[发明专利]用于基于控制介质流动的三维组织测量的装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C§119(e)，本申请要求美国临时专利申请No.61/725781的优先权，该美国临时专利申请No.61/725781的申请日为2012年11月13日，该文献的全部内容结合到本申请中，作为参考。

技术领域

本发明通常涉及用于进行三维细胞试样(即组织试样)的分析的装置和方法。

背景技术

长期以来认为，癌细胞的新陈代谢表现型的明显不同与基础机理相关联，该基础机理提供了用于存活和增殖的选择优点。不过，激发肿瘤发生的精确机理并不很好理解。已经假定糖酵解适应是允许肿瘤在特征为低pH和氧张力的微观环境中增殖的存活机理。“Warburg转换”的这些适应通过增加葡萄糖摄取和ATP合成以便满足用于生物合成、能量和减少等效物的要求、而对于肿瘤提供了选择优点。

在测量关键分析物(该关键分析物指示在微环境中的有氧代谢(O₂)、糖酵解(H⁺)和中间代谢(CO₂))流量的仪器发展的最近进步可以提供对恶性转变的基础原理的理解。不过，这些系统设计和优化成用于基于细胞的化验，可能缺少环境控制，并通常并不方便测量多细胞组织试样(由于腔室尺寸限制、试样的稳定和灌注困难)。

Seahorse Bioscience，Billerica，Mass.在2007年发布了XF96“Extracellular Flux Analyzer”。从那时起，已经采用该产品作为用于定量测量线粒体功能和细胞生物能的技术平台。XF测量在完全集成的仪器中进行，该仪器测量在基于细胞的化验的细胞外介质中的多种分析物(O₂、H⁺、CO₂)的浓度。分析物浓度在细胞周围的较小容积内非侵入地测量，从而提供了作为时间(从该时间起能够确定生物能流量(例如：dO₂/dt＝氧消耗速率；dpH/dt＝细胞外酸化速率)函数的分析物浓度变化的定量测量。XF测量基于这样的方法，其中，在细胞周围产生很小的暂时测量容积，或者传感器布置成紧邻细胞。在这种情况下的测量放大了浓度的变化，从而能够从一组光学传感器中收集高度灵敏的且时间分辨的测量值。一旦进行测量，柱塞(探针)升高，细胞周围的介质恢复至它的初始状态。这种非破坏性方法能够在多种刺激条件下(基本的环境变化、化合物刺激物)对于生物试样连续地收集多个测量值。

通过测量关键的代谢参数例如氧消耗速率(OCR)和细胞外酸化速率(ECAR)，可以根据用于产生能量和生物合成的基质和通路(糖酵解或氧化磷酸化)来发展生物能表现型的轮廓。产品能够定量测量线粒体功能和细胞的细胞生物能。

还需要一种系统，它能够测量在多细胞组织中的、例如有氧代谢、糖酵解和中间代谢的关键分析物的测量值。

发明内容

这里介绍的仪器和方法能够测量组织试样或细胞群体(例如肿瘤组织试样)的生物能参数，以便产生它的代谢轮廓，从而能够例如更好地理解恶性发展的机理。因此，本发明的实施例能够测试生理上相关的假设，该假设直到现在都不能通过其它方法来测试，例如能够测量和定量肿瘤中的表现型转换。

本发明的实施例包括用于进行三维细胞试样分析的装置。该装置可以包括井板，这些井装载组织试样，该组织试样通过将板布置在如这里所述专门用于在板的井中的化验的机器中而进行测试。板通常确定多个井，该井用于保持各试样和试样介质，其中，至少一个井(通常整组井)包括布置于其中的试样嵌套部位。孔布置在试样嵌套部位上面，该孔的尺寸设置成与柱塞相互配合，该柱塞在孔内和在布置于所述井中的试样介质内竖直向下运动。实际上，优选是使得井或井板在台架或平台上保持就位，并自动化地运动柱塞，但是也可以(但并不优选)使得柱塞保持静止和使得板运动。结构还确定了介质槽道，该介质槽道与所述试样嵌套部位流体连通。该介质槽道允许介质由柱塞移动而流过，并允许试样在柱塞运动时暴露于新鲜介质。

可以包括一个或多个以下特征。柱塞优选是相对于嵌套部位运动，以便引起在试样周围的介质灌注，优选是在向下和向上冲程中。也可选择，柱塞和试样嵌套部位可以一起运动，以便使得试样暴露于介质的不同区域。介质槽道可以包括流体通路，该流体通路使得在试样周围灌注的介质返回至布置于井中的介质。孔、试样嵌套部位和/或介质槽道可以由可拆卸的井插入件来确定。