JP7342086B2 - 細胞分泌プロファイルの分析およびスクリーニング - Google Patents
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Description
本出願は、2014年12月3日に出願された「METHOD AND SYSTEM
FOR SCREENING IMMUNE CELLS FOR SINGLE-CELL FUNCTION AND POLY-FUNCTION PROFILE」と題する米国仮特許出願番号第62/087,147号(代理人書類番号第IPX-0200 PRO号)に基づく利益を主張しており、この仮特許出願は、その全体が参考として本明細書中に援用される。
本発明は、一般に細胞分析に関し、より詳細には、細胞状態の生化学的アセスメントおよび機能的特徴付けのための装置、方法、およびソフトウェアに関する。
細胞生物学および免疫学を含む諸分野では、細胞タンパク質発現および分泌プロファイルの評価および定量のための分析技法を開発することが、根底にある生化学的プロセスおよび細胞シグナル伝達機構を解明する上でかなり重要である。細胞が不均一な挙動を示すことが多いことを一因として、多数の個別の細胞集団をアッセイすることができ、また単一細胞レベルで生体分子を検出するのに適している、ツールおよび手順が必要とされている。細胞の表現型および機能性の感度が良く正確なアセスメント、ならびに個々の細胞間のドライバーおよび相互作用の識別が、生物学的系の能力および働きの重要な指標であることが示されている。
本開示は、細胞プロセスおよび機能プロファイルを決定および調査するのに有用な装置、方法およびソフトウェアを提供する。様々な実施形態では、本教示は、免疫細胞の細胞分析の状況において有利に適用することができる。例えば、様々な治療、化学的相互作用および/または疾患状態に対するT細胞機能性および相関応答を単一細胞レベルでアセスメントすることができる。
(項目1)
細胞集団に付随する分析物を個別に解像するシステムであって、
細胞の集団から分配された少なくとも1つの細胞を受け入れるとともに、前記少なくとも1つの細胞から放出された付随する複数の分析物を保持する、複数の試料保持領域と、
複数の個別に位置付けられた分析物検出成分がパターン化された複数の分析物検出領域であって、前記試料保持領域とアライメント可能な規則正しいパターンで配置され、それによって、カップリングすると、放出された分析物が前記複数の分析物検出成分と選択的に会合して、分析物検出領域ごとに分析物パターンを形成する、複数の分析物検出領域と、
前記複数の試料保持領域のまわりに配置された複数の第1のアライメントマーカー、および前記複数の分析物検出領域のまわりに配置された複数の第2のアライメントマーカーと、
選択された試料保持領域、および保持された少なくとも1つの細胞、および追加の少なくとも1つの第1のアライメントマーカーの、複数の画像を生成する画像化装置であって、前記選択された試料領域に対応する分析物検出領域、および付随する分析物パターン、さらには少なくとも1つの第2のアライメントマーカーの、複数の画像をさらに生成する画像化装置と、
選択された試料保持領域の付随する画像を前記少なくとも1つの第1のアライメントマーカーを使用してアライメントし、さらに、分析物検出領域の画像を、前記少なくとも1つの第2のアライメントマーカーを使用して、選択された試料保持領域の対応する画像とアライメントする、画像プロセッサであって、さらに、それぞれの試料保持領域内の保持された少なくとも1つの細胞、および対応する分析物パターンを識別して、前記保持された少なくとも1つの細胞に付随する放出された分析物を、前記分析物パターンで検出された分析物検出成分に基づいて、個別に解像する画像プロセッサと
を含む、システム。
(項目2)
前記画像プロセッサがさらに、前記試料保持領域の画像を評価して、付随する試料保持領域の画像特性を決定する、項目1に記載のシステム。
(項目3)
前記画像プロセッサが、前記試料保持領域の前記画像特性に基づいて、分析物および細胞の会合しの解像をゲーティングする、項目2に記載のシステム。
(項目4)
前記画像プロセッサがさらに、前記試料保持領域の画像を評価して、前記保持された少なくとも1つの細胞の画像特性を決定する、項目1に記載のシステム。
(項目5)
前記システムがさらに、前記保持された少なくとも1つの細胞を、複数の細胞画像との画像特性の比較によって識別するために前記画像プロセッサによってアクセスされた、前記複数の細胞画像を含む細胞鋳型データベースを含む、項目4に記載のシステム。
(項目6)
前記画像プロセッサが、前記保持された少なくとも1つの細胞を、前記細胞鋳型データベース中の少なくとも1つの細胞画像との画像特性の類似性に基づいて識別する、項目5に記載のシステム。
(項目7)
少なくとも1つの表面マーカーの存在を前記複数の画像のうちの少なくとも1つにおいて識別する、少なくとも1つの染料または色素で標識された少なくとも1つの細胞が、細胞識別のために前記画像プロセッサによって使用される、項目1に記載のシステム。
(項目8)
前記複数の画像のうちの少なくとも1つにおいて検出された前記少なくとも1つの染料または色素が、細胞が生きているかまたは死んでいるのかを識別するか、または細胞の代謝過程を強調表示する、項目7に記載のシステム。
(項目9)
前記複数の画像のうちの少なくとも1つにおいて検出された前記少なくとも1つの染料または色素が、異なるタイプの細胞を区別するために前記画像プロセッサによって使用される、項目7に記載のシステム。
(項目10)
選択された少なくとも1つの細胞に付随する、前記分析物パターンの少なくとも2つまたはそれ超の個別領域が、前記画像プロセッサによって評価されて、前記選択された少なくとも1つの細胞の放出された分析物が解像される、項目1に記載のシステム。
(項目11)
前記画像プロセッサがさらに、対応する保持された細胞を欠いている少なくとも1つの選択された試料保持領域を有する画像のバックグラウンド強度決定を行う、項目1に記載のシステム。
(項目12)
前記画像プロセッサが前記決定されたバックグラウンド強度を、評価されるべき選択された少なくとも1つの細胞に付随する前記分析物パターンの領域に付随する強度と比較して、前記選択された少なくとも1つの細胞の放出された分析物を解像する、項目11に記載のシステム。
(項目13)
前記画像プロセッサがさらに、単一細胞を保持する試料保持チャンバを識別し、前記単一細胞の個別に解像された前記放出された分析物を比較して、前記細胞の集団の検出された分析物の分布を反映する、項目1に記載のシステム。
(項目14)
前記細胞の集団の検出された分析物の前記分布が、前記細胞の集団からの単一細胞の、複数の分析物を放出する多機能性の能力を特徴付ける、項目13に記載のシステム。
(項目15)
選択された分析物に付随する、患者、治療、または疾患の応答についての分析物プロファイルを含む分析物応答データベースをさらに含み、前記画像プロセッサが、前記細胞の集団の検出された分析物の前記分布を前記分析物応答データベースと比較して、前記細胞の集団中で検出された放出された分析物を、前記分析物応答データベース中の前記分析物プロファイルと相関させる、項目13に記載のシステム。
(項目16)
前記分析物が、生体分子、有機分子、無機分子、核酸、ペプチド、タンパク質、抗体、サイトカイン、ケモカイン、およびイオンからなる群から選択される、項目1に記載のシステム。
(項目17)
前記分析物が、前記細胞の集団からの前記少なくとも1つの細胞によって分泌されたサイトカインまたはタンパク質を含み、CCl-11、GM-CSF、グランザイムB、IFN-γ、IL-10、IL-12、IL-13、IL-17A、IL-17F、IL-18、IL-1β、IL-2、IL-21、IL-22、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、IL-9、IP-10、MCP-1、MCP-4、MIP-1α、MIP-1β、パーフォリン、RANTES、sCD137、sCD40L、TGF-β1、TNF-α、およびTNF-βからなる群から選択される、項目1に記載のシステム。
(項目18)
前記細胞が、B細胞、T細胞、CD4+細胞、CD8+細胞、マクロファージ細胞、樹状細胞、上皮細胞、脳細胞、腫瘍細胞、悪性細胞および疾患細胞からなる群から選択される、項目1に記載のシステム。
(項目19)
細胞集団に付随する分析物を個別に解像するための方法であって、
細胞の集団から分配された少なくとも1つの細胞を受け入れるとともに、前記少なくとも1つの細胞から放出された付随する複数の分析物を保持する複数の試料保持領域の、複数の画像を取得するステップと、
複数の個別に位置付けられた分析物検出成分がパターン化された複数の分析物検出領域であって、前記試料保持領域とアライメント可能な規則正しいパターンで配置され、それによって、カップリングすると、放出された分析物が前記複数の分析物検出成分と選択的に会合して、分析物検出領域ごとに分析物パターンを形成する複数の分析物検出領域の、複数の画像を取得するステップと、
前記複数の試料保持領域のまわりに配置された複数の第1のアライメントマーカーを解像するステップと、
前記複数の分析物検出領域のまわりに配置された複数の第2のアライメントマーカーを解像するステップと、
選択された試料保持領域の付随する画像を、前記複数の第1のアライメントマーカーのうちの少なくとも1つを使用してアライメントし、さらに、分析物検出領域の画像を、前記複数の第2のアライメントマーカーのうちの少なくとも1つを使用して、選択された試料保持領域の対応する画像とアライメントするステップと、
それぞれの試料保持領域内の保持された少なくとも1つの細胞、および対応する分析物パターンを識別して、前記保持された少なくとも1つの細胞に付随する放出された分析物を、前記分析物パターンで検出された前記分析物検出成分に基づいて、個別に解像するステップと
を含む、方法。
(項目20)
細胞集団に付随する分析物を個別に解像するためのコンピュータ実行可能なコードがメモリーされている、1つまたは複数の非一過性コンピュータ可読媒体であって、前記コードが、
細胞の集団から分配された少なくとも1つの細胞を受け入れるとともに、前記少なくとも1つの細胞から放出された付随する複数の分析物を保持する複数の試料保持領域の、複数の画像を取得するための実行可能なルーチンと、
複数の個別に位置付けられた分析物検出成分がパターン化された複数の分析物検出領域であって、前記試料保持領域とアライメント可能な規則正しいパターンで配置され、それによって、カップリングすると、放出された分析物が前記複数の分析物検出成分と選択的に会合して、分析物検出領域ごとに分析物パターンを形成する複数の分析物検出領域の、複数の画像を取得するための実行可能なルーチンと、
前記複数の試料保持領域のまわりに配置された複数の第1のアライメントマーカーを解像するための実行可能なルーチンと、
前記複数の分析物検出領域のまわりに配置された複数の第2のアライメントマーカーを解像するための実行可能なルーチンと、
選択された試料保持領域の付随する画像を、前記複数の第1のアライメントマーカーのうちの少なくとも1つを使用してアライメントし、さらに、分析物検出領域の画像を、前記複数の第2のアライメントマーカーのうちの少なくとも1つを使用して、選択された試料保持領域の対応する画像とアライメントするための実行可能なルーチンと、
それぞれの試料保持領域内の保持された少なくとも1つの細胞、および対応する分析物パターンを識別して、前記保持された少なくとも1つの細胞に付随する放出された分析物を、前記分析物パターンで検出された前記分析物検出成分に基づいて、個別に解像するための実行可能なルーチンと
を含む、1つまたは複数の非一過性コンピュータ可読媒体。
開示された実施形態のさらなる目的および利点は、一部は以下の説明に呈示され、一部はその説明から明らかであり、あるいは、開示された実施形態の実践によって理解することができる。開示された実施形態の目的および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘されている要素および組合せによって実現および達成される。上記の一般的な説明も以下の詳細な説明も、例示的および説明的なものにすぎず、特許請求の範囲で呈示されるような開示された実施形態の範囲を制限するものではないことを理解されたい。
生物学的な系または試料の状態もしくは能力を特徴付ける努力は、バルク分析法によって混乱することも不明瞭になることもある。このことは、通常の量または媒体で分析される多くの細胞を含む試料が分析物をマスクまたは希釈するように作用し得る、免疫学的調査などの細胞分析において明らかである。したがって、多くの事例において、非常に少量および単一の細胞試料分析能力を提供することが望ましい。単一または少数の細胞を含むような小試料量では、複数の試料を個別の反応領域または区域に隔離することがさらに望ましく、したがって、これらを並行分析にかけることができる。このような方法では、試料を均一かつ個別に処置する能力を提供しながら、試料間クロストークおよび汚染を回避する必要があり得る。正確で感度の良いデータをスケーラブルな、かつ多重化されたフォーマットで、最小限のユーザ介入によって収集することもまた重要である。
、275~95頁、および「Single-cell technologies for monitoring immune systems」、Nature Immunology、2014年、15巻、2号、128~135頁に記載さ
れており、分泌タンパク質を細胞ごとのベースで測定することができる。加えて、単一細胞分析および少数細胞分析のための例示的な装置およびプラットフォームが、PCT出願第PCT/US2013/056454号(PCT特許出願WO2014031997)、米国特許出願第12/174,601号(米国特許出願公開第2009/0036324号)、米国特許出願第12/174,598号(米国特許出願公開第2009/0053732号)、米国特許出願第12/857510号(米国特許第8,865,479号)、および米国特許出願第13/132858号(米国特許出願公開第2012/0015824号)に開示されている。
T細胞から分化した主要な機能サブセットの1つであり、それらの多様なサイトカインプロファイルによって反映される顕著な不均一性を示した。フローサイトメトリーに基づく従来の方法を使用して、エフェクターT細胞の機能分析により細胞の機能的サブセットの区別を試みた。これらの細胞のグループ分け、またはクラスのそれぞれが、細菌感染によって誘発されるものなどの免疫応答の中で、サイトカインの異なる組合せを産生および放出できることが示された。
Claims (9)
- ビーズアレイを個別に解像するシステムであって、前記システムは、
ビーズの集団から分配された少なくとも1つのビーズを受け入れる、複数の試料保持領域と;
複数の個別に位置付けられた分析物検出成分がパターン化された複数の分析物検出領域であって、前記試料保持領域とアライメント可能な規則正しいパターンで配置される、複数の分析物検出領域と;
前記複数の試料保持領域のまわりに配置された複数の第1のアライメントマーカー、および前記複数の分析物検出領域のまわりに配置された複数の第2のアライメントマーカーと;
画像化装置であって、
少なくとも1つの第1のアライメントマーカー、および少なくとも1つの試料保持領域に分配される少なくとも1つのビーズの、第1の画像、ならびに、
少なくとも1つの第2のアライメントマーカー、および分析物検出領域の第2の画像であって、前記第1の画像とは異なる光学パラメータを有する、前記第2の画像、
を生成する、画像化装置と;
前記少なくとも1つの第1のアライメントマーカー、および前記少なくとも1つの第2のアライメントマーカーを使用して、前記第1の画像の前記少なくとも1つの試料保持領域に分配された少なくとも1つのビーズを、前記第2の画像の前記分析物検出領域とアライメントする、画像プロセッサと
を含む、システム。 - 前記画像プロセッサがさらに、前記試料保持領域の画像を評価して、付随する試料保持領域の画像特性を決定する、請求項1に記載のシステム。
- 前記画像プロセッサがさらに、前記試料保持領域の画像を評価して、前記保持された少なくとも1つのビーズの画像特性を決定する、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つのビーズが、前記第1の画像において少なくとも1つの表面マーカー
の存在を識別する、少なくとも1つの抗体、染料または色素で標識され、そしてビーズ識別のために前記画像プロセッサによって使用される、請求項1に記載のシステム。 - 前記画像プロセッサがさらに、対応する保持されたビーズを欠いている少なくとも1つの選択された試料保持領域を有する画像のバックグラウンド強度決定を行う、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数の試料保持領域の前記少なくとも1つの試料保持領域が、少なくとも1つの細胞をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
- ビーズ集団に付随するビーズを個別に解像するための方法であって、
ビーズの集団から分配された少なくとも1つのビーズを受け入れる、複数の試料保持領域の、複数の第1の画像を取得するステップと;
前記第1の画像とは異なる光学パラメータを有する複数の第2の画像を取得するステップであって、前記第2の画像が、複数の個別に位置付けられた分析物検出成分がパターン化された複数の分析物検出領域であって、前記試料保持領域とアライメント可能な規則正しいパターンで配置される、取得するステップと;
前記複数の試料保持領域のまわりに配置された複数の第1のアライメントマーカーを解像するステップと;
前記複数の分析物検出領域のまわりに配置された複数の第2のアライメントマーカーを解像するステップと;
選択された試料保持領域の付随する画像を、前記複数の第1のアライメントマーカーのうちの少なくとも1つを使用してアライメントし、さらに、分析物検出領域の画像を、前記複数の第2のアライメントマーカーのうちの少なくとも1つを使用して、選択された試料保持領域の対応する画像とアライメントするステップと;
アラインメントされた画像における少なくとも1つの分析物検出領域とアラインメントされた、少なくとも1つの試料保持領域内の少なくとも1つのビーズを識別するステップと
を含む、方法。 - ビーズ集団に付随するビーズを個別に解像するためのコンピュータ実行可能なコードがメモリーされている、1つまたは複数の非一過性コンピュータ可読媒体であって、前記コードが、
ビーズの集団から分配された少なくとも1つのビーズを受け入れる、複数の試料保持領域の、複数の第1の画像を取得するための実行可能なルーチンと;
前記第1の画像とは異なる光学パラメータを有する複数の第2の画像を取得するための実行可能なルーチンであって、前記第2の画像が、複数の個別に位置付けられた分析物検出成分がパターン化された複数の分析物検出領域であって、前記試料保持領域とアライメント可能な規則正しいパターンで配置される、取得するための実行可能なルーチンと;
前記複数の試料保持領域のまわりに配置された複数の第1のアライメントマーカーを解像するための実行可能なルーチンと;
前記複数の分析物検出領域のまわりに配置された複数の第2のアライメントマーカーを解像するための実行可能なルーチンと;
選択された試料保持領域の付随する画像を、前記複数の第1のアライメントマーカーのうちの少なくとも1つを使用してアライメントし、さらに、分析物検出領域の画像を、前記複数の第2のアライメントマーカーのうちの少なくとも1つを使用して、選択された試料保持領域の対応する画像とアライメントするための実行可能なルーチンと;
アラインメントされた画像における少なくとも1つの分析物検出領域とアラインメントされた、少なくとも1つの試料保持領域内の少なくとも1つのビーズを識別するための実行可能なルーチンと
を含む、1つまたは複数の非一過性コンピュータ可読媒体。 - 前記複数の試料保持領域の前記少なくとも1つの試料保持領域が、少なくとも1つの細胞をさらに含む、請求項8に記載の非一過性コンピュータ可読媒体。
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