通过质谱流式细胞术的细胞分析的制作方法
【专利说明】通过质谱流式细胞术的细胞分析
[0001]领域
[0002]本发明涉及用于通过质谱流式细胞术(mass cytometry)的细胞分析的设备和方法。
[0003]![直
[0004]细胞生物学研宄的一个领域涉及通过鉴定指示细胞功能、细胞处理或由于某些反应的响应的生物特性询问细胞样品。这些特性的一些可通过传统的基于细胞的成像技术被观察到，所述基于细胞的成像技术例如，用于显现细胞的结构特征的外观的显微术或通过利用发光或放射性检测在免疫细胞化学和免疫组织化学中显现标志物。
[0005]可选地，使用质谱流式细胞术的单细胞分析的技术可以被应用于以金属缀合的抗体和金属插入剂标记，并且单独地被引导进入电感耦合等离子体(ICP)离子源的细胞，在那里细胞被汽化、雾化和离子化用于同时的元素分析。作为大量可区别的元素标签以及通过质谱流式细胞仪同时检测和定量的结果，通过此多重的技术确定的细胞特性可以被用于扩展细胞分析的维度，超过传统的基于细胞的成像或显现技术的能力。
[0006]但是，基于细胞的成像/显现技术和质谱流式细胞术技术需要细胞样品的分离的和专用的装置用于其分析。因此，联合基于离散样品的多种独立的细胞分析技术的结果以提高细胞信息的维度，可遭受固有的不确定性。
[0007]摄述
[0008]鉴于前述和根据本发明的教导，申请人认识到，通过利用每种技术基于不同过程执行其询问的事实的优势，细胞组的多维分析可以通过技术的联合来执行。细胞组可以根据每种技术需要的条件最初地被准备，使得根据每种感兴趣的特性，每个过程可以被累积地应用于同一细胞组，而没有来自由每个过程施加的条件的实质的干扰。可以按倾向于保持用于每种随后的技术的条件，最终由用于最终研宄的质谱流式细胞术检测器执行询问的次序选择询问过程的顺序。激光消融质谱流式细胞术过程可以被配置以仅仅靶向以前已经被鉴定为具有感兴趣的特性的候选细胞。对同一细胞组可以建立来自对每一候选细胞的质谱流式细胞术分析的结果与对应的感兴趣的特性之间的直接关联。
[0009]本发明的教导的另一方面是一种用于质谱流式细胞术的细胞分析的方法。该方法包括提供以多于一种有区别的元素标签标记的细胞组以及通过识别具有感兴趣的特性的候选细胞的位置，在所述细胞组中选择候选细胞。根据候选细胞在所述细胞组中的位置记录候选细胞的位置，使得当至少一束激光脉冲被导引至在记录的位置处的候选细胞上时，产生至少一束激光脉冲的每一束的离散羽流。每一离散羽流包括多于一种有区别的元素标签。该方法还包括将每一离散羽流引导进入电感耦合等离子体并且产生与多于一种有区别的元素标签的每一种对应的元素离子的组，其通过质谱流式细胞术可以被同时地对每一离散羽流检测。将检测的元素离子与感兴趣的特性关联。
[0010]本发明的教导的又另一方面是加元素标签的细胞分析系统。该系统具有被配置以识别候选细胞的位置的至少一个询问器以及被配置格式以记录候选细胞的位置的数据源。激光消融系统与数据源接口，其中激光消融系统被配置以在候选细胞的位置导引至少一束激光脉冲。该系统还包括与激光消融系统耦合的质谱流式细胞仪，其中质谱流式细胞仪被配置以检测与候选细胞缔合的元素标签。
[0011]附图
[0012]本领域中的技术人员将理解，下面描述的附图是仅为了阐明的目的。附图不预期以任何方式限制申请人的教导的范围。在随附的附图中，其中同样的标号表明同样的部分:
[0013]图1是根据本发明的教导的一个实施方案的系统和过程的图形表示；
[0014]图1A是在图1中阐明的系统的示意图；
[0015]图2是根据本发明的教导的包含多维细胞信息的示例性矩阵；
[0016]图3是根据图1的实施方案的基底(base)的近视图；和
[0017]图4是根据本发明的教导的ICP离子源的实施方案的示意图。
[0018]多种实施方案的描述
[0019]应该理解的是，提及多种元素与本发明的教导结合使用的短语“一个(a)”或“一个(an)”包含“一个或更多”或“至少一个”，除非上下文另外清楚地表明。首先对图1进行参考，其显示了细胞分析系统的图形表示，通常由标号10指示。细胞分析系统10包括与质谱流式细胞仪16的电感耦合等离子体(ICP)离子源14耦合的基底(base) 12。通常，ICP离子源14可被认为是质谱流式细胞仪16的整体构件，但是为清楚起见，ICP离子源14被与质谱流式细胞仪16分离地展示。基底12，例如，玻璃显微镜载片，提供了可以被配置以持有细胞组18的表面，候选细胞20可以从细胞组18被鉴定，或已经被询问器19鉴定，为具有感兴趣的特性以及随后用于通过质谱流式细胞仪16分析。细胞分析系统10还包括激光消融系统23，用于提供导向所述细胞组18中在其位置22的候选细胞20的至少一束激光脉冲24。质谱流式细胞仪16可以包括用于控制激光消融系统以及用于产生对应的元素标签数据30的控制系统34。此系统的示意图被展示在图1A中。
[0020]通常，在质谱流式细胞术中，为了在单一细胞中同时的多重参数分析，细胞组18可以被多于一种有区别的元素标签Tn标记。有区别的元素标签Tn可以典型地选自包括过渡金属的组，如作为US2010/0144056公布的，被转让给本发明的教导的受让人的共同未决的美国专利申请号12/513,011中描述的。为方便起见，Tn中的符号“η”可以是可变的以表示不同过渡金属元素或金属同位素。在多种实施方案中，例如，细胞组18可以被多于一种的亲和试剂标记，例如，在不同类型元素缀合的抗体情况下，其中每一类型抗体被一种或更多种有区别的元素标签Tn加标签。缀合至每一类型抗体的有区别的金属或元素标签Tn可以是，仅举几个例子，Gd、Nd、Tb、Eu、Gd、Dy、Ho、Sm、Er、Yb中的任何一种或其组合的金属同位素。每一类型元素缀合的抗体可以通过其有区别的元素标签Tn独特地可区别。如通常已知的，在所述细胞组20中，表示对金属缀合的抗体的亲和力的细胞可以保持被多于一种元素标签Tn标记。因此，根据通过质谱流式细胞仪16的元素分析，细胞的元素标记通过与抗体缔合的有区别的元素标签Tn被表示。
[0021]如以上注解的，本发明的教导的申请人认识到，用于检测不同感兴趣的特性的询问过程，可以根据以下的规定在以同一细胞组18的多维细胞分析中联合:a)在开始，所述细胞组展示与每一询问过程对应的感兴趣的特性或可以按照展示与每一询问过程对应的感兴趣的特性的条件制备山)可以选择分析的顺序以维持每一感兴趣的特性的完整性用于随后的询问过程；以及C)来自每一分析的结果可以被交叉关联。因为包含元素标签的标记的细胞在由ICP离子源14离子化期间被汽化，所以质谱流式细胞术检测过程可以是多维细胞分析的最终的询问器的基础。相应地，标记的细胞组18可以经历初始的询问过程以鉴定除了与多于一种有区别的元素标签Tn缔合的那些以外的具有被视为感兴趣的特性的候选细胞20。在多种实施方案中，例如，感兴趣的特性可以是鉴定可以是活的或死的候选细胞20的活力确定(viability determinat1n)，并且另一感兴趣的特性可以是基于在活的或死的候选细胞中固有的物理形状或物理特征。依赖于或不依赖于任一前述的感兴趣的特性的进一步的感兴趣的特性可以，例如，对应与鉴定具有某些感兴趣的蛋白的候选细胞的免疫染色技术的条件相关的其他发光的特性。因此，预期的是，在相同的或不同的候选细胞20中，每一感兴趣的特性可以由其特定的物理位置代表。尽管公开的初始询问的过程通常符合光学显微镜或荧光显微镜，其他基于细胞的成像/显现类型询问器19例如，使用电子显微镜或共聚焦显微镜的已经被考虑，且其使用可以被单独地或以其组合的方式施加。因此，对于候选细胞选择过程，初始的询问可以由被配置以鉴定具有对应的感兴趣的特性的候选细胞的至少一个询问器19执行。在候选细胞20已经被鉴定后，如可以由其坐标界定的，候选细胞20关于其在所述细胞组18中位置的位置可以针对每一感兴趣的特性单独地或以其组合的方式被记录。如在图2中展示的，在数据源21中，关于候选细胞的位置22的信息以及相应的感兴趣的特性可以以控制系统34可访问的格式被编码并且可以被制成包含细胞信息36的多维的矩阵的部分。
[0022]随后，通过访问数据源21中的信息，对于每一记录的位置22，控制系统34可以导引至少一束激光脉冲24至相应的候选细胞20上，使得以离散羽流26的形式的一些细胞材料可以被移出。通常，每一激光束可以产生一束离散羽流26，使得一系列激光脉冲可以产生一系列对应的离散羽流26。因此，对于每一离散羽流26，从候选细胞20移出的材料可以包含多于一种有区别的元素标签Τη。根据质谱流式细胞术分析，从候选细胞20检测多于一种有区别的元素标签Tn可以代表相关的亲和试剂的存在并且可以与对于候选细胞20的感兴趣的特性相关联，如在图2中示例的。
[0023]维持每个连续的羽流26的空间分离的同时，每一羽流26可以作为离散的和单独的实体被运输和被引导进入ICP离子源14。当每个离散的羽流26进入ICP离子源14时，每一元素标签Tn可以被离子化成