JP4091599B2 - 固定スライドプラットホームを有する自動化された分子病理学装置 - Google Patents

Description

本発明は診断用分子病理学（diagnostic molecular pathology）で使用される装置に関するものである。
本発明は特に、顕微鏡スライドに載せられた組織標本を自動的に染色および／または処理するのに用いられる装置に関するものである。
本出願は2002年4月26日出願の米国仮特許出願第60/375,６７９号の優先権を主張するものである。

分子病理学（molecular pathology）は病気の原因となる（または病気に関連する）ＤＮＡ、ｍＲＮＡおよびタンパク質を分子レベルで調べるものである。この検査によって患者の診断、予後および治療の選択肢に関する重要な情報が明らかになる。分子病理学の実際の操作は一般に２つの主要領域、すなわち（ｉ）無処置（intact）（in-situ: インシチュー）の細胞のＤＮＡ、ｍＲＮＡおよびタンパク質の分析と（ｉｉ）組織から抽出した生物材料の分析とに分けられる。
本発明は主として前者の分析に関するものである。この分析法の利点は病理学者または科学者が核酸またはタンパク質のアッセーを行うと同時に組織標本の組織病理学的構造または形態を顕微鏡で研究できる点にある。この分析技術にはタンパク質に注目する免疫組織化学（ＩＨＣ）、核酸に注目するインシチューハイブリッド形成（ＩＳＨ）、炭水化物に注目する組織化学（ＨＣ）および酵素化学に注目する酵素組織化学（ＥＨＣ）が含まれる。例えば、ＩＳＨでは遺伝子の異常または状態の有無、例えば、顕微鏡で観察したときに形態学的に悪性に見える細胞の中に癌を引き起こす遺伝子が増幅しているか否かを調べるのに用いることができる。このＩＳＨは微生物の配列だけでなく、どの細胞が感染しているかを正確に検出できるので感染症の診断にも有用である。これは臨床病理学的に重要な意味を持ち、ポジティブハイブリッド形成信号が臨床の対象ではない隣接組織あるいは血液汚染または外部汚染から来た可能性を除外する効果的な手段である。

ＩＨＣでは特定タイプの疾患細胞組織にのみ存在する独特な抗原決定基と結合する抗体を利用する。ＩＨＣではスライドグラス上に載せた組織切片または細胞（例えば血液または骨髄）に対して一連の処理段階を行って疾患状態の所定形態学的インジケータを選択的に染色し、ハイライトする必要がある。その典型的な段階にはパラフィンを除去し、非特異的結合を減らすための組織切片の前処理段階、化学的固定液からタンパク質架橋によってマスクされた抗原または細胞を回収する段階、抗体処理、インキュベーション、酵素標識された二次抗体処理、インキュベーション、酵素と基質とを反応させて抗体と結合した抗原決定基を有する組織切片の領域を蛍光団または発色団でハイライトする段階、対比染色等が含まれる。これらの段階の多くは前段階で未反応の残留試薬を除去するための洗浄段階で多段階に分離されている。インキュベーションは高温、通常は約３７℃で行うことができ、組織が脱水しないように連続的に保護しなければならない。ＩＳＨ分析は組織標本の細胞または体液からの独特または反復の核酸配列とＤＮＡまたはＲＮＡプローブとの特定結合能に依存し、同様な一連のプロセス段階を種々の試薬を用いて行う必要があり、しかも、温度条件がいろいろであるためさらに複雑になる。

ＩＨＣとＩＳＨのいずれの処理も多くの処理段階を反復する必要であるため、人的労働とコストを削減し、人的労働に伴う誤差率を低下させ、均一性を高めるために自動システムが導入されている。そうした自動システムで実際に使用されている例としてはヴェンタナメディカルシステムズ（アリゾナ州、ツーソン）から市販のＥＳ（登録商標）、ＮｅｘＥＳ（登録商標）、ＤＩＳＣＯＶＥＲＹ（商標）、ＢＥＮＣＨＭＡＲＫ（商標）およびＧｅｎＩＩ（登録商標）染色システムが挙げられる。これらのシステムでは放射状に配置された多数のスライドを支持する回転ラックを備えたマイクロプロセッサ制御システムが使用される。スライド回転ラックはステップモータで回転され、スライドより上側に位置した一連の試薬分配器の１つの下に各スライドを配置させる。下記文献に記載のように、スライド上のバーコードと選択した試薬分配器との関係からスライドに対する分配器の作動がコンピュータ制御で完全に自動化でと、各組織標本に対して異なる試薬処理を行うことができる。
米国特許第６，３５２，８６１ Ｂ１号明細書

ヴェンタナメディカルシステムズのＥＳ（登録商標）、ＧｅｎＩＩ（登録商標）、ＮｅｘＥＳ（登録商標）、ＢＥＮＣＨＭＡＲＫ（登録商標）およびＤＩＳＣＯＶＥＲＹ（登録商標）システム等の機器は基本的に、制御された環境条件下で顕微鏡の１×３インチのスライドガラスに載せられた組織切片に試薬を順番に塗布するように設計されている。この機器は複数の機能、例えば試薬の塗布、洗浄（前段階で塗布された試薬の除去）、ジェットドレン（洗浄後にスライド上に残留する緩衝液の除去）、Liquid Coverslip（登録商標、試薬の混和・蒸発防止用の軽油）塗布および他の機器の機能を実行しなければならない。

上記のヴェンタナメディカルシステムズの染色機器は回転スライドラック上でスライドを処理する。これに対して本明細書で説明する機器ではスライドが静止位置に固定され、固定されたスライド上を基本処理ステーションが回転する。下記で説明するスライドの処理方法、プロセスアルゴリズムは物理学的形状とは無関係に同じである。
スライド上の組織を染色するプロセスは上記機器の基本機能のシーケンシャルな反復から成る。基本的には試薬を組織に塗布した後に所定温度で所定時間だけインキュベートし、インキュベーション時間終了後にスライドから試薬を洗い流し、次の試薬を塗布し、インキュベートし、洗い流す。全ての試薬が塗布され、染色プロセスが完了するまでこれらの操作を続ける。

任意のスライドに対して任意の染色プロトコルが実行できること、すなわち試薬とインキュベーション時間との任意の組合せができるのが望ましい。さらに、複数のスライドをできるだけ速く染色するためには複数のスライドを同時に処理するのが望ましい。すなわち、スライドはほとんどの時間インキュベート中にあるので、他のスライドに対して洗浄、試薬塗布、その他の機能を実行するアップタイムが自由にあるので、同時処理は可能である。

同時染色を達成するための１つのアルゴリズム（「ランダムアクセス」法とよばれることもある）は作動中の各スライドに対してタスクとタイマ管理を作成し、スケジュールで要求された時に各スライド上で各タスクを実行させる。この方法の問題は一つのスライドを洗浄すべき時間（すなわちこのスライドのインキュベーションが完了する時間）に別のスライドのタスク実行に装置が使用されていたとすると、インキュベーション時間が正確にならないことである。スライドの合計数とスライドのプロトコルが変化するため、インキュベーション時間の変動は予測不可能である。

「ロックステップ」アルゴリズムを用いたスライド処理では処理済みのスライドの数あるいはスライドプロトコルが変化しても全てのインキュベーション時間は正確であり、予測可能である。ロックステップアルゴリズムではインキュベーション時間はインキュベーション時間は確保されるがインキュベーション時間は基本時間の累積になる。例えば、インキュベーションサイクルが２分の場合、合計インキュベーション時間は２の倍数（すなわち、２分、４分、６分、８分・・・）になる。これに対して、本発明の好ましい実施例では４分のインキュベーション時間を用いる。一般に、典型的なインキュベーション時間は基本インキュベーション時間より一桁長いので、インキュベーション時間は特定の制約にはならない。

一般に、従来の染色システムは高温が要求される段階において、対流か輻射熱のいずれかで標本を室温よりも高い温度に暖めている。スライドを加熱することによって化学反応が加速され、染色品質が向上し、抗体が反応する体温（約３７℃）に反応温度をより厳密に合わせることができる。こうした対流または輻射加熱器は抗体ベースのＩＨＣには適していたが、核酸ベースのＩＳＨにはそれほど適していない。すなわち、この場合にはＤＮＡを変性させるためにより高温でより正確な温度制御を必要とする。標的標本とプローブの両方のＤＮＡ二重らせんを変性させるためには、二重らせんの融点、通常約９４℃よりも高い温度にしなければならない。ＩＳＨではプローブハイブリッド形成を所望の厳密性で行うために正確な温度制御も要求される。選択される温度は、プローブと標的標本との間のハイブリッド形成を可能にする低い温度であって、しかも、ミスマッチのハイブリッドが形成するのを防ぐ高い温度でなければならない。

従来の組織自動染色機で一般に使用される熱風対流、伝導または輻射加熱ユニットは個々のスライドの温度を別々に制御することができない。従来のシステムでは、プロセス中の任意の所定時間に全てのスライドが同じ温度に加熱される。例えば、Ｂｏｇｅｎ達の下記文献には複数の顕微鏡スライドを支持する分配組立体が開示されている。
米国特許第５，６４５，１１４号明細書 米国特許第６，１８０，０６１号明細書

各スライド保持器には抵抗加熱器が設けられているが、Ｂｏｇｅｎ達に開示の組立体では全てのスライドが同じ温度に加熱され、別々に加熱制御するあるいは隣接するスライドが発生する熱からスライドを保護する手段は全く開示されていない。
ＩＨＣとＩＳＨ試験のいずれの場合も、組織の典型的保存方法に他の問題がある。すなわち、診断用病理学研究所の主要作業はスライドガラス上に載せ組織片をホルマリン固定し、パラフィン封入することであった。しかし、この保存剤による固定ではアミノ酸と核酸の両方で高分子の架橋の原因となる。こうして架橋した成分はＩＳＨの場合は標的核酸にプローブを接近させるために、ＩＨＣの場合は抗体がそれに対応する抗原を認識できるようにするために除去しなければならない。この抗原および／または核酸の「アンマスキング」は一般に手作業による多くの前処理、前溶解温浸および洗浄段階を必要とする。

また、パラフィンが抗体またはプローブの結合をじゃましないようにするためにパラフィンを染色前に完全に除去する必要がある。手作業による脱パラフィンは一般にキシレン、置換キシレンまたはトルエン等のパラフィン溶剤で２〜３回連続洗浄して行うが、今日では物理的分離方法をベースにした自動化法が用いられている。下記文献には有毒な溶剤を必要とせず、水性溶剤を用いた自動洗浄システムが開示されている。
米国特許第６，５４４，７９８号（Christensen達）

従来技術の上記説明の多くは下記特許（ヴェンタナメディカルシステムズに譲渡されている）に記載のものである。
米国特許第６，２９６，８０９号（Richard達）

この特許文献にはプロトコルが種々の温度パラメータを必要とするときでも各標本が個別化された染色または処理プロトコルを受けることができるように、顕微鏡スライドに載せられた多数の組織標本を自動で染色または処理する装置および方法が記載されている。特に、この’８０９号には標準顕微鏡スライドガラスに載せられたまたは貼られた組織または細胞に化学的または生物学的試薬を自動塗布するコンピュータ制御されたバーコード駆動型の染色機器が記載されている。この’８０９号では、複数のスライドが回転ラックに円形配列で載せられ、この回転ラックはコンピュータの指示に従って分配場所まで回転し、分配場所ではスライドの上方に位置した第２の回転ラック上の一連の試薬分配器の１つの下側に各スライドが配置される。各スライドは選択された試薬（例えばＤＮＡプローブ）を受け、最適な順序で所望時間だけ洗浄、混合および／または加熱される。
上記第’８０９号特許では各スライドが回転ラック上に放射状に取り付けられたサーマルプラットホーム上に支持される。回転ラックには温度検知器も取り付けられ、各サーマルプラットホームを個別に独立してモニターおよび制御している。上記第’８０９号特許に記載の装置はヴェンタナメディカルシステムズ（アリゾナ州、ツーソン）からＤＩＳＣＯＶＥＲＹ（商標）またはＢＥＮＣＨＭＡＲＫ（商標）で市販されている。

本発明は上記第’８０９号特許に記載の従来の装置および方法を変形し、改良したものである。

本発明ではスライドを試薬、染色および洗浄ステーションへ運んでくるのではなく、スライドを固定配置し、試薬、染色および洗浄ステーションを固定されたスライドの所へ運んでくる。
すなわち、本発明ではスライドが装置内に固定的に配置され、スライドの所へ各種洗浄、染色および試薬流体が選択的に送られる。スライドを装置内の定位置に固定することによって加熱器への配線が単純になり、スライド回転ラックの始動、停止、高速回転によってスライドがずれる危険が避けられる。スライドがずれると、最悪の場合、ずれた１つのスライドが隣りのスライドとぶつかり、このずれたスライドがそのまた隣りのスライドにぶつかり、次々とスライドがずれるドミノ現象（列車転覆効果）となる危険がある。
本発明の上記以外の特徴および利点は添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。

以下、図面を参照するが、同様な部品には本明細書を通じて同じ参照番号を付けてある。［図１］は本発明の分子病理学装置の第１実施例の斜視図で、全体を参照番号１０で示してある。
図を明瞭にするために試薬瓶の一部、キャビネット外板、液体供給管路、空気供給管路および電線は省略してある。この装置１０は顕微鏡スライド上に載せられた組織を核酸プローブ、抗体および／または試薬を用いて所望の順番、時間および温度で染色または処理するための装置である。次に、染色または処理が終わった組織片は、検査医がスライドを顕微鏡を用いて観察することで患者の診断、予後または治療の目的に応じて利用される。

第１実施例の装置１０はシステム１２（［図２］）の一つの部品またはモジュールとして機能する。このシステム１２はホストコンピュータ１４、好ましくはパーソナルコンピュータと、モニター１６と、キーボード１８と、マウス２０と、大容量流体容器２２と、廃液容器２３と、関連機器とで構成される。このシステム１２に追加の染色モジュール、その他の機器を追加し、サーバーの役目をするコンピュータ１４とネットワークを作ることもできる。変形例ではこれらの一部または全てを上記装置１０に組み込んでスタンドアロンの機械にすることができる。

［図３］[図３Ａ］および[図４］〜［図７］を参照する。以下で詳細に説明するように、複数のスライドプラットホーム５０（［図４］、［図５］）が引出し３４（［図１］）の中心点３２を中心に放射状に取り付けられている。組織標本を有する標準スライドガラス６０はこの引出し３４上に載置される。引出し３４はハウジング３０内でレール４０上に摺動自在に取り付けられる。各スライドの温度は上記特許文献’８０９に記載のセンサおよびマイクロプロセッサによって個々に制御できる。

各スライドプラットホーム５０は個々の電線を介してマルチプレクサ（図示せず）に接続され、このマルチプレクサはマイクロプロセッサ（図示せず）に接続されている。本発明の特徴および利点はスライドプラットホーム５０を引出し３４内部に固定して取り付けることによって得られる。すなわち、個々の加熱器と温度検知器を配線で接続でき、それによって、回転スライドラックの配置および位置決めのために従来装置で必要とされていたスリップリング組立体またはロータ連結や複雑なステップモータ等が不要にあり、しかも、回転スライドラックの高速始動・停止時にスライドが移動、変位する危険が避けられる。

本発明の一つの実施例では、2001年9月11日出願の米国同時係属出願第09/953,417号に記載の複数の溝または溝穴を各スライド加熱器の上側表面すなわちスライド加熱器とスライドとの間の界面に形成して、加熱中に発生する気泡を集めて排気する。この特許に記載の内容は本明細書の一部を成す。

［図１］［図２］［図５］［図６］を参照する。引出し３４はスライド支持トレー３３を支持し、この支持トレー３３は円形皿３５を支持している。この円形皿３５は飛沫よけの役目をする周囲壁３６と周囲トラフ３７と中心ドレン３８（すなわち中心点３２の所にある）とを有し、これら両者はドレンライン３９と連結し、このドレンライン３９は廃液容器２３と連結している。引出し３４はハウジング３０内でレール４０上に摺動自在に載置されている。好ましい実施例ではレール４０は３つの部品からなる伸縮自在（入れ子式）のレールからなり、従って、引出し３４を摺動させてハウジング３０から出し、全てのスライドプラットホーム５０にアクセスできる状態で各スライドをロードおよびアンロードできるようになっている。引出し３４を滑らかに運動させるための緩衝手段（例えば空気圧手段、電動手段、機械バネダンバー等）を設けて、引出しを戻したときにスライドが外れるのを防ぐのが好ましい。スライド支持トレー３３は空気圧シリンダー５２（［図１］参照）のようなリフト機構上に支持されている。このリフト機構は、引出し３４が摺動してハウジング３０中に入る時および出る時にスライド支持トレー３３および円形皿３５を下げて壁３６がノズル支持体１００に当たらないようにするように、自動的に割出され、スライド支持トレー３３を上下移動させる。

引出し３４は３５個に等分割されたパイ状部分７０を有している。このパイ状部分７０の中の３０個はスライドプラットホーム５０が占めており、残りの５個のパイ状部分７０Ａ（［図４］）は引出し３４の後方にあって、スライドプラットホーム５０で占められていない。換言すれば、３０個のスライドプラットホーム５０の列が引出し３４上に互いに等間隔で放射状に載っている（ただし、両端部を除く）。
本発明は３０個の作動スライド位置に限定されるものではなく、それよりより多いまたは少ない数のスライド位置を用いることができる。変形例ではスライドプラットホーム５０を一直線状に整合させることができ、その場合にはプラットホームの数は潜在的には無限になる。

［図１］［図３］を参照する。スライド式引出し３４の上側にはノズル支持体１００が同心状かつ回転自在に取り付けられている。ノズル支持体１００はブリッジ１１０に支持されたシャフト（図示せず）に取り付けられ、コンピュータ制御のステップモータおよび駆動ベルト（図示せず）で駆動されて引出し３４の後方の定位置１０４からプラスまたはマイナス方向へ約１８０°回転する。コンピュータ制御のステップモータおよび駆動ベルトはこの業界で一般的なものであるので、これらの説明は省略する。

ノズル支持体１００は試薬分配場所以外の各種スライド処理ステーションを支持する。すなわち、ノズル支持体１００は２つの洗浄ノズルブロック１０２、容量調節／ストリンジェンシー（厳重性）ブロック１０３、Liquid Coverslip（商標）蒸発抑制剤の液体を塗布するブロック１０５、渦巻き攪拌器の空気噴流ブロック１０６、噴流ドレン１０８等を支持し、これらは全て染色、染み抜き等をスライドに指示されたバーコード（図示せず）およびバーコード読取り機１０９に当たらないようにスライドを準備するためのものである。これらは全てCopeland達の下記特許文献に詳細に説明されており、これらの特許の記載は参考として本明細書の一部を成す。
米国特許第５，５９５，７０７号明細書 米国特許第５，６５０，３２７号明細書 米国特許第５，６５４，１９９号明細書 米国特許第５，６５４，２００号明細書

ノズル支持体１００は、例えばCopeland達の上記第’７０７号 特許に記載されているように、試薬塗布以外のスライドの準備、洗浄、試薬の混合、Liquid Coverslip（商標）塗布等の全ての機能を行い、さらに以下で詳細に説明する試薬塗布プローブ用の洗浄ステーション１２１、１２２も有している。
必ずしも必要ではないが、各種ノズルブロック、渦巻き攪拌器の空気噴流ブロック、噴流ドレン等は互いの近傍に配置されていて、ノズル支持体１００が割り出され、「ロックステップ」状に前進し、許可されたプロトコルに従ってスライドを順番に処理できるようにするのが好ましい。例えば、ジェットドレン１０８は、ノズル支持体１００が選択されたスライド、洗浄されたスライドおよび除去された流体等を通り越して「ロックステップ」状に前進するように、洗浄ノズルブロック１０２のすぐ隣りに配置される。また、必要な場合には、渦巻き攪拌器空気噴流ジェットブロック１０６を互いに隣接する２つのスライドに同時に当たるように向けることができる。

図を明瞭にするために、流体、および、複数のスライド処理ステーションのための空気供給管状材料は省略してある。しかし、流体および空気供給管状材料は、各スライド処理ステーションが各スライド６０に達することができるように、弁板を装置の後方の定位置からプラス、マイナス方向へ約１９０°回転させるのに十分な長さに作ることは理解できよう。さらに、後で詳細に説明するように互いに一回転の２／３５（約２０°）だけ離れて配置された一対の洗浄ステーション１２１、１２２が取り付けられ、これらのステーションはノズル支持体１００の周囲を超えて放射状に延び、ノズル支持体１００と一緒に回転する。

試薬支持体３００はノズル支持体１００の垂直方向上側でブリッジ１１０に固定されている。このブリッジ１１０のアーチはハウジング３０に固定されている。複数の試薬瓶３０２は試薬支持体３００の外周近傍に等間隔に形成された凹部３０４内に着脱自在に取り付けられている。図示した実施例では、全部で３５個の試薬瓶が一回転の約１／３５（約１０°）だけ間隔をあけて試薬支持体３００に取り付けられている。

試薬にはスライドに塗布される任意の化学的または生物学的物質が含まれ、例としては核酸プローブまたはプライマー、ポリメラーゼ、一次および二次抗体、消化酵素、前固定液、後固定液、読取り化学、対比染色等が挙げられる。

［図８］を同時に参照すると、各試薬瓶３０２は円筒形中空体３０５と、それと一体な底壁とからなる。各試薬瓶の内側底壁は後で詳細に説明するように試薬運搬プローブによる試薬の取り出しを容易にするために円錐形、すなわち仮想破線３０３で示すような形であるのが好ましい。各試薬瓶３０２にはブラケット３０６が一体形成されている。このブラケット３０６は試薬支持体３００内の所望の高さに試薬瓶３０４を維持する役目をすると同時に、複数の試薬瓶３０２を互いに連結させる役目もする。すなわち、各ブラケット３０６はヒンジ要素３０８を有し、このヒンジ要素３０８によって隣りの試薬瓶３０２のヒンジ要素３１０と連結できる。図示した実施例では、ヒンジ要素３０８および３１０は一般的なピンヒンジで示されている。すなわち一般的なドアヒンジと同じように、ピンヒンジの上側ヒンジ３１０がピン３１２を有し、このピン３１２が下側ヒンジ３０８に差し込まれる。しかし、試薬瓶３０２はこれ以外の種々の方法でヒンジ結合できる。

ブラケット３０６は試薬瓶３０２の中身を識別するためのバーコード３１６を支持する平面３１４を有するのが好ましい。試薬瓶３０２は試薬瓶の上端に取り付けられたインサート３１８と試薬瓶３０２を密封するための蓋３２２とを有している。インサート３１８はテーパー上面３２０と後で詳細に説明する試薬運搬プローブ３２８を位置決めするための入口３１９とを有している。蓋３２２は試薬瓶３０２にねじって密封されるか、スナップ嵌めされる。

試薬瓶３０２のテーパー円錐底３０３にはプローブ３２８がぴったりと嵌めこまれている。プローブ３２８の下端にはテーパーが付けられている。インサート３１８内には試薬を取り出す時に気圧を平衡させるための弁３２１が形成されている。蓋３２２はテーパー状の内面と入口を密封するための栓３２３を有している。
ブラケット３０６は互いに取付自在であるので、使用する一連の試薬をまとめることができ、また、試薬を使用しない時には一連の試薬を取り外して例えば一晩、冷蔵することができる。

［図７］［図８］［図９］を参照すると、ブラケット３０６の側壁３２４にはテーパーが付けられていて、２つの試薬瓶が試薬支持体３００の凹部３０４中に取り付けられ且つ一列に固定されたときに２つの試薬瓶の間にパイ状空間３２６が形成される。試薬支持体３００には貫通した穴３２８が形成されている。この穴３２８は凹部３０４と同心円内に形成され、互いに隣接する２つの凹部３０４の間に等間隔に配置されている。パイ状空間３２６および穴３２８の役目は後で詳細に説明するように試薬運搬プローブ４０２、４０４のための隙間を与えることにある。

再び［図１］を参照すると、試薬支持体３００の上側にはそれと同心状にアーム４００がアーチ４０５上に回転自在に取り付けられている。アーム４００はその末端に約１０°の間隔で離れて配置された一対の試薬運搬プローブ４０２、４０４を支持している。アーム４００はさらに、試薬瓶に付いてるバーコード３１６を読み取るためのバーコード読取り器４０６を支持している。アーム４００はコンピュータの指令で駆動されるステップモータ（図示せず）によって回転駆動され、定位置４１０からプラスまたはマイナス方向へ約１８５°回転する。

試薬運搬プローブ４０２および４０４は互いに同一であり、好ましくは試薬瓶から試薬を吸引または「吸込み」、スライドまで移動し、スライド上で試薬を「吐く」または塗布するための自動ピペット計量／分配取り出し装置を構成する。この「吸込み」／「吐く」自動ピペット／計量分配取り出し装置は下記文献に記載されており、この特許の記載は参考として本明細書の一部を成す。
国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／０４３７９号公報

試薬運搬プローブ４０２および４０４はアーム４００の末端部に支持され、プローブの一方、例えばプローブ４０２がスライド６０の上方で中央に配置されたときには他方の試薬運搬プローブ４０４が２つのプローブ洗浄ステーション１２１または１２２の一方の上方中央に位置決めされるように互いに間隔をあけて配置されている。プローブ４０２および４０４は空気圧シリンダー４０３ａ、４０３ｂによって選択的に上下移動て下記の位置の１つに配置される：
(1)試薬瓶３０２の頂部より上側の高い運搬位置（アーム４００は自由回転する）；
(2)プローブの一方が選択された試薬瓶３０２中に挿入され、選択された試薬瓶の中から測定された量の試薬をプローブの中に引入れる試薬抜き出し位置；
(3) 試薬を入れた試薬運搬プローブが２つの試薬瓶の間のパイ状空間３２６中に配置されて、選択されたスライドの上側でスライドに試薬を分配する試薬分配位置；
(4)他方のプローブ（すなわち試薬の分配に使用しないプローブ）が、試薬が分配されるスライドを跨ぐ一方のプローブ洗浄ステーション１２１または１２２に作動的に配置される洗浄位置。
本発明装置は一本の試薬運搬プローブのみで作ることもできるが、互いに間隔をあけて配置した２本の試薬運搬プローブを用いることでサイクル速度を速くすることができる。すなわち、後で説明するように、２つの試薬運搬プローブの一方が洗浄サイクルにある間に、他方の試薬運搬プローブを用いて試薬計量を行うことができる。換言すれば、２本の試薬運搬プローブの一方（例えば試薬運搬プローブ４０２）がスライドに試薬を分配している間に、他方の薬運搬プローブ（すなわち使われていない試薬運搬プローブ４０２）をプローブ洗浄ステーション１２１へ下げ、そこで使われていない試薬運搬プローブの内側および外側を同時に洗浄することができる。

［図１０Ａ］および［図１０Ｂ］を参照してプロセス全体を説明する。
標本を支持した複数のスライド６０をスライドプラットホーム５０に取り付け、選択された試薬瓶３０２を試薬支持体３００に取り付け、引出し３４を閉め、スライドと試薬のバーコードを読み取る。コンピュータがマスタープロトコルを計算し、工程全体の実行ステップをダウンロードする。ノズル支持体１００が第１スライドに割り出され、スライドが洗浄され、ノズル支持体１００を「ロックステップ」方式で前進させることで予めプログラムされた実行ステップに従って染色、その他の処理をするためのスライドの準備が行われる。その間に、プローブアーム４００が該当する試薬瓶３０２の所まで回転し、２つの試薬運搬プローブの一方（４０２または４０４）が上記の選択された試薬瓶の上方に割り出される。次いで、このプローブが下げられて所望の試薬を所定量だけ吸引する。次に、試薬を入れた運搬プローブが持ち上げられ、アーム４００は選択されたスライドへ移動し、そこで試薬運搬プローブがスライドのすぐ上まで下げられ、試薬がスライドに分配される。その間に、使われていない試薬運搬プローブが洗浄ステーションの一方（１２１または１２２）へ下げられ、そこでその試薬運搬プローブの内側および外側が洗浄される。次いで、両方の試薬運搬プローブの４０２および４０４が持ち上げられ、上記のプロセスが繰り返されるが、今度は試薬の吸引および次のスライドへの分配に前段階で洗浄されたばかりの試薬運搬プローブが用いられる。試薬が前回と同様にスライドに分配され、アクティブな試薬運搬プローブが新しいスライドに試薬を分配している間に、使われていない試薬運搬プローブが洗浄される。

全てのスライドが処理されるまで上記のステップが繰り返される。図示した実施例では便宜上、各スライドステーションでの滞留時間は６×（２／３）秒にしてある。この滞留時間は４分のサイクルを３６の時空間で割って出したもので、３０個のスライド位置と、スライド支持体上を超過するための５つのブランクスライド位置と、最後のスライド位置から第１スライド位置にノズル支持体１００を戻すための１つの「仮想」スライド位置とを足したスライド位置１つ当たりの時空間である。ノズル支持体１００は仮想スライド位置を設けることによってその移動範囲の他端まで邪魔されずに戻ることができる。

上記のヴェンタナ システムズで用いられる染色アルゴリズムはランダムアクセス法に伴うスケジューリングの問題を「ロックステップ」方式を用いることによって回避している。このロックステップアルゴリズムでは処理機能を保持するノズル支持体１００が１つのスライド位置割出に「ｎ」秒（スライド割出し時間とよばれる）ごとに回転されることが要求される。このスライド割出し時間はできるだけ短くするのが好ましいが、最長の時間を要する機能が割出し時間内で完了するのに十分な長さにする。本発明の実施例ではこの「ｎ」は６×（２／３）である。割出し時間は通常約数秒である。ノズル支持体１００が完全に１回転する時間は基本インキュベーション時間とよばれ、ブランクおよび仮想スライド位置を含むスライド位置の数の「ｎ」倍になる（例えば、スライド割出し時間が６秒で、スライド位置が２０ある場合には、インキュベーション時間は１２０秒または２分になる）。

工程全体を通じてノズル支持体１００は「ｎ」秒ごとに１つのスライド位置に割り出される。割出し後、システムは各処理ステーションにあるスライドがそのステーションの機能を要求しるか否かをみるためにスケジュールをチェックする。例えば、洗浄ステーションにあるスライドが洗浄の予定であれば、このスライドを洗浄する。同様に、試薬塗布ステーションにあるスライドに新しい試薬を塗布する予定があれば、そのスライドに新しい試薬が塗布する。

上記の本発明方法には従来法にはない利点がある。一つの利点は、スライドプレートを定位置に固定することによって、従来のスライド回転ラックの急激な始動・停止回転時にスライドがずれ（そして標本がずれ）る危険が排除されることである。さらに、２つの運搬注射器を用いることによってサイクル時間を増やさずに運搬注射器を効率的に洗浄できる。
さらに、可動要素（すなわちノズル支持体１００およびプローブ支持アーム４００）はどちらの方向にも約１９０°以上移動する必要がないため、全ての電気的接続、空気の接続および流体の接続をスリップリングやロータ連結具を必要とせずに接続できる（ホースや電線は１９０°以上のねじりを受けても問題はない）。

本明細書で説明する機器がノズル支持体を連続回転できるようにしてもよい。回転が３６０°を超える前にノズル支持体１００は始動位置に戻る必要がある。これはスライドが回転ラック上で回転し、処理機能がスライドの上側で固定された場合でも必要である。同様に、他の非回転設計、例えば直線状または２次元形状にすることもできる。これらの場合、染色工程中にスライドまたは処理機能を最初の始動位置に戻す必要がある。大抵の場合、これに要する時間は割出し時間を上回り、ロックステップアルゴリズムの基本要求条件を侵すことになりやすい。しかし、その場合でも上記の「仮想スライド」の概念によってロックステップアルゴリズムをも利用することができる。すなわち、仮想スライドが実際のスライド位置の合計数に追加され、従って仮想スライドに割り当てられた割出し時間を用いてスライドまたは処理ステーションを始動位置へ戻すことができる。こうして正しい所定のインキュベーション時間が維持される。

以上、本発明の一つの実施例を説明したが、本発明は種々変更できる。例えば、高架アームに一つまたは一対の運搬注射を用いる代わりに、下記文献に記載の複数のマイクロデリバリー試薬流体分配器を試薬回転ラックが支持することができる。
米国特許第６，０４５，７５９号明細書 米国特許第６，４１６，７１３号明細書 米国特許第６，１９２，９４５号明細書

さらに、個々に加熱されるサーマルプラットホームを用いるのが好ましいが、従来の加熱技術を用いてスライドを加熱することもできる。
［図１１］〜［図１９］を参照すると、本発明の第２実施例が示されている。［図１１］は第２実施例の分子病理学装置の斜視図であり、全体が参照番号１０００で示されている。図を明瞭にするために、試薬分配器および分配器支持部は１つだけを示し、他は全て省き、さらに、キャビネット外板、液体と気体の供給管および電線は省いてある。この装置１０００は顕微鏡スライドに載せられた組織を核酸プローブ、抗体および／または試薬を用いて所望の順番、時間および温度で染色または処理するためのものである。こうして染色または処理された組織部分は次に顕微鏡に載せられ、開業医が患者の診断、予後または治療の選択の目的でスライドを観察する。

一実施例では、装置１０００（［図１２］）は、ホストコンピュータ（好ましくはパーソナルコンピュータ）１０１４、大容量流体容器１０２２、廃液容器（図示せず）および関連機器を含むシステムの一つの部品またはモジュールとして機能する。このシステムに追加の染色モジュール、その他の機器を追加してコンピュータ１０１４をサーバーとしたネットワークを作ることもできる。変形例ではこれらの部品のいくつかまたは全てを装置１０００中に組み込んだ独立した機械にすることもできる。

［図１４］［図１５］［図１８］も参照する。以下で詳細に説明するように、組織標本を有する標準スライドガラス１０６０が載置されたスライド支持組立体１０９９の中心点１０３２の周りに複数のスライドプラットホーム１０５０が放射状に取り付けられる。引出し１０３４はレール１０４０等の上に乗ってハウジング１０３０内に摺動自在に取り付けられている。各スライドの温度は上記特許文献’８０９に記載のセンサおよびマイクロプロセッサによって個々に制御できる。

第１実施例と同様に、各スライドプラットホーム１０５０は個々の電線を介してマルチプレクサ（図示せず）に接続され、このマルチプレクサはマイクロプロセッサ（図示せず）に接続される。さらに第１実施例と同様に、本出願人の２００１年９月１１日出願の米国同時係属出願第０９／９５３，４１７号に記載のように、各スライド加熱器の上面、すなわちスライド加熱器とスライドとの間の界面には、加熱中に発生する気泡を集めて排気するための複数の溝または溝穴が形成されている。この特許の記載内容は本明細書の一部を成す。

［図１４］〜［図１６］を参照する。引出し１０３４はスライド支持体１０３３から成るスライド支持組立体１０９９を支持し、この支持体１０３３は円形皿１０３５を支持している。この円形皿１０３５は飛沫よけの役目をする周囲壁１０３６と、周囲トラフ１０３７と、中心ドレン１０３８（中心点１０３２の所にある）とを有し、周囲トラフ１０３７と中心ドレン１０３８はドレンライン１０３９に連結され、このドレンライン１０３９は廃液容器１０２３と連通している。引出し１０３４はレール１０４０上に乗ってハウジング１０３０に摺動自在に収容される。好ましい実施例ではレール１０４０は３つの部品からなる伸縮自在（入れ子式）のレールからなる。従って、スライドのロード／アンロード時に全てのスライドプラットホーム１０５０にアクセスできるようにするために、引出し１０３４を摺動させてハウジング１０３０外に出せるようになっている。引出しの移動を滑らかにするために緩衝手段、例えば空気圧手段、電動手段、機械バネ緩衝器等（図示せず）を設けて引出しを戻したときにスライドが外れるのを防ぐのが好ましい。スライド支持組立体１０９９は空気圧シリンダー１０５２（［図１１］参照）のような昇降機構上に支持されている。この昇降機構はスライド支持組立体１０９９を上下に移動させて自動的に割り出し、引出しが装置内および外へ摺動する際に壁１０３６がノズル支持体１１００に当たらないようにするために、スライド支持プレート１０３３および円形皿１０３５を下げるようになっている。

スライド支持組立体１０９９は３５個に等分割されたパイ状部分１０７０を有している。３０個のパイ状部分１０７０はスライドプラットホーム１０５０で占められ、引出し後方にある残りの５個のパイ状部分１０７０Ａ（［図１５］）にはスライドプラットホーム１０５０がない。換言すれば、３０個のスライドプラットホーム１０５０からなる列が列の両端部を除いてスライド支持組立体１０９９上に放射状に互いに等間隔で載っている。

しかし、本発明は３０個の作動スライド位置に限定されるものではなく、より多いまたはより少ない数のスライド位置を用いることができる。変形例ではスライドプラットホーム１０５０を一直線状に並べることができる。この場合にはプラットホームの数は基本的に無限である。
［図１１］［図１４］[図１８］を参照すると、ノズル支持体１１００はスライド支持組立体１０９９の上側に同心状および回転自在に取り付けられている。ノズル支持体１１００はブリッジ１１１２に回転自在に取り付けられたシャフト１１１３に取り付けられ、コンピュータ制御のステップモータおよび駆動ベルト（図示せず）によって駆動され、引出しの後方にある定位置からプラスまたはマイナス方向に約１９０°回転する。コンピュータ制御のステップモータおよび駆動ベルトは一般的なものであり、わかりやすくするためにこれらの説明は省略する。

［図１３］を参照すると、ノズル支持体１１００は試薬分配ステーション以外に各種のスライド処理ステーションを支持している。すなわち、ノズル支持体１１００は２つの洗浄ノズルブロック１１０２、容量調節／ストリンジェンシー（stringency、厳重性）ブロック１１０３、Liquid Coverslip（商標）蒸発抑制剤液体の塗布ブロック１１０５、渦巻き攪拌器の空気噴流ブロック１１０６、噴流ドレン１１０８等を支持している。これらは染色、染み抜き等のためにスライドを準備するためのものであり、スライドに支持されたバーコード（図示せず）およびバーコード読取り機１１０９に当たらないようになっている。これらはＣｏｐｅｌａｎｄ達の下記文献に詳細に説明されており、この特許の内容は本明細書の一部を成す。
米国特許第５，５９５，７０７号明細書

換言すれば、ノズル支持体１１００は例えばＣｏｐｅｌａｎｄ達の上記特許’７０７号に記載のように、試薬塗布以外のスライドの準備、洗浄、試薬の混合、Liquid Coverslip（商標）の塗布等の全て機能を行う。
各種ノズルブロック、渦巻き攪拌器の空気噴流ブロック、噴流ドレン等を互いに隣接配置して、許容されたプロトコルに従って選択されたスライドを順番に処理できるようにノズル支持体１１００の割り出し、「ロックステップ」方式で前進させるのが好ましい。例えば、ジェットドレン１１０８を洗浄ノズルブロック１１０６のすぐ隣に配置して、ノズル支持体１１００が選択されたスライド、洗浄されたスライドおよび除去された流体等を通り越して「ロックステップ」方式で進むようにすることができる。また、必要な場合には、渦巻き攪拌器空気噴流ジェットブロック１１０６を互いに隣接する２つのスライドに同時に当たるように向けることができる。

図を明瞭にするために、複数のスライド処理ステーションのための流体および空気の供給管は省略してある。流体および空気の供給管は弁板を装置の後方の定位置からプラス、マイナス方向に約１９０°回転させるのに十分な長さで、各スライド処理ステーションが各スライド１０６０に到着できるようになっているということは理解できよう。

［図１１］および［図１４］を参照すると、試薬支持体１３００はノズル支持体１１００の垂直上側でケージ１１０に固定的に取り付けられ、このケージ１１０はシャフト１１１３に回転自在に取り付けられている。このシャフト１１１３はステップモータおよびベルト（図示せず）によって駆動される。試薬支持体１３００の周囲近傍には複数の試薬分配器１３０２が等間隔に着脱自在に取り付けられている。図示した実施例では、３５個の試薬分配器１３０２が一回転の約１／３５（約１０°）の間隔で試薬支持体１３００に支持されている。これらの試薬分配器１３０２は湾曲した分配器支持部１３０３に取り付けられ、この分配器支持部１３０３は試薬支持体１３００に取り付けるのが好ましい（［図１７Ａ］参照）。

湾曲した分配器支持部１３０３を用いることによって、研究所のオペレータは使用時に試薬分配器１３０２のキットを取付け、使用しない時には試薬分配器１３０２のキットを取り外して例えば一晩冷蔵することができる。
試薬にはスライドに塗布される任意の化学または生物学的物質、例えば核酸プローブ、プライマー、ポリメラーゼ、一次および二次抗体、消化酵素、前固定液、後固定液、読取り化学、対比染色等が含まれる。

［図１７Ａ］［図１７Ｂ］には試薬分配器１３０２が分配器支持部１３０３に取り付けられた状態で示されている。
［図１７Ａ］と［図１７Ｂ］から分るように、各試薬分配器１３０２はバーコード読取り器（図示せず）によって読むことができるバーコードを取り付けることができるプレート１３０７を支持している。

［図１８］を参照する。ハンマーまたはピストン１４００がアーム１４０２によって支持され、このアーム１４０２はシャフト１１１３に取り付けられ、このシャフト１１１３と一緒に回転する。ハンマー１４００はノズル支持体１１００と一緒に移動するように固定されており、さらに、試薬分配器１３０２の上方で垂直方向および同心状に作動的に整合している。ハンマーまたはピストン１４００はサーボまたはピストン１４０４を有し、このピストン１４０４は垂直方向に移動して選択された試薬分配器の頂部と係合し、下記文献に記載されているように分配器から計量された量の試薬を押し出す。
米国特許第６，１９２，９４５号明細書

すなわち、選択されたスライドに選択された試薬を分配するために、処理ステーションで予め準備された（例えば洗浄等を行った）ノズル支持体１１００に支持された選択されたスライドの垂直方向上方の分配位置に、ノズル支持体１１００が回転移動する。ハンマーはノズル支持体１１００と一緒に動くようにキー止めされているので、ハンマーまたはピストンの移動に時間を浪費せず、ハンマーまたはピストンは垂直方向に整合される。本発明の１つの特徴および利点は試薬支持体１３００が電気的接続も配管連結も必要としないことにある。すなわち、試薬支持体１３００はどの方向にも無制限に回転することができる。

［図１９Ａ］［図１９Ｂ］を参照する。プロセス全体は下記の通りである。
標本を支持した複数のスライド１０６０をスライドプラットホーム１０５０に取り付け、選択された試薬分配器１３０２を試薬支持体１３００に取り付ける。引出し１０３４を戻し、スライドおよび試薬バーコードを読み取る。コンピュータが基本プロトコルを計算し、次に工程全体の実行ステップをダウンロードし、ノズル支持体１１００およびハンマーまたはピストン１４００が第１スライドに割り出され、スライドが洗浄され、予めプログラムされた実行ステップに従ってノズル支持体１１００を「ロックステップ」方式で前進させて染色、その他の処理をするためのスライドの準備が行われる。その間に、試薬支持体１３００が回転して選択された試薬分配器３０２を選択されたスライド１０６０の上方へ配置し、ハンマーまたはピストン１４００が作動して測定された量の所望の試薬を分配する。第２のスライド、および続くスライドに対しても上記のプロセスが繰り返される。
本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、他の変更を加えることができる。

本発明装置の第１実施例の斜視図で、スライドキャビネットの外板を外した状態で示してある。 試薬運搬プローブの拡大詳細図。 図１の装置とこの装置と協働するコンピュータ、その他の機器とを一緒に示した第１実施例の斜視図。 図１の第１実施例のノズル支持部の斜視図。 図１の第１実施例のノズル支持部の拡大部分詳細図。 図１の第１実施例のスライドプレート部の拡大詳細図。 図１のスライドプレート部を上から見た斜視図。 図１のスライドプレート部を下から見た斜視図。 図１の第１実施例の試薬支持部の斜視図。 第１実施例の２つの試薬瓶を示す部分分解斜視図。 第１実施例の試薬瓶、蓋およびインサートの断面図。 図１の第１実施例の２つの試薬瓶の平面図。 図１の第１実施例の動作および制御のフローチャート。 図１の第１実施例の動作および制御の別のフローチャート。 本発明装置の別の実施例の斜視図で、スライドキャビネットの外板を外した状態で示してある。 図１１の装置とこの装置と協働するコンピュータ、その他の機器とを一緒に示した別の実施例の斜視図。 図１１の別の変形例のノズル支持部の詳細斜視図。 図１１の別の変形例の詳細分解図。 図１１のスライドプレート部を上から見た斜視図。 図１１のスライドプレート部を下から見た斜視図。 図１１の試薬分配器および分配器支持部の正面図。 図１１の試薬分配器および分配器支持部の背面図。 図１１の別の実施例の試薬分配器起動装置部分の詳細斜視図。 図１１の別の実施例の動作および制御のフローチャート。 図１の第１実施例の動作および制御の別のフローチャート。

Claims (18)

1. スライドの処理装置であって、
   （ａ）上記処理装置に固定されたレール上に摺動自在に支持された、各スライドをロード／アンロード可能なスライド支持体と、
   （ｂ）上記スライド支持体上に支持された各スライドの加熱要素と、
   （ｃ）上記スライド支持体の上方で、上記処理装置に支持された試薬支持体、選択したスライドへ選択した液体を塗布するためのノズル、このノズルのノズル支持体および試薬分配器と
   を有し、上記のスライド支持体および試薬支持体は使用時に固定位置に固定され、これら固定されたスライド支持体および試薬支持体に対して上記ノズル支持体が選択的に相対回転運動することによって、選択した液体を選択したスライドへ供給することを特徴とする処理装置。
2. 上記スライド支持体が互いに間隔をあけて配置された複数のスライドプラットホームを有する請求項１に記載の処理装置。
3. 上記スライドプラットホームがヒータおよび／または温度センサーを有する請求項２に記載の処理装置。
4. 上記スライド支持体が少なくとも１つの液体ドレンを有する請求項１に記載の処理装置。
5. 上記レールの運動を滑らかに減衰するダンパーをさらに有する請求項１に記載の処理装置。
6. 上記スライド支持体が垂直方向に調節可能な状態でリフト機構に支持されている請求項１に記載の処理装置。
7. 試薬分配器が試薬支持体に対して選択的に移動可能である請求項１に記載の処理装置。
8. 薬分配器がロボット分配ピペットを有する請求項７に記載の処理装置。
9. 一つまたは複数のロボット分配ピペットが作業位置と運搬位置との間で垂直方向に移動可能である請求項８に記載の処理装置。
10. 試薬分配器が互いに間隔をあけて配置された２つのロボット分配ピペットを有する請求項１に記載の処理装置。
11. ノズル支持体が少なくとも１つの渦巻き空気噴流または噴流ドレンを有する請求項１に記載の処理装置。
12. ノズル支持体がスライドに被覆流体を塗布するための塗布器を少なくとも１つ有する請求項１に記載の処理装置。
13. ノノズル支持体が定位置からプラスまたはマイナス方向に約１８０°回転移動可能である請求項１に記載の処理装置。
14. 試薬分配器が定位置からプラスまたはマイナス方向に約１８５°回転移動可能である請求項７に記載の処理装置。
15. ノズル支持体に支持され、および／または、試薬分配器に取り付けられたスライドバーコード読取り器をさらに有する請求項１に記載の処理装置。
16. ノズル支持体、試薬支持体および試薬分配器の運動を制御するためのマイクロプロセッサをさらに有する請求項１に記載の処理装置。
17. ノズル支持体に取り付けられた分配器洗浄ステーションをさらに有する請求項１に記載の処理装置。
18. ノズル支持体上に互いに間隔をあけて取り付けられた２つの分配器洗浄ステーションを有する請求項１７に記載の処理装置。

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