KR20160149188A

KR20160149188A - 개체에서 의학적인 병태를 검출하기 위한 시스템과 방법

Info

Publication number: KR20160149188A
Application number: KR1020167024403A
Authority: KR
Inventors: 미갈 마크-다니엘리; 아셀 카스티엘
Original assignee: 바이오센스 메디컬 리미티드
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-01-25
Publication date: 2016-12-27
Also published as: WO2015118524A1; EP3102026A1; US20160345539A1; EP3102026A4; CN106163267A

Abstract

인간 또는 동물 개체에서 암과 같은 병태를 탐지하기 위한 동물의 훈련법을 제공한다. 훈련용 샘플이 훈련할 동물에게 제시되며, 이때 훈련용 샘플은 소정의 병태와 관련된 세포 집단에 의해 발생되는 기체 샘플 또는 증기이다. 소정의 병태와 관련된 세포 집단은, 예를 들어, 소정의 병태와 관련된 확립된 세포주의 배양물일 수 있다. 훈련용 샘플의 제시와 동시에 또는 그 이후에, 동물에게 전기 충격과 같은 유해 자극이 가해진다. 동물은 유해 자극을 회피 또는 벗어나거나 또는 종료하기 위해 소정의 제1 반응을 수행하게 한다. 본 발명은 또한, 훈련된 동물이 병태를 앓고 있는 개체의 체액 유래 증기에 노출되었을 때 소정의 반응을 수행하는, 암과 같은 병태를 탐지하는 방법을 제공한다.

Description

개체에서 의학적인 병태를 검출하기 위한 시스템과 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING A MEDICAL CONDITION IN A SUBJECT}

본 발명은 냄새를 탐지하도록 동물을 훈련하고, 훈련된 동물을 냄새 감별에 이용하기 위한, 방법 및 시스템에 관한 것이다.

후술하는 선행 기술 분야의 간행물들은 본 발명의 배경기술에 대한 이해와 관련된 것으로 보인다:

Sponring A, et al. (2009) Release of volatile organic compounds from the lung cancer cell line NCI-H2087 in vitro. Anticancer Res 29: 419-426.

Filipiak W, et al. Release of volatile organic compounds (VOCs) from the lung cancer cell line CALU-1 in vitro Cancer Cell International 2008, 8:17.

Matsumura et al., Urinary Volatile Compounds as Biomarkers for Lung Cancer: A Proof of Principle Study Using Odor Signatures in Mouse Models of Lung Cancer, Published: January 27, 2010.

Dragonieri, S., et al. An electronic nose distinguishes exhaled breath of patients with Malignant Pleural Mesothelioma from controls. Lung Cancer 75 (3): 326-31. J .Lung Cancer, 2011.

Filipiak W, et al. Comparative analyses of volatile organic compounds (VOCs) from patients, tumors and transformed cell lines for the validation of lung cancer-derived breath markers. J Breath Res. 2014 Jun;8(2):027111.

Biderman의 US 미국 특허 4,022,054.

암은 대부분의 국가들에서 주된 사망 원인이다. 높은 치유율을 달성하기 위한 유일한 치료법은 (전이성 전파가 발생되기 전에) 질환 초기에 외과적으로 제거하는 것이다. 암의 초기 진단은 고위험성 환자를 영상 촬영하는 것이었다. 그러나, 영상 촬영은 상당히 민감하지만, 또한 상대적으로 비-특이적이다. 예를 들어, 위험성이 높은 흡연 환자들 중 5-26%가 CT 스크리닝을 통해 폐 결절이 있는 것으로 검출가능하지만, 이들 결절 중 평균적으로 약 4% (범위: 2 - 11%)만 악성이다.

암을 초기에 검출하기 위한 또 다른 방법은 가래, 혈액 및 뇨와 같은 다양한 체액으로부터 수득되는 암 바이오마커를 이용하는 것이다. 이러한 유형의 바이오마커 중 하나가 소 분자량의 휘발성 유기 화합물 (VOC)인데, 이것은 동물의 후각을 통해 냄새로서 검출할 수 있다. 폐암 세포주 NCI-H2087 (Sponring et al.)과 인간 비-소 세포성 폐암 (NSCLC) 세포주 CALU-1 (Filipiak W, et al. 2008)은 시험관내 실험에서 특수한 휘발성 유기 화합물을 방출하는 것으로 알려져 있다. Dragonieri는 "전자 코 (electronic nose)"를 사용해, 악성 중피종 (MPM) 환자의 날숨의 VOC의 스펙트럼을 포착하여, 질환의 컴포지트 바이오마커 프로파일 (호흡 지문 (breathprint))을 제시한 바 있다. Filipiak W 등은 2014년에 폐암 세포에 의해 방출되는 에탄올 및 n-옥탄 뿐만 아니라 기타 대사산물들이 건강한 대조군과 비교해 현저하게 고 농도임을 관찰하였다.

Matsumura 등은, 실험 종양을 가진 마우스와 종양이 없는 마우스의 뇨에서 냄새 차이를 구별하도록 마우스를 훈련하였다. 종양은 마우스에 암 세포주 LKR 또는 LLC를 주입함으로써 마우스에서 유도하였다. LKR은 돌연변이된 Kras를 발현하는 형질전환 동물로부터 유래된 것이고, LLC (루이스 폐 세포 암종)는 자발적으로 발생된 종양이다. 다른 마우스도 종양이 생긴 마우스로부터 수집한 마우스 뇨 샘플의 냄새를 종양이 없는 대조군 마우스의 뇨 냄새와 구별하도록 훈련하였다.

Biderman은 미국 특허 4,022,054에서, 타겟 냄새를 탐지하도록 동물을 훈련시키기 위한 방법과 장치를 개시하였다. 이 시스템은 케이지와 케이지로 기류를 통과시키기 위한 수단을 포함한다. 또한, 이 시스템은, 타겟 냄새의 탐지에 반응하여, 케이지 안에 있는 훈련된 동물에 의해 작동될 수 있는 케이지내 신호 수단을 포함한다. 이 특허의 방법과 장치를 이용해, 폭발물을 탐지하도록 마우스를 훈련하였다.

본 발명은, 조직 배양물의 헤드스페이스 (headspace)에서 채집된 증기 (vapor)를 이용해, 인간 또는 동물 개체의 체액으로부터 생성되는 냄새를 통해 개체의 다양한 상태를 탐지하도록 동물을 훈련시킬 수 있다는, 새롭고, 예상하지 못했던 사실을 토대로 한다. 본 발명자들은, 예를 들어, 이러한 증기를 이용해 훈련된 동물이 병에 걸린 개체의 뇨로부터 수집된 증기에서 다양한 타입의 암을 탐지할 수 있다는 것을, 알게 되었다.

본 발명은, 일 측면에서, 인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하도록 동물을 훈련시키기 위한 기체 샘플을 준비하는 방법을 제공한다. 상기한 병태는, 예를 들어, 암일 수 있다. 본 발명의 이러한 측면에 따르면, 동물을 훈련시키기 위한 샘플은 상기 소정의 병태와 관련된 세포 집단으로부터 방출되는 증기의 수집을 포함한다. 상기 소정의 병태와 관련된 세포 집단은, 예를 들어, 상기 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포 또는 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 하나 이상의 세포로부터 유래된 세포일 수 있다. 구체적으로, 소정의 병태와 관련된 세포 집단은 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포의 조직 배양물이거나, 또는 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포로부터 유래된 것일 수 있다. 조직 배양물은 소정의 병태와 관련된 확립된 세포주의 배양물일 수 있다.

본 발명은, 또 다른 측면에서, 인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태, 예를 들어, 암을 탐지하도록 동물을 훈련시키기 위한 샘플을 제공한다. 본 발명의 이러한 측면에서, 소정의 병태를 탐지하도록 동물을 훈련시키기 위한 샘플은 이러한 상태와 관련된 세포 집단으로부터 방출되는 증기를 포함한다. 소정의 병태와 관련된 세포 집단은, 예를 들어, 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포, 또는 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 하나 이상의 세포로부터 유래된 세포일 수 있다. 구체적으로, 소정의 병태와 관련있는 세포 집단은 그러한 상태에 있는 개체로부터 수득되는 세포의 조직 배양물이거나, 또는 소정의 병태에 있는 개체로부터 수득되는 세포로부터 유래된 것일 수 있다. 조직 배양물은 소정의 병태와 관련된 확립된 세포주의 배양물일 수 있다.

본 발명은, 또 다른 측면에서, 인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하도록 동물을 훈련시키는 방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 측면에서, 상기 소정의 병태와 관련된 세포 집단으로부터 방출되는 하나 이상의 훈련용 기체 샘플을, 동물에게 제시한다. 동물은, 예를 들어, 마우스 또는 랫과 같은 설치류이거나 또는 개일 수 있다. 훈련용 샘플의 제시와 동시에 또는 이후에, 전기 충격과 같은 유해 자극을 동물에게 가하고, 이러한 유해 자극을 종료시키거나, 벗어나거나 또는 회피하기 위해 소정의 제1 반응을 행하도록 훈련한다. 동물에게 상기 소정의 병태와 관련없는 대조군 세포 집단으로부터 방출되는 대조군 기체 샘플을 제시하는 경우에는, 동물에게 유해 자극을 가하지 않으며, 동물은 소정의 제1 반응을 행하지 않는다. 동물에게 대조군 집단으로부터 유래된 샘플을 제시하는 경우에는, 소정의 제2 반응을 수행하거나 또는 소정의 반응을 수행하지 않도록, 동물을 훈련할 수 있다.

본 발명의 훈련법은, 다이메틸-2,3-다이니트로부탄 (DMDNB)과 같은 하나 이상의 휘발성 유기 화합물을 함유한 합성 용액으로부터 증기를 탐지하도록 동물을 훈련시키는, 예비 단계 (preliminary phase)를 포함할 수 있다.

훈련법은, 훈련된 소정의 병태에 걸린 개체의 체액으로부터 수득되는 테스트 냄새를 동물에게 맡게 하는, 검증 단계 (validation phase)를 포함할 수 있다. 동물이 테스트 냄새를 맡았을 때 소정의 제1 반응을 나타낸다면, 이 동물은 이러한 소정의 병태를 탐지하도록 훈련된 것으로 판단한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 방법으로 훈련된 동물을 제공한다. 동물은, 예를 들어, 마우스 또는 랫과 같은 설치류 또는 개일 수 있다.

본 발명은, 또 다른 측면에서, 인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하는 방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 측면에서, 본 발명의 훈련법으로 훈련된 마우스에게 개체의 체액 유래 테스트 증기를 제시한다. 소정의 체액은, 예를 들어, 뇨, 혈액 또는 날숨일 수 있다. 테스트 증기를 제시하였을 때 동물이 소정의 제1 반응을 행한다면, 그 개체는 소정의 병태에 걸린 것으로 판단한다.

본 발명은, 또 다른 측면에서, 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 시스템을 제공한다. 본 발명의 시스템은 동물을 한마리 이상 가두기 위한 챔버를 포함한다. 또한, 본 시스템은 케이지내에 있는 한마리 이상의 동물에 대해 유해 자극을 발생시키기 위한 디바이스를 포함한다. 본 시스템은 또한 케이지 안의 동물이 소정의 제1 반응을 수행할 때 이용할 수 있는, 하나 이상의 반응 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유해 자극을 발생시키기 위한 디바이스는, 그리드 (grid) 전체에 전류를 발생시키도록 활성화될 수 있는 전기 회로 컴포넌트인, 전기 전도성 물질로 제조된 케이지 바닥의 그리드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 케이지 안의 동물이 소정의 제1 반응을 수행할 때 이용하는 디바이스는, 유해 자극을 피하거나 또는 벗어나기 위해 동물이 도피하는 "피난처"일 수 있다. 다른 예로, 케이지 안에서 동물이 소정의 제1 반응을 수행할 때 이용하는 디바이스는, 유해 자극을 피하거나, 벗어나거나 또는 종료시키기 위해, 동물이 누르는 제1 레버일 수 있다. 이 시스템은, 또한, 제2 레버와 같이, 케이지 안에서 동물이 소정의 제2 반응을 수행할 때 이용할 수 있는, 하나 이상의 반응 디바이스를 포함할 수 있다.

본 발명의 시스템은 챔버 전역으로 기류를 발생시키기 위한 하나 이상의 디바이스를 추가로 포함한다. 압축성 저장소 (compressible reservoir)가 기체 샘플을 수용하도록 사용된다. 압축성 저장소는, 수동으로 또는 전자 디바이스에 의해 압축되면, 노즐 또는 니들을 통해 기체 샘플을 기류로 분사한다. 압축성 저장소는 예를 들어, 시린지 또는 벨로우 (bellow)일 수 있다. 기류는 챔버 안 한마리 이상의 동물이 탐지할 수 있는 기체 샘플을 챔버로 운반한다.

이에, 본 발명은, 일 측면에서,

(a) 동물에게, 소정의 병태와 관련된 세포 집단에 의해 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 훈련용 샘플을 제시하는 단계;

(b) 훈련용 샘플 제시와 동시에 또는 그 이후에 동물에게 유해 자극을 가하는 단계;

(c) 상기 동물이 유해 자극을 회피 또는 벗어나거나 또는 종료시키기 위해 소정의 제1 반응을 수행하게 하는 단계;

(d) 선택적으로, 동물에게, 소정의 병태와 관련없는 세포 집단으로부터 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 대조군 샘플을 제시하고, 대조군 샘플 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하지 않는 단계를 포함하는,

동물 또는 인간 개체에서 소정의 병태를 탐지하도록 동물을 훈련하는 방법을 제공한다.

단계 (a)에서 (d)는 필요에 따라 임의 순서로 여러번 반복할 수 있다. 단계 (a) 이전에, 한마리 이상의 동물에게 휘발성 유기 화합물 하나 이상을 합성 제조하여 수득되는 기체 샘플 또는 증기를 제시하는, 예비 훈련 과정을 수행할 수 있다. 휘발성 유기 화합물 하나 이상은, 예를 들어, 다이메틸-2,3-다이니트로부탄 (DMDNB)을 포함할 수 있다.

소정의 병태와 관련된 세포 집단은,

(a) 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포;

(b) 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 하나 이상의 세포로부터 유래된 세포;

(c) 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포의 조직 배양물 또는 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포로부터 유래된 조직 배양물; 및

(d) 소정의 병태와 관련된 확립된 세포주의 배양물로부터 선택될 수 있다.

소정의 병태는 예를 들어 암일 수 있다.

또한, 본 발명은,

동물 또는 인간 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 방법으로 훈련받은 동물을 제공한다.

동물은 마우스 등의 설치류 또는 개일 수 있다. 소정의 병태는 예를 들어 암일 수 있다.

본 발명은,

(a)

(i) 동물에게, 소정의 병태와 관련된 세포 집단에 의해 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 훈련용 샘플을 제시하는 단계;

(ii) 훈련용 샘플 제시와 동시에 또는 그 이후에 동물에게 유해 자극을 가하는 단계;

(iii) 상기 동물이 유해 자극을 회피 또는 벗어나거나 또는 종료시키기 위해 소정의 제1 반응을 수행하게 하는 단계;

(iv) 선택적으로, 동물에게, 소정의 병태와 관련없는 세포 집단으로부터 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 대조군 샘플을 제시하고, 대조군 샘플 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하지 않는 단계를 포함하는,

동물 또는 인간 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 방법에 의해 훈련된 한마리 이상의 동물을 제공하는 단계;

(b) 상기 한마리 이상의 동물에게 개체 체액 유래 테스트 증기를 제시하는 단계;

(c) 테스트 증기 제시시, 상기 한마리 이상의 동물 중 정해진 수가 소정의 제1 반응을 수행한다면, 그 개체가 소정의 병태를 가진 것으로 판단하는 단계;

(d) 테스트 증기 제시시, 상기 한마리 이상의 동물 중 정해진 수가 소정의 제1 반응을 수행하지 않는다면, 그 개체가 소정의 병태를 가지고 있지 않은 것으로 판단하는 단계를 포함하는,

인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하는 방법을 추가로 제공한다.

소정의 체액은, 예를 들어, 뇨, 혈액 또는 날숨일 수 있다. 소정의 병태는 임일 수 있다. 동물 한마리 이상은 마우스와 같은 설치류 또는 개일 수 있다. 소정의 제1 반응은 예를 들어 피난처로의 도피일 수 있다.

또한, 본 발명은,

(a) 한마리 이상의 동물을 가두도록 고안되어 있는 챔버;

(b) 혼합 셀 (mixing cell);

(c) 혼합 셀로, 그리고 챔버 전역으로 흐르는 기류를 발생시키도록 고안되어 있는 디바이스;

(d) 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물에게 유해 자극을 전달하기 위한 디바이스; 및

(e) 유해 자극을 회피하거나 또는 피하기 위해 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물이 도피할 수 있는 피난처를 포함하며,

혼합 셀은 기체 샘플을 혼합 셀로 주입하도록 되어 있는,

한마리 이상의 동물에게 기체 샘플을 제시하기 위한 시스템을 제공한다.

본 시스템은 시린지 또는 벨로우와 같은 압축성 저장소를 압축하고, 압축성 저장소내 기체성 또는 증기성 샘플을 혼합성 챔버내로 주입하기 위한, 디바이스를 추가로 포함할 수 있다. 유해 자극은 예를 들어 전기 충격일 수 있다. 피난처는 예를 들어 챔버내 선반 (shelf)일 수 있다.

본 시스템은 챔버의 내부 이미지를 입수할 수 있게 위치된 카메라 및/또는 챔버에 갇힌 동물 한마리 이상 각각의 정체를 확인하기 위한 디바이스를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명은,

(a)

(i) 한마리 이상의 동물을 가두도록 고안되어 있는 챔버;

(ii) 혼합 셀 (mixing cell);

(iii) 혼합 셀로, 그리고 챔버 전역으로 기류를 발생시키도록 고안되어 있는 디바이스;

(iv) 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물에게 유해 자극을 전달하기 위한 디바이스; 및

(v) 유해 자극을 회피하거나 또는 피하기 위해 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물이 도피할 수 있는 피난처를 포함하고,

(vi) 상기 혼합 셀이 상기 기체 샘플을 상기 혼합 셀로 분사할 수 있는 것인,

한마리 이상의 동물에게 기체 샘플을 제시하기 위한 시스템; 및

(b)

(ii) 훈련용 샘플의 제시와 동시에 또는 그 이후에 동물에게 유해 자극을 가하는 단계;

인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 방법으로 훈련된 한마리 이상의 동물을 포함하는,

인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 시스템을 추가로 제공한다.

소정의 병태는 예를 들어 암일 수 있다.

본 발명은, 소정의 병태와 관련된 세포 집단이

(a) 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포;

(d) 소정의 병태와 관련된 확립된 세포주의 배양물로부터 선택되는,

본 발명의 시스템에서 사용하기 위한 훈련용 샘플을 추가로 제공한다.

본 발명을 이해하고 실제 수행가능한 방법을 제시하기 위해, 바람직한 구현예들을 비-제한적인 실시예를 들어, 첨부된 도면을 참조하여 이제 기술할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 한마리 이상의 동물에게 기체 샘플을 제시하기 위한 시스템의 개략도를 도시한 것이다.

도 1은 본 발명의 이러한 측면에 대한 일 구현예에서, 한마리 이상의 동물에게 기체 샘플을 제시하기 위한 시스템 (2)의 개략도이다. 시스템 (2)는 한마리 이상의 동물을 가두도록 고안되어 있는 챔버 (4)를 포함한다. 전기 팬 (6)은 혼합 셀 (8)내로, 그리고 챔버 (4) 전역으로 흐르는 주위 공기 (ambient air)의 기류를 발생시킨다. 기류는 팬 (6)을 통과하며, 팬 (6)을 통한 배기로서 시스템 (2)로부터 배출된다.

혼합 셀 (8)은 기체 샘플이 혼합 셀 (8)로 주입되도록 구성된다. 기체 샘플 (10)은 본체 (13), 플런저 (14) 및 노즐 또는 니들 (16)을 구비한 시린지 (12) 안으로 로딩 (loading)될 수 있다. 노즐 또는 니들 (16)의 팁 (18)은 혼합 셀 (8)내로 도입된다. 플런저 (14)를 눌러 기체 샘플 (10)을 압박하면, 기체 샘플 (10)은 혼한 셀 (8)로 분사되고, 기류에 의해 챔버 (4)로 운반되어 팬 (6)을 통과하여 시스템 외부로 배출된다. 플런저 (14)를 누르는 과정은 수동으로 수행할 수 있다. 플런저 (14)를 기계적으로 작동시킴으로써 훨씬 제어된 분사율을 달성할 수 있다. 시린지 (14)의 본체 (13)는 플랫폼 (20) 상에 고정될 수 있으며, 스텝 모터 (24)의 제어 하에 놓인 푸셔 (pusher, 22)는 기체 샘플 (10)을 혼합 셀 (8)로 분사하기 위해 플런저 (14)를 (도 1 관점에서 좌측으로) 이동시킬 수 있다.

챔버 (4)의 내부는, 후술한 바와 같이, 챔버 (4) 안 동물에게 전기 충격을 제공하도록 사용되는 전기 회로 (30)의 일부인 바닥 (28)을 일정 부분 이상 덮고 있는 전기 그리드 (26)를 구비하고 있다. 또한, 챔버 (4) 안에는, 동물이 그리드 (26)로부터 발생되는 전기 충격을 회피 또는 탈출하기 위해 도피할 수 있는 피난처로서 제공되는 선반이, 챔버 (4)의 벽부로부터 챔버 (4)의 안쪽으로 연장되어 있다.

본 시스템 (2)은, 시스템 (2)의 다양한 컴포넌트들을 작동시키고 시스템 (2)의 작동을 모니터링하는, 프로세서 (34)를 더 포함한다. 예를 들어, 프로세서는 그리드 (32)에 전류를 발생시키기 위해 전기 회로 (28)에서 스위치를 닫도록 구성될 수 있다. 프로세서 (34)는 시스템에 의해 발생되는 데이타를 저장하는 메모리 (36)를 포함한다. 사용자 입력 디바이스 (38)는 사용자가 시스템 (2)의 작동과 관련된 사용자가 선택가능한 임의의 파라미터, 기체 샘플 (13)의 소스와 같은 관련 데이타 또는 챔버 (4)에 갇힌 동물에 대한 데이타를 입력가능하게 한다.

본 시스템 (2)은, 챔버 안 동물의 행동을 관찰하기 위해, 챔버 (4)의 내부 이미지를 수득할 수 있게 위치된 카메라 (40)를 포함할 수 있다. 챔버 (4)의 내부는 가시광선 또는 적외선과 같은 모든 타입의 빛으로 조명할 수 있다. 카메라 (40)는 스틸 카메라 또는 비디오 카메라일 수 있다. 카메라 (40)로 수득한 이미지는 프로세스 (40)에 입력되며 메모리 (36)에 저장된다. 카메라 (40)로 수득한 아미지들은 스크린 (42)에서 관찰할 수 있다.

또한, 시스템 (2)은 챔버 (4) 안 동물에 부착된 ID 신호 형태, RFID를 검출하는, RFID 트랜스폰더 (44)를 포함할 수 있다. RFID는 동물의 표면에, 예를 들어, 동물의 다리에 끼워진 팔찌 형태로 부착되거나, 또는 동물의 피부 아래 박힐 수 있다. 트랜스폰더 (44)에 의해 검출되는 챔버 (4) 안 동물의 ID는 프로세서 (36)에 입력된다.

메모리 (36)는 챔버 (4)에 들어간 각 동물에 대한 파일을 가진다. 동물의 파일은 전형적으로 챔버 (4) 전역으로 흐르는 경우 여러가지 기체 샘플 (10)의 존재 하에 동물의 행동과 관련된 데이타를 포함할 것이다. 예를 들어, 파일은 특정 기체 샘플이 제시되었을 때 동물이 선반 (32)으로 도피하는지의 여부를 포함할 수 있다.

실시예

재료 및 방법:

세포주:

다음과 같은 상업적으로 구입가능한 세포주들을 사용하였다. 유방암 세포주: MCF7, T-47D, BT-474, MDA-MB-468, BT-549, MDA-MB-231, MDA-MB-453. 폐암 세포주: NCI-H1299, NCI-H2030, A-549, SHP-77, H1581 및 H520. 대조군 (건강한) 세포주: MCF-12A, MCF 10A MRC-9 및 ZR-75-1.

조직 배양물

세포주를 175cm² 세포 배양 플라스크에서 10% 소 태아 혈청이 첨가된 RPMI 1640 배지 또는 DMEM 배지에서 5% CO₂ 함유 공기 하에 배양하였다. 세포 약 2 X 10⁶을 플라스크에 접종하고, 세포를 약 95% 컨플루언시 (세포 7 X 10⁶)로 배양하였고, 이 시점에 조직 배양 샘플을 수득하였다.

조직 배양물 샘플

각 배양 플라스크에 실리콘 커넥터를 부착하였다. 20G 1.5" 니들이 장착된 60 ml 시린지를 사용해 실리콘 어댑터를 뚫고, 배양물의 헤드스페이스를 시린지로 수집하여, 조직 배양물 샘플을 수득하였다.

생검 및 뇨 샘플

뇨 샘플을 암 환자와 건강한 개체들로부터 수집하고, 즉시 냉동 (-20℃)하여 사용하기 전까지 보관하였다. 샘플은 사용 전에 4℃에서 밤새 해동시키고, 균질화하였다. 각 뇨 샘플은, 175cm² 세포 배양 플라스크로 이동시키고, 실리콘 어댑터를 장착한 다음, 샘플을 2시간 동안 37℃로 가열한다. 20G 1.5" 니들이 장착된 60 ml 시린지를 사용해 실리콘 어댑터를 뚫고, 헤드스페이스를 시린지로 수집하여, 뇨 샘플의 헤드스페이스를 수집하였다.

마우스

여러 그룹의 마우스들을 폐암 또는 유방암을 탐지하기 위해 훈련시켰다. 각 그룹은, Harlan Laboratories Inc. 사에서 구입한 C57BL/6 계통의 암컷 마우스 5마리로 구성되었다. 마우스는 온도- 및 습도-조절되는 서식처인 개별 환기되는 케이지 (Lab Products Inc., USA)에서 사육하였다. 마우스는 2주령에 제공받아, 1월령 시기에 훈련을 시작하였다. 각 마우스에는 자동 식별을 위해 피부 아래에 고유 RFID 테그를 이식하였다.

훈련기

도 1에 나타낸 시스템 (2)과 유사한 시스템을 사용하여 마우스를 훈련시켰다. 독특한 타겟 냄새를 탐지하도록 하는 마우스 훈련은 무조건 자극 (US: unconditional stimulation)의 회피를 토대로 하였다. 각 마우스는 각각 훈련시켰다. 독특한 타겟 냄새를 검출하도록 훈련시킬 마우스를 챔버 (4)에 가두고, 전술한 바와 같이 시스템의 혼합 챔버 (8)로 기체 샘플을 분사함으로써 타겟 냄새를 제시하였다. 냄새 제시를 개시한지 10초 후에, 마우스에, 전형적으로 마우스 발에 전기 충격으로서 감지되는 0.17mA 전기 전류를 그리드 (26)에 발생시켰다. 0.17mA 전류는 3초간 유지시켰다. 전기 충격을 회피하기 위해, 마우스는 선반 (32)으로 도피할 수 있다. 마우스에 대조군 냄새를 제시하였을 경우, 그리드 (26)에 전기 전류를 발생시키지 않았다. 타겟 냄새와 여러가지 대조군 냄새들 중 한가지 이상의 대조군 냄새를 제시하는 상황을 수회 수행한 후, 마우스는 타겟 냄새가 제시되었을 때 충격을 회피하기 위해 전기 충격 인가 전에 선반 (32)으로 도피하도록 학습되었다. 대조군 냄새가 제시되었을 때에는, 마우스는 선반으로 도피하지 않았다.

예비 훈련 과정에서, 다이메틸-2,3-다이니트로부탄 (DMDNB, # 156345, Sigma Aldrich)을 타겟 냄새로 사용하였는데, 이것은 DMDNB가 담긴 용기의 헤드스페이스를 50 ml 시린지로 수집함으로써 입수하였다. 대기 공기 샘플은 대조군 냄새로 사용하였다.

2-3번의 훈련 기간 동안 안정적으로 타겟 냄새에 대해 90% 민감도 (위음성이 10% 이하임) 및 90% 특이도 (위양성이 10% 이하임)를 기록한 마우스는, 전술한 바와 같이, 타겟 냄새를 특정 암 세포주의 배양물의 헤드스페이스를 수집함으로써 수득한 기체 샘플 또는 증기로서 제시하는, 인간 샘플 훈련에 돌입하였다. 무조건 조직 배양 배지의 헤드스페이스, 주위 공기 및 비-암성 세포주 배양물의 헤드스페이스를 대조군 냄새로 사용하였다. 마우스가 특정 암 세포주 유래 타겟 냄새와 대조군 냄새 샘플을 구별하도록 학습되면, 추가적인 암 세포주의 냄새를 대조군 냄새로서 유입시켰다.

마우스가 특정 암의 타겟 냄새에 대해 90% 민감도와 90% 특이도 (2-3번의 훈련 기간 동안 안정적임)를 기록하도록 학습되면, 이 마우스는, 인간 암 환자와 건강한 개체로부터 수득한 뇨 샘플의 증기에 마우스를 노출시키는, 검증 단계로 이동하였다. 먼저, 마우스를 타겟 냄새로서 특정 암 환자 한명과 대조군 냄새로서 특정한 건강한 개체 한명으로부터 나온 뇨 샘플의 냄새에 노출시켰다. 점차적으로, 다른 건강한 개체 및 동일한 형태의 암을 앓고 있는 다른 암 환자로부터 수득한 다른 뇨 샘플들을 추가적인 대조군 냄새로서 도입하였다. 마우스가 타겟 냄새를 90% 선택성과 90% 특이성으로 (2-3회의 훈련 시간 동안 안정적임) 기록하게 학습되면, 이 마우스는 "사용할 준비가 된(operational)" 것으로 간주하고, 전술한 바와 같이 수득한 미정의 뇨 샘플로부터 유래된 기체 샘플 또는 증기를 통해 암을 탐지하는데 적합한 것으로 간주하였다.

결과

도 1에 나타낸 시스템 (2)과 유사한 시스템을 이용해, 다양한 세포주를 이용해 전술한 바와 같이 훈련시킨 마우스에게 뇨 증기들을 제시하였다. 각 마우스와 각 뇨 생검에 대해, 각각 5회로 뇨 샘플 유래 증기를 마우스에 제시하였다. 마우스가 5번 중 3번 이상 선반으로 뛰어오른다면, 이 마우스는 마우스가 훈련받은 타겟 냄새가 함유된 것으로서 샘플을 식별하는 것으로 간주하였다.

그 결과를 도 1에 나타낸다. 각각의 타겟 냄새와 각 뇨 샘플에 대해, 타겟 냄새를 탐지하도록 훈련된 마우스 5마리를 대상으로, 이들이 뇨 샘플의 증기에서 타겟 냄새를 탐지할 수 있는지를 확인하기 위해 각각 테스트하였다. 5마리 중 3마리 이상이 뇨 증기에서 타겟 냄새를 5번의 경우 중 적어도 3번 이상으로 탐지한 경우, 표의 해당 부분에 "√"로 표시하였다. 그렇지 않은 경우에는 표 1의 해당 부분에 "-"를 표시하였다.

표 1에 나타낸 결과는, 유방암 또는 폐암 유래의 타겟 냄새를 탐지하도록 훈련된 마우스가 유방암 환자 및 폐암 환자 유래 뇨 증기물에서만 각각 타겟 냄새를 탐지하였다는 것을 보여준다.

표 1

Claims

하기 (a) 내지 (d)의 단계를 포함하는, 인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태 (predetermined condition)를 탐지하도록 동물을 훈련하는 방법:
(a) 동물에게, 상기 소정의 병태와 관련된 세포 집단에 의해 발생되는 기체 샘플 또는 증기 (vapor)인 훈련용 샘플을 제시하는 단계;
(b) 상기 훈련용 샘플의 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하는 단계;
(c) 상기 동물이 상기 유해 자극을 회피 또는 벗어나거나 또는 종료시키기 위해 소정의 제1 반응을 수행하게 하는 단계;
(d) 선택적으로, 상기 동물에게, 상기 소정의 병태와 관련없는 세포 집단으로부터 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 대조군 샘플을 제시하고, 상기 대조군 샘플 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하지 않는 단계.
제1항에 있어서, 상기 단계 (a) 내지 (d)를 필요에 따라 임의의 순서로 여러번 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단계 (a) 이전에, 한마리 이상의 동물에게 1종 이상의 휘발성 유기 화합물의 합성에 의한 제조로부터 수득되는 기체 샘플 또는 증기를 제시하는, 예비 훈련 과정을 더 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 1종 이상의 휘발성 유기 화합물이 다이메틸-2,3-다이니트로부탄 (DMDNB)을 포함하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서, 상기 소정의 병태와 관련있는 상기 세포 집단이
(a) 상기 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포;
(b) 상기 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 하나 이상의 세포로부터 유래된 세포;
(c) 상기 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포의 조직 배양물 또는 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포로부터 유래된 조직 배양물; 및
(d) 상기 소정의 병태와 관련된 확립된 세포주 (established cell line)의 배양물로부터 선택되는, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한항에 있어서, 상기 소정의 병태가 암인, 방법.
하기 단계를 포함하는, 인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 방법으로 훈련된 동물:
(a) 동물에게, 상기 소정의 병태와 관련된 세포 집단에 의해 발생되는 기체 샘플 또는 증기 (vapor)인 훈련용 샘플을 제시하는 단계;
(b) 상기 훈련용 샘플의 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하는 단계;
(c) 상기 동물이 상기 유해 자극을 회피 또는 벗어나거나 또는 종료시키기 위해 소정의 제1 반응을 수행하게 하는 단계;
(d) 선택적으로, 상기 동물에게, 상기 소정의 병태와 관련없는 세포 집단으로부터 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 대조군 샘플을 제시하고, 상기 대조군 샘플 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하지 않는 단계.
제7항에 있어서, 상기 동물이 설치류인, 동물.
제8항에 있어서, 상기 설치류가 마우스인, 동물.
제7항에 있어서, 상기 동물이 개인, 동물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한항에 있어서, 상기 소정의 병태가 암인, 동물.
하기 단계 (a) 내지 (d)를 포함하는, 인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하는 방법:
(a)
(i) 동물에게, 소정의 병태와 관련된 세포 집단에 의해 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 훈련용 샘플을 제시하는 단계;
(ii) 상기 훈련용 샘플의 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하는 단계;
(iii) 상기 동물이 상기 유해 자극을 회피 또는 벗어나거나 또는 종료시키기 위해 소정의 제1 반응을 수행하게 하는 단계;
(iv) 선택적으로, 상기 동물에게, 소정의 병태와 관련없는 세포 집단으로부터 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 대조군 샘플을 제시하고, 상기 대조군 샘플의 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하지 않는 단계를 포함하는,
동물 또는 인간 개체에서 상기 소정의 병태를 탐지하기 위한 방법에 의해 훈련된 한마리 이상의 동물을 제공하는 단계;
(b) 상기 한마리 이상의 동물에게 개체의 체액으로부터 발생되는 테스트 증기를 제시하는 단계;
(c) 테스트 증기의 제시시, 상기 한마리 이상의 동물 중 정해진 수가 상기 소정의 제1 반응을 수행한다면, 상기 개체는 상기 소정의 병태를 가진 것으로 판단하는 단계;
(d) 테스트 증기의 제시시, 상기 한마리 이상의 동물 중 정해진 수가 상기 소정의 제1 반응을 수행하지 않는다면, 상기 개체는 상기 소정의 병태를 가지고 있지 않은 것으로 판단하는 단계.
제12항에 있어서, 소정의 상기 체액이 뇨, 혈액 또는 날숨 (exhaled breath)으로부터 선택되는, 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 소정의 병태가 암인, 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한항에 있어서, 상기 한마리 이상의 동물이 설치류인, 방법.
제15항에 있어서, 상기 설치류가 마우스인, 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한항에 있어서, 상기 동물이 개인, 방법.
제12항 내지 제17항 중 어느 한항에 있어서, 상기 소정의 제1 반응이 피난처로의 도피인, 방법.
인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 시스템으로서,
(a) 한마리 이상의 동물을 가두도록 고안되어 있는 챔버;
(b) 혼합 셀 (mixing cell);
(c) 상기 혼합 셀로, 그리고 챔버 전역으로 흐르는 기류를 발생시키도록 고안되어 있는 디바이스;
(d) 상기 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물에게 유해 자극을 전달하기 위한 디바이스; 및
(e) 상기 유해 자극을 회피하거나 또는 탈출하기 위해 상기 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물이 도피할 수 있는 피난처를 포함하며,
상기 혼합 셀은 기체 샘플을 상기 혼합 셀로 분사하도록 구성되어 있는, 시스템.
제19항에 있어서, 압축성 저장소 (compressible reservoir)를 압축하여, 상기 압축성 저장소내 기체성 또는 증기성 샘플을 상기 혼합 챔버내로 분사하기 위한 디바이스를 더 포함하는, 시스템.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 유해 자극이 전기 충격인, 시스템.
제19항 내지 제21항 중 어느 한항에 있어서, 상기 피난처가 챔버내 선반 (shelf)인, 시스템.
제19항 내지 제22항에 있어서, 상기 챔버의 내부 이미지를 입수할 수 있게 위치된 카메라를 더 포함하는, 시스템.
제19항 내지 제23항에 있어서, 상기 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물들의 각각의 정체를 확인하기 위한 디바이스를 더 포함하는, 시스템.
인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 시스템으로서,
(a)
(i) 한마리 이상의 동물을 가두도록 고안되어 있는 챔버;
(ii) 혼합 셀 (mixing cell);
(iii) 상기 혼합 셀로, 그리고 챔버 전역으로 흐르는 기류를 발생시키도록 고안되어 있는 디바이스;
(iv) 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물에게 유해 자극을 전달하기 위한 디바이스; 및
(v) 유해 자극을 회피하거나 또는 탈출하기 위해 상기 챔버에 갇힌 한마리 이상의 동물이 도피할 수 있는 피난처를 포함하는 시스템으로서,
(vi) 상기 혼합 셀이 상기 기체 샘플을 상기 혼합 셀로 분사할 수 있는,
한마리 이상의 동물에게 기체 샘플을 제시하기 위한 시스템; 및
(b)
(i) 동물에게, 소정의 병태와 관련된 세포 집단에 의해 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 훈련용 샘플을 제시하는 단계;
(ii) 상기 훈련용 샘플의 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하는 단계;
(iii) 상기 동물이 상기 유해 자극을 회피 또는 벗어나거나 또는 종료시키기 위해 소정의 제1 반응을 수행하게 하는 단계; 및
(iv) 선택적으로, 상기 동물에게, 상기 소정의 병태와 관련없는 세포 집단으로부터 발생되는 기체 샘플 또는 증기인 대조군 샘플을 제시하고, 상기 대조군 샘플의 제시와 동시에 또는 그 이후에 상기 동물에게 유해 자극을 가하지 않는 단계를 포함하는,
인간 또는 동물 개체에서 소정의 병태를 탐지하기 위한 방법으로 훈련된 한마리 이상의 동물을 포함하는, 시스템.
제25항에 있어서, 상기 소정의 병태가 암인, 시스템.
제25항 또는 제26항의 시스템에 사용하기 위한 훈련용 샘플로서,
소정의 병태와 관련된 세포 집단이 하기 (a) 내지 (d)로부터 선택되는, 훈련용 샘플:
(a) 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포;
(b) 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 하나 이상의 세포로부터 유래된 세포;
(c) 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포의 조직 배양물 또는 소정의 병태에 걸린 개체로부터 수득되는 세포로부터 유래된 조직 배양물; 및
(d) 소정의 병태와 관련된 확립된 세포주의 배양물.