation, the buffy coat (fraction containing white blood cells and platelets) was transferred to a 2 ml test tube without collecting the separation medium. The resulting mixture was centrifuged again at 500 g for 5 minutes to form a cell pellet at the bottom of the tube. The supernatant was carefully removed without disturbing the cell pellet.

標識:
次いで、ペレットを200μlの標識溶液(1:1000 PI、PBS-4% PFA中)に再懸濁して、細胞核を標識した。標識溶液を添加し、4℃で20分間置いた。次いで、混合物を500gで5分間遠心分離し、上清を注意深く回収し、廃棄した。次いで、PBS中の4% PFA溶液1mlを添加して、化学染料を4℃で20分間固定し、混合物を500gで5分間再度遠心分離し、上清を再度廃棄した。
Signs:
The pellet was then resuspended in 200 μl of labeling solution (1:1000 PI in PBS-4% PFA) to label cell nuclei. Label solution was added and kept at 4°C for 20 minutes. The mixture was then centrifuged at 500 g for 5 min, and the supernatant was carefully collected and discarded. Then, 1 ml of 4% PFA solution in PBS was added to fix the chemical dye for 20 min at 4°C, the mixture was centrifuged again at 500 g for 5 min, and the supernatant was discarded again.

固化:
一方、約0.5wt%のLMアガロースを含む固化溶液混合物を調製した。固化溶液をマイクロ波中でそのゲル化点を超えて融解するまで加熱し、次いで室温で冷却し、そこで再びゲル化点に達するまで液体状態で提供した。ピペットで、20μlの冷却された固化溶液をペレットにゆっくりと加えてペレットを再懸濁した。固化溶液は気泡の形成を避けるためにゆっくりと加えた。混合物を4℃にし、ゲル形成を可能にする期間(約30分未満)維持する。
Solidification:
On the other hand, a solidification solution mixture containing about 0.5 wt% LM agarose was prepared. The solidified solution was heated in the microwave until it melted above its gel point, then cooled to room temperature, where it was again provided in a liquid state until the gel point was reached. With a pipette, 20 μl of chilled solidification solution was slowly added to the pellet to resuspend it. The solidification solution was added slowly to avoid bubble formation. The mixture is brought to 4° C. and maintained for a period of time (less than about 30 minutes) to allow gel formation.

マウンティング及びRI適合:
サンプルがゲル化したら、ゲルの側面をポッキングすることによってピペットでゲルを管から注意深く取り出し、20μl容量のゲルを得た。次いで、室温にてゲルをサンプルホルダー(この場合、直径2mmの3Dゲルロッド(3Dプリントプラスチック表面にマウントした保持形状に予め作製された、固化溶液と同じ組成物)上にマウントし、4℃で10分間冷却してゲル化させた。ホルダー上のサンプルゲルをRI適合溶液に5~30分間浸漬して、画像化のために準備した。
Mounting and RI Compatibility:
Once the sample gelled, the gel was carefully removed from the tube with a pipette by popping the side of the gel to obtain a 20 μl volume of gel. The gel was then mounted on a sample holder (in this case a 2 mm diameter 3D gel rod (same composition as the solidifying solution, prefabricated into a holding shape mounted on a 3D printed plastic surface) at room temperature and incubated for 10 min at 4 °C. Cool for minutes to gel. Sample gel on holder was immersed in RI compatible solution for 5-30 minutes to prepare for imaging.

画像化:
サンプルを光シートイメージングチャンバーに移し、画像化した(10X対物レンズ)。20μlのゲルサンプルについて、それは約3分で、解像度10X、4μmのz-stepにて単一チャンネルを画像化するために、おおよそ3分間を要したが、画像化時間は、ゲル容積を減少させること(細胞密度を増加させること)、画像化解像度を減少させること(より低い拡大目的またはより高いzステップ)、またはzステップのような顕微鏡設定を最適化すること、および当業者に知られた他の手段によって減少させることができる。
Imaging:
Samples were transferred to a light sheet imaging chamber and imaged (10X objective). For a 20 μl gel sample, it took approximately 3 minutes to image a single channel at 10X resolution and 4 μm z-step, but the imaging time decreases the gel volume. (increasing cell density), decreasing the imaging resolution (lower magnification objective or higher z-step), or optimizing microscope settings such as z-step, and as known to those skilled in the art. It can be reduced by other means.

図2A~図2Cは、光シート画像化チャンバから得られた画像を示す。 2A-2C show images obtained from the light sheet imaging chamber.

染色された白血球の核は青緑色で示される。図2Aにおいて、画像は、上から見た20μlのゲルサンプル全体を表す。図2Aは、25×4μm画像の100μmスタック縮小画像である。図2Bにおいて、画像は、側面図からの20μlのゲルサンプル全体を表す。図2Cにおいて、画像は個々の白血球をより詳細に捕捉するために拡大され、左下隅の小さな水平線は20μmのスケールに等しい。 Stained leukocyte nuclei are shown in blue-green. In Figure 2A, the image represents the entire 20 μl gel sample viewed from above. FIG. 2A is a 100 μm stack reduced image of a 25×4 μm image. In Figure 2B, the image represents the entire 20 μl gel sample from the side view. In Figure 2C, the image has been magnified to capture individual leukocytes in more detail, and the small horizontal line in the lower left corner is equal to the 20 μm scale.

実施例3-細胞の適合性
ATCCから得られたCACO2細胞株からの細胞、および同様にATCCから得られたHL60細胞株からの細胞を、以下の簡単な記載のようにして回収し処理した。CACO2細胞は培養し、トリプシン処理により回収した。HL60は浮遊細胞株であり、トリプシン処理を必要としない。CACO2およびHL60細胞をそれぞれ回収し、PBSで洗浄し、遠心分離して細胞ペレットを回収した。
Example 3 - Cell Suitability Cells from the CACO2 cell line obtained from ATCC and from the HL60 cell line also obtained from ATCC were collected and processed as briefly described below. CACO2 cells were cultured and harvested by trypsinization. HL60 is a suspension cell line and does not require trypsinization. CACO2 and HL60 cells were each harvested, washed with PBS, and centrifuged to collect cell pellets.

免疫標識-癌細胞株CACO2
CACO2細胞をトリパンブルーで染色し、細胞カウンターを用いて計数した。適切な数の細胞を100μlのPBSに再懸濁した。EpCAM(Dako)抗体を1:100の比で細胞溶液に添加し、二次抗体を1:2の一次抗体対二次抗体のモル比で添加した。
Immunolabeling - cancer cell line CACO2
CACO2 cells were stained with trypan blue and counted using a cell counter. Appropriate number of cells were resuspended in 100 μl PBS. EpCAM (Dako) antibody was added to the cell solution at a ratio of 1:100, and secondary antibody was added at a molar ratio of primary to secondary antibody of 1:2.

混合物を室温で30分間振盪した。混合液を500gで5分間遠心分離し、上清を注意深く除去した。細胞ペレットをPBS中に再懸濁して洗浄し、500gで5分間再度遠心分離し、上清を廃棄した。次いで、細胞を再懸濁し、1mlのPI溶液:4% PFA(1:1000)中で、4℃で20分間インキュベートして、結合した抗体を固定し、細胞核を標識した。混合液を再び500gで5分間遠心分離し、上清を廃棄した。 The mixture was shaken for 30 minutes at room temperature. The mixture was centrifuged at 500g for 5 minutes and the supernatant was carefully removed. Cell pellets were washed by resuspending in PBS, centrifuged again at 500 g for 5 min, and the supernatant was discarded. Cells were then resuspended and incubated in 1 ml PI solution:4% PFA (1:1000) for 20 min at 4°C to fix bound antibodies and label cell nuclei. The mixture was centrifuged again at 500g for 5 minutes and the supernatant was discarded.

免疫標識-白血球細胞株HL60
HL60細胞をトリパンブルーで染色し、細胞カウンターを用いて計数した。適切な数の細胞を100μlのPBS中に収集した。CD45(Dako)抗体を1:100の比で細胞溶液に添加し、二次抗体を1:2の一次抗体対二次抗体のモル比で添加した。
Immunolabeling - Leukocyte cell line HL60
HL60 cells were stained with trypan blue and counted using a cell counter. Appropriate numbers of cells were collected in 100 μl PBS. CD45 (Dako) antibody was added to the cell solution at a ratio of 1:100, and secondary antibody was added at a molar ratio of primary to secondary antibody of 1:2.

混合液を室温で30分間振盪した。混合液を500gで5分間遠心分離し、上清を注意深く除去し、1mlのPBSを加えて洗浄し、混合液を500gで5分間再度遠心分離し、上清を再度注意深く回収し、廃棄した。次いで、細胞を再懸濁し、1mlのPI溶液:4% PFA(1:1000)中で、4℃で20分間インキュベートして、結合抗体を固定し、細胞核を4℃で20分間標識した。混合液を500gで5分間再度遠心分離し、上清を再度注意深く回収し、廃棄した。 The mixture was shaken for 30 minutes at room temperature. The mixture was centrifuged at 500 g for 5 min, the supernatant was carefully removed, 1 ml of PBS was added to wash, the mixture was centrifuged again at 500 g for 5 min, and the supernatant was again carefully collected and discarded. Cells were then resuspended and incubated in 1 ml PI solution:4% PFA (1:1000) for 20 min at 4°C to fix bound antibodies and label cell nuclei for 20 min at 4°C. The mixture was centrifuged again at 500g for 5 minutes and the supernatant was again carefully collected and discarded.

固化:
一方、約1wt%のLMアガロースを含む固化溶液を調製した。固化溶液をマイクロ波で加熱して融解させ、次いで室温まで冷却させた。そこでは、最終的にゲル状態で提供される。ピペットを用いて、20μlの冷却した固化溶液をペレットにゆっくりと添加してペレットを再懸濁した。固化溶液は、気泡形成を回避するためにゆっくりと添加した。混合物を4℃にし、ゲル形成を可能にする期間(約20分未満)維持する。
Solidification:
On the other hand, a solidification solution containing about 1 wt% LM agarose was prepared. The solidified solution was heated in the microwave to melt and then allowed to cool to room temperature. There, it is finally provided in a gel state. Using a pipette, 20 μl of chilled solidification solution was slowly added to the pellet to resuspend it. The solidification solution was added slowly to avoid bubble formation. The mixture is brought to 4°C and maintained for a period of time (less than about 20 minutes) to allow gel formation.

画像化:
免疫標識されたCACO2およびHL60細胞を有するゲルの両方を、前述のように10x対物レンズを備えた光シート顕微鏡で画像化した。
Imaging:
Both gels with immunolabeled CACO2 and HL60 cells were imaged on a light sheet microscope with a 10x objective as previously described.

図3Aは、光シート顕微鏡法によって捕捉されたCD45/PI染色HL60細胞を示す。図3Aは、左下隅のスケールバーによって示されるようにデジタル的に拡大された図である。白いバーは50μmに対応する。黄色は核を標識するPI染色を示し、緑色は、CD45免疫標識を示す。図3B~3Cは、光シート顕微鏡によって捕捉されたEpCAM/PI染色されたCACO2細胞を示す。画像は、10倍の対物レンズで撮影した。図3Bは、ゲル体積全体を示している。図3Cは、スケールバーによって示されるようにデジタル的に拡大された図である。すなわち、図3Bではスケールバーは300μmを表し、図3Cではスケールバーは50μmを表す。 Figure 3A shows CD45/PI stained HL60 cells captured by light sheet microscopy. FIG. 3A is a digitally enlarged view as indicated by the scale bar in the lower left corner. White bars correspond to 50 μm. Yellow indicates PI staining that labels the nucleus, green indicates CD45 immunolabeling. Figures 3B-3C show EpCAM/PI stained CACO2 cells captured by light sheet microscopy. Images were taken with a 10x objective. Figure 3B shows the entire gel volume. FIG. 3C is a digitally enlarged view as indicated by the scale bar. That is, in FIG. 3B, the scale bar represents 300 μm, and in FIG. 3C, the scale bar represents 50 μm.

実施例4-血液試料中のCACO2細胞の多重標識
血液サンプル中の癌細胞のスパイキング
癌細胞数計測
がん患者におけるCTC検出をシミュレートするための検討を実施した。検討は、3D液体生検法の希少細胞検出効率および細胞調製プロセスかでの細胞損失率を評価するためにデザインされた。
Example 4 - Multiplexed labeling of CACO2 cells in blood samples Spiking of cancer cells in blood samples Cancer cell counting Studies were conducted to simulate CTC detection in cancer patients. The study was designed to evaluate the rare cell detection efficiency of the 3D liquid biopsy method and the rate of cell loss during the cell preparation process.

細胞調製:
CACO2細胞のサンプルをトリプシン処理し、計数し、適切な量で新たに採取した末梢血サンプル中に播種して、癌細胞を添加した血液サンプルを作製した。末梢血単核細胞(PBMC)を、赤血球溶解アプローチを通して収集した。EDTAコーティング管中のヒトから採取した抗凝固血液を15ml管に移した。血液1c.c.に対し、塩化アンモニア溶液8c.c.を添加して赤血球を溶解した。溶解プロセスを氷上で15分間実施し、遠心分離し、上清を除去し、添加された癌細胞を含む収集されたPBMC細胞ペレットを100μLのPBSに再懸濁し、次のプロセスに備えた。
Cell preparation:
Samples of CACO2 cells were trypsinized, counted, and seeded in appropriate amounts into freshly drawn peripheral blood samples to generate cancer cell-loaded blood samples. Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were collected through a red blood cell lysis approach. Anticoagulated blood collected from humans in EDTA-coated tubes was transferred to 15 ml tubes. Blood 1c. c. For ammonia chloride solution 8c. c. was added to lyse the red blood cells. The lysis process was performed on ice for 15 min, centrifuged, the supernatant was removed, and the collected PBMC cell pellet containing spiked cancer cells was resuspended in 100 μL of PBS and prepared for the next process.

EpCAM(Dako)およびCD45(Dako)抗体を細胞溶液に1:100で添加し、適合する二次抗体を1:2の一次抗体対二次抗体のモル比で添加して、ステップ1の標識プロセスを行った。細胞サンプルを室温で1時間インキュベートして、抗体を結合させた。次に、サンプルを500gで5分間遠心分離してペレットを回収した。ペレットを1mlのPBSで洗浄し、再度遠心分離し、上清を除去した。次に、PI:4% PFA(1:1000)をペレットに添加して標識抗体を固定し、30分間核を染色した。次に、細胞を再度遠心分離してペレットを回収した。 EpCAM (Dako) and CD45 (Dako) antibodies were added to the cell solution at 1:100 and compatible secondary antibodies were added at a 1:2 primary to secondary antibody molar ratio for the labeling process in step 1. I did it. Cell samples were incubated for 1 hour at room temperature to allow antibody binding. The samples were then centrifuged at 500g for 5 minutes to collect the pellet. The pellet was washed with 1 ml of PBS, centrifuged again and the supernatant was removed. Next, PI:4% PFA (1:1000) was added to the pellet to fix the labeled antibody and stain the nuclei for 30 minutes. The cells were then centrifuged again to collect the pellet.

細胞ペレットを、先に記載したように、固化溶液中に混合した。次いで、混合したPBMCおよびCACO2細胞をサンプル中で同定し、サンプル中の複数の抗体標的標識を用いて複数の細胞型を検出する能力を確認した。図4AはPBMC中のCACO2の多重標識の全3Dゲルデータを示し、ここで、EpCAMマーカーは赤紫色で示され、PIは青で示される。図4Bは、CACO2-EpCAM(マゼンタ)、白血球-CD45(緑色)およびPI(青色)の拡大スタック画像を示す。図4Cおよび4Dは確認のための、EpCAM(赤紫色シグナル)を伴うおよび伴わない、同定されたCTCの画像を示す。 Cell pellets were mixed into solidification solution as described above. Mixed PBMC and CACO2 cells were then identified in the sample, confirming the ability to detect multiple cell types using multiple antibody target labels in the sample. Figure 4A shows the complete 3D gel data of multiple labeling of CACO2 in PBMCs, where the EpCAM marker is shown in magenta and PI is shown in blue. Figure 4B shows enlarged stack images of CACO2-EpCAM (magenta), leukocytes-CD45 (green) and PI (blue). Figures 4C and 4D show images of identified CTCs with and without EpCAM (magenta signal) for confirmation.

スタックされたまたは分離されたこれらの図において、3D画像において、癌細胞検出のためのEpCAM標識は実行可能なアプローチである。CACO2は、高いEpCAM発現を示すがCD45発現はなく、PBMC(白血球)は、可変のCD45発現を示すがEpCAM発現は示さない。 In these figures, stacked or separated, in 3D images, EpCAM labeling for cancer cell detection is a viable approach. CACO2 shows high EpCAM expression but no CD45 expression, and PBMCs (white blood cells) show variable CD45 expression but no EpCAM expression.

細胞計数:
トリプシン処理したCACO2を計数し、2ccの血液に播種し、染色し、以下の表に記載するように標識し、3組のゲル(a、b、およびc)を調製した。
Cell counting:
Trypsinized CACO2 was counted, plated in 2 cc of blood, stained and labeled as described in the table below, and three sets of gels (a, b, and c) were prepared.

実施例1、2、および3に記載されるように、3次元ゲルを形成し、光シート顕微鏡法によって画像化した。各画像は、細胞検出のため、全ての免疫標識されたシグナルについてノイズを除去し特徴を強化した。陽性EpCAMおよびPIシグナルをもちかつ陰性CD45である細胞は、陽性として計数し、陰性EpCAMシグナルおよび陽性PIシグナルをもつ細胞は陰性として計数し、陰性PIシグナルをもつシグナルはヌルとして計数した。細胞または核円形度、細胞/核体積、および核細胞質比(N:C比)などの他のパラメータは、MATLABベースまたはPythonベースの細胞検出アルゴリズムを使用して陽性癌細胞について定量化することができる。 Three-dimensional gels were formed and imaged by light sheet microscopy as described in Examples 1, 2, and 3. Each image was denoised and feature enhanced for all immunolabeled signals for cell detection. Cells with positive EpCAM and PI signals and negative CD45 were counted as positive, cells with negative EpCAM and positive PI signals were counted as negative, and signals with negative PI signals were counted as null. Other parameters such as cell or nuclear circularity, cell/nuclear volume, and nuclear-cytoplasmic ratio (N:C ratio) can be quantified for positive cancer cells using MATLAB-based or Python-based cell detection algorithms. can.

図4Aは、2000個の添加されたCACO2細胞を有するゲルサンプルの3つの反復セットの3d画像からの出力を示す。 Figure 4A shows the output from 3d images of three replicate sets of gel samples with 2000 added CACO2 cells.

検出された結果をより良好に視覚化するために、3D撮像データは、すべての2D画像が互いに積み重ねられて単一平面撮像データを生成する最大投影方式で示した。EpCAM(color)標識CACO2細胞は、データセット上にデジタル的にズームインすることによって、視覚的に容易にスポットすることができる。EpCAM陽性細胞を、陰性CD45シグナルおよび陽性PIシグナルについてスクリーニングする。細胞検出アルゴリズムはこれらのパラメータを用いて全ての細胞をスクリーニングし、図4Bに示されるように、分離され、組み合わされた信号を用いて、識別されたCTC画像を出力する。これらの画像はサンプルごとに単一のファイルに記憶され、検出された全ての細胞画像は人間の目または信号検出アルゴリズムによってさらに確認される。 To better visualize the detected results, the 3D imaging data were shown in maximum projection mode, where all 2D images were stacked on top of each other to produce a single plane imaging data. EpCAM(color) labeled CACO2 cells can be easily spotted visually by digitally zooming in on the dataset. EpCAM positive cells are screened for negative CD45 signal and positive PI signal. The cell detection algorithm uses these parameters to screen all cells and uses the separated and combined signals to output an identified CTC image, as shown in FIG. 4B. These images are stored in a single file for each sample, and all detected cell images are further confirmed by the human eye or signal detection algorithm.

以下の表は、a、b、およびcの3セットのゲルからの最終細胞数を示す。検出された結果は、播種した(添加)細胞数の妥当な近似値内であった。 The table below shows the final cell counts from three sets of gels, a, b, and c. The results detected were within a reasonable approximation of the number of cells seeded (added).

全ゲル中の全細胞数は、全PI陽性シグナルを用いて定量することができる。全陽性癌細胞数を全PIシグナル数で割ると、比が出力される。この比に100万を乗じると、PBMCの100万個中の癌細胞数が得られる。 The total number of cells in the whole gel can be quantified using the total PI positive signal. Dividing the total number of positive cancer cells by the total number of PI signals outputs a ratio. Multiplying this ratio by 1 million gives the number of cancer cells in 1 million PBMCs.

実施例5-癌患者におけるCTC検出
大腸癌患者の血液中のCTCの存在を検出するためにIRB検討を実施した。本検討は、3D液体生検法の希少細胞検出効率を評価するためにデザインされた。登録された患者は、健常被験者および疾患被験者を含んでいた。以下の実施例では、肝臓または肺への転移を有するステージII~ステージIVの結腸癌を有する患者を示す。
Example 5 - CTC Detection in Cancer Patients An IRB study was conducted to detect the presence of CTCs in the blood of colon cancer patients. This study was designed to evaluate the efficiency of rare cell detection of the 3D liquid biopsy method. Enrolled patients included healthy and diseased subjects. In the examples below, patients with stage II to stage IV colon cancer with metastases to the liver or lungs are presented.

血液サンプルの調製:
EDTAコーティング管中のヒトから採取した抗凝固血液を15ml管に移した。末梢血単核細胞(PBMC)を、赤血球溶解アプローチを通して収集した。血液2c.c.に対し、塩化アンモニア溶液16c.c.を添加して赤血球を溶解した。溶解プロセスを氷上で15分間行い、遠心分離し、上清を除去した。添加した癌細胞を含む収集したPBMC細胞ペレットを100μLのPBS中に再懸濁し、次のプロセスに備えた。
Blood sample preparation:
Anticoagulated blood collected from humans in EDTA-coated tubes was transferred to 15 ml tubes. Peripheral blood mononuclear cells (PBMC) were collected through a red blood cell lysis approach. Blood 2c. c. For ammonia chloride solution 16c. c. was added to lyse the red blood cells. The lysis process was performed on ice for 15 minutes, centrifuged and the supernatant removed. The collected PBMC cell pellet containing spiked cancer cells was resuspended in 100 μL of PBS and prepared for the next process.

患者A
EpCAM(Dako)およびCD45(Dako)抗体を細胞溶液に1:100で添加し、適合する二次抗体を1:2の一次抗体対二次抗体のモル比で添加して、ステップ1標識プロセスを行った。細胞サンプルを室温で1時間インキュベートして、抗体を結合させた。次に、サンプルを500gで5分間遠心分離してペレットを回収した。ペレットを1mlのPBSで洗浄し、再度遠心分離し、上清を除去した。次に、1:1000 PI:4%含有PFAをペレットに添加して、標識抗体を固定し、30分間核を染色した。次に、細胞を再度遠心分離してペレットを回収した。
Patient A
Step 1 labeling process was performed by adding EpCAM (Dako) and CD45 (Dako) antibodies to the cell solution at 1:100 and matching secondary antibodies at a 1:2 primary to secondary antibody molar ratio. went. Cell samples were incubated for 1 hour at room temperature to allow antibody binding. The samples were then centrifuged at 500g for 5 minutes to collect the pellet. The pellet was washed with 1 ml of PBS, centrifuged again and the supernatant was removed. Next, 1:1000 PI:4% in PFA was added to the pellet to fix the labeled antibody and stain the nuclei for 30 minutes. The cells were then centrifuged again to collect the pellet.

細胞ペレットを固化溶液(1% LMアガロース)中で混合し、上記のように画像化した。図5Aは、0.42μm×0.42μm×1μmの解像度を有する3Dゲルデータ(単一スタックブロック)を示し、EpCAMマーカーが赤紫色で示され、CD45マーカーが緑で示され、PIが青で示される。図5Bは、EpCAM陽性、CD45陰性、およびPI陽性細胞標的の拡大画像を示す。上記のパラメータを用いてCTC陽性をスクリーニングすると、約16万のPBMCにおいて195のCTCを検出することができた。これは500万のPBMC当たり1,218の1CTCに相当する。 Cell pellets were mixed in solidification solution (1% LM agarose) and imaged as described above. Figure 5A shows 3D gel data (single stack block) with a resolution of 0.42 μm x 0.42 μm x 1 μm, with EpCAM markers shown in magenta, CD45 markers in green, and PI in blue. shown. Figure 5B shows a magnified image of EpCAM-positive, CD45-negative, and PI-positive cell targets. When screening for CTC positivity using the above parameters, we were able to detect 195 CTCs in approximately 160,000 PBMCs. This corresponds to 1,218 1CTC per 5 million PBMCs.

患者B
CK20(Ventana)およびEpCAM(Dako)抗体を細胞溶液に1:100で添加し、適合する二次抗体を1:2の一次抗体対二次抗体のモル比で添加して、ステップ1標識プロセスを行った。標識された細胞ペレットの収集、ゲル化、および画像化は患者Aについて上述したように実施した。図6Aは、0.42μm×0.42μm×1μmの解像度を有する3Dゲルデータ(1200μmスタックからの600μmスタック)の2つの連続積層を示し、ここで、CK20マーカーは黄色で示され、EpCAMマーカーは赤紫色で示され、PIは青色で示される。図6Bは、CK20陽性、EpCAM陽性、およびPI陽性細胞標的のズームイン単一細胞画像を示す。上記のパラメータを用いて陽性CTCをスクリーニングすると、約46,200個のPBMC中に12個のCTCが検出できた。これは、100万個のPBMC当たり259個のCTCに相当する。
Patient B
Step 1 labeling process was performed by adding CK20 (Ventana) and EpCAM (Dako) antibodies to the cell solution at 1:100 and matching secondary antibodies at a 1:2 primary to secondary antibody molar ratio. went. Collection, gelation, and imaging of labeled cell pellets were performed as described above for Patient A. Figure 6A shows two consecutive stacks of 3D gel data (600 μm stack from 1200 μm stack) with a resolution of 0.42 μm x 0.42 μm x 1 μm, where the CK20 marker is shown in yellow and the EpCAM marker is Shown in magenta and PI in blue. Figure 6B shows zoomed-in single cell images of CK20 positive, EpCAM positive, and PI positive cell targets. When positive CTCs were screened using the above parameters, 12 CTCs could be detected in approximately 46,200 PBMCs. This corresponds to 259 CTCs per million PBMCs.

組織サンプルなどの複雑なサンプル中の細胞を見る他の方法とは対照的に、本発明の方法は3D画像化のための組織透明性を達成するために、脂質を除去するかまたは他の細胞情報を破壊する透明化工程(クリアリングステップ)を必要としない。代わりに、ここでの方法は、3次元空間内に分散された細胞サンプルのゲル化と屈折率マッチングを組み合わせることにより、完全な細胞選別および液体サンプル内の完全な細胞情報の3D可視化を達成する。それは、単純な抗体タグ付けを用いて、液体生検サンプル中の希少細胞または任意の細胞をスクリーニングするための新規なアプローチである。 In contrast to other methods of viewing cells in complex samples, such as tissue samples, our method removes lipids or removes other cells to achieve tissue transparency for 3D imaging. There is no need for a transparency process (clearing step) that destroys information. Instead, the method here achieves complete cell sorting and 3D visualization of complete cellular information within a liquid sample by combining gelation and refractive index matching of a cell sample dispersed in three-dimensional space. . It is a novel approach to screen rare or arbitrary cells in liquid biopsy samples using simple antibody tagging.

本明細書に記載の実施例および実施形態は本発明の範囲を限定しないことは当業者によって理解されるであろう。実施例を含む本明細書は単なる例示であると意図され、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲または目的から逸脱することなく、本発明において様々な修正および変更を行うことができることが当業者には明らかであろう。
さらに、本明細書の開示における特定の詳細は添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の十分な理解を与えるために提供されるが、特定の実施形態はこれらの詳細なしに実施され得ることを当業者は理解するのは明らかであろう。
It will be understood by those skilled in the art that the examples and embodiments described herein do not limit the scope of the invention. This specification, including the examples, is intended to be illustrative only, and various modifications and changes may be made in the invention without departing from the scope or purpose of the invention as defined by the appended claims. It will be obvious to those skilled in the art that this can be done.
Furthermore, although certain details in this disclosure are provided to provide a thorough understanding of the invention as defined by the appended claims, certain embodiments may be practiced without these details. Those skilled in the art will understand this.

さらに、特定の例では、周知の方法、手順、または他の具体的な詳細は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の態様を不必要に不明瞭にすることを避けるために記載されていない。 Moreover, in certain instances, well-known methods, procedures, or other specific details are set forth to avoid unnecessarily obscuring aspects of the invention as defined by the appended claims. It has not been.

番号を付与した実施形態
本開示は、以下の実施形態をさらに対象とする。
1.生体サンプルを分析する方法であって、生物学的材料を含む試料への固化剤の添加する工程;分散された生物学的材料を含む固化サンプルの作成する工程;分散された生物学的材料中の1つ以上の成分を同定するために固化されたサンプルを画像化する工程を含む方法。
2.前記試料が液体血液サンプルから得られる、実施形態1に記載の方法。
3.前記試料が、液体血液サンプルから赤血球および血小板を除去することを含むプロセスによって液体血液サンプルから得られる、実施形態2に記載の方法。
4.固化剤を添加する前に試料中の生体分子標的を標識することをさらに含む、前述の実施形態のいずれか1つに記載の方法。

5.前記生体分子標的が、核酸、タンパク質、または小胞である、実施形態4に記載の方法。
6.標識が、試料を分子プローブと接触させることを含む、実施形態4または5に記載の方法。
7.前記分子プローブが抗体である実施形態6に記載の方法。

8.前記分子プローブが蛍光色素である実施形態6に記載の方法。
9.前記分子プローブが核酸プローブである実施形態6に記載の方法。
10.前記生体分子標的が細胞外分子標的である実施形態1~9のいずれか1つに記載の方法。
11.前記生体分子標的が細胞内分子標的である実施形態1~9のいずれか1つに記載の方法。
12.固化剤を添加した後、試料をサンプルホルダーに移すことをさらに含む、前記実施形態のいずれか1つの方法。
13.前記サンプルをサンプルホルダー内で振盪することをさらに含む、実施形態12に記載の方法。
14.前記サンプルをサンプルホルダー内で振動させることをさらに含む、実施形態12に記載の方法。
15.前記固化サンプルが、画像化に適した固体ブロックである前述の実施形態のいずれか1つに記載の方法。
16.画像化の前に、分散された生物学的材料を含む固化サンプルを溶液に移して、画像化のためのサンプルの所望の透明性を確実にする、前述の実施形態のいずれか1つに記載の方法。
17.前記溶液が屈折率整合溶液である実施形態16に記載の方法。
18.ステップ(c)が、固化サンプル中の1つ以上の癌細胞または癌マーカーを検出するステップをさらに含む、前述の実施形態のいずれか1つに記載の方法。
19.画像化が蛍光顕微鏡で実行される、前記実施形態のいずれか1つに記載の方法。
20.画像化が、光シート蛍光顕微鏡法によって実行される、実施形態19に記載の方法。
21.前記固化剤がゲル化剤であり、前記固化サンプルがゲルサンプルである前述の実施形態のいずれか1つに記載の方法。
22.ステップ(a)の前に、生物学的試料が固定手順に供される、前述の実施形態のいずれか1つに記載の方法。
23.前記固定手順が、生物試料を固定液中でインキュベートすることを含む、実施形態22に記載の方法。
24.前記固定液がグルタルアルデヒドまたはホルムアルデヒドを含む、実施形態23に記載の方法。
25.ステップ(c)が、固化サンプル中の単一細胞の同定を可能にする、前述の実施形態のいずれか1つに記載の方法。
Numbered Embodiments The present disclosure is further directed to the following embodiments.
1. A method for analyzing a biological sample, the method comprising: adding a solidifying agent to a sample containing biological material; creating a solidified sample containing dispersed biological material; A method comprising imaging a solidified sample to identify one or more components of the solidified sample.
2. 2. The method of embodiment 1, wherein the sample is obtained from a liquid blood sample.
3. 3. The method of embodiment 2, wherein the sample is obtained from a liquid blood sample by a process that includes removing red blood cells and platelets from the liquid blood sample.
4. 12. The method as in any one of the preceding embodiments, further comprising labeling a biomolecular target in the sample prior to adding the solidifying agent.

5. 5. The method of embodiment 4, wherein the biomolecular target is a nucleic acid, protein, or vesicle.
6. 6. The method of embodiment 4 or 5, wherein the labeling comprises contacting the sample with a molecular probe.
7. 7. The method of embodiment 6, wherein the molecular probe is an antibody.

8. 7. The method of embodiment 6, wherein the molecular probe is a fluorescent dye.
9. 7. The method of embodiment 6, wherein the molecular probe is a nucleic acid probe.
10. The method according to any one of embodiments 1-9, wherein the biomolecular target is an extracellular molecular target.
11. The method according to any one of embodiments 1-9, wherein the biomolecular target is an intracellular molecular target.
12. The method of any one of the preceding embodiments, further comprising transferring the sample to a sample holder after adding the solidifying agent.
13. 13. The method of embodiment 12, further comprising shaking the sample in a sample holder.
14. 13. The method of embodiment 12, further comprising vibrating the sample within a sample holder.
15. A method as in any one of the preceding embodiments, wherein the solidified sample is a solid block suitable for imaging.
16. as in any one of the preceding embodiments, wherein, prior to imaging, the solidified sample containing the dispersed biological material is transferred into a solution to ensure the desired transparency of the sample for imaging; the method of.
17. 17. The method of embodiment 16, wherein the solution is an index matching solution.
18. A method as in any one of the preceding embodiments, wherein step (c) further comprises detecting one or more cancer cells or cancer markers in the solidified sample.
19. A method according to any one of the preceding embodiments, wherein the imaging is performed with a fluorescence microscope.
20. 20. The method of embodiment 19, wherein the imaging is performed by light sheet fluorescence microscopy.
21. A method as in any one of the preceding embodiments, wherein the solidifying agent is a gelling agent and the solidified sample is a gel sample.
22. A method according to any one of the preceding embodiments, wherein, before step (a), the biological sample is subjected to a fixation procedure.
23. 23. The method of embodiment 22, wherein the fixation step comprises incubating the biological sample in a fixative.
24. 24. The method of embodiment 23, wherein the fixative comprises glutaraldehyde or formaldehyde.
25. A method according to any one of the preceding embodiments, wherein step (c) allows identification of single cells in the solidified sample.

Claims (40)

1つ以上の標的成分のために生物学的材料を含む液体サンプルを分析する方法であって:
(a)前記生物学的材料を含む液体サンプルから得られた試料へ固化剤を添加する工程、
(b)分散された生物学的材料を含む固化サンプルを作成する工程、
(c)前記分散された生物学的材料中の1つ以上の標的成分を同定するために、前記固化サンプルを画像化する工程、
を含む方法。
A method of analyzing a liquid sample containing biological material for one or more target components, the method comprising:
(a) adding a solidifying agent to a sample obtained from a liquid sample containing said biological material;
(b) creating a solidified sample containing dispersed biological material;
(c) imaging the solidified sample to identify one or more target components in the dispersed biological material;
method including.
さらに、(i)前記固化剤を添加する前に、工程(a)において前記液体サンプルから得られた試料を、前記1つまたは複数の標的成分についての1つまたは複数のプローブで標識する工程:および/または(ii)工程(b)からの前記固化サンプルを、1つまたは複数の標的成分についての1つまたは複数のプローブで標識する工程、をさらに含む、請求項1に記載の方法。 Further, (i) labeling the sample obtained from the liquid sample in step (a) with one or more probes for the one or more target components before adding the solidifying agent: 2. The method of claim 1, further comprising: and/or (ii) labeling the solidified sample from step (b) with one or more probes for one or more target components. 前記固化剤を添加する前に、工程(a)における前記液体サンプルから得られた試料を、前記1つまたは複数の標的成分についての1つまたは複数のプローブで標識する工程を含む、請求項1に記載の方法。 1 . The method of claim 1 , further comprising the step of labeling the sample obtained from the liquid sample in step (a) with one or more probes for the one or more target components before adding the solidifying agent. The method described in. 前記固化サンプルに屈折率整合材料を導入することをさらに含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, further comprising introducing an index matching material into the solidified sample. 前記液体サンプルが液体血液サンプルである請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the liquid sample is a liquid blood sample. 前記試料が、前記液体血液試料から赤血球および血小板を除去することを含むプロセスによって、前記液体血液試料から得られる、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the sample is obtained from the liquid blood sample by a process that includes removing red blood cells and platelets from the liquid blood sample. 前記試料が、前記液体血液サンプルから単離された末梢血単核細胞(PBMC)細胞を含む、請求項6に記載の方法。 7. The method of claim 6, wherein the sample comprises peripheral blood mononuclear cells (PBMC) cells isolated from the liquid blood sample. 前記1つ以上の標的成分が核酸、蛋白質、ウイルスまたは小胞を含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the one or more target components include a nucleic acid, a protein, a virus, or a vesicle. 前記標識工程が、工程(a)において前記液体サンプルから得られた前記試料を分子プローブと接触させる工程:および/または工程(b)から得られた前記固化サンプルを分子プローブと接触させる工程を含む、請求項2に記載の方法。 The labeling step comprises contacting the sample obtained from the liquid sample in step (a) with a molecular probe; and/or contacting the solidified sample obtained in step (b) with a molecular probe. , the method according to claim 2. 前記分子プローブが抗体である請求項9に記載の方法。 10. The method of claim 9, wherein the molecular probe is an antibody. 前記分子プローブが蛍光色素である請求項9に記載の方法。 10. The method of claim 9, wherein the molecular probe is a fluorescent dye. 前記分子プローブが核酸プローブである請求項9に記載の方法。 10. The method of claim 9, wherein the molecular probe is a nucleic acid probe. 前記1つ以上の標的成分が細胞外標的を含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the one or more targeting components include an extracellular target. 前記1つまたは複数の標的成分が細胞性または細胞内標的を含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the one or more target components include cellular or intracellular targets. 前記試料をサンプルホルダーに移すことをさらに含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, further comprising transferring the sample to a sample holder. 前記サンプルホルダー内の前記サンプルを振とうまたは振動させることをさらに含む、請求項15に記載の方法。 16. The method of claim 15, further comprising shaking or vibrating the sample in the sample holder. 前記固化サンプルが、画像化に適した固体またはゲルブロックである請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the solidified sample is a solid or gel block suitable for imaging. 画像化が蛍光顕微鏡によって行われる、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the imaging is performed by fluorescence microscopy. 画像化が、光シート蛍光顕微鏡法によって行われる、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the imaging is performed by light sheet fluorescence microscopy. 前記試料に対する固定手順をさらに含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, further comprising a fixation step on the sample. 前記固定手順が、前記試料または前記固化サンプルを固定液中でインキュベートすることを含む、請求項20に記載の方法。 21. The method of claim 20, wherein the fixation step comprises incubating the sample or the solidified sample in a fixative. 前記固定液が、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、エポキシ、またはこれらのうちの任意の2つ以上の混合物を含む、請求項21に記載の方法。 22. The method of claim 21, wherein the fixative comprises glutaraldehyde, formaldehyde, epoxy, or a mixture of any two or more thereof. 前記画像化が、前記固化サンプル中の特定の細胞型の存在または非存在を同定する、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the imaging identifies the presence or absence of particular cell types in the solidified sample. 希少循環細胞の存在について液体血液サンプルを分析する方法であって:
(a)液体血液サンプルから得られた単離された末梢血単核細胞(PBMC)を含む試料を、希少循環細胞のための1つ以上のプローブで標識する工程、
(b)末梢血単核細胞(PBMC)を含む標識検体へ固化剤を添加する工程、
(c)分散した末梢血単核細胞(PBMC)を含む固化サンプルを作成する工程、
(d)場合により、画像化に適した屈折率を有する光学的に透明化された固化サンプルを提供するために、固化サンプルに屈折率整合材料を導入する工程、および
(e)1つまたは複数のプローブの存在を決定し、それによって液体血液サンプル中の希少循環細胞の存在を決定するために、工程(c)からの固化サンプルまたは工程(d)からの場合によって透明化された固化サンプルを画像化する工程、
を含む方法。
A method of analyzing a liquid blood sample for the presence of rare circulating cells, the method comprising:
(a) labeling a sample containing isolated peripheral blood mononuclear cells (PBMC) obtained from a liquid blood sample with one or more probes for rare circulating cells;
(b) adding a solidifying agent to a labeled sample containing peripheral blood mononuclear cells (PBMC);
(c) creating a solidified sample containing dispersed peripheral blood mononuclear cells (PBMC);
(d) optionally introducing a refractive index matching material into the solidified sample to provide an optically cleared solidified sample with a refractive index suitable for imaging; and (e) one or more of the solidified sample from step (c) or the optionally cleared solidified sample from step (d) in order to determine the presence of the probe and thereby the presence of rare circulating cells in the liquid blood sample. The process of imaging;
method including.
前記標識が、白血球のためのプローブを添加することをさらに含む、請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, wherein the labeling further comprises adding a probe for leukocytes. 前記1つまたは複数のプローブが、癌特異的抗原または腫瘍特異的DNAもしくはRNA配列を認識する、請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, wherein the one or more probes recognize a cancer-specific antigen or a tumor-specific DNA or RNA sequence. 前記1つまたは複数のプローブが、抗体または核酸プローブから選択される、請求項26に記載の方法。 27. The method of claim 26, wherein the one or more probes are selected from antibodies or nucleic acid probes. 1つまたは複数のプローブが、EpCAM、HER2、CDX2、CK20、CK19、PD/PDL-1およびEGFR抗原または対応する核酸配列のうちの1つまたは複数の検出を与える、請求項27に記載の方法。 28. The method of claim 27, wherein the one or more probes provide for detection of one or more of EpCAM, HER2, CDX2, CK20, CK19, PD/PDL-1 and EGFR antigens or corresponding nucleic acid sequences. . 前記固化剤が、低融解アガロース、アガロースおよびヒドロゲル前駆体から選択される成分を含む、請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, wherein the solidification agent comprises a component selected from low melting agarose, agarose, and a hydrogel precursor. 前記固化サンプルに屈折率整合材料を導入することをさらに含む、請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, further comprising introducing an index matching material into the solidified sample. 固化した試料を生成することが、室温を超える固化剤を試料に添加すること、および試料が固体ゲルになるように低下した温度を達成することを可能にすることを含む、請求項24に記載の方法。 25. Producing a solidified sample comprises adding a solidifying agent above room temperature to the sample and allowing the sample to achieve a reduced temperature such that it becomes a solid gel. the method of. 固化サンプルの作成が、ゲル化を誘導するために試薬をヒドロゲル前駆体に添加することを含む、請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, wherein creating the solidified sample includes adding a reagent to the hydrogel precursor to induce gelation. 前記光学的に透明化されたゲル化サンプルが、屈折率整合材料を含む溶液中に浸漬されたサンプルホルダーに導入される、請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, wherein the optically cleared gelled sample is introduced into a sample holder immersed in a solution containing an index matching material. 画像化が、光シート顕微鏡法を用いて行われる、請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, wherein imaging is performed using light sheet microscopy. 前記希少循環細胞が循環腫瘍細胞である請求項24に記載の方法。 25. The method of claim 24, wherein the rare circulating cells are circulating tumor cells. 液体生検から得られ、かつ固化サンプル内に固定化されたた分散生物学的材料を含む、画像化に適した固化サンプル。 A solidified sample suitable for imaging, comprising dispersed biological material obtained from a liquid biopsy and immobilized within the solidified sample. 前記液体生検中の1つまたは複数の標的成分のためのプローブをさらに含む、請求項36に記載の固化サンプル。 37. The solidified sample of claim 36, further comprising a probe for one or more target components in the liquid biopsy. 前記液体生検は血液サンプルであり、前記生物学的材料は末梢血単核細胞(PBMC)を含む、請求項36に記載の固化サンプル。 37. The solidified sample of claim 36, wherein the liquid biopsy is a blood sample and the biological material comprises peripheral blood mononuclear cells (PBMC). 希少循環細胞をさらに含む、請求項38に記載の凝固サンプル。 39. The clotted sample of claim 38, further comprising rare circulating cells. 前記希少循環細胞が、循環腫瘍細胞、循環上皮細胞、および循環内皮細胞から選択される、請求項39に記載の固化サンプル。 40. The solidified sample of claim 39, wherein the rare circulating cells are selected from circulating tumor cells, circulating epithelial cells, and circulating endothelial cells.
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