JP2024527371A - 処置の有効性予測システム及び方法 - Google Patents

Abstract

様々な薬剤及び／又は薬剤の組合せに対する患者応答を、ｅｘ ｖｉｖｏでの投薬及び画像化法を使用しながら予測するためのシステム及び方法が開示される。１つの例では、処置の有効性を決定する方法は、固体細胞培養物を経時的に分析するステップを含み、例えば、各処置の処置の有効性を決定するために、各処置に対する固体細胞培養物の第１及び第２の応答が比較され得る。処置を細胞培養物に適用し、細胞培養物及び有効性を分析するためのシステム及び方法が開示される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、「Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｅｆｆｉｃａｃｙ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ（処置の有効性予測システム及び方法）」と題する、２０２１年７月８日出願の米国仮特許出願第６３／２１９，６９７号の利益を主張し、同号はあらゆる目的のために全体として本明細書に組み込まれている。
記載されている実施形態は、処置、例えば抗がん剤等の有効性を決定するためのシステム及び方法と一般的に関連する。

一連の処置剤、例えば抗がん剤等が、がん性細胞、例えば様々な種類の腫瘍と関連する細胞等を処置するのに使用され得る。いくつかの要因、例えば腫瘍型、進行、患者の特徴、抗がん剤の特徴等が、所与の処置の有効性に影響を及ぼす可能性がある。これら及びその他の要因は、最もふさわしい抗がん剤、例えば最高の有効性を有するもの等を選択するという医療提供者の能力を妨げるおそれがある。抗がん処置を施行しても最低限度の有効性しかもたらさず、及び／又は患者の全体的な処置を減じてしまうおそれがある。同様に、ある特定の疾患に対するその他の種類の処置は、患者固有の要因に基づき、患者が異なれば変化し得る。従って、個別化されたバイオマーカーの発見、具体的な医学的処置、例えば抗がん剤やその他の処置剤を用いた処置等の有効性と関連する診断及び／又は予知を円滑化するためのシステム及び技術が必要とされている。

本発明の実施形態は、処置の有効性予測システム及び方法と関連する。
１つの例では、微小流体チップが開示される。微小流体チップは、チャンネル、及びフローチャンネルと流体的に連結した細胞培養チャンバーを画定する本体を備える。微小流体チップは、本体に接合しており且つインレットとアウトレットとを画定する連結部分を更に備える。チャンネルは、インレットとアウトレットとの間に延在し、細胞培養チャンバーがその間に配置された流路を画定する。微小流体チップは、細胞培養チャンバーを被覆するガス透過膜を更に備える。
別の例では、チャンネルは、増殖培地を細胞培養チャンバーに送達するように構成される。細胞培養チャンバーは、実質的に円筒形の形状を有し得る。例えば、細胞培養チャンバーは、好ましくは約６．７５ｍｍの直径を有する実質的に円筒形の形状を有し得る。その他のケースでは、直径は、具体的な用途に基づき、６．７５ｍｍより大きい場合もあれば、また小さい場合もあり、例えば少なくとも約５．０ｍｍ、少なくとも約３．０ｍｍ、又はその他の適する直径等である。
別の例では、本体は、閉鎖底端部及び開放天端部を有する細胞培養チャンバーを画定する。ガス透過膜は、細胞培養チャンバーの開放天端部を被覆し得る。更に、ガス透過膜は接着剤により本体部分に付着し得る。
別の例では、細胞培養チャンバーは第１の細胞培養チャンバーであり得る。こうしたことから、本体は、第１の細胞培養チャンバーと連結部分のインレット又はアウトレットとの間の流路に沿ってチャンネルと流体的に連結した第２の細胞培養チャンバーを更に画定し得る。第１の細胞培養チャンバーは第１の容積を有し得るが、また第２の細胞培養チャンバーは第１の容積とは異なる第２の容積を有し得る；但しこれは必須ではない。更に、第１の細胞培養チャンバーは第１の形状を有し得るが、また第２の細胞培養チャンバーは第１の形状とは異なる第２の形状を有し得る；但しこれも必須ではない。

別の例では、本体は多層化構造を備える。こうしたことから、多層化構造は、細胞培養チャンバーを画定する第１の本体部分の層を備える。多層化構造は、第１の本体部分の層に接続し且つ細胞培養チャンバーと流体的に連結したチャンネルを画定する第２の本体部分の層を更に備える。多層化構造は、第１の本体部分の層の反対側で第２の本体部分の層に接続し且つ細胞培養チャンバー上に開口部又は孔を画定する第３の本体部分の層を更に備える。いくつかのケースでは、連結部分は第３の本体部分の層に接合し得る。従って、第３の本体部分の層は、連結部分のインレットと流体的に連結しており且つ第２の本体部分の層のフローチャンネルまで延在する第１の管腔を更に画定する。第３の本体部分は、連結部分のアウトレットと流体的に連結しており且つ第２の本体部分の層のフローチャンネルまで延在する第２の管腔を更に画定し得る。

別の例では、インレット及びアウトレットはチューブのバーブを画定する。バーブはチップの最外表面から突出してもよい。多くの材料構築物が考え得るが、本体はアクリル材料又はシリコーンに基づく材料を含むか、又はそれから完全に形成され得る。
別の例では、微小流体デバイスが開示される。微小流体デバイスは、複数のリザーバーを備える投薬バンクを含み得る。複数のリザーバーの各リザーバーは、増殖培地を保持するように構成され得る。微小流体デバイスは、複数の微小流体チップを配置構成するように構成されたステージングセクション又は「ステージ」を更に備え得る。複数のリザーバーは複数の微小流体チップに対応し得る。いくつかのケースでは、複数のリザーバーは、任意所定の微小流体チップで使用され得る。微小流体デバイスは、複数のリザーバー及び複数の微小流体チップと流体的に連結可能なポンプであって、複数のリザーバー及び複数の微小流体チップの対応する対それぞれの間に流体回路を画定するためのポンプを更に備え得る。ポンプは、対応する対毎に、流体回路を通じて増殖培地の循環を更に引き起こし得る。

別の例では、複数のリザーバーの各リザーバーは相互に流体的に隔離されている。従って、流体回路は相互に流体的に隔離され得る。ポンプは、複数の流体回路の個々の流体回路を通じて増殖培地の循環を選択的に引き起こすように更に構成され得る。増殖培地は、処置剤、例えば抗がん剤等、及び／又は懸濁状態の細胞を含み得る。こうしたことから、薬物、細胞、及び／又はその他の薬剤が含まれるように、細胞は増殖培地と共に循環内に存在し得る。いくつかのケースでは、細胞を循環させるステップが、免疫モデルを作成し、又は細胞療法をテストするのに使用可能である。付加的又は代替的に、その他の薬剤を循環させるステップが、循環内での細胞の挙動又は特質を特徴づけるのに役立ち得る。

別の例では、複数のリザーバーが大気に曝露可能であり得る。例えば、リザーバーは、処置のローディングを目的としてリザーバーを空気に曝露するために開放可能なフタを有し得る。処置がローディングされたら、フタは閉鎖され得る。リザーバーがフタで閉鎖されたら、微小流体デバイスは本明細書に記載されるように作動し得る。こうしたことから、複数のリザーバーが、ポンプの作動期間中に処置剤又は薬剤の組合せを受け入れるように構成され得る。
別の例では、投薬バンクは、実質的に直立位置で複数のリザーバーを保持するように構成されたトレイ又はその他の構造を備え得る。デバイスは、ポンプを、ステージングセクションにより収容された各リザーバー及び各微小流体チップと流体的に連結させるチューブを更に備え得る。
別の例では、固体培養物を形成する方法が開示される。方法は、患者サンプルから標的細胞を単離するステップを含む。方法は、単離された細胞を光応答色素で染色することにより、単離された細胞から染色された細胞を形成するステップを更に含む。方法は、染色された細胞をヒドロゲル内にカプセル化するステップを更に含む。１つの例では、ヒドロゲルは、ヒト組織細胞外マトリックスのコアコンポーネント及び／又は疾患特異的細胞ニッチを模倣するように構成されたヒアルロン酸、コラーゲン、及び／又はその他の要素を含み得る。

別の例では、方法は、解離した細胞をヒドロゲル内で培養するステップを更に含み得る。培養するステップは、解離した細胞の二次元細胞培養物を形成することを更に含み得る。培養するステップは、解離した細胞の三次元細胞培養物を形成することを更に含み得る。培養するステップは、解離した細胞の単一集団からなる細胞培養物を形成することを更に含み得る。培養するステップは、複数の細胞型から細胞培養物を形成することを更に含み得る。
別の例では、解離した細胞は、がん細胞、並びに通常の／非形質転換細胞、間質細胞、又は免疫細胞を含む。こうしたことから、培養するステップは、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、及び／又は免疫細胞からなる共培養物を形成することを更に含む。解離した細胞は患者由来の組織又は腫瘍サンプルから単離され得る。

別の例では、方法はスフェロイド又はオルガノイドを形成するステップを更に含み得る。いくつかのケースでは、方法は、スフェロイド又はオルガノイドをヒドロゲル内で培養するステップを含み得る。スフェロイド又はオルガノイドは、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、又は免疫細胞を含み得る。いくつかのケースでは、培養するステップは、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、及び／又は免疫細胞からなる共培養物を形成することを更に含む。単離された細胞は患者由来の組織又は腫瘍サンプルから単離され得る。
別の例では、方法は、患者サンプルの標的細胞を単離するために、消化酵素に基づく操作、血液溶解溶液、又は選択操作を使用して患者サンプルを処理するステップを更に含む。処理することは、患者組織又は腫瘍サンプルから、多くの異なる細胞型、例えば生存した状態にとどまる多くの異なる細胞型等の単離を可能にし得る。従って、解離細胞培養物又はスフェロイド／オルガノイドのいずれかにおいて、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、免疫細胞、及び／又は間質細胞に付加して、いくつかの細胞を含め、異なる細胞が共培養され得る。

別の例では、光応答色素は、蛍光顕微鏡法を介する標的細胞の追跡を可能にするように構成され得る。光応答色素は、生存細胞を追跡するために、標的細胞のミトコンドリアを染色するように構成され得る。光応答色素は、死細胞を追跡するために、標的細胞の核を染色するように構成され得る。
別の例では、染色された細胞を形成するステップは、単離された細胞を第１の光応答色素で染色することを更に含む。第１の光応答色素は、生存細胞を追跡するために標的細胞のミトコンドリアを染色するように構成され得る。染色された細胞を形成するステップは、単離された細胞を第２の光応答色素で染色することを更に含み得、第２の光応答色素は死細胞を追跡するために標的細胞の核を染色するように構成される。
別の例では、光応答色素は、染色された細胞が生存細胞から死細胞に移行したときに、染色された細胞において変色を引き起こすように構成され得る。標的細胞は、非限定的に、腫瘍の細胞であり得、腫瘍は、乳がん、結腸直腸がん、肺がん、腎がん、膵がん、卵巣がん、脳がん、又は胃がんを含む。
別の例では、患者サンプルは、組織スライス、外科切除物、及び／又は異種移植片を含む。患者サンプルは、特定の状況におけるコア針生検サンプルを含む、生検サンプルも含み得る。こうしたことから、方法は、組織スライス、コア、外科切除物、及び／又は異種移植片を、ヒドロゲル内で培養するステップを更に含み得る。

別の例では、微小流体チップにローディングする方法が開示される。方法は、微小流体チップの細胞培養チャンバー内に固体細胞培養物を配置構成するステップを含む。微小流体チップは、細胞培養チャンバーを画定する本体、及び細胞培養チャンバーを横断し且つ微小流体チップのインレットとアウトレットとの間に延在するチャンネルを備える。方法は、インレット及びアウトレットが循環系と連結のために露出したままである間に、細胞培養チャンバー上にガス透過膜を配置するステップを更に含む。

別の例では、配置するステップは、ガス透過膜を本体に接着すること、及び細胞培養チャンバーを被覆することを更に含む。固体細胞培養物を配置構成するステップは、ある量の固体細胞培養物（例えば、ヒドロゲル内の細胞培養物）を、ピペットを使用して細胞培養チャンバー内に滴下することを更に含み得る。
別の例では、固体細胞培養物は第１の固体細胞培養物であり得、及び細胞培養チャンバーは第１の細胞培養チャンバーであり得る。こうしたことから、方法は、第２の固体細胞培養物を、微小流体チップの第２の細胞培養チャンバー内に配置構成するステップを更に含み得る。第２の細胞培養チャンバーは本体により画定され、そしてインレットとアウトレットとの間のチャンネルと流体的に連結し得る。第１の細胞培養チャンバーは第１の容積を有し得、及び第２の細胞培養チャンバーは第１の容積とは異なる第２の容積を有し得る。第１の細胞培養チャンバーは第１の形状を有し得、及び第２の細胞培養チャンバーは第１の形状とは異なる第２の形状を有し得る。

別の例では、微小流体チップを操作する方法が開示される。方法は、微小流体チップ、フローレストリクター、リザーバー、及びポンプの間で流体回路を画定するために、微小流体チップを微小流体デバイスと流体的に連結させるステップを含む。微小流体チップは固体細胞培養物を含み、リザーバーは増殖培地を含む。方法は、微小流体チップの固体細胞培養物が増殖培地に曝露されて、曝露された細胞培養物が形成されるように、回路を通じて増殖培地の流れを引き起こすステップを更に含む。本明細書で使用される場合、「固体細胞培養物」とはヒドロゲル材料内の細胞を指す。「曝露された細胞培養物」とは、固体細胞培養物が媒体（例えば、増殖培地）に曝露される一方、細胞培養物そのものは固体のままである状況を指す（例えば、増殖培地が細胞を含むヒドロゲルに沿って流れる）。本明細書で更に使用される場合、「液体細胞培養物」とは、もっぱら液体培地内にある細胞を指す。例えば、液体細胞培養物は、増殖培地／血清中に導入され、次に本明細書に記載されるシステム及び技術を使用して循環される免疫細胞を含み得る。方法は増殖培地に対する固体細胞培養物の応答を分析するステップを含む。

別の例では、増殖培地は処置剤を含む。いくつかのケースでは、流体を連結させるステップは、第１のチューブ部分を微小流体デバイスのインレットに流体的に連結させることを更に含む。第１のチューブ部分はリザーバーと流体的に連結した第２のチューブ部分と接続され得るが、第１及び第２のチューブ部分は共通するチューブを画定する。流体的に連結させるステップは、流体回路を画定するために、第３のチューブ部分を微小流体デバイスのアウトレット及びリザーバーに流体的に連結させることを更に含み得る。微小流体デバイスは、それを通過する流路を画定し得る。
別の例では、微小流体チップは、標的細胞を含むヒドロゲルを保持する細胞培養チャンバーを備え得る。流路は細胞培養チャンバーを横断し、且つ／又はその近傍を通過し得る。従って、方法は、ヒドロゲルが標的細胞を培養細胞培養チャンバーから流出しないように拘束している間、流路に沿って増殖培地の流れを引き起こすことを更に含み得る。
別の例では、第１のチューブ部分は、ポンプと流体的に連結し得る。第２のチューブ部分は、リザーバーと流体的に連結し得る。第１及び第２のチューブ部分は同一チューブの一部分であり得る。微小流体デバイスは、回路を完成させるためにリザーバー及び微小流体チップに接続した第３のチューブ部分を更に含み得る。回路は閉鎖回路であり得る。

別の例では、方法は、第２の微小流体チップ、第２のリザーバー、及びポンプの間に第２の流体回路を画定するために、第２の微小流体チップを微小流体デバイスと流体的に連結させるステップを更に含む；第２の微小流体チップは第２の固体細胞培養物を含み、第２のリザーバーは第２の増殖培地を含む。方法は、第２の微小流体チップの第２の固体細胞培養物が第２の増殖培地に曝露されるように、第２の回路を通じて第２の増殖培地の第２の流れを引き起こすステップを更に含み得る。方法は、第２の増殖培地に対する第２の固体細胞培養物の応答を分析するステップを更に含み得る。

別の例では、増殖培地及び第２の増殖培地は、異なる処置剤、例えば異なる抗がん剤又は細胞等を含む。方法は、第１の固体細胞培養物の応答と第２の固体細胞培養物の応答とを比較して、処置の有効性を決定するステップを更に含み得る。第１の回路及び第２の回路は、相互に流体的に隔離され得る。こうしたことから、ポンプは、第１の流れ及び第２の流れを独立にコントロールするように構成され得る。
別の例では、方法は、分析するステップの前に、微小流体チップを微小流体デバイスから流体的に解結させるステップを更に含み得る。こうしたことから、分析するステップに後続して、方法は、微小流体チップ、リザーバー、及びポンプの間に流体回路を画定するために、微小流体チップを微小流体デバイスと流体的に連結させるステップを更に含み得る。方法は、微小流体チップの固体細胞培養物が増殖培地に曝露されるように、回路を通じて増殖培地（例えば、同一の増殖培地又は異なる増殖培地）の別の流れを引き起こすステップを更に含み得る。方法は、別の流れを引き起こすステップに後続して、増殖培地に対する固体細胞培養物の後続する応答を分析するステップを更に含み得る。

別の例では、従って、方法は、増殖培地に対する固体細胞培養物の応答と増殖培地に対する固体細胞培養物の後続する応答とを比較して、処置の有効性を決定するステップを更に含み得る。方法は、第１の細胞集団の数量を決定するために、増殖培地に対する固体細胞培養物の応答を分析するステップを更に含み得る。方法は、第２の細胞集団の数量を決定するために、増殖培地に対する固体細胞培養物の後続する応答を分析するステップを更に含み得る。本明細書に記載されるように、方法は、固体細胞培養物の更なる後続する応答を分析するステップ、及び数日にわたり又はその他の適する間隔で、第３の細胞集団の数量、第４の細胞集団の数量等を決定するステップを更に含み得る。方法は、第１の細胞集団の数量と第２の細胞集団の数量とを比較して、処置の有効性を示唆する細胞集団の数量変化を決定するステップを更に含み得る。こうしたことから、方法は、第１の細胞集団の位置を決定するために、増殖培地に対する固体細胞培養物の応答を分析するステップを更に含み、増殖培地に対する固体細胞培養物の後続する応答を分析するステップは、第２の細胞集団の位置を決定することを含み得る。本明細書に記載されるように、方法は、固体細胞培養物の更なる応答を分析するステップ、及び数日にわたり又はその他の適する間隔で、第３の細胞集団の位置、第４の細胞集団の位置等を決定するステップを更に含み得る。方法は、第１の細胞集団の位置と第２の集団の位置とを比較して、処置の有効性を示唆する細胞集団の位置変化を決定するステップを更に含み得る。

別の例では、分析するステップは、微小流体チップの固体細胞培養物上で蛍光顕微鏡操作を実施することを含み得る。いくつかのケースでは、分析するステップは、微小流体チップの固体細胞培養物の三次元画像を収集することを含む。分析するステップは、微小流体チップの固体細胞培養物のｚスタックにおいて二次元画像を収集することを更に含み得る。分析するステップは、増殖培地に対する固体細胞培養物の複数の応答を経時的に分析することを更に含み得る。分析することは毎日実施され得る。
別の例では、分析するステップは、微小流体チップの固体細胞培養物上で共焦点顕微鏡操作を実施することを含み得る。付加的又は代替的に、分析するステップは、微小流体チップの固体細胞培養物上で明視野顕微鏡操作を実施することを含み得る。付加的又は代替的に、分析するステップは、微小流体チップの固体細胞培養物上で格子光シート顕微鏡操作を実施することを含み得る。

別の例では、分析するステップは、増殖培地の処置剤の固体細胞培養物に対する処置の有効性を決定するために、コンピューターの１つ又は複数の処理エレメントを用いて、非一時的コンピューター読み取り可能媒体の命令を実行することを含む。

別の例では、固体細胞培養物を経時的に分析する方法が開示される。方法は、処置剤を含む増殖培地に対する固体細胞培養物の第１の応答を決定するステップを含む。固体細胞培養物は、微小流体チップの細胞培養チャンバー内に保持される。方法は、処置剤を含む増殖培地に対する固体細胞培養物の第２の応答を決定するステップを更に含む。方法は、第１及び第２の応答を比較して、処置の有効性を決定するステップを更に含む。いくつかのケースでは、本明細書に記載されるように、例えば、所与のアプリケーションについて、固体細胞培養物／チップ毎に、３、４、又はそれより多くの応答を適宜比較するなどしながら、固体細胞培養物の複数の応答が、処置の有効性を決定するために比較され得る。こうしたことから、第１及び第２の応答を比較する例が例証目的で提示されるが、本明細書に記載されるコンピュータービジョン及びイメージング技術が、任意の適する期間にわたり任意数の応答を比較及び分析するのに適用され得るものと認識される。
別の例では、第１の応答又は第２の応答の一方又は両方は、固体細胞培養物の色、固体細胞培養物の画像のピクセル強度、固体細胞培養物の形状、固体細胞培養物のサイズ、固体細胞培養物の細胞の位置、又は固体細胞培養物の細胞の数量のうちの少なくとも１つを含む。処置の有効性は、処置剤に応答する固体細胞培養物の細胞の生存率を表し得る。
別の例では、第１の応答を決定するステップは、固体細胞培養物の画像を撮影することを含む。こうしたことから、方法は、画像から細胞生存率を決定するステップと、細胞生存率に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップとを更に含み得る。方法は、画像から細胞増殖を決定するステップと、細胞増殖に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップとを更に含み得る。方法は、画像から細胞位置を決定するステップと、細胞位置に基づき処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。

別の例では、画像は第１の画像であり得る。こうしたことから、第２の応答を決定するステップは、固体細胞培養物の第２の画像を撮影することを含み得る。方法は、第１の画像と第２の画像（及び／又は追加の画像）とを比較して、固体細胞培養物の細胞の細胞移動距離を経時的に決定するステップを更に含み得る。方法は、細胞移動距離を使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。
別の例では、方法は、第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物の細胞の細胞移動スピードを経時的に決定するステップを更に含み得る。次に、方法は、細胞移動スピードを使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。
別の例では、方法は、第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物のサブセットを定義する複数の細胞の移動距離を経時的に決定するステップを更に含み得る。次に、方法は、移動距離を使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。

別の例では、方法は、第１の画像と第２の画像とを比較して、複数の細胞の移動スピードを経時的に決定するステップを更に含み得る。次に、方法は、移動スピードを使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。
別の例では、移動距離及び／又は移動スピードを決定することと関連して、細胞のサブセットは、複数の細胞の５％を占める最も侵襲性の細胞を含み得る。その他のケースでは、複数の細胞は、複数の細胞の２％を占める最も侵襲性の細胞を含み得る。その他のケースでは、複数の細胞は、複数の細胞の１％を占める最も侵襲性の細胞を含み得る。付加的又は代替的に、複数の細胞は、特定のバイオマーカーを発現する細胞のサブセットを含み得る。

別の例では、方法は、第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物内で最大移動ベクトルを有する細胞を経時的に決定するステップを更に含み得る。次に、方法は、最大移動ベクトルを使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。
別の例では、方法は、第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物内で最大移動スピードを有する細胞を経時的に決定するステップを更に含み得る。次に、方法は、最大移動スピードを使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。

別の例では、第１の応答を決定するステップ又は第２の応答を決定するステップの一方又は両方は、複数の細胞のうちの単一細胞の特徴を決定することを含む。複数の細胞のうちの単一細胞は、複数の細胞の応答を予測するのに使用可能である特徴を有し得る（例えば、一例として、最長移動ベクトルを有する細胞は予測的バイオマーカーであり得る）。こうしたことから、第１の応答を決定するステップは、第１の時期における単一細胞の特徴を決定することを含む。第２の応答を決定するステップは、第１の時期に後続する第２の時期において単一細胞の特徴を決定することを含む。次に、方法は、本明細書に記載されるように、第１の時期及び第２の時期及び／又は追加の時期における単一細胞の測定された特徴の比較に基づき、処置剤に対する患者応答を、予測することを更に含む。
別の例では、第１の画像又は第２の画像の一方又は両方は、単一細胞又は複数の細胞の重み付けされた細胞測定を含む。次に、方法は、重み付けされた細胞測定に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。いくつかのケースでは、第１の画像は第１の重み付けされた細胞測定を含み、第２の画像は第２の重み付けされた細胞測定を含む。次に、方法は、第１の重み付けされた細胞測定と第２の重み付けされた細胞測定との比較に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含む。

別の例では、第１の画像又は第２の画像の一方又は両方は、スフェロイド又はオルガノイドの半径又は直径と関連する情報を含む。方法は、スフェロイド又はオルガノイドの半径又は直径に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。いくつかのケースでは、第１の画像はスフェロイド又はオルガノイドの第１の半径又は第１の直径を含み、第２の画像はスフェロイド又はオルガノイドの第２の半径又は第２の直径を含む。次に、方法は、第１の半径又は第１の直径と第２の半径又は第２の直径との比較に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含む。いくつかのケースでは、解離した／単一細胞が類似した方式で分析され得る。例えば、解離した／単一細胞は、本明細書に記載されるように、実質的に任意の関連するメトリクスに従い、追跡又は測定され、又は別途測定され得る。例証的事例として、スフェロイド、移動距離、移動スピード等をもたらす解離した／単一細胞のカウント及び／又は位置は、処置の有効性を決定するための本明細書に記載される技術に従い決定及び分析され得る。
別の例では、第１の画像又は第２の画像の一方又は両方は、外科切除物、組織スライス、及び／又は異種移植片の長さ、幅、又は高さのうちの１つ又は複数と関連する情報を含む。方法は、外科切除物、組織スライス、及び／又は異種移植片の長さ、幅、又は高さに基づき、処置剤に対する患者応答を予測することを更に含む。いくつかのケースでは、第１の画像は、外科切除物、組織スライス、及び／又は異種移植片の第１の長さ、第１の幅、又は第１の高さを含み、第２の画像は、外科切除物、組織スライス、及び／又は異種移植片の第２の長さ、第２の幅、又は第２の高さを含む。次に、方法は、第１の長さ、第１の幅、又は第１の高さと、第２の長さ、第２の幅、又は第２の高さとの比較に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含む。

別の例では、比較するステップは、処置の有効性を決定するために、コンピューターの１つ又は複数の処理エレメントを用いて、非一時的コンピューター読み取り可能媒体の命令を実行することを更に含む。

上記した例示的態様及び実施形態に付加して、更なる態様及び実施形態が、図面を参照することにより、及び下記の説明を検討することにより明らかとなる。

処置の有効性予測システムについて、その機能的ダイアグラムを示す図である。 処置の有効性を決定するためのフローダイアグラムを示す図である。 患者サンプルの例を示す図である。 染色された細胞と関連する情報を含むユーザーインターフェースを示す図である。 生存細胞及び死細胞の相対的濃度及びサイズ分布を表すチャートを示す図である。 スフェロイドの例の２Ｄ顕微鏡写真を示す図である。 生存細胞を示唆する、卵巣腫瘍の第１の表現を示す図である。 死細胞を示唆する、図７Ａの卵巣腫瘍の第２の表現を示す図である。 生存細胞及び死細胞からなる複合物を含む、図７Ａの卵巣腫瘍の第３の可視的表現を示す図である。 微小流体チップの例について、その分解図を示す図である。 図８Ａの微小流体チップの断面図を示す図である。 流体回路内で微小流体チップと共に使用されるフローレストリクターの断面図を示す図である。 図８Ａの微小流体チップの操作を示す図である。 図８Ａの微小流体チップの別の操作を示す図である。 図８Ａの微小流体チップの別の操作を示す図である。 図８Ａの微小流体チップの別の操作を示す図である。 図８Ａの微小流体チップの別の操作を示す図である。 図８Ａの微小流体チップと共に使用される微小流体デバイスの上から見た概略図を示す図である。 投薬操作を実施する微小流体デバイスの等角図を示す図である。 投薬操作後の単離及び着色された腫瘍細胞について、そのスフェロイドの例を示す図である。 第１の時点における細胞の第１の数量を表すチャートを示す図である。 第２の時点における細胞の第２の数量を表す別のチャートを示す図である。 第１の時点における細胞の数量について、その三次元位置を表すチャートを示す図である。 第２の時点における細胞の数量について、その三次元位置を表す別のチャートを示す図である。 細胞の三次元移動を示唆するクイヴァープロットを表すチャートを示す図である。 所与の患者サンプル上で実施される、異なる投薬操作の可視化を含むレポートの例を示す図である。 本明細書に記載される投薬操作のうちの１つ又は複数に基づく、がん性細胞生存率の分布を表すチャートを示す図である。 細胞培養物を形成するためのフローダイアグラムを示す図である。 微小流体チップにローディングするためのフローダイアグラムを示す図である。 微小流体チップの培養物を投与及び画像化するためのフローダイアグラムを示す図である。 処置の有効性を決定するためのフローダイアグラムを示す図である。 コンピューティングデバイスを含むシステムの機能的ブロックダイアグラムを示す図である。

下記の説明は、本開示の様々な要素を具体化するサンプルシステム、方法、及び、装置を含む。しかしながら、記載されている開示は、本明細書に記載されるものに付加して、様々な形態で実践され得るものと理解すべきである。
本開示は、様々な薬剤及び／又は薬剤の組合せに対する患者応答を、ｅｘ ｖｉｖｏでの投与及び画像化法を使用しながら予測するためのシステム及び方法に関する。いくつかの例では、システム及び方法は、腫瘍学、疾患の進行、例えばがんの進行等のｅｘ ｖｉｖｏモニタリング、処置剤、例えば抗がん剤等のテスト、患者の階層化、及びその他の医学的処置有効性のテストに適用され得る。システム及び方法は、薬物の開発及び処置上の意思決定を目的として、治療、診断、及び／又は予測バイオマーカーの発見、同定、又はバリデーションを可能にする。

１つの実施形態では、臓器チップ（ｏｒｇａｎ－ｏｎ－ａ－ｃｈｉｐ）及びコンピュータービジョンシステムが、処置剤、例えば抗がん剤等に対する患者応答を予測するためのバイオマーカーを分析するのに使用される。導入形態の１例では、腫瘍及び／又は健康な組織サンプルが、ヒドロゲル又はその他の環境内で培養され、そして微小流体チップの細胞培養チャンバー内に配置され得る。腫瘍及び／又は健康な組織サンプルは、複数のチップ又は個別の細胞培養チャンバー内で培養するために、複数のセグメント、例えば一定分量等に分割され得る。サンプルは、例えば光応答色素、例えば蛍光色素等を介するなどして追跡するために標識又は染色される。本明細書に記載されるように、染色された細胞は顕微鏡法により追跡され、様々なコンピューター実施式の技術、例えば開示される本開示のコンピュータービジョン技術等により処理及び分析され得る。蛍光色素は生存細胞を選択的に染色し得る。その他の蛍光色素は死細胞を選択的に染色する。いくつかの色素は、すべての細胞をその生死を問わず染色し得る。いくつかのケースでは、色素は、ある特定のバイオマーカー又は標的、例えばある特定のタンパク質等を発現する細胞を染色するのに使用され得る。ＤＮＡ又はＲＮＡも、本明細書で開示される技術に基づき、色素を使用して染色され得る。

微小流体チップは、細胞培養チャンバーを含め、チップの細胞培養物に対して増殖培地、処置剤、及びその他の媒体を導入するために、微小流体デバイス又はその他のシステム又はポンプと共に配置構成され（例えば、流体的に連結され）得る。例えば、デバイスは、増殖培地と共に、リザーバー内に保持される様々な処置剤を含み得る。媒体は、ポンプ、例えばペリスタポンプ、ニューマチックポンプ等を使用して、細胞培養チャンバーから微小流体チップに循環される。標的細胞及びヒドロゲルを含む固体細胞培養物は、微小流体チップ内で沈積し得る。固体細胞培養物は、微小流体チップ内で曝露された固体細胞培養物を画定するために、循環する媒体（処置剤を含み得る）に曝露され得る。固体細胞培養物を有する微小流体チップの細胞培養チャンバーは、生存及び死細胞を経時的に追跡するために、様々な技術、例えば顕微鏡法技術（共焦点顕微鏡法を含む）等を使用して画像化され得る。画像化は、細胞の染色又はラベリングに起因する細胞の同定に基づくことができる。例えば、細胞の生存／死亡状態が、蛍光色素又はその他の追跡色素を使用して追跡され得る。三次元（３Ｄ）画像、又は層毎に取得される二次元（２Ｄ）画像のスタックが、コンピュータービジョンツールを使用しながら分析用に収集される。

１つ又は複数のコンピューティングデバイスにより（例えば、１つ若しくは複数のアルゴリズム、又は機械学習モデルを実行するソフトウェアを介して）実行され得るコンピュータービジョンツールは、所与の画像内で細胞の特徴（例えば、形状、サイズ、位置（ｘ、ｙ、ｚ）、及び色）を追跡することができる。細胞は選択的に活性化された色素を用いて染色され得るので、画像内の生存及び死細胞の数が決定され得る。例えば、コンピュータービジョンは、ピクセル情報、例えば色調、強度等を分析して、特定の細胞の場所を決定する（例えば、生存細胞は第１の色を有する可能性があり、また死細胞は第２の色を有する可能性がある）ことができ、また異なる細胞の場所及び数が、後続する画像又は画像フレームを分析することにより経時的に追跡され得る。異なる時点において撮影された１つ又は複数の画像は、ｅｘ ｖｉｖｏでの悪性細胞（例えば、がん細胞）の進行をモニタリングするのに使用され得るが、また患者が所与の薬剤に対して有し得る応答を予測するのに使用可能である。例えば、第１の場所、例えば第１のピクセル等において生存細胞を有する第１の画像フレームを比較する場合、異なる場所に生存細胞を有する、第２の時点において撮影された第２の画像フレームと比較され得るが、その場合、システムは、細胞は第１の場所から第２の場所に移動したか又は動いたものと推定することができる。次に、画像内のピクセル場所の差異を分析することにより、距離が決定され得る。経時的な細胞生存率、細胞移動の距離及びスピードを含む、様々なメトリクスがこのような画像に由来し得る。単独で、又は組み合わせて使用されるこのようなアセスメントは、所与の薬剤に対する患者転帰を予測するのに使用され得る。

複数の微小流体チップが、一連の抗がん処置を横断して処置の有効性を決定することと並行して分析され得る。こうしたことから、薬剤無し（ベースライン）、或いは様々な単独及び／又は組合せ薬剤、例えば化学療法等のいずれかに曝露された微小流体チップについて、患者応答を予測するために画像間で比較を行うことができる。様々な薬剤及び／又は薬剤の組合せを比較することにより、本明細書に記載される技術が、治療、診断、及び予測バイオマーカー（がん患者の処置や新規治療薬の開発の一助となる）を発見するのに使用され得る。

ここで、本開示の様々な特性を例証する際に役立つ添付図面を参照することとする。下記の説明は例証及び説明目的で提示される。更に、説明は、本発明の態様を本明細書で開示される形態に限定するように意図するものではない。従って、下記の教示、並びに関連する技術分野の技能及び知識に見合った変更及び改変は、本発明の態様の範囲内にある。

図１を参照すると、処置の有効性予測システム１００の機能的ダイアグラムが示されている。処置の有効性予測システム１００は、疾患の進行、例えばがんの進行等のｅｘ ｖｉｖｏモニタリング、処置剤のテスト、及び患者の階層化を円滑化するように概括的に構成され得る。概括的には、システム１００は、特定の患者を処置する際に使用される選択された処置剤、組合せ薬剤、及び／又はその他の処置の有効性を評価するために、相互に同時作動するモジュール、デバイス、アセンブリ、サブアセンブリ等（図３～図１７の例と関連して記載される）を備え得る。モジュール、デバイス、アセンブリ、サブアセンブリ等のいずれも、本明細書に記載されるように、相互に分離して導入され得るものと認識される。処置剤及びその他の薬剤は、より一般的には、一連のその他の複雑且つ多くの場合相互に関係のある要因に付加して、処置レジメン、患者の特徴、がんの型及び進行又はステージからなる個別化された状況に基づき、有効性に優れる場合もあれば劣る場合もある。従来の処置レジメンは、これらの要因を適切に評価する能力を欠く場合があり、最適とはいえない処置剤の送達を引き起こす可能性がある。従来型のシステムにおいて、多くの場合、様々な処置剤がｉｎ ｖｉｖｏで投与及びモニタリングされることがあるが、それは、患者の処置及び全体的な健康転帰を阻害する可能性がある。例えば、従来型のアプローチを用いた場合、長期間にわたり患者に処置を施し、患者を評価することなく、特定のがん処置が有効であるかどうか決定することは非実践的であり、又は不可能でさえあり得る。更に、患者は、特定のがん処置に対して、それが施されたら有害又は望ましくない転帰を有するおそれがある。また処置の有効性を評価することが臨床医にとってきわめて長期間を要する可能性があり、その期間中に患者の全体的な健康状態が劣化するおそれがある。

図１において機能的に表されるシステム１００は、提案された処置剤の文脈において、がん進行のｅｘ ｖｉｖｏモニタリングを可能にすることにより、これら及びその他の障害を緩和する可能性がある。システム１００は、臨床医又はその他の医療提供者が１つ又は複数の患者サンプル、例えばがん性腫瘍を含むサンプル等について様々な異なる処置剤のスペクトルを評価するのを可能にし得る。システム１００は、患者サンプルについて、ｉｎ ｖｉｖｏ条件を再現するｅｘ ｖｉｖｏ環境の創出を可能にし得る。例えば、標的細胞、例えば本明細書に記載される細胞のいずれか等は、細胞に対する構造的安定性、ヒト臓器内の生理的環境を模倣するための機械的特質及び微小環境の手がかりを提供するために、ヒドロゲル内で培養及びカプセル化され得る。より一般的には、一連の細胞培養条件（人体の条件と類似し得る条件を提供するために、ヒト血清が存在する条件を含む）を含むモジュラー環境が提供され得る。ある期間、例えば数日間等にわたり、臨床医は、処置剤のそれぞれについて各組織サンプルの進行及び応答をモニタリングすることができる。下記でより詳細に記載されるように、最もふさわしい応答又は最も適する有効性を有する処置剤が、処置を目的として患者に投与するために特定され得る。

上記の円滑化を図るために、図１は、培養モジュール１０４、投薬モジュール１０８、及び分析モジュール１１２を含むシステム１００を概括的に示す。培養モジュール１０４は、評価及び投薬を目的として患者サンプルを調製するのに使用される様々な機械コンポーネント、機器、溶液、及びデバイス等を一般的に含み得る。多くの機能が本明細書において検討及び記載されるが、培養モジュール１０４は、患者サンプルから標的細胞を単離し、単離された細胞から染色された細胞を形成し、媒体内で染色された細胞をカプセル化するように概括的に構成され得る。標的細胞は患者由来の組織又は腫瘍サンプルに由来する細胞であり得る。標的細胞は、組織スライス、コア、外科切除物、及び／又は異種移植片に由来し得る。サンプル標的細胞は、非限定的に、悪性組織、例えば乳がん、結腸直腸がん、肺がん、腎がん、膵がん、卵巣がん、脳がん、又は胃がん等に由来する細胞等と関連する細胞を含み得る。細胞培養モジュール１０４は、標的細胞を単離し、細胞を光応答色素、例えば蛍光色素等で染色することができる。例えば蛍光色素等による染色は、細胞集団の全体を染色若しくはタグ化し、又は個々の細胞集団を染色し、又は所与の細胞集団の個々の成分を染色（例えばミトコンドリアの染色や核の個別染色等）して、蛍光顕微鏡法又はその他の手順を介する細胞の追跡を可能にし得る。ヒト組織のコアコンポーネントの再現を促進するために、染色された細胞は、媒体、例えばヒドロゲル等内にカプセル化され、従って培養モジュール１０４内で固体細胞培養物を形成し得る。染色された細胞は、媒体、例えばヒドロゲル等内にカプセル化されるか、又はスフェロイド若しくはオルガノイドとして形成され、従って固体細胞培養物を形成し得る。

投薬モジュール１０８は、処置剤を細胞培養物に投与し、処置剤に対する培養物の応答に関するデータを収集するのに使用される様々な機械コンポーネント、機器、溶液、及びデバイス等を一般的に備え得る。こうしたことから、投薬モジュール１０８は、固体細胞培養物（例えば、細胞及びヒドロゲル）を受け入れるように構成された微小流体チップを含み得る。増殖培地は、固体細胞培養物と共に循環内に導入され、曝露された固体細胞培養物を画定し得る。微小流体チップは、ヒドロゲル内で細胞を保持し、またガス透過環境（例えば、細胞に酸素を提供する）内の増殖培地と共に処置剤の循環を可能にし得る。投薬モジュール１０８の微小流体デバイスのポンプは、チップを通じて処置剤及び増殖培地の循環を引き起こし得る。複数のチップ（それぞれ分離した閉鎖回路内で流体的に連結している）は、異なる処置の有効性を評価するために、デバイスが異なる処置剤を各チップに循環させて、細胞培養チャンバー内で処置を施すのを可能にし得る。チップは、選択した間隔で、例えば毎日（１、２、３、４、５、又はそれ超の日数）等分析され得、そして処置剤に対する応答が決定され得る。一例として、下記により詳細に記載されるように、蛍光顕微鏡法が、所与の培養物において、光応答色素を使用しながら生存及び死細胞の濃度を決定するのに使用され得る。より一般的に、本明細書に記載されるように、任意の適するカメラ又はイメージングデバイスが使用され得る。画像は経時的に撮影され、そして処置の有効性の分析に対して十分なデータセットを提供するために、二次元及び／又は三次元フォーマットで提示され得る。

分析モジュール１１２は、細胞に投与される処置剤のうちの１つ又は複数について、その処置の有効性を決定するために操作され得る、様々なコンピュータービジョンシステム（例えば、図２２のコンピューターシステム２２００）、又は画像分析システム、コンピューター実施式の技術、及び分析デバイスを一般的に含み得る。死細胞、生存細胞の濃度、並びに生存状態から死亡状態への細胞の移行を表すのに、光応答色素が使用され得る。生存又は死亡している細胞の経時的濃度は、一例として、特定の処置剤を投与する過程を通じて、がん性細胞の生存の証を提供し得る。撮影された画像の特質（非限定的に、細胞の特徴、例えば固体若しくは液体細胞培養物の色、固体若しくは液体細胞培養物の画像のピクセル強度、固体若しくは液体細胞培養物の形状、固体若しくは液体細胞培養物のサイズ、固体若しくは液体細胞培養物の細胞の位置、又は固体若しくは液体細胞培養物の細胞の数量等を含む）が、処置の有効性を予測するために更に分析され得る。いくつかのケースでは、細胞培養物の二次元又は三次元画像が、ｅｘ ｖｉｖｏ投与の過程を通じて、複数の異なる時期において生成され得る。光応答色素を使用することで、画像は、細胞の位置及び型を含む、細胞毎の個別化された情報を含み得る。複数の画像を経時的に撮影することにより、画像を比較して、細胞移動、細胞移動スピード、及び細胞移動距離を含む様々な特質を決定することができる。画像は、特徴の中でもとりわけ、最大移動スピード及び／又は最大移動ベクトルを決定するために更に分析され得る。このように、処置剤に対する細胞のｅｘ ｖｉｖｏ応答の集合的画像は、処置剤に対するｉｎ ｖｉｖｏ応答を示唆する可能性があり、従って処置の有効性を予測するのに使用される。

図２は、処置の有効性を決定するためのフローダイアグラム２００を表す。フローダイアグラム２００は、図１に関して上記したシステム１００の操作のうちの１つ又は複数を実施し得る。従って、フローダイアグラム２００に関して記載されている操作は、培養モジュール１０４、投薬モジュール１０８、及び／又は分析モジュール１１２のうちの１つ又は複数により実施され得る。

操作２０４において、患者サンプルが収集される。患者サンプルは、様々ながん型の腫瘍を含有するサンプルを含め、検査室に届けられ得る。操作２０８において、腫瘍サンプルが、血液及び汚染物質を除去しつつ、生存細胞を単離するために、消化酵素に基づく細胞単離キット、血液溶解溶液、及びその他の選択ステップを使用しながら処理され得る。アウトプットは、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、及び免疫細胞を含む、原発腫瘍に由来する様々な細胞を含有する生存性の混合細胞集団であり得る。

操作２１２において、細胞は、生存及び／又は死細胞ラベリング色素を使用して染色され得る。付加的又は代替的に、細胞特異的／バイオマーカー標的色素が使用され得る。このような色素は、細胞を染色又はマークする光応答色素であり得る。例えば、色素は、細胞の固定を必要とせずに細胞を追跡する能力について特に選択され得る。１つの例では、ＭｉｔｏＶｉｅｗ（商標）６３３が、細胞のミトコンドリアを染色することにより生存細胞を追跡するのに使用され得る。この色素は、蛍光顕微鏡法、又はその他のイメージング技術（共焦点及び格子光シート顕微鏡法を含む）を使用して画像化したときに赤色を呈する。赤色は細胞の死後消失し得る。別の例では、ＮｕｃＶｉｅｗ（登録商標）４８８が、細胞の核を染色することによって死細胞を追跡するのに使用され得る。色素は、蛍光顕微鏡法又はその他の蛍光イメージング技術を使用して画像化したときに緑色を有し得る；しかしながら、実質的に任意の色が使用可能であり、また上記した色は例証的な色の例として提示されるものと認識される。細胞が死ぬと緑色が出現し得る。付加的又は代替的に、細胞が生存から死に移行する際に、細胞をより正確に追跡するために、両方の色素を用いて同時に染色され得る。赤色及び緑色は例証目的で上記されるものと認識される。より一般的には、本明細書に記載される光応答色素は、使用される蛍光色素に一部依存して一連の異なる色を有し得る。こうしたことから、様々なその他の色、色の強度等が、細胞を染色し、１つ又は複数の分析操作、例えば本明細書に記載される分析技術のいずれか等を実施するのに使用され得る。

操作２１６において、スフェロイドが形成されてもよい。一例として、超低接着（ＵＬＡ）プレートがスフェロイドを形成するのに使用され得る。操作２２０に示すように、細胞又はスフェロイドはヒドロゲル内に包埋され得る。ヒドロゲルは、ヒト組織細胞外マトリックスのコアコンポーネント、及び／又は疾患特異的細胞ニッチを模倣するために、ヒアルロン酸及びコラーゲンを含有し得る。スフェロイドは、一般的にスフェロイドの形状（例えば、スフェロイドのサイズ、形状、又はその他の特質を含む、但しこれらに限定されないスフェロイドの特徴を経時的に追跡可能にすることにより、処置剤に対する細胞の応答を決定することを促進し得る）の標的細胞及び／又は染色された細胞を含み得る。

操作２２４において、スフェロイド、解離した細胞培養物（例えば、スフェロイド構造を有さない）、又はヒドロゲル及び染色された細胞を含むその他の細胞培養物は、微小流体チップ内にセットされ得る（例えば、図８Ａ及び図８Ｂの微小流体チップ８００）。例えば、微小流体チップは１つ又は複数の細胞培養チャンバーを備え得る。固体細胞培養物は、ピペット又はその他の器具を用いて第１の細胞培養チャンバー内に配置され得る。フローチャンネルは１つ又は複数の細胞培養チャンバーと流体的に連通している。フローチャンネルは、図１０及び図１１を参照しながら本明細書に記載されるように、微小流体チップが循環系と流体的に連結するのを可能にし得る。微小流体チップは、フローチャンネルを通じて循環を可能にし、循環する流れとチップのヒドロゲル及び細胞との間の相互作用を促進するように構成され得る。操作２２８において、ヒドロゲル及び細胞は微小流体チップ内にあり、そしてガス透過膜により被覆される。例えば、チップを密閉するために、ガス透過膜が細胞培養チャンバー上に配置され、そしてチップの本体に接着され得る。ガス透過膜がチップ上に配置されたら、細胞培養チャンバーは被覆される。これは、チップのインレット及びアウトレットのバーブに接続したチューブを使用しながら、漏出又はオーバーフローすることなく、増殖培地がチップ内に流入するのを可能にし得る。

操作２３２において、薬物投与が開始し得る。各微小流体デバイスは、チューブを介して対応する微小流体チップに接続したリザーバーを備え得る。１つの事例では、ペリスタポンプが、増殖培地を１５ｍＬコニカルチューブ又はリザーバー内に収集し、増殖培地をチップのインレットまで循環させるのに使用される。増殖培地は、次にフローチャンネルを通過し、そしてチップのアウトレットを通じて流出し得る。増殖培地は、次にチューブの別のラインを使用してリザーバーに戻る。細菌汚染及び／又は微生物汚染に対する滅菌性を確保するために、リザーバーのフタの上に配置されたハーメチックシール、並びにチップインレット及び／又はアウトレット内に配置されたフィルターが存在し得る。

複数のチップ／細胞培養チャンバーを並行して設置することにより、化学療法を含む様々な化学薬剤を並行してテスト可能である。１つの事例では、６つのチップ／リザーバーがペリスタポンプ又はその他のポンプを使用して接続され得る（例えば、図１０及び図１１）。１つのチップは、増殖培地のみが円形チャンバー内の解離した細胞培養物に循環されるコントロールであり得る。オラパリブ（Ｏｌａｐａｒｉｂ）、ＡＣ－Ｔ及びＡＣ－カルボタキソール（ＣａｒｂｏＴａｘｏｌ）を含む、様々な薬物及び併用物が、その対応する細胞培養チャンバーを介して他のチップに循環され得る。ＡＣ－Ｔ及びＡＣ－カルボタキソールのような連続した併用療法の場合、ＡＣを最初に投与し、薬物を細胞培養チャンバーから除去し、次ラウンドの投薬を目的としてタキソール又はカルボタキソールを含有する新鮮な媒体を添加するために、クリアリングプロセスが用意されている。

操作２３６において、画像化が開始し得る。画像化は、定期的、例えば選択した間隔等、例えば、所与の用途に応じて、適宜、毎日、１２時間毎等であり得る。本例では、画像化は毎日生じ得る。こうしたことから、毎日、媒体は微小流体チップから除去される。微小流体チップは、それが画像化のために顕微鏡まで移送され得るように、微小流体デバイスから脱着され得る。１つの事例では、共焦点顕微鏡が三次元蛍光画像化を実施するのに使用される。各チップは、適合性を確保するために、標準的な顕微鏡スライドの長さ及び幅を有する。チップは、共焦点顕微鏡のスライドホルダー内に配置され、そしてレーザー設定が、励起波長及び各細胞の染色色素の検出波長に一致するように選択される。

操作２４０では、チップの二次元画像が撮影される。例えば、共焦点顕微鏡は、チャンバーの底部から最上部まで、画像の層を層毎に取得し得る。１つの事例では、５マイクロメートルのステップサイズが使用され得る。その他のケースでは、その他のステップサイズ、例えば１０マイクロメートル又はそれ以上のステップサイズ等がふさわしい場合もあるものと認識される。細胞を含有するチャンバーは、すべての細胞の場所を撮影するためにその全体が画像化され得る。例えば、円形チャンバーが毎日画像化され得る。その他の事例では、画像化がより長い間隔（例えば、１日目と５日目）で実施され、またより短い間隔（例えば、１時間目と１２時間目）でも実施され得る。チップの画像化それぞれの間において、チップは、追加の処置剤をチップに提供するために、微小流体デバイスと再連結され得る。従って、後続するチップの画像化は、経時的な処置剤に対する腫瘍の進行及び応答を示唆し得る。

操作２４４において、二次元画像が共に統合され得る。例えば、生の顕微鏡画像が、そのｚ位置により整列され得る。画像が底部から最上部に向かって整列されたら、各層はｚ軸に沿って相互に統合され得る。細胞が各二次元画像上で検出され、そしてｘ、ｙ、及びｚ位置が割り当てられる。こうしたことから、操作２４８により反映されるように、処置の有効性を決定するために、細胞の三次元画像及びその他の可視的表現が生成され得る。例えば、ｚスタックが完成すると、一部の細胞は、２以上の層内で同一細胞を撮影する共焦点顕微鏡に起因して、２以上のスタック上に出現する場合がある。細胞が同一のｘ及びｙ位置を有し、且つｚ軸上の隣接する層内に２回以上現れるとき、最も明るいピクセルが細胞の真のｚ位置として識別され、そして最終的な三次元再構成内に表示される唯一のピクセルとしてもよい。最終的な三次元再構成は、ｘ、ｙ、及びｚ座標を有する検知された細胞のすべてを含有する。１つの例では、このような重複した細胞は、機械学習技術、例えばＫニアレストネイバー（ＫＮＮ）等及びその他の技術を通じて識別され得る。このプロセスは、ｚスタック内で、複数のＺ位置を横断する重複した細胞の除去を実現することができる。いくつかのケースでは、そのような機械学習技術は、複数の染色されたミトコンドリアを同一の細胞に一致させるように、やはり構成され得る。ディープラーニング及び本明細書に記載されるコンピュータービジョンシステムのその他の関連する技術も使用することができる。従って、細胞が複数のミトコンドリアを有する場合、本明細書に記載される技術が、より正確な細胞カウントを取得するために複数のミトコンドリアを相殺するのに使用され得る。

より概括的には、プロセス２００は、二次元及び三次元画像並びに処置剤に対する細胞の応答の分析と関連する更なる分析操作２５２を含み得る。分析操作２５２は、コンピュータービジョン及び本明細書に記載される関連するシステム、例えば図１３Ａ～図１６に関して下記でより詳細に記載されているもの等を使用して実施され得る。いくつかのケースでは、操作は、コンピューターの１つ又は複数の処理エレメント、例えば図２２のコンピューティングシステム２２００等を用いて、非一時的コンピューター読み取り可能媒体の命令を実行するステップを含み得る。例えば、光応答色素又は蛍光色素に基づき、各細胞の色を識別するように構成されたコンピュータービジョンツールが、本明細書において開示される。各細胞は固有の物体として処理されるので、各細胞の色も変化し得る（例えば、すべての赤血球が青色に変化し得るか、又はサブセットがその位置若しくはサイズに基づき青色に変化し得る）。

いくつかのケースでは、アレイは、複数時点間で分析するために、細胞毎のデータ、例えば各細胞の座標及び色等を保管するように構成され得る。第１の時点におけるデータは、処置剤に対する細胞培養物の第１の応答（例えば、第１の時期における）を示唆し得る。第２の時点におけるデータは、処置剤に対する細胞培養物の第２の応答を示唆し得る（例えば、第１の時期に後続する第２の時期として）。例えば、ＭｉｔｏＶｉｅｗ（登録商標）６３３に由来する赤色の蛍光を有する細胞は、第１の日（例えば、１日目）に生存細胞の数を決定するためにカウントされ得るが、次に後日（例えば、５日目）、同一サンプルの画像と比較され、どのくらい多くの細胞が第１の日と後日との間に死亡したか決定される。細胞の特性、例えば細胞の平均ｚ位置等が、例えば第１の日と後日との間の平均上方又は下方細胞移動量を決定するために、第１の日及び後日の両方において計算され得る。細胞が薬物又は薬物の組合せに曝露されたときの経時的変化を決定するために、様々なその他の細胞メトリクスが分析され得る。
別の例では、各細胞の挙動を単一細胞レベルで経時的に決定するように構成されたコンピュータービジョン分析システムが本明細書で開示される。コンピュータービジョン分析システムは、免疫又はその他の細胞からがん細胞を区別するために、単一細胞レベルでの挙動を分析するように更に構成され得る。いくつかのケースでは、コンピュータービジョン分析システムは、がん細胞のサブタイプ間を識別及び区別するように更に構成され得る。

上記の円滑化を図るために、ディープラーニングが、ニューラルネットワークの使用を含め、細胞及び細胞の群に関する予測を行うのに使用可能である。例えば、ディープラーニングは、タイプ（例えば、がん細胞、間質細胞、又は免疫細胞）毎に細胞の分類を可能にし得る。より一般的には、機械学習は、本明細書に記載される分析機能のうちの１つ又は複数を支援するのにも使用可能である。更なる機械学習方法、例えばｋ平均法及びサポートベクトルマシン（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）（ＳＶＭ）等が、単一細胞及び細胞の群を分類するのに使用され得る。高分解能及び高倍率顕微鏡法を用いて、そのサイズ及び形状、及び／又は様々なその他の細胞の特徴別に細胞を区別することができる。１つの例証として、ＫＮＮアルゴリズムが、第１の日と後日（例えば、１日目と５日目）との間で単一細胞を一致させるのに使用される。こうしたことから、各細胞の移動ベクトルが、次にクイヴァープロットを使用して可視化され得る（例えば、本明細書内の図１５）。ベクトルの合計は、様々な傾向、例えばサンプル中の細胞の総移動量等を表し得る。ベクトルのサブセット（例えば、上位１０％）又は個々のベクトルが所与の処置に対する患者応答の予測を行うのに役立つように使用可能である。

画像データから抽出されたメトリクスの組合せが、単一薬剤及び薬物の組合せを含む、様々な処置に対する患者の応答を予測するのに使用され得る。その最も単純な形態においては、閾値が、単一のメトリック、例えば細胞生存率、総細胞移動ベクトル、又は最大単一細胞移動ベクトル等を使用しながら、処置応答を分類するのに設定される。単純な分類指標、受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線、及びロジスティック回帰分析が、本発明における単一のメトリクスを患者応答と関連付ける方法の例である。

コンピュータービジョンプロセスによりアウトプットされたメトリクスは、様々な予測を実施するためのインプット特性として使用可能である。一例として、デシジョンツリーが、複数の患者応答特性を関連付ける複雑な意思決定プロセスを使用しながら、患者転帰について予測を行うのに使用され得る。いくつかのケースでは、デシジョンツリーは、予測正確性を最適化するために、複数のインプットについて複雑な計量を行うのに使用され得る。訓練データが、インプットを患者応答と関連付け、及びどのインプットが患者転帰の予測に対して最大の効果を有するか決定するのに使用され得る。デシジョンツリーは、患者応答の予測を円滑化するための複数の結び目及び分岐を有し得る。ツリーの最終的な結び目（予測）は、患者の予測された応答尤度、又は最適な予測された処置、又はその両方のいずれかであり得る。更に、デシジョンツリーは、患者母集団上で感度及び特異性を最大化するように最適化され得る。デシジョンツリーは、陽性的中率及び陰性的中率を最大化するように、やはり最適化され得る。例えば、患者毎に、提案された処置それぞれについて、デシジョンツリーによる予測された応答（例えば、完全応答、部分応答、又は無応答）がアウトプットされ得る。

図３～図１７を参照しながら、図１のシステム１００及びプロセス２００の導入形態の例が本明細書に提示される。例えば、機械コンポーネント、機器、溶液、デバイス、ユーザーインターフェース、チャート、コンピューティングデバイス等が例証目的で記載され、それらは、図１及び図２に関して上記した機能又は技術のうちの１つ又は複数を実行するのに使用され得る。従って、図３～図１７の例は、本開示を制限するものではなく、むしろ本開示の様々な特性及び機能の例証に役立つものと認識される。こうしたことから、その他の機械コンポーネント、機器、溶液、デバイス、ユーザーインターフェース、チャート、コンピューティングデバイス等について、上記機能及び技術をシステム１００及びプロセス２００内に導入するために、本明細書において検討される。

図３を参照すると、患者サンプル３０４の例が測定デバイス３０８と比較して示されている。患者サンプル３０４は、図２に関して上記した操作２０４の期間中に取得された患者由来の腫瘍サンプルであり得る。患者サンプル３０４は、悪性組織の細胞又はそれと関連する細胞、例えばがんの中でもとりわけ、乳がん、結腸直腸がん、肺がん、腎がん、膵がん、卵巣がん、脳がん、又は胃がんの細胞等を含み得る。患者サンプル３０４は、組織スライス、コア、外科切除物、異種移植片、及び／又はコア針生検を含み得る。より概括的には、患者サンプル３０４は、上記培養モジュール１０４に関して収集された実質的に任意の患者由来サンプルとして示される。こうしたことから、患者サンプル３０４は、投薬モジュール１０８及び分析モジュール１１２により投薬及び分析するために、培養物内に配置構成可能な標的細胞を含み得る。従って、患者サンプル３０４は解離した細胞又は単離された細胞を含み得る。図３に示す患者サンプル３０４は、固体細胞培養物を形成するか、さもなければ患者サンプルを改変する前の患者サンプルを代表し得る。従って、サンプル３０４は、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、又は免疫細胞を更に含み得る。サンプル３０４は血液及びその他の汚染物質も含み得るが、それらは本明細書に記載されるように、選択若しくは濾過され、又はいくつかある可能性の中でもとりわけ消化酵素に基づく操作、血液溶解溶液、若しくは選択操作を使用して除去され得る。

図４を参照すると、ユーザーインターフェース４００が、追跡色素を用いてタグ化された細胞と関連する情報を含め、示されている。ユーザーインターフェース４００は、染色された細胞と関連する可視的表現であり得る。本例では、標的細胞は生存細胞カウントの追跡を円滑化する第１の光応答色素、及び死細胞カウントの追跡を円滑化する第２の光応答色素を用いて染色され得る。ユーザーインターフェース４００は、生存細胞追跡のための第１の光応答色素の存在、及び死細胞追跡のための第２の光応答色素の存在の可視化を可能にし得る。

図４に示すように、ユーザーインターフェース４００はディスプレイ領域４０２を含む。ディスプレイ領域４０２は、操作２１２に由来する細胞の少なくとも一部分を表し得る。例えば、ディスプレイ領域４０２は、解離した細胞の一部分（生存及び死細胞の計測を円滑化するために分析される）を表し得る。従って、例証を目的として、ディスプレイ領域４０２を、生存細胞４０６及び死細胞４１０を含め示す。生存細胞４０６は、第１の色を有するか、さもなければそれと関連する細胞であり得、及び死細胞４１０は、第２の色を有するか、さもなければそれと関連する細胞であり得る。生存細胞４０６及び死細胞４１０は、倍率４１４（ユーザー又はコンピューター実施式の技術により変更可能であり得る）に基づきディスプレイ領域４０２内に表される。

生存細胞４０６及び死細胞４１０の代表的な第１の色及び第２の色は、それぞれ、細胞の様々な特質について分析の決定を可能にし得る。一例として、異なる色を有する生存細胞４０６及び死細胞４１０は、単位容積当たりの細胞の数量が計測又は決定されるのを可能にし得る。生存細胞４０６の単位容積当たりの数量及び死細胞４１０の単位容積当たりの数量は、死細胞に対する生存細胞の相対的濃度を決定するために比較され得る。図４の例において、ディスプレイ領域４０２は、コントロールパネル４５２が積層されるか、又はそれと関連付けられる場合もある。コントロールパネル４５２は、生存細胞濃度４５６と死細胞濃度４７０の現在の測定値を表示することができる。例えば、死細胞４１０と比較しながら生存細胞４０６の濃度を決定した場合、９０％の数値を有する生存細胞濃度４５６、及び１０％の数値を有する死細胞濃度４７０をもたらす可能性がある。ユーザーインターフェース４００は、どれほど多くの細胞が患者腫瘍サンプルから単離されたかその量と関連する情報を示すものと認識される。

例えば、図５を参照すると、チャート５００が、図４に示す生存細胞４０６及び死細胞４１０に対応する追加情報を含め、示されている。例えば、チャート５００は、細胞サイズに関して、生存／死細胞の相対的な濃度又は数を表し得る。図５に示すように、チャート５００は、細胞サイズ軸５０４、細胞数量軸５０８、生存細胞分布５１２、死細胞分布５１６、平均生存細胞サイズ５０６ａ、平均死細胞サイズ５０６ｂを含む。細胞サイズ軸５０４は所与の標的細胞の近似的サイズを表し得る。図５において、サイズはマイクロメートルとして表される；しかしながら、その他の適する単位も使用され得る。細胞数量軸５０８は、測定された所与のサンプル又はその部分に対する細胞の数の計測値を含み得る。

生存細胞分布５１２及び死細胞分布５１６は、各細胞サイズに対する細胞の数量を表し得る。いくつかのケースでは、分布５１２、５１６は、細胞の数量が所与の範囲の細胞サイズに対して示されるヒストグラム又はその他の表現であり得る。平均生存細胞５０６ａは、生存細胞分布５１２により表される生存細胞の平均サイズを表し得る。平均死細胞５０６ｂは、死細胞分布５１６により表される死細胞の平均サイズを表し得る。
図６を参照しながら、培養物６００の例が示されている。培養物６００は、図２に関して上記した任意のスフェロイド形成操作２１６及びヒドロゲル埋め込み操作２２０を介して形成された固体細胞培養物を表し得る。例えば、培養物６００はヒドロゲル６０８を含むものとして図６に示される。ヒドロゲル６０８は、乳房腫瘍に見出されるもののような、ヒト組織細胞外マトリックスのコアコンポーネント及び疾患特異的細胞ニッチを模倣するためにヒアルロン酸及びコラーゲンを含有し得る。ヒドロゲル６０８は、スフェロイド６０４をカプセル化するように示される。スフェロイド６０４は、標的細胞６１２、例えば本明細書に記載される細胞のいずれか等を含み得る。標的細胞６１２は光応答色素を用いて染色され得る。

スフェロイド６０４を含む細胞培養物の配置構成は、腫瘍の特質を経時的に追跡するのを円滑化する可能性がある。一例として、代表的な円周図形６１６を図６に示す。代表的な円周図形６１６は、培養物６００のスフェロイド６０４、又はその他の細胞若しくは部分に関するサイズ値に対応し得る。培養物６００は、本明細書に記載されるように、処置剤に曝露され得る。その後、円周図形６１６のサイズ、又は培養物６００のその他の特質が、経時的変化を決定するために測定され得る。変化は、コントロール／ベースラインに対して比較したときの処置剤に関する処置の有効性を表し得る。一例として、円周図形６１６のサイズの減少は、細胞培養物６００に施された処置の有効性に関する情報を臨床医に対して提供し得る。

固体細胞培養物６００は、本明細書に記載される光応答色素のうちの１つ又は複数を用いて染色され得る。固体細胞培養物６００及びスフェロイド６０４の特質は、従って光応答色素を使用して測定され得る。例証として、図７Ａ～図７Ｃを参照すると、固体細胞培養物７００の表現が、細胞培養物のコンポーネントを分析するために異なる条件下で示されている。図７Ａ～図７Ｃの例は、例証目的で卵巣腫瘍のスフェロイドを示すが、その他のケースでは、その他の腫瘍が類似した技術を使用して表され得る。図７Ａを参照すると、生存細胞色素によって表現７０４が描写又は表現される条件で細胞培養物７００が示されている。表現７０４は、細胞位置やサイズを含む生存細胞の物理的特質を示唆し得る。図７Ｂを参照すると、死細胞色素によって表現７０８が描写又は表現される条件で細胞培養物７００が示されている。表現７０８は、細胞位置やサイズを含む死細胞の物理的特質を示唆し得る。いくつかの状況では、表現７０４、７０８を重ね合わせることが、例えば、細胞が生存から死に移行するに従って細胞をより正確に追跡するのに有益となり得る。図７Ｃを参照すると、表現７０４、７０８が積層されて表現７１２が定義される状態で、細胞培養物７００が示されている。表現７１２は、生存細胞及び死細胞色素の複合した可視的表現であり得る。表現７０４、７０８、７１２は、例えば１つ又は複数の処置剤の投与に応答して変化するなどして、経時的に変化し得る。表現７０４、７０８、７１２の変化は、本明細書において説明したように、処置の有効性を決定するために分析され得る。

図８及び図８Ｂを参照すると、微小流体チップ８００が開示されている。微小流体チップ８００は、図２を参照しながら上記したように、ヒドロゲルをチップ内にセットする操作２２４と連携して使用され得る。微小流体チップ８００は、ヒト臓器の環境を模倣するように構成され得る。例えば、微小流体チップ８００は、細胞がｅｘ ｖｉｖｏである期間生存することができる環境を確立するために、ヒト臓器の環境を再現するように構成され得る。こうしたことから、微小流体チップ８００は、細胞、例えば本明細書に記載される細胞又は細胞培養物のいずれか等を保持するためのコンパートメント又は細胞培養チャンバーを備え得る。微小流体チップ８００は、細胞培養物を被覆又は遮蔽して、汚染物質を細胞培養物からブロックする一方、ガス、例えば酸素が細胞培養物に到達すること等も可能にする層を含み得る。微小流体チップ８００は、増殖培地及び処置剤を、その中に保持される固体細胞培養物に循環させるようにやはり構成され得る。増殖培地は、細胞がｅｘ ｖｉｖｏである期間生存するのを可能にし得る。

微小流体チップ８００は多層化構造であり得る。図８Ａは、微小流体チップ８００を形成するのに使用され得る層及びコンポーネントの積重ねの分解図を示す。図８Ａの各コンポーネント層を平面図に示す。図８Ａを参照すると、基層８０２、第１の本体部分の層８１２、第２の本体部分の層８２２、第３の本体部分の層８３２、連結部分８４２、及びガス透過層８５２が示されている。その他の例では、微小流体チップ８００は、例えば、投薬用の微小流体チップ８００を調製するのに使用され得る１つ又は複数の滅菌化層、フィルム、接着剤等を含む、より多くの又はより少ない層を含み得る。微小流体チップ８００は、１つ又は複数のフローレストリクター８８０と関連する場合もある（図８Ｃ）。図８Ａの例では、基層８０２はチップ８００の実質的に固体の切片であり得、その上にチップ８００のその他の層が配置構成される。基層８０２は、適合性を高めるために標準的な顕微鏡スライドのサイズに対応するサイズを有し得る。

第１の本体部分の層８１２、第２の本体部分の層８２２、及び第３の本体部分の層８３２は、チップ８００のチャンネル８６２、第１の容積８６４（第１の細胞培養チャンバー８１４を含む）及び第２の容積８６６（第２の細胞培養チャンバー８１６を含む）を画定する本体８０１の層であり得る。例えば、第１の本体部分の層８１２は、第１の細胞培養チャンバー８１４及び第２の細胞培養チャンバー８１６を画定し得るが、それらは第１の本体の層８１２を貫通する開口部又は貫通部分によりそれぞれ画定され得る。第２の本体部分の層８２２は、第２の本体部分の第１の孔８２４及び第２の本体部分の第２の孔８２６を画定し得るが、それらは第２の本体の層８２２を貫通する開口部又は貫通部分をそれぞれ画定し得る。更に、第３の本体部分の層８３２は、第３の本体部分の第１の孔８３４及び第３の本体部分の第２の孔８３６を画定し得るが、それらは第３の本体の層８３２を貫通する開口部又は貫通部分をそれぞれ画定し得る。

図８Ａの断面図に示すように、第１の本体部分の層８１２、第２の本体部分の層８２２、及び第３の本体部分の層８３２は、第１の細胞培養チャンバー８１４、第２の本体部分の第１の孔８２４、及び第３の本体部分の第１の孔８３４が共同して第１の容積８６４を画定するように、相互に相対して重ね合わされ得る。第１の容積８６４は、第１の細胞培養チャンバー８１４を含め、閉鎖底端部及び開放天端部を有する実質的に円筒形の形状を有し得る。１つの例では、第１の細胞培養チャンバー８１４は、好ましくは約６．７５ｍｍの直径を有し得る。その他のケースでは、直径は、６．７５ｍｍよりも大きくもあり、また小さくあってもよく、例えば約５ｍｍ未満、約３ｍｍ未満等、及び／又は所与の用途に応じてその他の適する数値であり得る。更に、第１の本体部分の層８１２、第２の本体部分の層８２２、及び第３の本体部分の層８３２は、第２の細胞培養チャンバー８１６、第２の本体部分の第２の孔８２６、及び第３の本体部分の第２の孔８３６が共同して第２の容積８６６を画定するように、相互に相対して重ね合わされ得る。第２の容積８６６は、第２の細胞培養チャンバー８１６を含め、閉鎖底端部及び開放天端部を有するダイヤモンド又は四角形の形状を有し得る。

本体８０１はチャンネル８６２も画定し得る。例えば、図８Ａに示すように、第２の本体部分の層８２２は、細長貫通部分８２８を含む。細長貫通部分８２８は、第２の本体部分の層８２２の厚み全体を貫通し、第２の本体部分の第１の開口部８２４及び第２の本体部分の第２の開口部８２６の一部分を貫通して延在し得る。第１の本体部分の層８１２、第２の本体部分の層８２２、及び第３の本体部分の層８３２は、チャンネル８６２を画定するために、第１の本体部分の層８１２及び第３の本体部分の層８３２が細長貫通部分８２８の底端部及び天端部をそれぞれ閉鎖するように、相互に相対して重ね合わされ得る。

細長貫通部分８２８は、第２の本体部分の層８２２の対向する端部の間に延在し得る。第３の本体部分の層８３２は、細長貫通部分８２８を被覆し、第１の管腔８３３ａ及び第２の管腔８３３ｂ（それぞれ細長貫通部分８２８内まで延在する）を画定し得る。例えば、第１の管腔８３３ａは、第１の末端において第３の本体部分の層８３２の厚さを貫通して細長貫通部分８２８内まで延在し得る。第２の管腔８３３ｂは、第２の反対側の端部において、第３の本体部分の層８３２の厚さを貫通して細長貫通部分８２８内まで延在し得る。第１及び第２の管腔８３３ａ、８３３ｂは、チャンネル８６２と流体回路との流体連結を円滑化するために、細長貫通部分８２８内まで延在し得る。

例えば、図８Ａに示すように、連結部分８４２は、インレット機構８４３ａ及びアウトレット機構８４３ｂを備え得る。図８Ｂに示すように、インレット機構８４３ａ及びアウトレット機構８４３ｂは、微小流体チップ８００の最外表面から突出したバーブであり得る。インレット機構８４３ａは、第１の管腔８３３ａと位置合わせ可能及びそれにより受け入れ可能であり、また循環系のチューブとチャンネル８６２との間に流体接続を画定するように構成され得る。アウトレット機構８４３ｂは、第２の管腔８３３ｂと位置合わせ可能又はそれにより受け入れ可能であり、また循環系の追加のチューブとチャンネル８６２の他方の末端との間に流体接続を画定するように構成され得る。本明細書に記載されるように、この構成は、チップ８００が、循環系（処置剤が増殖培地と共にチップ８００を通じて循環する）と流体的に連結するのを可能にし得る。例えば、様々な目的を有する液体又は媒体が、インレット機構８４３ａを介してチップ８００に導入され、第１の管腔８３３ａ、チャンネル８６２、第２の管腔８３３ｂを介してチップ８００を流通することとなり、アウトレット機構８４３ｂを介して流出し得る。

図８Ａを更に参照すると、ガス透過層８５２は、第１及び第２の細胞培養チャンバー８１４、８１６を収納する第１及び第２の容積８６４、８６６を遮蔽及び被覆するように構成された膜、フィルム、又はその他の層を含み得る。ガス透過層８５２は、ガス、例えば酸素等が細胞培養チャンバー８１４、８１６と外部環境との間で出入りするのを可能にしつつ、容積８６４、８６６を遮蔽又は被覆するように構成され得る。このように、その中に保持された細胞培養物は、具体的な用途に基づき、必要に応じて、酸素に富んだ環境及び／又は酸素に乏しい環境に曝露され得る。第３の本体部分の層８３２は、接着表面８３５を含むものとして示されている。本明細書に記載されるように、チップ８００への細胞培養物のローディングに後続して、ガス透過層８５２は接着表面８３５を介して本体と付着可能であり得る。

図８Ｂの断面図を参照すると、チップ８００は、基層８０２、第１の本体部分の層８１２、第２の本体部分の層８２２、第３の本体部分の層８３２、連結部分８４２、及びガス透過層８５２が、相互に相対して重ね合わされるように連結され得る。組み立てられた構成では、チャンネル８６２は、第１の管腔８３３ａと第２の管腔８３３ｂとの間で本体８０１を貫通して延在するものとして示されている。第１の管腔８３３ａはインレット機構８４３ａと流体的に連結している。第２の管腔８３３ｂはアウトレット機構８４３ｂと流体的に連結している。図８Ｂに示すように、インレット機構８４３ａは第１のチューブ９０６ａと流体的に連結し得るが、またアウトレット機構８４３ｂは第２のチューブ９０６ｂと流体的に連結し得る。第１及び第２のチューブ９０６ａ、９０６ｂは、循環系（例えば、図１０及び図１１の微小流体デバイス１０００により提供されるもの等）のチューブの部分であり得る。チューブ９０６ａ、９０６ｂは、インレット機構８４３ａ及びアウトレット機構８４３ｂのそれぞれに挿入されるか又はそれにより受容され得る。インレット及びアウトレット機構８４３ａ、８４３ｂは、チューブ９０６ａ、９０６ｂのそれぞれと密封接続を画定するように構成され得る。

図８Ｂに示すように、チップ８００は、循環系に対する流路のセグメントを画定するように構成され得る。例えば、第１のチューブ９０６ａは、インレットの流れＦ_iを、インレット機構８４３ａにおいてチップ８００内に導入し得る。インレットの流れＦ_iは処置剤を含む媒体の流れであり得る。媒体及び／又は処置剤及び／又はその他の薬剤の流れは、本体８０１により画定されるチャンネル８６２まで進行し得る。チャンネル８６２は、第１の細胞培養チャンバー８１４及び第２の細胞培養チャンバー８１６の両方に隣接して設置され得る。こうしたことから、媒体及び／又は処置剤の流れは、チャンネル８６２を通じて、並びに第１の細胞培養チャンバー８１４及び／又は第２の細胞培養チャンバー８１６の部分に沿って及び／又はその中まで継続する。本明細書に記載されるように、第１の細胞培養チャンバー８１４及び／又は第２の細胞培養チャンバー８１６の一方又は両方は、ヒドロゲル内にカプセル化された細胞、例えば本明細書に記載される細胞とヒドロゲルからなる配置構成のいずれか等を含み得る。従って、チャンネル８６２は、細胞培養チャンバー８１４、８１６のそれぞれに含まれる細胞／ヒドロゲルと相互作用させるために、増殖培地及び／又は処置剤を搬送するように構成され得る。例えば、固体細胞培養物（細胞及びヒドロゲルを含む）は、第１の細胞培養チャンバー８１４及び／又は第２の細胞培養チャンバー８１６内に配置され得る。増殖培地は、チップ８００を通じて、例えばチャンネル８６２に沿って、その中に保持される細胞及びヒドロゲル上を流れるように循環し得る。従って、固体細胞培養物がチップ内に導入され、そして増殖培地がそれを通じて循環すると、曝露された固体細胞培養物がチップ内に画定され得る。媒体及び／又は処置剤と細胞とが相互作用すると、細胞が細胞培養チャンバー内で媒体及び／又は処置剤の少なくとも一部分を保持する原因となり得る。流れはチャンネル８６２に沿って継続し、そしてアウトレット機構８４３ｂにおいて、流量Ｆ_oでチップから流出し得る。

図８Ｃは、流体回路内の微小流体チップ８００と共に使用されるフローレストリクター８８０の断面図である。フローレストリクター８８０は、例えばチップ８００及びその中の細胞が汚染するのを防止すること等によってシステム内の滅菌性を促進するために導入され得る。従って、フローレストリクター８８０は１つ又は複数のフィルターエレメントを含み得る。従って、フローレストリクター８８０は、レストリクター８８０を横断する流れの圧力グラジエントを増加させるか又は変更するために、いくつか使用されるものの中でもとりわけ、流路内に１つ又は複数の直径の低下又は変化を更に含み得る。

図８Ｃの例では、フローレストリクター８８０が、第１の直線状のバーブ８８２を含むものとして示されている。第１の直線状のバーブ８８２は、それを貫通する第１のバーブのチャンネル８８３を画定する。フローレストリクター８８０は、微小流体チップ８００のインレット又はアウトレットに隣接して一般的に配置構成され得る。こうしたことから、第１の直線状のバーブ８８２は、インレット又はアウトレット機構８４３ａ、８４３ｂのうちの１つと流体的に連結し得る。例えば、フローレストリクター８８０は、流体連結を完成させるために、第１の直線状のバーブ８８２、及びインレット又はアウトレット機構８４３ａ、８４３ｂのバーブのうちの１つにより受容されるチューブと流体的に連結し得る。図８Ｃに示すフローレストリクター８８０は、第２のバーブのチャンネル８９７を画定する第２の直線状のバーブ８９６も含む。第２の直線状のバーブ８９６は、第１の直線状のバーブ８８２に実質的に類似し得る。第２の直線状のバーブ８９６は、チューブ及び／又はその他のコネクターを介して、微小流体デバイス（例えば、図１０の微小流体デバイス１０００）のコンポーネントと流体的に連結可能であり得る。複数のフローレストリクターが使用可能である。１つの例として、第１のフローレストリクターは、所与の微小流体チップのインレットにおいて使用可能であり、また第２のフローレストリクターは、微小流体チップのアウトレットにおいて使用可能である。

フローレストリクター８８０は、上記機能性を促進するために、第１及び第２の直線状のバーブ８８２、８９６の間に一般的に配置構成される複数の層を含み得る。例えば、フローレストリクター８８０は、第１の層８８４及び第１の孔８８５、並びに隣接した第２の層８８６及び２の孔８８７を含むように示されている。第１の直線状のバーブ８８２は、第１の孔８８５により少なくとも部分的に受容され得る。第２の孔８８７は第１の孔８８５と一般的に位置合わせされ得る。第２の孔８８７は、第１の孔８８５の直径より小さい直径を有する。こうしたことから、第１のバーブのチャンネル８８３、第１の孔８８５、及び第２の孔８８７は、フローレストリクター８８０を通じた流れを低下させるか又は制限するように作動する第２の孔８８７と共に流路を画定し得る。フローレストリクター８８０は、第２の孔８８７に一般的に隣接したフィルター孔８８９を有するフィルター層８８８を含むものとして更に表される。フィルター層８８８は、フィルター孔８８９内にフィルター８９０を収容又は保持し得る。フィルター８９０について複数の構築物が可能である。１つの例では、フィルター８９０はガラスマイクロファイバーフィルターを含み得る。いくつかのケースでは、複数の分離フィルターが使用され得る。

フィルター層８８８に隣接して、フローレストリクター８８０は、第３の層８９２及び第３の孔８９３、並びに隣接した第４の層８９４及び第４の孔８９５を含むものとして示されている。第３の層８９２及び第３の孔８９３、並びに第４の層８９４及び第４の孔８９５は、第１の層８８４及び第１の孔８８５、並びに第２の層８８６及び第２の孔８８７と一般的に鏡像関係にあり得る。こうしたことから、第３の孔８９３の直径は、第４の孔８９５の直径よりも一般的に小さくてよい。第２の直線状のバーブ８９６は、第４の孔８９５により少なくとも部分的に受容され得る。

図９Ａ～図９Ｅは、微小流体チップ８００に細胞培養物をローディングする操作を表す。
図９Ａを参照すると、第１の容積８６４の第１の細胞培養チャンバー８１４に固体細胞培養物（例えば、本明細書に記載される細胞及びヒドロゲルの任意の組合せ）がローディングされる操作９００ａが示されている。例えば、ピペット９０２又はその他の器具は、固体細胞培養物９１０を、第１の細胞培養チャンバー８１４内に選択的に導入し得る。いくつかのケースでは、第２の容積８６６の第２の細胞培養チャンバー８１６にも、固体細胞培養物がローディングされ得る。図９Ｂを参照すると、接着性のバッキング８７９が取り除かれて本体８０１の接着表面８３５を露出させる操作９００ｂが示されている。本体８０１をガス透過層８５２と付着させる準備のために、接着性のバッキング８７９は接着表面８３５を露出し得る。例えば、図９Ｃを参照すると、ガス透過層８５２が本体８０１上に配置され得る操作９００ｃが示されている。いくつかのケースでは、ガス透過層８５２は、図９Ｄに示すように、操作９００ｄにおいて、第１の細胞培養チャンバー８１４及び第２の細胞培養チャンバー８１６を収納する第１及び第２の容積８６４、８６６の両方の天端部を被覆し得る。ガス透過層８５２は、接着表面８３５を介して本体８０１に付着し得る。図９Ｅを参照しながら、第１のチューブ９０６ａがインレット機構又はバーブ８４３ａと流体的に連結しており、第２のチューブ９０６ｂがアウトレット機構又はバーブ８４３ｂと流体的に連結している操作９００ｅが示されている。

図１０及び図１１を参照すると、微小流体デバイス１０００が示される。微小流体デバイス１０００は、固体細胞培養物（例えば、本明細書において望ましい細胞及びヒドロゲル）が処置剤に曝露される、図２の操作２３２を実施するように構成され得る。概括的には、微小流体デバイス１０００は、増殖培地と共に処置剤を複数の微小流体チップに対して並行して提供するように構成され得る。微小流体デバイス１０００は一般的に流体的に隔離されており、その他のチップの回路から分離しているチップ毎に閉鎖回路を画定し得る。微小流体デバイス１０００は、固体細胞培養物の応答が経時的に決定され得るように、異なる処置剤、増殖培地、又はその他の溶液をチップに対して提供するように構成され得る。
上記の円滑化を図るために、微小流体デバイス１０００は、筐体１００２、プラットフォーム１００４、ステージングセクション１０１０、投薬バンク１０２０、及びポンプ１０３０を備え得る。筐体１００２は、ポンプ１０３０及び投薬バンク１０２０を含む、微小流体デバイス１０００の様々なコンポーネントに対して構造的プラットフォームを提供し得る。筐体１００２は、構造（その上にチップを配置構成し、そして投薬期間中、一時的にそれを保管する）も提供し得る。筐体１００２は、図１１に示すように、１つ又は複数のオープンサイドを有し得る。その他のケースでは、筐体１００２は、微小流体デバイス１０００の１つ又は複数のコンポーネントを囲繞することができる。更にその他のケースでは、筐体１００２は完全に省略され得る。

ステージングセクション１０１０は、微小流体デバイス１０００内に複数の微小流体チップを配置構成するように構成され得る。ステージングセクション１０１０は筐体１００２の一部であり得る。その他のケースでは、ステージングセクション１０１０は、挙上したプラットフォーム、スロット、又はステージングセクション１０１０内の特定の位置でチップを受容及び固定するためのその他の機構を含み得る。いくつかのケースでは、図１０及び図１１の例に示すように、ステージングセクション１０１０はチップトレイ１０１２を含み得る。チップトレイ１０１２は、６つの微小流体チップ：第１の微小流体チップ８００ａ、第２の微小流体チップ８００ｂ、第３の微小流体チップ８００ｃ、第４の微小流体チップ８００ｄ、第５の微小流体チップ８００ｅ、及び第６の微小流体チップ８００ｆを保持するものとして示されている。図８Ａ～図９Ｅに関して、チップ８００ａ～８００ｆのそれぞれは、上記微小流体チップ８００に実質的に類似し得る；明確化のために、その冗長的説明は省略する。様々な構成が考え得るが、チップトレイ１０１２は、単一のチップを収容するように構成された凹所又は溝を含み得る。例えば、所与のチップは、チップの少なくとも側面同士の動きがトレイ１０１２上で緩和されるように、溝内に受容され得る。図１０及び図１１の例は、６つのチップに対する溝を含むものとしてチップトレイ１０１２を示しているが、それより多くの又はより少ないチップを保持するトレイを含め、その他の構成も可能である。

投薬バンク１０２０は複数のリザーバーを含み得る。投薬バンク１０２０は、ステージングセクション１０１０に配置構成されている複数のチップに対応する複数のリザーバーを含み得る。例えば、図１１に示すように、投薬バンクは、第１のリザーバー１０２２ａ、第２のリザーバー１０２２ｂ、第３のリザーバー１０２２ｃ、第４のリザーバー１０２２ｄ、第５のリザーバー１０２２ｅ、及び第６のリザーバー１０２２ｆを含み得る。リザーバー１０２２ａ～１０２２ｆは、媒体、例えば本明細書に記載される増殖培地のいずれか等を保持するように構成され得る。リザーバー１０２２ａ～１０２２ｆは、チップ８００ａ～８００ｆの各チップに導入するための処置剤又は実質的に任意のその他の液体を保持するように更に構成され得る。リザーバー１０２２ａ～１０２２ｆは、追加の媒体及び／又は処置剤が長期にわたり添加され得るように曝露され得るか又は曝露可能であり得る。リザーバー１０２２ａ～１０２２ｆは、投薬期間中に、その中に保持される媒体を汚染物質から遮蔽するためのカバーと任意に関連する場合もある。例えば、リザーバー１０２２ａ～１０２２ｆの１つ若しくは複数又はすべてが、リザーバー１０２２ａ～１０２２ｆそれぞれを気密的に密封するためのキャップ、例えばアルミニウムキャップ等を含み得る。

ポンプ１０３０は、チップ８００ａ～８００ｆとリザーバー１０２２ａ～１０２２ｆとの間で、そのそれぞれにおいて、流体回路を完成させるように構成され得る。ポンプ１０３０は、ペリスタポンプ、ニューマチックポンプ、及び／又は任意のその他の適するポンプ、又はポンピングデバイスであり得る。ポンプ１０３０は、チップ８００ａ～８００ｆとリザーバー１０２２ａ～１０２２ｆとの間で、そのうちの所定の１つについて、個別の流体回路を画定するように構成され得る。例えば、ポンプ１０３０は、リザーバー１０２２ａ～１０２２ｆとチップ８００ａ～８００ｆとの間で、そのそれぞれにおいて、リザーバーの１つの流れが別のリザーバーと交差するか又はそれを汚染することなく、液体の循環を引き起こすように構成され得る。これは、対応するリザーバー内に保持された特定の溶液から受ける影響を決定するために、各チップの読み取り又は測定が実施され得るように、各チップに対して個別に投薬されるのを可能にする。ポンプ１０３０は単一のアセンブリとして示されているが、その他のケースでは、ポンプ１０３０は複数のポンプに該当し得る。更に、ポンプ１０３０は６つの循環流路を備えるものとして示される。その他のケースでは、ポンプ１０３０は、より多くの又はより少ない流路を画定する場合もある。

図１１の例では、ポンプ１０３０、チップ８００ａ～８００ｆ、及びリザーバー１０２２ａ～１０２２ｆは相互に連結して６つの循環流路を画定する。例えば、ポンプ１０３０、第１の微小流体チップ８００ａ、及び第１のリザーバー１０２２ａは相互に連結して、第１の液体循環流路１００２ａを画定する。更に、ポンプ１０３０、第２の微小流体チップ８００ｂ、及び第２のリザーバー１０２２ｂは相互に連結して、第２の液体循環流路１００２ｂを画定する。更に、ポンプ１０３０、第３の微小流体チップ８００ｃ、及び第３のリザーバー１０２２ｃは相互に連結して、第３の液体循環流路１００２ｃを画定する。更に、ポンプ１０３０、第４の微小流体チップ８００ｄ、及び第４のリザーバー１０２２ｄは相互に連結して、第４の液体循環流路１００２ｄを画定する。更に、ポンプ１０３０、第５の微小流体チップ８００ｅ、及び第５のリザーバー１０２２ｅは相互に連結して、第５の液体循環流路１００２ｅを画定する。更に、ポンプ１０３０、第６の微小流体チップ８００ｆ、及び第６のリザーバー１０２２ｆは相互に連結して、第６の液体循環流路１００２ｆを画定する。循環流路１００２ａ～１００２ｆは、相互に流体的に隔離された個別の液体流路であり得る。ポンプ１０３０は、循環流路１００２ａ～１００２ｆに沿って、相互に独立して循環を引き起こし得る。例えば、ポンプ１０３０は、媒体、処置剤等が、第１のリザーバー１０２２ａと第１のチップ８００ａ、第２のリザーバー１０２２ｂと第２のチップ８００ｂ、第３のリザーバー１０２２ｃと第３のチップ８００ｃ、第４のリザーバー１０２２ｄと第４のチップ８００ｄ、第５のリザーバー１０２２ｅと第５のチップ８００ｅ、及び第６のリザーバー１０２２ｆと第６のチップ８００ｆとの間で、第１の循環流路に沿って循環する原因となり得る。

チップ８００ａ～８００ｆは、微小流体デバイス１０００から個別に取り出され得る。例えば、チップ８００ａ～８００ｆの各チップは、画像化及び分析のために微小流体デバイス１０００から取り出され得る。図２に関して上記したように、個々のチップが取り出され、そして蛍光顕微鏡法、又は細胞培養物のサイズ、色、位置、及び密度を含む、但しこれらに限定されない固体細胞培養物の特質がある一時点において決定されるその他の技術を使用して画像化され得る。画像化に後続して、チップは微小流体デバイス１０００に再連結され得る。微小流体デバイス１０００は、追加の処置剤、媒体等を各微小流体チップに提供することを続行し得る。第２の後発時点において固体細胞培養物の更なる画像化を実施するために、チップが微小流体デバイス１０００から再度取り出され得る。例えば、細胞培養物の色、サイズ、位置、及び密度、並びに／或いは様々なその他の細胞の特徴が、第２の時点において検出可能である。第２の時点における固体細胞培養物の特徴は、本明細書に記載されるように、細胞移動距離、細胞移動スピード、最大移動ベクトル、最大移動スピード等を含むその他の特徴を決定するために、第１の時点における固体細胞培養物の特徴と比較可能である。第３、第４、第５の時点、又はそれより後発時点において固体細胞培養物の更なる画像化を実施するために、チップは、例えば３回、４回、５回等、又はより多くの回数、反復して取り出され得る。

１つの例では、スフェロイドの幅又は直径が異なる時点において測定及び比較される。スフェロイド周辺の単一細胞は、個別に又はクラスター内で追跡される。単一細胞の動きが、細胞がスフェロイドに進入するか又はそれから退出するか確認するために追跡され得る。スフェロイドのサイズ、及び／又は単一細胞の挙動の変化が、所与の処置に対する患者応答を予測するために、個別に又は総合して使用可能である。図１２は、投薬期間後の代表的細胞培養物の画像を含むレポート１２００の例を示す。処置に曝露されたが安定なままとどまるか又は増殖するスフェロイドは応答不良を示唆し得る一方、収縮するスフェロイドは良好な応答を示唆し得る。こうしたことから、細胞培養物の所与の画像又はその他の表現が、スフェロイドのサイズの変化を決定するために、投薬前の培養物の画像と比較され得る。

図１２を参照すると、レポート１２００の例は、第１の細胞培養物の列１２０８ａ、第２の細胞培養物の列１２０８ｂ、及び第３の細胞培養物の列１２０８ｃを含む。１つの例では、列１２０８ａ～１２０８ｃのそれぞれは、異なる微小流体チップ（例えば、図１０及び図１１の微小流体チップ８００ａ～８００ｆのうちの１つ）により保持される異なる細胞培養物を表し得る。各チップ内の細胞培養物それぞれは、様々な条件に対する細胞培養物の応答（例えば、図１６に関して本明細書に示すように、様々な三次元画像内に表示され得るような）を経時的に評価するために、異なる処置剤、異なる処置剤の強度若しくは濃度を用いて、及び／又は処置剤を用いないで投薬され得る。図１２の例では、第１の細胞培養物の列１２０８ａは、第１の用量（例えば、４０ｎＭドキソルビシン）における第１の処置剤の投与に関する細胞培養物に対応し、第２の細胞培養物の列１２０８ｂは、第２の用量（例えば、５０ｎＭドキソルビシン）における第２の処置剤の投与に関する細胞培養物に対応し、第３の細胞培養物の列１２０８ｃは、第３の用量（例えば、１００ｎＭドキソルビシン）における第３の処置剤の投与に関する細胞培養物に対応する。特定の処置剤及び用量が例証目的に限定して提示され、実質的に任意のその他の処置剤及び用量が処置の有効性を評価するために適宜使用され得るものと認識される。

こうしたことから、レポート１２００は、第１の時点の行１２０４ａ、及び後続する時点の行１２０４ｂを含む。図１２の例では、第１の時点の行１２０４ａは、投薬前の期間、例えば０日目等に対応し得る。後続する時点の行１２０４ｂは、投薬期間が若干経過した後の後発時点に対応し得る。図１２に示すように、後続する時点の行１２０４ｂは投薬から１日後であり得る。その他のケースでは、後続する時点の行１２０４ｂは、別の投薬期間、例えば２日、３日、４日、５日後等に対応し得る。細胞培養物は、処置の有効性を評価するために、それぞれの時点（及びその他の時点）において評価され得る。例えば、第１の細胞培養物の列１２０８ａと関連する細胞培養物は、細胞培養物の第１の表現１２１２ａを生成するために、第１の時点の行１２０４ａと関連する時期（例えば、投薬前の時期）に、本明細書に記載される技術のいずれかに従い画像化され得る。第１の細胞培養物の列１２０８ａと関連する細胞培養物は、細胞培養物の第２の表現１２１２ｂを生成するためにその後投薬され（例えば、４０ｎＭドキソルビシンを用いて）、そして第２の時点の行１２０４ｂと関連する時期に（例えば、投薬後１日ほど経過して）画像化され得る。更に、第２の細胞培養物の列１２０８ｂと関連する細胞培養物は、細胞培養物の第１の表現１２１６ａを生成するために、第１の時点の行１２０４ａと関連する時期（例えば、投薬前の時期）に、本明細書に記載される技術のいずれかに従い画像化され得る。第２の細胞培養物の列１２０８ｂと関連する細胞培養物は、細胞培養物の第２の表現１２１６ｂを生成するためにその後投薬され（例えば、５０ｎＭドキソルビシンを用いて）、そして第２の時点の行１２０４ｂと関連する時期に（例えば、投薬後１日ほど経過して）画像化され得る。更に、第３の細胞培養物の列１２０８ｃと関連する細胞培養物は、細胞培養物の第１の表現１２２０ａを生成するために、第１の時点の行１２０４ａと関連する時期（例えば、投薬前の時期）に、本明細書に記載される技術のいずれかに従い画像化され得る。第３の細胞培養物の列１２０８ｃと関連する細胞培養物は、細胞培養物の第２の表現１２２０ｂを生成するためにその後投薬され（例えば、１００ｎＭドキソルビシンを用いて）、そして第２の時点の行１２０４ｂと関連する時期に（例えば、投薬後１日ほど経過して）画像化され得る。第２の表現１２１２ｂ、１２１６ｂ、１２２０ｂのそれぞれは、図１３Ａ～図１７に関連して以下に記載されるように、様々なチャート、レポート、グラフ等の生成を含め、本明細書に記載されるコンピュータービジョンツールを使用しながら評価され得る。

こうしたことから、図１３Ａ～図１７を参照すると、図２を参照しながら上記したコンピュータービジョンシステムの画像化及び分析操作を代表する様々なチャート、レポート、及びグラフが表される。下記のチャート、レポート、及びグラフは、例として表されるものと認識される。その他のケースでは、付加的又は代替的なチャート、レポート、及びグラフが使用され得る。例えば、図１３Ａを参照すると、チャート１３００ａが、グリッド１３０４ａ及び第１の表現１３０８ａを含め、示されている。グリッド１３０４ａは、固体細胞培養物と関連する三次元空間を表す三次元画像であり得る。第１の表現１３０８ａは、特定の目的物、例えば三次元空間内の生存細胞等の三次元位置を表し得る。チャート１３００ａは、１つの例では、固体細胞培養物の撮影された二次元画像（そこで、目的とする細胞のサイズ及び場所が光応答色素を使用して決定される）を介して生成され得る。二次元画像は、三次元画像を生成するために共に統合され得る。こうしたことから、第１の表現１３０８ａは、第１の時点において取得された複数の二次元画像の複合物を表し得る。本例では、第１の表現１３０８ａは、第１の時点（処置剤を用いたいずれかの投薬前に生じ得る）において取得され得る。第１の表現１３０８ａは、図１３Ａに示すように、目的とする細胞の数量に関する情報も提供し得る。

図１３Ｂを参照すると、チャート１３００ｂが、グリッド１３０４ｂ及び第２の表現１３０８ｂを含め、示されている。グリッド１３０４ｂは、ある期間が経過した後（例えば、第２の時点）の、チャート１３００ａにより表される固体細胞培養物と関連する三次元空間を表す三次元画像であり得る。例えば、第２の表現１３０８ｂは、特定の目的物、例えば上記した生存細胞等の三次元位置を表し得る。こうしたことから、第２の表現１３０８ｂは、第２の時点において取得された複数の二次元画像の複合物を表し得る。本例では、第２の表現１３０８ｂは、第２の時点（処置剤の一連の投与又は無処置（例えば、ベースライン／陰性コントロールに関する）を実施した後に生じ得る）において取得され得る。第２の表現１３０８ｂは、図１３Ｂに示すように、目的とする細胞の数量に関する情報も提供し得る。

いくつかのケースでは、異なる時点において、目的とする細胞の三次元位置をより正確に決定することが望ましい場合がある。例えば、目的とする細胞の三次元位置が、特徴の中でもとりわけ、細胞移動ベクトルや細胞移動スピードを決定するために、第１の時期と第２の時期との間で比較され得る。こうしたことから、図１４Ａは、軸１４０４ａ、軸１４０８ａ、及び軸１４１２ａにより定義される三次元座標系内で第１の分布１４２０ａを表すチャート１４００ａを示す。第１の分布１４２０ａは、第１の時点（投薬前であり得る）における固体細胞培養物を表し得る。第１の分布は、本明細書に記載されるように、統合により生成され得る。チャート１４００ａは、分布密度を含む、第１の分布１４２０ａ内の標的細胞の三次元位置に関する情報を提供する。図１４Ａの例では、第１の分布１４２０ａは、軸１４１２ａ上で数値が低いほどより高い細胞密度を有する。

第１の分布１４２０ａと関連する固体細胞培養物は、本明細書に記載されるように、１つ又は複数の投薬手順を経由し得る。固体細胞培養物は、投薬手順に後続する第２の時点において測定され得る。こうしたことから、図１４Ｂは、軸１４０４ｂ、軸１４０８ｂ、及び軸１４１２ｂにより定義される三次元座標系内で、第２の分布１４２０ｂを有するチャート１４００ｂを示す。チャート１４００ｂは、分布密度を含む、第２の分布１４２０ｂ内の標的細胞の三次元位置に関する情報を提供する。図１４Ｂの例では、第２の分布１４２０ｂは、図１４Ａに示す第１の分布と比較して、三次元座標系内でより低い細胞密度を有する。

図１５は、図１４Ａの三次元位置から図１４Ｂの三次元位置までの、細胞の三次元運動量を示唆するクイヴァー又はベクトルダイアグラムを表すチャート１５００を示す。例えば、第２の分布１４２０ｂに由来する細胞の三次元位置は、細胞に対応するベクトルを決定するために、第１の分布１４２０ａに由来する対応する細胞と比較され得る。ベクトルは、チャート１４００ａにより表される第１の時点とチャート１４００ｂにより表される第２の時点との間の、細胞に関する移動経路及び／又はスピードに対応し得る。従って、１つの例では、第１の分布１４２０ａに由来する所与の細胞は、ベクトルの尾部に該当し得るが、また第２の分布１４２０ｂに由来する対応する細胞は、ベクトルの矢印頭部に該当し得る。こうしたことから、チャート１５００は、軸１５０４、軸１５０８、及び軸１５１２により定義される三次元クイヴァープロットであり得る。ベクトル分布１５２０は、１つ又は複数の標的細胞に関するベクトルを含め、チャート１５００内にプロットされ得る。

ベクトル分布１５２０は、チャート１５００にプロットされた場合、処置剤の投与期間中、又は無処置（例えば、ベースライン／陰性コントロールに関する）における細胞の挙動に関する情報を提供し得る。例えば、ベクトル分布１５２０は、最大移動ベクトルを有する第１の領域１５２２を含み得る。最大移動ベクトルは、測定された第１と第２の時点との間のスピード又は位置において最大量移動した目的とする細胞に対応し得る。ベクトル分布１５２０は、ベクトル分布１５２０のその他のベクトルよりも一般的に大きいベクトルのクラスターに対応し得る第２の領域１５２４を更に含み得る。こうしたことから、第２の領域１５２４は、処置剤の投与期間中に最も遠くまで又は最も速く一般的に移動した細胞のクラスターに対応し得る。別の例として、ベクトル分布１５２０は、ベクトル分布１５２０のその他のベクトルよりも一般的に小さいベクトルのクラスターに対応し得る第３の領域１５２６を更に含み得る。こうしたことから、第３の領域１５２６は、処置の施行期間中に最小距離又は最低速度で一般的に移動した細胞のクラスターに対応し得る。これら及びその他の傾向はチャート１５００内で識別され、そして処置剤について処置の有効性を決定するために分析され得る。

本開示のシステム及び技術は、複数の異なる処置剤に対する応答をモニタリングするのに使用され得る。例えば、固体細胞培養物は、本明細書に記載される技術のいずれかを使用して調製され得る。固体細胞培養物の一部は、異なる微小流体チップ中に、例えば図１０及び図１１に示す６つ微小流体チップのうちの１つ又は複数等において沈積し得る。微小流体デバイス１０００は、異なる溶液（例えば、異なる処置剤）の流れを、微小流体チップの細胞培養物それぞれに循環させるように作動し得る。従って、固体細胞培養物は、チップ内に最初に沈積した細胞／ヒドロゲルに対して異なる溶液又は処置剤を使用しながら、チップ毎に画定され得る。例えば、微小流体デバイス１０００は、異なる処置剤の流れを各チップに循環させることができる。いくつかのケースでは、チップのうちの１つは、処置剤の投与を受けず、そしてコントロールケースとして増殖培地の投与を受けるのみの場合がある。様々な異なる処置剤に対する曝露された細胞培養物の応答は、処置の有効性を決定するために比較され得る。例えば、細胞培養物毎に細胞の特徴が明確になると、そのような特徴は、どの処置剤が標的細胞を処置する際に最も有効であったか決定するために比較及び分析され得る。

この比較の可視的表現を図１６に示す。例えば、図１６は、所与の患者サンプル上で実施された異なる投薬操作の可視化を含むレポート１６００の例を表す。レポート１６００は、特定の処置剤がある期間にわたり患者サンプルに及ぼす影響に関する情報を含み得る。図１６では、チャート１６００は、第１のチップの列１６０８ａ、第２のチップの列１６０８ｂ、第３のチップの列１６０８ｃ、第４のチップの列１６０８ｄ、第５のチップの列１６０８ｅ、及び第６のチップの列１６０８ｆを含み得る。１つの例では、列１６０８ａ～１６０８ｆのそれぞれは、異なる微小流体チップ（例えば、図１０及び図１１の微小流体チップ８００ａ～８００ｆのうちの１つ）を表し得る。微小流体チップは、固体細胞培養物、例えば本明細書における細胞培養物のいずれか等（標的腫瘍細胞を含み得る）を最初に含み得る。微小流体チップは処置剤を用いて投薬又は処置され、各チップ内で曝露された細胞培養物を画定し得る。１つの例では、微小流体チップのそれぞれは、特定の処置の有効性を決定するために、異なる処置剤を用いて投薬され得る。微小流体チップの曝露された細胞培養物の応答は、ある期間にわたって測定され得る。こうしたことから、チャート１６００は、第１の時点の行１６０４ａ、第２の時点の行１６０４ｂ、及び最終時点の行１６０４ｃを含み得る。図１６の例では、第１の時点の行１６０４ａは第１の日に対応し得、第２の時点の行１６０４ｂは第２の日に対応し得、そして最終時点の行１６０４ｃは、後続する日、例えば第３、第４、又は第５の日等に対応し得る。

チップの列により表される各微小流体チップは、時点の行により表される時点毎に画像化及び分析され得る。例えば、微小流体チップは、第１の時点の行１６０４ａに対応する第１の所与の時点における色、サイズ、位置、密度、及び／又はその他の特質を決定するために画像化され得る。画像化は、二次元画像又は三次元画像（二次元画像を共に統合することにより生成され得る）であり得る。画像化は、図１６に示すように、第１の時点における固体細胞培養物の特徴に関する情報を含む代表的なチャート１６１２ａを生成するのに使用され得る。チャート１６１２ａは、図１３Ａ及び図１３Ｂについて上記したチャート１３００ａ、１３００ｂに実質的に類似し得る。更に、微小流体チップは、例えば処置剤を介する投薬ラウンドに後続する、第２の所与の時点（第２の時点の行１６０４ｂに対応し得る）においてその後画像化され得る。従って、画像化は、第２の時点における固体細胞培養物の特徴に関する情報を含む代表的なチャート１６１２ｂを生成するのに使用され得る。更に、微小流体チップは、例えば処置剤を介する別の投薬ラウンドに後続する、第３の所与の時点（最終時点の行１６０４ｃに対応し得る）においてその後画像化され得る。従って、画像化は、最終時点における固体細胞培養物の特徴に関する情報を含む代表的なチャート１６１２ｃを生成するのに使用され得る。

第１の微小流体チップの固体細胞培養物の応答は、本明細書に記載されるように、第１の微小流体チップに投与される処置剤について処置の有効性を決定するために経時的に分析され得る。チャート１６００及び対応する分析は、複数の異なる処置剤（細胞培養物に対して同時及び／又は連続して投薬される薬剤の組合せを含む）を横断して処置の有効性の比較を可能にし得る。例えば、第１のチップの列１６０８ａに実質的に類似して、第２のチップの列１６０８ｂは、第１の時点の行１６０４ａにおける代表的なチャート１６１８ａ、第２の時点の行１６０４ｂにおける代表的なチャート１６１８ｂ、及び最終時点の行１６０４ｃにおける代表的なチャート１６１８ｃを含み得る。更に、第１のチップの列１６０８ａに実質的に類似して、第３のチップの列１６０８ｃは、第１の時点の行１６０４ａにおける代表的なチャート１６２２ａ、第２の時点の行１６０４ｂにおける代表的なチャート１６２２ｂ、及び最終時点の行１６０４ｃにおける代表的なチャート１６２２ｃを含み得る。更に、第１のチップの列１６０８ａに実質的に類似して、第４のチップの列１６０８ｄは、第１の時点の行１６０４ａにおける代表的なチャート１６２６ａ、第２の時点の行１６０４ｂにおける代表的なチャート１６２６ｂ、及び最終時点の行１６０４ｃにおける代表的なチャート１６２６ｃを含み得る。更に、第１のチップの列１６０８ａに実質的に類似して、第５のチップの列１６０８ｅは、第１の時点の行１６０４ａにおける代表的なチャート１６３０ａ、第２の時点の行１６０４ｂにおける代表的なチャート１６３０ｂ、及び最終時点の行１６０４ｃにおける代表的なチャート１６３０ｃを含み得る。更に、第１のチップの列１６０８ａに実質的に類似して、第６のチップの列１６０８ｆは、第１の時点の行１６０４ａにおける代表的なチャート１６３４ａ、第２の時点の行１６０４ｂにおける代表的なチャート１６３４ｂ、及び最終時点の行１６０４ｃにおける代表的なチャート１６３４ｃを含み得る。

最終時点の行１６０４ｃに関して、レポート１６００は、最終時点における微小流体チップのそれぞれについて代表的なチャート１６１２ｃ、１６１８ｃ、１６２２ｃ、１６２６ｃ、１６３０ｃ、１６３４ｃを含む。最終時点は様々な処置剤の投与の結論を表し得る。こうしたことから、代表的なチャート１６１２ｃ、１６１８ｃ、１６２２ｃ、１６２６ｃ、１６３０ｃ、１６３４ｃのそれぞれの情報は、どの細胞培養物が、所与の処置剤に対して最良の又は最も有効な応答を、コントロール／ベースラインとの関係において示すか決定するために比較され得る。例えば、代表的なチャート１６１２ｃは、最終時点における第１の処置剤に対する細胞培養物の応答に対応する情報を示し得、代表的なチャート１６１８ｃは、最終時点における第２の処置剤に対する細胞培養物の応答に対応する情報を示し得、代表的なチャート１６２２ｃは、最終時点における第３の処置剤に対する細胞培養物の応答に対応する情報を示し得、代表的なチャート１６２６ｃは、最終時点における第４の処置剤に対する細胞培養物の応答に対応する情報を示し得、代表的なチャート１６３０ｃは、最終時点における第５の処置剤に対する細胞培養物の応答に対応する情報を示し得、代表的なチャート１６３４ｃは、最終時点における第６の処置剤（又は任意の単一若しくは複数の微小流体チップに適用され得る、処置剤で処置されないコントロール）に対する細胞培養物の応答に対応する情報を示し得る。こうしたことから、特徴、例えば標的細胞の色、サイズ、密度、カウント等が、処置の有効性を決定するために、最終時点の行１６０４ｃに示される各表現を横断して比較され得る。一例として、表現が最終時点の行１６０４ｃにおいて腫瘍細胞密度又は生存細胞カウントの低下を示す場合、当該表現をもたらした微小流体チップの処置で使用された処置剤は、処置剤のなかでも高い処置の有効性を有するものと決定され得る。

例えば、所与の処置剤に対する細胞培養物の応答は、細胞生存率を決定するのに使用され得る。例えば、応答例及び非応答例の両方の生存率が、処置の有効性を決定するために決定及びプロットされ得る。図１７を参照すると、応答例、例えばＢＲＣＡ突然変異型等、及び非応答例、例えばＢＲＣＡ野生型等に関して細胞生存率を表すチャート１７００が示される。図１７を参照すると、チャート１７００は、データセット軸１７０４及び生存率軸１７０８を含む。第１の広がり１７２４を有する第１の分布１７１０が、第２の広がり１７２２を有する第２の分布１７２０と共に示されている。情報を提供して処置の有効性の決定に役立てるために、チャート１７００を用いて、第１の分布１７１０の応答例の生存率が第２の分布１７２０の非応答例の生存率と比較され得る。

本明細書において議論される実施形態の様々な機能性について読者の理解を深めるために、ここで、プロセス１８００、１９００、２０００、２１００のそれぞれについて例証する、図１８～図２１内のフローダイアグラムを参照する。本明細書に提示される方法の具体的なステップ（及びステップの順番）が例証されており、それについて議論されるが、本明細書に提示する教示と整合するその他の方法（例証されたものよりも多数の、少数の、又はそれとは異なるステップを含む）も想定され、そして本開示に包含される。
図１８を参照すると、プロセス１８００が開示されている。プロセス１８００は、固体細胞培養物を形成する方法、例えば図２に関して記載されている方法等と関連する。操作１８０４において、標的細胞は患者サンプルから単離される。例えば、図２及び図３を参照すると、患者サンプル３０４が取得され得る。サンプル３０４は検査室に届けられ、そして様々ながん型の腫瘍を含有するサンプルを含み得る。消化酵素に基づく細胞単離キット、血液溶解溶液、及びその他の選択又は濾過ステップが、血液及び汚染物質を除去しつつ、生存細胞を単離するのに使用され得る。アウトプットは、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、及び免疫細胞を含む、原発腫瘍に由来する様々な細胞を含有する生存性の混合細胞集団であり得る。

操作１８０８において、染色された細胞が、標的細胞を光応答色素で染色することにより単離された細胞から形成される。例えば、図２、図４、及び図７を参照すると、細胞は、生存細胞色素及び死細胞染色色素の一方又は両方を用いて染色され得る。色素は光応答色素であり得る。例えば、細胞は、生存細胞の追跡を円滑化するために、第１の光応答色素を用いて染色され得る。細胞は、死細胞の追跡を円滑化するために、第２の光応答色素を用いて更に染色され得る。いくつかのケースでは、光応答色素は、染色された細胞が生存細胞から死細胞に移行したときに、染色された細胞において変色を引き起こすように構成される。
操作１８１０において、スフェロイドは、染色された細胞から形成されてもよい。スフェロイド又はオルガノイドは、患者由来の組織又は腫瘍サンプルから形成される、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、及び／又は免疫細胞も含み得る。組織スライス、コア、外科切除物、異種移植片、及び／又は生検も使用され得る。
操作１８１２において、染色された細胞はカプセル化される。例えば、図２及び図６を参照すると、染色された細胞、例えば単離された細胞等（又は操作１８１０から形成されたスフェロイド）はヒドロゲル６０８に含まれ得る。細胞増殖を促進し得るヒドロゲル６０８は、ヒト組織のコンポーネントを再現するように構成され得る。例えば、本明細書に記載されるように、ヒアルロン酸及びコラーゲンが、ヒト組織細胞外マトリックスのコアコンポーネント及び疾患特異的細胞ニッチ、例えば乳房腫瘍に見出されるもの等を模倣するのに使用され得る。

様々な種類の細胞培養物が、図１８のプロセス１８００と連携して使用及び／又は形成され得るものと認識される。例えば、プロセス１８００の培養ステップは、解離した細胞をヒドロゲル内で培養することを含み得る。解離した細胞は、二次元又は三次元細胞培養物を介して形成され得る。いくつかのケースでは、解離した細胞は単一の細胞集団であり得る一方、その他のケースでは複数の細胞型が使用され得る。例えば、解離した細胞は、１つの例として、組織又は腫瘍サンプルに由来するがん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、及び／又は免疫細胞であり得る。

図１９を参照すると、プロセス１９００が開示されている。プロセス１９００は、微小流体チップにローディングする方法、例えば図９Ａ～図９Ｆに関して上記提示の方法等と関連する。操作１９０４において、固体細胞培養物が微小流体チップの細胞培養チャンバー内に配置構成されている。微小流体チップは、細胞培養チャンバーを画定する本体、及び細胞培養チャンバー横断し且つ微小流体チップのインレットとアウトレットとの間に延在するチャンネルを備える。例えば、図９Ｂ及び図９Ｃを参照すると、固体細胞培養物９１０が微小流体チップ８００の第１の細胞培養チャンバー８１４内に配置構成されている。微小流体チップ８００は、第１の細胞培養チャンバー８１４を画定する本体８０１、及び第１の細胞培養チャンバー８１４に沿って又は隣接して設置され且つインレット機構８４３ａとアウトレット機構８４３ｂとの間に延在するチャンネル８６２を備える。

操作１９０８において、ガス透過膜が細胞培養チャンバーを収納する容積上に配置される一方、インレット及びアウトレットは、循環系に連結するために露出したままである。例えば、図９Ｄ及び図９Ｅを参照すると、ガス透過層８５２が本体８０１上に配置される。ガス透過層８５２は、接着表面８３５を介して本体８０１に接着し得る。図９Ｅに示すように、ガス透過層８５２は、第１の細胞培養チャンバー８１４及び第２の細胞培養チャンバー８１６が微小流体チップ８００の周辺大気中のガスに曝露されるのを可能にしつつ、第１の細胞培養チャンバー８１４及び第２の細胞培養チャンバー８１６を収納する、第１の容積８６４及び第２の容積８６６の両方を被覆し得る。

図２０を参照すると、プロセス２０００が開示されている。プロセス２０００は微小流体チップを操作する方法と関連する。操作２００４において、微小流体チップは、微小流体チップ、フローレストリクター、リザーバー、及びポンプの間に流体回路を画定するために、微小流体デバイスと流体的に連結している。微小流体チップは細胞培養物を含み、リザーバーは媒体を含む。例えば、図１０及び図１１を参照すると、微小流体チップ８００ａ～８００ｆは、微小流体デバイス１０００と流体的に連結し得る。微小流体デバイス１０００は、各微小流体チップ８００ａ～８００ｆのそれぞれと、対応するリザーバー１０２２ａ～１０２２ｆのうちの１つとの間に流体回路１００２ａ～１００２ｆを画定するように作動し得る。

操作２００８において、媒体が微小流体チップの固体細胞培養物と相互作用して、微小流体チップ内に曝露された細胞培養物を画定するように、媒体の流れが回路を通じて引き起こされる。例えば、図１０及び図１１を参照すると、微小流体デバイス１０００は、ポンプ１０３０を作動させて、流体回路１００２ａ～１００２ｆのそれぞれを通じて媒体の流れを引き起こすことができる。ポンプ１０３０は、流体回路１００２ａ～１００ｆのそれぞれを通じて、個別に循環の流れをコントロールするように構成され得る。これは、微小流体デバイス１０００が、異なる処置剤それぞれに対する応答が測定され得るように、微小流体チップ８００ａ～８００ｆのそれぞれに対して異なる処置剤を投与するのを可能にし得る。
例えば、操作２０１２において、媒体に対する固体細胞培養物の応答が分析される。例えば、図１１、図１３Ａ、図１３Ｂ、及び図１６を参照すると、所与の微小流体チップが取り出され、そして微小流体デバイス１０００から流体的に解結され得る。微小流体チップは、微小流体チップが流体的に解結される所与の時点において画像化されるか、さもなければ分析され得る。１つの例として、微小流体チップは、蛍光顕微鏡法のプロセスを経ることがある。蛍光顕微鏡法は、所与の微小流体チップの細胞培養物に関する画像を、光応答色素が標的細胞を検出すること、例えば死細胞及び／又は生存細胞を検出することを可能にする条件下で撮影し得る。共焦点顕微鏡法、明視野顕微鏡法、及び格子光シート顕微鏡法のいずれも、その他のイメージング技術に付加して使用され得る。１つの例では、画像は二次元画像であり得る。本明細書に記載されるように、二次元画像は、細胞培養物の層を表す方式で撮影され得る。層は相互に積層され得るか、又は三次元画像を形成するために共に統合され得る。

別の例では、所与の微小流体チップは、追加の処置剤を含む更なる媒体を投与するために、微小流体デバイスと再度流体的に連結し得る。こうしたことから、方法２０００は、媒体が微小流体チップの細胞培養物と相互作用するように、第２の時点において、回路を通じて媒体の別の流れを引き起こすステップ、及び媒体に対する細胞培養物の後続する応答を分析するステップを更に含み得る。細胞培養物の後続する応答を分析するステップは、記載されるように、細胞培養物の二次元又は三次元画像を生成するのに使用される画像化を含み得る。第１及び第２の時点における細胞培養物の画像化は、処置の有効性を決定するために分析され得る。本明細書に記載されるように、追加の時点でも分析され得る。１つの例として、方法２０００は、第１の生存／死細胞集団の数量を決定するために、第１の時点において画像を分析するステップを含み得る。方法２０００は、第２の生存／死細胞集団の数量を決定するために、第２の時点において画像を分析するステップを更に含み得る。処置の有効性を示唆する細胞集団の数量変化を決定するために、第１の細胞集団の数量及び第２の細胞集団の数量が、次に比較され得る。別の例として、方法２０００は、第１の細胞集団の位置を決定するために、第１の時点において画像を分析するステップ、及び第２の細胞集団の位置を決定するために、第２の時点において画像を分析するステップを含み得る。処置の有効性を示唆する細胞集団の位置変化を決定するために、第１の細胞集団の位置と第２の細胞集団の位置とが次に比較され得る。

図２１を参照すると、プロセス２１００が開示されている。プロセス２１００は、固体細胞培養物を経時的に分析することと関連する。プロセス２１００は、図２２を参照しながら以下に記載されるコンピューティングデバイス２２００を使用して、全部又は一部実行され得る。例えば、システム（例えば、微小流体システム及びチップ）から得られたデータを受け取るために、及びこのデータを利用して処置の有効性及び患者応答に関するアセスメントを行うために、様々な操作が、コンピューティングデバイス２２００（又は複数のコンピューティングデバイス２２００）の後に実施され得る。操作２１０４において、処置剤を含む増殖培地に対する固体細胞培養物の第１の応答が決定される。固体細胞培養物は微小流体チップの細胞培養チャンバー内に保持される。例えば、図９Ｂ及び図１３Ａを参照すると、細胞培養物９１０の第１の応答は第１の時点において決定され得る。第１の応答は、コンピューティングデバイス２２００の１つ又は複数の処理エレメントを用いて、非一時的コンピューター読み取り可能媒体の命令を実行することにより決定され得る。例えば、細胞培養物９１０は、第１の時点において、図１３Ａの第１の表現１３０８ａにより表され得る細胞の色、数量、サイズ、密度、及び／又はその他の特徴を決定するために、コンピューティングデバイス２２００を使用して分析され得る。第１の応答は、処置剤を用いた投薬の前の細胞培養物９１０の応答であり得る。より具体的には、１つの導入形態では、コンピューティングデバイス２２００は、本明細書に記載されるコンポーネントのうちの１つ又は複数により撮影された画像に対応するデータを受け取ることができ、その場合、画像は、細胞の色、数量、サイズ、及び密度を決定するために、例えば、細胞に対応するピクセルカラー及び分布を特定することができる画像分析又はコンピュータービジョンアルゴリズムを利用することにより分析され得る。

操作２１０８において、媒体に対する細胞培養物の追加の応答が決定される。例えば、図９Ｂ及び図１３Ｂを参照すると、細胞培養物９１０の追加の応答が、第２の時点、第３の時点、第４の時点、第５の時点等において決定され得る。追加の応答は、コンピューティングデバイス２２００の１つ又は複数の処理エレメントを用いて、非一時的コンピューター読み取り可能媒体の命令を実行することにより決定され得る。例えば、細胞培養物９１０は、実質的に任意の後続する時点において、図１６の分布のうちの１つ又は複数により表され得る細胞の数量、色、サイズ、密度、及び／又はその他の特徴を決定するために、コンピューティングデバイス２２００を使用して分析され得る。追加の応答は、処置剤を用いた投薬に後続する細胞培養物９１０の応答であり得る。いくつかの導入形態において、コンピューティングデバイス２２００は、コンピュータービジョン、並びに撮影された１つ又は複数の画像内の細胞を同定することが可能であり、応答情報を決定するのに利用可能である情報、例えば色調、強度等を抽出することが可能である画像分析アルゴリズムを利用し得る。

操作２１１２において、第１及び追加の応答（例えば、第２の応答、第３の応答、第４の応答、第５の応答等）が処置の有効性を決定するために比較される。第１及び追加の応答は、上記したように、コンピューティングデバイス２２００の１つ又は複数の処理エレメント、例えば１つ又は複数の画像分析又はコンピュータービジョンアルゴリズム等を用いて、非一時的コンピューター読み取り可能媒体の命令を実行することにより比較され得る。例えば、図１６を参照すると、１つの例として、細胞培養物の色、サイズ、数量、密度、及び／又はその他の特徴が、コンピューティングデバイス２２００を使用して、第１の時点と、その後測定された時点のいずれかとの間で比較され得る。これらの特徴のうちの１つ又は複数の相対的増加又は減少は、対応する処置剤によりもたらされた処置の有効性を示唆し得る。細胞培養物の色、細胞培養物の画像のピクセル強度、細胞培養物の形状、細胞培養物のサイズ、細胞培養物の細胞の位置、又は細胞培養物の細胞の数量を含む、但しこれらに限定されないその他の特性も、第１及び第２の応答に関して測定及び比較され得る。

こうしたことから、第１及び／又は第２の応答は、画像、例えば細胞の二次元又は三次元画像等を撮影することを含み得る。方法２１００は、画像から、細胞生存率、細胞増殖、細胞位置のうちの１つ又は複数を決定するステップを更に含み得る。スフェロイド／オルガノイドに関して、方法２１００は、処置応答を予測するために、色及び／又は色の比を使用して細胞生存率を決定するステップを更に含み得る。例えば、画像分析は、色調及び／又は強度情報を抽出して、それらを、カラーマッピング、機械学習、ルックアップテーブル等に基づき、細胞生存率と関連付けることができる。しかしながら、細胞生存率を決定するための方法は、利用される画像分析又はコンピュータービジョンアルゴリズムの種類に基づき変化し得る。

生存細胞を表す第１の色（例えば、赤色）及び死細胞を表す第２の色（例えば、緑色）は、例えば、スフェロイド内の細胞死を決定するために、１、２、又はより多くの時点において比較可能である。換言すれば、システムは、様々なピクセル位置において、スフェロイド内の細胞死と関連付けることができる色調情報を経時的に分析することができる。そのような情報は、予測的メトリック（例えば、生存細胞対死細胞の比）として使用され得る。その他のケースでは、その他の技術が細胞生存率を決定するのに使用され得る。方法２１００は、例えば、図２の操作２５２に関して本明細書に記載されるように、細胞生存率、細胞増殖、又は細胞位置のうちの１つ又は複数に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含み得る。いくつかのケースでは、本明細書に記載されるように、第１の応答を表す画像は、患者応答の予測を円滑化するために、コンピューティングデバイス２２００を使用して第２の応答を表す画像と比較され得る。例えば、２つの画像から得られたデータは、複数の応答における差異（１つの応答が、がん細胞死に関して、その他と比較したとき、それより良好に又はそれを上回り改善し得ることを示唆する）を、画像分析を介して決定するために、コンピューターデバイス２２００により分析され得る。こうしたことから、方法２１００は、１つ又は複数の細胞について、細胞移動スピード又は細胞移動距離のうちの１つ又は複数を経時的に決定するために、画像を比較するステップを更に含み得る。例えば、ピクセル分析法が距離ベクトルを生成するのに使用され得るが、次にそれは細胞移動距離を決定するために長さ又は寸法について比較され得る。経時的な細胞移動スピード及び／又は細胞移動距離は、処置剤に対する患者応答を表し得る。移動ベクトル又はスピードの最大値又は最低値も、こうした観点からコンピューター計算され得る。いくつかのケースでは、細胞移動スピード及び／又は細胞移動距離は、サブセットの中でもとりわけ、細胞培養物の５％を占める最も侵襲性の細胞、細胞培養物の２％を占める最も侵襲性の細胞、細胞培養物の１％を占める最も侵襲性の細胞を含む、但しこれらに限定されない、最も侵襲性の細胞のサブセットに関して決定され得る。付加的又は代替的に、細胞移動スピード及び／又は細胞移動距離は、特定のバイオマーカーを発現する細胞のサブセットに関してコンピューター計算され得る。

操作２１１２の分析は単一細胞に関して実施され得る。例えば、単一細胞の位置の変化は、第１の時点と第２の時点との間で追跡され得る。この例では、細胞はタグ化され得るかさもなければ１つ又は複数の画像において特定され得るが、次に異なる画像フレーム間の動きを決定する際に経時的に追跡される。その他のケースでは、操作２１１２は重み付けされた細胞測定に関して実施され得る。例えば、細胞培養物の各特徴が処置応答予測に対してどれほど多くの影響を及ぼすか、それとの関連性に基づき、重み付け係数が使用され得る。例証として、処置Ａに対して応答する患者の可能性は、Ｘの最低スコアを有する患者に基づくことができる。スコアＸは、培養物の細胞生存率に由来するスコアの四分の三、及び当該培養物の細胞移動スピードに由来するスコアの四分の一を有することにより計算される。重み付けされた細胞測定は、複数の個別測定（例えば、細胞生存率、移動距離等）の複合スコアであり得る。

いくつかのケースでは、上記第１及び第２の応答の画像は、スフェロイド又はオルガノイドの画像であり得る。こうしたことから、スフェロイド又はオルガノイドの半径、直径、又は円周が、画像を使用して測定又は決定され、そして複数の時点を横断して比較され得る。例えば、コンピューティングデバイスは、画像を分析してスフェロイド又はオルガノイドについて近似的な周囲長さを決定し、次にスフェロイド又はオルガノイドの評価対象エリア及び／又は容積に関して、円周、直径、又はその他の測定を計算することができる。付加的又は代替的に、解離した／単一細胞の分析が類似した技術を使用して達成され得る。例えば、解離した／単一細胞は、本明細書に記載されるように、実質的に任意の関連するメトリクスを使用して追跡及び測定され得る。例証的事例として、スフェロイドを離脱した単一細胞のカウント及び／又は位置、移動距離、移動スピード等が、処置の有効性を決定するために、本明細書に記載される技術に従い決定及び分析され得る。こうしたことから、方法２１００は、第１の画像及び第２の画像それぞれの第１の半径又は第１の直径と、第２の半径又は第２の直径との比較に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを含み得る。付加的又は代替的に、長さ、幅、及び高さを有し得る外科切除物、組織スライス、異種移植片、及び／又はコア針生検が使用され得る。こうしたことから、組織スライス、外科切除物、異種移植片、及び／又はコア針生検の長さ、幅、又は高さが画像を使用して測定され、そして複数の時点を横断して比較され得る。こうしたことから、方法２１００は、第１の画像及び第２の画像それぞれの第１の長さ、第１の幅、又は第１の高さと、第２の長さ、第２の幅、又は第２の高さとの比較に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを含み得る。

図２２はコンピューティングデバイス２２００の例を提示する。コンピューティングデバイス２２００について図２２に示す概略図は、本明細書に記載される技術及びプロセスのいずれかを実施又は実行するように構成されたシステム、コンポーネント、モジュール、アセンブリ、及びサブアセンブリを備え得る。こうしたことから、コンピューティングデバイス２２００は、本明細書で開示される任意の適する操作を円滑化する際に使用される任意の適するハードウェア（例えば、コンピューティングデバイス、データセンター、スイッチ）、ソフトウェア（例えば、アプリケーション、システムプログラム、エンジン）、ネットワークコンポーネント（例えば、通信パス、インターフェース、ルーター）等（明確化を重視して必ずも表示されない）を含み得る。

図２２に示すように、コンピューティングデバイス２２００は、コンピューターメモリー２２１２及びコンピューター読み取り可能媒体２２１６と作動的に接続した処理ユニット又はエレメント２２０８ａを含み得る。処理ユニット２２０８ａは、電子バス又はブリッジ（例えば、例えばシステムバス２２１０等）を介してメモリー２２１２及びコンピューター読み取り可能媒体２２１６コンポーネントと作動的に接続し得る。処理ユニット２２０８ａは、コンピューター読み取り可能命令に応答して操作を実施するように構成される１つ又は複数のコンピュータープロセッサー又はマイクロコントローラーを含み得る。処理エレメント２２０８ａは、コンピューティングデバイス２２００の中央処理装置であり得る。付加的又は代替的に、処理ユニット２２０８ａは、アプリケーション固有の一体型チップ（ＡＳＩＣ）、及びその他のマイクロコントローラーデバイスを含む、デバイス内のその他のプロセッサーであり得る。

メモリー２２１２は、例えば、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能メモリー（例えば、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ）、又はフラッシュメモリーを含む、様々な種類の非一時的コンピューター読み取り可能保管媒体を含み得る。メモリー２２１２は、コンピューター読み取り可能命令、センサー値、及びその他の永続的ソフトウェアエレメントを保管するように構成される。コンピューター読み取り可能媒体２２１６は、例えば、ハードドライブ保管デバイス、ソリッドステート保管デバイス、ポータブル磁気保管デバイス、又はその他の類似したデバイスを含む、様々な種類の非一時的コンピューター読み取り可能保管媒体も含み得る。コンピューター読み取り可能媒体２２１６も、コンピューター読み取り可能命令、センサー値、及びその他の永続的ソフトウェアエレメントを保管するようにやはり構成され得る。

この例では、処理ユニット２２０８ａは、メモリー２２１２及び／又はコンピューター読み取り可能媒体２２１６上に保管されたコンピューター読み取り可能命令を読み出すように作動可能である。コンピューター読み取り可能命令は、図１～図２１に関して上記した操作又は機能を実施するように処理ユニット２２０８ａを改変することができる。コンピューター読み取り可能命令は、コンピューター－プログラム製品、ソフトウェアアプリケーション等として提供され得る。
図２２に示すように、コンピューティングデバイス２２００はディスプレイ２２１８も備え得る。ディスプレイ２２１８は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ等を含み得る。コンピューティングデバイス２２００は、コンピューティングデバイス２２００のコンポーネントに電力を提供するように構成されたバッテリー２２２４も備え得る。バッテリー２２２４は、電力の内部電源を提供するように共にリンクした１つ又は複数の蓄電セルを含み得る。こうしたことから、バッテリー２２２４は、電源２２２８のコンポーネント（例えば、コンピューティングデバイス２２００のコンポーネントに電力を供給するチャージングシステム又はその他の回路機構を含む）であり得る。

コンピューティングデバイス２２００は、コンピューティングデバイス２２００のタッチ及び／又は力入力、環境条件、方向、位置、又はいくつかのその他の側面を検出するのに使用され得る１つ又は複数のセンサー２２４０も備え得る。コンピューティングデバイス２２００は、デジタル画像又はその他の光学データを撮影するように構成されたカメラ２２３２も備え得る。コンピューティングデバイス２２００は、シグナル又は電気的通信を外部又は別個のデバイスに伝達し、且つ／又はそれから受け取るように構成された通信ポート２２４４も備え得る。通信ポート２２４４は、ケーブル、アダプター、又はその他の種類の電気コネクターを介して外部デバイスと連結するように構成され得る。いくつかの実施形態では、通信ポート２２４４は、コンピューティングデバイス２２００を、電気信号を送付及び／又は受け取るように構成されたコンピューティングデバイス及び／又はその他の適する付属品と連結させるのに使用され得る。

その他の例及び導入形態は、本開示及び添付の特許請求の範囲及び精神内に含まれる。例えば、機能を実施する機構が、機能のいくつかの部分が異なる物理的な場所において実施されるように配置されることを含め、様々な位置に物理的に所在し得る。また、本明細書で使用される場合、特許請求の範囲内を含め、「の少なくとも１つ」に先行する事項の列挙において「又は」が使用される場合、非結合的列挙を表し、例えば、「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ」の列挙は、Ａ又はＢ又はＣ又はＡＢ又はＡＣ又はＢＣ又はＡＢＣ（すなわち、Ａ及びＢ及びＣ）を意味する。更に、用語「例示的」は、記載されている例がその他の例よりも好ましい又は良好であることを意味しない。

上記記載内容は、説明を目的として、記載された実施形態の理解を徹底するために特別な命名法を使用している。しかしながら、記載された実施形態を実践するために具体的詳細は不要であることは当業者にとって明白である。従って、本明細書に記載される特定の実施形態の上記記載内容は、例証及び記載を目的として提示される。上記記載内容は、網羅的であるように、又は実施形態を開示される厳密な形態に限定するように狙ったものではない。上記教示を踏まえ、多くの改変形態及び変化形態が可能であることは当業者にとって明白である。

Claims (119)

1. 固体細胞培養物を経時的に分析する方法であって、
   処置剤を含む増殖培地に対する固体細胞培養物の第１の応答を決定するステップであり、固体細胞培養物が微小流体チップの細胞培養チャンバー内に保持される、ステップと、
   増殖培地に対する固体細胞培養物の第２の応答を決定するステップと、
   第１及び第２の応答を比較して、処置の有効性を決定するステップと
   を含む方法。
2. 第１の応答又は第２の応答の一方又は両方が、固体細胞培養物の１つの色又は複数の色、固体細胞培養物の画像のピクセル強度、固体細胞培養物の形状、固体細胞培養物のサイズ、固体細胞培養物の細胞の位置、又は固体細胞培養物の細胞の数量のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
3. 処置の有効性が、処置剤に応答する固体細胞培養物の細胞の生存率を表す、請求項１に記載の方法。
4. 第１の応答を決定するステップが、固体細胞培養物の画像を撮影することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 画像から細胞生存率を決定するステップと、
   細胞生存率に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップと
   を更に含む、請求項４に記載の方法。
6. 画像から細胞増殖を決定するステップと、
   細胞増殖に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップと
   を更に含む、請求項４に記載の方法。
7. 画像から細胞位置を決定するステップと、
   細胞位置に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップと、
   を更に含む、請求項４に記載の方法。
8. 画像が第１の画像であり、
   第２の応答を決定するステップが、固体細胞培養物の第２の画像を撮影することを含む、請求項４に記載の方法。
9. 第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物の細胞の細胞移動距離を経時的に決定するステップと、
   細胞移動距離を使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップと
   を更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物の細胞の細胞移動スピードを経時的に決定するステップと、
    細胞移動スピードを使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップと
    を更に含む請求項８に記載の方法。
11. 第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物のすべての細胞又は細胞のサブセットを定義する、複数の細胞の移動距離を経時的に決定するステップと、
    移動距離を使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップと
    を更に含む、請求項８に記載の方法。
12. 第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物のすべての細胞又は細胞のサブセットを定義する、複数の細胞の移動スピードを経時的に決定するステップと、
    移動スピードを使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップと
    を更に含む、請求項８に記載の方法。
13. 複数の細胞が、複数の細胞の５％を占める最も侵襲性の細胞である細胞のサブセットを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 複数の細胞が、複数の細胞の２％を占める最も侵襲性の細胞である細胞のサブセットを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
15. 複数の細胞が、複数の細胞の１％を占める最も侵襲性の細胞である細胞のサブセットを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
16. 複数の細胞が、特定のバイオマーカーを発現する細胞のサブセットを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
17. 第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物の最大移動ベクトルを有する細胞を経時的に決定するステップと、
    最大移動ベクトルを使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップと
    を更に含む、請求項８に記載の方法。
18. 第１の画像と第２の画像とを比較して、固体細胞培養物の最大移動スピードを有する細胞を経時的に決定するステップと、
    最大移動スピードを使用して、処置剤に対する患者応答を予測するステップと
    を更に含む、請求項８に記載の方法。
19. 第１の応答を決定するステップ又は第２の応答を決定するステップの一方又は両方が、単一細胞の特徴を決定することを含む、請求項８に記載の方法。
20. 第１の応答を決定するステップが、第１の時期における単一細胞の特徴を決定することを含み、
    第２の応答を決定するステップが、第１の時期に後続する第２の時期における単一細胞の特徴を決定することを含み、
    処置剤に対する患者応答を予測するステップが、第１の時期及び第２の時期における単一細胞の測定された特徴の比較に基づく、請求項１９に記載の方法。
21. 第１の画像又は第２の画像の一方又は両方が、複合及び／又は重み付けされた細胞測定を含み、
    方法が、複合及び／又は重み付けされた細胞測定に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
22. 第１の画像が、第１の複合及び／又は重み付けされた細胞測定を含み、
    第２の画像が、第２の複合及び／又は重み付けされた細胞測定を含み、
    処置剤に対する患者応答を予測するステップが、第１の複合及び／又は重み付けされた細胞測定と、第２の複合及び／又は重み付けされた細胞測定との比較に基づく、請求項２１に記載の方法。
23. 第１の画像又は第２の画像の一方又は両方が、スフェロイド又はオルガノイドの半径、直径、又は円周と関連する情報を含み、
    方法が、スフェロイド又はオルガノイドの半径、直径、又は円周に基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
24. 第１の画像が、スフェロイド又はオルガノイドの第１の半径、第１の直径、又は第１の円周を含み、
    第２の画像が、スフェロイド又はオルガノイドの第２の半径、第２の直径、又は第２の円周を含み、
    処置剤に対する患者応答を予測するステップが、第１の半径、第１の直径、又は第１の円周と、第２の半径、第２の直径、又は第２の円周との比較に基づく、請求項２３に記載の方法。
25. 第１の画像又は第２の画像の一方又は両方が、外科切除物、組織スライス、異種移植片、又はコア針生検の長さ、幅、又は高さのうちの１つ又は複数と関連する情報を含み、
    方法が、外科切除物、組織スライス、異種移植片、又はコア針生検の長さ、幅、又は高さに基づき、処置剤に対する患者応答を予測するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
26. 第１の画像が、外科切除物、組織スライス、異種移植片、又はコア針生検の第１の長さ、第１の幅、又は第１の高さを含み、
    第２の画像が、外科切除物、組織スライス、異種移植片、又はコア針生検の第２の長さ、第２の幅、又は第２の高さを含み、
    処置剤に対する患者応答を予測するステップが、第１の長さ、第１の幅、又は第１の高さと、第２の長さ、第２の幅、又は第２の高さとの比較に基づく、請求項２５に記載の方法。
27. 比較するステップが、処置の有効性を決定するために、コンピューターの１つ又は複数の処理エレメントを用いて、非一時的コンピューター読み取り可能媒体の命令を実行することを含み、処置の有効性が、固体細胞培養物の起源である患者に適用される処置選択肢に対応する、請求項１に記載の方法。
28. 増殖培地に対する固体細胞培養物の第３の応答を決定するステップと、
    第１、第２、及び／又は第３の応答を比較して、処置の有効性を決定するステップと
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
29. 増殖培地に対する固体細胞培養物の第４の応答を決定するステップと、
    第１、第２、第３、及び／又は第４の応答を比較して、処置の有効性を決定するステップと
    を更に含む、請求項２８に記載の方法。
30. 増殖培地に対する固体細胞培養物の第５の応答を決定するステップと、
    第１、第２、第３、第４、及び／又は第５の応答を比較して、処置の有効性を決定するステップと
    を更に含む、請求項２９に記載の方法。
31. 患者サンプルから標的細胞を単離すること、
    単離された細胞を光応答色素で染色することにより、単離された細胞から染色された細胞を形成すること、及び
    染色された細胞をヒドロゲル内にカプセル化することにより、
    固体細胞培養物を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
32. 光応答色素が、染色された細胞が生存細胞から死細胞に移行したときに、染色された細胞において変色を引き起こすように構成される、請求項３１に記載の方法。
33. 患者サンプルから標的細胞を単離するステップと、
    単離された細胞を光応答色素で染色することにより、単離された細胞から染色された細胞を形成するステップと、
    染色された細胞をヒドロゲル内にカプセル化するステップと
    を含む、固体培養物を形成する方法。
34. ヒドロゲルが、ヒト組織細胞外マトリックスのコアコンポーネント及び疾患特異的細胞ニッチを模倣するように構成されたヒアルロン酸及びコラーゲンを含む、請求項３３に記載の方法。
35. 患者サンプルから得られた解離した細胞を、ヒドロゲル内で培養するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
36. 培養するステップが、解離した細胞の二次元細胞培養物を形成することを更に含む、請求項３５に記載の方法。
37. 培養するステップが、解離した細胞の三次元細胞培養物を形成することを更に含む、請求項３５に記載の方法。
38. 培養するステップが、単一の細胞集団の細胞培養物を形成することを更に含む、請求項３５に記載の方法。
39. 培養するステップが、複数の細胞型から細胞培養物を形成することを更に含む、請求項３５に記載の方法。
40. 解離した細胞が、がん細胞、間質細胞、免疫細胞、又は通常の／非形質転換細胞を含む、請求項３５に記載の方法。
41. 培養するステップが、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、間質細胞、及び免疫細胞の共培養物を形成することを更に含む、請求項３５に記載の方法
42. 解離した細胞が患者由来の組織サンプルから単離される、請求項３５に記載の方法。
43. 解離した細胞が患者由来の腫瘍サンプルから単離される、請求項３５に記載の方法。
44. スフェロイド又はオルガノイドを形成するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
45. スフェロイド又はオルガノイドをヒドロゲル内で培養するステップを更に含む、請求項４４に記載の方法。
46. スフェロイド又はオルガノイドが、がん細胞、間質細胞、免疫細胞、通常の／非形質転換細胞、又は幹細胞を含む、請求項４４に記載の方法。
47. 培養するステップが、がん細胞、通常の／非形質転換細胞、幹細胞、間質細胞、及び免疫細胞の共培養物を形成することを更に含む、請求項４４に記載の方法。
48. 単離された細胞が患者由来の組織サンプルから単離される、請求項４４に記載の方法。
49. 単離された細胞が患者由来の腫瘍サンプルから単離される、請求項４４に記載の方法。
50. 患者サンプルの標的細胞を単離するために、消化酵素に基づく操作、血液溶解溶液、又は選択操作を使用して、患者サンプルを処理するステップを更に含む、請求項３３に記載の方法。
51. 光応答色素が、蛍光顕微鏡法を介する標的細胞の追跡を可能にするように構成される、請求項３３に記載の方法。
52. 光応答色素が、生存細胞を追跡するために、標的細胞のミトコンドリアを染色するように構成される、請求項３３に記載の方法。
53. 光応答色素が、死細胞を追跡するために、標的細胞の核を染色するように構成される、請求項３３に記載の方法。
54. 染色された細胞を形成するステップが、
    生存細胞を追跡するために、標的細胞のミトコンドリアを染色するように構成された第１の光応答色素で、単離された細胞を染色することと、
    死細胞を追跡するために、標的細胞の核を染色するように構成された第２の光応答色素で、単離された細胞を染色することと
    を更に含む、請求項３３に記載の方法。
55. 光応答色素が、染色された細胞が生存細胞から死細胞に移行したときに、染色された細胞において変色を引き起こすように構成される、請求項３３に記載の方法。
56. 標的細胞が腫瘍の細胞であり、腫瘍が、乳がん、結腸直腸がん、肺がん、腎がん、膵がん、卵巣がん、脳がん、又は胃がんを含む、請求項３３に記載の方法。
57. 患者サンプルが、組織スライス、外科切除物、異種移植片、及び／又はコア針生検を含む、請求項３３に記載の方法。
58. 組織スライス、外科切除物、異種移植片、及び／又はコア針生検を、ヒドロゲル内で培養するステップを更に含む、請求項５７に記載の方法。
59. 微小流体チップにローディングする方法であって、
    微小流体チップの細胞培養チャンバー内に固体細胞培養物を配置構成するステップであり、微小流体チップが、細胞培養チャンバーを画定する本体、及び細胞培養チャンバーを横断し且つ微小流体チップのインレットとアウトレットとの間に延在するチャンネルを備える、ステップと、
    インレット及びアウトレットが循環系と連結するために露出したままである間に、細胞培養チャンバー上にガス透過膜を配置するステップと
    を含む方法。
60. 細胞培養物を配置構成するステップが、ある量の固体細胞培養物を、ピペットを使用して細胞培養チャンバー内に滴下することを更に含み、固体細胞培養物がヒドロゲル内にある、請求項５９に記載の方法。
61. 固体細胞培養物が第１の固体細胞培養物であり、細胞培養チャンバーが第１の細胞培養チャンバーであり、
    方法が、第２の固体細胞培養物を、微小流体チップの第２の細胞培養チャンバー内に配置構成するステップを更に含み、第２の細胞培養物がヒドロゲル内にあり、第２の細胞培養チャンバーが本体により画定され且つインレットとアウトレットとの間のチャンネルと流体的に連結している、請求項５９に記載の方法。
62. 第１の細胞培養チャンバーが第１の容積を有し、第２の細胞培養チャンバーが第１の容積とは異なる第２の容積を有する、請求項６１に記載の方法。
63. 第１の細胞培養チャンバーが第１の形状を有し、第２の細胞培養チャンバーが、第１の形状とは異なる第２の形状を有する、請求項６１に記載の方法。
64. 配置するステップに後続して、微小流体チップからバッキングを取り除くステップを更に含む、請求項５９に記載の方法。
65. 配置するステップが、ガス透過膜を本体に接着させるステップ、及び細胞培養チャンバーを被覆するステップを更に含む、請求項５９に記載の方法。
66. 微小流体チップを微小流体デバイスと流体的に連結させるステップを更に含む、請求項５９に記載の方法。
67. チャンネル及びチャンネルと流体的に連結した細胞培養チャンバーを画定する本体と、
    本体に接合しており且つインレットとアウトレットとを画定する連結部分であって、チャンネルがインレットとアウトレットとの間に延在し、細胞培養チャンバーがその間に配置された流路を画定する、連結部分と、
    細胞培養チャンバーを被覆するガス透過膜と
    を備える微小流体チップ。
68. チャンネルが、増殖培地を細胞培養チャンバーに送達するように構成される、請求項６７に記載のチップ。
69. 細胞培養チャンバーが固体細胞培養物を受け入れるように構成され、任意で、細胞培養チャンバーが液体細胞培養物を受け入れるように構成される、請求項６７に記載のチップ。
70. 細胞培養チャンバーが実質的に円筒形の形状を有する、請求項６７に記載のチップ。
71. 実質的に円筒形の形状が約６．７５ｍｍの直径を有する、請求項７０に記載のチップ。
72. 本体が閉鎖底端部及び開放天端部を有する細胞培養チャンバーを画定し、ガス透過膜が細胞培養チャンバーの開放天端部を被覆する、請求項６７に記載のチップ。
73. ガス透過膜が接着剤により本体部分に付着している、請求項６７に記載のチップ。
74. 細胞培養チャンバーが第１の細胞培養チャンバーであり、
    本体が、第１の細胞培養チャンバーと連結部分のインレット又はアウトレットとの間の流路に沿ってチャンネルと流体的に連結した第２の細胞培養チャンバーを更に画定する、
    請求項６７に記載のチップ。
75. 第１及び第２の細胞培養チャンバーが固体細胞培養物を受け入れるようにそれぞれ構成され、任意で、細胞培養チャンバーが液体細胞培養物を受け入れるように構成される、請求項７４に記載のチップ。
76. 第１の細胞培養チャンバーが第１の容積を有し、第２の細胞培養チャンバーが第１の容積とは異なる第２の容積を有する、請求項７４に記載のチップ。
77. 第１の細胞培養チャンバーが第１の形状を有し、第２の細胞培養チャンバーが第１の形状とは異なる第２の形状を有する、請求項７４に記載のチップ。
78. 本体が多層化構造を備える、請求項６７に記載のチップ。
79. 多層構造が、
    細胞培養チャンバーを画定する第１の本体部分の層と、
    第１の本体部分の層に接続し且つチャンネルを画定し且つ細胞培養チャンバーと流体的に連結している第２の本体部分の層と、
    第１の本体部分の層の反対側で第２の本体部分の層に接続し且つ細胞培養チャンバー上に開口部を画定する第３の本体部分の層と
    を備える、請求項７８に記載のチップ。
80. 連結部分が第３の本体部分の層に接合しており、
    第３の本体部分の層が、
    連結部分のインレットと流体的に連結しており且つ第２の本体部分の層のフローチャンネルまで延在する第１の管腔と、
    連結部分のアウトレットと流体的に連結しており且つ第２の本体部分の層のフローチャンネルまで延在する第２の管腔と
    を更に画定する、請求項７９に記載のチップ。
81. インレット及びアウトレットがチューブのバーブを画定する、請求項６７に記載のチップ。
82. 本体がアクリル材料又はシリコーンに基づく材料を含む、請求項６７に記載のチップ。
83. 複数のリザーバーを備える投薬バンクであって、複数のリザーバーの各リザーバーが増殖培地を保持するように構成されている、投薬バンクと、
    複数のリザーバーに対応する複数の微小流体チップを配置構成するように構成されたステージングセクションと、
    複数のリザーバー及び複数の微小流体チップと流体的に連結可能なポンプであって、
    複数のリザーバー及び複数の微小流体チップの対応する対それぞれの間に流体回路を画定し、
    対応する対毎に、流体回路を通じて増殖培地の循環を引き起こすためのポンプと
    を備える微小流体デバイス。
84. 複数のリザーバーの各リザーバーが相互に流体的に隔離されている、請求項８３に記載のデバイス。
85. 流体回路が相互に流体的に隔離されている、請求項８３に記載のデバイス。
86. ポンプが、複数の流体回路の個々の流体回路を通じて増殖培地の循環を選択的に引き起こすように更に構成される、請求項８３に記載のデバイス。
87. 微小流体チップと流体的に連結可能であり且つ汚染物質を濾過するように構成された１つ又は複数のフローレストリクターを更に備える、請求項８３に記載のデバイス。
88. 複数のリザーバーが、リザーバーに処置をローディングすることを目的として大気に曝露可能であり、滅菌性を目的としてキャップで気密的に密封可能である、請求項８３に記載のデバイス。
89. 複数のリザーバーが、ポンプの作動期間中に１つ又は複数の処置剤を収容するように構成される、請求項８８に記載のデバイス。
90. 投薬バンクが、実質的に直立位置で複数のリザーバーを保持するように構成されたトレイを備える、請求項８３に記載のデバイス。
91. ポンプを、ステージングセクションにより収容された各リザーバー及び各微小流体チップと流体的に連結させるチューブを更に含む、請求項８３に記載のデバイス。
92. 微小流体チップを操作する方法であって、
    微小流体チップ、フローレストリクター、リザーバー、及びポンプの間に流体回路を画定するために、微小流体チップを微小流体デバイスと流体的に連結させるステップであり、微小流体チップが固体細胞培養物を含み、リザーバーが増殖培地を含む、ステップと、
    増殖培地が微小流体チップの固体細胞培養物と相互作用するように、回路を通じて増殖培地の流れを引き起こすステップと、
    増殖培地に対する固体細胞培養物の応答を分析するステップと
    を含む方法。
93. 増殖培地が処置剤を含む、請求項９２に記載の方法。
94. 流体的に連結させるステップが、第１のチューブ部分を微小流体チップのインレットに流体的に連結させることを更に含み、第１のチューブ部分がリザーバーと流体的に連結した第２のチューブ部分と接続しており、第１及び第２のチューブ部分が共通するチューブを画定する、請求項９２に記載の方法。
95. 流体的に連結させるステップが、流体回路を画定するために、第３のチューブ部分を微小流体チップのアウトレット及びリザーバーと流体的に連結させることを更に含み、微小流体デバイスがそれを通過する流路を画定する、請求項９４に記載の方法。
96. 微小流体チップが、標的細胞を含むヒドロゲルを保持する細胞培養チャンバーを備え、
    流路が細胞培養チャンバーを横断し、
    流れを引き起こすステップが、ヒドロゲルが標的細胞を細胞培養チャンバーから流出しないように拘束している間、流路に沿って増殖培地の流れを引き起こすことを更に含む、
    請求項９４に記載の方法。
97. 回路が閉鎖回路である、請求項９２に記載の方法。
98. 第２の微小流体チップ、第２のリザーバー、及びポンプの間に第２の流体回路を画定するために、第２の微小流体チップを微小流体デバイスと流体的に連結させるステップであって、第２の微小流体チップが第２の固体細胞培養物を含み、第２のリザーバーが第２の増殖培地を含むステップと、
    第２の増殖培地が第２の微小流体チップの細胞培養物と相互作用するように、第２の回路を通じて第２の増殖培地の第２の流れを引き起こすステップと、
    第２の増殖培地に対する第２の固体細胞培養物の応答を分析するステップと
    を更に含む、請求項９２に記載の方法。
99. 増殖培地及び第２の増殖培地が異なる処置剤を含む、請求項９８に記載の方法。
100. 固体細胞培養物の応答と第２の固体細胞培養物の応答とを比較して、処置の有効性を決定するステップを更に含む、請求項９８に記載の方法。
101. 回路及び第２の回路が相互に流体的に隔離されている、請求項９８に記載の方法。
102. ポンプが、流れ及び第２の流れを独立的にコントロールするように構成される、請求項９８に記載の方法。
103. 分析するステップの前に、微小流体チップを微小流体デバイスから流体的に解結させるステップを更に含む、請求項９２に記載の方法。
104. 分析するステップに後続して、
     微小流体チップ、リザーバー、及びポンプの間に流体回路を画定するために、微小流体チップを微小流体デバイスと流体的に連結させるステップと、
     増殖培地が微小流体チップの固体細胞培養物と相互作用するように、回路を通じて増殖培地の別の流れを引き起こすステップと
     を更に含む、請求項１０３に記載の方法。
105. 別の流れを引き起こすステップに後続して、増殖培地に対する固体細胞培養物の後続する応答を分析するステップを更に含む、請求項１０４に記載の方法。
106. 増殖培地に対する固体細胞培養物の応答と、増殖培地に対する固体細胞培養物の後続する応答とを比較して、処置の有効性を決定するステップを更に含む、請求項１０５に記載の方法。
107. 増殖培地に対する固体細胞培養物の応答を分析するステップが、第１の細胞集団の数量を決定することを含み、
     増殖培地に対する固体細胞培養物の後続する応答を分析するステップが、第２の細胞集団の数量を決定することを含む、請求項１０６に記載の方法。
108. 第１の細胞集団の数量と第２の細胞集団の数量を比較して、処置の有効性を示唆する細胞集団の数量変化を決定するステップを更に含む、請求項１０７に記載の方法。
109. 増殖培地に対する固体細胞培養物の応答を分析するステップが、第１の細胞集団の位置を決定することを含み、
     増殖培地に対する固体細胞培養物の後続する応答を分析するステップが、第２の細胞集団の位置を決定することを含む、請求項１０６に記載の方法。
110. 第１の細胞集団の位置と第２の集団の位置とを比較して、処置の有効性を示唆する細胞集団の位置変化を決定するステップを更に含む、請求項１０９に記載の方法。
111. 分析するステップが、微小流体チップの固体細胞培養物上で蛍光顕微鏡操作を実施することを含む、請求項９２に記載の方法。
112. 分析するステップが、微小流体チップの固体細胞培養物の三次元画像を収集することを含む、請求項９２に記載の方法。
113. 分析するステップが、微小流体チップの固体細胞培養物のｚスタックにおいて二次元画像を収集することを含む、請求項９２に記載の方法。
114. 分析するステップが、増殖培地に対する固体細胞培養物の複数の応答を経時的に分析することを含む、請求項９２に記載の方法。
115. 分析するステップが毎日実施される、請求項１１４に記載の方法。
116. 分析するステップが、微小流体チップの固体細胞培養物上で共焦点顕微鏡操作を実施することを含む、請求項９２に記載の方法。
117. 分析するステップが、微小流体チップの固体細胞培養物上で明視野顕微鏡操作を実施することを含む、請求項９２に記載の方法。
118. 分析するステップが、微小流体チップの固体細胞培養物上で格子光シート顕微鏡操作を実施することを含む、請求項９２に記載の方法。
119. 分析するステップが、増殖培地の処置剤の固体細胞培養物に対する処置の有効性を決定するために、コンピューターの１つ又は複数の処理エレメントを用いて、非一時的コンピューター読み取り可能媒体の命令を実行することを含む、請求項９２に記載の方法。

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