JP4011625B2 - 粒子加速装置用サンプル供給モジュール - Google Patents

Description

技術分野
本発明は細胞へ生物学的材料を供給する分野に関し、特に、粒子介在供給技術を使用して細胞へ生物学的材料を供給することに関する。
背景技術
生体細胞および組織への生物学的材料の、特に遺伝子材料の粒子を介在した供給は、植物および動物のバイオテクノロジーに対する重要な手段として出現した。目標細胞から導入された遺伝子材料の遷移および長期の発現、ならびに微生物細胞に導入されたＤＮＡの連続する統合は広範な種類の微生物、植物、および動物において示されている。
現存する粒子介在供給装置の１つの制限は、生物学的サンプルがその際備えなければならない形状である。かかる従来装置において、生物学的サンプルは、金またはプラチナのごとき高密度の材料から構成される、小さく高密度の担体粒子の表面上に被覆される。被覆された粒子自体は固い表面または金属板のごとき、担体表面上に、またはマイラーのごとき脆い材料から作られる平らな担体シート上に配置される。担体表面は次いで目標に向かって加速され、そして被覆された担体粒子は目標への供給のためにその表面から取り除かれる。このアプローチは幾つかの利点ならびに幾つかの欠点を有している。平らなシートのごとき、担体表面の使用により提供される１つの利点は、加速された粒子に対する非常に均一な広がりが目標表面に供給され得るということである。１つの欠点は、各担体表面が個々に設けられ、かつ一度だけしか使用できないということであり、かかる装置の使用は時間が掛かりかつ不十分であるということである。これは、反復供給が実施されねばならないとき特に問題がある。また、各被覆された担体表面は、比較的大きく、かつ粒子加速装置の負荷の間中損傷または汚染を回避するために注意して取り扱われねばならない。また、被覆されない側から担体表面の被覆された側を識別するのが難しいかも知れず、そのことは加速装置内の担体表面の不適切な位置決めの可能性を増大する。かかる不適切な位置決めは、処理量を減少し、かつ結果として生物学的サンプルの実質的な浪費を生じ得る。
粒子加速装置から供給される担体粒子の分布または広がりは、幾つかの用途において、特に供給されている生物学的材料が遺伝子材料から構成されるとき重大である。生殖系列形質変換事象が所望される用途において、担体粒子の供給パターンを制御するような要求は、導入された遺伝子材料の遷移発現だけが必要とされる場合のごとき、他の用途においてよりも実質上深刻である。たまにしか起こらない生殖系列形質変換事象が所望されるとき、１またはそれ以上の目標細胞が形質変換される可能性を増すために、大きな目標区域に向かって担体粒子を均一に加速することが必要である。したがって、かかる形質変換に対する１つのアプローチは比較的大きな担体表面上に単一層として被覆された担体粒子を分布するようにすることである。このことは、精密に均一の条件下で粒子を受容する細胞の数を最大にすることを助ける。被覆された粒子が皮膚のごとき身体組織中に遷移遺伝子発現を誘発するために細胞に加速される用途において、適切な発現が、比較的低い数の細胞が粒子を受容するときでも達成され得るので、均一な粒子分布を設ける必要を強要することはより少ない。
被覆された粒子が核酸ワクチン製造を供給するのに使用される粒子加速用途において、抗原決定基を符号化する遺伝子材料が目標組織に供給される。遺伝子材料とともに連続して切開されるこれらの細胞において、遺伝子材料によって符号化されるたんぱく質またはペプチドの遷移発現が結果として起こり、たんぱく質またはペプチドに対して免疫反応を引き出している。粒子加速技術のこれらまたは他の治療または医療用途は、清潔さかつ多分に受容体へ粒子を供給するのに使用される装置の無菌性を維持するのに必要なごとき実用的な検討を呈する。これらの問題点は、装置が大規模免疫法プロジェクトに使用されるとき特に顕著になる。これらおよび他の理由のために、そこで当該技術はサンプルまたは目標を汚染することなく使用され得る粒子加速装置、ならびに粒子供給通路に取り込まれる残りの粒子の不適切な供給を回避する装置に関する特別な要求が存在する。
発明の開示
本発明は粒子加速装置とともに使用するためのサンプル供給モジュールを提供する。当該モジュールは、目標細胞へ、生物学的サンプル、例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ分子のごとき核酸、ペプチド、またはたんぱく質を供給するのに使用されることができる。
したがって、一実施例において、主題の発明は粒子加速装置において使用するためのサンプル供給モジュールに向けられる。当該モジュールは、作動的組み合わせにおいて、（ｉ）粒子カートリッジを受容しかつ維持するように形作られるカートリッジ室を備え、その際当該カートリッジ室が上流末端部および下流末端部を有しており；（ｉｉ）上流末端部および下流末端部を有している出口ノズルを備え；（ｉｉｉ）前記カートリッジ室と前記出口ノズルとの間に配置される粒子加速通路を備え、その際当該加速通路がカートリッジ室の下流末端部および出口ノズルの上流末端部と流体連通しており；そして（ｉｖ）サンプル供給モジュールを推進力源に結合するための固定手段を備え、その際当該固定手段が連係する推進力源とカートリッジ室の上流末端部とをインターフェイスすることからなっている。
本発明の関連の態様において、サンプル供給モジュールは、出口ノズルが円錐状のジオメトリを有するように形作られ、そして好適な実施例において、出口ノズルの下流末端部はその上流末端部より大きい直径を有し、かつ出口ノズルの上流および下流末端部間の距離は下流末端部の直径より大きい。
本発明の利点は、サンプル供給モジュールが加速装置の連係する推進力発生部分から独立しており、そしてモジュールが当該モジュールが使い捨てにできる、単一の粒子加速運転に、またはモジュールが各使用間で清掃され得る、多重使用に適用されることができるということである。使い捨て可能なサンプルモジュールの使用は加速装置から引続いて起こる供給の間のサンプルの相互汚染の可能性を除去する。
また、本発明の利点は、サンプル供給モジュールが当該モジュールと連係する推進力源との間の正の圧力密閉結合を設ける固定手段からなることができ、そしてサンプルが使用に先んじて製造され、かつしたがって容易に貯蔵および取り扱われ得るということである。
他の実施例において、本発明は、（ａ）器具本体と、（ｂ）サンプル供給モジュールとからなり、前記器具本体がそれを貫通し、かつ圧縮ガス源に結合するための第１末端部およびサンプル供給モジュールに結合するための第２末端部を有する導管を備え、その際前記器具本体が更に前記導管を通ってガスの流れを解放するための作動手段を有し；前記サンプル供給モジュールが、（ｉ）粒子カートリッジを受容しかつ維持するように形作られるカートリッジ室を有し、その際当該カートリッジ室が上流末端部と下流末端部を有し；（ｉｉ）上流末端部および下流末端部を有する出口ノズルを有し；（ｉｉｉ）カートリッジ室と出口ノズルとの間に配置される粒子加速通路を有し、その際当該加速通路がカートリッジ室の下流末端部および出口ノズルの上流末端部と流体連通しており；そして（ｉｖ）サンプル供給モジュールを器具本体に結合するための固定手段を有し、当該固定手段がカートリッジ室の上流末端部を器具本体導管の第２末端部とインターフェイスする粒子加速装置に引き寄せられる。
本発明の関連の態様において、粒子加速装置は、弁または破壊可能な薄膜から構成され、かつ導管を貫通するガス通路を制御するために導管の第１および第２末端部間で器具本体に配置される。
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面に鑑みて読まれる以下の明細書から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による粒子加速装置を示す概略図である。
第２図は、出口ノズルの角度を変化する作用を示す概略図である。
第３図は、本発明の改良された供給部分からなる粒子加速装置を示す側面図である。
第４図は、本発明の改良された供給部分の実施例を示す側面図である。
第５図は、第４図の線５−５に沿う側面断面図である。
第６図および第７図は、第４図の実施例の端面図である。
第８図は、例示された実施例において使用の管状サンプルカートリッジを示す、切り欠き側面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明を詳細に説明する前に、理解されるべきことは、この発明は特定の粒子供給装置にまたは、もちろん変化し得るような特定の担体粒子に制限されないということである。また、理解されるべきことは、開示されたサンプル供給モジュールおよび関連の装置の種々の実施例は当該技術における特別な要求に適応させられ得るということである。また、本書で使用される用語は本発明の特別な実施例を説明するだけのためであり、かつ限定であるようには意図されてないことを理解されたい。
留意されるべきことは、この明細書および添付の請求の範囲において、単数形は内容が明らかに別に指示しないならば複数の指示も含むということである。したがって、例えば、「被覆された粒子」の参照は２つまたはそれ以上のかかる粒子の混合物等の参照を含んでいる。
本発明は、粒子加速装置において使用するサンプル供給モジュールを提供する。当該サンプル供給モジュールは、受容体細胞または目標組織への、遺伝子材料のごとき、生物学的材料で被覆された粒子の再生可能な、連続して起こる供給を許容する。モジュールは自給式であり、そして、目標に向かってかつその中へ被覆された粒子を供給するのに十分な推進力を発生する粒子加速機器の１部分に接続可能である。特別な実施例において、サンプル供給モジュールは連係する推進力源との迅速な結合および結合解除を許容するように形作られている。更に、供給モジュールは使い捨て可能な、単一使用装置にすることもできる。
本発明の好適な実施例において、サンプル供給モジュールは熱可塑性樹脂のごとき安価な重合材料から形成されるかまたは成形され、単一の使用後サンプル供給モジュールの処理を経済的に実現可能にする。代替的に、サンプル供給モジュールは、残りの生物学的材料を除去および／または破壊するのに十分な洗浄処理に抗することができるそれらの材料のごとき、より弾力のあるかつ再使用可能な材料から構成され得る。例えば、サンプル供給モジュールは共通の殺菌処理に耐え得る材料から構成されることができる。適宜な材料は医療等級の装置または機器の構成に共通に使用されるポリカーボネートまたはポリプロピレンを含んでいる。
臨床環境における使用のために、サンプル供給モジュールは、使い捨て注射器のごとき、単一使用医療装置部品を貯蔵するのに一般に使用される型の密封、殺菌容器中に設けられるのが好適である。
第１図は本発明を組み込んでいる粒子加速機器の全般的な運転方法を示すのに向けられる概略図を示す。第１図に示される装置の構成要素は明瞭にするために幾つかの場所で僅かに分解された図で示されている。この特別な例示は、構造の詳細を示すよりむしろ、粒子加速装置の基本的な運転原理を示すのに向けられている。
第１図に描かれた装置を参照すると、担体粒子カートリッジ１４が機器内に配置されている。粒子カートリッジ１４はその中心を通過する凹状の中空通路を有する細長い凹状または管状構造である。複数の担体粒子１６がカートリッジの内部に配置されている。以下で更に詳細に論じられるように、担体粒子は、目標細胞または組織へ供給されるように向けられる、生物学的材料、例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡで予め被覆された小さく高密度の粒子である。担体粒子は代替的にペプチド、サイトカイニン、ホルモンまたはたんぱく質のごとき他の型の生物学的材料で被覆され得る。アクチュエータ１８、例えば、ガス弁または破壊可能な薄膜が担体粒子カートリッジの上流に配置されかつ適切な導管１７を介して担体粒子カートリッジ１４の内部と流体連通している。アクチュエータは、符号１３で総括的に示される適切な配管により、圧縮ガス源１２と接続されている。当該圧縮ガス源１２は、好ましくはヘリウムのごとき不活性圧縮ガスの、普通の市販の圧縮ガスタンクであり得る。圧縮ガスの容器は一般にガス源１２とアクチュエータ１８との間が望ましいが；しかしながら、配管１３が容器のごとく機能することも可能である。
担体粒子カートリッジに隣接して、順次、円錐状の出口ノズル２４と連通する加速室２２の内部との流体連通を設ける開口２０がある。目標、例えば、患者、組織または細胞は、図において符号１９で示される。
第１図の装置の一般的な運転において、アクチュエータ１８は配管１３によって形成された容器中に保持された圧縮ガスのパルスを解放するのに使用される。アクチュエータ１８と出口ノズル２４との間に配置された粒子加速通路は、解放されたガスがそれを通ってかなりの速度で走行するガスの流れを作る通路を設けている。ガスの流れは粒子加速通路を通って加速し、そして粒子カートリッジ１４の内部を通過するとき、担体粒子１６を取り除く。取り除かれた粒子を含んだ加速しているガスの流れは室２２を通り出口ノズル２４に入る。この方法において、担体粒子は機器から供給されかつ担体粒子が留まるが、目標または患者の細胞を殺さない場合に、目標１９へ供給される。
第１図の装置の特に重要な１つの特徴は、出口ノズル２４のジオメトリである。第２図を参照すると、出口ノズル２４の３つの異なる考え得るジオメトリが変形例Ａ，ＢおよびＣとして略示されている。また、描かれているのは担体粒子１６の供給パターンについてのこれらの異なる出口ノズルの作用である。変形例Ａにおいて、出口ノズル２４はその下流端に向かって著しく広がらない。したがって、出ているガス流れは出口ノズル２４から実質上直線的に通過しかつ目標に向かって直接進行する。結果として、担体粒子が比較的直線の通路内に継続しかつ目標の比較的狭い区域２５に衝突する焦点を合わせた供給パターンを備える。粒子１６がそれらの直線飛行から幾らか拡散する一方、その拡散はまったく小さくかつ取るに足らない。
同様に、第２図の変形例Ｂにおいて、出口ノズル２４は、その下流末端部に向かって円錐状テーパの非常に広い角度を有している。この形状において、ガスの流れは事実上直線的に機器を出て、かつ担体粒子１６は広く分散しない。再び、粒子は目標の比較的コンパクトな部分２５に衝突する。
実質的に異なる供給パターンが得られるのは、円錐状の出口ノズルのテーパの角度が臨界角度より小さい時である。この現象は第２図の変形例Ｃとして示される。特に、加速されたガスの流れが出口ノズルに入るとき、渦巻きの作用により、ガスの流れの通路のルートと出口ノズル２４の側との間に真空を創出する。この真空によりガスの流れは当該ガスの流れの走行方向に対して垂直のすべての方向に外方に引っ張られるようになる。この方法において、ガスの流れとこのガスの流れの中で運ばれた粒子は出口ノズルの主軸線に対して横の方向に分散される（すなわち、粒子の走行方向）。したがって、第２図の変形例Ｃにおいて見ることができるように、機器から出ているガスの流れはより広い区域にわたって横方向に広がり、それによりより広い区域にわたって担体粒子１６を分布し、そして円錐状の出口ノズルがそのように形作られない場合であるよりも目標の非常に広い区域２５にわたって改善された供給輪郭を提供する。このことは、担体粒子が目標のいずれか一つの小さい区域に過剰に付与されるのを回避しかつ粒子の機械的な分布または綿密なガス拡散または分布装置の必要なしに担体粒子の比較的広いかつ均一な分布を提供する。
円錐状出口ノズル２４の正確なテーパの角度は使用するガス圧力および加速室２２の大きさに依存して実施例から他の実施例へと変化する。推進力源として市販のヘリウムタンクを使用する機器に関して、その際加速室２２はおよそ１／１６インチの直径を有し、３．３インチのスパンにわたって１／１６インチから２／３インチに傾斜する出口ノズルは約１／１６インチから約２／３インチの直径を有する目標表面をカバーする十分な粒子分布パターンを提供する。これは粒子分布パターンの１００倍を超える増加を示し、粒子分布密度中の付随する１００倍の減少を有する。
したがって、好適な実施例において、円錐状の出口ノズル２４はその上流または下流末端部のいずれかにおける広さ（例えば１／１６〜２／３インチ）よりその主軸線にそってかなり長くしなければならない（例えば３．３インチ）。その長さより大きい直径を有する円錐状テーパを有するノズルは本発明の目的のための担体粒子の適正な分散を提供しない、しかしながら、円錐状出口ノズルが連続して円錐状の内部ジオメトリを有することは必要ない。例えば、出口ノズルは、その機能全体に逆の作用を及ぼすことなしに、直径の連続する増加よりもむしろ、直径の幾つかの小さな段付き増加を有することかできる。
ガスの圧力を変化することにより、粒子がそれにより目標１９に衝突する力は変化され得る。本発明の実施において、推進力源によって設けられるガスの圧力はカートリッジ１４から被覆された粒子１６を取り除くのに十分でなければならないが、目標１９を損傷するようには大きくない。被覆された粒子を健全な動物の皮膚に供給するとき、放出されたガスの流れが目標とされた皮膚の表面を傷付けないことが認められた。幾つかのより高いガス圧力で、皮膚のより少ない幾らかの赤みが非常に許容し得るレベルで発生する。市場で入手し得る圧縮ヘリウムタンクから利用し得る圧力のごとき、調整されたガス圧力が、担体粒子１６を引き離しかつ目標の皮膚または細胞に対して都合の悪い損傷なしに目標の動物の上皮細胞へ担体粒子を供給するのに十分であることが認められた。より低い圧力またはより高い圧力が、担体粒子の密度、目標表面の性質、および所望の粒子貫通深さに依存して、特別な用途において作用することが可能である。豚の皮膚への担体粒子の供給に関連付けられる供給パラメータは、人間と豚の皮膚との間の機械的類似性により、人間の皮膚により期待される供給パラメータと同様である。
粒子カートリッジ１４は凹状構造、好ましくは管状構造から形成され、かつその内部に配置された粒子を有している。かかる粒子カートリッジは担体粒子に接触することなしに容易に取り扱われることができ、したがってサンプルの完全な状態、かつ多分無菌性を維持する。粒子カートリッジ１４の多く形状およびジオメトリが本発明により可能である一方、簡単かつ機能的な変形例が、商標名「テフツェル（登録商標）」により入手可能な、ポリ（エチレンテトラ−フルオロエチレン）のごとき実質上不活性の重合材料から構成される配管の短い部分を使用して設けられる。配管はその中心を通る通路を有するシリンダを形成している。かかる管状構造の利点は、生物学的材料で被覆された、担体粒子が配管の内面に配置され、かつしたがって供給装置の壁に接触せずかつ多分、それを汚染しないということである。テフツェル（登録商標）のごとき材料を使用する利点は、それが透明で、負荷されたカートリッジの目視による確認を許容するということである。かかる確認は、金の担体粒子が使用されているとき、例えば目視可能に色を帯びた金であるかまたは目視可能な金の帯片を有するカートリッジの外観による。カートリッジの内径は粒子がその中に配置されることを許容しかつ粒子を取り除くのに十分な圧力でそれを通る適切なガスの流れを許容するのに十分な大きさであることだけが要求される。カートリッジ１４は必ずしも管状である必要はなく；圧縮ガスがその中に閉じ込められ得る適宜な凹状形状として形作られ得る。かかる代替のジオメトリは取り除かれた粒子１６が分散されず、かつしたがってガスの流れにより目標に向けられることを保証する。例として、カートリッジ１４は担体粒子１６がその中に配置される管半体から構成され得る。この管反対は次いでガスがそれを貫通する半筒状通路を形成するように装置の平らなまたは平らでない表面により緊密に被覆され得る。これに関連して、サンプルカートリッジおよび装置の表面によって形成される周囲室の特別なジオメトリは、そのジオメトリがともに、カートリッジ１４から目標１９へのガスの流れに向く限り、重要ではない。
サンプルカートリッジ１４に使用する適宜な担体粒子１６はどのような高密度の、生物学的に不活性の材料からも構成され得る。高密度の材料は短い距離にわたって目標に向かって容易に加速され得る粒子を設けるために好適であり、その際粒子は更に、これらの粒子がそれに供給される筈である細胞に対して十分に小さい大きさである。数ミクロンの平均直径を有する担体粒子が生体細胞を不正に傷つけることなくかかる生体細胞に容易に入り得ることが認められた。
本発明の目的のために、タングステン、金、プラチナおよびイリジウム担体粒子が使用され得る。タングステンおよび金の粒子が好適である。タングステン粒子は直径０．５〜２．０μｍの平均の大きさで容易に入手可能で、したがって細胞内供給に適している。かかる粒子は粒子加速供給方法において使用するために最適な密度を有し、かつ核酸による非常に有効なコーティングを許容するが、タングステンは幾つかの細胞の型に対して潜在的に有毒である。したがって、金が担体粒子１６用の好適な材料である。なぜならば、これが高密度を有し、生物学的材料に対して比較的不活性であり、そして約０．２から３μｍの平均直径を有する球形の形で容易に入手し得るからである。１〜３ミクロンの大きさ範囲の球形の金粒子またはビーズが粒子加速供給技術において上首尾に使用され、ならびに微小結晶粉末の形において設けられた金は約０．２〜３μｍの測定された大きさの範囲を有している。
担体粒子１６をそれに付着させる、第８図の管状構造のごとき、多数のサンプルカートリッジ１４が、単一の方法で製造され得る。これに関連して、２つの異なる塗布方法が上首尾に使用される。
第１の方法において、重要な生物学的材料で被覆された担体粒子の懸濁液が、プラスチック配管の長さに導入される。粒子は配管の内面の底部に沿って重力により沈殿させられる。沈殿時、粒子は配管の全長に沿って粒子のリボンを形成し、かつ粒子の懸濁液からの液体は配管から排出される。液体が取り除かれるとき、配管はこの配管の内面全体にわたって粒子を広げるために転動され、かつ分布された粒子は窒素のごとき乾燥ガスの流れにより乾燥させられる。配管はその場合に粒子供給装置のサンプル室への挿入に適する長さに切断されることができる。普通の熟練者には、転送に利用し得る被覆された粒子の数が粒子懸濁液の濃度を調整することにより、またはカートリッジを形成するのに使用される配管の長さを調整することにより変化され得ることが判るだろう。また、熟練者には、本発明において有用なサンプルカートリッジが記載されたばかりの方法以外の方法において製造され得ることが判るだろう。
管状構造の内面を被覆するための第２の方法は、担体粒子１６を粒子カートリッジ１４に固定するのに僅かな付着作用を使用する。僅かな付着補助の使用は、粒子が、ガスの流れが適切な供給圧力に達するまでカートリッジの内方凹状面に一時的にこれらの粒子を付着させて置くことにより良好に加速されることを保証することが認められた。これを達成するために、粒子がアルコール中に懸濁されるとき添加剤が使用される。僅かだけ接着性があり、かつ上首尾で使用された添加剤は、ポリビニールピロリドン（ＰＶＰ）、コレステロール、グリセリンおよび水である。例えば、コレステロールは懸濁液中で１ｍｇコレステロール／ｍｌアルコールの割合で使用される。粒子／アルコール懸濁液は懸濁液中に粒子を維持するのを助けるために超音波処理され、そして、懸濁液はその側部に配置されるカートリッジ１４の内面に塗布される。担体粒子はカートリッジの内面の一方に沿って懸濁液から急速に落ちる。次いで、アルコールが除去され、カートリッジの内部は管が回転させられるとき、窒素の流れにより乾燥されることができる。
次に、第３図を参照すると、符号１０で総括的に示される、粒子加速装置の実施例の側面図が本発明によって構成された、取り付けられた使い捨てサンプル供給モジュールとともに示されている。当該装置１０は手で操作可能でかつ携帯可能であり、オペレータは本装置を容易に取扱いかつ動かすことができる。
第３図の装置の詳細に戻ると、装置の推進力発生部分は好ましくは細長くかつ特定のオペレータの要求および快適さに適合させられる適宜な形状および大きさからなることができるハンドル２８を含んでいる。第３図に示されるように、ハンドル２８は、オペレータに堅固な握りおよびトリガ機構３０、例えば、オペレータによって押圧されるとき、アクチュエータ機構３０に係合するキャップ２９によって被覆され得る、弁トリガ機構への容易な接近を提供するようにピストルの握りの形状に形成され得る。
入口管３２、または導管がハンドル２８を貫通し、その際入口管は両端で解放され、かつ装置から粒子を供給するのに必要とされる圧力でガスを収容することができる固い材料から構成される。好適な実施例において、入口管３２、および圧縮ガスの流れに接触する装置の他のすべての部分（サンプルカートリッジ以外の）は、金属、例えば真鍮のごとき変形不能な固い材料、または高密度の重合材料から構成される。入口管３２はブッシュ等によって機器内の所定位置に固定され得る。入口管３２は、粒子加速供給を達成するために十分な作動圧力により解放可能なガス量を供給する容器として作用する。入口管３２の寸法は重要ではなく、かつ十分な量の圧力下のガスを収納するために増加または減少され得る。代替的に、別個の専用のガス容器が入口管３２内の容量が不十分である場合に設けられ得る。
入口管３２の一方の末端部には、符号１２で総括的に示される、外部ガス源に柔軟な配管によって接続可能であるカプラ３１がある。このカプラ３１は、好ましくは、高められた圧力のガスを使用する空気式装置において普通に使用される型の迅速接続型のコネクタである。ガス源は生物学的にかつ化学的に不活性の圧縮ガスを収容する市販のタンクであってもよい。不活性ガスは、好ましくはヘリウムである。ガスがガス源を出る圧力は、通常の圧力調整弁によって好都合に調整される。オペレータによって目視可能なゲージが装置中の圧力を表示するのに使用され得る。
弁または破壊可能な薄膜のごとき、アクチュエータ手段３４が入口管３２の反対の末端部に接続される。このアクチュエータ手段は入口管３２から装置１０のサンプル供給部分へのガスの流れを制御するのに使用される。第３図の実施例において、アクチュエータ３４は、ハンドル２８上のトリガ機構３０によって制御される電気的作動のソレノイド弁である。このソレノイド弁をトリガ機構と接続するワイヤが装置の安全性および管理性を改善するためにハンドル２８内に配置され得る。取り外し可能に固定し得るカバープレート３６がトリガ機構３０との内部の電気的接続への接近を設ける。ハンドル２３を通過する配線チャンネル３８がトリガ機構３０とアクチュエータ３４を相互に接続するワイヤ用の保護導管を提供する。
本発明は特定の型のアクチュエータ弁または特定のトリガ機構に制限されない。これに関連して、第３図に描かれた組み合わせと、普通の熟練者によって置換され得る多数の弁およびトリガの組み合わせとが知られている。ばね負荷のボール弁が、ならびに圧縮ガスの制限された流れを解放するために脆い閉止の破壊または破断により作動するアクチュエータ機構が使用されることができる。かかる組み合わせは、アクチュエータ機構が入口管３２から入っているガスの流れの圧力に抗することができるかぎりここでの使用に適する。
アクチュエータ３４の流体出口は弁に結合されるガス出口管３９および本発明のサンプル供給モジュール（符号４０で総括的に示される）を受容するようになされる端末コネクタ３７を含んでいる。サンプル供給モジュール４０の容易なかつ繰り返しの取り付けおよび取り外しを容易にするために、コネクタ３７は上記で言及された迅速接続カプラにすることができる。
本発明は、部分的には、サンプル供給モジュール４０に、かつ部分的には、適宜な推進力を備えることができる粒子加速装置１０とのモジュールの使用に属する。サンプル供給モジュール４０は、粒子加速装置１０の原力発生部分へ接続される場合の目標へサンプルを供給するのに必要な構成部分を含む。サンプル供給モジュール４０は第４図〜第７図を参照してより詳細に説明される。第４図に描かれるように、本発明の１つの特別な実施例はコネクタ３７にサンプル供給モジュールを迅速に接続するための固定手段４２を含んでいる。この実施例において、固定手段４２はコネクタ３７に固定して係合するような大きさおよび形状に適合される端部取り付け具からなっている。固定端部取り付け具の特別な大きさおよび形状は、サンプル供給モジュールが使用の間中推進力源に堅固に結合され得るような方法においてコネクタ３７の大きさおよび形状に対応する限り、重大ではない。これに関連して、固定手段が数秒の間で係合可能かつ取り外し可能であることが好ましい。
固定手段４２の端部取り付け具は「スエージロック」、迅速接続カプラとして普通に言及される迅速接続コネクタの型として第４図に描かれている。固定手段の端部取り付け具は３つの筒状部分４４，４６および４８からなっている。端部取り付け具の上流末端部からサンプル供給モジュール４０の中央部分へ移動すると、各筒状部分の直径は連続して大きくなる。最外方の端部筒状部分４４自体は截頭円錐部分５０で終端する。端部筒状部分４４と中央筒状部分４６との間で、第２の截頭円錐部分５２が第１筒状部分４４の直径から第２の筒状部分４６の直径への漸次の遷移を備えている。第２の筒状部分４６と第３の筒状部分４８との間には、かかる漸次の遷移は設けられない。したがって、第２の筒状部分４６から第３の筒状部分４８への好適な実施例の直径の急激な増加がある。第３の筒状部分４８はオペレータに好都合な手持ち式を提供し、かつコネクタ３７へのサンプル供給モジュールの係合を容易にする。
多数の他の迅速係止型のカプラが本発明の実施において使用され得る。例えば、特に、注射器に使用される型の、「ルエル−ロック」取り付け具が第４図の例示実施例に描かれた固定手段と置き換えられ得るように意図される。
また、固定手段４２はコネクタ３７と実際に係合し得るのが好ましい。例えば、環状溝５４が第２の筒状部分４６の外面に設けられ得る。この環状溝はコネクタ３７によって設けられる歯止めによって、実際に係合されるような大きさおよび形状に適合され得る。これに関連して、複数のボール（例えば、ボールベアリングに見られる型の）がコネクタ３７の歯止め手段として設けられ得る。ボールおよび環状溝５４は、コネクタ３７の締め付け時、ボールが、これらがコネクタ３７が結合解除されるまで留まる環状溝５４内に着座されるように位置決めされる。
接続部分５６が端部取り付け具４２に隣接して配置される。接続部分５６は好ましくは筒状のジオメトリを有し、そして一実施例において、固定手段４２の第３の筒状部分４８の直径より小さい直径を有している。この方法において、第３の筒状部分４８はサンプル供給モジュール４０の取り付けの間中接近し得る。円錐状の出口ノズル５８が接続部分４８の反対端に配置される。出口ノズル５８は本書で上述されたように形作られる。これに関連して、円錐状の出口ノズル５８の直径は、好ましくはその反対端におけるよりも接続部分５６近傍で狭い。出口ノズル５８の特定の寸法および円錐状の角度は機器の入力ガス圧に依存する。任意に、スペーサ脚部６０が出口ノズル５８のより広い、下流末端部に接続される。スペーサ脚部６０は所望の目標への粒子の供給に適する長さを有するように一般に選択される。かかるスペーサ脚部６０は必要とされないが、これらがオペレータに機器１０と目標との間の適宜な距離を確立させるため好都合である。これは続いて起こる粒子供給間の再生可能な結果を許容する。適切な距離は、目標細胞の出現の経験上の観察および供給後の遺伝子発現の測定されたレベルを使用して、スペーサ脚部６０の長さを変化することにより必要とされるように定められ、かつ固定され得る。３／４〜１インチのスペーサ脚部の長さが好ましいことが哺乳類の皮膚に関して認められた。代替的に、目標から所望の距離に機器を手で位置決めすることができる。通常、少なくとも１本の、かつ好ましくは２本またはそれ以上のスペーサ脚部６０が設けられる。特別な実施例のスペーサ脚部は第５図〜第７図において最良に観察される。
中空のチャンネルがサンプル供給モジュール４０の全長に沿って設けられる。この中空のチャンネルはサンプル供給モジュール４０の主軸線と実質上同軸であるサンプル通路を設けている。第５図の断面図を参照して、サンプル通路は固定手段４２内に軸方向に配置されかつ固定手段の上流末端部から、第１の筒状部分４４を通って、かつ第２の筒状部分４６へ延びるカートリッジ室６２を含んでいる。カートリッジ室６２は、粒子加速装置１０の原力発生部分から加速されたガスの流れを流入させる。このカートリッジ室６２は、その内方凹状面に取り外し可能に固定される担体粒子を有する粒子カートリッジ（以下で説明される）を受容し、かつ保持するように形作られている。カートリッジ室６２の直径はその上流末端部に対してその下流末端部でより狭い。これはカートリッジ室内に保持されるとき粒子カートリッジの運動を制限する。
カートリッジ室６２の狭くされた末端部はカートリッジ室６２の直径に対してより小さい直径を有する実質上直線の、粒子加速通路６４の上流末端部と流体連通している。カートリッジ室６２と粒子加速通路６４の相対的な直径は第５図および第６図の参照によって見ることができる。粒子加速通路６４はサンプル供給モジュール４０およびカートリッジ室６２の主軸線と実質上同軸に配置されている。一実施例における通路６４は、直径１／１６インチ、および長さ５〜１５ｍｍを有することができる。通路６４が長過ぎるならば、ガスの流れは摩擦により速力を失うかも知れない。粒子加速通路６４はカートリッジ室の下流末端部と円錐状出口ノズル５８との間に延びる。
加速通路６４用の滑らかな内面を維持することは、担体粒子と通路６４との間の妨害または逆の相互作用を減少し、したがって意図された目標への担体粒子の適正な流れを容易にする。かかる滑らかな表面を維持するために、紐またはパイプクリーナが研磨化合物で被覆されかつ次いで通路６４の内部を研磨するのに使用され得る。通路に適する滑らかな内面はまた、サンプル供給モジュールが熱可塑性材料から形成される場合に成形過程において直接形成されることもできる。また、出口ノズル５８は好ましくは滑らかな内面を有している。
使用において、サンプルカートリッジは、担体粒子が付着しているその内面がサンプル供給モジュール４０が取り付けられるときガスの流れと流体連通しているようにカートリッジ室６２に挿入される。サンプルカートリッジ内の粒子の方向は別に重要ではない。サンプル供給モジュール４０は固定手段４２によってコネクタ３７に結合され、それにより使用中機器１０からのサンプル供給モジュール４０の意図しない分離を阻止する。ガス流れアクチュエータ３４を制御するトリガ機構３０は管３２から圧縮ガスを解放するように作動される。解放されたガスは、アクチュエータ３４からサンプル供給モジュール４０へ向かう流れの中に流れ、サンプルカートリッジを通り、かつその表面から粒子を解放し、かつ離して支持する。ガスの流れおよびこのガス内で運ばれた担体粒子は粒子加速通路６４を通って、円錐状ノズル５８へそして目標に向かってかつその中に入る。
上述されたように、精密な運転パラメータは一般に、順次、粒子加速通路６４および出口ノズル５８の特別な寸法を指示する、担体粒子を供給するのに使用されているガスの圧力に依存する。
被覆された粒子のサンプルが装置１０から供給された後、コネクタ３７はサンプル供給モジュール４０を除去するために解放される。モジュールが単一の使用に向けられる好適な実施例において、使われたモジュールは適宜に処理される。続いて起こる供給はその場合に新たなサンプルカートリッジおよびサンプル供給モジュール４０を使用して上述した工程を繰り返すことにより実施され得る。
本発明は、サンプルおよび目標表面に実際に接触する粒子加速装置のすべての部分が機器の推進力部分から別個に設けられ、かつ単一の使用後、容易に処理され得るので生物学的材料の供給に特に有用である。したがって、以前の供給からの残留生物学的材料との相互汚染の潜在性は効果的に除去される。また、使われたサンプル供給モジュールの日常的な処理は、受容体と接触する機器の部分が再び使用される必要がないので、受容体間またはそれらの中での相互の汚染を阻止する。
本発明は、核酸ワクチンを使用する、齧歯類動物、ウシ、豚、羊、山羊、馬および人間のごとき哺乳類被験体、および犬および猫のごとき家畜の大量ワクチン予防接種に使用され得る。核酸ワクチンは遺伝子材料、通常、病原体から引き出されたＤＮＡからなる。遺伝子材料は、本書に記載された装置のごとき装置を使用して哺乳類被験体の細胞に供給される。細胞にいったん供給されると、遺伝子材料は、ワクチン予防接種された被験体中の免疫反応を引き起こすたんぱく質、またはペプチドを発生するために細胞転写および転換機械によって発現される。免疫反応はワクチン予防接種された被験体をワクチンがそれから引き出された病原体によって続いて起こる感染に抗するようにし得るか、またはすでに感染した被験体に治療効果を提供する。また、本書で説明された装置は、遺伝子治療のごとき、遺伝子供給にも使用され得る。
本発明は生物学的材料の大規模な、繰り返し供給における使用のために特に設計されたが、本発明はまた、目標表面への担体粒子の単一の、別個の供給のために現存する粒子加速装置によるごとき、より伝統的な用途にも使用されることができる。例えば、サンプル供給モジュール、および主題のモジュールを使用する粒子加速装置は、遺伝子材料を植物および動物の器官、組織および／または培養された細胞に転送する方法において使用され得る。本発明は、生きている植物の分裂組織へ遺伝子を供給して移植遺伝子導入の植物を作るために粒子加速装置とともに使用された。本発明のすべての利点、特にその携帯性およびサンプル取り扱いの容易さは、装置が粒子加速によって遺伝子の単発の供給に使用されるとき同様に良好に当てはまる。しかしながら、本発明の原理は、また、速度、再生可能性および使用の容易さの実質的な利点を達成するために固定の非携帯ユニットに組み込まれることも可能である。
したがって、粒子加速装置とともに使用する新規なサンプル供給モジュールが記載された。主題の発明の好適な実施例が幾らか詳細に説明されたけれども、自明の変更は、添付の請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなしになされ得ることは理解される。

Claims (16)

1. 目標細胞に核酸、ペプチドまたはタンパク質を供給するための粒子加速装置において使用するための単一使用サンプル供給モジュール（４０）において、当該サンプル供給モジュールが：
   （ａ）粒子カートリッジ（１４）を受容しかつ維持するように形作られるカートリッジ室（６２）を備え、その際当該カートリッジ室が上流末端部および下流末端部を有しており；
   （ｂ）上流末端部および下流末端部を有している出口ノズル（５８）を備え；
   （ｃ）前記カートリッジ室と前記出口ノズルとの間に配置される粒子加速通路（６４）を備え、その際当該加速通路が前記カートリッジ室の前記下流末端部および前記出口ノズルの前記上流末端部と流体連通しており；
   （ｄ）前記サンプル供給モジュールを推進力源に結合するための固定手段（４２）を備え、その際当該固定手段が連係する推進力源と前記カートリッジ室の前記上流末端部をインターフェイスし；そして
   （ｅ）前記粒子カートリッジ（１４）は複数の粒子を含み；
   前記サンプル供給モジュールは、密封した滅菌容器中に提供されることを特徴とし、該サンプル供給モジュールは、使用後に使い捨てにできる、サンプル供給モジュール。
2. 前記出口ノズルが円錐状であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のサンプル供給モジュール。
3. 前記出口ノズルの前記下流末端部がその上流末端部より大きい直径を有し、かつ更にその際前記出口ノズルの前記上流末端部と下流末端部との間の距離が前記下流末端部の直径より大きいことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のサンプル供給モジュール。
4. 前記サンプル供給モジュールが、更に、前記出口ノズルの前記下流末端部から延びている複数のスペーサ脚部（６０）を備える、請求の範囲第１項に記載のサンプル供給モジュール。
5. 前記サンプル供給モジュールが重合材料から構成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のサンプル供給モジュール。
6. 前記重合材料が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載のサンプル供給モジュール。
7. 前記重合材料がポリカーボネートまたはポリプロピレンであることを特徴とする請求の範囲第５項に記載のサンプル供給モジュール。
8. 前記固定手段が前記サンプル供給モジュールと連係する推進力源との間の、正の圧力密閉結合を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のサンプル供給モジュール。
9. 前記固定手段が連係する推進力源上の迅速接続取り付け具と協働するようになされることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のサンプル供給モジュール。
10. 前記固定手段が連係する推進力源上の歯止めカプラと協働する環状溝（５４）を備える、請求の範囲第９項に記載のサンプル供給モジュール。
11. 前記サンプルカートリッジが、凹状でありかつ生物学的材料で被覆された担体粒子を収容することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のサンプル供給モジュール。
12. 前記サンプルカートリッジが管状であることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のサンプル供給モジュール。
13. 前記加速通路が前記管状サンプルカートリッジの直径より小さいことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のサンプル供給モジュール。
14. （ａ）機器本体（２８）と、（ｂ）サンプル供給モジュールとを備え、前記機器本体（２８）がそれを通って延びる導管（３２）を有し、該導管（３２）が、圧縮ガス源に結合するための第１末端部（３１）およびサンプル供給モジュールに結合するための第２末端部を有し、その際前記機器本体が更に前記導管を通ってガスの流れを解放するための作動手段（３４）を含み；そして
    前記サンプル供給モジュールは、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のサンプル供給モジュールであり、該圧縮ガス源は、前記推進力源であり、そして前記カートリッジ室の前記上流末端部は、前記機器本体導管の前記第２末端部とインターフェイスされる、目標細胞に核酸、ペプチドまたはタンパク質を供給するための粒子加速装置（１０）。
15. 前記作動手段（３４）が前記導管の前記第１および第２末端部の間で前記機器本体に配置されかつ前記導管を通るガスの通過を制御する弁を備える、請求の範囲第１４項に記載の粒子加速装置。
16. 前記作動手段（３４）が前記機器本体導管の前記第１および第２末端部の間で前記機器本体導管内に配置される破壊可能な薄膜を備える、請求の範囲第１４項に記載の粒子加速装置。

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