[发明专利]用于通过质量细胞计数法分析的结构化生物样品

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2015年1月28日提交的美国临时专利申请62/108,911和2014年12月31日提交的美国临时专利申请62/098,890的优先权和权益，其内容全部并入本文。

发明领域

本公开涉及用于将生物样品引入质量细胞计数器的装置和方法。

发明背景

质量细胞计数法(mass cytometry)是一种新开发用于生物样品研究的技术。该技术最初开发用于研究细胞群体，其中含有各种生物细胞的感兴趣的样品用附着于元素标签的亲和探针如抗体“染色”。附着到每个细胞的给定类型的亲和力探针的量可用于表征每个单独的细胞。每种类型的亲和力探针的量与相关元素标签(elemental tag)的数量直接相关。可以通过使细胞通过质量细胞计数器的电感偶联等离子体(inductively coupled plasma，ICP)离子源测量元素标签化材料(elemental tagging material)的量。最近已经将用具有元素标签的亲和力探针“染色”生物材料的技术扩展到生物组织的成像领域。在成像质量细胞计数法中，用亲和探针/分子标签“染色”感兴趣的组织，并且激光烧蚀可用于从组织上的离散位置(像素)提取元素标签。成像质谱术遵循类似的方法，只是它依赖于对样品中天然存在的原子的检测，而不是元素标签中的标记原子。

质量细胞计数法的限制是将生物样品如细胞引入质量细胞计数器的效率。商业质量细胞计数器的细胞引入效率为约30％。这意味着样品中超过三分之二的生物细胞在可以通过质量细胞计数器记录它们之前丧失。

基于激光烧蚀的成像质量细胞计数法和基于激光烧蚀的成像质谱术的另一个限制是低像素记录速率。像素记录速率受限于激光烧蚀池(laser ablation cell)和连接气体导管(connecting gas conduit)的冲洗时间(washout time)。即使最快的激光烧蚀池具有30ms级的冲洗时间。这比质量细胞计数器或质谱仪的内在记录能力慢得多。在典型的质量细胞计数器中，细胞通量可以高达1000个细胞/秒；然而，激光烧蚀羽流(laser ablation plume)在它行进穿过激光烧蚀装置时的扩散(即冲洗时间)将像素速率限于每秒约30个像素。此外，在激光烧蚀的过程中，物质的每个像素蒸发并转化成气溶胶。然后，经由气体导管将气溶胶羽流转运到ICP源。此方法的问题之一是气溶胶羽流的级份可以污染组织样品的相邻区域，例如相邻像素。在通过将激光烧蚀室连接到ICP离子源的气体导管的转运过程中，气溶胶羽流的一些级份也可以丧失。此外，在转运到ICP源期间气溶胶羽流的气体动态扩散进一步限制了冲洗时间。因此，鉴于这些限制，期望避免远程烧蚀方法和生物样品的气溶胶羽流形成，从而改善成像质量细胞计数法和成像质谱术的通量。

发明概述

电离源(例如ICP源)能够蒸发、解离和电离直接引入所述源中的生物材料，并根据质量细胞计数器的标准功能(或通过质谱仪检测自然存在于样品中的原子，若样品是未标记的话)对标签化组分提供完整的元素响应。换言之，质量细胞计数器的电离源(例如ICP源)完全能够询问和电离表示组织的个别区域或像素的生物材料。通过创建表示在合适气流中夹带的组织的离散区域或单个细胞的个别像素流，可以通过质量细胞计数器或质谱仪分析每个像素。与涉及将气溶胶羽流引入质量细胞计数器或质谱仪的电离源(例如ICP源)的方法相比，该方法具有若干优点。

提供了有助于将生物材料直接引入质量细胞计数器的电离源(例如ICP源)的装置和方法。公开了利用预先结构化的可寻址的生物样品的装置和方法，其能够将离散的材料像素引入气体流中并随后引入质量细胞计数器或质谱仪的电离源，例如ICP源。

在第一个方面，提供了载体，其包含：表面；所述表面上布置的多个离散位点，其中，所述多个离散位点中每个配置为保留生物样品；并且所述多个离散位点中每个配置为在应用能量脉冲后释放所述生物样品。在一些实施方案中，载体可以包含配置为被激光靶向的牺牲层(sacrificial layer)。牺牲层当被激光烧蚀时可以将牺牲层上布置的生物材料喷射到气流中。在一些实施方案中，可以在牺牲层和生物材料之间提供垫层。垫层可以配置为保护生物材料免于牺牲层的烧蚀。