RU1776352C - Устройство дл отбора биологических клеток - Google Patents

Abstract

Изобретение предназначено дл  отбора биологических клеток. С целью повышени  точности отбора клеток заданных размеров имеетс  базис с проточной камерой и различные средства дл  выделени  и удержани  отобранных клеток с направителем потока. 3 з. п. ф-лы, 17 ил.

Description

Изобретение относитс  к Оборудованию и способам разделени  биологических клеток.

Цель изобретени  - повышение точности отбора клеток заданных размеров

На фиг. 1 изображена решетка дл  отбора клеток, общий вид; на фиг. 2 - сечение отверстий решетки; на фиг. 3 - то же; на фиг. 4 - npoiочна  камера, общий вид; на фиг, 5 - базис дл  решетки; на фиг. 6 - устройство дл  отбора клеток в сечении, вид сбоку; на фиг. 7 - устройство с направителем потока; на фиг 8 - вариант проточной камеры с оптическим анализатором; на фиг. 9 - вариант базиса дл  решетки с проточной камерой , общий вид, на фиг. 10 - вид А на фиг, 11; на фиг 11 - устройство с приспособлением дл  получени  разности давлений; на фиг. 12 - то же в сечении; на фиг. 13 - вариант проточной камеры с базисом: на фиг. 14 - вариант решетки дл  клеток; на фиг 15 - элемент решетки дл  клеток: на Фиг 16 - устройство дл  отделени  клеток, сканировани  и анализа на фиг 17 - вариант решетки дл  клеток с электромагнитным приспособлением.

Решетка 1 клеток может иметь различные конфигурации апертур или отверстий 2, равно как и способов, по которым они размещаютс . Размеры отверстий выбраны таким образом, чтобы они могли принимать лимфоциты, среди которых имеютс  клетки двух основных размеров, составл ющих около 7 мкм и около 10-15 мкм. На верхней поверхности стороны решетки 1 апертур имеют размер поперечного сечени , составл ющий приблизительно 10 мкм. Апертуры на нижней поверхности решетки имеют поперечное сечение, равное приблизительно 6 мкм. Боковые стенки апертур могут сходитьс  непрерывно или ступенчато.

В общем случае апертура должна иметь такую форму, чтобы либо на ее нижней стороне или в поперечном сечении, расположенном между сторонами решетки, размер этого сечени  оказывалс  бы меньшим, чем на верхней стороне, так чтобы искома  клетка , вход ща  в апертуру, не могла бы пройти насквозь через отверстие а вместо этого

s

Ј

VI VI Os

со

(Я

ю

СлЭ

задерживалась бы внутри Кроме этого, очень важно ограничить толщину решетки между ее сторонами дл  предотвращени  возможности смывани  клетки при осуществлении операции промывани .

Отверсти  2 в решетке 1 расположены, например, р дами и колоннами дл  того, чтобы обеспечить возможность четкой идентификации положени  каждого отверсти  2, например, по их координатам по ос м X и Y в плоскости решетки. Количество отверстий выбираетс  в зависимости от числа клеток, которое будет переноситьс . Решетка 1 может иметь круговую периферическую поверхность (фиг. 12). Решетка имеет множество ушек 3, предназначенных дл  установки в фиксирующие элементы 4.

Решетка 1 может быть выполнена из любого материала, например, их металлов, таких как медь, золото, никель, серебро и других, или из пластических материалов, которые могут быть снабжены участками, обладающими электропроводностью. Таким образом, можно воздействовать электрическим потенциалом на любое из отверстий, содержащее клетку, дл  того, чтобы обеспечить взаимодействие с электрическим зар дом самой клетки. Посредством регулировани  потенциала в различных отверсти х можно обеспечить электрическое св зывание наход щихс  в них клеток, равно как и высвободить их.

На решетку клеток нанос т несколько капель раствора, содержащего лимфоциты, например, крови. Жидкость проходит через отверсти  в решетке. Однако клетки остаютс  на решетке, поскольку размеры отверстий 2 выбраны таким образом, чтобы принимать в себ  только лимфоциты, которые и вход т в эти отверсти . В каждое отверстие входит только одна клетка. Избыточное количество клеток данной группы и клетки других групп смываютс  с поверхности решетки. После этого, дл  того, чтобы предотвратить возможность ухода клеток из решетки, они могут быть закреплены на ней с помощью различных средств, например , путем покрывани  решетки прилипающим коллоидным веществом, и обеспечением электрического зар жени  ее, равно как посредством электрического или магнитного полей. При этом за счет того, что клетки обладают электрическими поверхностными зар дами, устройство может быть использовано дл  селективного высвобождени  и удерживани  нужных клеток , где решетка снабжена электрическими проводниками 38, проход щими между отверсти ми 2, электрически изолированными друг от друга На периферийной

поверхности решетки 1 проводники присоединены известным способом (по методике интегральной схемы) к переключающему устройству , регулируемому ЭВМ, дл  обеспечени  селективного наведени  электрического потенциала на каждый из проводников. Дл  прикреплени  клеток к решетке все проводники могут поддерживатьс  под одним и тем же потенциалом, знак которого противополо0 жен потенциалу зар да клетки, в результате чего обеспечиваетс  электрическое прит жение клеток (фиг. 17).

В первом варианте (фиг. 4, 5. 6, 7) множество клеток помещены на базисе 5, кото5 рый расположен наверху проточной камеры 6, устанавливаетс  с возможностью сн ти  на центральной части 7 проточной камеры 6. Центральна  часть 7 определ ет множество каналов 8, каждый из которых присое0 дин етс  обоими концами к одной из множества трубок дл  подачи и выведени  требуемого раствора. Центральна  часть 7 прирепл етс  к проточной камере 6 посредством прозрачной стенки 10, котора  необ5 ходима при использовании методики анализа клеток, наход щихс  на решетках, св занных с применением отраженного и поглощаемого излучени . Устройство дл  направлени  потока 11 .гарантирует, что

0 раствор входит в контакт с решеткой 1, котора  может быть покрыта стекл нной-пластиной 12. На фиг. 11, 12 представлен модифицированный базис 5, который имеет волнообразную форму, чтобы обеспечить

5 возможность погружени  составл ющих его лотков 13 в растворы, протекающие через каналы 8 на более высоком уровне. Решетка клеток установлена на дне лотков 13 и может смачиватьс  дл  того, чтобы пропола0 скивать или стимулировать каким-либо другим способом клетки как с верхней, так и с нижней стороны решетки. Поэтому в этом варианте нет необходимости в применении устройств дл  направлени  потока.

5 На фиг. 10 проиллюстрирован вариант проведени  оптического анализа. В первом варианте, предназначенном дл  использовани  септическим анализатором на основе микроскопа, нижн   часть 14 проточной ка0 меры 6 содержит водонепроницаемые эластичные (выполненные из резины) держатели 15 стекла 16 и обеспечивает возможность дл  объектива 17 микроскопа приближатьс  достаточно близко к решетке 1

5 клеток дл  сканировани  имеющихс  на ней отдельных мест или отверстий снизу. Если объектив микроскопа находитс  в самом нижнем своем положении, канал проточной камеры в этом случае раскрываетс  на всю свою исходную ширину. В модификации

этого варианта нижн   и бокова  стенки проточной камеры выполнены как единичное целое из резины.

Во втором варианте (фиг. 15) оптический анализ осуществл етс  с верхней сто- роны, Однако базис 5 дл  решетки 1 клеток помещаетс  идущим сверху вниз на нижней части 14 проточной камеры 6 после того, как клетки помещаютс  в специальный блок, т.е. такой, где имеющие коническую форму отверсти  в решетках 1 расшир ютс  книзу. Дл  того, чтобы удерживать клетки в нужном месте и дл  того, чтобы эффективным образом св зывать их с решеткой, обеспечиваетс  разница давлений между нижней частью 14 и верхней частью 18 проточной камеры, причем жидкость в нижней части 14 имеет слегка более высокое давление, чем в верхней части 18. Уплотн ющие выступы 19 . предотвращают возможность утечки жидко- сти из обеих частей проточной камеры.

Базис 5 (фиг. 13) размещен на конструкции из трубок 20, кажда  из которых раздел етс  по длине на верхнюю часть 21 и нижнюю часть 22. Нижн   часть 22 образует трубопровод дл  жидкости (воздуха) более низкого давлени  дл  того, чтобы отнести жидкости и ненужные кров ные клетки от верхней части 21. Верхн   часть содержит мостики 23, под которыми сделаны дренаж- ные отверсти  24 и между которыми имеютс  всасывающие отверсти  25, установленные на одно линии. На фиг. 13 показаны держатели дл  размещени  клеток только от одного пациента. По верхней и нижней част м 21 и 22 подаетс  жидкость, например, раствор РВ, который проходит под мостиками 23. Жидкость в нижней части 22 с помощью выступов 26 принуждаетс  к перемещению с большей скоростью в обла- сти, где расположены дренажные отверсти  24 и всасывающие отверсти  25, в результате чего создаетс  местное понижение давлени  в этих отверсти х. Поэтому жидкость, первоначально протекавша  через верх- нюю часть 21, частично вт гиваетс  в нижнюю часть через упом нутые давлени .

Элемент 27 подачи крови, установленный с возможностью сн ти  с базиса 5, предусмотрен дл 1 подачи, крови на решетку 1. Ножки 28 элемента 27 подачи крови предотвращают возможность прохождени  жидкости от одного р да щелей 29 к другому.

Решетка 1 клеток имеет каналы 30, 31, проход щие поперечно относительно друг друга, и внутренние трубопроводы 32, 33, также проход щие в поперечном направлении друг относительно друга. На каждом пересечении каналов размещаютс  отверсти  2 решетки на вращаемом держателе

34,который образован зубчатым колесом

35,которое взаимодействует с соответствующей зубчатой рейкой 36. Одна зубчата  рейка приводит в движение все держатели 34 соответствующей колонны. Направление подачи крови дл  грубого разделени , т.е. дл  отделени  группы лимфоцитов от другой группы кров ных клеток, перпендикул рно плоскости, в которой осуществл етс  сканирование решетки клеток под микроскопом . Таким образом, после отделени  лимфоцитов от других кров ных телец, держатели 34 поворачиваютс  на 90° дл  проведени  операции сканировани .

Часть канала, котора  пересекает держатель 34, выполнена в форме стекл нной трубки 37, котора  разделена по длине. Таким образом становитс  возможным обеспечить горизонтальный поток жидкости через держатель, в то врем  как одновременно с этим обеспечиваетс  пропускание излучени  в вертикальном направлении, Понижение давлени  в этой системе вызываетс  наличием внутренних трубопроводов 32, 33, которые сделаны закрытыми и более тонкими, в то-врем , как верхние каналы 30, 31 сделаны более широкими и открытыми. Тот же самый эффект может быть достигнут с помощью других способов, таких, например , как увеличение скорости потока во внутренних трубопроводах по сравнению со скоростью потока в верхних каналах.

На фиг. 16 показана система отделени  клеток, сканировани  и анализа (диагностики ).

При осуществлении методики отбора большое количество клеток, например, лимфоцитов , .оторое можно рассматривать в качестве представителей группы или попул ции клеток, вначале отдел етс  от всех других клеток, т.е. от различных групп попул ций клеток. В ходе осуществлени  способа отделени  отделенные лимфоциты, в дополнение к тому, что они отдел ютс  от других клеток, отдел ютс  также друг от друга, причем каждый из них находитс  в известном месте, которое впоследствии называетс  адресом клетки. Все отделенные лимфоциты затем подвергаютс  одновременно определенным испытани м, после чего кажда  из клеток исследуетс  по отдельности дл  того, чтобы определить, про вл ет она или нег в результате испытани  или стимулировани  конкретные свойства. При этом регистрируетс  адрес каждой из клеток, про вившей упом нутое свойство. Таким образом, после того, как были исследованы все отделенные клетки, станов тс  известиыми адреса всех клеток, которые про вили некоторое конкретное свойство.

Эти клетки представл ют собой конкретную подгруппу лимфоцитов внутри большей полной группы лимфоцитов. Как только произошла идентификаци  клеток в подгруппе, они вместе с остальными лимфоцитами мо- гут быть подвергнуты одному или нескольким испытани м. Однако, что касаетс  исследовани  свойств клеток в результате этих дополнительных испытаний, они могут быть ограничены только клетками, вход щи- ми в подгруппу. Кажда  клетка в подгруппе исследуетс  по отдельности посредством направлени  обеспечивающих это исследование приборов известное место нахождени  или адрес каждой отдельной клетки. Таким образом, как только происходит идентификаци  клеток в подгруппе, они подвергаютс  последующему исследованию , в то врем  как все остальные клетки, хот  они принадлежат к той же самой труп- пе, но не  вл ютс  членами подгруппы, игнорируютс  в том смысле, что они не подвергаютс  исследованию. Следовательно , как только произведена идентификаци  конкретной подгруппы, производитс  исс- ледование тех клеток, которые в нее вход т, в результате чего врем  исследовани  ограничиваетс  исследованием только клеток подгруппы, котора  представл ет интерес. Кроме того, поскольку исследование дела-

Claims (4)

1.Устройство дл  отбора биологических клеток, содержащее решетку с калиброванными отверсти ми, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности отбора клеток заданных размеров, оно снабжено базисом дл  решетки и размещенной под ним проточной камерой, имеющими возможность свободного перемещени  относительно друг друга, а также средствами выделени  и удержани  отобранных клеток, удалени  некалиброванных клеток и напра- вителем потока отбираемых клеток, при этом отверсти  решетки выполнены ступенчатыми и/или коническими.

2.Устройство поп. 1,отличающее- с   тем, что проточна  камера имеет каналы, расположенные под р дами отверстий решетки , и трубопроводы дл  введени  и выведет и  раствора.

3.Устройство поп. 1,отличающее- с   тем, что оно содержит электромагнитное приспособление дл  привлечени  и отталкивани  клеток.

4.Устройство поп. 1,отличающее- с   тем, что оно содержит приспособление дл  получени  разности давлений.

фие.2

фигЗ

РигА

фае. 5

12

фиг. 7

фиг, 8

74

13

фиг. 9

Фиг. fO

фигЛ

фиг. 13

//

Л

36

Фиг п

Фиг. f5

38

Vy2 (риг. 17 Krj

/А /

fa