JP5945659B2 - 細胞採集装置 - Google Patents

Description

本明細書に記載した発明は、米国政府の支援を受け、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ（ＮＩＨ）（米国立衛生研究所）によって授与された助成第Ｕ５４−ＣＡ１２６５１１号の下でなされたものである。米国政府は、本発明に関して一定の権利を有する。

本出願は、２００９年１１月２０日に出願した係属中の米国特許出願第１２／６２３，２９４号［代理人整理番号２８３５．１２１］の優先権を主張するものである。この係属出願の開示は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、微小センサを有するマイクロ流体装置に関し、より具体的には、抽出し検査するための生体物質、例えば癌細胞を採集するように適合された埋入可能なマイクロ流体装置に関する。

制御された細胞増殖および細胞分裂は、健康な正常細胞の指標である。ヒトおよび動物の器官内の細胞は、それらの細胞の環境、すなわち「微小環境」と絶えず相互作用しており、この微小環境には、細胞の挙動や遺伝子発現などが含まれる。腫瘍の微小環境は複雑であり、隣接する脈管および組織へ腫瘍細胞が浸潤または転移する際には、この微小環境が非常に重要な役割を担っている。このため、当技術分野においては、細胞の挙動や移動、すなわち走化性をより完全に理解するため、腫瘍や腫瘍細胞の微小環境を研究する必要があり、それにより新しい治療法の開発が期待されている。

従来技術によれば、癌細胞を、生体外、すなわちｅｘ ｖｉｖｏで検査・試験するために、腫瘍または腫瘍近傍から細胞を抽出するのが一般的である。非特許文献１によって実施された研究によれば、運動性の癌細胞は、それら癌細胞の隣接位置に増殖因子を担持した針を挿入することによって誘引し捕捉することができる。細胞は、増殖因子、例えば上皮増殖因子（ＥＧＦ）に誘引され、針によって捕捉される。増殖因子または化学誘引物質は、その化学誘引物質を保持する担体、例えばＢＤ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ社が販売しているマトリゲルタンパク質マトリックスまたはその同等物であるタンパク質マトリックスに埋め込むことができる。先行技術によれば、化学誘引物質は周囲の組織内へ拡散し、運動性の細胞を注射器またはカテーテル内へ誘引する勾配を形成する。そして、この勾配によって、注射器またはカテーテル内に細胞を採集し、注射器またはカテーテルで抽出することができる。

米国特許出願第１２／６２３，２９４号 米国特許出願第１０／９４５，５６３号

Ｃｏｎｄｅｅｌｉｓ等（２０００） Ｒａｊａ等、「Ｔｈｅ ＮＡＮＩＶＩＤ：Ａ Ｎｅｗ Ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ Ｃａｎｃｅｒ Ｃｅｌｌ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｉｅｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ、６８５９巻、６８５９１Ｍ〜６８５９１Ｍ−８ページ、２００８年 Ｒａｊａ等、「Ａ ｎｅｗ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｆｏｒ ｃａｎｃｅｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ：Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ＮＡＮＩＶＩＤ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ、７２０７巻、７２０７０Ｅ−１〜７２０７０Ｅ−８ページ、２００９年 Ｂｏｒｏｃａｎ，Ａ．Ｊ．、「ＮＡＮＩＶＩＤ：ａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｃａｎｃｅｒ Ｓｔｕｄｉｅｓ」、修士論文、Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎａｎｏｓｃａｌｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、２００９年

しかしながら、癌細胞を患者から抽出するこの先行技術の方法は、固有の欠点を有する。例えば、腫瘍から細胞を採集する期間が比較的短いため、腫瘍微小環境のより長期的な変化に関する情報がほとんど得られない。特に、腫瘍細胞の挙動や運動性をより完全に理解するには、このような短期間の細胞抽出によって得られる情報は限定的であり、そのような情報は、例えば癌細胞の転移に関して意味のある情報を提供する上で有効でない可能性がある。癌細胞を長期間にわたってｉｎ ｖｉｖｏで採集する方法および装置は、癌細胞の挙動を理解する上で非常に重要であり、癌細胞の転移の最小化または防止につながる可能性がある。本発明の諸態様は、この必要性に対処する方法および装置を提供する。

本発明の第１の態様は、細胞を受け取る入口を有するハウジングと、細胞誘引物質、例えばＥＧＦまたはＣＳＦを含む入口の遠位側のハウジング内に配置された細胞誘引物質空洞と、入口と流体連通した近位端および誘引物質空洞と流体連通した遠位端を有する細胞採集チャネルであり、入口から細胞を受け取るように配置された複数の採集室を含む細胞採集チャネルと、採集チャネル内に配置された複数の電極であって、採集チャネル内に採集された細胞と接触するように適合され、細胞との接触によって、前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極間の電気的特性、例えばインピーダンスの検出可能な変化を引き起こす複数の電極とを備え、または含む細胞採集装置である。一態様では、前記複数の収集室の幅が異なり、例えば、前記複数の収集室の幅が、細胞誘引物質空洞から入口へ向かう方向に異なる。

他の態様では、この装置がさらに、少なくとも誘引物質空洞内に配置された多孔質体を備え、この多孔質体が細胞誘引物質を含む。この多孔質体は、多孔質シリコン、多孔質ヒドロゲルまたは多孔質タンパク質とすることができる。この多孔質体は、ＰＥＧＤＡヒドロゲル、またはＰＥＧＤＡとＰＥＧＭＡヒドロゲルのブレンドを含むことができ、このブレンドは、例えば約１０％〜約３０％のＰＥＧＤＡおよび約０．５％〜約１５％のＰＥＧＭＡを含むブレンド、一般には約１８％〜約２２％のＰＥＧＤＡおよび約８％〜約１２％のＰＥＧＭＡを含むヒドロゲルである。

他の態様では、収集装置のハウジングが、開口と、この開口内に配置された破裂可能膜とを有するカバーを含むことができる。例えば入口に超過圧力を加えることにより、この破裂可能膜を使用して、患者の体内から取り出した収集装置から細胞を吐出させることができる。この超過圧力は、膜を破裂させ、少なくとも細胞の一部を吐出させる。

本発明の他の態様は、細胞を採集する方法であって、細胞を受け取る入口を有するハウジングと、入口の遠位側のハウジング内に配置された細胞誘引物質を含む細胞誘引物質空洞と、入口と流体連通した近位端および誘引物質空洞と流体連通した遠位端を有する細胞採集チャネルとを有する装置を配置すること、細胞誘引物質を、誘引物質空洞から細胞採集チャネルを通して、入口の外へ流動させること、細胞誘引物質によって、少なくともいくらかの細胞を入口内へ誘引し、少なくとも部分的にチャネル内へ誘引すること、チャネル内に細胞が存在することを検出することを備えまたは含み、チャネルを通じた細胞誘引物質の流動を、チャネル内に複数備えられた絞りによって、制限する方法である。一態様では、チャネルを通じての細胞誘引物質の流動をさらに、前記複数の絞りのうちの少なくとも１つの絞りを通過する誘引物質の流れを制限した後、チャネル内の複数の拡張空洞のうちの１つへ通して、流れを広げることを含む。

本発明の他の態様では、この方法が、例えば誘引物質を含む多孔質体を誘引物質空洞内に配置することによって、誘引物質空洞からの誘引物質の流れを調節することを含む。誘引物質を含む多孔質体は、多孔質シリコンまたは多孔質ヒドロゲルとすることができる。この多孔質体は、生物分解性媒質、生物腐食性媒質または非生物分解性媒質とすることができ、この多孔質体は例えば、生物分解性ポリマー、生物腐食性ポリマーもしくは非生物分解性ポリマー、またはこれらの組合せとすることができる。また、誘引物質空洞からの誘引物質の流れを調節することは、ヒドロゲルの１種または数種のポリマーの濃度を変更することによって、例えばヒドロゲルの１種または数種の架橋ポリマーの濃度、例えば多孔質体のヒドロゲルのＰＥＧＤＡおよび／またはＰＥＧＭＡの濃度を変更することによって、達成することができる。

本発明の他の態様は、誘引物質の出口および誘引物質空洞を有するハウジングと、誘引物質を含み、誘引物質空洞内に配置されて、出口から誘引物質を放出するように適合されている多孔質体とを備えまたは含む埋入可能な誘引物質分散装置である。この多孔質体は、多孔質シリコンおよび／または多孔質ヒドロゲルから製作することができる。例えば、この多孔質体は、ＰＥＧＤＡおよび／またはＰＥＧＭＡを有するヒドロゲルとすることができる。

本発明の他の態様は、所望の放出速度で化合物を放出する多孔質体であって、ＰＥＧＤＡと、ＰＥＧＤＡとＰＥＧＭＡのブレンド、の少なくとも一方を含むヒドロゲルを含む多孔質体である。この多孔質体は、約１０％〜約３０％のＰＥＧＤＡと約０．５％〜約１５％のＰＥＧＭＡのブレンドを含むヒドロゲルとすることができる。一態様では、約１８％〜約２２％のＰＥＧＤＡおよび約８％〜約１２％のＰＥＧＭＡを含むヒドロゲルが提供される。放出される化合物は、化学誘引物質、例えばＥＧＦ、ＣＳＦまたはこれらの組合せとすることができる。

本発明の諸態様は、ＮＡＮＩＶＩＤ（すなわちＮＡＮｏ−Ｉｎｔｒａ−ＶＩｉｔａｌ−Ｄｅｖｉｃｅ）の名称で市販されている。本発明の諸態様は刊行物、例えば非特許文献２、３、４および特許文献２からも収集することができる。これらの参考文献の開示は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明の諸態様、特徴、利点は、添付図面と共になされる後述の詳細な説明により明白にされる。

本出願の発明の主題は、本明細書の末尾の特許請求の範囲に詳細に指摘され、明確に請求されている。本発明の上記の目的、特徴、利点、ならびにその他の目的、特徴、利点は、添付図面と共になされる本発明の態様の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

本発明の一態様に基づく採集装置の上からみた状態の斜視図である。 図１に示した装置のベースの上からみた状態の斜視図である。カバーは取り外されている。 図１に示した装置のカバーの下からみた状態の斜視図である。ベースは取り外されている。 図１に示した装置に類似した本発明の他の態様の平面図である。 図３に示した装置の正面図である。 図３に示した装置の右側面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。 本発明の一態様に基づく採集装置の顕微鏡写真の平面図である。 本発明の一態様に基づく多孔質体を製作する際に使用することができるポリマーの化学式を示す図である。 本発明の一態様に基づく多孔質体を製作する際に使用することができるポリマーの化学式を示す図である。 本発明の一態様に基づく多孔質体を製作するための図１７に示したポリマーの重合反応を示す図である。 本発明の諸態様において使用することができる多孔質体の走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ）である。 本発明の諸態様において使用することができる多孔質体の走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ）である。 本発明の諸態様において使用することができる多孔質体の走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ）である。 本発明の諸態様に基づく細胞誘引物質の放出試験結果の棒グラフである。 本発明の諸態様に基づく細胞誘引物質の放出試験結果の折れ線グラフである。

図１は、本発明の一態様に基づく採集装置１０の斜視図である。採集装置１０は、いかなる化合物または構造物の採集用医療装置とすることができ、例えば化学誘引物質などの誘引物質に反応するような細胞を採集するための医療装置とすることができる。本発明の諸態様は、特に医療分野、より具体的には腫瘍学試験および分析において使用されるよう適合されているが、医療分野での使用に限定されず、微小粒子や微小物体を採集することが意味のある任意の分野で使用することができる。

本発明の以下の議論においては、装置１０によって採集する構造物のタイプに関して、細胞（例えば癌細胞）のみが使用されるが、「細胞」という用語の使用は単に、本発明の諸態様の説明を容易にすることを意図したものにすぎず、本発明の諸態様は細胞の採集だけに限定されない。本発明のいくつかの態様では、化合物、構造物、流動物が採集される。例えば、生体性・非生体性化合物、構造物、流動物、すなわち細胞、生体性・非生体性化学物質や化合物、マクロファージ、線維芽細胞、細菌、または哺乳類・非哺乳類の体組織、体液中に存在し得る他の化合物や構造物が採集され得る。例えば、一態様では、アスパラギン酸を使用して細菌を装置１０内へ誘引することができる。

本発明の他の態様では、装置１０がさらに、例えば組織の治療または投薬のために、化合物、構造物、流動体を周囲の環境に放出し、吐出し、投与しまたは分布するように適合され得る。本発明の諸態様によれば、放出される化合物、構造物、流動体には、生体性・非生体性化合物、構造物、流動物、例えば細胞、生体性・非生体性化学物質や化合物、マクロファージ、線維芽細胞、細菌、粒子、微小粒子、ナノ粒子、薬剤、治療薬、あるいは、哺乳類・非哺乳類の体液中に存在し得る他の化合物、構造物、流動物、または哺乳類・非哺乳類の体組織や体液に放出することが望ましい他の化合物、構造物、流動物などが含まれ得る。

図１に示すように、装置１０は、空洞１４と、入口１６と、空洞１４と入口１６の間のチャネルまたは通路１８と、チャネル１８に対して露出した複数の電極２０とを含むハウジング１２を備える。空洞１４、チャネル１８、電極２０は一般にハウジング１２の中に完全に囲われているため、図１ではそれらが破線で示されている。入口１６は細胞の進入口とすることができるが、本発明のいくつかの態様では「出口」としても機能し、「出口」とも呼ばれる。ハウジング１２は、図１に示すように、単一の一体的な構造を成す場合もあるが、一般的にはベース２２およびベース２２に取り付けられたカバー２４を含む。

本発明の諸態様によれば、予め空洞１４、すなわち誘引物質空洞内に、細胞を誘引する化合物、すなわち細胞誘引物質（上皮増殖因子（ＥＧＦ）など）を入れておき、その細胞誘引物質を、例えば拡散・重力・毛管作用によって、チャネル１８内へ流入させ、次いでチャネル１８を通過させる。本発明によれば、入口１６に隣接した位置で誘引物質に触れた細胞は、入口１６からチャネル１８内へ誘引され（例えば走化性によって）、入口１６を通ってチャネル１８内へ移動する。一態様では、細胞誘引物質を空洞１４から漏出させ、チャネル１８を通って、入口１６から放出させる。一態様によれば、空洞１４と入口１６の間に細胞誘引物質の濃度勾配が形成され、入口１６から入って空洞１４へ向かう細胞の移動または走化性を促進する。本発明の他の態様によれば、チャネル１８内に細胞が存在することを検出するために、少なくともある形態の感知手段が提供されるが、例えばチャネル１８内の細胞の存在を検出するよう配置された２つ以上の電極２０が提供される。採集される細胞の数は１０個未満から数万個に及ぶ可能性があり、その数は概ね、装置１０を患者の体内に埋入する時間の長さに依存する。本発明の実施形態を埋入し、細胞を採集する時間の長さは、数分から数時間、数日、数週間、数箇月に及ぶことがあり、場合によっては数年に及ぶこともある。

図２Ａは、図１に示した装置１０のベース２２の斜視図であり、本発明の諸特徴をより明瞭に示すためにカバー２４は取り外されている。図２Ｂは、図１に示した装置１０のカバー２４の下から見た状態の斜視図であり、本発明の諸特徴をより明瞭に示すためにベース２２は取り外されている。図３は、図１に示した装置１０の平面図であるが、この図の装置は、後に論じるように、電極を露出させるためにわずかに変更されている。図４は、図３に示した装置１０の正面図、図５は、図３に示した装置１０の右側面図である。

本発明の一態様では、図２Ａに示された誘引物質空洞１４内の細胞誘引物質が、細胞誘引物質を保持し後に放出するよう適合された多孔質体または「スポンジ」に注入される。図２Ａから図５に示すように、空洞１４は、細胞誘引物質を含む多孔質体２９を含むことができる。後に論じるとおり、装置１０の操作性を向上させるため、多孔質体２９は、細胞誘引物質がチャネル１８に所望のとおりに放出されるように独特の形態に製作された構造物、立体物または「スポンジ」２９とすることができる。一態様では、少なくともいくらかの誘引物質がチャネル１８内にも配置される。例えば、誘引物質を含む多孔質体２９を空洞１４内に配置し、かつ／または誘引物質を含む少なくともいくらかの多孔質体２９をチャネル１８内に配置することができる。

上述のように、本発明の実施形態は、例えば、ヒトまたは動物のような被検体の体内に埋め込んで細胞を採集したり、物質を放出することを意図した微小な装置とすることができる。したがって、本発明の実施形態は幅広い範囲のサイズとすることができる。例えば、本発明の諸態様によれば、図１〜５に示したハウジング１２は、約１００マイクロメートル（μｍ）〜約５０ミリメートル（ｍｍ）の長さ２６とすることができ、一般に約１ｍｍ〜約３ｍｍの長さ２６を有する。ハウジング１２は、約１０００μｍ〜約５ｍｍの幅２７とすることができ、一般に約１ｍｍ〜約３ｍｍの間の幅２７を有する。そして、約１００μｍ〜約２ｍｍの厚さ２８とすることができ、一般に約５００μｍ〜約１０００μｍの厚さ２８を有する。

したがって、本発明の実施形態は、従来の半導体製造法、例えば、付着、マスキングおよび選択エッチングなどを含むフォトリソグラフィ法を使用して製作することができる。装置１０は、従来のプラスチック、金属または従来の半導体材料から製作することができる。しかしながら、一態様では、患者の体内に装置１０が埋入されている状態、すなわちｉｎ ｖｉｖｏ状態で装置１０を検査するのに電磁放射を使用するため、装置１０は電磁放射透過性である。その場合、装置１０によって覆い隠されることなく細胞を観察することができる。例えば、可視光を使用した多光子顕微鏡法などによって、装置１０をｉｎ ｖｉｖｏで観察する場合には、ハウジング１２が可視光透過性であることが好ましい。同様に、Ｘ線を用いて装置１０をｉｎ ｖｉｖｏで検査する場合には、Ｘ線透過性の材料で装置１０が製作されていることが好ましい。一態様では、ハウジング１２のベース２２がシリコンから製作されるが、一般にはガラス、例えばＣｏｒｎｉｎｇ社から市販されているＰｙｒｅｘ（登録商標）ガラスまたはその同等物などの強化ソーダ石灰ガラスから製作され得る。ベース２２は厚さ１０００μｍ以下、例えば１００μｍ以下とすることができる。カバー２４も従来の材料、例えばシリコンやガラスから製作することができる。一態様では、カバー２４は、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社から販売されているカバー・ガラスから製作され得る。カバー２４は厚さ１０００μｍ以下、例えば１００μｍ以下とすることができる。

空洞１４およびチャネル１８は、従来のフォトリソグラフィ法によって、ベース２２内および／またはカバー２４内に形成することができる。本発明の一態様では、空洞１４および／またはチャネル１８の少なくとも一部がカバー２４に形成され、空洞１４およびチャネル１８の相補部分がベース２２に形成され得る。しかしながら、好ましい一態様では、ベース２２に、空洞１４およびチャネル１８の下面および側壁が形成されており、組み立てたときに、カバー２４によって、空洞１４およびチャネル１８の上面が提供される。

図１〜５に示した本発明の態様では、空洞１４が、概ね長方形の空洞として示されており、チャネル１８は、概ね平面状で収束性の側壁を有し全体として次第に幅が狭くなるチャネルとして示されている。しかしながら、本発明の他の実施形態では、空洞１４およびチャネル１８は、本発明の操作性や機能性を逸脱することなく、広範囲の形状および幾何学的構造を有する。例えば、空洞１４の形状は円形でも、または楕円形もしくは三角形でもよく、上で開示した装置１０の一般的な寸法と矛盾しない全体寸法を有することができる。例えば図７〜１６は概ね円形の空洞１４を示している。同様に、図７〜１６には、本発明の諸態様に基づくチャネル１８の幅広い範囲の形状の例がいくつか示されている。

空洞１４およびチャネル１８は、その形状に関わらず、従来の形成工程、例えば成形、注型または機械加工によって形成することができるが、そのサイズのため、一般に、洗浄、マスキング、エッチングおよび剥離といった従来のフォトリソグラフィ法によって形成される。空洞１４およびチャネル１８は、平らなまたは湾曲した底面ないし床とすることができる。したがって、チャネル１８の延長部分を構成する入口１６の形状はチャネル１８の形状によって決まるため、断面形状は、円形または非円形となることがある。例えば、入口１６の断面は、図１および２に示すように正方形または長方形になることがある。空洞１４の深さとチャネル１８の深さは同じでもよく、または異なっていてもよい。空洞１４の床ないし底面は、チャネル１８の床ないし底面より高くても低くてもよい。ベース２０の上面からの空洞１４の深さおよびチャネル１８の深さは約２０μｍから約５００μｍとすることができ、一般に約５０μｍから約７０μｍである。一態様では、単一のベースまたは基板２２内に２つ以上の空洞１４およびチャネル１８が形成される。例えば、単一の基板内に、１０以上または１００以上の空洞１４およびチャネル１８を、従来のフォトリソグラフィ工程によって形成することができる。

上述のとおり、本発明の他の態様によれば、チャネル１８内の細胞の存在を検出するために、少なくともある形態の感知手段が提供される。例えば、所望のとおりにチャネル１８に細胞が入ったこと、またはある数もしくはある量の細胞がチャネル１８に入ったことを調査者に知らせるための感知手段を提供することができ、この知らせにより、患者の体内から装置１０を取り出して、採集した細胞を分析、評価することができる。本発明の一態様によれば、チャネル１８内の細胞の存在を検出する任意の機構が使用される。これらの機構には、機械的手段、例えば、重量、質量もしくは撓みの検出、化学的手段、例えば反応物の消費量もしくは反応熱の検出、または電気的手段、例えばチャネル１８内に細胞が存在するか否かを指示する装置１０のある電気的特性もしくは電気的指標の検出などが含まれ得る。

本発明の一態様では、チャネル１８内の細胞の存在を検出するために、装置１０内に電気的手段が提供される。この場合も、さまざまな電気構成要素を使用して、チャネル１８内の細胞の存在を検出することができる。（本発明の諸態様で使用することができる電気的検出法の議論については例えば、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる、非特許文献４を参照されたい。）一態様によれば、図１〜５に示すように、装置１０内に、複数の電極２０または電極アレイが配置され、その場合には、電極２０の少なくとも一部分が、チャネル１８に入った細胞と接触するように配置される。一態様では、２つの電極２０の少なくとも一部分がチャネル１８に隣接して配置されるかチャネル１８内に配置されることより、チャネル１８内に存在する細胞が例えば電極２０と接触すると電気的特性に変化が生じ、その変化を接触電極３２、３４が検出・感知する。一態様では、図２Ｂに示すように、カバー２４の表面に電極２０が配置され、それにより、図２Ｂに示したカバー２４をひっくり返して図２Ａに示したベース２２上に配置すると、電極３２、３４のうちの少なくともいくつかの電極がベース２２内のチャネル１８をまたぎ、それにより、チャネル１８内の採集済み細胞が電極３２、３４と接触して検出可能な電気的特性の変化がもたらされる。

図３に示すように、接触電極３２、３４は、例えば互い違いの接触電極３３、３５によって破線で示されるように装置１０上の都合のよい場所に配置することができる。一態様では、図３および５に示すように、カバー２４上の電極３３、３５を少なくとも部分的に露出させ、それにより、外部接点を電極３３、３５に電気的に接触させる。例えば、ベース２２の少なくとも一部を、例えばエッチングによって除去し、電極３３、３５を露出させることができる。一態様では、図３および５に示すように、カバー２４の長さ（または幅）が寸法３７（図５参照）の分だけベース２２よりも長く、それにより、電極３３、３５が外部接点に対して露出する。

本発明の諸態様によれば、電極３２、３４において感知される電気的特性の変化を利用して、細胞の存在を検出する。以下の電気的パラメータのうちの１つまたは複数のパラメータの変化を利用して、チャネル１８内に細胞が存在することを示すことができる：電圧、電流、抵抗、静電容量、インダクタンス、インピーダンスおよび／または電力。検出した電気的特性は、外部および／または遠隔の受信器に、例えば接点３２に配線された外部接点または導線によって、または接点３２から無線で送信することができる。本発明の一態様では、装置１０上に、送信器、例えば接点３２、３４に電気的に結合された送信器が提供される。この送信器は、送信装置、例えば電磁エネルギー送信装置のうち、無線周波（ＲＦ）送信器とすることもできる。外部受信器は、データ操作を実行して有意なデータを提供することができ、外部受信器は、例えばデータ収集システムまたはデータ収集コンピュータとすることができる。

一態様においては、接触電極３２、３４間のインピーダンスの変化を利用して、チャネル１８内に細胞が存在すること、またはチャネル１８内に存在する細胞の増減を検出できることが見出された。例えば、チャネル１８内に細胞が集積すると、電極３２、３４間のインピーダンスが変化することがわかった。特に、電極２０上またはその隣接位置に細胞が集積すると、接触電極３２、３４間のインピーダンスが変化し（一般に増大し）、このインピーダンスとその変化は、インピーダンス計や電圧計などによって検出することができる。（細胞の集積によるインピーダンスの変化については非特許文献４を参照されたい。）当業者にとっては、チャネル１８内に細胞が存在することを電気的に検出する他の手段が明らかであり、それらの手段も本発明の範囲に含まれる。

一態様では、両手の指を組み合わせたように配置された複数の電極２０を使用して、接触電極３２、３４間の電気的特性の変化を検出する。図１、２Ａ、２Ｂおよび３に示すように、電極２０は、両手の指を組み合わせたように配置された一連の電極３６、３８からなり、電極３６は電気接点３２と電気的に連絡し、電極３８は電気接点３４と電気的に連絡する。図３に示した本発明の態様では、電極３６が３つ、電極３８が４つ存在するが、電極３６や３８の数は、接触電極３２、３４あたり１つから１０、２０またはそれ以上とすることができる。さらに、電極３６および３８の間隔、長さ、形状は、本発明の範囲から逸脱することなく変更することができる。（電極間隔の影響については非特許文献４を参照されたい。）

電極２０、３２、３３、３４、３５、３６および３８も、従来の手段であるフォトリソグラフィ手段によって製作することができる。これらの電極は、任意の導電材料、例えば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）またはチタン（Ｔｉ）などから製作することができる。しかしながら、一態様において、装置１０を監視し調べるために使用する放射に対して、装置１０やその構成要素が透過性であることが好ましい場合は、使用する放射を透過する材料で電極が製作される。例えば、可視光を使用するときには、可視光を透過するインジウムをドープした酸化スズ（ＩＴＯ）またはその同等物から、電極２０、３２、３３、３４、３５、３６および３８を製作することができる。この場合も、電極２０、３２、３３、３４、３５、３６および３８は、従来の方法（例えば物理蒸着（ＰＶＤ）などの方法）によって、または従来のフォトリソグラフィ法、例えば洗浄、レジストのスピン塗布、現像、付着およびレジストの剥離などの工程によって、ベース２２上に製作することができる。電極２０、３２、３３、３４、３５、３６および３８は一般に、厚さ約５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、および幅約５００ｎｍ〜約１００μｍを有する。

図１、２Ｂ、３および５に示すように、カバー２２は、空洞１４の近傍に破裂可能膜４０を備えることができる。膜４０は、例えばカバー２４の一方の表面に隣接して配置することができ、それにより、膜４０は、カバー２４のどちらかの表面と同じ高さになるが、膜４０を、カバー２４のどちらの表面よりも低く配置してもよい。本発明の諸態様によれば、膜４０は、細胞の採集完了後に採集細胞の取出しを容易にするために提供される。例えば、チャネル１８の中に適当な数または量の細胞が集まったことが電極２０によって検出されたら、例えば外科的にまたはカテーテルを通して患者の体内から装置１０を取り出し、採集細胞を調べることができる。一態様では、膜４０を破裂させるのに十分な超過圧力を入口１６に加えることによって、装置１０から内容物が追い出され、装置１０が採集した細胞の少なくとも一部、好ましくは全部を吐出する。膜４０は、加えた圧力による膜４０の破裂を助けるように形成することができ、例えば、膜４０は、所定の圧力で破裂する十分な薄さに形成してもよく、または、応力集中機構、例えば１本または数本の刻み線４２の追加によって膜４０を弱くして、破裂の可能性を高めてもよい。膜４０も、従来の製作法によって、または選択エッチングなどの従来のフォトリソグラフィ法によって形成することができる。膜４０は、図示のように円形とし、または非円形、例えば正方形、長方形もしくは楕円形とすることができ、一般に、厚さ約５００ｎｍ〜約１０００ｎｍ、幅または直径約１００μｍ〜約１０００μを有する。

空洞１４、チャネル１８および電極２０を形成し、空洞１４に多孔質体２９を挿入した後、ベース２２にカバー２４を貼り付けて、空洞１４およびチャネル１８の形成を完了させ、密閉した外囲いをして、装置１０とする。従来の任意の接着剤を用いてベース２２にカバー２４を貼り付けることができる。しかしながら、上述のとおり、透過性を保証するため、ヒドロゲル、例えば多孔質体２９を製作するために使用したヒドロゲル、またはポリジメチルシロキサンＰＤＭＳ接着剤などの透明な接着剤を使用して、ベース２２にカバー２４を接着しまたは接合することができる。ベース２２上にカバー２４を追加すれば、装置１０の製作は実質的に完了となる。当技術分野では一般的なことだが、単一の基板またはベース２２上に２つ以上の装置１０を製作し、次いで、従来の分離手段、例えば従来のカッティングまたはダイシングによって別個の装置１０に分離してもよい。一般に、それぞれの装置１０は構造的正確さに関する検査がされ、電極は、その後の使用のために較正される。

図６〜１５は、本発明の他の態様に基づく採集装置の平面図である。採集装置のカバー２４は取り外されている。図６〜１５に示す装置は、図１〜５に示した装置１０の全ての特徴および寸法を有することができる。図１〜５に示した装置１０と図６〜１５に示す装置の主な違いは、図６〜１５に示す装置の誘引物質空洞および採集チャネルの形状である。示された態様を分かりやすくするため、図６〜１５からは、細胞感知装置、例えば電極２０が省かれているが、図６〜１５に示す装置は一般に、ある形態の細胞感知装置および関連電極を含むことができる。

図６は、ベース５２、誘引物質空洞５４、採集チャネル５８および入口５６を有する採集装置５０の平面図である。示されているとおり、空洞５４は概ね長方形の形状を有し、採集チャネル５８は、空洞５４から入口５６まで延びる実質的に均一な細長いチャネルを含む。一般に、多孔質体５９内に細胞誘引物質を含み、この細胞誘引物質を、空洞５４からチャネル５８を通して流動させる。

図７は、ベース６２、誘引物質空洞６４、採集チャネル６８および入口６６を有する採集装置６０の平面図である。示されているとおり、空洞６４は概ね円形の形状を有し、採集チャネル６８は、空洞６４から入口６６まで延びる実質的に均一な細長いチャネルを含む。一般に、多孔質体６９内に細胞誘引物質を含み、この細胞誘引物質を、空洞６４からチャネル６８を通して流動させる。

図８は、ベース７２、誘引物質空洞７４、採集チャネル７８および入口７６を有する採集装置７０の平面図である。示されているとおり、空洞７４は概ね円形の形状を有し、採集チャネル７８は、空洞７４に隣接するより幅の広い第１の通路７５と、幅の狭い第２の通路７７への急激な移行部７３とを含む。通路７７は、入口７６まで続く実質的に均一な細長いチャネルである。一般に、多孔質体７９内に細胞誘引物質を含み、この細胞誘引物質を、空洞７４からチャネル７８を通して入口７６まで流動させる。

図９は、ベース８２、誘引物質空洞８４、採集チャネル８８および入口８６を有する採集装置８０の平面図である。示されているとおり、空洞８４は概ね円形の形状を有し、採集チャネル８８は、空洞８４から入口８６まで延びる、図７のチャネル６８よりも幅が広い実質的に均一な細長いチャネルを含む。一般に、多孔質体８９内に細胞誘引物質を含み、この細胞誘引物質を、空洞８４からチャネル８８を通して流動させる。

図１０は、ベース９２、誘引物質空洞９４、採集チャネル９８および入口９６を有する採集装置９０の平面図である。示されているとおり、空洞９４は概ね円形の形状を有する。採集チャネル９８は絞り９３を含み、次いで拡張して、入口９６まで続く次第に接近する側壁９７を有する次第に幅が狭くなるチャネル９５を形成する。側壁９７は、３０度〜６０度の角度α（アルファ）で互いに接近することができる。一般に、多孔質体９９内に細胞誘引物質を配置し、この細胞誘引物質を、空洞９４からチャネル９８を通して入口９６まで流動させる。

図１１は、ベース１０２、誘引物質空洞１０４、採集チャネル１０８および入口１０６を有する採集装置１００の平面図である。示されているとおり、空洞１０４は概ね円形の形状を有する。採集チャネル１０８は、空洞１０４の直径と実質的に同じ幅を有する細長い第１の区間１０３を含み、次いで、入口１０６まで続く次第に接近する側壁１０７を有し次第に幅が狭くなる第２の区間１０５を含む。側壁１０７は、３０度〜６０度の角度β（ベータ）で互いに接近することができる。一般に、多孔質体１０９内に細胞誘引物質を含み、この細胞誘引物質を、空洞１０４からチャネル１０８を通して流動させる。装置１００は、多孔質体または「スポンジ」９９を誘引物質空洞１０４内に保持するのを助ける１つまたは複数の保持構造物、障害物または「フック」１０１を含むことができる。

図１２は、ベース１１２、誘引物質空洞１１４、採集チャネル１１８および入口１１６を有する採集装置１１０の平面図である。本発明の上記の諸態様とは対照的に、ベース１１２は次第に幅が狭くなる部分１１１を有するが、破線で示すように、入口１１６に隣接したベース１１２の端部に、次第に幅が狭くなる部分がなくてもよい。本発明の諸態様によれば、この次第に幅が狭くなる部分１１１または「尖端」は、患者の体内に装置１１０を挿入するのに役立つ。本明細書に開示された装置はいずれも、部分１１１と同様の次第に幅が狭くなる区間を有する。ベース１１２の次第に幅が狭くなる部分１１１の幅は、３０度〜６０度の角度γ（ガンマ）で次第に狭くすることができる。

図１２の装置１１０の空洞１１４は概ね円形の形状を有する。採集チャネル１１８は、空洞１１４と少なくとも１つの第１の室、採集空洞または拡張部分１１５との間に絞り１１３を含む。採集空洞１１５は一般に、誘引物質空洞１１４よりも狭く、例えば、誘引物質空洞１１４よりも幅または直径が小さい。チャネル１１８はさらに、空洞１１５から次第に幅が狭くなるチャネル１１７への出口を含み、チャネル１１７は入口１１６まで続いている。チャネル１１７の側壁は、５度〜３０度の角度δ（デルタ）で互いに接近することができるが、チャネル１１７の側壁は実質的に平行でも、または次第に遠ざかってもよい。一般に、多孔質体１１９内に細胞誘引物質を含み、この細胞誘引物質を、空洞１１４からチャネル１１８を通して入口１１６まで流動させる。１つまたは複数の採集空洞１１５を配置すると、例えば、空洞１１４からの細胞誘引物質の流出は許しつつも、チャネル１１８および空洞１１４内への望ましくない体液の進入は制限することで、装置１１０の性能が向上することが見出された。図１２では採集空洞１１５が概ね円形であるとして示されているが、採集チャネル１１８を構成する１つ以上の採集空洞１１５は、円形でも、または非円形、例えば正方形、長方形もしくは楕円形でもよい。

図１３は、ベース１２２、誘引物質空洞１２４、採集チャネル１２８および入口１２６を有する採集装置１２０の平面図である。ベース１２２は次第に幅が狭くなる部分１２１を含むが、破線で示すように、図１２の次第に幅が狭くなる部分１１１と同様、入口１２６に隣接したベース１２２の端部に、次第に幅が狭くなる部分がなくてもよく、次第に幅が狭くなるどの部分も、次第に幅が狭くなる部分１１１の全ての特徴を有する必要はない。

図１３の装置１２０の誘引物質空洞１２４は概ね円形の形状を有する。採集チャネル１２８は、空洞１２４と入口１２６の間に、図１２の絞り１１３と同様の絞り１２３を２つ以上含み、図１２に示した空洞１１５と同様の採集空洞または採集室１２５を２つ以上含む。この場合も、採集空洞１２５は一般に、誘引物質空洞１２４よりも狭く、例えば、誘引物質空洞１２４よりも幅または直径が小さく、チャネル１２８が入口１２６に近づくにつれて、採集空洞１２５は次第に狭くなる（しかしながら、一態様では、採集空洞１２５が次第に広くなる）。チャネル１２８はさらに、空洞１２５から次第に幅が狭くなるチャネル１２７への出口を含み、チャネル１２７は入口１２６まで続いている。チャネル１２７の側壁は、１度〜２０度の角度で互いに接近することができるが、チャネル１２７の側壁は実質的に平行でも、または次第に遠ざかってもよい。一般に、多孔質体１２９内に細胞誘引物質を含み、この細胞誘引物質を、空洞１２４からチャネル１２８を通して出口１２６まで流動させる。この場合も、１つ以上の採集空洞１２５を配置すると、装置１２０の性能が向上することが見出された。図１３では採集空洞１２５が概ね円形であるとして示されているが、採集チャネル１２８を構成する２つ以上の採集空洞１２５は、円形でも、または非円形、例えば正方形、長方形もしくは楕円形でもよい。また、採集空洞１２５の形状は異なっていてもよく、例えば１つもしくは複数の円形、１つもしくは複数の正方形または１つもしくは複数の長方形とすることもできる。

図１４は、ベース１３２、誘引物質空洞１３４、採集チャネル１３８および入口１３６を有する採集装置１３０の平面図である。ベース１３２は次第に幅が狭くなる部分１３１を含むが、破線で示すように、入口１３６に隣接したベース１３２の端部に、図１２の次第に幅が狭くなる部分１１１と同様の、これと同じ特徴を有する次第に幅が狭くなる部分がなくてもよい。

図１４の装置１３０の空洞１３４は概ね円形の形状を有する。採集チャネル１３８は、空洞１３４と入口１３６との間に、図１２の絞り１１３と同様の絞り１３３を３つ以上含み、図１２に示した空洞１１５と同様の室、採集空洞または拡張空洞１３５を３つ以上含む。この場合も、採集空洞１３５は一般に、誘引物質空洞１３４よりも狭く、例えば、誘引物質空洞１３４よりも幅または直径が小さく、チャネル１３８が入口１３６に近づくにつれて、採集空洞１３５は次第に狭くなる（しかしながら、一態様では、採集空洞１３５が次第に広くなる）。チャネル１３８はさらに、空洞１３５からチャネル１３７への出口を含み、チャネル１３７は入口１３６まで続いている。チャネル１３７の側壁は、１度〜１５度の角度で互いに接近することができるが、チャネル１３７の側壁は実質的に平行でも、または次第に遠ざかってもよい。

一般に、多孔質体１３９内に細胞誘引物質を含み、この細胞誘引物質を、空洞１３４からチャネル１３８を通して入口１３６まで流動させる。この場合も、１つ以上の採集空洞１３５を配置すると、装置１３０の性能が向上することが見出された。図１４では採集空洞１３５が概ね円形であるとして示されているが、採集チャネル１３８を構成する３つ以上の採集空洞１３５は、円形でも、または非円形、例えば正方形、長方形もしくは楕円形でもよい。さらに、採集空洞１３５は多様な形状としてもよく、例えば１つもしくは複数の円形、１つもしくは複数の正方形や長方形とすることもできる。

図１５は、ベース１７２、誘引物質空洞１７４、例えば図１４に示した採集チャネル１３８と同様の採集チャネル１７８および入口１７６を有する採集装置１７０の平面図である。ベース１７２は次第に幅が狭くなる部分１７１を含むが、破線で示すように、入口１７６に隣接したベース１７２の端部に、図１２の次第に幅が狭くなる部分１１１と同様の、特徴を有する次第に幅が狭くなる部分がなくてもよい。

図１５に示すように、誘引物質空洞１７４は、２つ以上の多孔質体１７９Ａ、１７９Ｂを保持する２つ以上の誘引物質空洞１７４Ａおよび１７４Ｂを含むことができる。一般に、２つ以上の誘引物質空洞１７４Ａおよび１７４Ｂは、チャネル１７８と、例えば直接かつ並列に流体連通する。一態様では、２つ以上の誘引物質空洞１７４Ａと１７４Ｂが、例えば直列となることで、チャネル１７８とは間接的に流体連通する。空洞１７４Ａおよび１７４Ｂは、図示のように長方形とすることができるが、円形でも、正方形でも、または卵形などでもよい。図１４のチャネル１３８と同様、採集チャネル１７８は、空洞１７４と入口１７６の間に、図１２の絞り１１３と同様の絞り１７３を３つ以上含むことができ、図１２の空洞１１５と同様の室、採集空洞または拡張空洞１７５を３つ以上含むことができる。この場合も、採集空洞１７５は一般に、誘引物質空洞１７４よりも狭く、例えば、誘引物質空洞１７４よりも幅または直径が小さく、チャネル１７８が入口１７６に近づくにつれて、採集空洞１７５は次第に狭くなる（しかしながら、一態様では、採集空洞１７５が次第に広くなる）。チャネル１７８はさらに、空洞１７５からチャネル１７７への出口を含み、チャネル１７７は入口１７６まで続いている。チャネル１７７の側壁は、１度〜１５度の角度で互いに接近することができるが、チャネル１７７の側壁は実質的に平行でも、または次第に遠ざかってもよい。

一般に、多孔質体１７９Ａ、１７９Ｂ内に細胞誘引物質または放出物質を含み、この細胞誘引物質または放出物質を、２つ以上の空洞１７４Ａおよび１７４Ｂからチャネル１７８を通して入口１７６まで流動させる。図１５では採集空洞１７５が概ね円形であるとして示されているが、採集チャネル１７８を構成する３つ以上の採集空洞１７５は、円形でも、または非円形、例えば正方形、長方形もしくは楕円形でもよい。また、採集空洞１７５は多様な形状としてもよく、例えば１つもしくは複数の円形、１つもしくは複数の正方形や長方形とすることもできる。

図１５に示した本発明の態様によれば、２つ以上の誘引物質空洞１７４Ａ、１７４Ｂは、１種または数種の誘引物質または放出物質を含む多孔質体１７９Ａ、１７９Ｂを含む。例えば、本発明の諸態様によれば、チャネル１７８へ放出する１種または数種の誘引物質や他の物質、例えば１種または数種の異なる誘引物質や物質を含む空洞１７４Ａ、１７４Ｂを複数とすることもできる。さらに、多孔質体１７９Ａ、１７９Ｂの特性を変化させることで、例えば多孔質体１７９Ａ、１７９Ｂに含有の誘引物質や他の物質の放出を変化させることもできる。１種または数種の誘引物質や物質を含む多孔質体１７９Ａ、１７９Ｂを有する図１５の複数の空洞１７４Ａ、１７４Ｂは、本明細書に開示した本発明の任意の態様、例えば図１〜１６に示した任意の態様で使用可能である。

図１６は、本発明の一態様に基づく実際の細胞採集装置１４０の顕微鏡写真の部分平面図である。採集装置１４０は、ベース１４２、誘引物質空洞１４４、採集チャネル１４８および入口１４６を含む。ベース１４２は、入口１４６に隣接したベース１４２の端部に、図１２の次第に幅が狭くなる部分１１１と同様の特徴全てを有する次第に幅が狭くなる部分１４１を含む。一般に、例えば図１〜５の電極２０によって示すような複数の感知電極および送信電極も存在するが、図１６には示されていない。

図１６に示すように、装置１４０の誘引物質空洞１４４は概ね円形の形状を有するが、製作工程、例えばフォトリソグラフィ工程における不正確さや許容誤差のため、空洞１４４の形状は、純粋な円形、正方形または長方形から外れることがある。採集チャネル１４８は、空洞１４４と入口１４６の間に、図１２の絞り１１３と同様の絞り１４３をおよそ４つ含み、図１２に示した空洞１１５と同様の室、採集空洞または拡張空洞１４５をおよそ５つ含む。採集空洞１４５は概ね円形の形状を有することができるが、この場合も、製作工程、例えばフォトリソグラフィ工程の不正確さや許容誤差のため、空洞１４５の形状は、純粋な円形、正方形または長方形から外れることがある。示されているとおり、採集空洞１４５は一般に、誘引物質空洞１４４よりも狭く、例えば、誘引物質空洞１４４よりも幅または直径が小さく、チャネル１４８が入口１４６に近づくにつれて次第に狭くなる。チャネル１４８はさらに、空洞１４５からチャネル１４７への出口、すなわち入口１４６へと続く出口を有する。チャネル１４７の側壁は、ある角度で互いに接近しても遠ざかってもよく、または、示されているように、実質的に平行でもよい。

誘引物質空洞１４４内および／またはチャネル１４８内には一般に、誘引物質を含む多孔質体が配置されるが、図１６には示されていない。この場合においても、１つまたは複数の採集空洞１４５を配置することにより、装置１４０の性能が向上した。

本発明の諸態様によれば、図１〜１６に示したチャネル１８、５８、６８などは、細胞がそこに入り、本明細書に開示の装置を取り出した後、検査するために細胞収集される空洞を提供する。しかしながら、一態様では、例えばチャネル１８への細胞の付着を促したり、チャネル１８に沿った細胞移動を促す３次元メッシュ、構造物または媒質を提供することによって、チャネル１８などの内部での細胞の移動や保持が促進される。一態様では、この保持構造物が、マトリゲルまたはヒドロゲル、例えば本明細書に開示したヒドロゲルの１つによって提供され得る。当業者には、他のヒドロゲル、保持構造物または移動を促進する構造物が明らかである。

上で論じたとおり、本発明の諸態様によれば、細胞誘引物質は誘引物質空洞から分泌される。例えば図１〜５の空洞１４から細胞誘引物質を放出させ、その細胞誘引物質を、採集チャネル１８を通して入口１６に向かって流動させる。上皮増殖因子（ＥＧＦ）、コロニー刺激因子（ＣＳＦ）またはこれらの組合せなどの誘引物質は、空洞１４から分泌され、その存在や濃度勾配によって標的細胞、例えば運動性細胞を入口１６近傍から採集チャネル１８へ誘導し、採集または捕捉して検査する。誘引物質の一貫した適時の放出を効果的に提供するため、一態様では、チャネル１８への誘引物質の放出および入口１６の外への誘引物質の放出を少なくとも部分的に制御または調節することが好ましい。例えば、誘引物質が空洞１４から入口１６の外へ速やかに流動し、それにより誘引物質が直ぐに分散することが望ましくない場合がある。本発明の一態様では、指定された期間、例えば数時間、数日、数週間、数箇月または数年にわたって誘引物質を分散させて、ある程度一定の誘引物質濃度をチャネル１８内および／または入口１６の近傍において提供する。誘引物質の制御放出により、細胞誘引が所望の期間、維持されることを保証する。本発明の諸態様によれば、空洞１４からの誘引物質の放出制御の少なくとも一部は、誘引物質を所望期間拡散放出などする多孔質体または多孔質塊２９（図１〜５）への誘引物質の埋め込みにより提供される。例えば、媒体の細孔と誘引物質の粘度の相互作用が、多孔質体からチャネル１８および入口１６への誘引物質の流れを少なくとも部分的に制限する場合がある。

本発明の一態様によれば、装置１０および空洞１４のサイズおよび寸法に合う任意の多孔質材料が、多孔質体２９に使用される。多孔質体２９は、有機もしくは無機材料、生物分解性または非生物分解性の材料から製作することができる。例えば、本発明の一態様では、多孔質シリコン（Ｓｉ）が使用され、その場合には、空洞１４に多孔質シリコンを挿入する前または後に、誘引物質を多孔質シリコンに導入する。他の実施形態では、多孔質材料が、誘引物質と一緒に埋め込まれたゼラチン状のタンパク質混合物、例えばＢＤ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ社がマトリゲルタンパクの名称で販売しているタンパク質混合物やその同等物を含む。他の実施形態では、多孔質体２９が多孔質ポリマー、例えば生物分解性ポリマー、生物腐食性ポリマー、非生物分解性ポリマーまたはこれらの組合せである。多孔質体２９は、２種類以上のポリマー、例えば生物分解性ポリマー、生物腐食性ポリマー、非生物分解性ポリマーまたはこれらの組合せを混合し、次いでそれらのポリマーのうちの１つのポリマーを溶媒で溶解して、残った１つのポリマー中の溶解ポリマーが満たされていた部分に一連の細孔を残すことによって、製作することができる。例えば、ＳＵ−８フォトレジストをポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）と混合し、硬化させる。ＰＭＭＡを適当な溶媒で溶解すると、残った多孔質のＳＵ−８は、誘引物質を埋め込むことのできるマトリックスとなる。

本発明の他の態様では、多孔質材料が「ヒドロゲル」、すなわちポリマー鎖の水溶性かつ吸収性の網目を含むことができる。本発明の諸態様によれば、多孔質体に使用するヒドロゲルは、例えば生物分解性ポリマー、生物腐食性ポリマー、非生物分解性ポリマーまたはこれらの組合せからヒドロゲルを調製する従来の任意の手段によって調製されるが、一態様では、ヒドロゲルが、適当に処理された架橋剤から調製され得る。例えば、一態様では、多孔質体用のヒドロゲルが、ポリエチレングリコールジアクリレート（ＰＥＧＤＡ）もしくはＰＥＧＤＡとメトキシポリエチレングリコールモノアクリレート（ＰＥＧＭＡ）のブレンド、またはこれらの同等物から調製され得る。本発明の一態様によれば、２つ以上の種が混合物として提供されたポリマーの「ブレンド」が提供され得るが、他のポリマーおよび／または化学種が存在してもよい。これらのヒドロゲルを選択したのは、予備的な試験で、それらのヒドロゲルが生体適合性であったためである。図１７および１８はそれぞれ、本発明の一態様に基づく多孔質体の製作において使用され得るＰＥＧＤＡおよびＰＥＧＭＡの化学式を示す。ＰＥＧＤＡおよび／またはＰＥＧＭＡなどの架橋剤は、粉末および／または液体の形態で提供することができ（例えばＰＥＧＤＡは一般に粉末として提供され、ＰＥＧＭＡは一般に液体として提供される）、適当な溶媒、例えばリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）に溶解して、所望の架橋剤濃度にすることができる。硬化剤、例えばＣｉｂａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社が販売しているＵＶ硬化用のＩｒｇａｃｕｒｅ−２９６９光重合イニシエーターと細胞誘引物質とを、架橋剤／溶媒溶液に導入する。この架橋剤、溶媒、光重合開始剤および誘引物質の溶液は、例えば３６５ｎｍのＵＶ光で硬化させることができる。他の硬化剤や反応溶媒を使用してもよい。図１９は、所望の細胞誘引物質を有する本発明の一態様に基づくＰＥＧＤＡヒドロゲル多孔質体を生成するための、ＰＥＧＤＡ架橋剤と誘引物質（図１９では「タンパク質」と表示）とのＵＶ光重合開始および重合反応を示す。図２０、２１および２２は、本発明の諸態様において多孔質体２９に使用することができる実際の多孔質ＰＥＧＤＡヒドロゲルの走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ）である。このポリマー・マトリックスの多孔性は、示されたポリマー・マトリックス内の空隙によって明確に示されている。

本発明の諸態様に基づく多孔質ヒドロゲル・マトリックスの誘引物質放出速度を調べた。一組の実験において、ＥＧＦ存在下で３段階の濃度（１０％、１５％、２０％）のＰＥＧＤＡヒドロゲルを硬化させた。この実験の詳細は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる非特許文献３に記載されている。図２３および２４はそれぞれ、本発明の諸態様に基づく細胞誘引物質としてＥＧＦを用いた、ＰＥＧＤＡヒドロゲルおよびＰＥＧＤＡ−ＰＥＧＭＡヒドロゲル・ブレンドの放出時間試験の結果の棒グラフ１５０および折れ線グラフ１６０である。図２３および２４の横軸は時間（ｈｒ）、縦軸は放出されたＥＧＦの量（ナノモル濃度（ｎＭ））である。

図２３に示すように、ＰＥＧＤＡ濃度が１０％から２０％に増大するにつれて、ＰＥＧＤＡヒドロゲルから放出されるＥＧＦの速度および量も増大する。例えば、２０％ＰＥＧＤＡヒドロゲルは１０％ＰＥＧＤＡヒドロゲルよりも多くのＥＧＦを放出し、速くＥＧＦを放出した。さらに、放出量および放出速度は、相対的にヒドロゲル中のＰＥＧＤＡ濃度に比例しているように見える。とりわけ、このことは、放出される誘引物質の速度および量は、望ましい速度に調整可能であることを示している。例えば、誘引物質をより速く放出させるには、より高濃度のＰＥＧＤＡを使用し、より遅く放出させるには、より低濃度のＰＥＧＤＡを使用することができる。

図２４に示すように、同様の結果が、２０％のＰＥＧＤＡと様々な濃度のＰＥＧＭＡとを含むヒドロゲルからのＥＧＦ放出試験においても示される。この試験では、ヒドロゲル中のＰＥＧＤＡの組成を一定にし、ＰＥＧＭＡの濃度を１．５％から、２．５％、５％、１０％および１５％まで変化させた。折れ線グラフ１６０に示されるように、ＰＥＧＤＡ−ＰＥＧＭＡヒドロゲル・ブレンドから放出されるＥＧＦの量は、ＰＥＧＭＡ濃度が高くなるにつれて増大する。例えば、２０％ＰＥＧＤＡ−１５％ＰＥＧＭＡヒドロゲルは、他のどの２０％ＰＥＧＤＡ−ＰＥＧＭＡヒドロゲルよりも多くのＥＧＦを、より速い速度で放出した。さらに、放出量および放出速度は、相対的にヒドロゲル中のＰＥＧＭＡ濃度に比例しているように見える。この場合も、とりわけ、このことは、放出される誘引物質の速度および量は、望ましい速度に調節可能であることを示している。例えば、誘引物質をより速く放出させるには、より高濃度のＰＥＧＭＡをＰＥＧＤＡとともに使用し、より遅く放出させるには、より低濃度のＰＥＧＭＡをＰＥＧＤＡとともに使用することができる。

したがって、本発明の一態様では、ＰＥＧＤＡヒドロゲルおよび／またはＰＥＧＤＡ／ＰＥＧＭＡヒドロゲル・ブレンドによって、例えば本明細書に記載の装置に使用するための誘引物質の特徴的な時限放出が提供される。本発明の他の態様では、ＰＥＧＤＡヒドロゲルおよび／またはＰＥＧＤＡ／ＰＥＧＭＡヒドロゲル・ブレンドによって、時限放出を必要とする任意の用途において、誘引物質や同種化合物の時限放出が提供される。

誘引物質が埋め込まれた多孔質塊、例えばＥＧＦが埋め込まれた上述のＰＥＧＤＡヒドロゲルまたはＰＥＧＤＡ／ＰＥＧＭＡヒドロゲル・ブレンドを、装置１０または本明細書に開示した他の任意の装置の誘引物質空洞１４に、注射器で導入または「装填」して、本発明の諸態様を提供することができる。

本発明の諸態様によれば、提供される装置は一般に、製作から使用までの所望の期間、その有効性を維持する。例えば、本発明の実施形態は、採集の効果、例えば細胞採集の有効性を低下させることなく使用し、かつ／または、例えば誘引物質の効力を低下させることなく所望の送達を達成するために、本発明の実施形態を製作し、取り扱い、包装し、保管し、保管場所から出し、準備をすることができる十分な「保管寿命」を有することができる。例えば、本発明の諸態様に基づく装置の保管寿命は一般に、少なくとも数時間、一般的には数日、数週間、数箇月または数年である。一態様では、本発明の諸態様に基づく装置の保管寿命は、冷蔵または冷凍によって延長される。例えば、少なくとも約０℃、一般には少なくともマイナス約２０℃まで冷却することによって、本発明の実施形態の有効性を維持することができ、同時に、使用の準備をしているときにそれらの有効性を保持することができる。

本発明の諸態様が、患者の局所、例えば腫瘍、器官、血管などから、または異常構造物の近傍あるいは内部から、細胞や関連物などの物質を採集する装置および方法を提供することは、当業者には明らかであろう。本発明の諸態様の実施により、従来技術では容易に入手できなかった癌細胞などの経時的動態の研究を行うための細胞収集を、長期間にわたって行うことができる。本発明のいくつかの態様は専ら、医学的研究において使用するために提供されるが、本発明の他の態様は医学に限定されず、微小粒子や微小物体を採集することに意味のあるあらゆる場合に使用することができる。

本明細書では、本発明のいくつかの態様および実施形態を説明し、示したが、当業者は、同じ目的を達成する代替の態様および実施形態を提供することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるそのような全ての代替態様および実施形態をカバーすることを意図したものである。

Claims (24)

1. 細胞を受け取る入口を有するハウジングと、
   前記入口の遠位側の前記ハウジング内に配置された、細胞化学誘引物質を含む細胞誘引物質空洞と、
   少なくとも前記誘引物質空洞内に配置され、前記細胞化学誘引物質を含む多孔質体と、
   前記入口と流体連通した近位端および前記細胞誘引物質空洞と流体連通した遠位端を有し、前記入口から細胞を受け取るように配置された複数の採集室を含み、前記細胞誘引物質空洞とは絞りで区切られそして拡張する細胞採集チャネルと、
   前記細胞採集チャネル内に配置された複数の電極であって、採集チャネル内に採集された細胞と接触するように適合され、この細胞との接触によって、前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極間の電気的特性に検出可能な変化を引き起こす複数の電極を含む感知手段と
   を備える細胞採集装置。
2. 細胞を受け取る入口を有するハウジングと、
   前記入口の遠位側の前記ハウジング内に配置された、細胞化学誘引物質を含む細胞誘引物質空洞と、
   少なくとも前記誘引物質空洞内に配置され、前記細胞化学誘引物質を含む多孔質体と、
   前記入口と流体連通した近位端および前記細胞誘引物質空洞と流体連通した遠位端を有し、前記入口から細胞を受け取るように配置された少なくとも１つの採集室を含み、前記細胞誘引物質空洞とは絞りで区切られそして拡張する細胞採集チャネルと、
   前記細胞採集チャネル内に配置された複数の電極であって、採集チャネル内に採集された細胞と接触するように適合され、この細胞との接触によって、前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極間の電気的特性に検出可能な変化を引き起こす複数の電極を含む感知手段と
   を備える細胞採集装置。
3. 前記細胞採集チャネルが、さらに、前記絞りより広い最大幅を有する細胞採集室を少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
4. 前記細胞採集チャネルが、さらに、絞りで区切られ連通する複数の細胞採集室を含み、前記入口から細胞を受け取るように配置されおり、前記複数の連通する細胞採集室の幅が、前記細胞誘引物質空洞から前記入口へ向かう方向に異なることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
5. 前記複数の連通した細胞採集室のそれぞれの最大幅が、前記細胞誘引物質空洞から前記入口へ向かう方向に狭くなることを特徴とする、請求項４に記載の細胞採集装置。
6. 前記細胞採集装置が、ｉｎ ｖｉｖｏでの目的細胞採集のための患者体内埋入用尖端を有し、ｅｘ ｖｉｖｏで細胞を抽出し検査するように構成されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
7. 前記多孔質体が、多孔質シリコン、多孔質ヒドロゲルおよび多孔質タンパク質のうちの少なくとも１つからなることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
8. 前記多孔質体がＰＥＧＤＡヒドロゲルからなることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
9. 前記多孔質体がＰＥＧＤＡ／ＰＥＧＭＡヒドロゲルからなることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
10. 前記ＰＥＧＤＡ／ＰＥＧＭＡヒドロゲルが、１０％〜３０％のＰＥＧＤＡおよび０．５％〜１５％のＰＥＧＭＡからなることを特徴とする、請求項９に記載の細胞採集装置。
11. 前記ハウジングがカバーを備え、前記カバーが、開口と、前記開口内に配置された破裂可能膜とを含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
12. 前記破裂可能膜は、前記入口に超過圧力を加えると破裂するように適合されており、膜破裂によって、前記採集室に受け取られた細胞の少なくとも一部が、前記開口を通して吐出されることを特徴とする、請求項１１に記載の細胞採集装置。
13. 前記細胞採集チャネル内の目的細胞の存在のシグナル表示を遠隔の受信器へ送信する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
14. 前記感知手段が、前記細胞採集チャネル内に複数の電極を含んでおり、前記細胞採集チャネル内に採集された細胞と接触するよう適合された、この複数電極のうち少なくとも２つの電極間のインピーダンスの変化を検出することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
15. 前記細胞化学誘引物質が、ＥＧＦとＣＳＦのうちの少なくとも一方からなることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
16. 前記感知手段がさらに前記細胞採集チャネル内の目的細胞の数または容量を表示する手段を備えていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
17. 前記細胞採集チャネルの前記近位端が前記入口に向かって収束することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
18. 患者体内に装置が埋入されている状態で前記装置を検査するのに用いられるよう電磁放射透過性であることを特徴する、請求項６に記載の細胞採集装置。
19. 前記入口に向かって収束する部位を有するベースをさらに含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
20. 前記細胞採集チャネル内に、目的細胞の細胞採集チャネルへの粘着や細胞採集チャネル沿いの移動を促進するための手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の細胞採集装置。
21. 細胞を受け取る入口を有するハウジングと、
    前記入口の遠位側の前記ハウジング内に配置された、細胞化学誘引物質を含む細胞誘引物質空洞と、
    少なくとも前記誘引物質空洞内に配置され、前記細胞化学誘引物質を含む多孔質体と、
    前記入口と流体連通した近位端および前記細胞誘引物質空洞と流体連通した遠位端を有し、前記入口から細胞を受け取るように配置された複数の採集室を含み、前記近位端が前記入口に向かって収束して入口から細胞を受け取るような細胞採集チャネルと、
    前記細胞採集チャネル内に配置された複数の電極であって、採集チャネル内に採集された細胞と接触するように適合され、この細胞との接触によって、前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極間の電気的特性に検出可能な変化を引き起こす複数の電極を含む感知手段と
    を備える細胞採集装置。
22. 細胞を受け取る入口を有するハウジングと、
    前記入口の遠位側の前記ハウジング内に配置された、細胞化学誘引物質を含む細胞誘引物質空洞と、
    少なくとも前記誘引物質空洞内に配置され、前記細胞化学誘引物質を含む多孔質体と、
    前記入口と流体連通した近位端および前記細胞誘引物質空洞と流体連通した遠位端を有し、前記入口から細胞を受け取るように配置された少なくとも１つの採集室を含み、前記近位端が前記入口に向かって収束して入口から細胞を受け取るような細胞採集チャネルと、
    前記細胞採集チャネル内に配置された複数の電極であって、採集チャネル内に採集された細胞と接触するように適合され、この細胞との接触によって、前記複数の電極のうちの少なくとも２つの電極間の電気的特性に検出可能な変化を引き起こす複数の電極を含む感知手段と
    を備える細胞採集装置。
23. 前記細胞採集装置が、ｉｎ ｖｉｖｏでの目的細胞採集のための患者体内埋入用尖端を有し、ｅｘ ｖｉｖｏで細胞を抽出し検査するように構成されることを特徴とする、請求項２１又は請求項２２に記載の細胞採集装置。
24. 患者体内に前記装置を挿入しやすくするため、外壁の一部が鋭角に収束したベースをさらに備えることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項２１または請求項２２のいずれかに記載の細胞採集装置。