JP6603663B2 - マイクロ流体デバイスにおける個々の生体細胞から特定の核酸材料を捕捉する方法 - Google Patents
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Description
生物学的分野において、生体細胞から核酸材料を抽出および捕捉することは有用であり得る。かかる核酸材料の例は、デオキシリボ核酸(DNA)、リボ核酸(RNA)、DNAまたはRNAのポリマー、DNAまたはRNAを包含する細胞小器官、もしくはDNAまたはRNAのポリマーまたはオリゴマーを包含する細胞小器官、および同様のものを含む。本発明の態様は、個々の生体細胞から特定の種類の核酸材料を抽出および選択的に捕捉するためのデバイスおよび方法を含む。
本発明のいくつかの態様において、個々の生体細胞から核酸材料を捕捉する方法は、個々の生体細胞をマイクロ流体デバイスにおける異なる単離囲い(isolation pen)中に配置することを含み得る。この方法はまた、単離囲いにおける細胞の1つを溶解し、および単離囲いにおける溶解した細胞から核酸材料における捕捉物体を捕捉することを含み得る。方法は、捕捉物体を単離囲いから取り除くことをさらに含み得る。
本明細書は、本発明の例示態様および適用を記載する。しかしながら、本発明は、これらの例示態様および適用に、あるいは、例示態様および適用が動作するかまたは本明細書に記載されるやり方に限定されない。また、図は、簡略化されたかまたは部分的な図を示してもよく、図中の要素の寸法は、大きく見せてもよいし、またはそうでなければ、釣り合いが取れていてもよい。加えて、用語「の上にある(on)」、「付着されている(attached)」または「とカップリングされている(coupled to)」が本明細書に使用されるとき、1つの要素(例えば材料、層、基板など)は、1つの要素が直接、他の要素の上に、それに付着されているか、または、それとカップリングされているか否かにかかわらず、あるいは、1つまたは2つ以上の介在要素が一方の要素と他方の要素との間にあるか否かにかかわらず、別の要素「の上にある」か、それ「に付着されている」か、または、それ「とカップリングされてい」てもよい。提供される場合、方向(例えば、上へ(above)、下へ(below)、上端(top)、下端(bottom)、横へ(side)、上方へ(up)、下方へ(down)、下へ(under)、上へ(over)、上方へ(upper)、下方へ(lower)、水平の(horizontal)、垂直の(vertical)、「x」、「y」、「z」など)もまた相対的なものであって、図説および検討を容易にするため例を用いて単に提供されるものであり、限定する目的はない。加えて、要素の一覧(例えば要素a、b、c)を参照する場合、かかる参照は、載せられた要素のいずれか1つそれ自体、載せられた要素の全部より少ないものからなるいずれかの組み合わせ、および/または、載せられた要素の全部からなる組み合わせを含むことを意図する。
本明細書に使用される用語「配置される」は、その意味「位置される」の範囲を包括的に含む。
示されるように、ハウジング202は、液体媒体244を含有するための1または2以上のチャネル240を含み得る。図2Bは、その上に媒体244が平らに(例えば凹凸のない)および平坦に配置され得るチャネル240の内表面242を図説する。しかしながら、内表面242は、代替的に平らではなく(例えば凹凸がある)、および電気端子(示されず)などの機能を含み得る。
いくつかの態様において、方法100では、ステップ106の一環として、囲い252における細胞502の1または2以上の溶解の時間を制御し得る。
溶解細胞1502から解放された核酸材料の1または2以上の特定の種類は、ステップ108に関して上記で検討されたように、囲い252における1または2以上の捕捉物体1002で、単離囲い252において捕捉され得る。
例1:囲いにおける細胞溶解
マイクロ流体デバイスの単離囲いにおける細胞溶解をテストするために、単離囲い中に細胞が注入され、溶解バッファはデバイスを通して流れ、細胞溶解は、Calcien AM染色を使用して監視された。この溶解バッファは、以下のようである:
塩化ナトリウム:0.135M;
トリス塩酸(pH8.0):9mM;
(DTT)4.5mMおよび
SDS:1%
溶解バッファを注入した後のt=0分でCalcein AMを使用して検出可能である(図16B)。溶解バッファを注入した後のt=5分で、細胞は、まだ大部分が無傷であるが溶解を開始している(図16C)。溶解バッファを注入した後のt=10分で、細胞は、細胞溶解が完了している(図16D)。
マイクロ流体デバイスの単離囲いにおける細胞の溶解(例えば、例1において記載されているように)に続いて、マイクロ流体デバイスを通して結合バッファを流すことによって標的核酸の捕捉物体への結合が実施され得る一方で、捕捉物体は、細胞溶解物の存在下にある。結合バッファは、以下のようであり得る:
トリス塩酸(pH7.5):20mM;
塩化リチウム:1.0M;および
EDTA:2mM
分離溶解および結合バッファの使用の代替案として、細胞溶解および核酸捕捉は、組み合わせ溶解/結合バッファを使用して達成可能である。したがって、細胞は、マイクロ流体デバイスにおける単離囲い中へ注入されることができ、組み合わせ溶解/結合バッファは、細胞溶解を達成するのに十分な時間、デバイスを通して流され得る。組み合わせ溶解/結合バッファは、溶解される細胞に隣接して捕捉物体が配置される前、実質的に同時、または後に流され得る。
トリス塩酸(pH7.5):100mM;
塩化リチウム:500mM;
EDTA:10mM;
LiDS:1%;および
DTT:5mM
Claims (37)
- 個々の生体細胞から核酸材料を捕捉する方法であって、
個々の生体細胞をマイクロ流体デバイスのチャネルに対して開口した単離囲い中へ置くステップであって、ここで、前記単離囲いは、
開口であって、前記囲い内の第一液体媒体と、前記チャネル内の前記開口に流出する第二液体媒体とを拡散によって交換するように構成された前記開口と、
筐体であって、前記単離囲いの内側空間を含み、前記内側空間内の生体細胞または捕捉物体と、前記マイクロ流体デバイスのもう一つの単離囲いの内側空間内の生体細胞または捕捉物体とが混合することを防ぐように十分に囲む、前記筐体を含む、前記ステップ;
前記単離囲いにおける前記個々の細胞を溶解するステップ;
前記単離囲いにおける捕捉物体で前記溶解された細胞からの核酸材料を捕捉するステップ;および
前記捕捉の後に、前記単離囲いから前記捕捉物体を取り除くステップを含む、前記方法。 - 置くステップが:
前記マイクロ流体デバイスにおける共有空間における生体細胞の群から前記個々の生体細胞を選択すること;および
前記共有空間から前記マイクロ流体デバイスにおける前記単離囲い中へ前記個々の細胞を移動することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記選択するステップが、前記マイクロ流体デバイスにおける前記生体細胞の群の特定の特徴をテストすることを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記個々の生体細胞が、前記特定の特徴のテストで陽性である前記群における前記生体細胞の1つである、請求項3に記載の方法。
- 前記選択するステップが、前記マイクロ流体デバイスの内側の前記共有空間中へ投影される光パターンによって前記個々の細胞を捕える個々の光ケージを生成することをさらに含む、請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記移動するステップが、前記個々の光ケージを前記共有空間から前記単離囲い中へ移動することをさらに含む、請求項5に記載の方法。
- 前記特定の特徴が、前記生体細胞のサイズまたは前記生体細胞の形態を含む、または、
前記特定の特徴が、前記生体細胞が特定の材料を含むか、または前記生体細胞が特定の材料を作り出すかどうかを含む、請求項3に記載の方法。 - 各単離囲いが単一の個々の細胞を包含するように、複数の個々の細胞が対応する複数の単離囲い中へ置かれる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記溶解するステップが:
溶解試薬を前記単離囲いが位置する前記マイクロ流体デバイスにおけるチャネルを通して流すこと、
電磁エネルギーのビームを前記個々の細胞に向けること、
前記個々の細胞を電気穿孔すること、
前記個々の細胞を十分に溶解するように前記細胞の温度を変化させること、または
前記個々の細胞を溶解するように前記個々の細胞に十分な音響エネルギーを適用することを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。 - 前記溶解するステップが、前記個々の細胞の第1の内部要素の膜を傷つけることなしに、前記個々の細胞の外側膜を傷つけることを含み、
前記外側の膜を傷つけることで、前記個々の細胞から第1の種類の核酸を解放し、および、
前記捕捉物体が、前記第1の種類の核酸を捕捉するように構成された第1の捕捉物体である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。 - 前記溶解するステップおよび前記捕捉するステップを以下のように繰り返すことをさらに含む、請求項10に記載の方法であって、
前記第1の内部要素の前記膜を傷つけることによって、前記単離囲いにおける前記個々の細胞の前記第1の内部要素を溶解する、および
前記第1の内部要素を溶解することによって解放された第2の種類の核酸材料を前記単離囲いにおける第2の捕捉物体によって捕捉する、前記方法。 - 前記第1の内部要素が、細胞核の1つまたは前記細胞の1つの細胞小器官である、請求項11に記載の方法。
- 前記細胞の1つを溶解することが、前記細胞の1つの第2の内部要素の膜を傷つけることなしに、前記細胞の1つの前記外側膜を傷つけることをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記溶解するステップおよび前記捕捉するステップを以下のように再び繰り返すことをさらに含む、請求項13に記載の方法であって、
前記第2の内部要素の前記膜を傷つけることによって、前記単離囲いにおける前記個々の細胞の前記第2の内部要素を溶解する、
前記第2の内部要素を溶解することによって解放された第3の種類の核酸材料を前記単離囲いにおける第3の捕捉物体として捕捉する、前記方法。 - 前記第1の内部要素または前記第2の内部要素の1つが、前記細胞の1つの細胞核である、および、
前記第1の内部要素または前記第2の内部要素の別の1つが、前記細胞の1つの細胞小器官である、請求項14に記載の方法。 - 前記第1の種類の核酸材料が、前記第2の種類の核酸材料とは異なる種類の核酸材料である、
前記第2の種類の核酸材料が、前記第3の種類の核酸材料とは異なる種類の核酸材料である、および
前記第1の種類の核酸材料が、前記第3の種類の核酸材料とは異なる種類の核酸材料である、請求項15に記載の方法。 - 前記溶解するステップが、前記複数の単離囲いにおける前記複数の個々の細胞を溶解することを含み、
前記捕捉するステップが、前記溶解された細胞から前記複数の単離囲いの核酸材料における複数の捕捉物体を捕捉することを含み、および
前記取り除くステップが、前記複数の単離囲いから前記複数の捕捉物体を取り除くことを含む、請求項8に記載の方法。 - 前記捕捉物体の各々が、前記複数の他の捕捉物体毎から前記各捕捉物体を一意的に識別する識別子を含み、
前記方法が、前記各捕捉物体と、前記捕捉物体によって捕捉された核酸材料に関するデータとの相関関係をメモリデバイスに格納することを含む、請求項17に記載の方法。 - 前記データが、前記捕捉物体によって捕捉された前記核酸材料の種類を含む、または、
前記相関関係が、前記捕捉物体によって捕捉された前記核酸材料が由来する前記溶解された細胞の1つの特徴を含む、請求項18に記載の方法。 - 前記単離囲いの開口にブロック物体を実質的に置くことをさらに含み、前記ブロック物体が前記溶解された細胞から核酸材料を捕捉するように構成されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記個々の生体細胞が、クローン細胞集団からの細胞である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記置くことが、前記マイクロ流体デバイスにおけるクローン細胞集団から前記単離囲い中へ前記個々の細胞を移動することを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記溶解するステップが、前記単離囲いにおける前記個々の細胞を溶解することを含み、
前記捕捉するステップが、前記溶解された細胞から前記単離囲いにおける核酸材料の1または2以上の捕捉物体を捕捉することを含み、および
前記取り除くステップが、前記単離囲いから1または2以上の捕捉物体を取り除くことを含む、請求項22に記載の方法。 - 前記捕捉物体の各々が、前記捕捉物体の他の1つ毎から前記各捕捉物体を一意的に識別する識別子を含み、
前記方法が、前記各捕捉物体の識別子と、前記捕捉物体によって捕捉された核酸材料が由来する前記細胞の1つからの前記クローン細胞集団の識別との相関関係をメモリデバイスに格納することを含む、請求項23に記載の方法。 - 前記溶解することが、前記単離囲いの1つにおける前記細胞の1つを第1回目に溶解することを含み、
前記方法が、前記単離囲いの第2の1つにおける前記細胞の第2の1つを第2回目に溶解することをさらに含み、および
前記第2回目が、前記第1回目の後である、請求項8に記載の方法。 - 前記マイクロ流体デバイス内部の事象のために前記マイクロ流体デバイスを監視することをさらに含む、請求項25に記載の方法であって、
前記第1回目が、前記事象の検出からの第1期間であり、および
前記第2回目が、前記事象の前記検出からの第2期間である、前記方法。 - 前記マイクロ流体デバイスにおける生体細胞の群の特定の特徴をテストすることをさらに含む、請求項25に記載の方法であって、
前記細胞の1つを、前記特徴の第1の1つで陽性であるとテストする、および
前記細胞の前記第2の1つを、前記特徴の第2の1つで陽性であるとテストする、前記方法。 - マイクロ流体デバイスであって、
電極起動基板であって、前記基板の表面に誘電泳動(DEP)電極を含み、前記各電極が選択的に起動および停止されるように構成される、前記電極起動基板;
前記基板の前記表面と共にマイクロ流体チャネルを画定する、マイクロ流体構造;および
前記チャネルにおいて配置された複数の単離囲いであって、各単離囲いは前記マイクロ流体デバイスのチャネルに対して開口しており、さらに、各単離囲いは、
開口であって、前記囲い内の第一液体媒体と、前記チャネル内の前記開口に流出する第二液体媒体とを拡散によって交換するように構成された前記開口と、
筐体であって、前記単離囲いの内側空間を含み、前記内側空間内の生体細胞または捕捉物体と、前記複数の単離囲いのもう一つの単離囲いの内側空間内の生体細胞または捕捉物体とが混合することを防ぐように十分に囲む、前記筐体を含む、前記複数の単離囲い;
を含み、
前記捕捉物体が、前記単離囲いの1つにおいて置かれるように寸法決めされており、前記各捕捉物体が、他の種類の核酸材料よりも特定の種類の核酸材料に少なくとも2倍の特異性を有する捕捉材料を含む、
前記マイクロ流体デバイス。 - 前記単離囲いにおける生体細胞を溶解するための溶解手段をさらに含む、請求項28に記載のデバイス。
- 前記電極の起動された1つが、前記電極の前記起動された1つに隣接する前記チャネルにおける生体細胞を捕えるのに十分なDEP力を生み出す、請求項28または29に記載のデバイス。
- 前記電極が、前記基板の前記表面上の仮想電極である、または、
前記各電極が、前記基板の前記表面に固定された電気導電端子を含む、請求項28〜30のいずれか一項に記載のデバイス。 - 前記各電極が、前記基板の前記表面の上に向けられた変化する光のパターンに応じて選択的に起動および停止される、請求項28〜31のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記捕捉物体の各々が、前記捕捉物体の他の1つ毎から前記捕捉物体を一意的に識別する識別子を含む、請求項28〜32のいずれか一項に記載のデバイス。
- 生体細胞および前記生体細胞から核酸を捕捉するように構成された捕捉物体を含有するように各々が寸法決めされた単離囲いを含む、マイクロ流体デバイスを制御するコントローラであって、
前記流体デバイスにおける生体細胞の個々の1つを選択し、および前記細胞の前記選択された1つを前記単離囲い中へ移動するための、選択/移動手段;
前記単離囲いにおける前記生体細胞の溶解を制御するように構成された制御モジュール;および
前記単離囲いにおける前記複数の捕捉物体の各々の1つと、前記捕捉物体の1つによって捕捉された核酸材料が由来する前記単離囲いにおける対応する生体細胞の1つとを相関させる相関記録を生み出すための相関手段を含む、前記コントローラ。 - 前記相関記録が、前記捕捉物体の各々の1つと、前記細胞の前記対応する1つが由来する細胞のクローン集団との相関である、請求項34に記載のコントローラ。
- 前記選択/移動手段が、前記生体細胞の任意の所望の1つを選択的に捕える、誘電泳動(DEP)力を生み出すためのDEPデバイスの一部である、請求項34または35のコントローラ。
- 前記選択/移動手段が、光電ピンセットデバイスを含む、または、
前記選択/移動手段が、OEWデバイスを含む、請求項34〜36に記載のコントローラ。
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