KR20180095649A - 전기화학적 임피던스 분광을 행하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템을 설명한다. 시스템은, 규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터, 및 복수의 웰(110)을 포함하는 기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더를 포함한다. 시스템은, 또한, 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하도록 구성된다. 또한, 시스템은, 연속적으로 또는 규칙적으로 측정된 전기화학적 데이터를 기준 데이터와 비교하고 상기 비교에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하기 위한 처리 수단을 포함한다.
Description
본 발명은 살아있는 세포의 바이오센싱 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 웰(well) 내의 살아있는 세포에 대하여 전기화학적 임피던스 분광(EIS)을 행하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전기화학적 임피던스 분광(EIS) 방법은 세포 배양물을 비침습적 방식으로 조사하는 데 사용된다. 이를 위해, 세포 배양물은, 바닥면에 2개의 전극을 갖는 웰에서 종종 성장한다. 이 방식은, 일반적으로 세포 성장의 초기 단계 후에 이들 웰 내의 세포 배양물에 활성 화합물을 첨가하는 것으로 이루어진다. 그 순간부터, 웰 내의 세포에 대한 활성 화합물의 영향에 대한 뭔가를 학습하도록 반응 전개가 뒤따른다. 이것은 이에 따라 활성 화합물의 작용 메커니즘에 대한 정보를 제공한다.
웰 내에서 성장하는 세포 배양물은, 특정 성장 경로를 제시하며, 바닥 전체가 세포들의 층으로 조밀하게 패킹되는 순간에 최대화된다. 이러한 성장 경로는, 웰의 기하학적 구조뿐만 아니라 온도, 대기 조성 등의 외부 조건 및 측정에 대한 세포의 준비, 계수, 및 투여의 전체 절차에도 의존한다. 이처럼, 성장 과정 동력학은 각 실험마다 다를 수 있다.
신뢰성 있는 결과를 취득하려면, 측정의 품질과 재현성이 필수적이다.
세포 배양물을 측정하기 위한 전기화학적 임피던스 분광의 신뢰성에 영향을 미치는 인자들 중 하나는 (잠재적) 활성 화합물이 세포 배양물에 첨가되는 정확한 시각이다. 활성 화합물이 너무 일찍 첨가되면, 성장 동역학 및 활성 화합물과의 상호작용이 너무 많이 간섭하여, 측정을 방해하게 된다. 반면, 활성 화합물을 너무 늦게 첨가하면, 세포들은 세포 성장 경쟁으로 인해 이미 죽어가고 있게 된다.
전기화학적 측정은 통상적으로 다수의 웰 판에서 수행된다. 상이한 웰들에서의 측정은, 웰 판의 에지 또는 에지들로 이어지고 또한 구동 및/또는 판독 회로로 이어지는 웰의 전극에 기초한다. 웰들의 전극들은 통상적으로 웰 위에서 동일하지만, 웰의 전극을 웰 판의 에지에서의 전기적 접촉점과 연결하는 리드는, 특히 웰 판 상의 웰들의 상이한 위치로 인해 기하학적 구조, 크기, 및/또는 길이에 있어서 큰 차이를 보인다. 따라서, 전극들이 상이한 리드들을 통해 분석기에 연결되는 다수의 웰에 의존하는 테스트 설정은, 동일한 판 상의 상이한 웰들 간의 판독 값에 가변성을 본질적으로 도입하게 된다. 따라서, 웰 판의 위치에 의존하는 이러한 가변성은, 계측기를 사용하여 취득되는 판독 값에 불확실성을 추가로 유발한다. 이는, 장치의 판독 값의 품질과 신뢰성에 부정적 영향을 미치고 따라서 각각의 개별적 웰에서 일어나는 프로세스들이 식별되고 정량화될 수 있는 신뢰도에 부정적 영향을 미친다.
실제로, 임피던스 측정에서의 이러한 가변성은 현재 웰 판의 다수의 웰을 기준 웰로서 사용함으로써 반감된다. 이들 웰은 세포나 활성 화합물이 아니라 매체로만 채워진다. 이들 웰로부터 수집된 데이터는, 통상적으로 후속 데이터 분석에 있어서 캘리브레이션을 위해 사용되며, 설정에 존재하는 세포 또는 화합물의 행동에 대한 이해를 개선하는 데 직접적으로 기여하지는 않는다.
세포 배양물의 임피던스는, 1kHz 내지 100kHz의 주파수 범위에서 웰들 중 하나의 웰의 임피던스를 교대로 측정함으로써 결정된다. 그러나, 많은 중요한 정보가 저 주파수 범위에 포함된다. 그러나, 저 주파수 범위에서의 측정은 각각의 개별 웰에 대한 측정 시간이 증가함을 의미한다. 이처럼, 개별 웰 내의 배양이 후속하는 시간의 분해능은, 저 주파수 범위에서 측정을 수행하는 경우에도 크게 감소된다. 그러나, 시간 분해능은 첨가된 화합물과의 상호작용과 관련하여 살아있는 세포 배양물에서 일어나는 관련 효과를 포착하는 데 필수적이므로, 정성적 데이터를 취득하는 것과 시간 분해능을 최적화하는 것 간의 절충을 어렵게 한다. 결과를 명확하게 해석하려면 고 품질 측정이 필요하다. 측정의 품질은, 실험 하드웨어에 의해 부분적으로 결정되지만, 외부 영향에 의해서도 결정된다. 예를 들어, 데이터 수집 중, 측정용 웰 판은, 온도, 대기와 같은 규제되는 조건을 갖는 인큐베이터 내에 위치한다. 그러나, 실제로는, 인큐베이터 내의 조건들이 실험(온도 변동, 충격 등) 과정에서 가변될 수 있다. 이러한 영향들은, 세포 행동에 영향을 미치므로 취득된 데이터로 변환된다. 그 순간부터, 첨가된 화합물에 대한 세포의 반응은 외부 조건의 변동이나 변화에 대한 세포의 반응과 함께 뒤얽히게 된다. 이는 데이터 해석 및 결과의 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 피해야 한다.
상기한 문제들 중 하나 이상을 해결하는 전기화학적 특성화를 수행하기 위한 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은, 견고하지만 민감한 데이터 획득에 기초하여, 예를 들어, 세포, 세포소기관, 엑소좀, 또는 바이러스와 같은 생체입자들의 전기화학적 특성화를 수행하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 달성된다.
본 발명은 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 시스템은, 규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터, 및 복수의 웰을 포함하는 기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더를 포함하고, 시스템은 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하도록 구성되고, 시스템은, 연속적으로 또는 규칙적으로 측정된 전기화학적 데이터를 기준 데이터와 비교하고 상기 비교에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하기 위한 처리 수단을 포함한다.
시스템은, 결정된 첨가 순간에 웰 내의 활성 화합물을 자동 전달하기 위한 전달 수단을 더 포함할 수 있다.
시스템은 적어도 2디케이드의 주파수 스팬에 걸쳐 임피던스 데이터를 측정하도록 이루어질 수 있고, 1디케이드당 적어도 2개의 측정 지점이 기록된다. 주파수 스팬은 적어도 5디케이드일 수 있다. 1디케이드당 기록되는 측정 지점의 수는 적어도 3일 수 있고 또는 적어도 4일 수 있다.
처리 수단은, 웰 내의 생체입자들에 대하여 행해지는 광역 스펙트럼 임피던스 측정으로부터 유도되는 파라미터 값에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하도록 이루어질 수 있다.
광역 스펙트럼 임피던스 측정은, 적어도 100Hz 내지 50kHz의 주파수 범위, 예컨대, 적어도 10Hz 내지 80kHz의 주파수 범위, 예를 들어, 적어도 1Hz 내지 100kHz의 주파수 범위를 잇는 임피던스 측정에 대응할 수 있다.
시스템은, 위상각(θ)과 함께 임피던스의 크기(│Z│)와 위상(Q) 모두를 포함하는 임피던스 데이터를 측정하도록 이루어질 수 있다.
시스템은 용액 내의 생체입자들에 대한 전기화학적 데이터를 측정하도록 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예의 이점은 용액 내의 생체입자들이 특성화될 수 있다는 점이다.
처리 수단은 특정 현상에 관한 정보를 유도하도록 이루어질 수 있다.
처리 수단은, 세포에 대한 화합물의 독성, G 단백질 공역형 수용체(GPCR), 수용체 티로신 키나아제(RTK), 이온 채널(IC), 핵 수용체(NR) 등의 수용체 활성화 및 억제, 신호 전달 캐스케이드의 해체, 미생물 생체막 형성/억제/파괴, 또는 바이러스 진입 모드 및 총 바이러스 수치 현상들 중 하나에 관한 정보를 유도하도록 이루어진 전환가능한 모듈일 수 있다. 수용체 활성화 및 억제는, G 단백질 공역형 수용체(GPCR)의 활성화 및 억제, 수용체 티로신 키나아제(RTK)의 활성화 및 억제, 이온 채널(IC)의 활성화 및 억제, 또는 핵 수용체(NR)의 활성화 및 억제를 포함할 수 있다. 본 발명의 적어도 일부 실시예의 이점은, 수집되는 데이터의 품질과 취득되는 정보의 양 모두가 종래 시스템에 비해 개선된다는 점이다. 본 발명의 적어도 일부 실시예의 이점은, 측정 지속 기간뿐만 아니라 비용도 종래의 EIS 측정에 비해 감소될 수 있다는 점이다.
본 발명의 적어도 일부 실시예의 이점은, 해석을 수행하는 사람의 숙련도에 의존하지 않고 결과의 자동 해석이 수행될 수 있다는 점이다. 본 발명의 실시예들의 이점은, 일어나고 있는 프로세스에 대한 결론이 통계 기반 유의 수준을 가질 수 있다는 점이다.
본 발명의 적어도 일부 실시예의 이점은, 예를 들어, 온도 변동, 충격, 대기 등의 환경 파라미터들이 감시될 수 있고 취득되는 측정 결과의 해석을 위해 고려될 수 있다는 점이다. 이러한 파라미터들은 기판 상에서 또는 인큐베이터 내에서 측정될 수 있다.
처리 수단은, 웰 내에 활성 화합물을 전달하기 위한 상기 결정된 첨가 순간을 고려하여 상기 현상에 관한 상기 정보를 결정하도록 이루어질 수 있다.
시스템은 인큐베이터 내의 환경 파라미터를 감지하기 위한 환경 파라미터 센서를 더 포함할 수 있고, 환경 파라미터는, 온도, 습도, CO2 수준, O2 수준, pH, 염분, 영양분 농도, 및 조명 정도 중 하나 이상이다.
처리 수단은, 상기 환경 파라미터를 고려하여 상기 현상에 관한 상기 정보를 결정하도록 이루어질 수 있다.
시스템은, 상이한 회로들을 통해 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들을 별도로 구동 및/또는 판독하기 위한 복수의 구동 및/또는 판독 회로, 및
상기 복수의 구동 및/또는 판독 회로를, 상기 기판의 배면측에 있는 상이한 전기적 연결점들에 연결함으로써 상기 기판의 개별 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들의 상이한 전극들과 연결하기 위한 전기적 연결 수단을 더 포함할 수 있다.
구동 및/또는 판독 회로들은, 전기 회로들이 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들에 대하여 짧을 수 있고 실질적으로 동일하도록, 상기 기판이 상기 기판 홀더에 위치결정되는 경우 상기 상이한 웰들 아래에 또는 기판 아래의 상기 웰들의 상이한 그룹들의 실질적으로 아래에 위치결정될 수 있다.
구동 및/또는 판독 회로들은, 상이한 웰 또는 웰들의 상이한 그룹들을 시간적으로 평행하게, 즉, 동시에 판독하도록 구성될 수 있다.
각 구동 및/또는 판독 회로는, 아날로그 대 디지털 변환기 및 데이터 획득 구성요소를 포함할 수 있다.
시스템은, 웰의 전기화학적 측정 데이터를 획득하고 기판의 다른 웰의 캘리브레이션 데이터를 고려하지 않고 그 데이터를 처리하도록 이루어질 수 있다.
본 발명은, 또한, 생체입자들의 전기적 특성을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은, 규정된 환경에 있는 생체입자들에 대한 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하는 단계, 연속적으로 또는 규칙적으로 측정된 전기 화학적 데이터를 기준 데이터와 비교하는 단계, 비교에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하는 단계, 및 결정된 순간에 활성 화합물을 첨가하는 단계를 포함한다.
전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하는 단계는 적어도 2디케이드의 주파수 스팬에 걸쳐 임피던스 데이터를 측정하는 단계를 포함할 수 있고, 1디케이드당 적어도 2개의 측정 지점을 기록할 수 있다. 주파수 스팬은 적어도 5디케이드일 수 있다. 1디케이드당 기록되는 측정 지점의 수는 적어도 3일 수 있고 또는 적어도 4일 수 있다.
활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하는 단계는, 웰 내의 생체입자들에 대하여 행해지는 광역 스펙트럼 임피던스 측정으로부터 유도되는 파라미터 값에 기초할 수 있다.
광역 스펙트럼 임피던스 측정은, 적어도 100Hz 내지 50kHz의 주파수 범위, 예컨대, 적어도 10Hz 내지 80kHz의 주파수 범위, 예를 들어, 적어도 1Hz 내지 100kHz의 주파수 범위를 잇는 임피던스 측정에 대응할 수 있다.
전기화학적 데이터를 측정하는 단계는 임피던스의 크기와 위상 모두를 포함하는 임피던스 데이터를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 특정 현상에 관한 정보를 유도하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 세포에 대한 화합물의 독성, G 단백질 공역형 수용체(GPCR), 수용체 티로신 키나아제(RTK), 이온 채널(IC), 핵 수용체(NR) 등의 수용체 활성화 및 억제, 신호 전달 캐스케이드의 해체, 미생물 생체막 형성/억제/파괴, 또는 바이러스 진입 모드 및 총 바이러스 수치 현상들 중 하나에 관한 정보를 유도하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 웰 내에 활성 화합물을 전달하도록 결정된 상기 첨가 순간을 고려하여 상기 현상에 관한 상기 정보를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 인큐베이터 내의 환경 파라미터를 감지하는 단계를 포함할 수 있고, 환경 파라미터는, 온도, 습도, CO2 수준, O2 수준, pH, 염분, 영양분 농도, 및 조명 정도 중 하나 이상일 수 있다.
방법은, 상기 환경 파라미터를 고려하여 상기 현상에 관한 상기 정보를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 상이한 웰 또는 웰들의 상이한 그룹들을 시간적으로 평행하게, 즉, 동시에 판독하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은, 웰의 전기화학적 측정 데이터를 획득하고 기판의 다른 웰의 캘리브레이션 데이터를 고려하지 않고 그 데이터를 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은, 또한, 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것으로서, 컴퓨터 프로그램 제품은, 연산 수단에서 실행되는 경우, 전술한 바와 같은 방법을 수행하도록 이루어진다.
본 발명은, 또한, 부착성 세포 배양물의 성장을 감시하기 위한 전술한 바와 같은 시스템의 용도에 관한 것이다.
본 발명은, 또한, 부유된 세포 배양물의 성장을 감시하기 위한 전술한 바와 같은 시스템의 용도에 관한 것이다.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은, 개별 웰 내의 생체입자의 전기적 특성을 측정하기 위한 기판에 관한 것으로서, 기판은, 복수의 개별 웰을 포함하고, 적어도 2개의 개별 웰 또는 웰들의 적어도 2개 그룹에 대하여, 웰 내의 생체입자들의 전기적 파라미터를 전기적으로 특성화하기 위한 웰당 적어도 2개의 전극, 각 웰의 전극들과 기판의 배면에 있는 전기적 연결점들 사이의 기판을 통한 도전성 경로를 제공하기 위한 전기적 리드, 및 적어도 2개의 개별 웰 또는 웰들의 적어도 2개 그룹을 구동 및/또는 판독 회로에 별도로 연결하기 위한 전기적 연결점들을 포함한다.
생체입자들은, 예를 들어, 세포, 세포소기관, 엑소좀, 바이러스 등일 수 있다.
본 발명의 실시예들의 이점은, 개별 웰들의 전극들과 구동 및/또는 판독 회로를 연결하는 전기 회로들이 서로 덜 다르게, 예를 들어, 전기적 경로의 영향에서의 차이가 감소될 수 있고 더욱 정확한 측정값이 취득될 수 있도록 길이에 있어서 서로 덜 다르게 만들어질 수 있다는 점이다.
본 발명의 실시예들의 이점은, 기판을 통과하는 전기적 리드를 제공하고 기판의 배면에 있는 구동 및/또는 판독 회로에 대한 전기적 연결부를 제공함으로써 사용되는 전기적 경로의 길이가 감소될 수 있다는 점이다. 상이한 리드들이 기판의 길이에 걸쳐 이어질 필요가 없으므로, 상이한 리드들에 대한 길이의 차가 감소될 수 있다. 이에 따라, 길이가 감소된다는 것은, 외부 잡음의 잠재적 픽업이 감소하여 데이터 품질이 개선되고 따라서 측정 결과가 개선됨을 의미한다.
개별 웰들의 각각에 대하여, 개별 웰들의 실질적으로 아래에 구동 및/또는 판독 회로에 별도로 연결하기 위한 전기적 연결점들이 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예들의 이점은, 상이한 웰들이 구동 및/또는 판독 회로에 대략 동일한 방식으로 연결될 수 있어서 데이터 품질이 개선된다는 점이다.
본 발명의 실시예들의 이점은, 상이한 웰들이 실질적으로 평행하게 구동 및/또논 판독될 수 있어서 측정을 위한 시간 분해능의 이득이 있다는 점이다.
본 발명의 실시예들의 이점은, 구동 및/또는 판독 회로용 회로들의 차이를 보상하도록 웰들을 캘리브레이션하기 위한 웰이 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않다는 점이다. 전혀 필요하지 않은 후자의 경우에는 실제 측정에 더 많은 웰을 사용할 수 있다.
상기 웰들의 적어도 2개 그룹은 인접한 웰들로 이루어지는 그룹일 수 있으며, 한 그룹 내의 인접한 웰들 사이의 거리는 웰들의 상이한 그룹들의 웰들 사이의 거리보다 길지 않다.
본 발명의 실시예들의 이점은, 구동 및/또는 판독 회로용 회로들의 길이가 모든 웰에 대하여 비교적 짧다는 점이다.
기판은 환경 파라미터를 감지하기 위한 환경 파라미터 센서를 더 포함할 수 있고, 환경 파라미터는, 온도, 습도, CO2 수준, O2 수준, 염분, 영양분 농도, 조명, 및 pH 중 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예들의 이점은, 프로세스들이 수행되는 조건들을 제어하도록 환경 파라미터를 고려할 수 있다는 점이다.
본 발명은, 또한, 예를 들어 전기화학적 임피던스 스펙트럼 등의 생체입자의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템은,
규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터,
전술한 바와 같은 기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더,
상이한 회로들을 통해 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들을 별도로 구동 및/또는 판독하기 위한 복수의 구동 및/또는 판독 회로, 및
상기 복수의 구동 및/또는 판독 회로를, 기판의 배면에 있는 상이한 전기적 연결점들에 연결함으로써 기판의 개별 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들의 상이한 전극들과 연결하기 위한 전기적 연결 수단을 포함한다.
추가 특징과 이점은, 제1 양태에 대하여 전술한 바와 같은 선택적 특징과 이점에 대응할 수 있다.
본 발명은, 또한, 예를 들어 개별 웰들 내의 세포, 세포소기관, 엑소좀, 또는 바이러스 등의 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 기판에 관한 것으로서, 이 기판은,
복수의 개별 웰, 및
상기 웰들의 각각에 대하여, 웰 내의 생체입자들의 전기적 파라미터를 전기적으로 특성화하기 위한 적어도 2개의 전극을 포함하고,
상기 기판은 환경 파라미터들을 감지하기 위한 환경 파라미터 센서를 더 포함하고, 환경 파라미터들은, 온도, 습도, CO2 수준, O2 수준, pH, 염분, 영양분 농도, 및 조명 정도 중 하나 이상이다.
본 발명은, 또한, 예를 들어 세포, 세포소기관, 엑소좀, 또는 바이러스 등의 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템은,
규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터, 및
기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더를 포함하고,
시스템은, 기판 홀더 내의 기판 상에 위치결정된 환경 파라미터 센서로부터 또는 인큐베이터에 제공된 환경 파라미터 센서로부터 환경 파라미터를 수집하기 위한 데이터 수집 수단을 더 포함하고, 환경 파라미터는, 온도, 습도, CO2 수준, O2 수준, pH, 염분, 영양분 농도, 및 조명 정도 중 임의의 것이다.
추가 특징과 이점은, 제1 양태에 대하여 전술한 바와 같은 선택적 특징과 이점에 대응할 수 있다.
본 발명은, 또한, 예를 들어 세포, 세포소기관, 엑소좀, 또는 바이러스 등의 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템은,
규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터, 및
기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더를 포함하고,
시스템은, 전기화학적 측정 데이터를 수신하고 특정 현상에 관한 정보를 유도하도록 이루어진 처리 수단을 포함한다.
추가 특징과 이점은, 제1 양태에 대하여 전술한 바와 같은 선택적 특징과 이점에 대응할 수 있다.
본 발명은, 생체입자들의 전기적 특성의 측정에 기초하고 또한 기판에서 측정되는 환경 파라미터 또는 활성 화합물이 생체입자들에 첨가되었을 때로 결정된 순간에 관한 정보에 기초하여, 현상에 관한 정보를 유도하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
현상은, 세포에 대한 화합물의 독성, 수용체 활성화 및 억제, 신호 전달 캐스케이드의 해체, 미생물 생체 막 형성/억제/파괴, 바이러스 진입 모드, 및/또는 총 바이러스 수치 현상들 중 하나 이상일 수 있다. 수용체 활성화 및 억제는, G 단백질 공역형 수용체(GPCR)의 활성화 및 억제, 수용체 티로신 키나아제(RTK)의 활성화 및 억제, 이온 채널(IC)의 활성화 및 억제, 또는 핵 수용체(NR)의 활성화 및 억제를 포함할 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은, 또한, 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템은, 규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터, 및 복수의 웰을 포함하는 기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더를 포함하고, 시스템은, 적어도 2디케이드의 주파수 스팬에 걸쳐 임피던스 데이터를 측정하도록 구성되고, 1디케이드당 적어도 2개의 측정 지점을 기록한다. 주파수 스팬은 적어도 5디케이드일 수 있다. 1디케이드당 기록되는 측정 지점의 수는 적어도 3일 수 있고 또는 적어도 4일 수 있다. 광역 스펙트럼 임피던스 측정은, 적어도 100Hz 내지 50kHz의 주파수 범위, 예컨대, 적어도 10Hz 내지 80kHz의 주파수 범위, 예를 들어, 적어도 1Hz 내지 100kHz의 주파수 범위를 잇는 임피던스 측정에 대응할 수 있다.
시스템은, 위상각(θ)과 함께 임피던스의 크기(│Z│)와 위상(Q) 모두를 포함하는 임피던스 데이터를 측정하도록 이루어질 수 있다.
시스템은, 용액 내의 생체입자들에 관한 전기화학적 데이터를 측정하도록 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시예들의 이점은, 부유액 내의 생체입자들이 특성화될 수 있다는 점이다.
추가 특징과 이점은, 제1 양태에 대하여 전술한 바와 같은 선택적 특징과 이점에 대응할 수 있다.
본 발명은, 또한, 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은, 적어도 2디케이드의 주파수 스팬에 걸쳐 전기화학적 데이터를 측정하는 단계를 포함하고, 1디케이드당 적어도 2개의 측정 지점을 기록한다. 주파수 스팬은 적어도 5디케이드일 수 있다. 1디케이드당 기록되는 측정 지점의 수는 적어도 3일 수 있고 또는 적어도 4일 수 있다. 측정은 광역 스펙트럼에 걸쳐 수행될 수 있다. 광역 스펙트럼 임피던스 측정은, 적어도 100Hz 내지 50kHz의 주파수 범위, 예컨대, 적어도 10Hz 내지 80kHz의 주파수 범위, 예를 들어, 적어도 1Hz 내지 100kHz의 주파수 범위를 잇는 임피던스 측정에 대응할 수 있다.
전기화학적 데이터를 측정하는 단계는, 위상각(θ)과 함께 임피던스의 크기(│Z│)와 위상(Q) 모두를 포함하는 임피던스 데이터를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 특정한 양태 및 바람직한 양태는 첨부된 독립항 및 종속항에 개시되어 있다. 종속항의 특징은, 독립항의 특징 및 다른 종속항의 특징과 적절하게 결합될 수 있으며, 청구범위에서 명시적으로 개시된 것만이 아니다.
본 발명의 이러한 양태 및 다른 양태는 이하에서 설명하는 실시예(들)로부터 명백할 것이며 이하에서 설명하는 실시예(들)을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 감지 요소로서의 전극 어레이 및 경합 수단을 포함하는 웰의 정면도 또는 상면도를 도시한다.
도 2는 복수의 웰을 포함하는 기판의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 정면측을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 배면측을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 정면측 사시도이다.
도 6은 기판의 배면측 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 판 웰의 분해도를 도시한다.
도 8은 모듈 기판용 홀더 및 모듈형 CPU를 포함하는 인큐베이터의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 9는 모듈형 CPU의 개략적 실시예를 도시한다.
도 10은 회로 상에 ADC/DAC를 포함하는 본 발명의 실시예들에 따른 웰의 측면도이다.
도 11은, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 24시간 동안 성장하도록 남겨둔 20000개의 초기 세포의 Jurkat 세포 배양물의 임피던스 스펙트럼을 30분마다 기록함으로써 취득된 100Hz 내지 60kHz에서의 │Z│의 상대 표준 편차를 도시한다.
도 12는, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 초기 집단이 20000, 10000, 5000개 세포인 Jurkat 세포 배양물의 세포 성장 동안 │Z│의 변화를 도시하며, (a)는 50kHz에서의 변화를 나타내고 (b)는 2kHz에서의 변화를 나타낸다.
도 13은, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 24시간 동안 성장하도록 남겨둔 20000개의 초기 세포의 Jurkat 세포 배양물의 임피던스 스펙트럼을 30분마다 기록함으로써 취득된 100Hz 내지 60kHz에서의 θ의 상대 표준 편차를 도시한다.
도 14는, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 50kHz에서 초기 집단이 20000, 10000, 5000개 세포인 Jurkat 세포 배양물의 세포 성장 동안 θ의 변화를 도시한다.
도 15는, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 50kHz에서 초기 집단이 100000, 50000, 25000개 세포인 PBMC 배양물의 세포 성장 동안 θ의 변화를 도시한다. 도면은 단지 개략적이며 비한정적이다. 도면에서, 일부 요소의 크기는, 과장될 수 있으며, 예시를 위해 축적대로 도시되지 않을 수 있다.
청구범위의 임의의 참조 부호는 범위를 한정하는 것으로서 해석해서는 안 된다.
상이한 도들에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.
도 2는 복수의 웰을 포함하는 기판의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 정면측을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 배면측을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 정면측 사시도이다.
도 6은 기판의 배면측 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일부 실시예에 따른 판 웰의 분해도를 도시한다.
도 8은 모듈 기판용 홀더 및 모듈형 CPU를 포함하는 인큐베이터의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 9는 모듈형 CPU의 개략적 실시예를 도시한다.
도 10은 회로 상에 ADC/DAC를 포함하는 본 발명의 실시예들에 따른 웰의 측면도이다.
도 11은, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 24시간 동안 성장하도록 남겨둔 20000개의 초기 세포의 Jurkat 세포 배양물의 임피던스 스펙트럼을 30분마다 기록함으로써 취득된 100Hz 내지 60kHz에서의 │Z│의 상대 표준 편차를 도시한다.
도 12는, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 초기 집단이 20000, 10000, 5000개 세포인 Jurkat 세포 배양물의 세포 성장 동안 │Z│의 변화를 도시하며, (a)는 50kHz에서의 변화를 나타내고 (b)는 2kHz에서의 변화를 나타낸다.
도 13은, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 24시간 동안 성장하도록 남겨둔 20000개의 초기 세포의 Jurkat 세포 배양물의 임피던스 스펙트럼을 30분마다 기록함으로써 취득된 100Hz 내지 60kHz에서의 θ의 상대 표준 편차를 도시한다.
도 14는, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 50kHz에서 초기 집단이 20000, 10000, 5000개 세포인 Jurkat 세포 배양물의 세포 성장 동안 θ의 변화를 도시한다.
도 15는, 본 발명의 실시예들의 특징을 예시하는, 50kHz에서 초기 집단이 100000, 50000, 25000개 세포인 PBMC 배양물의 세포 성장 동안 θ의 변화를 도시한다. 도면은 단지 개략적이며 비한정적이다. 도면에서, 일부 요소의 크기는, 과장될 수 있으며, 예시를 위해 축적대로 도시되지 않을 수 있다.
청구범위의 임의의 참조 부호는 범위를 한정하는 것으로서 해석해서는 안 된다.
상이한 도들에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.
본 발명은 특정 실시예 및 특정 도면을 참조하여 설명할 것이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 청구범위에 의해서만 한정된다. 설명되는 도면은 단지 개략적이고 비한정적인 것이다. 도면에서, 일부 요소의 크기는, 과장될 수 있으며, 예시를 위해 축적대로 도시되지 않을 수 있다. 치수와 상대 치수는 본 발명의 실시를 실제로 축소시키는 것에 해당하지 않는다.
또한, 상세한 설명과 청구범위에서의 제1, 제2 등의 용어들은, 유사한 요소들 간을 구별하도록 사용되며, 반드시 시간적으로, 공간적으로, 순서대로, 또는 다른 임의의 방식으로 시퀀스를 설명하기 위한 것은 아니다. 이렇게 사용되는 용어들은 적절한 환경에서 상호교환될 수 있으며, 본원에서 설명되는 본 발명의 실시예들은 본원에 기재되거나 예시된 것 이외의 다른 시퀀스로 동작할 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 상세한 설명과 청구범위에서의 상부, 하부 등의 용어들은, 설명하기 위한 것이며, 반드시 상대 위치를 설명하기 위한 것은 아니다. 이렇게 사용되는 용어들은 적절한 환경에서 상호교환될 수 있으며, 본원에서 설명되는 본 발명의 실시예들은 본원에 기재되거나 예시된 것 이외의 다른 배향으로 동작할 수 있음을 이해해야 한다.
청구범위에서 사용되는 "포함하는"(comprising)이라는 용어는 그 이후에 열거되는 수단으로 한정되는 것으로 해석해서는 안 되며, 다른 요소나 단계를 배제하지 않는다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 이것은, 언급되는 특징, 정수, 단계, 또는 구성요소의 존재를 특정하는 것으로서 해석해야 하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 또는 구성요소, 또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 따라서, "수단 A와 수단 B를 포함하는 장치"라는 표현의 범위를 구성요소 A와 구성요소 B만으로 이루어진 장치로 한정해서는 안 된다. 이것은, 본 발명과 관련하여, 장치의 관련 구성요소들이 단지 A와 B라는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예"라고 언급하는 것은, 본 발명과 관련하여 설명되는 구체적인 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 일 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 다양한 곳에서 보이는 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 표현은, 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것이 아니지만, 동일한 실시예를 가리킬 수도 있다. 또한, 구체적인 특징, 구조, 또는 특성은, 하나 이상의 실시예에서, 본 개시 내용으로부터 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
유사하게, 본 발명의 예시적인 실시예의 설명에 있어서, 본 발명의 다양한 특징은, 본 개시 내용을 효율적으로 하고 본 발명의 다양한 양태 중 하나 이상을 이해하는 것을 돕도록 단일 실시예, 도면, 또는 그 설명에서 때때로 함께 그룹화된다는 점을 인식해야 한다. 그러나, 이러한 개시 내용의 방법은, 청구 발명이 각 청구항에 명시적으로 언급된 것보다 많은 특징을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석해서는 안 된다. 오히려, 이하의 청구범위가 반영하는 바와 같이, 본 발명의 양태들은, 앞에서 개시되는 단일 실시예의 모든 특징보다 적은 특징 내에 있다. 따라서, 상세한 설명에 후속하는 청구범위는, 상세한 설명에 명백하게 포함되며, 각 청구항은 본 발명의 개별적인 실시예로서 독자적으로 기재된 것이다.
또한, 본원에서 설명되는 일부 실시예는, 일부 특징을 포함하지만, 다른 실시예에 포함된 다른 특징은 포함하지 않으며, 상이한 실시예들의 특징들의 조합은, 당업계의 통상의 기술자가 이해하듯이, 본 발명의 범위 내에 있으며, 상이한 실시예들을 형성한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 이하의 청구범위에서, 청구된 실시예들 중 임의의 것이 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
본원에 제공되는 설명에서는, 다수의 특정 세부 사항을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들이 이들 특정 세부 사항 없이도 실시될 수 있음을 이해할 수 있다. 다른 예들에서, 공지된 방법, 구조, 및 기술은, 이 설명의 이해를 모호하게 하지 않도록 상세하게 나타내지 않았다.
"기판"을 언급하는 본 발명의 실시예들에서는, 감지 요소들과 경합(contention) 수단을 포함하는 위치들의 한 세트를 참조한다. 예를 들어, 기판은, 단일 부품, 또는 연결가능한 부품들을 포함하는 적층 판을 포함할 수 있다. 기판은 웰 판일 수 있다. 또한, 기판은 적층된 웰들을 포함하는 기판일 수 있다.
"감지 요소"를 언급하는 본 발명의 실시예들에서는, 응답을 취득하고 측정하도록 샘플과 상호작용하는 세포 또는 감지 회로의 일부를 참조한다. 예를 들어, 본 발명을 참조하여 설명할 감지 요소는, 전극들의 세트, 예를 들어, 애노드와 캐소드를 형성하는 적어도 2개의 전극을 포함할 수 있는 "전극 어레이"를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이러한 감지 요소는, 커패시턴스, 인덕턴스 등과 같은 샘플의 전기적 특성을 측정하는 데 적합하다.
제1 양태에서, 본 발명은, 규정된 환경에서 생물학적 샘플과 같은 샘플에 대하여 예를 들어 전기화학적 측정 등의 측정을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은, 규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터, 및 복수의 웰을 포함하는 기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더를 포함하고, 시스템은 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하도록 구성된다. 시스템은, 연속적으로 또는 규칙적으로 측정된 전기화학적 데이터를 기준 데이터와 비교하고 상기 비교에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하기 위한 처리 수단을 포함한다.
따라서, 시스템은, 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 (예를 들어, 동력학에 관한 뷰(view)가 취득되게끔 선택된 또는 미리 정해진 시간 간격으로) 측정하도록 구성되고, 기준 데이터는 메모리에 포함될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 반응 측정 중에 활성 화합물을 첨가해야 하는 때를 시그널링하는 데 사용될 수 있다. 일 양태에서, 본 발명은, 또한, 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 시스템은 전기화학적 데이터를 연속적으로 측정하도록 구성되고, 시스템은, 연속적으로 측정된 전기화학적 데이터를 기준 데이터와 비교하고 상기 비교에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하기 위한 처리 수단을 더 포함한다. 후자가 유리한 이유는, 가능한 한 고 품질의 측정치를 취득하기 위해서는 활성 화합물을 제때에 첨가하여 신뢰도를 높이는 것이 중요하기 때문이다. 신뢰도가 높을수록, 약물 개발 프로세스를 더욱 최적화할 수 있다. (측정 웰에 세포 배양물을 첨가한 후의 수시간 및 분으로 되는) 정확한 순간은, 생체입자 유형, 실험실 조건, 인큐베이터 파라미터에 따라 다를 수 있다. 따라서, 기록된 데이터의 잠재적 산란을 감소시키도록, 본 발명의 실시예들은 첨가 순간을 결정하기 위한 온라인 측정 방법을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예들의 일부 예에 있어서, 실험 개시로부터 웰 내의 생체입자들에 대해 행해지는 광역 스펙트럼 임피던스 측정으로부터 유도되는 파라미터 값은 첨가 순간을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 파라미터의 값은 연속적이고 반복적인 측정을 통해 결정된다. 이 값의 시간에 따른 변화가 후속될 수 있고, 그 변화를 나타내는 곡선이 미리 결정된 특정한 곡선과 닮았을 때, 활성 화합물을 배양물에 첨가하기 위한 이상적인 순간에 도달한 것이다. 즉, 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간은, 연속적으로 또는 반복적으로 측정된 전기적 특성을 기준 데이터와 비교함으로써 결정될 수 있다. 이 프로세스는 자동화될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 첨가 시기를 자동으로 결정하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 또한, 시스템은, 예를 들어, 멀티 채널 피펫과 같은 전달 수단을 통해 활성 화합물을 자동으로 첨가하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 따라서, 결정된 순간에, 활성 화합물은, 획득 장비에 피드백 루프를 통해 연결된 장치에 의해 자동으로 첨가될 수 있다. 대안으로, 정확한 양의 화합물을 측정 웰에 첨가하는 인간 조작자에게 신호를 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 생체입자 행동의 후속 분석에 있어서, (활성 화합물을 첨가하는) 이 시점을, 세포 배양물에 대한 화합물의 효과를 조사하기 위한 기준점으로서 이용할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 상이한 웰들에 대한 종래의 전기적 경로를 갖는 종래의 웰 판들을 사용할 수 있지만, 특성화되는 특징은, 프로세스가 연속적으로 감시되고 활성 화합물이 생체입자들에 언제 전달되어야 하는지를 규정하도록 프로세스가 사용된다는 사실이다. 결정 과정에서, 선택적으로 환경 파라미터를 감지하는 센서의 데이터도 고려할 수 있다.
예시로서, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니며, 시스템의 표준 및 선택적 특징들을 이하에서 더 설명한다. 도 8은 인큐베이터(800)를 포함할 수 있는 시스템의 일례를 예시하며, 그 내부에는, 기판, 예를 들어, 웰 판(801)이 배치될 수 있다. 이 인큐베이터(800)는, 경합 구역(예를 들어, 웰)에 함유된 세포, 세포소기관, 엑소좀, 또는 바이러스와 같은 임의의 샘플이 온도, 습도, 및 CO2 및/또는 O2 수준, pH, 염분, 영양분 농도, 및 조명 정도 등의 제어되는 조건에서 유지되는 것을 보장할 수 있다. 이러한 요소들은, 세포 성장에 영향을 미칠 수 있으며, 또한, 웰 내의 세포에 첨가되는 활성 화합물과 같은 임의의 화합물과 세포 간의 상호작용에 영향을 미칠 수 있다. 추가로 설명하는 바와 같이, 인큐베이터는 환경 파라미터를 측정하는 수단 및 환경 파라미터를 변경 및 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 환경 센서가 기판의 일부일 수 있다고 전술하였지만, 대안으로 또는 이에 더하여, 이러한 환경 센서는, 또한, 시스템(800)에 직접 도입될 수 있고 또는 대안으로 존재하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 시스템은 기판을 유지하기 위한 기판 홀더(802)를 포함한다. 예를 들어, 전용 연결부를 갖는 커넥터(804)는, 통상적으로 기판(801)과 기판 홀더(802) 사이에 제공될 수 있고 또는 기판 홀더의 일부일 수 있다. 따라서, 커넥터는, 제1 양태에서 설명된 바와 같이 기판에 연결하도록 및 구동/판독 신호를 기판(801)에 제공/캡처하도록 전용될 수 있다.
시스템은, 또한, 데이터를 처리하기 위한 중앙 처리 유닛(CPU)과 같은 처리 수단(803)을 호스팅할 수 있다. 처리 수단(803)은, 로직 유닛(803)일 수 있고, 연결부(805)를 통해 시스템에 연결될 수 있다. 이하에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 처리 수단은, 소정 현상을 분석하도록 전용될 수 있고, 미리 정해진 현상의 분석을 다룰 수 있게끔 시스템을 조정하도록 사용자에 의해 교환될 수 있다. 로직 유닛(803)의 예시적인 실시예는 도 9에 도시되어 있다. 제1 구성요소는, 기록된 데이터를 처리하여 메모리 유닛(902)에 저장하고 이를 정확한 타임 스탬프 및 웰 ID에 첨부하는 데이터 처리 유닛(901)일 수 있다. 메모리 유닛(902)에 기록된 데이터는, 다수의 웰의 그룹들로부터 웰 판의 그 웰들의 각각으로부터 기록된 데이터를 포함할 수 있다. 다른 구성요소는, 측정되는 웰들의 각각에서 어떤 프로세스가 발생하고 있는지를 소정 정도의 신뢰도로 결정하도록, 메모리(902)로부터 단일 측정으로부터 기록된 데이터를 검색하고 미리 정의된 모델을 사용하여 데이터를 처리하는 데이터 처리 구성요소(903)이다. 데이터 처리는, 상이한 현상들을 선택 및 분석하도록 사용될 수 있는데, 예를 들어, 세포에 대한 화합물의 독성, GPC 수용체의 활성화 상태, G 단백질 공역형 수용체(GPCR), 수용체 티로신 키나아제(RTK), 이온 채널(IC), 핵 수용체(NR) 등의 수용체 활성화 및 억제, 신호 전달 캐스케이드의 해체, 미생물 생체막 형성, 억제, 또는 파괴, 바이러스 진입 모드, 및 총 바이러스 수치에 관한 정보를 도출하도록 프로그래밍되거나 전환될 수 있다. 로직 유닛의 제4 부품은, 이 절차의 결과를 이미지, 텍스트 데이터, 전자 신호, 또는 대안을 통해 사용자 또는 추가 장치에 출력하는 인터페이싱 유닛(904)이다. 드라이버와 같은 기타 모듈들은 로직 유닛(803)의 다른 실시예에 포함될 수 있다.
시스템은, 더욱 일반적으로, 각 실험의 필요에 따라 웰 판들과 로직 유닛들의 상이한 세트들이 상호교환될 수 있는 모듈형 시스템일 수 있다. 웰 판들의 상이한 세트들과 홀더 간의 연결부들을 호환성 있게 만들 수 있으며, 이는 상업적 이점을 제시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예의 특징을 도시한다. 본 발명에 따른 웰 판(801)은, 경합 수단(110)이라고도 하는 다수의 개별 웰, 및 판의 개별 웰들로부터의 개별 전기 신호를 베이스 유닛(802)에 전달하기 위한 커넥터(804) 또는 기타 수단을 포함할 수 있다. 각각의 개별 웰의 바닥에는, 2개 이상의 전극(금, 금으로 도금된 또는 다른 임의의 적절한 물질)의 세트를 포함하는 어레이(105)가 존재한다. 웰의 바닥에 존재하는 전극 어레이(105)의 개별 전극들 중 적어도 2개 사이에 신호(예를 들어, 전류 또는 전위)가 인가된다. 이는 예를 들어 웰 판의 아래에 위치하는 개별 DAC(1001)를 사용하여 행해지지만, 다른 실시예에서는 웰 판으로부터 떨어진 DAC를 제공할 수 있다. 이 DAC는, 웰 판의 바닥에 위치하는 전극 어레이(105)에 도전성 리드(103, 104)뿐만 아니라 개별 연결점(101, 102)도 사용하여 연결된다. 동시에, 양측 전극 어레이 사이에서 생성되는 결과적인 전류(및/또는 전위 신호)는, ADC(1002)를 사용하여 기록되고 디지털화된다. 이 ADC는, DAC(1001)와 동일한 하우징에 위치할 수 있지만, 다른 하우징에도 위치할 수 있다. DAC뿐만 아니라 ADC도, 각각 개별 웰의 바로 아래에 위치할 수 있지만, 어느 일측의 변환기 또는 양측 변환기의 먼 위치에도 위치할 수 있다. 아날로그 및/또는 디지털 신호는, 커넥터(804)를 통해 크레이들 유닛(802)에 전송될 수 있고 CPU 또는 다른 임의의 로직 유닛에 더 전송될 수 있다. 인가되는 신호는, 로직 유닛에서, 베이스 유닛(802)에서, 또는 웰 판 자체에서 생성될 수 있다.
따라서, 도 10에 도시한 바와 같이, 구동 및/또는 판독 회로는, 상이한 웰들 아래에, 또는 웰 판이 웰 판 홀더 내에 위치결정되는 경우에는 웰 판 아래의 웰들의 상이한 그룹들 아래에 위치결정될 수 있다. 전기 회로들은, 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들에 대하여 짧을 수 있고 실질적으로 동일할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들 아래에 개별 구동 및/또는 판독 회로들을 제공함으로써, 그 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들이 병렬로 어드레싱될 수 있다. 후자의 경우에 의하면, 전체 측정 시간이 감소된다. 상이한 측정 웰들 간에는 누화가 발생하지 않는다.
이들 구동 및/또는 판독 회로는, 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들을 시간적으로 평행하게 즉 동시에 판독하도록 구성될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 개별 웰들에서의 생체입자 반응의 측정은, 데이터 획득 장치에 동일한 방식으로 측정 웰들의 각각을 연결함으로써 정확하게 동일한 방식으로 수행될 수 있다. 이것은, 데이터 획득 전자 장치들을 판의 각각의 개별 웰 아래에 위치시키고 정확히 동일한 방식으로 웰 전극들에 연결함으로써 행해진다.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은, 기판, 예를 들어 웰 판 또는 복수의 적층된 웰을 포함하는 기판에 관한 것이다. 기판은, 웰들, 또는 더욱 일반적으로는, 생물학적 샘플 등의 샘플을 도입하고 전기적 측정 예컨대 전기화학적 측정을 수행하기 위한 경합 수단을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 적어도 2개의 개별 웰 또는 웰들의 적어도 2개 그룹에 대하여, 시스템은, 웰 내의 생체입자들의 전기적 파라미터를 전기적으로 특성화하도록 웰당 적어도 2개의 전극, 각 웰의 전극들과 기판의 배면에 있는 전기적 연결점들 간에 기판을 통한 도전성 경로를 제공하기 위한 전기적 리드들, 및 적어도 2개의 개별 웰 또는 웰들의 적어도 2개의 그룹을 구동 및/또는 판독 회로에 별도로 연결하기 위한 전기적 연결점들을 포함한다.
기판에 사용되거나 웰의 특정 형상 또는 수에 사용되는 특정 물질은 본 발명의 실시예들을 한정하지 않는다는 것을 이해할 것이다.
기판의 배면에 연결점을 사용함으로써, 웰들의 각각에 대해 더욱 동질한 전기적 연결 특성을 취득할 수 있다.
예시로, 도 1에서는, 예시적인 개별 웰이 개략적으로 도시되어 있으며, 2개의 개별 전극 연결점(101, 102), 연결점들(101, 102) 간의 전기적 접촉을 제공하는 2개의 도전성 리드(103, 104), 및 파라미터(이 경우, 전기적 파라미터), 예컨대, 샘플(106), 예를 들어, 세포, 엑소좀, 바이러스, 세포소기관 등의 생체입자들의 임피던스, 커패시턴스, 인덕턴스, 저항 등의 미리 정해진 전기적 파라미터의 값을 특성화하기 위한 전극 어레이 등의 감지 요소(105)를 갖는, 웰을 포함하는 기판(100)의 일부를 도시한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 측정 데이터를 구동 및/또는 판독하는 데 사용되는 전기적 연결점들은, 기판, 예를 들어, 웰 기판의 배면에 위치결정되며(이러한 특정 위치는 도 1의 개략도에 도시되어 있지 않지만 다른 도에서는 도시되어 있음), 기판을 통과하는 도전성 리드들을 통해 전극들과 연결된다. 도 1에 도시한 구체적인 예의 어레이(105)는 전극들의 교차 어레이(interdigitated array)이지만, 다른 임의의 적절한 어레이를 사용할 수 있다. 생체입자들(106)은, 웰 내에 위치결정된 측정용 전극 어레이(105) 상에 제공될 수 있다. 웰은, 또한, 통상적으로, 어레이 외부의 변위 또는 교차 오염을 피하도록 직립 벽을 갖는다.
도 2는 직립 벽(110)을 갖는 복수의 웰(201)을 포함하는 예시적인 기판(100)의 단면을 도시한다. 각 웰(201)의 바닥(202)은 도 1의 전극 어레이를 포함할 수 있다. 다른 실시예들은, 연결가능한 웰들의 스택을 포함할 수 있으며, 이러한 스택을 통해 도전성 리드들이 또한 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 도전성 리드들(103, 104)은, 기판의 상부에 있는 감지 요소들(105)을 구동 회로, 판독, 아날로그 대 디지털 변환기(ADC), 디지털 대 아날로그 변환기(DAC), 이들의 조합 등의 기판의 배면에 있는 추가 회로와 연결할 수 있도록 기판의 기판(100)을 통해 기판의 배면으로의 도전성 경로를 제공한다.
도 3은 기판(300)의 평면도이다. 기판(300)의 표면은 감지 요소들(105)을 포함하는 복수의 웰로 덮힌다. 예를 들어, 본 실시예에서, 감지 요소들(105)은 복수의 전극 어레이일 수 있다. 복수의 전극 어레이는, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 12×8 행렬인 행과 열로 고르게 분포될 수 있지만, 다른 임의의 적절한 분포(예를 들어, 육각형, 선형 등) 및 웰의 수도 가능하다. 각각의 전극 어레이는, 도 4에 도시된 연결점들(101, 102)을 향하여 기판(100)을 통과하는 한 쌍의 도전성 리드(103, 104)에 연결된다.
따라서, 도 4는 웰 판의 배면도이다. 개별 연결점들(101, 102)은 판(300)의 배면에 도시되어 있다. 전극 어레이들(105)은 웰 판의 대향(상부측)면에 배치된다. 도전성 리드들은, 기판(100)을 통해 연결점들과 전극 어레이들(105) 간의 전기적 접촉을 제공한다.
기판을 통한 이러한 연결은 도 5에서 상부 사시도로 도시되어 있다. 이 도에서는, 기판(100)의 투시도가 도시되어 있다. 도전성 리드들(103, 104)은, 기판의 상부와 내부에 예를 들어 비아(via)로서 제공된다. 복수의 도전성 리드는 각각 동일한 길이를 가질 수 있다. 각각의 전극 어레이를 추가 회로에 연결하도록 상이한 길이의 와이어를 사용할 필요가 없으며, 이는 공간을 감소시키고 웰들의 밀도를 증가시키며, 또한 도전체에 의해 반송되는 신호들의 차이를 감소시킨다. 따라서, 전극 어레이가 장치의 어느 위치에 있더라도, 리드를 통한 동일한 신호의 특성은, 리드들의 길이의 차가 존재하지 않기 때문에, 각 전극 어레이에 대해 동일하다. 따라서 모든 구동 또는 측정 신호는 리드의 상이한 저항에 의한 영향을 받지 않는다. 병렬 측정이 정확하게 수행될 수 있으며, 이는 시간을 절약하고, 각 전극 어레이에 대한 캘리브레이션의 필요성이 감소되거나 심지어 제거될 수 있다.
연결점들(103, 104)의 각각은, 웰들의 각각에 대하여, 예를 들어, 2개의 개별 웰 또는 웰들의 2개의 그룹에 대하여 개별적일 수 있으며, 별도의 구동 회로 또는 판독 회로가 제공될 수 있는 개별 웰들의 실질적으로 아래에 제공될 수 있다. 따라서, 연결점들이 모든 개별 웰에 대하여 제공되는 일부 실시예에서, 각각의 모든 웰은 동일한 전기적 특성 (동일한 자기 인덕턴스, 동일한 손실, 동일한 저항)을 갖고, 이는 추가 회로에 대한 매우 동질한 연결성을 제공하여, 전자 신호 및 데이터 품질을 개선하게 된다.
이러한 방식으로, 상이한 웰들에 대한 구동 및/또는 판독 회로용 회로들의 차이가 감소되거나 심지어 회피되어, 캘리브레이션의 필요성이 감소된다. 종래 기술의 장치에서는, 정확한 측정을 수행해야 하는 경우 하나 이상의 웰을 캘리브레이션 전용으로 할 필요가 있지만, 본 발명에서는, 실제 측정을 위해 더 많은 웰 또는 모든 웰을 사용할 수 있다.
개별 웰들 사이의 또는 동일한 그룹 내의 개별 웰들 사이의 거리는 동질할 수 있다. 감지 영역(예를 들어, 웰)과 임의의 추가 (구동 및/또는 판독) 회로에 대한 연결부 간의 거리는, 모든 웰에 대해 동일할 수 있으며, 예를 들어, 판의 기판(100)의 폭만큼 짧을 수 있다. 도 6은, 기판(100)을 통한 비아를 형성하는 도전성 리드를 통해 감지 요소(105)에 연결되는 연결점(101, 102)을 도시하는 판의 투명한 배면측 사시도를 도시한다.
일부 실시예(도시되지 않음)에서, 도전성 리드들은 기판의 상부에서 전혀 이어지지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 리드들은, 전극 어레이 또는 감지 요소를 기판을 통해 판의 배면에 직접 연결할 수 있다.
판은, 도 2에 도시된 바와 같이 오목부, 볼록부, 또는 심지어 블라인드 홀(201) 등의 경합 구역들을 포함할 수 있고, 감지 요소(예컨대, 전극 어레이)는, 이러한 구역들의 바닥에, 부착될 수 있고, 탈착가능하게 부착될 수 있고, 성막(deposit)될 수 있고, 또는 일반적으로 배치될 수 있다. 도전성 리드들은, 이러한 오목부의 바닥에 있는 임의의 감지 요소를 하나 이상의 연결점에 직접 연결할 수 있다.
판은, 또한, 실질적으로 평평할 수 있다. 판은 적층된 판일 수 있다. 판 물질은, 폴리머, 유리, 합성물, 테플론, 또는 반도체 물질계 기판일 수 있고, 또는 다른 임의의 적절한 물질로 제조될 수 있다.
도 7은, 웰 판의 바닥 부분, 전극 어레이들과 같은 감지 요소들(105)을 포함하고 도전성 리드들과 연결점들을 더 포함하는 감지 층(701)을 예시하고 웰들의 벽들을 예시하는, 본 발명의 구체적인 실시예의 분해도를 도시한다. 기판의 일부는, 경합 구역들로서 기능하는 복수의 구조, 예를 들어, 폴리머, 유리, 합성물, 테플론 등일 수 있는 복수의 중공 실린더를 포함한다. 본 발명은 다른 임의의 다른 적절한 형상, 예를 들어, 밀도와 패키징을 증가시키기 위한 프리즘을 사용할 수 있으며, 분포 및 형성 물질은, 각 측정 구역 간의 열적 접촉을 증가 또는 감소시키도록 선택될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 기판은, 또한, (서모커플, 서모파일, 적외선 센서 등을 통한) 온도, 습도, CO2 함량, pH, 산소 함량, 영양분 농도, 염도, 조명 등을 측정하기 위한 환경 파라미터 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 추가 센서 또는 센서들은 기판 내의 환경 파라미터를 직접 측정할 수 있다. 후자의 경우인 센서들이 유리한 이유는, 생물학적 입자들이 평가되는 위치에 가까운 파라미터의 결정을 가능하게 하기 때문이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 이점은, 모든 센서가 기판(100)을 통해 모두 실질적으로 동일한 길이를 갖는 도전성 리드를 사용하여 추가 판독/구동 회로에 연결될 수 있다는 점이다. 다수의 웰에 대한 연결점들이 그룹화되더라도, 본 발명의 실시예들에 따르면, 이러한 연결점들은, 전기적 경로들의 길이의 가변성이 종래의 웰 판에서보다 현저하게 작도록 선택된다. 전기적 연결부들의 길이의 가변성이 더욱 작기 때문에, 더욱 정확한 측정을 취득할 수 있다. 상이한 웰들에 대해 상이한 연결점들을 제공함으로써, 병렬 측정을 수행할 수 있다. 또한, 전기적 연결부들의 길이가, 상이한 웰들에 대해 유사하거나 동일할 수 있으므로, 매우 정밀한 캘리브레이션을 위한 필요성이 감소되거나 제거된다.
제3 양태에서, 본 발명은, 규정된 환경에서 생물학적 샘플 등의 샘플에 대해, 측정, 예를 들어, 전기화학적 측정을 수행하기 위한 시스템을 포함한다. 시스템은, 전술한 바와 같이 규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터 및 기판 홀더를 포함한다. 시스템은, 또한, 상이한 회로들을 통해 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들을 별도로 구동 및/또는 판독하기 위한 복수의 구동 및/또는 판독 회로를 포함한다. 시스템은, 또한, 상기 복수의 구동 및/또는 판독 회로를 기판의 배면에 있는 상이한 전기적 연결점들에 연결함으로써 기판의 개별 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들의 상이한 전극들과 연결하기 위한 전기적 연결 수단을 포함한다.
본 발명의 실시예들의 추가 특징과 이점은 제1 양태의 실시예들의 특징과 이점에 대응할 수 있다.
제1 양태, 제2 양태, 및 제3 양태의 실시예들에서는 선택적으로 환경 파라미터가 감지되고 고려되는 기판과 시스템을 설명하고 있지만, 본 발명은, 또한, 일 양태에서, 또한 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들에 대한 전기적 경로 길이가 종래의 웰 판으로부터 공지된 바와 같은 기판 및 시스템에 관한 것이지만, 이러한 기판 또는 시스템은, 환경 파라미터를 감지하기 위한 환경 파라미터 센서를 특징으로 한다. 이러한 환경 파라미터는, 온도, 습도, CO2 수준, O2 수준, pH, 염분, 영양분 농도, 및 조명 정도 중 하나 이상일 수 있다. 시스템은, 취득된 측정값을 추가 처리하기 위해 측정된 환경 파라미터를 고려하도록 이루어질 수 있다. 상술한 바와 같이, 환경 파라미터 센서는, 온도 센서, 가스 함량 또는 조성 센서, 습도 센서, 조사 센서, pH 센서, 염분 센서, 영양분 농도를 결정하기 위한 센서 등일 수 있다. 구체적인 일례는 서모커플 Pt100일 수 있지만, 다른 감지 요소도 사용할 수 있다. 조건의 측정은, 시간 경과에 따라 변하는 인큐베이터 내의 변하는 조건들 또는 볼륨 내의 기판의 위치를 유리하게 처리할 수 있게 한다. 시스템은, 데이터 수집의 전과 도중에 배양물의 온도를 연속적으로 또는 반복적으로 측정할 수 있다. 유리하게, 시스템은, 임피던스 데이터를 기록할 수 있고, 또한, 동시에, 웰 판에 또는 웰 판 근처에 혹은 인큐베이터에 내장된 센서를 사용하여 환경 파라미터를 측정 및 저장할 수 있다. 이어서, 이러한 온도 데이터는 기록된 데이터를 해석하기 위한 제2 단계에서 사용된다. 이것은 알고리즘으로의 입력을 나타내며 장치의 출력에 대한 불확실성을 감소시킨다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 시스템은, 규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터, 및 복수의 웰을 포함하는 기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더를 포함하고, 시스템은, 전기화학적 측정 데이터를 수신하고 특정 현상에 관한 정보를 유도하도록 이루어진 전환가능 또는 교체가능 처리 수단을 포함한다. 따라서, 시스템은 전용 처리 수단을 사용하도록 이루어질 수 있고, 전용 처리 수단은 특정 현상에 관한 정보를 유도하도록 이루어진다. 이러한 방식으로, 시스템은, 전용 처리 수단을 특정 현상의 검출로 전환함으로써 쉽게 조정될 수 있다. 전용 프로세서가 제공될 수 있는 상이한 현상의 예로는, 세포에 대한 화합물의 독성, 수용체 활성화 및 억제, 신호 전달 캐스케이드의 해체, 미생물 생체막 형성/억제/파괴, 및 바이러스 진입 모드 및/또는 총 바이러스 수치가 있다. 본 발명의 실시예들의 이점은, 전용 처리 수단을 사용함으로써, 생성되는 데이터 및 분석의 정확성과 신뢰성이 높을 수 있다는 점이다. 또한, 일부 실시예에 따르면, 임피던스 관련 값의 시계열을 포함하는 시간 그래프를 더 이상 제공하지 않고 발생하는 현상에 대한 결정 및 이러한 결정의 중요성을 직접적으로 제공하는 장치에 의해 추가적인 견고성을 취득할 수 있다. 이는, 장비에서 취득되는 EIS 신호의 해석을 포함함으로써 달성된다.
따라서, 이점은, 웰 판의 위치설정, 고정, 및 접촉에 사용되는 기판 홀더가 모든 유형의 조사에 사용될 수 있다는 것이다. 그러나, 이 기판 홀더에는, 조사할 현상의 유형에 특정된 특정 CPU 유닛을 연결해야 한다. 따라서, 분석할 현상을 전환하기 위해서는, 간단하게 다른 처리 수단을 기판 홀더에 연결할 수 있다. 이는, 시간 경과에 따라 발전할 수 있는 유연성을 연구실에 제공할 뿐만 아니라, 예를 들어 약물 개발 프로세스에서 요구되는 숙련된 직원의 수를 줄임으로써 비용도 절감할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 데이터, 예를 들어, 데이터의 시계열의 분석은 자동화된 방식으로 수행될 수 있다. 이것은, 다양하고 광범위한 조사에 임피던스 측정 장치를 더 이상 사용할 수 없는 새로운 방안에 의해 가능하지만, 오히려 특정 프로세스를 식별하는 데 공정에 중점을 둔다. 따라서, 일부 실시예에서, 시스템은, 임피던스 관련 값들의 시계열을 포함하는 시간 그래프를 더 이상 제공하지 않으며, 발생하는 현상의 본질이 어떠한 것인지에 대한 결정 및 이 결정의 중요성만을 제공한다. 이는, 일부 실시예에서 장비에서 취득되는 (전개된) EIS 신호의 해석을 포함함으로써 달성된다. 이러한 해석이 외부 영향에 의해 모호해지는 것을 피하기 위해, 해석 알고리즘은 환경 변수를 고려할 수 있다. 이처럼, 일부 실시예에 따르면, 시스템은, 신뢰할 수 있는 결정을 내리도록 해석 알고리즘에서 양측 소스의 데이터 피드와 환경 파라미터 등의 다른 데이터와 동시에 임피던스 데이터를 수집한다.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은, 또한, 현상에 관한 정보를 유도하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품은, 생체입자들의 전기적 특성의 측정에 관한 정보 및 기판에서 측정되는 환경 파라미터 또는 활성 화합물이 생체입자들에 첨가된 때로 결정된 순간 중 적어도 하나에 관한 정보를 수신하도록 이루어진다. 컴퓨터 프로그램 제품은, 또한, 상기 현상에 관한 정보를 유도하도록 상기 수신된 정보를 처리하도록 이루어진다. 전기적 특성 측정 동안 및/또는 활성 화합물의 첨가 순간에 존재하였던 환경 파라미터들을 고려함으로써, 연구되고 있는 현상에 관한 더욱 정확한 정보를 취득할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 연구 대상 현상은, 세포에 대한 화합물의 독성, 수용체 활성화 및 억제, 신호 전달 캐스케이드의 해체, 미생물 생체막 형성/억제/파괴, 및 바이러스 진입 모드 및/또는 총 바이러스 수치 중 하나 이상일 수 있다. 수용체 활성화 및 억제는, G 단백질 공역형 수용체(GPCR)의 수용체 활성화 및 억제, 수용체 티로신 키나아제(RTK)의 수용체 활성화 및 억제, 이온 채널(IC)의 수용체 활성화 및 억제, 또는 핵 수용체(NR)의 수용체 활성화 및 억제를 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은 프로세서에 저장될 수 있다. 이러한 프로세서의 한 구성은, 예를 들어, RAM, ROM 등과 같은 적어도 한 형태의 메모리를 포함하는 메모리 서브시스템에 결합된 적어도 하나의 프로그래밍가능 연산 구성요소를 포함할 수 있다. 연산 구성요소 또는 연산 구성요소들은, 범용 또는 전용 연산 구성요소일 수 있고, 예를 들어 다른 기능을 수행하는 다론 구성요소를 갖는 칩과 같은 장치에 포함될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 본 발명의 하나 이상의 양태는, 디지털 전자 회로로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같은 장치 또는 시스템의 각 기능은 컴퓨터로 구현된 단계일 수 있다. 따라서, 이와 같은 프로세서는 종래 기술이지만, 전술한 바와 같이 장치 또는 시스템의 기능의 양태를 구현하기 위한 명령어를 포함하는 시스템은 종래 기술이 아니다. 따라서, 본 발명은, 연산 장치에서 실행되는 경우 본 발명에 따른 장치 또는 시스템 중 임의의 것의 기능을 제공하는 컴퓨터 프로그램 제품도 포함한다.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은, 예를 들어, 전술한 바와 같은 시스템 또는 장치를 사용하여 생체입자들의 전기적 측정을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품을 반송하기 위한 데이터 캐리어에 관한 것이다. 이러한 데이터 캐리어는, 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있으며, 프로그래밍가능 프로세서에 의한 실행을 위한 기계 판독가능 코드를 반송할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 연산 수단에서 실행되는 경우 전술한 바와 같은 장치 및 시스템에 대해 설명된 기능들 중 임의의 것을 실행하기 위한 명령어를 제공하는 컴퓨터 프로그램 제품을 반송하는 반송 매체(carrier medium)에 관한 것이다. "반송 매체"라는 용어는, 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여하는 임의의 매체를 가리킨다. 이러한 매체는, 비휘발성 매체와 전송 매체를 포함하지만 이에 한정되지 않는 많은 형태를 취할 수 있다. 비휘발성 매체는, 예를 들어, 대용량 저장 장치의 일부인 저장 장치 등의 광 디스크 또는 자기 디스크를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체의 일반적인 형태는, CD-ROM, DVD, 플렉시블 디스크 또는 플로피 디스크, 테이프, 메모리 칩, 또는 카트리지, 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 다른 임의의 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 매체의 다양한 형태는, 실행을 위해 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 프로세서에 반송하는 것과 관련될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은, 또한, LAN, WAN, 또는 인터넷과 같은 네트워크에서 반송파를 통해 전송될 수 있다. 전송 매체는, 전파 및 적외선 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 음향파 또는 광파의 형태를 취할 수 있다. 전송 매체는, 컴퓨터 내에 버스를 포함하는 와이어를 비롯하여, 동축 케이블, 구리 와이어, 및 광섬유를 포함한다.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은, 또한, 생체입자들의 전기적 특성을 측정하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 규정된 환경에서 생체입자들에 대한 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하는 단계, 연속적으로 또는 규칙적으로 측정된 전기화학적 데이터를 기준 데이터와 비교하는 단계, 상기 비교에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하는 단계, 및 결정된 순간에 활성 화합물을 첨가하는 단계를 포함한다.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은, 전술한 바와 같이 생체입자들의 전기적 특성을 측정하는 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
예시로, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 예시적인 결과는 부유액 내의 세포들의 특성화 가능성을 나타낸다.
놀랍게도, 광역 스펙트럼의 전기화학적 임피던스 분광을 사용함으로써, 부유액 내의 세포들의 성장을 감시할 수 있고, 본 예에서는 부유된 포유동물 세포들의 성장을 감시할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 부착성 세포 배양물에 대한 전기화학적 임피던스 분광을 사용하여 세포 성장을 감시하는 것은 알려져 있지만, 이는 부유된 세포 구조에 해당하는 사항이 아니다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 광역 스펙트럼이 기록되는 것이 결정될 수 있는 적절한 주파수를 사용함으로써 그리고 임피던스의 크기(│Z│)를 사용하고 임피던스의 위상각(θ)도 고려함으로써, 양호한 특성화를 수행할 수 있다.
이러한 값들은, 위상 각을 무시하면서 아래의 수식에 의해 규정된다.
일반적으로, EIS를 사용하는 부착성 세포의 성장 감시는 10kHz 내지 50kHz의 주파수에서 │Z│를 사용하여 행해진다. 그러나, 이것은 부유된 세포 배양물을 사용할 때 만족할만한 결과를 주지 못한다. 그 이유는, 도 11에 도시한 바와 같이, 10kHz 내지 50kHz보다 넓은 임피던스 스펙트럼에 걸친 성장 중 │Z│의 편차를 관찰함으로써 알 수 있다. 도 11은, 24시간 동안 성장하도록 남겨둔 20000개의 초기 세포의 Jurkat 세포 배양물의 임피던스 스펙트럼을 30분마다 기록함으로써 취득된 100Hz 내지 60kHz에서의 │Z│의 상대 표준 편차를 도시한다. 이 그래프에 의하면, │Z│에 대한 세포 성장의 최대 영향이 2kHz 미만의 주파수에 위치하며 10kHz 내지 50kHz에는 위치하지 않는다는 점이 명백해진다. 결과적으로, 기존의 주파수 대역을 사용하는 측정 시스템은, 최적의 주파수 범위를 사용하여 취득되는 신호 강도보다 최대 5배 약한 신호 강도를 갖는다. 결과적인 감도 차는 도 12에 예시되어 있다. 여기서, 50kHz에서 │Z│를 감시하는 것은 상이한 세포 집단들을 구별하기 위한 충분한 분해능을 전달하지 못한다는 점을 명백하게 알 수 있다. 2kHz에서는, 이러한 구별이 명확하게 나타난다. 적절한 주파수에서 │Z│를 감시하는 것은 상이한 세포 집단들을 구별하는 가능성을 전달하지만, │Z│의 거동은, 자연적으로 감소하고, 따라서 증가하는 세포 집단과 직관적으로는 관련이 없다.
이것은 완전한 임피던스(Z)의 θ 성분을 사용함으로써 해결될 수 있다. 임피던스 스펙트럼에 대한 성장 동안의 θ의 편차는 도 13에 제시되어 있다. 도 13은, 24시간 동안 성장하도록 남겨둔 20000개의 초기 세포의 Jurkat 세포 배양물의 임피던스 스펙트럼을 30분마다 기록함으로써 취득된 100Hz 내지 60kHz에서의 θ의 상대 표준 편차를 도시한다. θ의 경우, 50kHz를 초과하는 주파수는 세포 성장에 가장 민감한 것으로서 식별될 수 있다. 이것은 도 14에 도시된 바와 같이 시간 경과에 따라 θ의 전개를 초래한다. 도 14는, 50kHz에서 20000, 10000, 5000개 세포의 초기 집단을 갖는 Jurkat 세포 배양물의 세포 성장 동안 θ의 전개를 도시한다. 이것은, 상이한 세포 집단들 간의 명확한 구별을 제공할 뿐만 아니라 성장하는 세포 집단과 감시되는 파라미터 간의 직관적 관계도 유지한다. Toledo, 2138, BV173, MV-4-11, KG1a, Ramos, 및 Molm13 세포주 및 말초혈액 단핵세포(PBMC)를 사용하여 유사한 결과를 취득하였다. 이러한 일례로, PBMC의 상이한 세포 집단들에 대한 θ의 전개가 도 15에 도시되어 있다. 도 15는, 50kHz에서 100000, 50000, 및 25000개 세포인 초기 집단을 갖는 PBMC 배양물의 세포 성장 동안 θ의 전개를 도시한다.
Claims (32)
- 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 시스템으로서,
규정된 환경에서 전기화학적 측정을 수행하기 위한 인큐베이터, 및
복수의 웰(well)을 포함하는 기판을 유지하도록 상기 인큐베이터 내에 위치결정된 기판 홀더를 포함하고,
상기 시스템은 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하도록 구성되고,
상기 시스템은, 연속적으로 또는 규칙적으로 측정된 상기 전기화학적 데이터를 기준 데이터와 비교하고 상기 비교에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하기 위한 처리 수단을 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 시스템은, 결정된 상기 첨가 순간에 상기 웰에 활성 화합물을 자동 전달하기 위한 전달 수단을 더 포함하는, 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시스템은 적어도 2디케이드의 주파수 스팬에 걸쳐 임피던스 데이터를 측정하도록 이루어지고, 1디케이드당 적어도 2개의 측정 지점이 기록되는, 시스템.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 수단은, 상기 웰 내의 상기 생체입자들에 대하여 행해지는 광역 스펙트럼 임피던스 측정으로부터 유도되는 파라미터 값에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 상기 첨가 순간을 결정하도록 이루어진, 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 광역 스펙트럼 임피던스 측정은, 적어도 100Hz 내지 50kHz의 주파수 범위, 예컨대, 적어도 10Hz 내지 80kHz의 주파수 범위, 예를 들어, 적어도 1Hz 내지 100kHz의 주파수 범위를 잇는 임피던스 측정에 대응하는, 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 임피던스의 크기와 위상 모두를 포함하는 임피던스 데이터를 측정하도록 이루어진, 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 용액 내의 생체입자들에 대한 전기화학적 데이터를 측정하도록 이루어진, 시스템.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 수단은 특정 현상에 관한 정보를 유도하도록 이루어진, 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 처리 수단은, 세포에 대한 화합물의 독성, G 단백질 공역형 수용체(GPCR), 수용체 티로신 키나아제(RTK), 이온 채널(IC), 핵 수용체(NR) 등의 수용체 활성화 및 억제, 신호 전달 캐스케이드의 해체, 미생물 생체막 형성/억제/파괴, 또는 바이러스 진입 모드 및 총 바이러스 수치 현상들 중 하나에 관한 정보를 유도하도록 이루어진 전환가능 모듈인, 시스템.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 처리 수단은, 상기 웰에 상기 활성 화합물을 전달하도록 결정된 상기 첨가 순간을 고려하여 상기 현상에 관한 상기 정보를 결정하도록 이루어진, 시스템.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 인큐베이터 내의 환경 파라미터를 감지하기 위한 환경 파라미터 센서를 더 포함하고,
상기 환경 파라미터는, 온도, 습도, CO2 수준, O2 수준, pH, 염분, 영양분 농도, 및 조명 정도 중 하나 이상인, 시스템. - 제11항에 있어서, 상기 처리 수단은 상기 환경 파라미터를 고려하여 상기 현상에 관한 상기 정보를 결정하도록 이루어진, 시스템.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은,
상이한 회로들을 통해 상이한 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들을 별도로 구동 및/또는 판독하기 위한 복수의 구동 및/또는 판독 회로, 및
상기 복수의 구동 및/또는 판독 회로를 상기 기판의 배면측에 있는 상이한 전기적 연결점들에 연결함으로써 상기 기판의 개별 웰들 또는 웰들의 상이한 그룹들의 상이한 전극들과 연결하기 위한 전기적 연결 수단을 더 포함하는, 시스템. - 제13항에 있어서, 상기 구동 및/또는 판독 회로들은, 전기 회로들이 짧을 수 있고 상기 상이한 웰들 또는 상기 웰들의 상이한 그룹들에 대하여 실질적으로 동일하도록, 상기 상이한 웰들의 실질적으로 아래에 또는 상기 기판이 상기 기판 홀더에서 위치결정되는 경우 상기 기판 아래의 상기 웰들의 상이한 그룹들의 실질적으로 아래에 위치결정되는, 시스템.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 구동 및/또는 판독 회로들은, 상이한 웰 또는 웰들의 상이한 그룹들을 시간적으로 평행하게, 즉, 동시에 판독하도록 구성된, 시스템.
- 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 각 구동 및/또는 판독 회로는 아날로그 대 디지털 변환기 및 데이터 획득 구성요소를 포함하는, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 시스템은, 웰의 전기화학적 측정 데이터를 획득하고 상기 기판의 다른 웰의 캘리브레이션 데이터를 고려하지 않고서 상기 전기화학적 측정 데이터를 처리하도록 이루어진, 시스템.
- 생체입자들의 전기적 특성을 측정하는 방법으로서,
규정된 환경에 있는 상기 생체입자들에 대한 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하는 단계,
연속적으로 또는 규칙적으로 측정된 상기 전기화학적 데이터를 기준 데이터와 비교하는 단계,
상기 비교에 기초하여 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하는 단계, 및
결정된 상기 첨가 순간에 상기 활성 화합물을 첨가하는 단계를 포함하는, 방법. - 제18항에 있어서, 상기 전기화학적 데이터를 연속적으로 또는 규칙적으로 측정하는 단계는 적어도 2디케이드의 주파수 스팬에 걸쳐 임피던스 데이터를 측정하는 단계를 포함하고, 1디케이드당 적어도 2개의 측정 지점이 기록되는, 방법.
- 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 활성 화합물을 첨가하기 위한 첨가 순간을 결정하는 단계는 상기 웰 내의 상기 생체입자들에 대하여 행해지는 광역 스펙트럼 임피던스 측정으로부터 유도되는 파라미터 값에 기초하는, 방법.
- 제20항에 있어서, 상기 광역 스펙트럼 임피던스 측정은, 적어도 100Hz 내지 50kHz의 주파수 범위, 예컨대, 적어도 10Hz 내지 80kHz의 주파수 범위, 예를 들어, 적어도 1Hz 내지 100kHz의 주파수 범위를 잇는 임피던스 측정에 대응하는, 방법.
- 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기화학적 데이터를 측정하는 단계는 임피던스의 크기와 위상 모두를 포함하는 임피던스 데이터를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 특정 현상에 관한 정보를 유도하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 방법은, 세포에 대한 화합물의 독성, G 단백질 공역형 수용체(GPCR), 수용체 티로신 키나아제(RTK), 이온 채널(IC), 핵 수용체(NR) 등의 수용체 활성화 및 억제, 신호 전달 캐스케이드의 해체, 미생물 생체 막 형성/억제/파괴, 또는 바이러스 진입 모드 및 총 바이러스 수치 현상들 중 하나에 관한 정보를 유도하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 방법은, 상기 웰 내의 상기 활성 화합물을 전달하도록 결정된 상기 첨가 순간을 고려하여 상기 현상에 관한 상기 정보를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 인큐베이터 내의 환경 파라미터를 감지하는 단계를 포함하고,
상기 환경 파라미터는, 온도, 습도, CO2 수준, O2 수준, pH, 염분, 영양분 농도, 및 조명 정도 중 하나 이상인, 방법. - 제23항 또는 제24항에 종속하는, 제26항에 있어서, 상기 방법은 상기 환경 파라미터를 고려하여 상기 현상에 관한 상기 정보를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제18항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상이한 웰 또는 웰들의 상이한 그룹들을 시간적으로 평행하게, 즉, 동시에 판독하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 웰의 전기화학적 측정 데이터를 획득하고 상기 기판의 다른 웰의 캘리브레이션 데이터를 고려하지 않고서 상기 전기화학적 측정 데이터를 처리하는, 방법.
- 생체입자들의 전기적 특성을 측정하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 연산 수단에서 실행되는 경우, 제18항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 이루어진, 컴퓨터 프로그램 제품. - 부착성 세포 배양물의 성장을 감시하기 위한 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 시스템의 용도.
- 부유된 세포 배양물의 성장을 감시하기 위한 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 시스템의 용도.
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