JP6639906B2 - Biological sample detection method - Google Patents

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本発明は生物試料中の標的細胞の検出方法に関しており、特に好適には体液、分散組織標本又は培養物のような細胞を含む試料から生きた細胞を効率的に分離し、保持孔へ捕捉後、細胞検出パラメータを用いて目的の細胞を高感度に検出する方法に関する。   The present invention relates to a method for detecting target cells in a biological sample, particularly preferably a method for efficiently separating living cells from a sample containing cells such as a body fluid, a dispersed tissue specimen or a culture, and capturing the living cells in a holding hole. And a method for detecting target cells with high sensitivity using cell detection parameters.

体液や細胞培養液等の生物学的液体から、又は、組織や細胞を懸濁・分散した分散標本から目的の細胞を分離し、臨床診断や治療へ応用する研究が進められている。例えば、血中に存在する極微量の癌細胞、すなわち循環腫瘍癌細胞(Circulating Tumor Cell:CTC)は、癌患者の原発腫瘍から血管中に浸潤した腫瘍細胞であり、血管内を流れるCTCが血管内壁に付着し血管外の臓器に浸潤することで癌の転移が起こると考えられている。従って、転移に関与する悪性腫瘍の早期発見の方法の一つとして、CTCを検出する方法が注目されている(非特許文献1)。   Researches are underway to separate target cells from biological fluids such as body fluids and cell cultures, or from dispersed specimens in which tissues and cells are suspended and dispersed, and to apply them to clinical diagnosis and therapy. For example, a very small amount of cancer cells present in blood, that is, circulating tumor cell (CTC) is a tumor cell that has infiltrated into a blood vessel from a primary tumor of a cancer patient, and CTC flowing in the blood vessel is a blood vessel. It is thought that cancer metastasis occurs by attaching to the inner wall and invading extravascular organs. Therefore, a method of detecting CTC has attracted attention as one of the methods for early detection of malignant tumors involved in metastasis (Non-Patent Document 1).

例えば、全血に対して抗上皮細胞接着分子(EpCAM)抗体を修飾した磁気微粒子によるCTCの濃縮を行い、免疫染色によりCTCと正常細胞(白血球)の標識を行った後、自動蛍光検出装置を用いてCTCの計数を行う方法が提案されている(CellSearch法、非特許文献3参照)。   For example, after enriching CTC with magnetic microparticles modified with an anti-epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) antibody in whole blood, and labeling CTC and normal cells (leukocytes) by immunostaining, an automatic fluorescence detector is used. A method of counting CTCs using the method has been proposed (CellSearch method, see Non-Patent Document 3).

また、血中の癌細胞が血球細胞である赤血球、血小板、白血球に比べてサイズが大きいことを利用し、血液をフィルトレーションすることによってサイズの小さい血球細胞を排出し、フィルター面上に血中の癌細胞を捕捉する手法を用いた検出方法(ISET法、例えば、非特許文献4、特許文献1参照)が提案されている。   Also, taking advantage of the fact that cancer cells in the blood are larger in size than red blood cells, platelets, and white blood cells, which are blood cells, the blood is filtered to discharge smaller blood cells, and the blood is filtered onto the filter surface. There has been proposed a detection method using a technique of capturing cancer cells therein (ISET method, for example, see Non-Patent Document 4 and Patent Document 1).

CTCは癌患者の血液1mL(血球細胞数約50億個)に、数個〜数十個程度しか存在していない希少な細胞である(非特許文献2)。またCTCは転移の過程において、細胞表面タンパク質である上皮細胞接着分子(EpCAM)や細胞内骨格タンパク質であるサイトケラチンなどCTCの分離および検出のターゲットとなる分子が消失している例も報告されており、多様性に富んだ細胞であることが推測されている。さらに、多くのCTCはアポトーシス(細胞死)や免疫細胞の攻撃により死滅し、生き残った極わずかなCTCのみが遠隔転移を成立させることがCTCの検出およびCTCを用いた早期診断や転移診断を困難にしていた。   CTC is a rare cell in which only about a few to several tens of cells are present in 1 mL of blood (about 5 billion blood cells) of a cancer patient (Non-patent Document 2). In addition, it has been reported that during the metastasis process, molecules that are targets for the separation and detection of CTC, such as epithelial cell adhesion molecule (EpCAM), which is a cell surface protein, and cytokeratin, which is an intracellular skeletal protein, have disappeared. Therefore, it is estimated that the cells are rich in diversity. Furthermore, many CTCs are killed by apoptosis (cell death) or attack by immune cells, and only a few surviving CTCs can establish distant metastasis. I was

特開2011−163830号公報JP 2011-163830 A 国際公開第2014/192919号International Publication No. 2014/192919

Pantel K, et al. 2008. Detection, clinical relevance and specific biological properties of disseminating tumour cells. Nat Rev Cancer 8(5):329.Pantel K, et al. 2008. Detection, clinical relevance and specific biological biological properties of disseminating tumor cells. Nat Rev3. Cristofanilli M, et. al. 2004. Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. N Engl J Med 351(8):781.13(3):920.Cristofanilli M, et. al. 2004. Circulating tumour cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. N Engl J Med 351 (8): 781.13 (3): 920. Riethdorf S, et. al. 2007. Detection of circulating tumor cells in peripheral blood of patients with metastatic breast cancer: a validation study of the CellSearch system. Clin Cancer Res 13(3):920.Riethdorf S, et. al. 2007. Detection of circulating tumour cells in peripheral blood of patients with metastatic breast cancer: a validation study of the cellular search. Clin Cancer Res 13 (3): 920. Rostagno P, Moll JL, Bisconte JC, Caldani C. 1997. Detection of rare circulating breast cancer cells by filtration cytometry and identification by DNA content: sensitivity in an experimental model. Anticancer Res 17(4A):2481.Rostagno P, Moll JL, Bisconte JC, Caldani C.I. 1997. Detection of rare circulating breaking cancer cells by filtration cytometry and identification by DNA content: sensitivity in an experimental element. Anticancer Res 17 (4A): 2481.

CTCの検出にあたり、CTCの保有する検出ターゲット(検出マーカー)に依存せずに分離、検出が可能であり、かつ血中で生存し転移を成立させるCTCを選択的に高感度検出する技術が求められている(非特許文献3)。   For the detection of CTC, a technique is needed that can separate and detect CTC without depending on the detection target (detection marker) possessed by CTC, and selectively and highly sensitively detects CTC that survives in blood and establishes metastasis. (Non-Patent Document 3).

しかしながら、前述したCellSearch法はEpCAMが発現していないCTCは分離できず、また厳密に生きた細胞のみを選択的に検出することはできない。一方、ISET法は、CTC保有マーカーに依存しない細胞の大きさの違いを利用したCTC分離法を採用しているが、細胞の生死は区別することはできず、転移に関与する生きたCTCを検出するような質的評価が困難であるという課題があった。そこで本発明の目的は、生きた標的細胞を高感度に検出する方法を提供することにある。   However, the above-described CellSearch method cannot separate CTCs that do not express EpCAM, and cannot selectively detect only strictly living cells. On the other hand, the ISET method employs a CTC separation method utilizing a difference in cell size independent of a CTC-carrying marker, but cannot distinguish between live and dead cells, and removes live CTCs involved in metastasis. There is a problem that qualitative evaluation for detection is difficult. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for detecting living target cells with high sensitivity.

前記目的に鑑みて完成された本発明は、生物試料から生細胞を濃縮した後、生細胞を基板上に展開し、展開された生きた標的細胞を検出することを特徴とする生物試料検出方法に関する。   The present invention, which has been completed in view of the above object, has a method for detecting a biological sample, comprising: concentrating living cells from a biological sample, developing the living cells on a substrate, and detecting the expanded living target cells. About.

本発明では、生細胞を濃縮する濃縮工程を行った後に、濃縮液を展開する工程、標的細胞を検出する工程を行うことで、生きた標的細胞を高感度に検出することができる。濃縮工程が、比重差に基づいて生細胞と死細胞を分離することで、生きた標的細胞を効率的に濃縮することができる。また、展開工程が、誘電泳動力により生きた細胞を基板上に備えた各保持孔に、概ね1個の細胞を捕捉することにより、細胞検出パラメータを用いて標的細胞を高感度に検出することができる。従って、細胞表面抗原や細胞の大きさで細胞分離する方法と比較して、生きた細胞をより選択的に分離、検出することができる。また標的細胞の標識マーカーが存在しなくても、不要な細胞を標識し、排除することで標的細胞を検出することができる。このような効果により、生きた癌細胞の検出による悪性腫瘍の早期発見や転移診断が可能となる。   In the present invention, a live target cell can be detected with high sensitivity by performing a step of developing a concentrated solution and a step of detecting a target cell after performing a concentration step of concentrating living cells. In the enrichment step, living target cells can be efficiently enriched by separating live cells and dead cells based on the difference in specific gravity. In addition, the developing step captures approximately one cell in each holding hole provided with live cells on the substrate by dielectrophoretic force, thereby detecting target cells with high sensitivity using cell detection parameters. Can be. Therefore, living cells can be more selectively separated and detected as compared with a method of separating cells based on cell surface antigens or cell size. In addition, even if there is no target cell labeling marker, the target cells can be detected by labeling and eliminating unnecessary cells. Such effects enable early detection of malignant tumors and diagnosis of metastasis by detecting live cancer cells.

本発明の分離濃縮構造体を説明するための図である。It is a figure for explaining the separation concentration structure object of the present invention. 本発明に用いる第1実施形態に係る構造体を説明するための図である。It is a figure for explaining the structure concerning a 1st embodiment used for the present invention. 本発明に用いる第2実施形態に係る構造体を説明するための図である。It is a figure for explaining the structure concerning a 2nd embodiment used for the present invention. 本発明に用いる構造体及び生物試料検出装置を説明するための図である。It is a figure for explaining a structure and a biological sample detecting device used for the present invention. 本発明の分離方法を説明するための図である。It is a figure for explaining the separation method of the present invention. 本発明の分離方法を説明するための図である。It is a figure for explaining the separation method of the present invention. 本発明の実施例4における誘電泳動周波数と癌細胞検出率を示す図である。It is a figure which shows the dielectrophoretic frequency and the cancer cell detection rate in Example 4 of this invention. 本発明の実施例6における乳癌患者検体のCTC数の検出結果を示す図である。It is a figure in Example 6 of this invention which shows the detection result of the CTC count of a breast cancer patient sample. 本発明の実施例7における異常細胞の検出フローを示す図である。It is a figure in Example 7 of this invention which shows the detection flow of abnormal cells.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、生物試料中において生きた標的細胞を検出する方法に関する。より具体的には、本発明の検出方法は、以下の工程:
生物試料から生細胞を濃縮して濃縮液を得る濃縮工程と、
前記濃縮工程で得られた濃縮液を基板上に展開する展開工程と、
前記基板上に展開された生きた標的細胞を光学的に検出する光学検出工程と、
を含む。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The present invention relates to a method for detecting living target cells in a biological sample. More specifically, the detection method of the present invention comprises the following steps:
A concentration step of concentrating living cells from a biological sample to obtain a concentrated solution;
A developing step of developing the concentrated solution obtained in the concentration step on a substrate,
An optical detection step of optically detecting a living target cell developed on the substrate,
including.

本発明において、生物試料とは、細胞を含む試料であれば任意の試料のことをいい、生体から取得された生体試料並びに細胞培養や組織培養などで得られる培養試料を含む。生体試料としては、尿、血液、血漿、血清、唾液、精液、糞便、痰、髄液、羊水、リンパ液、細胞の凝集物、腫瘍、リンパ節又は動脈といった器官や組織に由来する試料が挙げられる。培養試料としては、細胞培養物、組織培養物、又はそれらの培養液が挙げられる。これらの生物試料は、試料の種類に応じて、希釈、混合、分散、懸濁などの処理をおこなって、予め液体試料を調製することもできる。   In the present invention, a biological sample refers to any sample as long as it is a sample containing cells, and includes a biological sample obtained from a living body and a culture sample obtained by cell culture, tissue culture, or the like. Biological samples include urine, blood, plasma, serum, saliva, semen, feces, sputum, cerebrospinal fluid, amniotic fluid, lymph fluid, cell aggregates, tumors, samples derived from organs or tissues such as lymph nodes or arteries. . Culture samples include cell cultures, tissue cultures, or cultures thereof. These biological samples can be subjected to treatments such as dilution, mixing, dispersion, suspension, etc., depending on the type of the sample, to prepare liquid samples in advance.

本発明は、生物試料中の生きた目的の細胞(以下、標的細胞とも言う)を検出することを目的としている。本発明において検出される標的細胞は、実験に応じて任意の細胞、例えば赤血球、白血球やES細胞、iPS細胞に代表される幹細胞、内皮細胞、細菌、微生物等を標的とすることができるが、癌の早期診断や転移診断を行う観点では、主に癌細胞を標的とすることが好ましい。本発明で標的とされる癌細胞の中でも、血液やリンパ液などの循環器系を通じて遠隔転移する循環腫瘍癌細胞(CTC)を標的とすることが好ましい。このような癌細胞としては、例えば胃癌、大腸癌、食道癌、肝臓癌、肺癌、すい臓癌、膀胱癌、子宮癌(上皮性腫瘍)、血液細胞癌(リンパ腫、白血病)由来の細胞が例示できる。   An object of the present invention is to detect living target cells (hereinafter, also referred to as target cells) in a biological sample. The target cells detected in the present invention can be any cells depending on experiments, such as red blood cells, white blood cells, ES cells, stem cells represented by iPS cells, endothelial cells, bacteria, microorganisms, etc. From the viewpoint of performing early diagnosis and metastasis diagnosis of cancer, it is preferable to mainly target cancer cells. Among the cancer cells targeted by the present invention, it is preferable to target circulating tumor cancer cells (CTC) that metastasize remotely through a circulatory system such as blood or lymph. Examples of such cancer cells include cells derived from gastric cancer, colon cancer, esophageal cancer, liver cancer, lung cancer, pancreatic cancer, bladder cancer, uterine cancer (epithelial tumor), and blood cell cancer (lymphoma, leukemia). .

濃縮工程
濃縮工程は、生物試料から生きた細胞を濃縮し、濃縮液を得る工程である。一般に、生細胞と死細胞とでは比重が異なっていることから、生物試料の比重差を利用することで生細胞を死細胞から分離して濃縮することができる。このような濃縮工程としては、具体的に密度勾配溶液を用いることで、生細胞を分離し濃縮することができる。このような濃縮工程では、生細胞を完全に分離することを意図するものではなく、生細胞の割合が増加しさえすれば濃縮工程としては十分である。生物試料中の死細胞の混入率によっても変化しうるが、濃縮工程後の死細胞の割合が、20%未満、好ましくは15%未満、さらに好ましくは10%未満、さらにより好ましくは5%未満になることが好ましい。
Concentration Step The concentration step is a step of concentrating living cells from a biological sample to obtain a concentrated solution. In general, since the specific gravity is different between a living cell and a dead cell, a living cell can be separated from a dead cell and concentrated by utilizing a difference in specific gravity of a biological sample. As such a concentration step, viable cells can be separated and concentrated by specifically using a density gradient solution. Such a concentration step is not intended to completely separate living cells, and is sufficient as long as the proportion of living cells increases. The ratio of dead cells after the enrichment step is less than 20%, preferably less than 15%, more preferably less than 10%, even more preferably less than 5%, although it may vary depending on the contamination ratio of dead cells in the biological sample. It is preferable that

濃縮工程は、生きた細胞を分離し濃縮する工程であるが、同時に標的細胞を濃縮することもできる。生物試料の中で、例えば血液試料中には、赤血球、白血球、及び血小板をはじめ様々な細胞が存在しているが、後の工程において標的細胞の検出を行うために、全細胞中の標的細胞の割合を増加させることが望ましい。濃縮工程は、密度勾配溶液に生物試料を重層し、遠心分離を行うことで行うことができる。生きた標的細胞が密度勾配溶液との境界から回収することができ、それにより生きた標的細胞を濃縮することができる。濃縮を達成できる遠心速度や密度勾配は当業者が適宜選択することができる。   The enrichment step is a step of separating and enriching living cells, but can also enrich target cells at the same time. In a biological sample, for example, in a blood sample, various cells including red blood cells, white blood cells, and platelets are present, but in order to detect target cells in a later step, target cells in all cells It is desirable to increase the ratio of. The concentration step can be performed by overlaying a biological sample on a density gradient solution and performing centrifugation. Live target cells can be recovered from the interface with the density gradient solution, thereby enriching the live target cells. Those skilled in the art can appropriately select the centrifugal speed and the density gradient that can achieve the concentration.

濃縮工程を実施するための器具として、例えば図1の細胞分離濃縮構造体を用いることができる。分離濃縮構造体1は、2及び3の2つの筒状部材からなる。分離濃縮構造体の上部を構成する筒状部材2は開口を有し、筒状部材3は、一端が閉塞して底部5を形成している。筒状部材2及び3は、それぞれ開口又は底部の反対の端に連通開口6が設けられ、該両部材が連結された場合に両筒状部材の内部空間が連通し、全体として一つの分離濃縮構造体を形成する。   As an instrument for performing the concentration step, for example, the cell separation / concentration structure shown in FIG. 1 can be used. The separation / concentration structure 1 is composed of two cylindrical members 2 and 3. The cylindrical member 2 constituting the upper part of the separation / concentration structure has an opening, and the cylindrical member 3 has one end closed to form a bottom part 5. Each of the tubular members 2 and 3 is provided with a communication opening 6 at an end opposite to the opening or the bottom, and when the two members are connected, the internal spaces of both tubular members communicate with each other, so that one separation and concentration as a whole is achieved. Form a structure.

密度勾配溶液は、分離濃縮構造体1において、その底部(筒状部材3の閉塞端5)から分離部近傍まで注入する。より具体的には、分離濃縮構造体を静置した場合に、密度勾配溶液の液面高さが上側の筒状部材2の連通口端より高くなる(筒状部材2側になる)、すなわち、下側の筒状部材(筒状部材3)を分離した際に、遠心分離操作により密度勾配溶液を通過して筒状部材3の閉塞端5側に移動した成分を密度勾配溶液の大半とともに筒状部材3に、密度勾配溶液上に維持された目的成分(細胞)を筒状部材2に維持された状態で分離できる程度、好ましくは1mm程度、高くなるよう注入する。その後、生物試料溶液を密度勾配溶液の上に重層し、開口部をキャップ4で密閉し、遠心分離操作を行う。遠心分離操作は、一般には1000から2000×g程度の低速で実施すれば良いが、目的とする細胞の密度や使用する密度勾配溶液の密度を勘案し、密度勾配溶液の上に維持される条件を選択する。例えば目的とする細胞が生きた腫瘍細胞であり、上記のような遠心を行うのであれば、腫瘍細胞の種類に応じて密度勾配溶液の密度を1.060〜1.095g/mLの範囲で設定することができる。密度勾配溶液の密度は、標的細胞の濃縮率を高める観点から、1.075g/ml以上が好ましく、1.080g/ml以上がさらに好ましい。標的細胞の濃縮率を高める観点から、1.100g/ml以下が好ましく、1.096以下がより好ましく、1.093以下がさらに好ましい。より具体的には密度勾配溶液の密度は、1.082〜1.091g/mLの範囲とすることが好ましい。また生理学的浸透圧は200〜450mOsm/kgの範囲で設定することができる。死細胞の混入率を低くさせる観点から、280mOsm/kg以上が好ましく、300mOsm/kg以上がさらにより好ましい。標的細胞の濃縮率を高める観点では、300mOsm/kg以上が好ましく、350mOsm/kg以上がさらに好ましく、380mOsm/kg以上がさらにより好ましい。より具体的には密度勾配溶液の浸透圧は、300〜400mOsm/kgがより好ましい範囲である。溶液のpHは、細胞が損傷を受けない範囲で任意に選択することができ、例えば6.8〜7.8の範囲に調整することが例示できる。   The density gradient solution is injected from the bottom (closed end 5 of the cylindrical member 3) to the vicinity of the separation part in the separation and concentration structure 1. More specifically, when the separation / concentration structure is allowed to stand, the liquid level height of the density gradient solution is higher than the communication port end of the upper cylindrical member 2 (on the side of the cylindrical member 2), that is, When the lower cylindrical member (cylindrical member 3) is separated, the components that have passed through the density gradient solution and moved to the closed end 5 side of the cylindrical member 3 by centrifugation are removed together with the majority of the density gradient solution. The target component (cell) maintained on the density gradient solution is injected into the cylindrical member 3 so that the target component (cell) can be separated while maintaining the cylindrical member 2, preferably about 1 mm. Thereafter, the biological sample solution is overlaid on the density gradient solution, the opening is closed with the cap 4, and centrifugation is performed. Generally, the centrifugation operation may be performed at a low speed of about 1000 to 2000 × g. However, in consideration of the density of the target cells and the density of the density gradient solution to be used, the conditions maintained on the density gradient solution are considered. Select For example, if the target cell is a living tumor cell and the above-mentioned centrifugation is performed, the density of the density gradient solution is set in the range of 1.060 to 1.095 g / mL according to the type of the tumor cell. can do. The density of the density gradient solution is preferably 1.075 g / ml or more, and more preferably 1.080 g / ml or more, from the viewpoint of increasing the concentration rate of the target cells. From the viewpoint of increasing the concentration rate of the target cells, the concentration is preferably 1.100 g / ml or less, more preferably 1.096 or less, and even more preferably 1.093 or less. More specifically, the density of the density gradient solution is preferably in the range of 1.082 to 1.091 g / mL. The physiological osmotic pressure can be set in the range of 200 to 450 mOsm / kg. From the viewpoint of reducing the contamination rate of dead cells, 280 mOsm / kg or more is preferable, and 300 mOsm / kg or more is still more preferable. From the viewpoint of increasing the enrichment rate of the target cells, it is preferably at least 300 mOsm / kg, more preferably at least 350 mOsm / kg, even more preferably at least 380 mOsm / kg. More specifically, the osmotic pressure of the density gradient solution is more preferably from 300 to 400 mOsm / kg. The pH of the solution can be arbitrarily selected within a range where the cells are not damaged, and for example, adjustment to a range of 6.8 to 7.8 can be exemplified.

遠心分離操作により、密度勾配溶液の密度より大きな密度を有する成分(例えば死滅した細胞など)は密度勾配溶液の勾配層を通過して下側の筒状部材(筒状部材3)中に移動する。一方、密度勾配溶液より小さな密度の目的とする細胞(例えば生きた腫瘍細胞など)は、上側の筒状部材(筒状部材2)内の密度勾配溶液の上に維持される。そこで開口部の密閉を維持したまま連結された筒状部材を図1で示した状態となるように分離すれば、上側の筒状部材(筒状部材2)中に目的とする細胞を含む分画を回収することができる。この分画は、例えばキャップ4を取り外すことによって密閉状態を開放することで下方へ滴下させる等すれば、特別の熟練を要することなく容易に回収できる。一方、下側の筒状部材(筒状部材3)中に移動した分画については、例えば当該筒状部材とともに廃棄等することができる。   Due to the centrifugation operation, components having a density higher than the density of the density gradient solution (eg, dead cells) move through the gradient layer of the density gradient solution into the lower cylindrical member (cylindrical member 3). . On the other hand, target cells having a lower density than the density gradient solution (for example, living tumor cells) are maintained on the density gradient solution in the upper cylindrical member (cylindrical member 2). Therefore, if the connected tubular members are separated so as to be in the state shown in FIG. 1 while maintaining the hermetic sealing of the opening, the upper tubular member (tubular member 2) contains the target cell. Images can be collected. This fraction can be easily collected without special skill if, for example, the cap 4 is removed and the sealed state is opened to allow the fraction to be dropped downward. On the other hand, the fraction moved into the lower tubular member (the tubular member 3) can be discarded together with the tubular member, for example.

回収した細胞の測定は、スライドへの塗布もしくはウェルへ捕捉した細胞を顕微鏡観察する手法やフローサイトメトリー法などを用いることができる。特に本発明で使用する誘電泳動力によって基板上に備えた複数の保持孔に1つずつ細胞を捕捉して測定する手法は、高感度かつ高精度に細胞を観察、解析できる点でより好ましい。   For the measurement of the collected cells, a method of microscopic observation of cells applied to a slide or captured in a well, a flow cytometry method, or the like can be used. In particular, the technique of capturing and measuring cells one by one in a plurality of holding holes provided on the substrate by dielectrophoretic force used in the present invention is more preferable because the cells can be observed and analyzed with high sensitivity and high accuracy.

展開工程
展開工程は、濃縮工程を経て得られた濃縮液を基板上に展開することにより行われる。濃縮液を展開することで、濃縮液に含まれる細胞を検出に適した間隔で基板上に分布させることができる。非凝集状態で展開させることが好ましく、展開前に濃縮液を十分に懸濁しておくことが好ましい。展開工程は、細胞を検出に適した間隔で基板上に分布させることができれば任意の手法を用いることができ、単に濃縮液を基板上に適用するのみであってもよいが、必要に応じてさらなる処理を行ってもよい。一例として、濃縮液を基板上に適用後に、振動や誘導泳動力をあたえることにより、細胞を展開することもできる。細胞を均一に展開するために、基板上に保持孔があけられていることが好ましく、各保持孔につき、概ね一個の細胞を配置することで、その後の検出工程にて標的細胞の検出が容易になる。所望される細胞の展開密度に応じて、濃縮液中の細胞数を計数し、適切な細胞数が展開されるように希釈されてもよく、また展開に供する濃縮液を計量して展開することもできる。
Developing Step The developing step is performed by developing the concentrated solution obtained through the concentration step on a substrate. By developing the concentrate, cells contained in the concentrate can be distributed on the substrate at intervals suitable for detection. It is preferable to develop in a non-aggregated state, and it is preferable to sufficiently suspend the concentrated solution before developing. The developing step can use any method as long as the cells can be distributed on the substrate at intervals suitable for detection, and may simply apply the concentrated solution on the substrate, but if necessary, Further processing may be performed. As an example, cells can be developed by applying a vibration or an induced electrophoretic force after applying the concentrate on the substrate. In order to spread the cells uniformly, it is preferable that a holding hole is formed on the substrate.By arranging approximately one cell in each holding hole, detection of target cells in the subsequent detection step is easy. become. Counting the number of cells in the concentrate, depending on the desired cell development density, may be diluted so that an appropriate cell number is developed, and measuring and developing the concentrate to be developed You can also.

本発明の展開工程に用いる器具として、例えば図2の生物試料検出構造体を使用することができる。本構造体は、後の検出工程において細胞の存在を示す物質により発せられる光を検出するために細胞をそれぞれ保持する複数の保持孔(貫通孔)7を有する構造体8であって、平板状の基板9上に配置されている。また、前記基板および上蓋基板10は透光性材料からなり、前記基板の前記保持孔側および上蓋基板の表面に設けられた電極はITOなどの透明電極であることが好ましい。これにより、保持孔から発せられる光を基板の上側もしくは下側から観察することが可能となる。保持孔は絶縁体膜11から構成されているが、遮光膜12を備えていてもよい。遮光膜を設けることにより、例えば絶縁体膜自体の自家蛍光に起因するバックグラウンドノイズや隣接する保持孔からの漏れ光に起因するクロストークノイズなどの光ノイズを低減することができ、各保持孔内の観察対象物質により発せられる光のみを高感度かつ高精度に検出することができる。   For example, the biological sample detecting structure shown in FIG. 2 can be used as an instrument used in the developing step of the present invention. The present structure is a structure 8 having a plurality of holding holes (through holes) 7 for holding cells in order to detect light emitted by a substance indicating the presence of cells in a subsequent detection step, and is a flat plate-like structure. On the substrate 9. Preferably, the substrate and the upper cover substrate 10 are made of a light-transmitting material, and the electrodes provided on the holding hole side of the substrate and on the surface of the upper cover substrate are transparent electrodes such as ITO. This makes it possible to observe the light emitted from the holding hole from above or below the substrate. The holding hole is made of the insulator film 11, but may be provided with the light shielding film 12. By providing the light-shielding film, it is possible to reduce light noise such as background noise caused by autofluorescence of the insulator film itself and crosstalk noise caused by light leaking from the adjacent holding holes. Only the light emitted by the observation target substance in the inside can be detected with high sensitivity and high accuracy.

また、前記構造体は、前記保持孔の上に前記細胞を含む懸濁液を収容する収容部13を備えており、前記保持孔が前記収容部と連通するように設けられている。また収容部には細胞懸濁液を導入する導入口14、細胞懸濁液を排出する排出口15を備える。   In addition, the structure includes a storage unit 13 that stores the suspension containing the cells on the holding hole, and the storage hole is provided so as to communicate with the storage unit. In addition, the accommodation section has an inlet 14 for introducing the cell suspension and an outlet 15 for discharging the cell suspension.

保持孔内へ細胞を捕捉する方法としては、誘電泳動力を利用する。この誘電泳動力により、生きた細胞を数秒程度の極めて短い時間で多数の保持孔に捕捉することができる。誘電泳動力を細胞に作用させるには、収容部及び保持孔を懸濁液で満たした状態で、保持孔の部分に電気力線が集中するような交流電界をかければよい。かかる交流電界を印加するための構成として、図2の構造体の他に図3に示すように、前記基板の前記保持孔側の表面に、互いに異なる保持孔に対応する位置にそれぞれ配置される一対の電極(櫛状電極18)を構成する電極16、17が設けられ、前記保持孔は、前記保持孔の上表面から前記基板上の櫛状電極まで延在する、という構成を採用することができる。いずれの構成の場合も、保持孔の底部に電極を露出させ、2つの電極の間に所定の波形を有する交流電圧を印加することで、誘電泳動力により懸濁液中の細胞を保持孔内へ捕捉することが可能である。また保持孔をアレイ状に配置することで、電極間に印加した電圧によって生じる電界がすべての保持孔にほぼ均等に生じることになり、すべての保持孔に対して同じように細胞を誘導し捕捉することができる。   As a method of capturing cells in the holding holes, dielectrophoretic force is used. With this dielectrophoretic force, living cells can be captured in many holding holes in a very short time of about several seconds. In order for the dielectrophoretic force to act on the cells, an AC electric field may be applied so that the lines of electric force concentrate on the holding holes while the container and the holding holes are filled with the suspension. As a configuration for applying such an AC electric field, as shown in FIG. 3, in addition to the structure of FIG. 2, the configuration is arranged on the surface of the substrate on the holding hole side at positions corresponding to the holding holes different from each other. Electrodes 16 and 17 forming a pair of electrodes (comb-shaped electrodes 18) are provided, and the holding hole extends from the upper surface of the holding hole to the comb-shaped electrode on the substrate. Can be. In any case, by exposing the electrode to the bottom of the holding hole and applying an AC voltage having a predetermined waveform between the two electrodes, the cells in the suspension are moved in the holding hole by dielectrophoretic force. It is possible to capture to. In addition, by arranging the holding holes in an array, the electric field generated by the voltage applied between the electrodes is almost equally generated in all the holding holes, and the cells are guided and trapped in all the holding holes in the same way can do.

図4は本発明に用いる生物試料検出装置を示した図である。本発明に用いる生物試料検出装置の一例として、図2に示した基板9、上蓋基板10と、前記電極に誘電泳動力24を発生させるための交流電圧を印加する交流電源19と、前記交流電源からの電圧印加後に、前記構造体の保持孔に捕捉された細胞23の存在を示す物質により発せられる光20を検出する検出部21とを備える。検出部の一例としては蛍光顕微鏡を例示できる。   FIG. 4 is a diagram showing a biological sample detection device used in the present invention. As an example of the biological sample detecting device used in the present invention, the substrate 9, the upper cover substrate 10, the AC power source 19 for applying an AC voltage for generating the dielectrophoretic force 24 to the electrodes, and the AC power source shown in FIG. And a detector 21 for detecting light 20 emitted by a substance indicating the presence of the cells 23 captured in the holding hole of the structure after the application of a voltage from. As an example of the detection unit, a fluorescence microscope can be exemplified.

前記構造体一対の電極には、導電線22を介して交流電源が接続される。交流電源は、保持孔に細胞を移動させ、捕捉する誘電泳動力に必要な電界を発生させるのに十分な電圧を電極間に印加できればよい。具体的には、ピーク電圧が1Vから20V程度で、周波数10kHzから10MHz程度の正弦波、矩形波、三角波、台形波等の波形の交流電圧を印加できる電源が例示できる。特に生きた細胞を移動させ、1つの保持孔に1個の細胞のみを捕捉し得る周波数および波形として周波数100kHzから1MHzの矩形波を使用すること好ましく、3MHzから10MHzの矩形波を使用することが特に好ましい。かかる波形の交流電圧としては、矩形波は、波形が正弦波、三角波、台形波である場合に比べて、瞬時に設定したピーク電圧に到達するため、細胞を保持孔に向けて速やかに移動させることが可能となり、2個以上の細胞が重なるように保持孔に入る確率を低くできる(1つの保持孔に1個の細胞のみを捕捉し得る確率が高くなる)。細胞は電気的にコンデンサーと見なすことができるが、矩形波のピーク電圧が変化しない間は、保持孔に捕捉された細胞には電流が流れ難くなって電気力線が生じ難くなり、この結果、細胞を捕捉した保持孔には誘電泳動力が発生し難くなる。従って、一度保持孔に細胞が捕捉されると、別の細胞が同一の保持孔に捕捉される確率は低くなり、代わりに電気力線が生じ誘電泳動力が発生している他の保持孔(細胞が捕捉されていない、空の保持孔)に、順次、細胞が捕捉される。   An AC power supply is connected to the pair of electrodes of the structure via a conductive line 22. The AC power supply only needs to be able to apply a voltage between the electrodes sufficient to move the cells to the holding hole and generate an electric field necessary for the dielectrophoretic force to be captured. Specifically, a power supply which can apply an AC voltage having a peak voltage of about 1 V to about 20 V and a waveform of a sine wave, a rectangular wave, a triangular wave, a trapezoidal wave, or the like having a frequency of about 10 kHz to 10 MHz can be exemplified. In particular, it is preferable to use a rectangular wave having a frequency of 100 kHz to 1 MHz as a frequency and a waveform capable of moving live cells and capturing only one cell in one holding hole, and a rectangular wave of 3 MHz to 10 MHz. Particularly preferred. As the AC voltage having such a waveform, the rectangular wave instantly reaches the set peak voltage as compared with the case where the waveform is a sine wave, a triangular wave, or a trapezoidal wave, so that the cell is quickly moved toward the holding hole. This makes it possible to reduce the probability that two or more cells enter the holding hole so as to overlap (the probability that one holding hole can capture only one cell increases). The cells can be electrically considered as capacitors, but as long as the peak voltage of the square wave does not change, it is difficult for current to flow to the cells captured in the holding hole, and it is difficult for electric lines of force to be generated. Dielectrophoretic force is less likely to be generated in the holding hole that has captured cells. Therefore, once a cell is trapped in the holding hole, the probability of another cell being trapped in the same holding hole is reduced, and instead, another line of electric force is generated to generate a dielectrophoretic force. Cells are sequentially captured in empty holding holes where no cells are captured.

なお、本発明に用いる生物試料検出装置では、直流成分を有しない交流電圧を発生する電源を採用することが好ましい。直流成分を有する交流電圧を印加すると、直流成分により発生した静電気力(電気泳動力)により細胞が特定の方向に偏った力を受けて移動し、誘電泳動力による細胞捕捉が困難になるからである。また直流成分を有する交流電圧を印加すると、細胞を含有する懸濁液に含まれるイオンが電極表面で電気反応を生じて発熱し、細胞が熱運動を起こすため誘電泳動力による動きを制御できなくなり、保持孔に移動させて捕捉することが困難になる。なお、直流成分を有する交流電圧とは、周波数デューティ比が50%でない電圧、オフセットを有する電圧、周期が極端に長い(例えば1秒以上)電圧などをいう。   In the biological sample detection device used in the present invention, it is preferable to employ a power supply that generates an AC voltage having no DC component. When an AC voltage having a DC component is applied, cells move due to a biased force in a specific direction due to an electrostatic force (electrophoretic force) generated by the DC component, which makes it difficult to capture cells by dielectrophoretic force. is there. Also, when an AC voltage having a DC component is applied, ions contained in the suspension containing the cells generate an electric reaction on the electrode surface and generate heat, and the cells cause a thermal motion, which makes it impossible to control the movement due to the dielectrophoretic force. However, it is difficult to move to the holding hole and capture. The AC voltage having a DC component refers to a voltage having a frequency duty ratio other than 50%, a voltage having an offset, a voltage having an extremely long cycle (for example, 1 second or more), and the like.

また本発明は、前記保持孔に捕捉した生物試料に電圧を1回以上印加した後、生きた細胞を検出してもよい。電圧の印加方法に特に制限は無く、生物試料に電圧を印加できれば特に制限は無い。例えば本発明に用いる構造体に備えられた電極間に、電圧を印加することが例示できる。電圧は、直流電圧または交流電圧、もしくは直流電圧と交流電圧の両方を同時にまたは交互に印加してもよい。電圧の大きさ、印加時間等の条件は適宜設定することができ、生存活性の高い細胞も含め、ほとんどの細胞が死滅しなければ特に制限はない。例えば直流電圧の場合は、数V〜数十V、印加時間は数ナノ秒〜数ミリ秒程度が例示できる。直流電圧の電圧印時間は、例えば電圧が50V程度の場合に数分以上印加すると、生存活性の高い細胞も含め、ほとんどの細胞が死滅してしまうため、最大でも1ミリ秒程度の印加時間が好ましい。たとえば、本発明の構造体を用いた場合、50Vで30マイクロ秒を例示できる。   In the present invention, a living cell may be detected after a voltage is applied to the biological sample captured in the holding hole at least once. There is no particular limitation on the method of applying the voltage, and there is no particular limitation as long as the voltage can be applied to the biological sample. For example, application of a voltage between electrodes provided in a structure used in the present invention can be exemplified. As the voltage, a DC voltage or an AC voltage, or both a DC voltage and an AC voltage may be applied simultaneously or alternately. Conditions such as the magnitude of the voltage and the application time can be set as appropriate, and there is no particular limitation as long as most cells, including cells with high viability, do not die. For example, in the case of a DC voltage, a voltage of several volts to several tens of volts and an application time of several nanoseconds to several milliseconds can be exemplified. For example, when a voltage of about 50 V is applied for several minutes or more, most cells, including cells having high viability, will be killed. preferable. For example, when the structure of the present invention is used, 30 microseconds at 50 V can be exemplified.

また交流電圧は、電圧の正負の値を数ナノ秒〜数百ミリ秒で繰り返す電圧であれば特に制限はない。例えばピーク電圧が1Vから20V程度で、周波数100kHzから3MHz程度の正弦波、矩形波、三角波、台形波等の波形の交流電圧を印加できる電源が例示できる。交流電圧の電圧印時間は、電圧が1Vから20V程度の場合、30分以下の印加時間が好ましく、15分以下の印加時間がさらに好ましい。   The AC voltage is not particularly limited as long as the voltage repeats positive and negative values of the voltage in several nanoseconds to several hundred milliseconds. For example, a power supply that can apply an AC voltage having a peak voltage of about 1 V to about 20 V and a waveform of a sine wave, a rectangular wave, a triangular wave, a trapezoidal wave, or the like having a frequency of about 100 kHz to 3 MHz can be exemplified. When the voltage is about 1 V to 20 V, the application time of the AC voltage is preferably 30 minutes or less, and more preferably 15 minutes or less.

上記直流電圧または/かつ交流電圧を印加する繰り返し回数は1回以上であれば特に制限はないが、繰り返し回数が多いと生存活性の高い細胞も含め、ほとんどの細胞が死滅する。例えば、本発明の構造体を用いた場合、50Vで30マイクロ秒の直流電圧を印加する繰り返し回数、または、20V、1MHzの交流電圧を印加する繰り返し回数は、ともに3回程度を例示できる。   The number of repetitions of applying the DC voltage and / or the AC voltage is not particularly limited as long as it is one or more times. However, if the number of repetitions is large, most cells, including cells having high viability, die. For example, when the structure of the present invention is used, the number of repetitions of applying a DC voltage of 30 V for 30 microseconds at 50 V or the number of repetitions of applying an AC voltage of 20 V and 1 MHz can be about three times.

このような電圧(直流電圧または/かつ交流電圧)を印加することにより、細胞膜の破損しつつある生存活性の弱い細胞を死滅させ、より高い生存活性を有する生きた細胞を選別することができる。また生物試料に電圧を印加するための電源は、誘電泳動を発生させる交流電源を用いてもよい。   By applying such a voltage (a DC voltage and / or an AC voltage), cells having a damaged cell membrane and having low survival activity can be killed, and living cells having higher survival activity can be selected. An AC power supply for generating dielectrophoresis may be used as a power supply for applying a voltage to the biological sample.

検出工程
検出工程は、基板上に展開された標的細胞を検出する工程である。本発明の生物試料検出方法は、前記分離濃縮構造体で濃縮された生細胞を含む濃縮液に含まれる細胞のうち、標的細胞を検出することができればよい。検出は、光学的に検出することが好ましく、顕微鏡下又は蛍光顕微鏡下で撮像し、明視野で撮影された画像、及び/又は標識物質を用いて撮影された画像を分析することで、標的細胞を検出することができる。例えば、明視野で撮影された画像から、細胞形態に関する情報を取得し、分析することで標的細胞を検出することができる。このような情報として、例えば、細胞の直径、細胞の面積、細胞の体積、細胞の周囲長、真円度などが例示できる。標識物質を用いた場合、標的細胞を直接標識してもよいし、標的細胞以外の細胞を標識することもできる。標的細胞以外の細胞を標識する場合、撮影された画像を、他の画像、例えば明視野撮影画像と比較することで、標的細胞を検出することができる。
Detection step The detection step is a step of detecting target cells spread on the substrate. The biological sample detection method of the present invention may be any method as long as it can detect a target cell among the cells contained in the concentrated solution containing the living cells concentrated by the separation and concentration structure. The detection is preferably performed optically, and the target cell is obtained by imaging under a microscope or a fluorescence microscope, analyzing an image taken in a bright field, and / or an image taken using a labeling substance. Can be detected. For example, a target cell can be detected by acquiring and analyzing information on cell morphology from an image captured in a bright field. Examples of such information include a cell diameter, a cell area, a cell volume, a cell perimeter, and roundness. When a labeling substance is used, the target cells may be directly labeled, or cells other than the target cells may be labeled. When labeling cells other than target cells, target cells can be detected by comparing the captured image with another image, for example, a bright-field captured image.

本発明における標識物質は、標識する細胞の表面又は内部に特異的に存在する物質(以下、「特定物質」と記載する)と直接又は間接的に結合可能であり、識別が可能な物質のことをいう。標的細胞を標識する場合、標識する細胞に特異的に存在するとは、標識する細胞には存在し、かつ、標識する細胞以外には存在しないか、あるいは、標識する細胞以外の細胞よりも標識する細胞に多く存在することをいう。   The labeling substance in the present invention is a substance that can be directly or indirectly bound to a substance (hereinafter, referred to as a “specific substance”) that is specifically present on the surface or inside of a cell to be labeled, and is identifiable. Say. When labeling a target cell, the term "specifically present in the cell to be labeled" means that the cell is present in the cell to be labeled and does not exist in the cell other than the cell to be labeled, or is labeled more than the cell other than the cell to be labeled. It means that it is abundant in cells.

特定物質の例としては、抗原、レセプター、糖鎖、酵素、核酸等が挙げられる。抗原としては、癌細胞上の抗原、主要組織適合抗原(MHC、ヒトの場合はHLA)等が挙げられる。癌細胞上の抗原としては、EpCAM、サイトケラチン(CK)等が挙げられる。レセプターとしては、ホルモンレセプター、Fcレセプター、ウイルスレセプター等が挙げられる。このほかにも、DNA及びRNAや、腫瘍マーカーのようなタンパク質であってもよい。   Examples of the specific substance include an antigen, a receptor, a sugar chain, an enzyme, a nucleic acid and the like. Examples of antigens include antigens on cancer cells, major histocompatibility antigens (MHC, and HLA in the case of humans). Antigens on cancer cells include EpCAM, cytokeratin (CK) and the like. Receptors include hormone receptors, Fc receptors, viral receptors and the like. In addition, proteins such as DNA and RNA and tumor markers may be used.

より具体的に、例えば細胞が種々の癌細胞であるならば、各種癌細胞に汎用性のある(共通の)マーカーが特定物質となり得る。また標的細胞が乳癌や肺癌であるならば、これらの癌に特異的に発現している抗原であるHER2、CK、EGFRが特定物質となり得る。   More specifically, for example, if the cells are various cancer cells, a marker versatile (common) for various cancer cells can be a specific substance. If the target cells are breast cancer or lung cancer, HER2, CK, and EGFR, which are antigens specifically expressed in these cancers, can be specific substances.

前記特定物質は、例えば特定物質に特異的に結合する物質を用いて標識することにより観察(検出)することができる。例えば、抗原には該抗原に対する抗体、レセプターにはそれに結合するリガンド、糖鎖にはレクチンが結合する。つまり、特定物質に特異的に結合する物質と光学的に検出可能なシグナルを発するシグナル物質とを結合して標識物質とすることができる。光学的に検出可能なシグナルとしては、蛍光、リン光、又は発光を挙げることができ、シグナル物質は、それ自体がこれらの光を発してもよいし、当該シグナル物質がリン光は発光などの反応を触媒する物質であってもよい。   The specific substance can be observed (detected) by, for example, labeling with a substance that specifically binds to the specific substance. For example, an antigen binds to an antibody against the antigen, a receptor binds to a ligand, and a sugar chain binds to lectin. That is, a substance that specifically binds to a specific substance and a signal substance that emits an optically detectable signal can be combined to form a labeling substance. Examples of the optically detectable signal include fluorescence, phosphorescence, and luminescence, and the signal substance may itself emit these lights, or the signal substance may emit phosphorescence. It may be a substance that catalyzes the reaction.

本発明の特定物質を検出する標識物質は、標識する細胞が検出できれば特に制限はなく、細胞を構成する任意の成分の存在を示すことのできるあらゆる物質をさす。代表的な標識物質として、蛍光、リン光、もしくは発光の性質に基づいて検出可能なシグナル物質自体、或いはこれらのシグナル物質を前記した抗体、リガンド、レクチン等の特定物質と特異的に結合可能な物質とを結合したものが例示できる。蛍光を発するシグナル物質として、蛍光色素があげられ、蛍光色素であるFITC(フルオレセインイソシアネート)、PE(フィコエリスリン)、ローダミン等は特定物質結合可能な物質と結合して用いることができる一方で、蛍光物質であるDAPI(4’,6−ジアミジノ−2−フェニルインドール)やPI(ヨウ化プロピジウム)などは、直接核を染色することができる。また、前記発光反応を触媒する物質としては、パーオキシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、アルカリフォスファターゼ、ルシフェラーゼ等が挙げられる。   The labeling substance for detecting the specific substance of the present invention is not particularly limited as long as the cell to be labeled can be detected, and refers to any substance that can indicate the presence of any component constituting the cell. As a representative labeling substance, a signal substance itself that can be detected based on the property of fluorescence, phosphorescence, or luminescence, or these signal substances can specifically bind to a specific substance such as an antibody, a ligand, or a lectin described above. Examples thereof include a substance bonded to a substance. As a signal substance that emits fluorescence, there is a fluorescent dye, and the fluorescent dyes FITC (fluorescein isocyanate), PE (phycoerythrin), rhodamine, and the like can be used in combination with a substance capable of binding to a specific substance. Fluorescent substances such as DAPI (4 ′, 6-diamidino-2-phenylindole) and PI (propidium iodide) can directly stain nuclei. Examples of the substance that catalyzes the luminescence reaction include peroxidase, β-galactosidase, alkaline phosphatase, and luciferase.

また、蛍光、リン光、又は発光を阻害するクエンチャーと特定物質に特異的に結合する物質とを結合した標識物質の使用を例示することができる。この場合は、細胞を、蛍光、リン光又は発光する物質で染色しておき、当該標識物質を更に反応させると、特定物質を有する細胞が捕捉された保持孔からの蛍光、リン光又は発光がクエンチャーによって減少するため、この減少を検出すればよい。   Further, the use of a labeling substance in which a quencher that inhibits fluorescence, phosphorescence, or luminescence and a substance that specifically binds to a specific substance can be exemplified. In this case, the cells are stained with a substance that emits fluorescence, phosphorescence, or luminescence, and when the labeling substance is further reacted, the fluorescence, phosphorescence, or luminescence from the holding hole in which the cells having the specific substance are captured is reduced. Since the decrease is caused by the quencher, this decrease may be detected.

標識物質は、前記した通り、それ自体が特定物質と結合又は反応するものであっても、特定物質に特異的に結合する物質と光学的に検出可能なシグナルを発する物質とを結合したものであってもよい。光学的に検出可能なシグナルを発する物質を特定物質と特異的に結合する物質と結合する場合は、両者を公知の化学的な方法等によって直接結合しても良いし、特定物質と特異的に結合する物質に対して結合する物質を介して間接的に結合しても良い。例えば、特定物質に特異的に結合する物質とビオチンを結合しておき、シグナルを発生する物質をアビジン又はストレプトアビジンと結合しておくことも例示できる。この場合、シグナルを発生する物質と結合したアビジン又はストレプトアビジンは、特定物質に特異的に結合した物質と結合されたビオチンと結合し、結果的に(特定物質)−(特定物質に特異的に結合する物質)−(ビオチン)−(アビジン又はストレプトアビジン)−(シグナルを発生する物質)という複合体を形成することにより、特定物質は間接的に標識される。このような間接的な場合もまた、本発明における特定物質に包含される。   The labeling substance is, as described above, a substance that binds or reacts with a specific substance and a substance that specifically binds to a specific substance and a substance that emits an optically detectable signal. There may be. When a substance that emits an optically detectable signal is bound to a substance that specifically binds to a specific substance, the two may be directly bound to each other by a known chemical method or the like. It may be indirectly bound to a binding substance via a binding substance. For example, a substance that specifically binds to a specific substance is bound to biotin, and a substance that generates a signal is bound to avidin or streptavidin. In this case, avidin or streptavidin bound to a substance that generates a signal binds to biotin bound to a substance specifically bound to a specific substance, and as a result, (specific substance)-(specifically to a specific substance) The specific substance is indirectly labeled by forming a complex of (binding substance)-(biotin)-(avidin or streptavidin)-(signal generating substance). Such indirect cases are also included in the specific substance of the present invention.

標識物質は、標的細胞を標識する物質であってもよいし、標的細胞以外の細胞を標識する物質、又はその両者を標識する物質であってもよい。複数の標識物質を用いることで、標的細胞の検出感度が高くなる。濃縮工程により濃縮された細胞懸濁液には、標的細胞の他に、多数の白血球、赤血球、及び血小板が含まれることから、これらの細胞と標的細胞とを区別する標識物質を用いることが有用である。例えば、核を染色するDAPIやPIを標識物質として用いると、核を有さない赤血球とその他の細胞とを区別することが可能になる。また、白血球をその他の細胞と区別するためには、白血球マーカー、例えばCD2、CD3、CD16、CD19、CD36、CD45、CD56、CD66b等に対する標識物質を使用することができ、特に全ての白血球において発現されていると考えられているCD45に対する標識物質を使用するとすることが好ましい。さらに、血液中には有核細胞として白血球以外にも血管内皮細胞が極少数存在することがあるため、CD105、CD146などに対する標識物質を使用するとより精度の高い標的細胞の検出が可能となる。   The labeling substance may be a substance that labels target cells, a substance that labels cells other than the target cells, or a substance that labels both of them. By using a plurality of labeling substances, the detection sensitivity of target cells is increased. Since the cell suspension concentrated in the concentration step contains a large number of white blood cells, red blood cells, and platelets in addition to the target cells, it is useful to use a labeling substance that distinguishes these cells from the target cells. It is. For example, when DAPI or PI that stains nuclei is used as a labeling substance, it becomes possible to distinguish erythrocytes without nuclei from other cells. In order to distinguish leukocytes from other cells, a labeling substance for leukocyte markers such as CD2, CD3, CD16, CD19, CD36, CD45, CD56, and CD66b can be used. It is preferable to use a labeling substance for CD45 which is considered to be used. Furthermore, since vascular endothelial cells other than leukocytes may exist in blood in very small numbers as nucleated cells, the use of a labeling substance for CD105, CD146, or the like enables more accurate detection of target cells.

本発明の検出工程は、光学検出された検出画像から、標的細胞の細胞サイズ及び細胞核サイズを観察することで、標的細胞を検出することができる。この検出方法は、1又は複数の標識物質に応じた光学的検出法により撮影した1又は複数の画像を観察することにより標的細胞を検出することができる。   In the detection step of the present invention, the target cell can be detected by observing the cell size and cell nucleus size of the target cell from the optically detected detection image. In this detection method, target cells can be detected by observing one or a plurality of images taken by an optical detection method corresponding to one or a plurality of labeling substances.

特にCTC検出として例えば、FITCやPEで標識された抗CK抗体等の上皮性マーカー結合抗体を用いて蛍光標識した後、蛍光顕微鏡等により検出することが挙げられる。代表的なCTCの検出方法を図9に沿って説明する。上皮性マーカー、例えばCK等、及び白血球マーカー、例えばCD45等を認識する蛍光標識抗体、並びに核を染色する核マーカー、例えばDAPIを用いて蛍光染色して撮影された検出画像において、DAPI陽性/CK陽性/CD45陰性をCTCとして検出する。さらに、DAPI陽性/CK陰性/CD45陰性の細胞についても、白血球より大きい、すなわち10μm〜30μmのサイズを有する細胞もCTCとして検出することができる。さらにDAPI陽性/CK陰性/CD45陰性の細胞についても細胞核サイズを参照し、DAPIの輝度領域が白血球より大きいものをCTCとして検出することができる。   In particular, CTC detection includes, for example, labeling with an epithelial marker-conjugated antibody such as an anti-CK antibody labeled with FITC or PE, followed by detection with a fluorescence microscope or the like. A typical CTC detection method will be described with reference to FIG. Fluorescently labeled antibodies that recognize epithelial markers, such as CK, and leukocyte markers, such as CD45, and nuclear markers that stain nuclei, such as DAPI positive / CK Positive / CD45 negative is detected as CTC. Furthermore, for DAPI-positive / CK-negative / CD45-negative cells, cells larger than leukocytes, that is, cells having a size of 10 μm to 30 μm can also be detected as CTC. Furthermore, with respect to DAPI positive / CK negative / CD45 negative cells, the cell nucleus size is referred to, and those having a DAPI luminance region larger than that of leukocytes can be detected as CTC.

DAPI波長(UV励起及び青色の発光)における蛍光観察により、有核細胞を同定し、CK陽性およびCD45陰性の腫瘍細胞と、DAPI陽性、CK陰性、CD45陽性の白血球と、ゴミなどに代表されるノイズシグナル(DAPI陽性、CK陽性およびCD45陽性もしくはDAPI陰性、CK陽性)との区別を可能にする。またDAPI陽性、CK陰性およびCD45陰性の細胞は、明視野観察において、赤血球や白血球等の正常細胞と細胞形態や大きさを比較する、もしくはパパニコロウ染色やギムザ染色を実施することで細胞内の核、細胞質等の形態的特徴によりCTCを特定することができる。   Nucleated cells are identified by fluorescence observation at the DAPI wavelength (UV excitation and blue emission), and are represented by CK-positive and CD45-negative tumor cells, DAPI-positive, CK-negative, CD45-positive leukocytes, dust, etc. It allows the distinction from noise signals (DAPI positive, CK positive and CD45 positive or DAPI negative, CK positive). In addition, DAPI-positive, CK-negative and CD45-negative cells are compared with normal cells such as erythrocytes and leukocytes in bright-field observation to compare cell morphology and size, or by performing Papanicolaou staining or Giemsa staining to detect intracellular nuclei. CTC can be identified by morphological characteristics such as cytoplasm and cytoplasm.

生物試料を、前記基板上の保持孔に捕捉して検出できればよい。また本発明の生物試料検出装置は、前記基板と、基板の観察領域に光を照射し、発生する光学シグナルを検出する光学検出手段を備えることにより、生物試料を観察可能な装置である。光源には、ハロゲンランプ、水銀ランプ、メタルはライドランプ、レーザー、LED等を用いることができ、光源からの光は、必要に応じて光学フィルターやミラー、レンズ等によって構成される光学手段により観察領域に導光されればよい。   It is sufficient that the biological sample can be captured and detected by the holding hole on the substrate. Further, the biological sample detection device of the present invention is a device capable of observing a biological sample by including the substrate and optical detection means for irradiating the observation region of the substrate with light and detecting an optical signal generated. Light sources include halogen lamps, mercury lamps, and metal lamps, lasers, and LEDs. The light from the light source can be observed by optical means, such as optical filters, mirrors, and lenses as necessary. The light may be guided to the region.

光学シグナル情報として、広い波長域での透過光、反射光による光強度分布から構成される像(明視野)や、蛍光物質が発する蛍光から検出した蛍光強度、蛍光強度のピーク値、蛍光強度の最小値、蛍光強度の平均値、蛍光強度の積分値などの蛍光強度から算出された数値などが例示できる。明視野情報は、細胞形態に関する情報が取得可能であれば、特に制限されない。例えば、細胞の直径、細胞の面積、細胞の体積、細胞の周囲長、真円度などが例示できる。   As optical signal information, an image (bright field) composed of light intensity distribution by transmitted light and reflected light in a wide wavelength range, the fluorescence intensity detected from the fluorescence emitted by the fluorescent substance, the peak value of the fluorescence intensity, the fluorescence intensity Numerical values calculated from the fluorescence intensity such as the minimum value, the average value of the fluorescence intensity, and the integrated value of the fluorescence intensity can be exemplified. The bright field information is not particularly limited as long as information on cell morphology can be obtained. For example, the diameter of the cell, the area of the cell, the volume of the cell, the perimeter of the cell, the roundness and the like can be exemplified.

本発明の生物試料検出装置は、観察の対象としている基板の位置を特定するための手段を備えていてもよい。基板上の保持孔に捕捉された生物試料の位置情報と、生物試料に由来する光学シグナルに関する情報とを統合すると、どの保持孔に標的細胞が存在するかを正確に特定することができる。   The biological sample detection device of the present invention may include means for specifying the position of the substrate to be observed. By integrating the position information of the biological sample captured in the holding hole on the substrate and the information regarding the optical signal derived from the biological sample, it is possible to accurately specify in which holding hole the target cell is present.

蛍光標識を全く使わない/または最小限の蛍光標識における生物試料検出方法として、明視野画像での細胞の形状や模様を解析することにより標的細胞の検出に応用することが可能である。ここで言う明視野とは蛍光標識により特異的に標識され、蛍光を発する光強度を基にしない画像を指し、偏光、位相差、波長による吸光度、反射度により得られる画像をいう。   As a method for detecting a biological sample using no fluorescent label or using a minimal fluorescent label, it can be applied to the detection of target cells by analyzing the shape and pattern of cells in a bright-field image. As used herein, the term “bright field” refers to an image that is specifically labeled with a fluorescent label and is not based on the intensity of light that emits fluorescence, and is an image that is obtained based on polarization, phase difference, absorbance based on wavelength, and reflectance.

また、標的細胞をさらに大きさにより検出してもよい。癌細胞の多くは赤血球、白血球と比較してサイズが大きいことが知られており(非特許文献:Rostagno P.et al.,Anticancer Res.,17(4A),2481−2485(1997))、当該細胞を赤血球および白血球と比較してサイズが大きな細胞で抽出することにより、上皮間葉転移を起こした腫瘍組織由来の間葉系細胞を精度よく検出することが可能となる。赤血球のサイズは、直径7〜8μm、厚さが2μm程度の円盤形であり、白血球は、種類に応じてサイズは異なるもののおよそ直径6〜15μm程度の球状である。一方で、癌細胞、特にCTCは、10〜30μm程度の大きさを有することから、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上の大きさの標的細胞として検出することができる。   Moreover, you may detect a target cell further according to a magnitude | size. It is known that many cancer cells are larger in size than red blood cells and white blood cells (Non-patent literature: Rostagno P. et al., Anticancer Res., 17 (4A), 2481-2485 (1997)), By extracting the cells with larger cells than red blood cells and white blood cells, it becomes possible to accurately detect mesenchymal cells derived from tumor tissue that has undergone epithelial-mesenchymal metastasis. The size of the red blood cell is a disk shape having a diameter of 7 to 8 μm and a thickness of about 2 μm, and the white blood cell is a spherical shape having a diameter of about 6 to 15 μm, although the size varies depending on the type. On the other hand, since cancer cells, particularly CTC, have a size of about 10 to 30 μm, they can be detected as target cells having a size of preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more.

また、本発明は、前記保持孔に捕捉した生物試料を加熱した後、生きた細胞を検出してもよい。生物試料を加熱する方法に特に制限はなく、生物試料の温度を上げることができれば特に制限はない。例えば細胞を検出する構造体自体をヒーター等により加熱する、または構造体の周囲の温度をヒーター等によって昇温してもよい。更には生物試料にレーザーを照射や電磁波を印加するなどして、個々の生物試料を加熱してもよい。例えば電磁波としては、周波数の高いものから順に、ガンマ線(周波数3×1018Hz)、X線(周波数3×1016Hz)などの放射線、紫外線(周波数3×1015Hz)、可視光線(周波数3×1013Hz)、赤外線(周波数3×1012Hz)などの光、マイクロ波(周波数3×1011Hz)、ミリ波(周波数3×1010Hz)、センチ波(周波数3×109Hz)、極超短波(周波数3×108Hz)、超短波(周波数3×107Hz)、短波(周波数3×106Hz)、中波(周波数3×105Hz)、長波(周波数3×104Hz)、超長波(周波数3×103Hz)、超低周波(周波数50〜60Hz)が例示できる。 In the present invention, a living cell may be detected after heating the biological sample captured in the holding hole. There is no particular limitation on the method of heating the biological sample, and there is no particular limitation as long as the temperature of the biological sample can be increased. For example, the structure itself for detecting cells may be heated by a heater or the like, or the temperature around the structure may be increased by a heater or the like. Furthermore, individual biological samples may be heated by irradiating a biological sample with a laser or applying electromagnetic waves. For example, as electromagnetic waves, radiation such as gamma rays (frequency 3 × 10 18 Hz), X-rays (frequency 3 × 10 16 Hz), ultraviolet rays (frequency 3 × 10 15 Hz), and visible rays (frequency 3 3 × 10 13 Hz), light such as infrared rays (frequency 3 × 10 12 Hz), microwaves (frequency 3 × 10 11 Hz), millimeter waves (frequency 3 × 10 10 Hz), centimeter waves (frequency 3 × 10 9 Hz) Hz), ultra high frequency (frequency 3 × 10 8 Hz), ultra high frequency (frequency 3 × 10 7 Hz), short wave (frequency 3 × 10 6 Hz), medium frequency (frequency 3 × 10 5 Hz), long wave (frequency 3 × 10 4 Hz), a very long wave (frequency 3 × 10 3 Hz), and a very low frequency (frequency 50 to 60 Hz).

加熱温度の測定は、一般の温度計や熱伝対等の既知の手段で保持孔内の温度、構造体の温度、もしくは構造体周辺の温度を測定できれば特に制限はない。加熱する温度と時間は、適宜設定することができ、生存活性の高い細胞も含め、ほとんどの細胞が死滅しなければ特に制限はない。例えば加熱する温度としては、一般に40℃を超える温度にすると、生存活性の高い細胞も含め、ほとんどの細胞が死滅することから、25℃〜40℃の範囲を例示できるが、さらには30℃〜35℃が好ましい。また加熱時間は、30℃〜35℃程度に加熱にした場合、1〜3時間程度を例示できる。このように生物試料を加熱することにより、細胞膜が破損しつつある生存活性の弱い細胞を死滅させ、より高い生存活性を有する生きた細胞を選別することができる。   The measurement of the heating temperature is not particularly limited as long as the temperature in the holding hole, the temperature of the structure, or the temperature around the structure can be measured by a known means such as a general thermometer or a thermocouple. The heating temperature and time can be appropriately set, and there is no particular limitation as long as most cells, including cells with high viability, do not die. For example, as a heating temperature, if the temperature generally exceeds 40 ° C., most cells including cells having high viability will be killed. Therefore, the heating temperature may be in the range of 25 ° C. to 40 ° C., and more preferably 30 ° C. to 40 ° C. 35 ° C. is preferred. When the heating time is about 30 ° C. to 35 ° C., about 1 to 3 hours can be exemplified. By heating the biological sample in this manner, cells with weak viable activity whose cell membrane is being damaged can be killed, and living cells having higher viability can be selected.

癌診断方法
本発明の生体試料中の標的細胞の検出方法は、標的細胞として、CTCを検出することにより、癌の診断方法、又は癌転移の診断方法、並びに癌の予後予測方法に用いることができる。健康診断などの被験者の生体試料中にCTCが検出できた場合、その被験者が癌を患っていると診断することができる。このように癌を患っていると診断された場合、被験者は、癌の部位を特定するために更なる診断を受けることができるし、抗癌剤の投与、放射線治療、手術などにより治療されてもよい。被験者が既に癌を患っているか、癌の治療後である場合、本発明の検出方法でCTCを検出できた場合、転移癌を発症する恐れがあると診断することができる。その場合、診断後にさらに転移癌を治療するため、抗癌剤の投与を継続することができる。
Cancer Diagnostic Method The method for detecting a target cell in a biological sample of the present invention can be used in a method for diagnosing cancer, a method for diagnosing cancer metastasis, and a method for predicting the prognosis of cancer by detecting CTC as a target cell. it can. When CTC can be detected in a biological sample of a subject such as a health checkup, the subject can be diagnosed as having cancer. When the subject is thus diagnosed as having cancer, the subject can undergo further diagnosis to identify the site of the cancer, or be treated by administration of an anticancer drug, radiation therapy, surgery, or the like. . If the subject already has cancer or has been treated for cancer, and if CTC can be detected by the detection method of the present invention, it can be diagnosed that there is a risk of developing metastatic cancer. In that case, the administration of the anticancer drug can be continued after the diagnosis to further treat the metastatic cancer.

本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   All documents mentioned herein are incorporated by reference in their entirety. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to the examples.

実施例1:生きた癌細胞の濃縮工程 図1に示した態様の分離濃縮構造体を使用して、生きた癌細胞の分離濃縮を行った。分離濃縮構造体は、詳細には、筒状部材2は内径Φ18mm、縦70mm、容量15mLの円筒状のポリプロピレン製部材である。また筒状部材2の先細り形状の部分の傾斜角度は30°であり、筒状部材2との連通開口はΦ2mmである。筒状部材3は、内径Φ10mm、縦54mm、容量2mLのポリプロピレン製部材である。 Example 1 Concentration Step of Living Cancer Cells Using the separation-concentration structure of the embodiment shown in FIG. 1, living cancer cells were separated and concentrated. Specifically, the cylindrical member 2 is a cylindrical polypropylene member having an inner diameter of 18 mm, a length of 70 mm, and a capacity of 15 mL. In addition, the inclination angle of the tapered portion of the tubular member 2 is 30 °, and the communication opening with the tubular member 2 is Φ2 mm. The tubular member 3 is a polypropylene member having an inner diameter of 10 mm, a length of 54 mm, and a capacity of 2 mL.

図5に模式的に示したように、分離濃縮構造体の下側の筒状部材3に、表1に示した各種の密度勾配溶液25を2mL注入した(図中下部の白抜き部分が密度勾配溶液で満たした部分である)。詳しくは密度勾配溶液の液面高さが、上側の筒状部材2の連通開口6よりも約1mm高くなるように(従って液面は、上側筒状部材の内部に位置する)注入した。続いて密度勾配溶液の上に、3mLの血液試料と3mLの生理食塩水と75μLの結合剤(商標RosetteSep、StemCell Technologies Inc)の混合液26を重層した(図中、黒塗部分が重層した混合液の部分である)。なお血液試料は、インフォームドコンセントを得て取得した健常者血液に過酸化水素処理により細胞死を誘導した約30個のヒト乳癌細胞(SKBR3)をモデル死細胞として懸濁した懸濁液である。添加する当該癌細胞はあらかじめ蛍光染色試薬(株式会社同仁化学研究所製、商品名PI)で標識している。なお、当該癌細胞は、細胞密度が約2×105個/cm2になるように静置培養後、0.25%トリプシン/1mM EDTAにより細胞をディッシュから剥離し、限界希釈により調製したものである。
As schematically shown in FIG. 5, 2 mL of various density gradient solutions 25 shown in Table 1 were injected into the lower cylindrical member 3 of the separation / concentration structure (the white portion at the bottom in the figure indicates the density). Part filled with gradient solution). Specifically, the liquid was injected such that the liquid surface height of the density gradient solution was higher than the communication opening 6 of the upper cylindrical member 2 by about 1 mm (therefore, the liquid surface was located inside the upper cylindrical member). Subsequently, a mixture 26 of 3 mL of a blood sample, 3 mL of physiological saline, and 75 μL of a binder (trademark: RosetteSep, StemCell Technologies Inc) was overlaid on the density gradient solution (in the figure, a mixture in which black portions were overlaid). Liquid part). The blood sample is a suspension in which about 30 human breast cancer cells (SKBR3), in which cell death was induced by treatment with hydrogen peroxide in blood of a healthy individual obtained with informed consent, were suspended as model dead cells. . The cancer cells to be added are labeled in advance with a fluorescent staining reagent (PI, manufactured by Dojindo Laboratories Inc.). The cancer cells were prepared by stationary culture so that the cell density became about 2 × 10 5 cells / cm 2 , then detaching the cells from the dish with 0.25% trypsin / 1 mM EDTA, and limiting dilution. It is.

試料注入後、分離濃縮構造体の開口をキャップ4(ポリプロピレン製)で密閉し、2000×gで10分間、室温にて遠心分離した。遠心分離操作により、図6左に示したように、密度勾配溶液と試料の界面27に細胞は維持された。キャップを取り外すことなく分離濃縮構造体を構成する筒状部材2及び3を分離部で分離した後、図6右に示したようにキャップをはずして密閉を開放することで、上側の筒状部材2の連通開口6より密度勾配溶液の一部とその上に維持された細胞を流出させ、下方に設置した50mLチューブで回収するとともに、上側筒状部材の内壁を洗浄し、壁に付着した細胞も同時に回収した。   After injecting the sample, the opening of the separation / concentration structure was closed with a cap 4 (made of polypropylene), and centrifuged at 2,000 × g for 10 minutes at room temperature. Due to the centrifugation operation, the cells were maintained at the interface 27 between the density gradient solution and the sample as shown on the left of FIG. After separating the tubular members 2 and 3 constituting the separation / concentration structure at the separating portion without removing the cap, the cap is removed and the seal is opened as shown in the right of FIG. A part of the density gradient solution and the cells maintained thereon are drained from the communication opening 6 of 2 and collected by a 50 mL tube placed below, and the inner wall of the upper cylindrical member is washed, and the cells adhered to the wall are washed. Was also collected at the same time.

回収した細胞の懸濁液に塩化アンモニウムを主成分とする赤血球破砕液を添加して30mLまでメスアップし、300×gで10分間室温にて遠心分離した。遠心分離後、ペレットの頂部の液体をピペットで取り出し、ペレット中の細胞を300mMのマンニトール溶液30mLに再懸濁し、300×gで5分間室温にて遠心分離した。この遠心分離操作は、細胞破片及び血小板を除去し、標的細胞を濃縮するためのものである。なお、癌細胞とともに混入する正常白血球は30〜50万個であり、結合剤で標的外の細胞(赤血球、白血球)を互いに結合することで密度を高くし、標的細胞(癌細胞)との密度差を大きくしたうえで、本発明の分離濃縮構造体を用いた分離を行うことにより、高い回収率と選択性をもって標的とする細胞を分離できる。   An erythrocyte lysate containing ammonium chloride as a main component was added to the recovered cell suspension to make up to 30 mL, and centrifuged at 300 × g for 10 minutes at room temperature. After centrifugation, the liquid at the top of the pellet was removed with a pipette, and the cells in the pellet were resuspended in 30 mL of a 300 mM mannitol solution and centrifuged at 300 xg for 5 minutes at room temperature. This centrifugation operation is for removing cell debris and platelets and enriching the target cells. The number of normal leukocytes mixed with cancer cells is 300,000 to 500,000, and the density of the target cells (cancer cells) is increased by binding non-target cells (red blood cells and white blood cells) to each other with a binder. By performing separation using the separation-concentration structure of the present invention after increasing the difference, target cells can be separated with high recovery and selectivity.

回収した細胞の測定は、スライドへの塗布もしくはウェルへ捕捉した細胞を顕微鏡観察する手法やフローサイトメトリー法などを用いることができる。本実施例1では、分離した細胞を誘電泳動力によって基板上に備えた孔径Φ30μm、深さ40μmの保持孔(約30万個)に捕捉して測定する手法を採用した。   For the measurement of the collected cells, a method of microscopic observation of cells applied to a slide or captured in a well, a flow cytometry method, or the like can be used. In the present Example 1, a method was employed in which the separated cells were captured by a dielectrophoretic force in a holding hole (approximately 300,000) having a pore diameter of Φ30 μm and a depth of 40 μm provided on the substrate and measuring.

図4に示した装置を使用して、回収された細胞懸濁液に混入する死んだ癌細胞の割合を測定した。分離された細胞懸濁液を、構造体の収容部に供して保持孔に捕捉した細胞を検出部21(蛍光顕微鏡)で観察した。密度勾配溶液の浸透圧と死細胞の混入率を表1右欄に示す。浸透圧が200〜400mOsm/kgの範囲において上側の回収画分に混入する死細胞は10%未満であり、生きた細胞を選択的に回収することができた。特に浸透圧が300〜400mOsm/kgの条件では、死細胞の混入が5%未満であり、生きた癌細胞をより選択的に回収できた。   Using the apparatus shown in FIG. 4, the percentage of dead cancer cells mixed into the recovered cell suspension was measured. The separated cell suspension was supplied to the holding section of the structure, and the cells captured in the holding holes were observed with the detection section 21 (fluorescence microscope). The right column of Table 1 shows the osmotic pressure of the density gradient solution and the mixing ratio of dead cells. When the osmotic pressure was in the range of 200 to 400 mOsm / kg, the number of dead cells mixed into the upper collected fraction was less than 10%, and living cells could be selectively collected. In particular, under conditions of an osmotic pressure of 300 to 400 mOsm / kg, contamination of dead cells was less than 5%, and living cancer cells could be more selectively recovered.

実施例2:濃縮工程における比重の検討
実施例1と同様の分離濃縮構造体を利用して、あらかじめ蛍光染色試薬(株式会社同仁化学研究所製、商品名CalceinAM)で標識した約30個の生きたヒト乳癌細胞(SKBR3)を健常者血液に混合させた試料、生理食塩水、結合剤の混合液を密度勾配溶液の上へ重層し、遠心分離、回収操作を実施した。なお、密度差分離における遠心は2000×g、10分間、回収における遠心は300×g、10分間室温にて実施した。実施例2では、分離濃縮構造体の下側の筒状部材3に、表2に示す密度勾配溶液を2mL注入した。
図4に示した装置を使用して、実施例1と同様に、回収された癌細胞数を測定した。表2に密度勾配溶液の密度と癌細胞回収率の結果を示した。密度勾配溶液の密度の上昇に伴い、癌細胞回収率は向上したが、密度が1.091g/mL、浸透圧300mOsm/kgでは赤血球が十分に沈降せず上部構造体に混入し、分離不良となった。一方、密度1.091g/mL、浸透圧380〜400mOsm/kgの範囲においては、赤血球(一部の白血球)と癌細胞を良好に分離することができ、回収率は88.2〜95.3%であった。
Example 2 Examination of Specific Gravity in Concentration Step Using the same separation / concentration structure as in Example 1, about 30 live cells labeled in advance with a fluorescent staining reagent (trade name: CalceinAM, manufactured by Dojin Chemical Laboratory Co., Ltd.) A sample in which human breast cancer cells (SKBR3) were mixed with blood from a healthy subject, a mixture of physiological saline and a binder were overlaid on the density gradient solution, and centrifugation and collection operations were performed. The centrifugation in the density difference separation was performed at 2000 × g for 10 minutes, and the centrifugation in the recovery was performed at 300 × g for 10 minutes at room temperature. In Example 2, 2 mL of the density gradient solution shown in Table 2 was injected into the cylindrical member 3 below the separation / concentration structure.
Using the device shown in FIG. 4, the number of recovered cancer cells was measured in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the results of the density of the density gradient solution and the recovery rate of cancer cells. As the density of the density gradient solution increased, the recovery rate of cancer cells improved, but at a density of 1.091 g / mL and an osmotic pressure of 300 mOsm / kg, red blood cells did not sufficiently sediment and were mixed into the upper structure, resulting in poor separation. became. On the other hand, when the density is 1.091 g / mL and the osmotic pressure is in the range of 380 to 400 mOsm / kg, erythrocytes (part of leukocytes) and cancer cells can be well separated, and the recovery rate is 88.2 to 95.3. %Met.

実施例3:濃縮工程における遠心条件の検討
実施例2と同様にして、健常者血液に約30個のヒト乳癌細胞(SKBR3)を混合させた試料、生理食塩水、結合剤の混合液を密度勾配溶液の上へ重層し、遠心分離、回収操作を実施した。なお、密度差分離における遠心条件は2000×g、5〜20分間、室温にて実施した。実施例3では、分離濃縮構造体の下側の筒状部材3に、密度が1.091g/mL、浸透圧380mOsm/kgを2mL注入した。
Example 3: Examination of centrifugation conditions in the concentration step In the same manner as in Example 2, the density of a mixture of a sample obtained by mixing about 30 human breast cancer cells (SKBR3) with healthy human blood, saline, and a binder was determined. The solution was overlaid on the gradient solution, and centrifugation and recovery operations were performed. In addition, centrifugation conditions in the density difference separation were 2000 × g, 5 to 20 minutes, and were performed at room temperature. In Example 3, 2 mL of a density of 1.091 g / mL and an osmotic pressure of 380 mOsm / kg were injected into the cylindrical member 3 below the separation / concentration structure.

図4に示した装置を使用して、実施例1と同様に、分離された細胞が目的とする乳癌細胞であることを確認した。表3に密度勾配溶液の密度と癌細胞回収率の結果を示した。密度差分離での遠心条件は、2000×g、10〜15分間で最大95.8%に達した。
Using the apparatus shown in FIG. 4, it was confirmed that the separated cells were the target breast cancer cells as in Example 1. Table 3 shows the results of the density of the density gradient solution and the recovery rate of cancer cells. The centrifugation conditions in the density difference separation reached a maximum of 95.8% in 2000 × g for 10 to 15 minutes.

実施例4:展開工程及び検出工程
実施例2と同様にして、健常者血液に約30個のヒト乳癌細胞(SKBR3)を混合させた試料、生理食塩水、結合剤の混合液を密度勾配溶液の上へ重層し、遠心分離、回収操作を行うことで濃縮工程を実施し、濃縮液を得た。なお、密度差分離における遠心条件は2000×g、10分間、室温にて実施した。実施例4では、分離濃縮構造体の下側の筒状部材3に、密度が1.091g/mL、浸透圧380mOsm/kgを2mL注入した。遠心分離後、実施例1と同様にして、細胞の回収、洗浄を行い、生きた癌細胞が濃縮された濃縮液を得た。
図2に示した構造体の収容部に細胞懸濁液を導入し、基板間に交流電圧(電圧20Vpp、周波数10kHz〜10MHz、矩形波)を印加し、誘電泳動力により細胞を保持孔に捕捉した。
Example 4: Development step and detection step In the same manner as in Example 2, a mixed solution of a sample obtained by mixing about 30 human breast cancer cells (SKBR3) with healthy human blood, physiological saline, and a binder was used as a density gradient solution. Was concentrated, and a concentration step was performed by performing centrifugal separation and recovery operations to obtain a concentrated solution. In addition, centrifugation conditions in the density difference separation were 2000 × g for 10 minutes at room temperature. In Example 4, 2 mL of a density of 1.091 g / mL and an osmotic pressure of 380 mOsm / kg were injected into the cylindrical member 3 below the separation / concentration structure. After centrifugation, the cells were collected and washed in the same manner as in Example 1 to obtain a concentrated liquid in which live cancer cells were concentrated.
The cell suspension is introduced into the accommodating portion of the structure shown in FIG. 2, an AC voltage (voltage 20 Vpp, frequency 10 kHz to 10 MHz, rectangular wave) is applied between the substrates, and the cells are captured in the holding holes by dielectrophoretic force. did.

前記交流電圧を印加しながら、1個の保持孔に概ね1個の細胞が捕捉された収容部に0.01%ポリ−L−リジンを含む300mMマンニトール水溶液を導入し、3分静置後、前記交流電圧の印加を停止し、収容部の溶液を吸引除去した。なお、ポリ−L−リジンの作用により、細胞は保持部に静電気的に結合しているため、誘電泳動力がなくても洗浄により保持部から脱離することはない。   While applying the AC voltage, a 300 mM mannitol aqueous solution containing 0.01% poly-L-lysine was introduced into the accommodation part in which one cell was captured in one holding hole, and allowed to stand for 3 minutes. The application of the AC voltage was stopped, and the solution in the container was removed by suction. Since the cells are electrostatically bound to the holding portion by the action of poly-L-lysine, the cells are not detached from the holding portion by washing even if there is no dielectrophoretic force.

続いて、収容部へ50%エタノールと1%ホルムアルデヒドを含む水溶液(以下細胞膜透過試薬と呼ぶことがある)を導入し、10分静置することで細胞膜を透過させた。その後、収容部の溶液を吸引除去し、PBSを導入し、収容部内に残留した細胞膜透過試薬を洗浄した。   Subsequently, an aqueous solution containing 50% ethanol and 1% formaldehyde (hereinafter sometimes referred to as a cell membrane permeating reagent) was introduced into the storage section, and allowed to stand for 10 minutes to allow the cell membrane to permeate. Thereafter, the solution in the storage section was removed by suction, PBS was introduced, and the cell membrane permeating reagent remaining in the storage section was washed.

次に収容部へ800μLの細胞染色液(FITC標識抗CK抗体(Miltenyi Biotec)、PE標識抗CD45抗体(Beckman−Coulter)、DAPI(0.5μg/mL)を混合した細胞染色液)を送液し、細胞標識を行った後(25℃、30分)、マンニトール水溶液にて洗浄し、癌細胞を検出した。癌細胞および正常な白血球細胞はともに核を有しているためDAPIで染色され、赤血球や死細胞片などの核を有していないものは検出ソフトで排除した。癌細胞はCKを発現しているが、CD45を発現していないため、FITC標識抗CK抗体でのみ標識された。一方、正常な白血球細胞はCD45を発現しているが、CKを発現していないため、PE標識抗CD45抗体で標識された。   Next, 800 μL of a cell staining solution (a cell staining solution obtained by mixing a FITC-labeled anti-CK antibody (Miltenyi Biotec), a PE-labeled anti-CD45 antibody (Beckman-Coulter), and DAPI (0.5 μg / mL)) was sent to the storage section. After labeling the cells (25 ° C., 30 minutes), the cells were washed with an aqueous mannitol solution to detect cancer cells. Since both cancer cells and normal white blood cells have nuclei, they were stained with DAPI, and those having no nuclei, such as red blood cells and dead cell debris, were eliminated by detection software. Since the cancer cells expressed CK but did not express CD45, they were labeled only with the FITC-labeled anti-CK antibody. On the other hand, normal white blood cells express CD45 but do not express CK, and thus were labeled with a PE-labeled anti-CD45 antibody.

複数の保持孔に捕捉した全ての細胞を観察するために保持部全体の撮像を行った。これにはコンピューター制御式電動ステージ、電子増倍型冷却CCDカメラ(EMCCD;FLOVEL, ADT-100)を装備した蛍光顕微鏡(IX71; Olympus)を用いた。画像取得及び解析ソフトウェアにはLabVIEW(National Instruments)を用いた。処理後に保持孔に捕捉された正常白血球数は約30万個ほどであったが、癌細胞の検出に際しては妨げにならない量であった。また、癌細胞に関しては保持孔に捕捉されているため、保持部のスキャニングで全細胞数をカウントできた。血液中の癌細胞の検出率は、図7に示すように周波数100kHz〜3MHzの条件において、約90%検出できることが示された。   In order to observe all cells captured in the plurality of holding holes, an image of the entire holding unit was taken. For this, a fluorescence microscope (IX71; Olympus) equipped with a computer-controlled motorized stage and an electron multiplying-cooled CCD camera (EMCCD; FLOVEL, ADT-100) was used. LabVIEW (National Instruments) was used for image acquisition and analysis software. The number of normal white blood cells captured in the holding hole after the treatment was about 300,000, but this amount was not hindered in detecting cancer cells. Further, since the cancer cells were captured in the holding holes, the total number of cells could be counted by scanning the holding portions. As shown in FIG. 7, the detection rate of cancer cells in the blood was about 90% at a frequency of 100 kHz to 3 MHz.

実施例5:展開工程における生細胞分離
蛍光標識試薬(株式会社同仁化学研究所製、商品名CFSE)で標識したヒト乳癌細胞(SKBR3)を4%ホルムアルデヒド水溶液より固定処理した後、PI標識した細胞懸濁液を図2に示した構造体の収容部に導入し、基板間に交流電圧(電圧20Vpp、周波数100kHz〜10MHz、矩形波)を印加することで誘電泳動力によるPI非標識細胞(生細胞モデル)とPI標識細胞(死細胞モデル)の捕捉率を比較した。その結果、PI非標識細胞(生細胞モデル)は周波数100kHz〜10MHzにおいて保持孔への捕捉率98%以上を維持した。一方、PI標識細胞(死細胞モデル)は、100kHzで99%の捕捉率であったが、1MHzで92%、3MHzで59%、10MHzで6%と周波数の上昇に伴い、捕捉率が低下したことから周波数3MHz〜10MHzにおいてより生きた癌細胞を選択的に捕捉することができる。
Example 5: Separation of living cells in the developing step
After fixing human breast cancer cells (SKBR3) labeled with a fluorescent labeling reagent (trade name: CFSE, manufactured by Dojindo Laboratories) from a 4% aqueous solution of formaldehyde, a PI-labeled cell suspension is shown in FIG. Introduced into the housing part of the body, and by applying an AC voltage (voltage 20 Vpp, frequency 100 kHz to 10 MHz, rectangular wave) between the substrates, PI unlabeled cells (live cell model) and PI labeled cells (dead cells) by dielectrophoretic force Model) were compared. As a result, the PI non-labeled cell (live cell model) maintained a capture rate of 98% or more in the holding hole at a frequency of 100 kHz to 10 MHz. On the other hand, the PI-labeled cells (dead cell model) had a capture rate of 99% at 100 kHz, but decreased as the frequency increased to 92% at 1 MHz, 59% at 3 MHz, and 6% at 10 MHz. Therefore, live cancer cells can be selectively captured at frequencies of 3 MHz to 10 MHz.

実施例6:国立癌研究センターでの乳癌臨床測定データ,CK陽性および陰性細胞のカウント、予後との相関
実施例1と同様にして、ステージIVの乳癌患者血液、生理食塩水、結合剤の混合液を密度勾配溶液の上へ重層し、遠心分離、回収操作を実施し、生きた癌細胞を濃縮した。なお、密度差分離における遠心条件は2000×g、10分間、室温にて実施した。実施例5では、分離濃縮構造体の下側の筒状部材3に、密度が1.091g/mL、浸透圧380mOsm/kgを2mL注入した。遠心分離後、実施例1と同様にして、細胞の回収、洗浄を行い、癌細胞が濃縮された細胞懸濁液を得た。
Example 6: Breast cancer clinical measurement data at the National Cancer Center, counting of CK positive and negative cells, correlation with prognosis In the same manner as in Example 1, a mixture of stage IV breast cancer patient blood, saline, and a binder The solution was overlaid on the density gradient solution, and centrifugation and recovery operations were performed to concentrate live cancer cells. In addition, centrifugation conditions in the density difference separation were 2000 × g for 10 minutes at room temperature. In Example 5, 2 mL of a density of 1.091 g / mL and an osmotic pressure of 380 mOsm / kg were injected into the cylindrical member 3 below the separation / concentration structure. After centrifugation, cells were collected and washed in the same manner as in Example 1 to obtain a cell suspension in which cancer cells were concentrated.

図2に示した構造体の収容部に細胞懸濁液を導入し、基板間に交流電圧(電圧20Vpp、周波数1MHz、矩形波)を印加し、誘電泳動力により細胞を保持孔に捕捉した。   The cell suspension was introduced into the container of the structure shown in FIG. 2, an AC voltage (voltage 20 Vpp, frequency 1 MHz, rectangular wave) was applied between the substrates, and the cells were captured in the holding holes by dielectrophoretic force.

前記交流電圧を印加しながら、1個の保持孔に概ね1個の細胞が捕捉された収容部に0.01%ポリ−L−リジンを含む300mMマンニトール水溶液を導入し、3分静置後、前記交流電圧の印加を停止し、収容部の溶液を吸引除去した。続いて、収容部へ細胞膜透過試薬を導入し、10分静置することで細胞膜を透過させた。その後、収容部の溶液を吸引除去し、PBSを導入し、収容部内に残留した細胞膜透過試薬を洗浄した。   While applying the AC voltage, a 300 mM mannitol aqueous solution containing 0.01% poly-L-lysine was introduced into the accommodation part in which one cell was captured in one holding hole, and allowed to stand for 3 minutes. The application of the AC voltage was stopped, and the solution in the container was removed by suction. Subsequently, a cell membrane permeating reagent was introduced into the container, and allowed to stand for 10 minutes to permeate the cell membrane. Thereafter, the solution in the storage section was removed by suction, PBS was introduced, and the cell membrane permeating reagent remaining in the storage section was washed.

次に収容部へ800μLの細胞染色液(FITC標識抗CK抗体(Miltenyi Biotec)、PE標識抗CD45抗体(Beckman−Coulter)、DAPI(0.5μg/mL)を混合した細胞染色液)を送液し、細胞標識を行った後(25℃、30分)、マンニトール水溶液にて洗浄し、CTCを検出した。CTCおよび正常な白血球細胞はともに核を有しているためDAPIで染色され、赤血球や死細胞片などの核を有していないものは検出ソフトで排除した。また、CTCはCD45を発現していないが、CKを発現している細胞、発現していない細胞が存在するため、DAPI陽性、CD45陰性、CK陽性および陰性の細胞を画像処理により抽出した。正常な白血球細胞はCD45を発現しているが、CKを発現していないため、DAPI陽性、CK陰性、CD45陽性細胞を検出することでCTCと識別した。   Next, 800 μL of a cell staining solution (a cell staining solution obtained by mixing a FITC-labeled anti-CK antibody (Miltenyi Biotec), a PE-labeled anti-CD45 antibody (Beckman-Coulter), and DAPI (0.5 μg / mL)) was sent to the storage section. After cell labeling (25 ° C., 30 minutes), the cells were washed with an aqueous mannitol solution, and CTC was detected. Since both CTC and normal white blood cells have nuclei, they were stained with DAPI, and those that did not have nuclei such as red blood cells and dead cell debris were eliminated by detection software. In addition, although CTC does not express CD45, there are cells that express CK and cells that do not express CK. Therefore, DAPI positive, CD45 negative, CK positive and negative cells were extracted by image processing. Normal white blood cells express CD45 but do not express CK, and thus were identified as CTC by detecting DAPI positive, CK negative, and CD45 positive cells.

複数の保持孔に捕捉した全ての細胞を観察するために保持部全体の撮像を行った。これにはコンピューター制御式電動ステージ、電子増倍型冷却CCDカメラ(EMCCD;FLOVEL, ADT-100)を装備した蛍光顕微鏡(IX71; Olympus)を用いた。画像取得及び解析ソフトウェアにはLabVIEW(National Instruments)を用いた。処理後に保持孔に捕捉された正常白血球数は10〜50万個ほどであったが、CTCの検出に際しては妨げにならない量であった。また、CTCは保持孔に捕捉されているため、保持部のスキャニングで全細胞数をカウントできた。乳癌患者検体(15症例)のCTC数を図8に示した。   In order to observe all cells captured in the plurality of holding holes, an image of the entire holding unit was taken. For this, a fluorescence microscope (IX71; Olympus) equipped with a computer-controlled motorized stage and an electron multiplying-cooled CCD camera (EMCCD; FLOVEL, ADT-100) was used. LabVIEW (National Instruments) was used for image acquisition and analysis software. Although the number of normal leukocytes captured in the holding hole after the treatment was about 100,000 to 500,000, it was an amount that would not hinder the detection of CTC. Further, since CTC was captured in the holding hole, the total number of cells could be counted by scanning the holding portion. FIG. 8 shows the CTC count of the breast cancer patient sample (15 cases).

なお、検出CTC数については先行技術であるCellSearchシステム(Janssen Diagnostics)との比較を行った。その結果、CellSearchシステムでは全15症例中5例でCTCが検出できなかったのに対し(陽性率:66.7%、診断閾値:>2個/7.5mL血液)、本発明方法では全症例でCTCsを検出できた(陽性率100%、診断閾値:>1個/3mL血液)。   The number of detected CTCs was compared with that of a prior art CellSearch system (Janssen Diagnostics). As a result, CTC was not detectable in 5 cases out of a total of 15 cases with the CellSearch system (positive rate: 66.7%, diagnostic threshold:> 2 cells / 7.5 mL of blood), but all cases were detected by the method of the present invention. (Positive rate 100%, diagnostic threshold:> 1/3 mL blood).

実施例7 CK陽性および陰性細胞のカウント方法
実施例1と同様にして、ステージIVの乳癌患者血液、生理食塩水、結合剤の混合液を密度勾配溶液の上へ重層し、遠心分離、回収操作を実施した。なお、密度差分離における遠心条件は2000×g、10分間、室温にて実施した。実施例6では、分離濃縮構造体の下側の筒状部材3に、密度が1.091g/mL、浸透圧380mOsm/kgを2mL注入した。遠心分離後、実施例1と同様にして、細胞の回収、洗浄を行い、癌細胞が濃縮された細胞懸濁液を得た。
図2に示した構造体の収容部細胞懸濁液を導入し、基板間に交流電圧(電圧20Vpp、周波数1MHz、矩形波)を印加し、誘電泳動力により細胞を保持孔に捕捉した。
Example 7 Method for Counting CK Positive and Negative Cells In the same manner as in Example 1, a mixture of blood of a stage IV breast cancer patient, physiological saline, and a binder was overlaid on a density gradient solution, followed by centrifugation and collection operations. Was carried out. In addition, centrifugation conditions in the density difference separation were 2000 × g for 10 minutes at room temperature. In Example 6, 2 mL of a density of 1.091 g / mL and an osmotic pressure of 380 mOsm / kg were injected into the cylindrical member 3 below the separation / concentration structure. After centrifugation, cells were collected and washed in the same manner as in Example 1 to obtain a cell suspension in which cancer cells were concentrated.
The cell suspension in the housing part of the structure shown in FIG. 2 was introduced, an AC voltage (voltage 20 Vpp, frequency 1 MHz, rectangular wave) was applied between the substrates, and the cells were captured in the holding holes by dielectrophoretic force.

前記交流電圧を印加しながら、1個の保持孔に概ね1個の細胞が捕捉された収容部に0.01%ポリ−L−リジンを含む300mMマンニトール水溶液を導入し、3分静置後、前記交流電圧の印加を停止し、収容部の溶液を吸引除去した。続いて、収容部へ細胞膜透過試薬を導入し、10分静置することで細胞膜を透過させた。その後、収容部の溶液を吸引除去し、PBSを導入し、収容部内に残留した細胞膜透過試薬を洗浄した。
次に収容部へ800μLの細胞染色液(FITC標識抗CK抗体、PE標識抗CD45抗体、DAPI(0.5μg/mL)を混合した細胞染色液)を送液し、細胞標識を行った後(25℃、30分)、マンニトール水溶液にて洗浄し、CTCを検出した。CTCおよび正常な白血球細胞はともに核を有しているためDAPIで染色され、赤血球や死細胞片などの核を有していないものは検出ソフトで排除した。また、CTCはCD45を発現していないが、CKを発現しているCTC(CK陽性CTC)、発現していないCTC(CK陰性CTC)が存在するため、DAPI陽性、CD45陰性、CK陽性および陰性の細胞を画像処理により抽出した。正常な白血球細胞はCD45を発現しているが、CKを発現していないため、DAPI陽性、CK陰性、CD45陽性細胞を検出することでCTCと識別した。
While applying the AC voltage, a 300 mM mannitol aqueous solution containing 0.01% poly-L-lysine was introduced into the accommodation part in which one cell was captured in one holding hole, and allowed to stand for 3 minutes. The application of the AC voltage was stopped, and the solution in the container was removed by suction. Subsequently, a cell membrane permeating reagent was introduced into the container, and allowed to stand for 10 minutes to permeate the cell membrane. Thereafter, the solution in the storage section was removed by suction, PBS was introduced, and the cell membrane permeating reagent remaining in the storage section was washed.
Next, 800 μL of a cell staining solution (a cell staining solution obtained by mixing a FITC-labeled anti-CK antibody, a PE-labeled anti-CD45 antibody, and DAPI (0.5 μg / mL)) was sent to the storage section, and cell labeling was performed ( (25 ° C., 30 minutes), and washed with an aqueous mannitol solution to detect CTC. Since both CTC and normal white blood cells have nuclei, they were stained with DAPI, and those having no nuclei, such as red blood cells and dead cell debris, were eliminated by detection software. In addition, although CTC does not express CD45, there are CTC expressing CK (CK positive CTC) and CTC not expressing (CK negative CTC), so that DAPI positive, CD45 negative, CK positive and negative Cells were extracted by image processing. Normal white blood cells express CD45 but do not express CK, and thus were identified as CTC by detecting DAPI positive, CK negative, and CD45 positive cells.

なお、複数の保持孔に捕捉した全ての細胞を観察するために保持部全体の撮像を行った。これにはコンピューター制御式電動ステージ、電子増倍型冷却CCDカメラ(EMCCD;FLOVEL, ADT-100)を装備した蛍光顕微鏡(IX71; Olympus)を用いた。画像取得及び解析ソフトウェアにはLabVIEW(National Instruments)を用いた。   In addition, in order to observe all the cells captured in the plurality of holding holes, the entire holding unit was imaged. For this, a fluorescence microscope (IX71; Olympus) equipped with a computer-controlled motorized stage and an electron multiplying-cooled CCD camera (EMCCD; FLOVEL, ADT-100) was used. LabVIEW (National Instruments) was used for image acquisition and analysis software.

また、処理後に保持孔に捕捉された正常白血球数は10〜50万個ほどであったが、CTCの検出に際しては妨げにならない量であった。上記手法にてCTC数のカウントを実施したが、一部の細胞においてDAPI陽性及びCD45陰性、CK陰性の細胞(白血球でない異常細胞であり、CKを発現していないCK陰性CTCと判断)が存在することを確認した。
以上、白血球でない異常細胞を含む、CTCの一連の検出フローを図9に示した。
Further, the number of normal white blood cells captured in the holding hole after the treatment was about 100,000 to 500,000, but this amount did not hinder the detection of CTC. Although the number of CTCs was counted by the above method, DAPI-positive, CD45-negative, and CK-negative cells (determined as CK-negative CTCs that are not leukocytes and do not express CK) exist in some cells. Make sure you do.
FIG. 9 shows a series of CTC detection flows including abnormal cells that are not white blood cells.

1 分離濃縮構造体
2 筒状部材(上側)
3 筒状部材(下側)
4 キャップ
5 底部
6 連通開口端(分離部)
7 保持孔(貫通孔)
8 構造体
9 基板
10 上蓋基板
11 絶縁膜
12 遮光膜
13 収容部
14 導入口
15 排出口
16 電極(+)
17 電極(−)
18 櫛状電極
19 交流電源
20 光
21 検出部
22 導電線
23 細胞
24 誘電泳動力
25 密度勾配溶液
26 混合液
27 界面
1 Separation and concentration structure 2 Cylindrical member (upper side)
3 tubular member (lower side)
4 Cap 5 Bottom 6 Communication opening end (separation part)
7 Holding hole (through hole)
Reference Signs List 8 Structure 9 Substrate 10 Top cover substrate 11 Insulating film 12 Light shielding film 13 Housing 14 Inlet 15 Outlet 16 Electrode (+)
17 electrode (-)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 Comb electrode 19 AC power supply 20 Light 21 Detection part 22 Conductive wire 23 Cell 24 Dielectrophoretic force 25 Density gradient solution 26 Mixed solution 27 Interface

Claims (6)

血液中の生きた腫瘍細胞の検出方法であって、
血液試料から生きた腫瘍細胞を、
比重が、1.091 〜1.093g/mL、かつ浸透圧が、380 〜 400mOsm/kgの範囲である密度勾配溶液、または
比重が、1.077〜1.084g/mL、浸透圧が、300mOsm/kg の範囲である密度勾配溶液
を用いて濃縮液を得る第1工程と、
前記第1工程で得られた濃縮液を基板上に展開する第2工程と、
前記基板上に展開された標的細胞を検出する第3工程と、
を備えることを特徴とする血液中の腫瘍細胞の検出方法。
A method for detecting live tumor cells in blood ,
Live tumor cells from a blood sample,
A density gradient solution having a specific gravity of 1.091 to 1.093 g / mL and an osmotic pressure in a range of 380 to 400 mOsm / kg, or
Density gradient solution having a specific gravity of 1.077 to 1.084 g / mL and an osmotic pressure of 300 mOsm / kg
A first step of obtaining a concentrate using
A second step of developing the concentrated solution obtained in the first step on a substrate;
A third step of detecting target cells developed on the substrate;
Detection method of tumor cells in the blood you comprising: a.
前記密度勾配溶液の比重が、1.091 /mL、かつ浸透圧が、380 〜 400mOsm/kgの範囲である、請求項1に記載の生物試料検出方法。The method according to claim 1, wherein the density gradient solution has a specific gravity of 1.091 / mL and an osmotic pressure in a range of 380 to 400 mOsm / kg. 第1工程が、生物試料中の生細胞と死細胞との間の比重差を用いて濃縮する工程である、請求項1又は2に記載の生物試料検出方法。 The biological sample detection method according to claim 1 or 2 , wherein the first step is a step of enriching using a specific gravity difference between a living cell and a dead cell in the biological sample. 第1工程が、一端は閉塞して底部を形成し、他端は開口した筒状の構造体と、開口を密閉するキャップからなり、前記構造体は2以上の筒状部材より構成され、分離部にて分離可能である構造体を用いて生物試料から生細胞を濃縮する、請求項に記載の生物試料検出方法。 In the first step, one end is closed to form a bottom, and the other end is composed of an open tubular structure and a cap for closing the opening. The structure is composed of two or more tubular members, The method for detecting a biological sample according to claim 3 , wherein the living cells are concentrated from the biological sample using a structure that can be separated in the part. 前記基板上に複数の保持孔が設けられており、
前記濃縮液に含まれる生物試料細胞を誘電泳動力により基板上に展開する、請求項1〜のいずれか一項に記載の生物試料検出方法。
A plurality of holding holes are provided on the substrate,
The biological sample detection method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the biological sample cells contained in the concentrate are developed on a substrate by dielectrophoretic force.
前記標的細胞が、循環腫瘍癌細胞(CTC)である、請求項1〜のいずれか一項に記載の生物試料検出方法。 The biological sample detection method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the target cell is a circulating tumor cancer cell (CTC).
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