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KR-20260061544-A - BIOLOGICAL SAMPLE PROCESSING SYSTEM AND MICROFLUIDIC CARTRIDGE THEREFOR

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Abstract

적어도 하나의 렌즈(14)를 포함하는 적어도 하나의 현미경 및 디지털 이미지 처리 시스템을 포함하는 이미징 유닛(2)과; 지지대(17)를 포함하는 처리 플랫폼(5) 및 지지대(17)를 이동시키기 위한 이동 메커니즘을 포함하는 샘플 처리 스테이션(3) 및 처리 플랫폼(5) 상에 장착된 샘플 처리 유닛(7)을 포함하는 생물학적 샘플 처리 시스템이 개시된다. 샘플 처리 유닛(7)은 생물학적 샘플(36)이 위에 고정된 조직 슬라이드(34)를 위에 장착하기 위한 조직 슬라이드 홀더(11) 및 미세유체 카트리지(4)를 위에 장착하기 위한 미세유체 카트리지 홀더(9)를 포함한다. 조직 슬라이드 홀더(11)는 커플링(13)을 통해 미세유체 카트리지 홀더(9)에 결합되어, 미세유체 카트리지와 조직 지지대가 개방 위치에서는 샘플 처리 유닛에 장착되고 이로부터 제거될 수 있도록 하고, 폐쇄 위치에서는 조직 지지대(34)가 미세유체 카트리지(4)와 밀봉 접촉되도록 한다. 샘플 처리 스테이션은, 처리 플랫폼(5) 상에 장착되고, 각각의 미세유체 카트리지에 대해 조직 슬라이드의 장착 또는 제거를 가능하게 하는 위치로부터 미세유체 카트리지 홀더(9) 내의 관찰 창이 상기 적어도 하나의 현미경의 렌즈와 정렬되도록 배치되는 위치로 이동할 수 있는 다수의 상기 샘플 처리 유닛을 포함한다.

Inventors

  • 요리스, 피에르
  • 에로글루, 데니즈
  • 듀포이, 디에고
  • 펠즈, 벤자민
  • 아만, 마르코

Assignees

  • 루나포어 테크놀로지스 에스에이

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20200925
Priority Date
20190927

Claims (5)

  1. 기판(6), 기판(6) 내에 형성된 유체 유동 네트워크(8), 기판 상에 장착된 밀봉부(10), 기판 내에 형성된 반응 챔버(reaction chamber)(29)의 공동(cavity), 및 관찰 창(12)을 포함하는 생물학적 샘플 처리 시스템(1)을 위한 미세유체 카트리지(microfluidic cartridge)로서, 미세유체 카트리지는, 상기 공동을 덮고 반응 챔버(29)의 측면을 구성하도록 조직 지지대(34)에 대해 배치되도록 구성되고, 따라서 반응 챔버는 조직 지지대와 미세유체 카트리지 사이에 형성되고, 유체 유동 네트워크는 입구(26), 입구 채널 네트워크(27) 및 다수의 챔버 입구 오리피스(orifice)(28)를 포함하고, 유체 유동 네트워크는 출구(32), 출구 채널 네트워크(31), 및 다수의 챔버 출구 오리피스(30)를 더 포함하고, 챔버 입구 오리피스와 챔버 출구 오리피스는 반응 챔버를 통한 시약의 유동을 위해 반응 챔버의 공동의 대향 측면에 배치되고, 밀봉부(10)는 반응 챔버(29)의 공동과 챔버 입구 및 출구 오리피스(28, 30)를 둘러싸고, 관찰 창(12)은, 1 mm 두께보다 적고 기판(6)의 외부 표면에 대해 관찰 창(12)의 기판에 형성된 리세스(recess) 내에 외부 표면을 갖는 투명 커버(cover)를 포함하고, 이는 현미경의 렌즈(14)가 상기 관찰 창 리세스에 부분적으로 삽입될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 미세유체 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서, 투명 커버(33)는 유리 또는 사파이어로 제조되는, 미세유체 카트리지.
  3. 제 2 항에 있어서, 투명 커버는 0.5 mm 두께보다 적은 두께를 갖는, 미세유체 카트리지.
  4. 제 1 항에 있어서, 조직 지지대(34)가 배치되고 이에 가압될 때 반응 챔버(29)의 높이를 한정하는 스페이서(spacer) 요소를 더 포함하는, 미세유체 카트리지.
  5. 제 4 항에 있어서, 스페이서 요소는 반응 챔버에 대해 밀봉부의 외측에 배치되는, 미세유체 카트리지.

Description

생물학적 샘플 처리 시스템 및 이를 위한 미세유체 카트리지{BIOLOGICAL SAMPLE PROCESSING SYSTEM AND MICROFLUIDIC CARTRIDGE THEREFOR} 본 발명은 현미경을 포함하는 이미징 시스템을 이용하여, 지지대 상에 고정된 조직 샘플을 분석하기 위한 생물학적 샘플 처리 시스템에 관한 것이다. 조직 샘플 분석을 위한 종래의 지지대는 일반적으로, 지지대 상에 조직 샘플을 고정하기 위해 폴리-리신이 코팅된 슬라이드 또는 젤이 코팅된 슬라이드와 같이, 코팅되지 않거나 코팅될 수 있는 유리 슬라이드 또는 커버슬립을 포함한다. 그러나, 지지대는 다른 재료로도 제조될 수 있다. 샘플은 전체 조직 샘플, 외과적 생검 또는 조직 유형의 바늘 생검, 혈액 샘플 또는 세포 도말(cell smear)을 포함한다. 조직 샘플은 박편으로 절단된 후 지지대에 도포된 조직으로서 제공될 수 있고, 조직 샘플은 지지대에 도말되거나, 조직 샘플은 지지대에 떨어지거나 다른 방식으로 도포된 유체로서 제공될 수 있다. 조직 샘플은 예를 들어 유방 조직, 폐 조직, 편도선 조직, 결장 조직, 림프절 조직, 전립선 조직, 장 조직, 간 조직 또는 신장 조직의 샘플일 수 있다. 분석을 위한 샘플은 암, 예를 들어 유방암, 폐암, 전립선암, 난소암, 결장직장암 및 흑색종으로부터의 생검을 포함하는 종양 샘플일 수 있다. 본 발명은 또한 박테리아와 같은 미생물 특성의 샘플, 또는 조직 배양과 같은 살아있는 조직의 샘플에 적용될 수 있다. 분석을 위해 조직 샘플을 고정하는 일반적인 형태는 포르말린 고정 파라핀 포매(formalin fixed paraffin embedded, FFPE) 샘플이다. 생물학적 조직 샘플의 분석은 면역조직화학(Immunohistochemistry, IHC) 및 면역형광법(Immunofluorescence)을 포함한다. IHC는 항체와 같은 특정 프로브 분자를 사용하여 조직 샘플에서 세포에 의해 발현될 수 있는 특정 바이오마커(예를 들어, 항원)의 존재를 검출하는 기술이다. IHC는 예를 들어 암의 유형과 같은 특정 질병을 진단하거나 질병 예후와 새로운 바이오마커의 발현 사이의 상관관계를 조사하기 위해 임상 및 연구 환경 모두에서 널리 사용된다. IHC의 지배적인 응용 분야는 암 진단이지만, 바이러스와 같은 감염원의 검출 및 알츠하이머병과 같은 다른 질병의 진단을 돕는 것을 포함하는 다른 응용 분야가 있다. 면역형광법은, 특히 하나의 샘플에서 다수의 분자 측정을 관찰하는 것이 바람직한 응용 분야에서, 기존 면역조직화학에 대한 대체 기술이다. 그러나, 낮은 다중성(multiplexity)(즉, 동시 분자 판독의 수)을 초래하는 몇 가지 한계가 있다. 주요 한계는 형광단 신호 간의 혼선이다. 검출 분자의 방출 스펙트럼이 중복되면 각각의 신호의 특이성이 감소하고, 따라서 최대 4-5개의 동시 판독이 가능하다. 또 다른 한계는 각각의 분자 표적이 다른 종에서 유래한 1차 항체를 필요로 하여 다중성을 심각하게 제한한다는 사실에서 비롯된다. 이는 샌드위치 측정법(sandwich assay) 대신 항체의 직접 표지가 사용되는 경우 극복될 수 있지만, 증폭 부족으로 인해 출력 신호가 훨씬 낮아지고, 이는 감도 감소로 이어진다. 다중 사이클 다중화(multi-cycle multiplexing)는 기존 다중화 방법의 특정 한계를 극복할 수 있는 기술이다. 이 기술은 각각의 염색 및 이미징 사이클 후에 표적 항체의 용출 또는 표지 분자의 비활성화를 포함한다. 그러나, 조직 절편에 대한 기존의 다중 사이클 염색 및 이미징 기술과 관련된 몇 가지 단점이 있다. 첫 번째 단점은, 처리량을 제한하고 시간이 지남에 따라 샘플 품질의 저하를 유발할 수 있는 긴 배양 및 세척 사이클(일반적으로 최대 몇 시간)로 인해 처리 시간이 매우 길다는 것이다. 또한, 이미징 커버슬립 단계의 반복적인 장착/분리는 조직 무결성을 더욱 악화시킨다. 사이클 중 수동 샘플 처리도 재현성과 신뢰성을 감소시킨다. 또 다른 고려 사항은 이미지화할 샘플 면적 및 전체 슬라이드 스캐닝의 정확도이다. 전체 슬라이드 또는 큰 관심 영역을 고배율 대물렌즈로 이미지화할 때, 오버레이/스티칭 소프트웨어 솔루션을 사용하여 이미지를 얻는다. 각각의 염색 사이클 후에 대물렌즈 아래에 있는 샘플을 제거하고 다시 삽입하면, 서로 다른 마커에 해당하는 이미지 간의 정렬 오류를 유발할 수 있으며 다중화의 정확도가 감소할 수 있다. 본 발명의 추가 목적 및 유리한 특징은 청구 범위, 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 명백할 것이다, 도면에서: 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 생물학적 샘플 처리 시스템의 개략적인 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 생물학적 샘플 처리 시스템의 샘플 처리 스테이션의 주요 구성요소에 대한 개략적인 사시도이다. 도 3a 및 도 3b는 개방 위치(도 3a)와 폐쇄 위치(도 3b)에 있는 본 발명의 실시형태에 따른 샘플 처리 스테이션의 샘플 처리 유닛의 사시도이다. 도 3c는 폐쇄 위치에 있는 본 발명의 실시형태에 따른 샘플 처리 스테이션의 샘플 처리 유닛의 단면 사시도이다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시형태에 따른 생물학적 샘플 처리 시스템의 미세유체 카트리지의 상부 및 하부 측면 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 생물학적 샘플 처리 시스템에서 샘플 슬라이드 상에 장착된 미세유체 카트리지의 개략적인 확대 단면도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 생물학적 샘플 처리 시스템은 이미징 유닛(2)과, 샘플 처리 스테이션(3), 및 샘플 처리 스테이션(3) 내에 장착된 다수의 미세유체 카트리지(4)를 포함한다. 생물학적 샘플 처리 시스템(1)은 지지대(34)에 고정될 수 있는 생물학적 조직 샘플(36)을 분석하기 위한 것이다. 지지대(34)는, 예를 들어 유리로 제조되고 3 x 2 cm 표면적과 약 1 mm 두께의 전형적인 치수를 갖는, 종래의 현미경 슬라이드 형태일 수 있다. 이러한 현미경 슬라이드는 수동으로 또는 자동화 이미징 시스템에 의해 샘플을 분석하기 위해 현미경 대물렌즈 아래에 배치하기 위해 조직 샘플을 고정하는 데 널리 사용된다. 그러나, 종래의 것이든 아니든 간에, 다른 지지대도 본 발명의 실시형태에 따른 이미징 시스템에 의한 분석을 위해 조직 샘플을 고정하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게, 지지대는 샘플 아래에 광원을 제공하기 위해 투명하지만, 본 발명의 범위 내에서 지지대는 불투명할 수 있고, 이미징을 위한 광이 샘플의 관찰 측면으로부터 제공될 수 있다. 다양한 조직 샘플이 분석될 수 있으며, 예는 위의 소개 부분에서 제공되었다. 본 발명의 유리한 특징으로부터 이익을 얻는 응용 분야는, 분석 직전에 수행되고 조직의 신속한 분석이 요구되는 생검으로부터의 조직 샘플의 분석을 포함한다. 이는 예를 들어 가능한 암의 생검 중에 발생할 수 있다. 특히, 결과의 신속한 생성이 매우 유리한 응용 분야는 조직을 포함하는 모든 암 세포가 완전히 제거되었는지 확인하기 위해 암 조직을 외과적으로 제거하는 경우이다. 따라서. 분석은 수술 도중 및 수술 완료 이전에 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 조직 샘플 처리는 1시간 미만, 바람직하게는 45분 미만, 가능하게는 30분 미만으로 수행될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시형태에 따른 생물학적 처리 시스템은, 결과의 신속한 출력을 필요로 하지는 않지만 조직 샘플의 신속하고 신뢰할 수 있으며 효율적인 분석의 이점을 갖는 다른 응용 분야에서 사용될 수 있다. 추구하는 장점 중 하나는 생검 과정이 가능한 한 최소 침습적이 되도록 하기 위해 분석에 필요한 조직의 양을 줄이는 것이다. 이미징 유닛(2)은, 각각 적어도 하나의 렌즈(14)를 갖는 하나 이상의 현미경 및 이미지 처리 시스템(내부 세부 사항은 명시적으로 도시되지 않음)을 포함하고, 이미지 처리 시스템은 이미지 캡처 센서 및 현미경 렌즈을 통해 관찰한 이미지를 캡처하고 처리하기 위한 관련 전자 회로 및 소프트웨어를 포함한다. 이미지의 캡처, 처리 및 저장을 위한 이미징 시스템은 그 자체로 잘 알려져 있으며 본원에서 더 설명할 필요가 없다. 생물학적 샘플 처리 시스템은, 특히 샘플의 분석을 위한 미세유체 카트리지(4)의 반응 챔버(29)를 통한 흐름을 위해, 샘플 처리 스테이션에 시약, 완충액 및 세척액을 공급하기 위한 시약 저장 및 전달 모듈(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 샘플 처리 스테이션(3)은 처리 플랫폼(5) 및 처리 플랫폼(5)의 지지대(17) 상에 장착된 다수의 샘플 처리 유닛(7)을 포함한다. 처리 플랫폼(5)은 현미경 렌즈(14) 아래의 위치 및 샘플 처리 유닛(7)에 대한 조직 슬라이드(34)의 로딩 및 언로딩을 위한 적어도 하나의 위치 사이에서 샘플 처리 유닛(7)을 이동시키기 위해 지지대(17) 및/또는 지지대 상의 샘플 처리 유닛(7)을 이동시키기 위한 이동 메커니즘(도시되지 않음)을 더 포함한다. 일 실시형태에서, 이동 메커니즘은, 예를 들어 중심축에 대한 지지대의 회전을 위해 지지대(17) 아래에 배치된 회전 커플링을 포함할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 다수의 샘플 처리 유닛(7)(여기서는 네 개가 도시됨)은 로딩 위치와 관찰 위치 및 임의의 다른 위치(예를 들어, 대기 위치) 사이에서 중심축(A)을 중심으로 회전된다. 또 다른 실시형태(도시되지 않음)에서, 샘플 처리 스테이션은, 예를 들어 관찰 위치와 로딩 위치 사이에서의 이동을 위해 이동 메커니즘의 슬라이드 상에 장착된 두 개의 샘플 처리 유닛만을 포함할 수 있다. 그러나, 이동의 회전 및/또는 병진 축의 다양한 조합이 본 발명의 범위 내에서 이동 메커니즘 내에 구현될 수 있다. 각각의 샘플 처리 유닛(7)은 미세유체 카트리지 홀더(9)와, 조직 슬라이드 홀더(11), 및 조직 슬라이드(34)의 장착 및 분리를 위해 조직 슬라이드 홀더(11)에 대한 카트리지 홀더(9)의 이동을 가능하게 하기 위한 이들 사이의 커플링(13)을 포함한다. 도시된 실시형태에서, 미세유체 카트리지 홀더는 커플링(13)을 형성하는 힌지를 통해 조직 슬라이드 홀더(11)를 형성하는 베이스에 회전