JP6985508B2 - フロースルーエレクトロポレーション機器編成 - Google Patents
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Description
この実施形態のいくつかの態様では、電極は、1〜25Kv/cm、または10〜20Kv/cmを送達するように構成される。
この実施形態のいくつかの態様では、FTEP装置は、結晶スチレン、シクロオレフィンポリマー、またはシクロオレフィンコポリマーから射出成形によって製造され、この実施形態のいくつかの態様では、電極はステンレス鋼から製造される。
この実施形態のいくつかの態様では、電極は、1〜25Kv/cm、または10〜20Kv/cmを送達するように構成される。
この実施形態のいくつかの態様では、FTEP装置は、結晶スチレン、シクロオレフィンポリマー、またはシクロオレフィンコポリマーから射出成形によって製造され、いくつかの態様では、電極はステンレス鋼から製造される。
いずれかの実施形態のいくつかの態様では、FTEP装置は試薬カートリッジの一部であり、いくつかの態様では、試薬カートリッジはFTEP装置の操作指示を提供するスクリプトを含む。
前述の実施形態と同様に、FTEPのこの実施形態の一態様は、流体を受け入れて保持するために第1の入口に接続された第1のリザーバと、形質転換された細胞を受け入れるために出口に接続された第2のリザーバとをさらに含む。いくつかの態様では、FTEP装置は、FTEP装置内の細胞に導入される外因性物質を受け入れるための第2の入口をさらに備え、前記入口は、フローチャネルの狭窄領域と流体連通する。また、いくつかの態様では、FTEP装置は、細胞よりも実質的に大きい物体のフローチャネルの狭窄領域への透過を防ぐように構成されたフィルタ要素をさらに備え、この実施形態のいくつかの態様では、フィルタ要素は、フローチャネルの狭窄領域を形成する構造、およびいくつかの態様では、フィルタ要素は、フローチャネルの狭窄領域の近位にある位置に向かうに連れ次第に小さな開口を有する。
本発明の前述および他の特徴および利点は、添付の図面と併せて、例示的な実施形態の以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。
一実施形態に関連して説明される機能のすべては、明示的に述べられる場合、または特徴または機能が追加の実施形態と互換性がない場合を除き、本明細書に記載の追加の実施形態に適用可能である。たとえば、特定の機能または機能が一実施形態に関連して明示的に説明されているが、代替実施形態に関連して明示的に言及されていない場合、機能が代替実施形態と互換性がない場合を除き、機能または代替機能に関連して展開、利用、または実装できることを理解されたい。
本明細書に記載の技術の実施は、特に明記しない限り、当該分野における従来技術としての、従来の技術および説明分子生物学(組換え技術を含む)、細胞生物学、生化学、および遺伝子工学技術を採用してもよい。そのような従来の技術および説明は、あらゆる目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる「Green and Sambrook, Molecular Cloning: A Laboratory Manual.第4版」、「Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.(2014)」、「Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel, et al. eds., (2017)」、「Neumann, et al., Electroporation and Electrofusion in Cell Biology, Plenum Press, New York, 1989」、「Chang, et al., Guide to Electroporation and Electrofusion, Academic Press, California (1992)」などの標準的な実験室マニュアルに記載されている。
E=0.5U2C
ここで、Eは電気エネルギー、Uは電圧、Cは静電容量を現す。したがって、高電圧パルス発生器は、同じ量のエネルギーを保存するためにはるかに小さなコンデンサを必要とするため、製造が容易である。同様に、より高い電圧の他の波形を生成することは難しくない。
例示的なFTEP実施形態
本明細書に記載される本発明の第1の態様は、図1A−1Cに示される。図1Aは、細胞および細胞に送達される外因性物質を含む流体をFTEP装置100に導入するための入口102と、エレクトロポレーション後に形質転換された細胞を取り出すための出口104とを有するFTEP装置100の平面上面図を示す。長円電極108は、電極の湾曲に基づいてチャネルが狭くなるフローチャネル(図示せず)の中央部分(center portion)を画定するように配置される。図1Bは、装置102の上部からの断面図110を示しており、入口102、出口104、および、フローチャネル106に対して配置されている電極108を示す。電極108は、フローチャネル106の狭窄部を画定することに留意されたい。図1Cは、入口102および入口チャネル112、ならびに出口104および出口チャネル114を備えた装置100の側面断面図120を示す。電極108は、形状が長円形であり、フローチャネル106の狭窄部を画定するように配置される。
図16Aは、自動化されたマルチモジュール細胞処理システムで使用され得る例示的な試薬カートリッジとFTEP装置1600(「カートリッジ」)との組み合わせを示す。カートリッジ1600は、本体1602、および試薬容器またはリザーバ1604を含む。さらに、カートリッジ1600は、FTEP装置1606を含み、その態様は、図1〜6および図8〜15(例えば、カートリッジのこの実施形態では、単一のFTEP装置である)に関して説明される。カートリッジ1600は使い捨てであってもよく、カートリッジ1600は再利用されるように構成されてもよい。好ましくは、カートリッジ1600は使い捨てである。カートリッジ1600は、ステンレス鋼、アルミニウム、またはポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリルブタジエン、ポリカーボネート、ポリエーテルエテケトン(PEEK)、ポリ(メチルメチルアクリレート)(PMMA)、ポリスルホン、ポリウレタン、およびこれらと他のポリマーのコポリマーを含むプラスチックなど、さまざまな適切な材料で作成できる。カートリッジが使い捨ての場合、プラスチック製であることが好ましい。特定の実施形態では、カートリッジ1600は、試薬容器またはリザーバ1604内の試薬を加熱または冷却する熱装置(図示せず)と接触するため、カートリッジの製造に使用される材料は熱伝導性であることが好ましい。いくつかの実施形態では、熱装置はペルチェ素子または熱電冷却器である。試薬容器またはリザーバ1604は、図16Aに示すように、試薬の個々のチューブが挿入される容器であってもよく、1つ以上の複数の共同結合チューブが挿入されるレセプタクル(たとえば、図16B(iv)に示すように、共同結合される5つのチューブの列が試薬レセプタクルに挿入される)、または挿入チューブなしで試薬を保持する試薬レセプタクルであってよい。さらに、試薬カートリッジのレセプタクルは、チューブ、共同結合チューブ、および試薬の直接充填の任意の組み合わせ用に構成できる。
エレクトロポレーションの後、形質転換された細胞は、任意で、例えば、形質転換プロセスから回復し、選択に供され、この特定の例ではゲノム編集のために、第2の成長バイアルに移される(1814)。形質転換された細胞が回復し、選択されると(例えば、試薬カートリッジから追加される抗生物質または他の試薬により、または例えば温度により)、またはゲノム編集が行われると、細胞は機器から取り出され、さらに調査(1818)に使用され、また濾過モジュールにより吸引されて(1815)死細胞を除去するために洗浄され、および/または濃縮され、エレクトロコンピテントされ、洗浄または試薬カートリッジの試薬リザーバからフィルタを通して分注された洗浄液を使用して溶出される(1816)。溶出した細胞は、洗浄カートリッジ内の空の容器に集められる。空気置換ピペッタは、溶出した細胞に試薬カートリッジから培地を移す。ステップ1801〜1816のすべてまたは一部を、ゲノム編集(1817)の再帰的なラウンドのために繰り返すことができる。あるいは、形質転換された細胞は研究(1818)で使用されてもよい。
上述のように、FTEP装置は、独立型装置で使用されるか、自動化されたマルチモジュール処理システムのモジュールとして使用され得る。マルチモジュール細胞処理システムの一般的な例示的実施形態が図19に示されている。いくつかの実施形態では、細胞処理システム1900は、ハウジング1960、形質転換またはトランスフェクトされる1902細胞を導入するためのレセプタクル、および成長モジュール(細胞増殖装置)1904を含むことができる。形質転換される細胞は、試薬カートリッジから成長モジュールに移され、細胞が標的ODに達するまで培養される。細胞が標的ODに達すると、成長モジュールは、後で処理するために細胞を冷却または凍結するか、細胞をエレクトロコンピテントおよび濃縮する濾過モジュール1920に移すことができる。濾過モジュール1920は、例えば、細胞を処理してそれらを電気適格にし、電気適格細胞を濃縮するためのフィルタを含む。一例では、20mlの細胞+増殖培地を400μlの10%グリセロール細胞懸濁液に濃縮する。エレクトロコンピテント細胞が濃縮されると、細胞は試薬カートリッジ内のエレクトロポレーション装置に移され、所望の核酸で形質転換される。細胞を受容するためのレセプタクルに加えて、マルチモジュール細胞処理システムは、細胞1906にエレクトロポレーションされる核酸を保存するための試薬カートリッジに位置するレセプタクルを含む。核酸は、特定のODまで成長した濃縮エレクトロコンピテント細胞を既に含むエレクトロポレーション装置1908に移され、そこで核酸が細胞に導入される。エレクトロポレーションに続いて、形質転換された細胞は、例えば、回復モジュール1910に移される。ここで、細胞には、エレクトロポレーション手順から回復する機会が与えられる。
以下の実施例は、当業者に本発明の製造および使用方法の完全な開示および説明を提供するために提示され、発明者が考えるものの範囲を限定することを意図するものではない。それらの発明も、以下の実験がすべて実施されたものである、または唯一の実験であることを表すことも意味することも意図していない。当業者は、広く記載された本発明の精神または範囲から逸脱することなく、特定の態様に示されるように、本発明に対して多数の変形および/または修正を行うことができることを理解するであろう。したがって、本態様は、あらゆる点で例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。
FTEP装置の形質転換を試験するために、エレクトロコンピテント大腸菌細胞が作成された。スターターカルチャーを作成するために、6mlのLBクロル−25(25μg/mlクロラムフェニコールを含むLB)を14ml培養チューブに移した。大腸菌の25μlアリコートを使用して、LBクロル−25チューブに接種した。接種後、チューブを250RPMおよび30℃に設定した振盪インキュベーター内に45°の角度で12〜16時間一晩成長させた。OD600の値は2.0〜4.0である必要がある。1:100の接種量の250mlLBクロル−25チューブを、4つの滅菌500mlバッフル付き振とうフラスコに移した。つまり、250mlの振とうフラスコあたり2.5mlである。フラスコを250RPMおよび30℃に設定した振盪インキュベーターに入れた。1〜2時間ごとにOD600を測定することにより、成長を監視した。培養物のOD600が0.5〜0.6(約3〜4時間)になったら、フラスコをインキュベーターから取り出した。細胞を4300RPM、10分、4℃で遠心分離した。上清を除去し、氷冷した10%グリセロール100mlを各サンプルに移した。細胞を穏やかに再懸濁し、洗浄手順を3回実施し、そのたびに細胞を10%グリセロールに再懸濁した。4回目の遠心分離後、細胞の再懸濁物を50mlコニカルファルコンチューブに移し、氷冷した10%グリセロールを追加して容量を30mlにした。細胞を再度4300RPM、10分間、4℃で遠心分離し、上清を除去し、細胞ペレットを10mlの氷冷グリセロールに再懸濁した。細胞懸濁液と氷冷グリセロールの1:100希釈液に細胞を分注した。
FTEP装置の形質転換をさらに試験するために、「Bergkessel and Guthrie,Methods Enzymol.,529:311-20(2013)」に一般的に記載されている方法を使用して、S.セレビシエ細胞を作製した。手短に言えば、YFAP培地を一晩増殖させて、3mlを接種して100mlの細胞を生産した。処理された培養液100mlごとに、約1mlのコンピテント細胞が生じた。細胞は、1.5+/−0.1のOD600に達するまで、振盪インキュベーターで30℃でインキュベートされた。
インラインフローセンサー測定を使用して、細胞およびDNAを含む液体がFTEPチップを通って流れた後、入口リザーバが空になったときを示した。約65μLの液体を投入タンクに入れ、自動化されたFTEPモジュールの電源を入れた。図27の上部のグラフに示すように、起動時のいくつかの短い過渡現象の後、流量は24SCCMにジャンプするまでほぼ8秒(8000ミリ秒)の間、約〜3立方センチメートル/分(SCCM)の流量を有する。この遷移は、実行終了トリガーで発生する。これは、細胞とDNAを含む液体がFTEP装置で処理され、空気がFTEP装置を流れていないことを示すインジケーターである。そのトリガーは、増加した流量または空気の圧力(シリンジポンプからつながる導管など)の突然の変動(増加または減少)の検出を構成する場合がある。好ましい一実施形態では、図27の流量センサーは、流体がインプットリザーバから完全に排出されることを示す空気流量の増加を検出する。この時点で、マルチパスエレクトロポレーション手順を可能にするために、圧力を逆にしてよい。つまり、エレクトロポレーションを行う細胞は、エレクトロポレーションの1回の通過のために入口から出口に向かって「引っ張られ」、入口リザーバが空になると、センサーは液体と細胞/DNAが「押し出される」圧力を逆転させ、フロースルーFTEP装置の出口端を入口端に向けて、エレクトロポレーションの別のパスのために電極間を再び通過させる。このプロセスは1回から複数回繰り返される場合がある。あるいは、圧力を完全に止めて、出口の形質転換された細胞を回収してもよい。
Claims (14)
- 流体中の細胞に外因性物質を導入するためのフロースルーエレクトロポレーション(FTEP)装置であって、
前記FTEP装置は上面と底面とを有し、
a.細胞および/または外因性物質を含む流体を前記FTEP装置に入れるための少なくとも第1の入口および少なくとも第1の入口チャネルと、前記第1の入口は前記FTEP装置の前記上面に端を発しており、
b.前記FTEP装置から、形質転換された細胞および外因性物質を含む流体を取り出すための出口および出口チャネルと、前記出口は前記FTEP装置の前記上面に端を発しており、
c.前記少なくとも第1の入口チャネルおよび前記出口チャネルと交差し前記少なくとも第1の入口チャネルと前記出口チャネルとの間に配置されるフローチャネルであって、前記第1の入口チャネルと前記出口チャネルとの間に、エレクトロポレーションされる細胞の直径の少なくとも2倍より小さくならない寸法まで幅が減少した前記フローチャネルの狭窄を形成する前記フローチャネルと、
d.前記FTEP装置の前記上面に端を発する電極チャネルにそれぞれ配置された第1の電極と第2の電極であって、前記第1の電極は前記第1の入口チャネルと前記狭窄との間に配置され、前記第2の電極は前記狭窄と前記出口チャネルとの間に配置され、前記第1の電極および前記第2の電極は、前記フローチャネル内の流体と流体的かつ電気的に連通しており、前記第1の電極および前記第2の電極は、前記流体中の前記細胞が前記フローチャネルを通過する際に、前記流体中の前記細胞に1つ以上の電気パルスを印加し、それにより、前記流体中の前記細胞に外因性物質を導入する、前記第1の電極および前記第2の電極を備える、
FTEP装置。 - 前記流体中の前記細胞を前記FTEP装置に導入するための前記入口に接続されたリザーバと、前記FTEP装置から形質転換された細胞を取り出すための前記出口に接続されたリザーバとをさらに備える、請求項1に記載のFTEP装置。
- 前記FTEP装置は第2の入口および第2の入口チャネルを備えており、外因性物質を前記FTEP装置に導入するための前記第2の入口に接続されたリザーバをさらに備える、請求項2に記載のFTEP装置。
- 前記第2の入口および第2の入口チャネルは、前記第1の入口および前記第1の入口チャネルと前記第1の電極との間に位置する、請求項3に記載のFTEP装置。
- 前記第2の入口および第2の入口チャネルは、前記第2の電極と前記出口チャネルとの間に位置する、請求項3に記載のFTEP装置。
- バクテリア細胞、酵母細胞、及び哺乳類細胞とともに使用するように構成される、請求項1に記載のFTEP装置。
- 前記第1の電極および前記第2の電極は、互いに1mm〜10mm離間されて配置される、請求項1に記載のFTEP装置。
- 前記チャネルの最狭窄部の幅は、10μm〜5mmである、請求項1に記載のFTEP装置。
- 1つまたは複数の前記入口チャネルと前記出口チャネルとの間に、1つまたは複数のフィルタをさらに備える、請求項1に記載のFTEP装置。
- 前記第1の電極および前記第2の電極は、互いに10μm〜1mm離間されて配置される、請求項1に記載のFTEP装置。
- 前記チャネルの最狭窄部の幅は、10μm〜1mmである、請求項8に記載のFTEP装置。
- 前記1つまたは複数のフィルタは前記FTEP装置の一部として前記FTEP装置と一体に形成される、請求項9に記載のフロースルーエレクトロポレーション(FTEP)装置。
- 前記1つまたは複数のフィルタは勾配フィルタである、請求項12に記載のフロースルーエレクトロポレーション装置。
- 請求項1に記載のFTEP装置を含む、自動化されたマルチモジュール細胞処理システム。
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