JP6464340B2 - 細胞のスライドグラス標本作製方法 - Google Patents

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Description

本開示は、目的細胞(血液中の循環癌細胞又は体液中の希少癌細胞)の細胞のスライドグラス標本作製方法に関する。
血液中の循環癌細胞(Circulating Tumor Cell;以下、「CTC」とも称する)の分離、検出を行う装置として、多数の装置が報告されているが、Veridex社のCellSearch(登録商標)が米国食品医薬品局(FDA)に唯一認可され、市販されている。
また、特開平6−221976号公報及び米国特許第5,143,627号公報には、喀痰などの一般の細胞診検体処理時に、フィルターを用いて、簡便、効率的に一般の細胞をスライドグラスに転写してスライドグラス標本を作成する装置及び方法が開示されている。しかし、これまでCTCのスライドグラス標本を作成する装置及び方法に関しては開示されていない。
上記のCellSearchなどの従来のCTC分離検出装置や方法は、CTCの判定を暗視野下で蛍光染色によるマーカー発現の組み合わせ(keratin+/EpCAM+/CD45-)で行うため、核のクロマチンパターンなどCTCの細胞形態学的な評価が不十分で、CTCを細胞診として評価することは不可能であった。かかる理由により、我が国ではCTC検出法は細胞診検査の対象とはなっておらず、従って保険適応もなされていない。CTCの検出法としては、従来の蛍光検出法がごく一部の検査会社により臨床試験用に外注検査として行われているのみで、一般病院で普及するには全く至っていない。
また、上記の特開平6−221976号公報や米国特許第5,143,627号公報に開示の検体処理方法並びに装置では、フラットな一般的なフィルターを用いているため、喀痰などの検体中に癌細胞が多数存在する場合には有効である。しかしながら、CTCなど血液1cc中に通常わずか数個程度しか存在しない極めて希少な細胞検体の場合は細胞が押し潰されたり、乾燥したりして細胞障害性が生じる結果、スライドグラスへの転写効率が悪化するため、スライドグラス標本の作成は不可能であった。
一方、本出願人は、特許第5961889号公報にて、血液中の末梢循環腫瘍細胞又は希少癌細胞を捕捉することができる窪みと、この窪みの底部に形成された孔を介して、血液細胞のみを濾過させ、末梢循環腫瘍細胞又は体液中の希少癌細胞を濃縮することができる金属フィルターを提示している。
本開示は、細胞のスライドグラス標本作製の装置及び方法として、上記の特許第5961889号公報で提示のフィルターを適用することにより、血液中の循環癌細胞や体液中の希少癌細胞である目的細胞を、簡便、迅速かつ高効率に分離し、かつ細胞障害性を最小限に抑えたまま効率よく転写したスライドグラス標本を作成することにより、一般病院の臨床検査室において免疫染色を含む細胞診断や遺伝子検査などに利用できるようにすることを目的とする。
本開示は、以下の特徴を包含する。
[1]血液中の循環癌細胞又は体液中の希少癌細胞の少なくとも一方である目的細胞を捕捉する窪みとこの窪みに形成され非目的細胞を通過させる孔とを有するフィルターと、前記フィルターの前記目的細胞の捕捉側の面に重ねられ前記目的細胞が転写されるスライドグラスと、前記スライドグラスと反対側の前記フィルターの面に被せられ前記窪みの内部で前記目的細胞を浸漬させるための生理的緩衝液を封入するカバー部材と、前記スライドグラスを浸漬して前記スライドグラス上に転写された前記目的細胞を保存する保存液が貯められた容器と、を備えてなる細胞のスライドグラス標本作製装置。
[2]血液中の循環癌細胞又は体液中の希少癌細胞の少なくとも一方である目的細胞を捕捉する窪みとこの窪みに形成され非目的細胞を通過させる孔とを有するフィルターを備え、前記フィルターにより前記非目的細胞から分離して前記目的細胞を捕捉する第1ステップと、前記フィルターの前記目的細胞の捕捉側の面がスライドグラスに対向するようにして前記フィルターを前記スライドグラスに重ね、前記フィルターにカバー部材を被せると共に、前記フィルターと前記スライドグラスとの間の前記目的細胞を生理的緩衝液に浸漬する第2ステップと、前記フィルターと前記スライドグラスとの間の前記目的細胞を、遠心力の作用下又は空気圧による加圧下で、前記スライドグラスに転写する第3ステップと、保存液が貯められた容器に前記スライドグラスを浸漬することにより、前記目的細胞を障害することなくスライドグラスからカバー部材及び前記フィルターを自然に剥離させ、保存する第4ステップと、を有する細胞のスライドグラス標本作製方法。
[3]血液中の循環癌細胞又は体液中の希少癌細胞の少なくとも一方である目的細胞を捕捉する窪みとこの窪みに形成され非目的細胞を通過させる孔とを有するフィルターを備え、前記フィルターにより前記非目的細胞から分離して前記目的細胞を捕捉する第1ステップと、前記フィルターに捕捉された前記目的細胞を生理的緩衝液に入れる第2ステップと、前記生理的緩衝液中の前記目的細胞をスライドグラス上に密着させ、前記目的細胞を前記スライドグラスに生きたまま接着、転写させる第3ステップと、保存液が貯められた容器に前記スライドグラスを浸漬して、前記スライドグラス上に転写された前記目的細胞を保存する第4ステップと、を有する細胞のスライドグラス標本作製方法。
[4][1]〜[3]の何れかに記載の細胞のスライドグラス標本作製装置又は細胞のスライドグラス標本作製方法により得られた細胞のスライドグラス標本上に筒状体を配置して、前記スライドグラス上に転写された前記目的細胞の周囲を前記筒状体で囲み、前記筒状体内にDNA又はRNAの抽出液を所定時間保持し、前記目的細胞からDNA又はRNAを抽出する、DNA又はRNAの抽出方法。
[1]に係る細胞のスライドグラス標本作製装置又は[2]に係る細胞のスライドグラス標本作製方法によれば、窪みを有するフィルター(例えば金属製又は樹脂製)を用いることにより、目的細胞(血液中の循環癌細胞や体液中の希少癌細胞)を、非目的細胞(例えば血液細胞)とのサイズ差を利用して漏れなく分離し、窪みで捕捉することができる。
また、目的細胞はフィルターの窪みに溜まった生理的緩衝液に浸漬されているため、スライドグラスに転写される際に、目的細胞が押し潰されたり、乾燥したりしにくくなり、細胞障害性を最小限に抑え、細胞形態を良好に保存することができる。そして、保存液が貯められた容器にスライドグラスを浸漬して、カバー部材及びフィルターを余分な外力を加えずに自然に剥離させることで、目的細胞が乾燥することなく形態がよく保存された状態でスライドグラスに転写されたスライドグラス標本となる。
[3]に係る細胞のスライドグラス標本作製方法によれば、窪みを有するフィルター(例えば金属製又は樹脂製)によって、目的細胞(血液中の循環癌細胞や体液中の希少癌細胞)を非目的細胞(例えば血液細胞)とのサイズ差を利用して、簡便、迅速かつ高効率に分離して捕捉することができる。捕捉された目的細胞を生理的緩衝液に入れてスライドグラス上に密着させ、該スライドグラスに生きたまま接着、転写することで、細胞障害性を最小限に抑えたまま該目的細胞をスライドグラスに転写することができる。
[4]に係る細胞のスライドグラス標本作製方法によれば、目的細胞をフィルター上で固定後、該目的細胞をフィルターからスライドグラス上に簡便、高率に回収、転写できる。目的細胞のスライドグラス標本を用いることにより、例えばパパニコロウ染色や免疫染色を検査室のルーチンワークとして施工でき、さらにこのスライドグラス標本から簡便にDNAやRNAを容易に抽出し、遺伝子解析を行うことができる。このように、スライドグラス標本を用いたパパニコロウ染色や免疫染色は永久標本なので、蛍光染色による判定に比べて細胞数の計測も複数の細胞検査士や病理医による明視野でのより客観的な評価が可能であるのみならず、目的細胞の細胞学的診断や遺伝子解析などLiquid biopsyとしての簡便、低コストでの利用が可能となる。
本開示によれば、循環癌細胞や希少癌細胞といった目的細胞を、窪みを有するフィルターによって簡便、迅速かつ高効率に分離し、かつ細胞障害性を最小限に抑えたままスライドグラスに効率よく転写し、一般病院の検査室で免疫染色を含む細胞診断や遺伝子検査などに利用できる。
図1から図16は第1実施形態に係り、図1は、フィルターを有する濾過ユニットに、細胞を含む体液を流している状態を示す断面図である。 フィルターにより目的細胞が捕捉された状態を示す断面図である。 3D金属フィルターを示す拡大断面図である。 2D金属フィルターを示す拡大断面図である。 2D樹脂フィルターを示す拡大断面図である。 3D金属フィルターを示す拡大平面図である。 3D金属フィルターの変形例を示す拡大平面図である。 図4Bの3D金属フィルターの変形例を示す斜視図(顕微鏡写真)である。 スライドグラスにフィルターを重ねた状態を示す拡大断面図である。 カバー部材とスライドグラスとの間に生理的緩衝液を注入する状態を示す拡大断面図である。 目的細胞を生理的緩衝液に浸漬した状態を示す拡大断面図である。 スライドグラスと、3D金属フィルターと、カバー部材とが重ねられ、3D金属フィルターとスライドグラスとの間に位置する目的細胞が生理的緩衝液に浸漬された状態を示す拡大断面図である。 スライドグラスと、3D樹脂フィルターと、カバー部材とが重ねられ、3D樹脂フィルターとスライドグラスとの間に目的細胞が位置している状態を示す拡大断面図である。 遠心機により目的細胞をスライドグラスに転写する状態を示す側面図である。 遠心機の回転速度と、細胞の回収率との関係を示す線図である。 フィルター上に捕捉された目的細胞を生理的緩衝液に入れ、接着を促進する基質で表面がコーティングされたスライドグラス上にフィルターを密着させ、上方からシリンジ型加圧器具を用いて空気圧などで加圧することで、該目的細胞をスライドグラス上にスタンプ式に転写することができることを示す断面図である。 目的細胞が転写されたスライドグラスを保存液に浸漬して、カバー部材及びフィルターを重力による自然落下でスライドグラスから剥離させる状態を示す断面図である。 スライドグラス標本を示す断面図である。 スライドグラス標本のパパニコロウ染色を示す顕微鏡写真である。癌細胞の核のクロマチンパターンと細胞質が明瞭に観察される。 各種免疫染色を施工した細胞の顕微鏡写真である。 第2実施形態に係り、生存条件下での転写の場合に、目的細胞がフィルターからスライドグラス上に自ら遊走し、接着する状態を示す断面図である。 スライドグラス上に転写された目的細胞の周囲に円筒状の筒状体をグラスに密着して置き、DNAの抽出液を加えてDNAを抽出する方法を示す断面図である。 スライドグラス上の目的細胞から抽出されたDNAを用いた遺伝子解析の例を示す線図である。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。図面では、目的細胞12やフィルター16等を適宜拡大して示している。
[第1実施形態]
本実施形態において、「循環癌細胞」とは、癌患者の血液に含まれる循環腫瘍細胞であり、血液1cc中に通常わずか数個程度しか存在しない非常に細胞数が少ない希少な細胞である。循環癌細胞は、その英訳である"Circulating Tumor Cell"の頭文字を取って「CTC」とも称される。
「希少癌細胞」とは、癌患者の腹水、腹腔洗浄液、リンパ液、髄液などの体液に含まれる希少な腫瘍細胞である。
初めに、図1において、本実施形態で使用されるフィルター16と、フィルター16が組み込まれる濾過ユニット28について説明する。
(フィルター)
フィルター16は、極薄板に非常に多数の孔26(孔密度1×104 /cm2 以上)が均一に又は規則的に形成されたものである。孔26の密度は、格子配列、千鳥配列など配列の形態により異なるが、通常1×104 〜3×105 /cm2、好ましくは5×104 〜2×105 /cm2 である。また、孔26の孔径は、目的細胞を通過させない、かつ、血球等の血液成分等、目的細胞以外の体液細胞である非目的細胞を通過させることができるサイズを有するものである。ヒト血球成分の大きさ(長径)は、ヒストグラム解析の結果、赤血球で約6〜7μmであり、白血球で約7〜9μmであり、血小板で5μm未満であるのに対して、目的細胞で約12〜25μmである。したがって、孔26の孔径は、通常約7〜10μm、好ましくは約8〜10μmである。
フィルター16の形状は、濾過ユニット28に装着されるフィルターリング(カセット)に配置可能であれば特に限定されないが、例えば円形、方形などの形状を含む。また、フィルター16のサイズは、サンプル(血液)量、孔径、時間、流速、耐圧などの物理的ファクター、操作性、コストなどを考慮して適宜決定されうる。例えば血液5mlを処理する場合、直径(円形の場合)、又は、縦、横の長さ(方形の場合)が、通常、約10〜15mmであるが、血液量に応じてサイズを、非限定的に、例えば約5〜20mmの範囲とすることもできる。また、フィルター16の厚さは、孔密度、耐圧、コストなどとの関係を考慮して適宜決定されるものとし、通常、2〜40μm、好ましくは約5〜15μmである。
フィルター16は、材質及び断面形状により複数種類に分類でき、例えば、3D金属フィルター18(図3A,図4A)、2D金属フィルター20(図3B)、2D樹脂フィルター22(図3C)、3D樹脂フィルター24(図9)が挙げられる。
3D金属フィルター18及び2D金属フィルター20の材質は、例えばパラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)又はルテニウム(Ru)の少なくとも何れか1つを含む。この材質は、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)又はルテニウム(Ru)の単体金属でもよく、又は例えば、パラジウム(Pd)・ニッケル(Ni)合金、白金(Pt)・ニッケル(Ni)合金、又は金(Au)・ニッケル(Ni)合金等でもよい。合金の場合、好ましくは、ニッケルなどの相手金属に対し、上記の金属の比率が多い。これらの金属は、例えばニッケル(Ni)などの金属と比べると、目的細胞12に対する毒性が非常に低い。理由としては、パラジウム(Pd)自体の毒性が低いことと、Pdとニッケル(Ni)の合金は固溶体を形成することによりニッケル(Ni)の溶出を防ぐことができるからである。これらのうち、金属コスト、低毒性の点で、パラジウム又はパラジウム(Pd)・ニッケル(Ni)の合金が好ましい。Pd・Ni合金の場合、Pdが50%(重量)超である合金、例えばPd80%・Ni20%の合金が好ましい。
3D金属フィルター18及び2D金属フィルター20を、PdとNiの合金や、Pdなどで作製した場合、ホルマリン、エタノールなどの有機系固定液に耐性であり、目的細胞の転写前後の細胞形態の保持に有利である。さらに耐酸性、耐熱性でもあり、かつ硬性で耐久性が高いため滅菌洗浄ができ、繰り返しの使用が可能であるという利点を有している。また、表面処理なしでも細胞が接着しにくい。
さらに、図3A,図8に示されるように、3D金属フィルター18は、目的細胞12を捕捉することができる大きさの窪み30を有している。窪み30のサイズは、非限定的に、例えば直径20〜30μm及び深さ5〜15μm、好ましくは直径25〜30μm及び深さ10μmである。深さが5μm未満では、目的細胞12が入り込めない。目的細胞12がほぼ完全に入り込むようにするには、窪み30の深さは、少なくとも約5〜15μmであることが望ましい。ただし、窪み30の深さが15μmを超えると、転写による目的細胞12の回収率に影響する恐れがある。また、窪み30は、図9に示される3D樹脂フィルター24のように、厚さ方向における段差形状を含む。換言すれば、窪み30は、周壁に囲まれていてもよく、また囲まれていなくてもよい。
高い孔密度を維持するために、窪み30が上記の全部又は一部の孔26の上部に形成されていてもよい。具体的には、窪み30の数は、孔26の数に対して好ましくは80〜100%である。すべての孔26の上部に窪み30が存在することが、さらに好ましい。なお、3D金属フィルター18における孔26の孔径は、窪み30への開口位置での直径である。
図3Bにおいて、2D金属フィルター20は、全体的に平面に近い構造となっている。2D金属フィルター20の厚さは、例えば10μmである。この2D金属フィルター20には、窪み30(図3A)が形成されていないが、深さ5μm以下であれば窪みを孔26の上部に設けてもよい(図示せず)。全体的に平面に近い構造となるためである。
図3Cにおいて、2D樹脂フィルター22の厚さは、例えば15〜20μmである。この2D樹脂フィルター22には、窪み30(図3A)が形成されていないが、深さ5μm以下であれば窪みを孔26の上部に設けてもよい(図示せず)。2D樹脂フィルター22は、例えばエポキシ、アクリル、ポリカーボネートなどの樹脂から形成されたものである。
図9において、3D樹脂フィルター24は、2D樹脂フィルター22(図3C)と同様の平板部24Aにおける目的細胞12の捕捉側の面16Aに、凸部24Bを加えて窪み30を形成したものである。この凸部24Bは、孔26を避けて平板部24Aと一体成形されている。また、凸部24Bは、例えば点状(柱状)、堤状、又は格子状に形成されている。凸部24Bが点状の場合、3箇所以上に点在していることが望ましい。凸部24Bが堤状の場合、2箇所以上に設けられることが望ましい。凸部24Bの高さは、3D金属フィルター18の窪み30(図3A)の深さと同様である。
3D金属フィルター18によれば、窪み30を設けることによって、1)白血球細胞のコンタミネーションを少なくすることができ、2)孔26の上部に窪みがなく目的細胞12が直接孔26に嵌入する場合に比べ、窪み30が存在するとフィルターの横方向から窪み30内に流れてきた目的細胞12に局所的な回転運動が発生するため、孔26への嵌入がソフトになる。すなわち窪み30を設けた3D構造にすることにより、目的細胞12が孔26に捕捉嵌入される強さを制御できる、という効果が得られる。3)窪み30に生理的緩衝液46の溜めができるため、遠心力による目的細胞12のスライドグラス42への転写に際し、目的細胞12が乾燥しにくくなり、細胞形態を良好に保持することができる(図6、図7参照)。これら3つの総合的な効果によって、目的細胞12の濃縮と形態の保存ができ、後に行うパパニコロウ染色や免疫染色を高品質に行うことが可能となる。また、通常の孔径8μmの孔26に比べてやや大きく、かつ目的細胞12に比べてやや幅広な孔径10μmの孔を有するフィルターでも、上記と類似した効果が得られる可能性がある。また、図4B、図4Cに示すように、個々の窪み30の間に連通路31を設ける方が好ましい。この連通路31は、幅寸法が窪み30の直径よりも小さく、且つ、孔26の直径と同じか、もしくはそれ以下であり、深さが窪み30と同じか、もしくはそれ以下である。連通路31を設ける理由は、後述するように、フィルター16を上下反転させてからスライドグラス42に重ねる際、目的細胞12が孔26に嵌りあって窪み30内の圧力で落下しにくい場合でも窪み30内の圧力を連通路31で逃がして、容易に落下させるためである。なお、図4Cにおいて、「400x」は拡大倍率であり、「WD」は顕微鏡の作動距離(Working distance)である。
フィルター16の周縁は、孔なしに縁取りされていることが好ましい。縁部が存在することによって、1)パッキンをフィルター16の上下から挟み込み、濾過ユニット28からの液漏れを防ぐことができ、2)目的細胞12をスライドグラス42の限られた領域に高密度に転写することが可能になるため、細胞数の計測が容易になること、さらに3)フィルター16を傷つけることなしにピンセットでつまむことが可能になる。
本実施形態のフィルター16は、例えばLIGA(Lithogaphie Galvanoformung Abfomung)技術を利用することによって作製することができる(服部正、表面技術、Vol. 62, No. 12, 619-624, 2011; W. Elufeld and H. Lhe, Radiat. Phys. Chem., 45(3): 340-365, 1995)。一例として、基板上にレジスト、吸収材(任意成分)、マスクを積層し、紫外線、X線又はシンクロトロン放射光を照射してレジストパターンを形成したのち、基板を電極として電鋳を行う金属メッキを行い、所定の開孔を残すところで電鋳を終え、さらにレジストの除去を行うことを含む方法により、3D金属フィルター18や2D金属フィルター20等の電鋳フィルターを作製することができる。2D樹脂フィルター22については、上記LIGAのような電鋳により作製した金型を用いることで、作製することができる。
これらのフィルター16において、孔26が「規則的に配置」されているとは、できるかぎり高密度になるような配置であって、すべての孔26が特定の規則性をもって配列されていることを指す。そのような規則性には、例えば格子状の配列、千鳥格子の配列(図4)、放射状の配列、同心円状の配列などが包含される。
(濾過ユニット)
図1,図2において、濾過ユニット28は、上部体32と下部体34とで内部に流路36を形成されたものである。フィルター16は、例えば上部体32と下部体34との間に、着脱可能に配置されている。流路36は、フィルター16に対して垂直となっている。フィルター16は、図示しないフィルターカセット等を介して、上部体32又は下部体34に固定されてもよい。
上部体32には入口部38が設けられ、下部体34には出口部40が設けられている。血液又は体液である検体液10は、入口部38から供給されるようになっている。出口部40からは、フィルター16の孔26を通過した、主に非目的細胞14を含む検体液10が排出されるようになっている。検体液10の供給は、ポンプ等による加圧を利用したものが良いが、出口部40に負圧を作用させるものであってもよい。また、検体液10の自重を利用したものであってもよい。なお、上部体32には、開閉可能な天井部33が設けられていてもよい。
濾過ユニット28は、加工のしやすさやコストの面で、その全体についてアクリルなどの樹脂又はポリマーで形成されているのが好ましい。透明な材質であれば、液体の流下速度を監視できるので好ましい。
図示は省略するが、濾過ユニット28の他に、リザーバーユニット、流量調節ユニット、及び排液回収ユニット(液だめベース)をさらに含むことができる。
(細胞のスライドグラス標本作製方法)
本実施形態に係る細胞のスライドグラス標本作製方法は、第1ステップS1〜第4ステップS4を有している。
図1,図2において、第1ステップS1では、血液中の循環癌細胞又は体液中の希少癌細胞の少なくとも一方である目的細胞12を、フィルター16により非目的細胞14から分離して捕捉する。図1に示されるように、入口部38から濾過ユニット28内の流路36に検体液10を注入すると、検体液10に含まれる目的細胞12がフィルター16に捕捉され、非目的細胞14や水分はフィルター16の孔26を通過し、出口部40から排出される。この結果、図2に示されるように、フィルター16に目的細胞12が捕捉された状態となる。
ここで、検体液10の量(体積)は、通常0.2-20ml、好ましくは5〜10mlである。通常、検体液10(特に血液)はリン酸緩衝生理食塩水(PBS)(目的に応じて0.25〜1ml EDTA含有のPBS)で、例えば2〜20倍に希釈した後に濾過する。5-20mlの検体量では通常必要ないが、血液量が多い場合(20-50ml)には、以下の前処理を行ってもよい。
前処理は、例えば、血液などの検体液10に塩化アンモニウムベースの溶血剤を添加して赤血球を除去し、CTC又は希少癌細胞などの目的細胞12を10倍以上濃縮した液を濾過ユニット28に導くことにより、濾過速度を上げずに、濾過時間を短縮できる。この場合、3D金属フィルター18の流速を大幅に遅くした状態で白血球を除去することができるため、目的細胞12は孔26に深く嵌入せずに3D金属フィルター18の窪み30にソフトに捕捉される。本実施形態の前処理を併用する場合、前処理を併用しない場合に比べ、3D金属フィルター18に捕捉された目的細胞12にかかる剪断応力が軽減され、細胞質のほとんどない脱核細胞を減らし、より良好な細胞形態の保持が期待できる。ただし、一方でこのような前処理は、目的細胞12のロスにつながる恐れがある。
本方法は、検体液10を濾過ユニット28に注入し、ポンプによる加圧により濾過を行うという単純な方法であるが、超高孔密度(例えば、5×104 〜1.5×105 /cm2)の3D(あるいは2D)金属フィルター18を使用することによって、許容可能な十分な迅速処理を達成できる。例えば、検体(全血)約5-7mlは洗浄を含めて約30分で処理することができる。洗浄液にはリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を用いるが、必要によりEDTAを含んでもよい。
第1ステップS1と第2ステップS2との間で、目的細胞12を標識抗体により染色してもよい。具体的には、目的細胞12に特異的に結合する蛍光標識抗体、例えばAlexa488標識抗Keratin抗体、PE標識抗EpCAM抗体、白血球に特異的に結合するAlexa647標識抗CD45抗体などの抗体混合物及び核染色用の蛍光色素(Hoechst)を用いて、目的細胞12を染色する。これらの染色は、濾過ユニット28に固定された3D金属フィルター18上で直接行うことができる。これにより、後述する第2ステップS2と第3ステップS3の間で、蛍光顕微鏡を用いて、フィルター16上に捕捉された目的細胞12の数などをカウントすることができる。
図5から図7において、第2ステップS2では、フィルター16の目的細胞12の捕捉側の面16Aがスライドグラス42に対向するようにして、該フィルター16をスライドグラス42に重ね(図5)、フィルター16にカバー部材44を被せると共に(図6)、フィルター16とスライドグラス42との間の目的細胞12を生理的緩衝液46に浸漬する(図6,図7)。
フィルター16が濾過ユニット28に固定された状態(図2)において、該フィルター16における目的細胞12の捕捉側の面16Aは、上側の面である。捕捉側の面16Aをスライドグラス42に対向させるためには、フィルター16を上下反転させてからスライドグラス42に重ねるか、又はフィルター16の上にスライドグラス42を重ねて、フィルター16及びスライドグラス42を上下反転させる。フィルター16がスライドグラス42に重ねられた状態においては、フィルター16の捕捉側の面16Aは下側の面となる。この状態において、フィルター16に捕捉された目的細胞12は、該フィルター16とスライドグラス42の間に位置している。
図8に示されるように、フィルター16が3D金属フィルター18である場合には、目的細胞12が窪み30に収まっているため、細胞を変形させる応力が少なく、細胞障害性が低い。図9に示されるように、フィルター16が3D樹脂フィルター24である場合も、凸部24Bにより形成された窪み30によってフィルター16の捕捉側の面16Aとスライドグラス42との間の間隔が確保されているので、細胞を変形させる応力が少なく、細胞障害性が低いが、3D金属フィルター18に比べ硬性に乏しく、耐久性に難点がある。
カバー部材44は、例えばフィルター16よりも大きく、該フィルター16を、全体的に余裕を持って覆っていることが好ましい。カバー部材44の材質は、ガラスや樹脂等である。
目的細胞12を生理的緩衝液46に浸漬するためには、例えば、カバー部材44をフィルター16に重ねる前に、目的細胞12を生理的緩衝液46に浸漬し、その後カバー部材44をそっと重ねる。図6に示すように、ピペット48を用いて、カバー部材44とスライドグラス42との間に生理的緩衝液46を注入してもよい。いずれの場合にも、生理的緩衝液46の表面張力により、フィルター16及びカバー部材44がスライドグラス42に保持される。
生理的緩衝液46は例えば生理食塩水又はリン酸緩衝生理食塩水であるが、これらに限られるものではなく、目的細胞12の乾燥を防ぐ意味からも多糖類など緩衝液に粘性を付与でき、細胞にとって無毒なポリマーなどを添加してもよい。
第1ステップS1と第2ステップS2との間で、目的細胞12を抗Keratin抗体、抗EpCAM抗体、抗CD45抗体及び核染色(Hoechst)で4重染色することができ、第3ステップS3に進む前に、蛍光顕微鏡を用いて、フィルター16上に捕捉された目的細胞12(Keratin+/EpCAM+/CD45-/Hoechst+)の数などをカウントすることができる。
図10において、第3ステップS3では、フィルター16とスライドグラス42との間の目的細胞12に、例えば遠心力の作用下で、スライドグラス42上にコーティングされた基質(図示せず)への細胞接着力を利用して、目的細胞12をスライドグラス42に転写する。具体的には、フィルター16及びカバー部材44が重ねられ、目的細胞12が生理的緩衝液46に浸漬されたスライドグラス42を、例えばスウィングローター型の遠心機50の腕部52に取り付け、該腕部52が固定されている回転軸53を回転させる。この際、スライドグラス42を遠心機50の径方向外側に配置することで、目的細胞12に対して、フィルター16の面及びスライドグラス42の面の垂直方向に遠心力を作用させることができる。
図11に示されるように、遠心機50の回転速度が大きいと、細胞の回収率が増加する。回収率とは、遠心機50を用いる前にフィルター16に捕捉されていた細胞の数に対する、遠心機50の使用後にスライドグラス42に転写され形態がよく保存された細胞の数の割合である。図11より、回転速度は1500−2000rpmが望ましい。回転速度がこれよりも大き過ぎると、細胞障害性への影響が大きくなるためである。
なお、第3ステップS3では、目的細胞12に遠心力ではなく、空気圧などの加圧下におけるスライドグラス42への細胞の接着性を利用してもよい。具体的には、図12に示されるように、第2ステップS2で濾過ユニット28から取り出したフィルター16(2Dフィルター)を、表面にプラズマなどによる親水処理などの種々の物質を表面にコーティングし細胞接着性を増強したスライドグラス42上に静置した後、円筒状のシリンジ型加圧器具59などにより手動で軽い空気圧を加え、細胞と基質との接着能を利用して、目的細胞12をスライドグラス42上にスタンプ式に転写してもよい。シリンジ型加圧器具59のうち、筒状体62の内部に面する先端には、ゴム59Aが設けられている。筒状体62とスライドグラス42との間には、フィルター16を有するフィルターカセット63が配置される。筒状体62とフィルターカセット63との間には、シリコンガスケット61が設けられる。
目的細胞12が固定された細胞である場合には表面にプラズマなどによる親水処理や種々の物質を表面にコーティングした市販のスライドグラス42を用いてもよい。また、スライドグラス42への目的細胞12の転写を促進させるために、スライドグラス42の表面に幅1〜5μm、深さ1〜5μmの溝43を切削等により適当数設け、排水口を作成し、上方からの加圧により緩徐な液流を作るなどしてもよい。
図13において、第4ステップS4では、保存液56が貯められた容器54にスライドグラス42を浸漬することにより、目的細胞12を障害することなく、カバー部材44及びフィルター16を自然に剥離させ、保存する。保存液56は、その後の染色に応じた各種固定液、例えば10%ホルマリンや95%エタノールなどの固定液、さらには生理的緩衝液であるが、これらに限られるものではない。スライドグラス42を保存液56に浸漬することで、生理的緩衝液46の表面張力が保存液56の表面張力に負けて、フィルター16及びカバー部材44が自然にスライドグラス42から剥離する。このため、カバー部材44を剥ぐ過程での目的細胞12への障害は最小限に抑えられる。第3ステップS3において、目的細胞12はスライドグラス42に強固に転写されているので、フィルター16及びカバー部材44が剥離しても、目的細胞12はスライドグラス42に保持される。これにより、図14に示されるように、スライドグラス42に目的細胞12が固定されたスライドグラス標本60が得られる。
本実施形態に係る細胞のスライドグラス標本作製方法によれば、フィルター16を用いることにより、検体液10中の目的細胞12(循環癌細胞や希少癌細胞)を、非目的細胞14(例えば血液細胞)とのサイズ差を利用して濃縮、分離して捕捉することができる。
また、捕捉された目的細胞12を、遠心力の作用下又は空気圧などの加圧下における細胞接着性を利用してスライドグラス42にソフトに転写する際、目的細胞12はフィルター16の窪み30に溜まった生理的緩衝液46に浸漬されているため、スライドグラス42に転写される際に、目的細胞12が押し潰されたり、乾燥したりしにくくなるので、細胞障害性を最小限に抑えることができる。
そして、保存液56が貯められた容器54にスライドグラス42を浸漬して、カバー部材44及びフィルターを自然に剥離させることで、目的細胞12がスライドグラス42に転写されたスライドグラス標本60となる。スライドグラス標本60は、保存液56の中で室温あるいは4℃で長期保存が可能である。
また、第1ステップS1と第2ステップS2との間で、標識抗体により目的細胞12を染色し、染色した目的細胞12の数を、蛍光顕微鏡を用いてカウントした場合でも、該目的細胞12をフィルター16から簡便にスライドグラス42上に安定した状態で回収、転写できる。
[第2実施形態]
図17において、本実施形態に係る細胞のスライドグラス標本作製方法は、第1実施形態と同様の第1ステップS1(図1も参照)と、第2ステップS12〜第4ステップS14とを有している。第1実施形態と同一の部分には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
第1ステップS1では、目的細胞12に対して固定および界面活性剤処理は行わず、目的細胞12が生きた状態のまま第2ステップS12に進む。
第2ステップS12では、濾過ユニット28から取り出したフィルター16を、I型コラーゲンなどの接着促進物質が表面にコーティングされたスライドグラス42上に静置した後、ただちに培養液58を加え、目的細胞12を例えば生きたまま接着させる。
第3ステップS13では、目的細胞12をCO2 インキュベーター内で、37℃,1〜数時間加温することで、細胞の遊走能を利用し、目的細胞12をスライドグラス42上に充分に接着させ、加圧下あるいは非加圧下で転写する。
第4ステップS14では、スライドグラス42上に筒状体62を配置して培養皿とし、該培養皿に培養液58を充分量加え、フィルター16を培地中に浮かせて、スライドグラス42から取り除く。これにより遠心力や空気圧などの外力を細胞に加えることなく、細胞障害を最小限度に抑え、目的細胞12を生かしたままスライドグラス42上に回収することができる(図17)。目的細胞12の生存条件下での転写の場合には、該目的細胞12がフィルター16からスライドグラス42上に自ら遊走し、接着する。
図17の第4ステップS14において、フィルター16、カバー部材44が除去され、スライドグラス42に転写された目的細胞12は、例えばホルマリンやエタノールの固定液による固定の後、パパニコロウ染色や免疫染色に利用することができる。また、目的細胞12は、培養皿内で短期間培養することもできる。つまり、目的細胞12は、染色用や培養用の細胞として利用することができる。
この細胞のスライドグラス標本作製方法によれば、第1実施形態と同様に、フィルター16(例えば金属製又は樹脂製)によって、検体液中の目的細胞12(循環癌細胞や希少癌細胞)を非目的細胞14(例えば血液細胞)とのサイズ差を利用して、簡便、迅速かつ高効率に分離して捕捉することができる。ただし、前者の生きたままの障害の少ない細胞を採取する場合には、第1実施形態に比べて、CO2 インキュベーター内での加温操作が必要なため、細胞回収には数時間〜数日、細胞培養には数日〜数週間の時間を要する。
[スライドグラス標本の利用]
目的細胞の12のスライドグラス標本60を用いることにより、例えばパパニコロウ染色(図15)や免疫染色(IHC法)(図16)を検査室のルーチンワークとして施工できる。図15は、パパニコロウ染色を行った細胞の顕微鏡写真である。クロマチンパターンが明瞭で細胞質も残っているなど細胞形態の保存が良好なため、病理医や細胞検査士が細胞診のように観察することができ、CTCの正確かつ客観的な評価が可能になる。図16は、IHC法による免疫染色を行った細胞の顕微鏡写真であり、サイトケラチンおよびCD45の染色結果を示す。細胞形態による評価に加えて、免疫染色による評価が加わるため、CTCの判定はより一層正確になる。またHER2、ER、PgR染色などコンパニオン診断に必要な免疫染色も可能である。
(DNA又はRNAの抽出方法)
スライドグラス標本60上で、目的細胞12からDNAやRNAを抽出して、公知の方法で遺伝子解析を行うこともできる。図18はスライドグラス標本60上に筒状体62を配置して、スライドグラス42上に転写された目的細胞12の周囲を、例えば樹脂製の円筒状の筒状体62で密着して囲んだ状態を示している。この筒状体62内に、DNA又はRNAの抽出液64を所定時間保持する。具体的には、筒状体62内に、例えばProteinase K solnなどのDNAの抽出液を添加して、56℃で60分間(以上)インキュベーションし、DNAを抽出する。必要に応じて、DNAを精製し、これを用いてPCR法などにより各種遺伝子解析を行うことができる(図19)。なお、筒状体62の材質は樹脂に限られず、金属等の他の材質であってもよい。DNA又はRNAの抽出液64を漏れなく液貯めして、一定期間(例えば1−4時間)56℃でインキュベートするために、図18に示されるように、筒状体62の側部に密着用の圧を作用させる柄66を設け、筒状体62の底部に環状のゴム68(シール材)を配置し、柄66に圧を作用させてスライドグラス42に密着させる構造であっても良い。
RNAの抽出液は、RLT solnを用いることができる。スライドグラス標本60上の筒状体62内にRNAの抽出液を添加し、適宜RNeasy Kitなどを用いてRNAを精製し、PCR法により各種遺伝子解析を行うことができる。
このように、目的細胞12のスライドグラス標本作成により細胞数の計測のみならず、目的細胞12の免疫染色を用いた細胞学的診断や遺伝子解析など、コンパニオン診断に必要な液体細胞診(Liquid biopsy)としての簡便、低コストでの利用が可能となる。
上記実施形態に係る細胞のスライドグラス標本作製方法において、必要な機器は低コストで安全な使い捨てができるフィルター16と濾過デバイス、簡単なシリンジポンプ、低速の卓上型の遠心機50、使い捨てのコーティングスライドグラス(スライドグラス42)および小型、円筒状のシリンジ型加圧器具59やDNA/RNA回収器具(筒状体62)のみである。このCTCなど目的細胞のスライドグラスへの転写・回収装置およびシステムは、一般病院の検査室におけるCTC等の検査を可能とするものであり、CTC等の目的細胞の検出、回収、解析技術として他に類を見ない多機能性を有している。
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
例えば、第1ステップS1と第2ステップS2,S12との間において、蛍光標識抗体による染色や蛍光顕微鏡を用いた目的細胞の数のカウントを行わなくてもよく、むしろスライドグラス標本上の方がより正確な計測が可能である。また、この段階で標識抗体染色をしない方が、第4ステップS4,S14以降のスライドグラス標本作成後の免疫染色の結果も、むしろ良好となる傾向が見られる。
2016年7月25日に出願された日本国特許出願2016−145568号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (2)

  1. 血液中の循環癌細胞又は体液中の希少癌細胞の少なくとも一方である目的細胞を捕捉する窪みとこの窪みに形成され非目的細胞を通過させる孔とを有するフィルターが組み込まれ、前記フィルターの前記目的細胞の捕捉側の面へ前記血液又は前記体液を供給する濾過ユニットを用い、前記フィルターにより前記非目的細胞から分離して前記目的細胞を前記窪みに捕捉する第1ステップと、
    前記フィルターの前記目的細胞の捕捉側の面にスライドグラスを重ね、前記スライドグラスと反対側の前記フィルターの面に板状のカバー部材を被せると共に、前記フィルターの前記窪みと前記スライドグラスとの間に収められた前記目的細胞を生理的緩衝液に浸漬する第2ステップと、
    前記フィルターと前記スライドグラスとの間の前記目的細胞を、遠心力の作用下、前記スライドグラスに転写する第3ステップと、
    保存液が貯められた容器に、前記目的細胞が転写された前記スライドグラス、前記カバー部材、及び前記フィルターを浸漬することにより、前記目的細胞を障害することなく、前記スライドグラスから前記カバー部材及び前記フィルターを自然に剥離させ、前記スライドグラス上に転写された前記目的細胞を保存する第4ステップと、
    を有する細胞のスライドグラス標本作製方法。
  2. 血液中の循環癌細胞又は体液中の希少癌細胞の少なくとも一方である目的細胞を捕捉する窪みとこの窪みに形成され非目的細胞を通過させる孔とを有するフィルターが組み込まれ、前記フィルターの前記目的細胞の捕捉側の面へ前記血液又は前記体液を供給する濾過ユニットを用い、前記フィルターにより前記非目的細胞から分離して前記目的細胞を前記窪みに捕捉する第1ステップと、
    前記フィルターの前記目的細胞の捕捉側にスライドグラスを静置し、前記フィルターの前記窪みと前記スライドグラスとの間に収められた前記目的細胞を生理的緩衝液に浸漬する第2ステップと、
    前記フィルターと前記スライドグラスとの間の前記目的細胞を、加圧下で作られる前記生理的緩衝液の緩徐な液流により、前記スライドグラスに転写する第3ステップと、
    保存液が貯められた容器に、前記目的細胞が転写された前記スライドグラス及び前記フィルターを浸漬することにより、前記目的細胞を障害することなく、前記スライドグラスから前記フィルターを自然に剥離させ、前記スライドグラス上に転写された前記目的細胞を保存する、又は前記容器に、前記目的細胞が転写された前記スライドグラスを浸漬することにより、前記目的細胞を障害することなく、前記スライドグラス上に転写された前記目的細胞を保存する第4ステップと、
    を有する細胞のスライドグラス標本作製方法。
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