RU89893U1

RU89893U1 - CELL BIOCHIP

Info

Publication number: RU89893U1
Application number: RU2009131137/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Валентинович Шишкин
Original assignee: Александр Валентинович Шишкин
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2009-12-20

Abstract

1. Биочип для исследования клеток, содержащий подложку, на которой расположены тестовые участки с иммобилизованными молекулами, способными связываться с поверхностными молекулами клеток, отличающийся тем, что в различных областях тестовых участков плотность расположения иммобилизованных молекул неодинакова. ! 2. Биочип по п.1, отличающийся тем, что плотность расположения иммобилизованных молекул в одном или нескольких тестовых участках образует непрерывный градиент. ! 3. Биочип по п.1, отличающийся тем, что плотность расположения иммобилизованных молекул в одном или нескольких тестовых участках образует ступенчатый градиент. ! 4. Биочип по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в пределах тестовых участков имеется разметка, обозначающая места с наибольшей плотностью расположения иммобилизованных молекул, а также расстояние от них. ! 5. Биочип по пп.1 и 3, отличающийся тем, что в пределах тестовых участков имеется разметка, обозначающая границы областей с разной плотностью расположения иммобилизованных молекул. ! 6. Биочип по п.1, отличающийся тем, что имеет один или несколько участков, указывающих на порядок считывания результата. ! 7. Биочип по п.1, отличающийся тем, что подложка является прозрачной. ! 8. Биочип по п.1, отличающийся тем, что подложка является светоотражающей. ! 9. Биочип по п.1, отличающийся тем, что имеет один или несколько контрольных участков.1. A biochip for researching cells, containing a substrate on which test sites with immobilized molecules are located, capable of binding to surface cell molecules, characterized in that the density of the location of immobilized molecules is not the same in different areas of the test sites. ! 2. The biochip according to claim 1, characterized in that the density of the immobilized molecules in one or more test sites forms a continuous gradient. ! 3. The biochip according to claim 1, characterized in that the density of the immobilized molecules in one or more test sites forms a stepwise gradient. ! 4. The biochip according to claims 1 and 2, characterized in that within the test sections there is a marking indicating the locations with the highest density of immobilized molecules, as well as the distance from them. ! 5. The biochip according to claims 1 and 3, characterized in that within the test sections there is a marking indicating the boundaries of regions with different densities of immobilized molecules. ! 6. The biochip according to claim 1, characterized in that it has one or more sections indicating the reading order of the result. ! 7. The biochip according to claim 1, characterized in that the substrate is transparent. ! 8. The biochip according to claim 1, characterized in that the substrate is reflective. ! 9. The biochip according to claim 1, characterized in that it has one or more control sections.

Description

Полезная модель относится к области медицины, но также может быть использована в ветеринарии и биологии.The utility model relates to medicine, but can also be used in veterinary medicine and biology.

Известен биочип для исследования клеток (см. А.В.Шишкин, И.И.Шмырев, С.А.Кузнецова, Н.Г.Овчинина, А.А.Бутылин, Ф.И.Атауллаханов, А.И.Воробьев «Иммунологические биочипы для параллельного определения поверхностных антигенов и морфологического исследования клеток», Биологические мембраны, 2008, том 25, №4, с277-284), представляющий собой твердую подложку, на которой в тестовых участках (пятнах биочипа) иммобилизованы молекулы антител, каждое из которых специфично к определенному клеточному поверхностному антигену. Биочип позволяет определять антигены, находящиеся на поверхности исследуемых клеток, по связыванию клеток в тестовых участках.A well-known biochip for cell research (see A.V. Shishkin, I.I. Shmyrev, S. A. Kuznetsova, N. G. Ovchinina, A. A. Butylin, F. I. Ataullakhanov, A. I. Vorobyov “ Immunological biochips for parallel determination of surface antigens and morphological study of cells ”, Biological membranes, 2008, volume 25, No. 4, p277-284), which is a solid substrate on which antibody molecules are immobilized in test areas (biochip spots), each of which specific to a specific cellular surface antigen. The biochip allows you to determine the antigens located on the surface of the studied cells, by binding the cells in the test areas.

Недостатком известного биочипа является невозможность оценки прочности связывания клеток в тестовых участках при выполнении отмывки с нерегулируемой (неизменяемой) скоростью потока жидкости. Кроме того, биочип содержит тестовые участки только с иммобилизованными молекулами антител. Использование других веществ, молекулы которых также могут связываться с поверхностными молекулами клеток, не предусмотрено.A disadvantage of the known biochip is the impossibility of assessing the strength of cell binding in test sites when washing with an unregulated (unchanged) fluid flow rate. In addition, the biochip contains test sites only with immobilized antibody molecules. The use of other substances, the molecules of which can also bind to the surface molecules of the cells, is not provided.

Известен биочип для исследования клеток (см. А.В.Шишкин, И.И.Шмырев, С.А.Кузнецова, Н.Г.Овчинина, А.А.Бутылин, Ф.И.Атауллаханов, А.И.Воробьев «Иммунологические биочипы для исследования эритроцитов человека», «Биологические мембраны». - 2008. - №4 - С.267-276), взятый в качестве прототипа и представляющий собой твердую подложку, на которой в тестовых участках (пятнах биочипа) иммобилизованы антитела, каждое из которых специфично к определенному клеточному поверхностному антигену. При этом биочип содержит несколько тестовых участков с антителами каждого вида, различающихся плотностью расположения иммобилизованных молекул (количеством молекул, иммобилизованных на единице площади поверхности подложки). Это достигается нанесением на подложку капель растворов с различной концентрацией антител при изготовлении биочипа. Использование данного биочипа позволяет осуществлять оценку прочности связывания клеток в тестовых участках при выполнении отмывки с нерегулируемой (неизменяемой) скоростью потока жидкости. При исследовании клеток с помощью данного биочипа могут быть построены кривые титрования (зависимость плотности связывания клеток от разведения антител нанесенных, на подложку при изготовлении биочипа), позволяющие оценить прочность связывания клеток с биочипом.A well-known biochip for cell research (see A.V. Shishkin, I.I. Shmyrev, S. A. Kuznetsova, N. G. Ovchinina, A. A. Butylin, F. I. Ataullakhanov, A. I. Vorobyov “ Immunological biochips for the study of human erythrocytes "," Biological membranes. - 2008. - No. 4 - P.267-276), taken as a prototype and representing a solid substrate on which antibodies are immobilized in test areas (biochip spots), each of which are specific to a specific cellular surface antigen. At the same time, the biochip contains several test sites with antibodies of each type, differing in the density of arrangement of immobilized molecules (the number of molecules immobilized per unit surface area of the substrate). This is achieved by applying drops of solutions with different concentrations of antibodies to the substrate in the manufacture of a biochip. The use of this biochip makes it possible to evaluate the strength of cell binding in test sites when washing with an unregulated (unchanged) fluid flow rate. In the study of cells using this biochip, titration curves can be constructed (the dependence of the cell binding density on the dilution of the antibodies applied to the substrate during the manufacture of the biochip), which allows one to evaluate the strength of the binding of cells to the biochip.

Недостатком прототипа является необходимость нанесения на биочип большого числа тестовых участков с каждым антителом. Это повышает длительность и трудоемкость изготовления биочипа и требует использования подложек с большой площадью, что при проведении анализа требует повышенного расхода исследуемой клеточной суспензии. Кроме того, биочип содержит тестовые участки только с иммобилизованными молекулами антител. Использование других веществ, молекулы которых также могут связываться с поверхностными молекулами клеток, не предусмотрено.The disadvantage of the prototype is the need for applying to the biochip a large number of test sites with each antibody. This increases the duration and laboriousness of the manufacture of the biochip and requires the use of substrates with a large area, which during analysis requires an increased consumption of the studied cell suspension. In addition, the biochip contains test sites only with immobilized antibody molecules. The use of other substances, the molecules of which can also bind to the surface molecules of the cells, is not provided.

Задачей заявленной полезной модели является уменьшение количества тестовых участков, необходимых для оценки прочности связывания клеток при выполнении отмывки биочипа с нерегулируемой (неизменяемой) скоростью потока жидкости.The objective of the claimed utility model is to reduce the number of test sites required to assess the strength of cell binding when washing the biochip with an unregulated (unchanged) fluid flow rate.

Поставленная задача решается за счет того, что согласно полезной модели, на биочипе для исследования клеток, содержащем подложку, на которой расположены тестовые участки с иммобилизованными молекулами, способными связываться с поверхностными молекулами клеток, в различных областях тестовых участков плотность расположения иммобилизованных молекул неодинакова.The problem is solved due to the fact that, according to a utility model, on a biochip for cell research containing a substrate on which test sites with immobilized molecules are located that are able to bind to surface cell molecules, the density of the arrangement of immobilized molecules is not the same in different areas of the test sites.

Плотность расположения иммобилизованных молекул в одном или нескольких тестовых участках образует непрерывный градиент.The density of the immobilized molecules in one or more test sites forms a continuous gradient.

Плотность расположения иммобилизованных молекул в одном или нескольких тестовых участках образует ступенчатый градиент.The density of the immobilized molecules in one or more test sites forms a stepwise gradient.

В пределах тестовых участков имеется разметка, обозначающая места с наибольшей плотностью расположения иммобилизованных молекул, а также расстояние от них.Within the test areas there is a marking indicating the places with the highest density of immobilized molecules, as well as the distance from them.

В пределах тестовых участков имеется разметка, обозначающая границы областей с разной плотностью расположения иммобилизованных молекул.Within the test areas there is a marking indicating the boundaries of regions with different densities of immobilized molecules.

Биочип имеет один или несколько участков, указывающих на порядок считывания результата.The biochip has one or more sections indicating the reading order of the result.

Подложка является прозрачной.The backing is transparent.

Подложка является светоотражающейThe substrate is reflective

Биочип имеет один или несколько контрольных участков.The biochip has one or more control plots.

Использование заявленной полезной модели позволяет оценивать прочность связывания клеток с иммобилизованными молекулами (при выполнении отмывки биочипа с нерегулируемой (неизменяемой) скоростью потока жидкости), используя один тестовый участок для каждого из иммобилизованных веществ. При этом предусмотрена возможность использования не только антител, но и любых других веществ, молекулы которых способны связываться с молекулами, находящимися на поверхности исследуемых клеток. Наличие в пределах тестовых участков биочипа разметки, указывающей области с различной плотностью расположения иммобилизованных молекул, позволяет точно определять их границы при обработке результатов исследования. Наличие участка, указывающего порядок считывания результата, позволяет избежать возможных ошибок при считывании. Прозрачная подложка позволяет использовать микроскопию в проходящем свете при выполнении исследования клеток с помощью данного биочипа. Это также дает возможность определения плотности связывания клеток непрямым путем по величине светопропускания участков со связанными клетками. При выполнении подложки светоотражающей появляется возможность непрямого определения плотности заполнения тестовых участков связавшимися клетками путем определения яркости отражаемого света.Using the claimed utility model allows one to evaluate the binding strength of cells with immobilized molecules (when washing a biochip with an unregulated (unchanged) fluid flow rate) using one test site for each of the immobilized substances. At the same time, it is possible to use not only antibodies, but also any other substances whose molecules are able to bind to molecules located on the surface of the studied cells. The presence of a marking within the test sections of the biochip indicating areas with different densities of immobilized molecules allows us to accurately determine their boundaries when processing the results of the study. The presence of a plot indicating the reading order of the result avoids possible errors during reading. A transparent substrate allows using microscopy in transmitted light when performing cell research using this biochip. It also makes it possible to determine the binding density of cells indirectly by the amount of light transmission of the sites with bound cells. When performing a reflective substrate, it becomes possible to indirectly determine the filling density of the test areas with bound cells by determining the brightness of the reflected light.

Описание полезной модели поясняется следующими фигурами, гдеThe description of the utility model is illustrated by the following figures, where

на фиг.1 представлен общий вид биочипа (сверху)figure 1 presents a General view of the biochip (top)

на фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1, схематически демонстрирующий молекулярную структуру тестового участка биочипа с непрерывным градиентом расположения иммобилизованных молекул.figure 2 presents a section aa in figure 1, schematically showing the molecular structure of the test section of the biochip with a continuous gradient of the location of immobilized molecules.

на фиг.3 представлен разрез А-А на фиг.1, схематически демонстрирующий молекулярную структуру тестового участка биочипа со ступенчатым градиентом расположения иммобилизованных молекул.figure 3 presents a section aa in figure 1, schematically showing the molecular structure of the test section of the biochip with a stepwise gradient arrangement of immobilized molecules.

Биочип содержит прозрачную или светоотражающую твердую подложку 1 (фиг.1), на поверхности которой имеются тестовые участки (пятна биочипа) 2 с иммобилизованными молекулами 3 (фиг.2, 3) антител или иных веществ (рецепторов, лигандов, молекул адгезии), способных связываться с поверхностными молекулами клеток. В разных тестовых участках 2 биочипа иммобилизованы молекулы 3 разных веществ, но в пределах отдельно взятого тестового участка 2 иммобилизованные молекулы 3 являются одинаковыми. Тестовые участки 2 (фиг.1) отделены друг от друга промежутками (фоновыми участками) 4. Фоновые участки 4 (фиг.2, 3) не содержат иммобилизованных молекул 3, способных связываться с поверхностными молекулами клеток. В фоновых участках 4, а также в тестовых участках 2 (между иммобилизованными молекулами 3) иммобилизованы молекулы 5 веществ, например альбуминов, блокирующих сайты неспецифического связывания и ослабляющих неспецифическое связывание клеток с материалом подложки 1.The biochip contains a transparent or reflective solid substrate 1 (Fig. 1), on the surface of which there are test areas (biochip spots) 2 with immobilized molecules 3 (Figs. 2, 3) of antibodies or other substances (receptors, ligands, adhesion molecules) capable of bind to surface molecules of cells. Molecules of 3 different substances are immobilized in different test sites 2 of the biochip, but within a single test site 2, the immobilized molecules 3 are the same. Test sections 2 (FIG. 1) are separated from each other by gaps (background sections) 4. Background sections 4 (FIGS. 2, 3) do not contain immobilized molecules 3 capable of binding to surface cell molecules. In the background regions 4, as well as in test regions 2 (between immobilized molecules 3), molecules of 5 substances, for example, albumin, blocking the sites of non-specific binding and weakening the non-specific binding of cells to the substrate material 1 are immobilized.

Плотность расположения иммобилизованных молекул 3, в различных местах тестовых участков 2 неодинакова. При этом она, образует непрерывный градиент и постепенно уменьшается от центра тестового участка 2, к его периферии (фиг.2), либо образует ступенчатый градиент (фиг.3). В последнем случае тестовый участок 2 имеет область 6, где плотность расположения иммобилизованных молекул 3 является максимальной, а также ряд областей 7, 8, 9 с меньшей плотностью расположения иммобилизованных молекул 3. При этом в пределах одной и той же области плотность расположения иммобилизованных молекул 3 одинакова.The density of the immobilized molecules 3, in different places of the test sites 2 is not the same. Moreover, it forms a continuous gradient and gradually decreases from the center of the test section 2, to its periphery (figure 2), or forms a stepwise gradient (figure 3). In the latter case, test section 2 has region 6, where the density of immobilized molecules 3 is maximum, as well as a number of regions 7, 8, 9 with a lower density of immobilized molecules 3. Moreover, within the same region, the density of immobilized molecules 3 same.

На обратной стороне подложки 1 (фиг.2, 3) в проекции тестовых участков 2 нанесена разметка 10. Применительно к одному тестовому участку 2 разметка 10 обозначает его центр и расстояние от него (фиг.2), либо обозначает границы областей 6, 7, 8, 9 с разной плотностью расположения иммобилизованных молекул 3 (фиг.3).On the reverse side of the substrate 1 (FIGS. 2, 3), the marking 10 is applied in the projection of the test sections 2. For one test section 2, the marking 10 indicates its center and distance from it (FIG. 2), or indicates the boundaries of regions 6, 7, 8, 9 with different densities of immobilized molecules 3 (Fig. 3).

На подложке 1 биочипа также присутствует участок 11 (фиг.1), указывающий на порядок считывания результата. В этом участке на подложку 1 нанесена краска. Один из тестовых участков 2 является контрольным и содержит иммобилизованные молекулы 3 (фиг.2, 3) вещества, с которым могут связываться все типы клеток, присутствующих в исследуемом образце (положительный контроль). В качестве участков отрицательного контроля выступают фоновые участки 4. На подложке 1 биочипа имеется разметка 12 (фиг.1), облегчающая нахождение нужных тестовых участков 2 при неавтоматизированном считывании результата.On the substrate 1 of the biochip is also present section 11 (figure 1), indicating the reading order of the result. In this area, a paint is applied to the substrate 1. One of the test sites 2 is a control one and contains immobilized molecules 3 (FIGS. 2, 3) of the substance with which all types of cells present in the test sample can bind (positive control). The background sections 4 act as negative control sections. On the biochip substrate 1 there is a marking 12 (Fig. 1), which facilitates finding the necessary test sections 2 for manual reading of the result.

Исследование клеток с помощью биочипа осуществляют следующим образом. Биочип инкубируют с исследуемой клеточной суспензией. Затем его отмывают от клеток, не связавшихся с иммобилизованными молекулами 3. При этом связанные клетки остаются только в области некоторых тестовых участков 2 Отмывку выполняют под контролем микроскопии. Критерием качества отмывки биочипа является устранение клеток из фоновых участков 4. Затем осуществляют считывание результата. При этом в каждом тестовом участке 2 определяют размеры областей, заполненных связавшимися клетками. Чем больше прочность связывания клеток с иммобилизованными антителами, тем большие размеры имеют участки, в которых присутствуют связанные клетки.The study of cells using a biochip is as follows. The biochip is incubated with the test cell suspension. Then it is washed from cells that did not bind to immobilized molecules 3. In this case, bound cells remain only in the region of some test sites. 2 Washing is performed under the control of microscopy. The quality criterion for washing the biochip is the elimination of cells from the background areas 4. Then, the result is read. Moreover, in each test plot 2, the sizes of the areas filled with bound cells are determined. The greater the binding strength of cells to immobilized antibodies, the larger the areas in which the bound cells are present.

Кроме того, определяют плотность связывания клеток (отношение количества связавшихся клеток к площади поверхности) в различных областях тестовых участков 2. При необходимости биочип фиксируют метанолом и обрабатывают красителем. Осуществляют морфологическое исследование и определяют качественный состав клеток, связанных в различных областях тестовых участков 2. При этом при необходимости устанавливают соотношение количества клеток различных типов (определяемых на основании морфологических признаков) связанных в данных областях.In addition, the density of cell binding is determined (the ratio of the number of bound cells to the surface area) in various areas of test sites 2. If necessary, the biochip is fixed with methanol and treated with dye. A morphological study is carried out and the qualitative composition of cells connected in various areas of test sites 2 is determined. In this case, if necessary, the ratio of the number of cells of various types (determined on the basis of morphological characters) associated in these areas is established.

Claims

1. A biochip for researching cells, containing a substrate on which test sites with immobilized molecules are located, capable of binding to surface cell molecules, characterized in that the density of the location of immobilized molecules is not the same in different areas of the test sites.

2. The biochip according to claim 1, characterized in that the density of the immobilized molecules in one or more test sites forms a continuous gradient.

3. The biochip according to claim 1, characterized in that the density of the immobilized molecules in one or more test sites forms a stepwise gradient.

4. The biochip according to claims 1 and 2, characterized in that within the test sections there is a marking indicating the locations with the highest density of immobilized molecules, as well as the distance from them.

5. The biochip according to claims 1 and 3, characterized in that within the test sections there is a marking indicating the boundaries of regions with different densities of immobilized molecules.

6. The biochip according to claim 1, characterized in that it has one or more sections indicating the reading order of the result.

7. The biochip according to claim 1, characterized in that the substrate is transparent.

8. The biochip according to claim 1, characterized in that the substrate is reflective.

9. The biochip according to claim 1, characterized in that it has one or more control sections.