JP6093309B2 - 凍結乾燥生体試料の保存容器 - Google Patents

Description

本発明は、凍結乾燥生体試料を保持するための容器、及び凍結乾燥生体試料を保存する方法に関する。

組織、細胞抽出物、細胞可溶化物、酵素、タンパク質、ペプチド、核酸、脂肪酸、グリセリド、炭水化物、オリゴ糖及び糖のような生体試料は、通常、第１の場所で調製され、容器内で保存され、第２の場所へ輸送されて処理される。その一例は、診断装置及び／又はＤＮＡ／ＲＮＡ増幅プロセスにおけるものである。これには、生体試料（ポリメラーゼ又は逆転写酵素のような酵素）を容器内で長時間保存すること及び／又は輸送中に振動及び／又は他の外力に付されることが必要とされる。

このような生体試料を供給する便利な方法は、輸送前に容器内の生体試料を凍結乾燥させることである。一般に、容器は、単一の内部チャンバを有する円筒形断面のチューブである。凍結乾燥プロセスは、一般に、液体試料を凍結し、周囲圧力を低下させた後、凍結した液体に含まれる水の昇華を可能にするのに十分な熱を徐々に加えることを含む。結果として、凝固され脱水された試料が容器底部に形成され、その後、容器が密閉され、生体試料（酵素を含み得る）が、この凍結乾燥させた状態で保存され輸送される。

生体試料を後で処理する必要があるときには、凍結乾燥材料に水を加えることにより、生体試料を再構成することができる。加えられる所与の体積の水に溶解する生体試料の量は、重要なものとなり得る。例えば、溶解する生体試料の量が少なすぎると、溶液の強度が不十分となり得る。

しかし、凍結乾燥材料が既存のチューブで供給されるとき、後で水を加えても、凍結乾燥材料の一部が溶解しないまま残ることが観察されている。その結果、前述したように、溶液の強度が不十分となり得る。

さらに、このように凍結乾燥、保存、及び輸送された生体試料は高価であることが多く、溶解しない生体試料は無駄でありコストを増加させかねない。

本発明の目的は、従来技術の問題の幾つかを少なくとも低減することである。

米国特許第４２３５８３９号

本発明の第１の態様によれば、生体試料を含む凍結乾燥材料を保持する容器であって、容器は上部と下部とを有するチャンバを備えており、該チャンバは壁を備えていて、上部で受け入れられた液体が下部に移動して溜まるように下部は上部と流体接続しており、凍結乾燥材料が下部に位置し、当該容器は、壁から内側に突出する物理構造であって、凍結乾燥材料がチャンバの下部からチャンバの上部に移動するのを防ぐための物理構造を備えており、凍結乾燥材料が第１の断面を画成し、物理構造がチャンバの内壁から内側に延びるストッパを含んでいて第１の断面よりも小さい第２の断面を画成する、容器が提供される。

凍結乾燥材料がチャンバの下部から出ることが抑制されるため、凍結乾燥材料を所与の容積内に含むことができ、後で容器に液体を添加して材料を再構成する際に、凍結乾燥材料がすべて液体に溶解して、再構成した溶液が所要の強度のものとなるようにすることができる。さらに、物理構造を用いて凍結乾燥材料の移動を防ぐので、再構成した材料の組成に干渉しかねない結合剤のような化学物質の使用を避けることができる。

加えて、チャンバが上部及び下部を有するため、凍結乾燥材料を下部チャンバに維持した状態で、凍結乾燥材料を、上部に貼付したシールから離しておくことができる。これにより、かかる接触に起因する汚染を避ける。

或いは、又は加えて、一部の実施形態では、凍結乾燥材料が第１の断面を画成し、物理構造が、チャンバの内壁から内側へ延びるストッパを備え、ストッパが第２の断面を画成し、第２の断面の寸法が、第１の断面の対応する寸法よりも小さい。ストッパは、チャンバの上部とチャンバの下部との境界を画成することができる。これにより、ストッパが、凍結乾燥材料が内部で維持される容器の容積を画成することができる。一部の実施形態では、ストッパが、チャンバと一体に形成されたカラーを備える。或いは、ストッパが可動インサートを備えることができ、可動インサートがチャンバ内で移動可能であることにより、境界の範囲又は位置を変化させる。可動カラーを使用することにより、凍結乾燥材料が内部で維持されるチャンバの容積を変化させることができる。

好ましくは、容器が、凍結乾燥生体試料とチャンバとの間の付着面積をさらに増加させるテクスチャー加工面を有する物理構造を備える。

容器をプラスチック材料から形成することができる。

チャンバが実質的に円形の断面を有することができる。

好ましくは、上部が容器の第１の端部から延在していて、容器が第１の端部にシールを有する。

本発明の第２の態様によれば、生体試料を含む凍結乾燥材料を保存する装置であって、本発明の第１の態様による複数の容器と、複数の容器を支持する基板とを備える装置が提供される。

本装置は、プラスチック材料の基板を備えることができる。

本発明の第３の態様によれば、生体試料を保存する方法であって、容器を準備する段階であって、容器が上部と下部とを有するチャンバを備えており、該チャンバが壁を備えていて、上部で受け入れられた液体が下部に移動して溜まるように下部は上部と流体接続している、容器を準備する段階と、生体試料を含む材料をチャンバに挿入して、液体生体試料をチャンバの下部に溜める段階と、材料で凍結乾燥プロセスを行って、生体試料を含む凍結乾燥材料を下部で形成する段階とを含んでおり、上記容器が、壁から内側に突出する物理構造であって、凍結乾燥材料が下部から出るのを防ぐための物理構造を備えており、、凍結乾燥材料が第１の断面を画成し、物理構造がチャンバの内壁から内側に延びるストッパを含んでいて第１の断面よりも小さい第２の断面を画成する方法が提供される。

本発明の第４の態様によれば、凍結乾燥生体試料を保持する容器であって、容器は上部と下部とを有するチャンバを備えており、該チャンバは壁を備えていて、上部で受け入れられた液体が下部に移動して溜まるように下部は上部と流体接続しており、凍結乾燥生体試料が下部に位置し、上記壁が凍結乾燥生体試料を付着させる粗面であって、凍結乾燥生体試料が下部から上部へ移動するの防ぐ粗面を含んでいる、容器が提供される。

本発明のさらなる態様は、第１の態様の容器、及び／又は第２の態様のアレイ、及び／又は生体試料を処理するための第４の態様の容器の使用を提供する。

本発明のさらなる特徴及び利点は、例としてのみ提示され、添付図面を参照する、本発明の好ましい実施形態についての以下の説明から明らかになろう。

凍結乾燥材料を保持する容器の断面図である。 凍結乾燥材料を保持するための別の容器の斜視図である。 凍結乾燥材料を保持する図２ａの容器の正投影図である。 本発明の第１の実施形態による、生体試料を含む凍結乾燥材料を保持するための容器の斜視図である。 第１の実施形態による生体試料を含む凍結乾燥材料を保持する容器の正投影図である。 本発明の第２の実施形態による、生体試料を含む凍結乾燥材料を保持するための容器の斜視図である。 本発明の実施形態による、生体試料を含む凍結乾燥材料を保持するための容器のアレイの斜視図である。 本発明の実施形態による、生体試料を含む凍結乾燥材料を保持するための容器のアレイの斜視図である。 本発明の実施形態による、生体試料を含む凍結乾燥材料を保持するための容器のアレイの平面図である。 本発明の実施形態による、凍結乾燥生体試料を保持するための容器のアレイの側面図である。 生体試料を含む凍結乾燥材料を保持する物理構造のない代替構成の斜視図である。 生体試料を含む凍結乾燥材料を保持する物理構造のない代替構成の正投影図である。

図１では、チューブ１００状の容器が設けられ、チューブ１００が備えるチャンバ１０２は、壁１０４、上部１０６、及び下部１０８を有する。下部１０６は、生体試料を含む凍結乾燥材料を保持する。以下、凍結乾燥材料をケーク１１０と呼ぶ。一般に、ケーク１１０は円板状である。チューブ１００は、凍結乾燥生体試料がチャンバ１０２の下部１０８からチャンバ１０２の上部１０６へ移動することを抑制する物理構造１１２を備える。チューブ１００は、第１の端部１１４を備え、この第１の端部１１４を、凍結乾燥前に材料を挿入できるように最初に開き、続いてシール（図示せず）により閉じることができる。

チューブ１００の外寸は、取扱い、例えば既存の実験装置による自動の取扱いが容易であるように、工業規格で決定され得る。一般に、チューブ１００は直径８ｍｍ、長さ１８．３ｍｍである。一般に、チューブの内寸は、標準の分注ツール、例えば自動分注システムのピペット針を収容するのに十分な大きさの直径及び深さを有する。このことは、既存のツールの再調整又は較正の必要がないという利点を有する。

生体試料は、ポリメラーゼ、逆転写酵素、若しくはその他の酵素等の酵素、血液、組織、血清その他の生物学的物質を含むことができる。

図２ａ及び２ｂでは、チューブ１００ａが設けられ、チューブ１００ａ内で、フィン２００と呼ばれる突起状の物理構造１１２が、チャンバ１０２ａの壁１０４ａから内側に延び、チューブ１００ａの軸Ｌに平行な方向に沿って長手方向に延びる。

図２ａは、生体試料の挿入前のチューブ１００ａを示す。チューブ１００ａは、第１の端部１１４ａで最初に開かれ、ここから上部１０６ａが延びる。調製中に、生体試料を含む材料（一般に液体状）が、第１の端部１１４ａを介してチャンバ１０２ａに挿入され、下部１０８ａ内で蓄積され得る。その後、凍結乾燥プロセスが実行されて、材料が下部１０８ａ、及びフィン２００間の空間内及び周りで脱水されることにより、図２ｂに示すケーク１１０を形成する。凍結乾燥プロセスによって、ケーク１１０がフィン２００に付着する。ケーク１１０と、フィン２００により設けられたチューブ１００ａの内面との追加の接触領域により、ケーク１１０とチューブ１００ａとの付着強度が高まるため、凍結乾燥させたケーク１１０を定位置に保持するチューブ１００ａの能力が向上する。さらに、凍結乾燥させたケーク１１０の形状は、フィン２００が嵌合する凹部を有する。凍結乾燥させたケーク１１０とフィン２００との噛み合いにより、凍結乾燥させたケーク１１０がチューブ１００ａの中心縦軸Ｌの周りを回転することが防止され、外れる可能性がさらに低下する。

凍結乾燥させる材料の挿入に続いて、第１の端部１１４ａをシール（図示せず）で密閉することができる。不透過性シールとすることができるシールを、可撓性のフォイル、ポリマー積層板及び／又は他の適切な材料から形成することができ、永久又は半永久接着剤により定位置に保持することができる。凍結乾燥材料を後で処理する必要があるときには、シールを取り外すことができ、又は例えば分注針により穿刺することができる。ケーク１１０がチャンバ１０２ａの下部１０８ａ内に維持されるため、ケーク１１０はシールから離れている。これは、シールとの接触により凍結乾燥生体試料の汚染を生じさせるおそれがあるため、有利である。

例えば、水をチューブ１００ａに挿入して生体試料を後で再構成する際に、下部１０８ｂを満たすのに十分な体積の水を加えれば、確実にケーク１１０のほぼすべてが水に溶解する。

図３ａ及び３ｂは、チューブ１００ｂが、チャンバ１０２ｂの壁１０４ｂから内側に延びるカラー３００状のストッパを備える、本発明の実施形態を示す。図３ａは、生体試料の挿入前のチューブ１００ｂを示す。図２ａ及び２ｂに関連して前述したように、チューブ１００ｂは第１の端部１１４ｂで最初に開かれ、ここから上部１０６ｂが延びる。

調製中に、生体試料を含む材料（一般に液体状）が、第１の端部１１４ｂを介してチャンバ１０２ｂに挿入され、下部１０８ｂ内で蓄積され得る。その後、凍結乾燥プロセスが実行されて、材料がカラー３００下方の下部１０８ｂで凝固することにより、図３ｂに示すケーク１１０を形成し、ケーク１１０はチャンバ１０２ｂの壁１０４ｂに付着する。

ケーク１１０は、カラー３００下方の下部１０８ｂに形成され、ケーク１１０の外径がカラー３００の内径よりも大きくなるようにする。このように、ケーク１１０は、カラー３００により形成された開口を通って移動することが抑制され、チューブ１００ｂの下部１０８ｂ内に維持される。これにより、カラー３００の位置は、上部１０６ｂと下部１０８ｂとの境界、並びにケーク１１０が内部で保持される下部１０８ｂの容積を画成する。例えば水をチューブ１００ｂに挿入して生体試料を後で再構成する際に、カラー３００の高さ又はそれよりも高くまでチューブ１００ｂを満たすのに十分な体積の水が挿入されていれば、ケーク１１０のほぼすべてが確実に水に溶解する。

図２ａ及び２ｂに関連して前述したように、凍結乾燥させる材料の挿入に続いて、第１の端部１１４ｂをシールで密閉することができる。

一般に、カラー３００は、チューブ１００ｂのチャンバ１０２ｂの基部に平行に延び、上に４．２ｍｍの位置にある、半径０．２４ｍｍの略半円形のリブを備える。

この例に記載のカラー３００は、チューブ１００ｂの壁１０４ｂに一体形成される。しかし、一部の実施形態では、チューブ１００ｂに挿入される別個の部品によって、カラーが設けられる。この別個の部品は、リングの形をとることができ、締り嵌めにより定位置に保持され得る。チューブ内の別個の部品の位置が調節可能であり、チャンバ１０２ｂの上部１０６ｂと下部１０８ｂとの境界を調節することができるため、下部１０８ｂの容積を調節することができる。

図４に示す一実施形態では、ケークの移動を抑制する物理構造１１２を使用するのではなく、チューブ１００ｃの下部１０８ｃの内壁１０４ｃの表面がテクスチャー加工部４００を含み、チューブ１００ｃの内壁１０４ｃに対する凍結乾燥させたケーク１１０の付着を向上させる。テクスチャー加工部４００は、凍結乾燥させたケーク１１０とチューブ１００ｃの壁１０４との接触面積を効果的に増加させる。テクスチャー加工部４００は、刻み付き面等の、規則的パターンの表面特徴を有することができ、又は、不規則に変化する表面特徴をもつ粗面を有することができる。増加した表面積により提供される追加の付着によって、ケーク１１０をチューブ１００ｃから取り外すのに必要な力が増加するため、外れる可能性が低下する。図２ａ〜３ｂに関連して前述した凍結乾燥プロセスを使用して、ケーク１１０を形成することができる。

この実施形態では、チューブ１００ｃの下部１０８ｃに他の物理構造１１２はなく、凍結乾燥させたケーク１１０が、チューブ１００ｃの内壁に対する付着のみによって定位置に保持される。しかし、テクスチャー加工部４００を、前述した実施形態の物理構造２００、３００のいずれかと組み合わせて使用してもよく、又は凍結乾燥材料がチャンバ１０２の下部１０８からチャンバ１０２の上部１０６へ移動することを抑制するための他の形の物理構造と実際に組み合わせて使用してもよいことが理解されよう。例えば、ケークとフィン２００との付着強度をさらに高めるために、図２ａ及び２ｂに関連して前述したフィン２００自体にテクスチャー加工を行うことができる。図３ａ及び３ｂに関連して前述した実施形態では、テクスチャー加工部をカラー３００下方の下部１０８ｂに位置決めすることができる。

前述したチューブ１００のいずれかを個々の容器として使用することができ、又は、図５ａに示すように、アレイ５００に配置して、後で並行処理又はバッチ処理を行うことができる。図示した実施形態では、チューブ１００が基板５０２上で８×１２の矩形アレイに配置され、ＳＢＳ工業規格の設置面積に対応した外寸を有する。一般に、基板５０２は、長さ１２７．７６ｍｍ、幅８５．４８ｍｍである。

アレイ５００は、図５ｂに示すチューブ１００のそれぞれの、開いた第１の端部１１４を覆う不透過性シール５０４を備えることができる。この例では、シール５０４は、チューブ１００のそれぞれに接触する連続シートを備えることができ、或いは、前述したように、チューブを個々に密閉することができる。シール５０４を、永久又は半永久接着剤により定位置に保持することができる。シール５０４は、可撓性のフォイル／ポリマー積層板又は他の適切な材料から形成することができる。シール５０４は、半永久接着剤による接着を破って使用される前に、分注針により穿刺され、又はチューブ１００から取り外される。

図５ｃに示すように、アレイ５００の基板５０２は、チューブ１００のそれぞれの位置と相関する識別グリッド座標５０６を有し、個々の試料の識別及びアドレス指定を可能にすることができる。

図５ｄに示すように、アレイ５００の基板５０２は、コード化されたコンピュータ読取可能な識別情報を含む識別タグ５０８を備えることができる。タグ５０８は、スキャンして、試料識別コードのデータベースと比較することのできるバーコード５０８ａを含み得る。他のタイプのタグ５０８、例えばＲＦＩＤタグを使用することができる。

クラッシュリブをチューブ１００の外壁に加えて、チューブ１００全体の外寸を増加させずにチューブ１００の構造強度を高めることができる。

チューブ１００及びアレイ５００は、−４０℃〜５０℃以上の温度に耐えることのできる化学的及び生物学的に不活性な材料を含むことができる。適切な材料としては、ポリカーボネート、ポリスチレン又はポリプロピレンが挙げられる。チューブ１００は、射出成形プロセスその他の適切な方法で製造することができる。射出成形プロセスを使用して、アレイ５００を単一の部品として製造することができ、又はチューブ１００及び基板５０２を、別々の部分として製造して、例えば、超音波溶接又は他の適切な方法で組み付け、共に固定することができる。

図６ａ及び６ｂは、ケーク１１０の移動を抑制する物理構造１１２のない代替チューブ１００ｄを示す。この構成では、チューブが有するチャンバ１０２ｄは、チューブ１００ｄの外容積よりもかなり小さいが、ケーク１１０を再構成するのに必要な液体の体積よりもさほど大きくないように構成された容積を有する。これにより、チューブ１００ｄの外寸を、例えば工業規格を満たすように構成することができるが、内部容積１０２ｄを減少させることができるため、ケーク１１０が内部で移動可能な容積が減少する。一般に、チューブ１００ｄの外部長さは１８．３ｍｍで留まるが、チューブ１００ｄの内部深さは６．９ｍｍまで減少する。この効果により、凍結乾燥させたケーク１１０が、後で生体材料（例えば、酵素）を再構成する際に後から液体で満たされることのない容積を占める危険を減らす。前述したように、この構成を個々の容器として、又はアレイ５００で使用することができることを理解されたい。

本発明の実施形態は、一般に、分子生物学、医学、法科学を含む様々な分野における通常の適用を有するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）等のＤＮＡ又はＲＮＡ増幅手順に使用すべきである。

実施形態は、本発明の例示例として理解すべきである。本発明のさらなる実施形態が予想される。例えば、図２ａ及び２ｂを参照して前述した実施形態では、下部１０８ｂと上部１０６ｂとの境界を示す物理的な表示がないが、一部の実施形態では、例えばチャンバ１１４ｂの壁１０４ｂ上のマーク又は突起状の境界表示を設けることができる。

一実施形態に関連して説明した特徴は、単独で、又は説明した他の特徴と組み合わせて使用することができ、他の実施形態の１つ以上の特徴、或いは他の実施形態の組合せと組み合わせて使用することもできることを理解されたい、さらに、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなく、前述しない均等物及び変更を使用することもできる。

Claims (15)

1. 生体試料を含む凍結乾燥材料を保持する容器であって、当該容器は上部と下部とを有するチャンバを備えており、該チャンバは壁を備えていて、上部で受け入れられた液体が下部に移動して溜まるように下部は上部と流体接続しており、
   凍結乾燥材料が下部に位置し、当該容器は、壁から内側に突出する物理構造であって、凍結乾燥材料がチャンバの下部からチャンバの上部に移動するのを防ぐための物理構造を備えており、
   凍結乾燥材料が第１の断面を画成し、物理構造がチャンバの内壁から内側に延びるストッパを含んでいて第１の断面よりも小さい第２の断面を画成し、
   前記ストッパが可動インサートを含んでおり、可動インサートがチャンバ内で移動可能であって境界を変化させる、容器。
2. 前記ストッパがチャンバの上部とチャンバの下部との境界を画成する、請求項１記載の容器。
3. 前記容器がプラスチック材料からなる、請求項１又は請求項２記載の容器。
4. 前記チャンバが実質的に円形の断面を有する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の容器。
5. 上部が容器の第１の端部から延在していて、当該容器が第１の端部にシールを有する、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の容器。
6. 前記生体試料が酵素を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の容器。
7. 生体試料を含む凍結乾燥材料を保存する装置であって、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の複数の容器と、
   複数の容器を支持する基板と
   を備える装置。
8. 前記基板がプラスチック材料からなる、請求項７記載の装置。
9. 前記生体試料が酵素を含む、請求項７又は請求項８記載の装置。
10. 生体試料を保存する方法であって、当該方法が、
    容器を準備する段階であって、容器が上部と下部とを有するチャンバを備えており、該チャンバが壁を備えていて、上部で受け入れられた液体が下部に移動して溜まるように下部は上部と流体接続している、容器を準備する段階と、
    生体試料を含む材料をチャンバに挿入して、材料をチャンバの下部に溜める段階と、
    材料で凍結乾燥プロセスを行って、生体試料を含む凍結乾燥材料を下部で形成する段階と
    を含んでおり、
    上記容器が、壁から内側に突出する物理構造であって、凍結乾燥材料がチャンバの下部からチャンバの上部に移動するのを防ぐための物理構造を備えており、
    凍結乾燥材料が第１の断面を画成し、物理構造がチャンバの内壁から内側に延びるストッパを含んでいて第１の断面よりも小さい第２の断面を画成し、
    前記ストッパが可動インサートを含んでおり、可動インサートがチャンバ内で移動可能であって境界を変化させる、方法。
11. 前記生体試料が酵素を含む、請求項１０記載の方法。
12. 生体試料を含む凍結乾燥材料を保持する容器であって、当該容器が上部と下部とを有するチャンバを備えており、該チャンバは壁を備えていて、上部で受け入れられた液体が下部に移動して溜まるように下部は上部と流体接続しており、
    凍結乾燥材料が下部に位置し、下部の壁が、凍結乾燥材料を付着させる粗面であって、凍結乾燥生体試料が下部から上部へ移動するの防ぐ粗面を含んでいる、容器。
13. 前記生体試料が酵素を含む、請求項１２記載の容器。
14. 前記凍結乾燥生体試料を処理するための、請求項１乃至請求項９、請求項１２又は請求項１３のいずれか１項記載の容器又は装置の使用。
15. 前記生体試料が酵素を含む、請求項１４記載の容器又は装置の使用。