JPH0843378A - 磁気的細胞測定のための方法および装置 - Google Patents

磁気的細胞測定のための方法および装置

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JPH0843378A
JPH0843378A JP7045855A JP4585595A JPH0843378A JP H0843378 A JPH0843378 A JP H0843378A JP 7045855 A JP7045855 A JP 7045855A JP 4585595 A JP4585595 A JP 4585595A JP H0843378 A JPH0843378 A JP H0843378A
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JP
Japan
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flow chamber
gap
cell
cells
liquid
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JP7045855A
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English (en)
Inventor
Maciej Zborowski
マチェイ・スボロフスキー
Ralph Green
ラルフ・グリーン
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Cleveland Clinic Foundation
Original Assignee
Cleveland Clinic Foundation
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G01N33/56966Animal cells
    • G01N33/56972White blood cells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00Magnetic separation
    • B03C1/02Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/035Open gradient magnetic separators, i.e. separators in which the gap is unobstructed, characterised by the configuration of the gap
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N15/10Investigating individual particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/04Cell isolation or sorting
    • G01N15/149

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確かつ有効に細胞を磁気測定する。 【構成】 バルク液体における磁気細胞測定は、極間ギ
ャップ(46)を横切って液体を導き、磁気感受性細胞
をギャップに隣接して沈澱させることにより行われる。
次いで、沈澱した細胞を横切って選択されたガス(例え
ば、空気)を導き、過剰の液体を追い出す。細胞測定装
置(10)は、保持リザーバ(28)から、磁石(1
4)の極間ギャップを横切って垂直に位置したフローチ
ャンバ(50)内へバルク液体を押し込む注射器ポンプ
(15)を有する。すすぎ液を収容した第2の注射器ポ
ンプ(15a)はバルク液体で一部を満たされた保持リ
ザーバを有し、残りの部分はすすぎ液の直後にフローチ
ャンバへ押し込まれる選択されたガスで満たされる。細
胞計測のための細胞の調製は、標的細胞集団の表面に特
徴的に存在する抗原に単クローン抗体を結合し、磁化剤
(好ましくはフェリチン)で抗体を磁気的に標識して細
胞を磁気感受性にすることにより、行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バルク流動体中のリン
パ球および/またはその他の細胞を分離及び分類する技
術に関する。この種の分類技術は流動細胞計測法(フロ
ーサイトメトリー)および細胞の構造や機能や病状の分
析にとって有用である。
【0002】
【従来の技術】従来の細胞分類技術は細胞表面の異なる
蛋白組成を利用することが多い。このような技術は癌や
免疫不全症に関する検査及び診断に幅広く応用されると
共に、他の生物医学にも応用されている。細胞表面の蛋
白組成に基づく細胞分類は細胞生物学の理解の近年にお
ける急激な発展により注目されてきている。細胞の機能
的な差異とその表面の蛋白組成との間の相関関係も確立
されている。この相関関係は、細胞の相違に従って細胞
を同定および分類する多数の免疫学的な方法(例えば、
免疫蛍光検鏡、免疫細胞化学、酵素免疫分析、流動細胞
計測法)の基礎を提供する。
【0003】流動細胞計測法によるリンパ球細胞の同定
は、赤血球からの白血球の分離およびこれに続くリンパ
球細胞の部分集団の差し引き計算を伴う。リンパ球細胞
の予め定められた部分集団(例えば、特定の病状を示す
リンパ球細胞の部分集団)はその集団の細胞表面上に現
れた特徴的な蛋白質により同定される。これらの蛋白質
は免疫抗原として機能し、それに対する特異的親和力を
有する単クローン抗体(Mabs)の製造を可能にす
る。このような単クローン抗体は抗原を表す細胞を「標
識」するために使用でき、それによって抗原は「観察可
能」になり、一層詳細な顕微鏡分析やその他の分析が容
易になる。例えば、検出可能なシグナルを発生させるこ
とのできる化学試料と単クローン抗体とを組み合わせる
ことにより、シグナルの発生数および強度を計測するこ
とによってターゲットであるリンパ球細胞の集団を測定
することができる。
【0004】機能的に異なるリンパ球細胞集団は1以上
の抗原性表面蛋白質により画定される。これら異なるグ
ループは分類のクラスター(clusters of differentiat
ion)(CD)と称される。例えば,すべての成熟した
T型リンパ球細胞は「CD3」マーカーとして集合的に
表される蛋白質のクラスターを意味し、「ヘルパー/イ
ンデューサ」T細胞は「CD4」マーカーの存在により
特徴付けられ、「細胞傷害性/サプレッサー」T細胞は
「CD8」マーカーにより特徴付けられ、ナチュラルキ
ラー細胞活性を示すリンパ球は「CD16」マーカーに
より特徴付けられ、幹細胞活性は「CD34」マーカー
により特徴付けられ、すべてのリンパ球細胞は「CD4
5」マーカーにより特徴付けられる。現在、これらのマ
ーカーおよび他のCDマーカーの各々を同定するための
極めて純粋な単クローン抗体の集団は、ヒトおよび他の
リンパ球細胞、並びにその他の細胞に関して商業的に入
手可能である。
【0005】これらの単クローン抗体を流動細胞計測法
によるリンパ球の同定に使用して、種々の病状を診断す
ることができる。例えば、細胞マーカーの研究は、後天
性の免疫不全症候群(エイズ)やエイズ関連複合症(A
RC)にかかった患者のヘルパーT細胞の欠乏の検出に
使用される。このような病状に対して、あるCDマーカ
ーを有する細胞の相対計数および絶対計数は診断におい
て重要である。従って、CD8サプレッサー/細胞傷害
性細胞マーカーに対する、「ヘルパー/インデューサ」
末梢血液リンパ球を表示するCD4マーカーの比率の減
少は、エイズの診断に役立つ。例えば、複合免疫欠乏症
候群(「SCIDS」又は「バブルボーイ」症候群とも
呼ばれる)の如き先天性の免疫不全状態は末梢リンパ球
のためのCD3マーカーの枯渇により表示される。流動
細胞計測法によって癌も診断できる。白血病およびリン
パ腫の細胞集団は、特定の造血系に沿った分化を通じて
検出および分類できる特徴的な抗原表現型を表示する。
【0006】更に、流動細胞計測法は、腎臓および骨髄
移植のための組織の型の決定、CD8マーカーに対する
CD4マーカーの比率に基づく移植拒絶反応の予測にお
いて、重要な役割を果たす。従って、流動細胞計測法に
よるリンパ球細胞の同定は病状の研究、診断および処置
において重要な役割を果たし得ることが理解できる。流
動細胞計測法は多数の異なる標識技術のうちの任意のも
のを使用して現在でも行われており、最も重要なのは蛍
光化学マーカーを使用することである。従来の蛍光活性
化細胞分類(FACS)においては、細胞は、関心のあ
る細胞に特異的である抗体に付けられた1以上の蛍光染
料(例えば、フルオレセイン)によって標識される。標
識された細胞を含む細胞混合物は複雑な(sophisticate
d)流体および光学装置を通してポンピングされる。こ
の装置は流体を照射するレーザービームと、照射の結果
生じる光の散乱度および強度を測定する多数の検出器と
を含む。細胞の型は、光の散乱により測定された細胞の
寸法及び粒状度により、並びに、結合され標識された抗
体の存否を表示する蛍光強度の高低により同定できる。
【0007】蛍光活性化細胞分類(FACS)の利点
は、蛍光検出器の感度が良く、細胞の小さな集団を同定
する能力を提供できることである。蛍光活性化細胞分類
は、異なる抗体に結合した多数の異色のフルオレセイン
標識を使用することによって、複数の細胞集団を同時に
定量できる。しかし、蛍光活性化細胞分類は信頼性の乏
しい結果をもたらし、特に固体組織からのサンプルに対
しては、細胞を単一の細胞の懸濁液内に含有させなけれ
ばならないため、診断上の落とし穴を生じさせる恐れが
ある。それ故、細胞の隔離が不十分で間違った蛍光デー
タを発生させる恐れがある。更に、蛍光活性化細胞分類
は小さな細胞集団を分類するための使用に制限される。
【0008】蛍光活性化細胞分類法の詳細は、文献「実
験免疫学便覧」(Handbook of Experimental Immunolog
y) の第1巻(1986年発行)における「流動細胞計
測法および蛍光活性化細胞分類(FACS)」(Flow Cy
tometry and Fluorescence Activated Cell Sorting)
(パークス他(Parks et al)著)に開示されている。ま
た、細胞は磁気的に標識されたマーカーを使用すること
によっても分析されている。しかし、今日まで、このよ
うな材料は細胞の集団および部分集団を定量的に測定す
る細胞測定研究のためには利用されていない。例えば、
磁気細胞分析は、磁場内を液体を通過させることにより
液体内の粒子を分離する方法であるフェログラフィーに
基づき行うことができる。磁場と粒子の磁気双極モーメ
ントとの相互作用により、粒子は基体上に沈澱せしめら
れ、次の分析を受ける。フェログラフィーを実施する装
置は「分析フェログラフ」と呼ばれる。
【0009】フェログラフィーは産業上の応用に幅広く
使用されている。Westcottへ付与された米国特許第4,
047,814号明細書は、フェログラフィーのいくつ
かの産業上の使用(例えば、オイルまたはグリース潤滑
剤内の摩耗塵の監視)を開示している。フェログラフィ
ーはまた、天然の人体関節及び義関節における摩耗の分
析の如き生物医学での応用にも提案されている。もっと
最近では、細胞分析に用いる磁気的分離方法および装置
も提案されている。Zborowski(本願の発明者)およびM
alcheskyに付与された米国特許第5,053,344号
明細書は、産業用のフェログラフィーを生物学的流体分
析の分野に応用しようとする際に生じる多くの問題点を
開示している。これらには、最適でない流体力学、サン
プルに対する不適切な磁場形状および適切な磁化剤の欠
如が含まれる。更に、転移可能な病巣を含む生物学的サ
ンプルを単離するために使用する場合は、磁気細胞操作
には厄介な警戒が必要となる。
【0010】上記米国特許第5,053,344号明細
書は、流動細胞計測法にとって有用な磁気細胞沈澱装置
をも開示している。この装置は、比較的高い磁束密度で
極間ギャップを形成する極部材を有する磁石を使用す
る。この装置は、生物学的流体を、ギャップに隣接した
フリンジ磁場を通して「閉じた」フローチャンバ中に導
入する。フローチャンバは一般的には平坦な流体通路を
画定するように装着された対向した光学的に透明な(即
ち、光通過性の)スライドを有する。流体の流れは重力
作用と毛細管作用との組み合わせにより確立される。
(自然に又は予備操作により)磁気感受性である粒子は
生物学的流体のバランスから分離され、磁極部材により
近いスライド上に沈澱する。磁気的細胞沈澱は、リンパ
液細胞集団分析のための蛍光活性化細胞分類の代わりに
使用できそうであり、構造が一層簡単で設置および作動
費が一層安価であるという点を含む、多くの利点を有す
る。これらの利点は、細胞の沈澱が関心のある細胞を集
中させ、細胞の次の研究または計測のための複雑な流体
的または光学的装置を必要としないという事実に一部依
存する。
【0011】しかし、現在分かっているように、磁気細
胞分析はいくつかの欠点を有する。例えば、細胞を単離
するときに細胞膜の両側の浸透圧差により発生し得るバ
ルク流れ内の標識細胞の溶解性分解または崩壊のために
不正確な結果が生じる場合がある。細胞を磁気的に標識
する既存の技術は、達成可能な分析力を制限するので不
十分であることが多い。しかも、現在の磁気分離装置は
単一のサンプルから複数の細胞集団を同時に分類できな
い。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、磁気
細胞測定の精度および性能を改善するように細胞の分解
を最少化または阻止する技術を提供することである。本
発明の別の目的は、細胞を磁気細胞測定に使用できるよ
うにするための磁化剤で細胞を標識するための信頼ある
正確な方法を含む、磁気細胞測定のための生物学的液体
を調製するための改良技術を提供することである。本発
明の更に別の目的は、複数の細胞集団の同定および定量
を同時に行うことができる磁気細胞測定装置を提供する
ことである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の形態によ
れば、バルク流体内の選択された磁気感受性(magnetic
ally susceptible)細胞の磁気細胞測定は、最初に、磁
石の極間ギャップを横切って液体を導き、次に、極間ギ
ャップを横切るようにすすぎ液を導き、その次に、選択
されたガス(例えば、空気)を沈澱した細胞材料を横切
るように導き余分な液体を迅速に排除し、分解を最小限
に抑えることにより、行われる。磁気細胞測定を行うの
に適した装置は、注射器、ポンプ、並びに、極間ギャッ
プを横切って垂直に位置したフローチャンバ内へ保持リ
ザーバからのバルク液体およびすすぎ液を押し込むため
の弁から成る装置を有する。代わりに、注射器ポンプに
代えて圧搾チューブ又は他の手段を用いてもよい。いず
れの場合も、すすぎ液を含有する保持リザーバ又はチュ
ーブは、この液体で部分的だけ満たされる。リザーバの
残りの部分は、すすぎ液の直後にフローチャンバへ押し
込まれるガス(例えば、空気)を含有している。この空
気は細胞の分解を誘発しうる危険な高濃度のイオンを最
初に生じることなしに液体を追い出す。
【0014】好ましくは、フローチャンバは、流れが極
間ギャップを横切って垂直方向下方に向くように方向付
けられている。この方向付けの結果、従来の磁気沈殿装
置やフェログラフ装置とは異なり、本発明は重力および
磁気力の影響を明確に分離する。従って、保持リザーバ
の内容物は、ポンプ圧力、毛細管作用および重力により
フローチャンバ内で下方に移動し、選択された細胞の沈
澱は横方向の磁気力によるもののみである。
【0015】本発明の第2の形態によれば、分類のため
の細胞の調製は、「目印(tags)」としての単クローン
抗体(Mab)を使用して細胞表面上の抗原を同定する
こと、そしてそれから、目印を付けられた細胞を磁化剤
(magnetic agent)(好ましくは、物理的に溶解した状
態またはコロイド状態のものであり、好適な例はフェリ
チンである)で標識することを含有する。磁気標識法
は、単クローン抗体を細胞に付着し、次いで、結合した
単クローン抗体に磁化剤を付着し、それによって、磁気
細胞測定のための細胞を感知可能にすることを含有す
る。代わりに、関心ある細胞への付着の前に単クローン
抗体を感知可能にしてもよい。本発明の別の形態によれ
ば、別の態様に係る磁気細胞測定技術は、極間ギャップ
を垂直に横切る同一形状の複数個の平行なフローチャン
バを有するフローユニットを使用する。各フローチャン
バはその一端に自身の入口ポートを有し、他端に出口ポ
ートを有する。バルク液体の同時分類を行うため目的の
ために、液体の異なる細胞の部分集団を磁気的に標識
し、バルク液体を複数の保持リザーバからすべての入口
ポートへ導く。異なる標識を使用して、異なるフローチ
ャンバ内の別個に標識された細胞部分集団を分類するこ
とができ、同様の標識を使用して、異なる磁気感受性を
有する細胞を分類することができる。
【0016】この態様は、異なる部分集団の比率が要求
若しくは求められる場合、特別の利点を与える。その理
由は、実験を一つずつ順番に行う場合、結果に影響を及
ぼし得る外来の実験変数(例えば、温度および時間に依
存したサンプルの変化)からの影響を避けることができ
るからである。もちろん、代わりに、各フローチャンバ
を別々の保持リザーバに平行に接続し、多数のサンプル
を同時に分類して、時間を節約し実験効率を改善するこ
ともできる。本発明の他の態様は、極間ギャップと交差
し、そして再交差する蛇行形状のフローチャンバを提供
する。磁気的に標識された細胞は、細胞の磁気感受性の
程度に従って、フローチャンバの各交差部で沈澱せしめ
られる。
【0017】
【実施例】
(1)分析的磁気細胞測定 図1は、本発明の好ましい態様に係る分析的磁気細胞測
定装置(AMC)10を示す。分析的磁気細胞測定装置
10は磁石構造体14により確立される磁場内に装着さ
れた毛細管流れユニット12を有する。分析的磁気細胞
測定装置10はまた、注射器ポンプ15をも備え、この
ポンプは、完全に閉じた(即ち、シールされた)流体通
路に沿って、注射器16から、3方向停止コック弁19
を有する入口チューブ18を通って、毛細管流れユニッ
ト12へ行き、次いで出口チューブ22へとバルク液体
を導く。出口チューブ22は使用済みのバルク液体を毛
細管流れユニット12から廃液リザーバ(例えば、回収
チューブ)24へ導く。好ましくは、分析的磁気細胞測
定装置10は、完全に閉じた流体通路に沿ってすすぎ液
および一定量のガスを後述のように導く第2の注射器ポ
ンプ15aを有する。この注射器ポンプの出口は弁19
において入口チューブ18に接続している。
【0018】注射器ポンプ15および15aは、注射器
16のプランジャ26をその保持リザーバ28内へ自動
的に移動させて、保持リザーバの内容物を調節された所
定の流速で入口チューブ18内へ注入するための通常の
ユニットである。この目的のため、各々のポンプは保持
リザーバ28をクランプするためのカラー構造体32
と、プランジャ26を保持リザーバ28内へ直線的に
(矢印aの方向へ)駆動する移動可能なフランジ部材3
3とを具備する。ポンプはまた、保持リザーバ28の内
容物の注入速度を手動的に調整するためのコントローラ
36をも有する。磁石構造体14は、図2に明示する極
間ギャップ46によって分離された第1および第2の透
磁性極部材42、44、並びに、透磁性の支持部材45
とを有する。第1および第2の永久磁石42m、44m
は、極部材と支持部材45との間に挟まれている。極間
ギャップ46は、例えば1.2mmの幅と75mmの長
さとを有する。極部材42、44は極片の飽和点まで及
ぶことのできる極間ギャップ46において、一般的には
約2テスラ程度の水準上の磁束密度を確立する。
【0019】毛細管流れユニット12は連続的で細長い
フローチャンバ50を有し、このフローチャンバはその
チャンバの長さに沿って約半分まで極間ギャップ46を
横切って垂直に延びる。このチャンバは、極間ギャップ
46を画定する極部材42、44の反対面に対して一般
的には垂直な平面内に位置する。フローチャンバ50は
流れ体積を最小に維持するために薄くなっており(好ま
しくは、約250から約500マイクロメートルの厚さ
を有し)、これによって、層流プロフィールおよび毛細
管効果が促進する。入口チューブ18はチャンバ50の
一端52(例えば、上端)に連結され、出口チューブ2
2はチャンバ50の他端54(例えば、下端)に連結さ
れる。図示されている態様においては、フローチャンバ
50は垂直方向に延びていることに留意すべきである。
垂直な流れは内側の磁力から垂直な重力を明確に分離
し、内側の磁力のみがフローチャンバ50を通して下方
へ移動する磁気的に目印を付けられた細胞を保持する役
目を果たす。これらの細胞は、ポンプ圧力、毛細管作用
および重力によって保持リザーバ28(図1)から搬送
される。
【0020】図3は毛細管流れユニット12の分解部品
斜視図である。ユニット12は薄くて、同一平面上の、
細長い頂壁60および底壁62とを有し、これらの壁を
「スライド」と呼ぶ。スライド60、62は、例えばガ
ラスまたはプレキシガラスから作ることができ、好まし
くは光学的に透明である。薄くて細長いスペーサ64が
スライド60、62の間に位置する。スペーサ64は細
長いチャンネル66を有し、このチャンネルは、スペー
サ64をスライド60、62の間に挟んだ後に、その内
部にフローチャンバ50を形成する。より詳細には、チ
ャンネル66は直線状の側壁68と湾曲状の端壁70と
を有する。チャンネル66はスペーサ材料の連続的シー
トにカットアウトを設けることにより形成できる。好ま
しくは、スペーサ64はスライド60、62に静電的に
接着する材料、例えば、シリコンおよびエラストマー材
料(米国ニューヨーク州のダウ・コーニング社(Dow Cor
ning) 製のSILASTIC材料など)から製造され、
スライドと一緒に組立てた後にチャンネル66の周辺部
を自己シールする。
【0021】上方スライド62は、組立て後にチャンネ
ル66の上端52に整合する入口ポート74と、組立て
後にチャンネル66の下端54に整合する出口ポート7
6とを有する。入口および出口ポート74および76
は、入口および出口チューブ18および22にそれぞれ
連結する。入口および出口ポート74、76は、バルク
液体がチャンバ50内でポート74、76間を流れると
きに、バルク液体内の細胞を磁気的に分離できるように
選択された距離だけ互いに離間している。
【0022】本発明によれば、図4に示すように、ポン
プ15aに関連する注射器16は、すすぎ液L(例え
ば、標準のリン酸塩緩衝生理食塩水または電解溶液)で
部分的に満たされ、また、選択されたガスG(たとえ
ば、空気)で部分的に満たされている。ポンプ15に関
連する注射器16は、磁気的に標識された細胞を含むバ
ルク液体で満たされている。分析的磁気細胞測定装置1
0の作動中、ポンプ15により、注射器16は、薄い積
層(即ち、積層速度プロフィールを有する層)中のバル
ク液体をフローチャンバ50中へ導き、磁石構造体14
のギャップ46に隣接した著しく不均一な磁場上を通過
させる。この磁場は、標識された細胞を内側スライド6
0の方へ吸引し、そのスライド上で、標識された細胞
は、ギャップ46の上にあるフローチャンバ50の回収
領域CA(図2)中に沈澱する。標識されていない細胞
は磁場から去って回収チューブ24へ至る。次いで、ポ
ンプ15aを作動させ、弁19を切り換えて、ポンプ1
5aに関連する注射器16からの流れを入口チューブ1
8を介してフローチャンバ50内へ流入させる。ポンプ
15aにより、注射器16はフローチャンバ50内の沈
澱した細胞材料を横切ってすすぎ液Lを射出し、次いで
ガスGを射出する。ガスGは過剰なバルク液体を追い出
し、細胞は回収領域CA内に懸濁状態で残る。液体の急
激な排除により、液体の蒸発を伴うイオン濃度の増加に
起因する細胞の分解が阻止される。液体排除の速度およ
び効率はフローチャンバ50の垂直方向によって助長さ
れる。
【0023】空気射出工程の終了後、収集領域内の標識
された細胞は相対磁気感受性に基づく特徴的な「記号」
バンドを形成でき、いかなる場合においても、通常の細
胞化学染色および顕微鏡観察に利用できる。これらは、
必要な化学物質をチャンネル66内へ分配する付加的な
注射器および注射器ポンプを用いて実施することができ
る。例えば、回収した細胞は、光学的方法(例えば、透
過光の減衰、偏光分析、散乱光の強度分析)、固定およ
び組織学的染色(免疫組織学的染色を含む)後の光強度
測定分析、および、光学顕微鏡または蛍光顕微鏡を用い
ての顕微鏡観察によって、分析できる。また、回収した
細胞は、磁石構造体14(図1)からスライド60(図
1)を取り外し、そのスライドから細胞を穏やかに洗い
落とすことにより、次の処理のために再懸濁できる。実
際、回収した細胞は生存しており、これらの細胞からの
培養が可能である。
【0024】本発明により容易化された小さな層流速度
により得られる利点は、単離した直後のヒト末梢リンパ
球細胞を用いた実験により確認された。細胞膜表面上の
負に帯電した官能基に非特異的に結合する陽イオン化し
た馬の脾臓フェリチン(ferritin)によりリンパ球細胞
を染色した。フェリチン分子は、陽イオン化したフェリ
チンで染色されたリンパ球細胞の透過電子顕微鏡写真に
おいて細胞表面上で明確に認識できた。上記の装置を通
してこれらの細胞を通過させた後、スライド上への細胞
沈殿は、空気固定および染色後に確認できた。バルク液
体流れの平均線速度が0.34cm/secから0.0
7cm/secに減少すると、回収領域CA内の細胞沈
澱量は35%から85%に増大した。従って、フェリチ
ンで染色されたリンパ球細胞の磁気感受性は本発明の環
境において有効であることが判明し、磁場焦点に集中し
たリンパ球細胞の十分に保存された形態(組織)を可視
観察できた。
【0025】(2)分析的磁気細胞測定装置のための細
胞の調製 図1の分析的磁気細胞測定装置10は、天然的にまたは
前調製により磁気感受性である粒子または細胞を沈澱さ
せるために使用できる。図5Aは、分析的磁気細胞測定
装置10のための細胞調製の方法78を示す。この方法
78は、ブロック80にて示す血液の吸引から始まる。
ステップ82において、過剰な赤血球細胞(RBCs)
が例えば遠心分離により血液から除去される。ステップ
84は、標的となるリンパ球細胞に単クローン抗体を付
着することを含有する。これらと同じ単クローン抗体、
および従来の蛍光活性化細胞分類のために使用される抗
体特異性のためのコントロールを、分析的磁気細胞測定
装置10において利用できる。最後に、ステップ86に
おいて、磁気染色は、標的とするリンパ球細胞の磁気感
受性を増大せしめ、細胞に間接的に影響を与える。磁気
的な標識方法の詳細は後述する。
【0026】図5Bは、上記方法78のブロック80、
82と同じブロック90、92を有する別の方法88を
示す。ステップ94において、磁気標識は単クローン抗
体に結合し、免疫磁気標識を形成する。ステップ96に
おいて、この標識が、標的とされるリンパ球細胞に適用
される。図6は、標識された細胞100(即ち、図5A
の方法78または図5Bの方法88に従って磁気染色す
るために磁気感受性にされた細胞)の構造を示す。標識
された細胞100の成分を表すために使用する記号は、
図6の右側で凡例102に記載する。標識された細胞
は、特異的親和力を有する単クローン抗体が付着してい
る表面蛋白質(即ち、抗原)を担持する細胞表面104
を有する。単クローン抗体自体は、結合した単クローン
抗体の1以上の領域に対して(他の細胞組織には対して
ではない)特異的親和力を有する特別に調製された二次
抗体により標識される。これらの抗Mab抗体自体は、
アビジン/ビオチン系を用いてフルオロクロムとフェリ
チンとの間に結合される。フルオロクロムは、通常の蛍
光活性化細胞分類(図示されていない)により分析的磁
気細胞測定装置10の検査(calibrate)および/また
は回収後の細胞分析を行えるようにするために使用され
る。
【0027】図5Aの方法78を遂行するための例示的
な標識方法は次の通りである。一次単クローン抗体に既
に露出した4×106 ml-1の濃度の1mlの細胞懸濁
液を1から10μgの選択した二次抗体とともにインキ
ュベートする。二次抗体はビオチン化されており、結合
された単クローン抗体に対する親和性を有する。典型的
には、インキュベーション時間は、時折の撹拌を伴う3
0分の冷却(例えば、氷上)である。細胞を、FTAお
よびヘパリンを含むが、(ビオチン源となる恐れがあ
り、アビジンの結合を阻害する)血清は含まない、流動
細胞計測分析における培地として使用される溶液中で洗
浄する。20から50μgのアビジンおよびフルオレセ
イン・イソチオシアネート(FITC)の結合体を、1
mlの細胞懸濁液に加え、抗体で染色する。次いで、溶
液を氷上で15分間インキュベートし、流れ洗浄溶液で
洗浄する。
【0028】次いで、20から50μgのビオチン化し
たフェリチンを細胞懸濁液に加える。フェリチンは哺乳
動物において天然に存在する鉄貯蔵蛋白質であり、好ま
しくは、可溶性形態のものを使用する。培養およびこれ
に続く凝血緩衝液での洗浄の後、磁気分離用の細胞の用
意が整う。フェリチンは、アミノヘキサノエート・スペ
ーサを伴う市販のビオチン・N−ヒドロキシスクシンイ
ミド誘導体を用いてビオチン化することができる。フェ
リチンのビオチン化の度合いは、アガロース・アビジン
を含む小さなガラスウールカラムを通して溶液を通過さ
せ、反応過程を通じて光吸収の変化を観察することによ
り変化させることができる。この方法を用いると、95
%以上のビオチン化が通常達成できる。
【0029】(3)流れユニットの別の態様 図7は、本発明の別の態様に従って、スライド122、
124間のスペーサ120中に形成された一連の同一平
面上の平行なフローチャンバ112、114、116を
有する毛細管流れユニット110を示す。好ましくは、
各フローチャンバ112−116は互いに同一の形状を
有し、並置されて、(好ましくは)同寸法の矩形の(組
立て後に極間ギャップ46上に位置する)流れ回収領域
CA1−CA3を具備する。各フローチャンバ112−
116は、その一端にそれ自体の入口ポート126を備
え、他端に出口ポート128を具備する。バルク液体の
同時の分類を遂行するために、液体を別個のアリコート
に分割し、別個の細胞部分集団はそれぞれ磁気的に標識
される。アリコートは別個の保持リザーバ内に貯蔵され
る。液体は各保持リザーバから別個の入口ポートへ導か
れる。代わりに、異なる保持リザーバを使用して、(た
とえば、別個の源からの)別個独立のサンプルを保持
し、同時の貯蔵を可能にして時間を節約することもでき
る。(各サンプルの操作所要時間を20分とすれば、3
つのサンプルに対して40分の時間節約ができる。)
【0030】毛細管流れユニット110は、別個の部分
集団の比率が必要な場合に特別の利点を与える。その理
由は、同じサンプルからの多数の細胞型を同時分類でき
るので、異なる細胞型が次から次へと順番に分類された
場合に結果に影響を及ぼし得る外生の経験的な変数(例
えば、温度および時間に依存した濃度変化)からの影響
を避けることができるからである。図8は、本発明の更
に別の態様による、スライド144、146間でスペー
サ142中に形成された平坦で蛇行したフローチャンバ
141を有する毛細管流れユニット140を示す。蛇行
したフローチャンバ141は、極間ギャップ46と交差
し、更に再交差し、複数個(例えば3個)の好ましくは
矩形の収集領域CA4−CA6を形成する。この態様の
第1バージョンにおいては、チャンバ141の寸法はす
べての収集領域CA4−CA6で同一である。磁気的に
標識された細胞は、標識された細胞の磁気感受性の度合
いに従ってフローチャンバ141の各々の通過時に沈澱
する。その理由は、極間ギャップ46を横切る第1の通
過中に液体に保持されたままスライド144の方へ十分
に吸引されなかった細胞は引き続く次の通過中にスライ
ドの一層近くへ吸引されるからである。層流はバルク液
体の運動中に細胞が漂流する傾向を最小に抑える。
【0031】この態様の第2バージョンにおいては、フ
ローチャンバ141の寸法は極間ギャップ46を順次横
切る部分において順次増大しており、それによって各横
切り部分での流速は順次減少する。流速が遅くなれば、
磁場は、流れが極間ギャップ46を横切る際に、先の通
過中に沈澱するには不十分な磁気感受性を有していた細
胞を吸引し保持するためのより長い時間を有することに
なる。上記から、磁気細胞測定のための新規な方法およ
び装置が提供されたことが分かる。本発明の利点は本明
細書で説明したが、その他の利点も当業者にとって明ら
かであろう。本明細書で用いた用語および表現は単なる
例示で、本発明を限定するものではない。これらの用語
および表現の使用において、図示および説明された特徴
の均等物を排除する意図はない。従って、本発明の要旨
内で種々の修正が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る分析的磁気細胞分離装置の斜視図
である。
【図2】図1の毛細管流れユニットおよび磁石構造体の
前面図である。
【図3】図1の毛細管流れユニットの分解部品斜視図で
ある。
【図4】図1の注射器のすすぎ液保持リザーバの前面図
である。
【図5】図1の装置を使用して分析的磁気細胞測定を行
うための細胞を調製する方法を示すフローチャートで、
図5A図は第1の方法を示すフローチャート、図5Bは
第2の方法を示すフローチャートである。
【図6】図5Aおよび5Bの方法に従って分析的細胞分
類のための標識後の細胞の構造を示す概略図である。
【図7】本発明の別の態様に係る平行なフローチャンバ
を有する毛細管流れユニットの分解部品斜視図である。
【図8】本発明の更に別の態様に係る蛇行フローチャン
バを有する毛細管流れユニットの分解部品斜視図であ
る。
【符号の説明】
10 磁気細胞測定装置 12、110、140 毛細管流れユニット 14 磁石構造体 15、15a 注射器ポンプ 26 プランジャ 28 保持リザーバ 42、44 極部材 46 極間ギャップ 50、112、114、116、141 フローチャン
バ 60、62、122、124、144、146 スライ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マチェイ・スボロフスキー アメリカ合衆国オハイオ州44140,ベイ・ ヴィレッジ,パークサイド・ドライブ 541 (72)発明者 ラルフ・グリーン アメリカ合衆国オハイオ州44120,シェイ カー・ハイツ,アットルボロ・ロード 2939

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バルク液体に含まれる選択された磁気感
    受性細胞の磁気的な細胞測定に使用する装置において、 (イ)極間ギャップを画定する極部材を有する磁石と; (ロ)上記極間ギャップに隣接して位置する少なくとも
    1つのフローチャンバと; (ハ)上記フローチャンバ内へ少なくともバルク液体を
    押し込み、上記極間ギャップに隣接した当該フローチャ
    ンバ内で上記選択された細胞を沈澱させる手段と; (ニ)沈澱した細胞を横切って所定のガスを押し込み、
    液体を追い出す手段;を含むことを特徴とする細胞測定
    装置。
  2. 【請求項2】 上記バルク液体を流入させた後で上記所
    定のガスを流入させる前に、上記フローチャンバ内へす
    すぎ液を押し込む手段を更に備えたことを特徴とする請
    求項1の装置。
  3. 【請求項3】 上記所定のガスを流入させた後に上記フ
    ローチャンバ内へ細胞化学染色剤を押し込む手段を更に
    備えたことを特徴とする請求項1の装置。
  4. 【請求項4】 上記フローチャンバが上記極間ギャップ
    に対して垂直に位置していることを特徴とする請求項1
    の装置。
  5. 【請求項5】 上記少なくとも1つのフローチャンバが
    垂直方向に向いており、上記バルク液体が上記極間ギャ
    ップを横切って下方に導かれることを特徴とする請求項
    1の装置。
  6. 【請求項6】 バルク液体に含まれる選択された磁気感
    受性細胞の磁気的な細胞測定に使用する装置において、 (イ)水平な極間ギャップを画定する極部材を有する磁
    石と; (ロ)上記極間ギャップに隣接して位置しこの極間ギャ
    ップに対して垂直に延びた少なくとも1つの垂直方向に
    向いたフローチャンバと; (ハ)上記フローチャンバ内へ及びこのフローチャンバ
    を通して下方に少なくともバルク液体を押し込み、上記
    極間ギャップに隣接した当該フローチャンバ内で上記選
    択された細胞を沈澱させる手段;を含むことを特徴とす
    る細胞測定装置。
  7. 【請求項7】 上記少なくとも1つのフローチャンバの
    領域が層流を提供するように選択された容積プロフィー
    ルを有することを特徴とする請求項1又は6の装置。
  8. 【請求項8】 上記少なくとも1つのフローチャンバの
    領域が約250マイクロメートルから約500マイクロ
    メートルまでの範囲の厚さを有することを特徴とする請
    求項1又は6の装置。
  9. 【請求項9】 上記すすぎ液押し込み手段及び上記ガス
    押し込み手段が注射器を含み、この注射器が、すすぎ液
    及び選択されたガスを供給するための保持リザーバと、
    これらすすぎ液及び選択されたガスを上記フローチャン
    バ内へ押し込むための当該注射器内で移動できるプラン
    ジャとを有することを特徴とする請求項2の装置。
  10. 【請求項10】 上記プランジャを上記保持リザーバ内
    で所定の割合で移動させる手段を更に備えたことを特徴
    とする請求項9の装置。
  11. 【請求項11】 上記少なくとも1つのフローチャンバ
    が上記極間ギャップと交差し更に再交差する蛇行形状の
    部分を有することを特徴とする請求項1又は6の装置。
  12. 【請求項12】 上記フローチャンバが上記極間ギャッ
    プとの各交差部で同一の寸法を有することを特徴とする
    請求項11の装置。
  13. 【請求項13】 上記フローチャンバが上記極間ギャッ
    プとのそれぞれの交差部において異なる寸法を有するこ
    とを特徴とする請求項11の装置。
  14. 【請求項14】 上記極間ギャップに隣接して位置し同
    極間ギャップに対して垂直に延びた複数個の同形のフロ
    ーチャンバを有することを特徴とする請求項1又は6の
    装置。
  15. 【請求項15】 共通のリザーバからすべての入力ポー
    トへバルク液体を供給する単一の供給手段を更に備えた
    ことを特徴とする請求項14の装置。
  16. 【請求項16】 異なるリザーバから各入力ポートへバ
    ルク液体を供給する複数個の供給手段を更に備えたこと
    を特徴とする請求項14の装置。
  17. 【請求項17】 バルク液体に含まれる選択された磁気
    感受性細胞の磁気的な細胞測定を行う方法において、 (イ)極間磁気ギャップに隣接して位置したフローチャ
    ンバを提供する工程と; (ロ)上記フローチャンバ内へ少なくともバルク液体を
    押し込み、上記極間ギャップに隣接した当該フローチャ
    ンバ内で上記選択された細胞を沈澱させる工程と; (ハ)沈澱した細胞を横切って所定のガスを押し込み、
    液体を追い出す工程;を含むことを特徴とする細胞測定
    方法。
  18. 【請求項18】 上記バルク液体を流入させた後で上記
    所定のガスを流入させる前に、上記チャンバ内へすすぎ
    液を押し込む工程を更に有することを特徴とする請求項
    17の方法。
  19. 【請求項19】 上記所定のガスを流入させた後に上記
    チャンバ内へ細胞化学染色剤を押し込む工程を更に有す
    ることを特徴とする請求項17の方法。
  20. 【請求項20】 上記フローチャンバが上記極間ギャッ
    プに対して垂直に位置していることを特徴とする請求項
    17の方法。
  21. 【請求項21】 上記押し込み工程が上記極間ギャップ
    を画定する第1及び第2磁気部材に平行な面を横切って
    その中に垂直にバルク液体を導く工程を含むことを特徴
    とする請求項17の方法。
  22. 【請求項22】 細胞の表面上の抗原に対して特異的親
    和力を有する抗体に磁化剤を結合し、上記抗原に上記抗
    体を結合することによって、上記選択された細胞を磁気
    感受性にする工程を更に有することを特徴とする請求項
    17の方法。
  23. 【請求項23】 上記抗体が上記抗原に結合される前
    に、上記磁化剤を当該抗体に結合させることを特徴とす
    る請求項22の方法。
  24. 【請求項24】 上記抗体が上記抗原に結合された後
    に、上記磁化剤が当該抗体に結合することを特徴とする
    請求項22の方法。
  25. 【請求項25】 上記磁化剤がフェリチンを含むことを
    特徴とする請求項22の方法。
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