用于检测异常细胞的系统和方法

专利名称：用于检测异常细胞的系统和方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于检测体内(例如子宫颈内)异常组织的细胞采样 和筛选。更具体地说，本发明涉及以保存被收集的细胞群集的空间排列的方式 收集细胞群集、并在两个或多个特征的表达方面检査该集群的生物学特性的系 统和方法。
背景技术：
通常有必要从病人收集各种细胞样本进行筛选，以用于多种疾病和异常 性的检测和最终治疗。收集细胞样本的主要原因之一是用于筛选癌症患者。例 如，由细胞学技师和病理学家对尿液、唾液、乳头和细针抽吸物以及子宫颈剥 落细胞进行筛选，检查提示存在实体瘤的异常细胞的存在。 一旦发现这种可疑 细胞，通过移除怀疑有损伤的地方的组织的样本并将样本交给病理学家检査来 实现更确定的诊断。
任何筛选测试，或初步诊断测试的主要问题是，必须足够灵敏以检测疾 病，且足够特异而不会以如此高的频率分类未受影响的个体以呈现精神或身体 负担。对于某些筛选试验尤其如此，例如常规用于大规模群体而不涉及疾病存 在的疑似指数升高的子宫颈细胞学检査(通常称为Pap试验)。
普遍接受的是，在癌症最早期诊断能提供有效治疗的最大机会。这种说 法的推论是，实体瘤的早期诊断对应于识别在细胞水平不同于周围组织的局部 异常。这提出了在没有全部相邻细胞的环境和比较的情况下筛选细胞样品的挑 战。该问题的一种解决方法是集中在更紧密近似完整组织单元的各单元，即细 胞组。事实上，可认为这种细胞群集在其中或本身的存在提示癌前或癌性状态。 然而，也存在正常组织单元在用于细胞学分析而收集的样品中表现为细胞群集 的情况。瘤前病变呈现独特的生物学特征。发育异常(肿瘤进程的早期)涉及个体最 低程度地不同于相同组织中存在的正常细胞的细胞。发育异常病变与经历形态 改变(组织转化)或主动增殖(增生)的正常组织元件间的主要差异在于表达涉及 异常细胞生长和周转的特征性蛋白质的细胞部分的失衡。检査完整组织的病理 学家公认，正常生长和功能的形态学(例如有丝分裂图像)或生物化学(例如Ki-67组织抗原)标记物与经凋亡过程细胞更新的形态学(例如，凋亡小体)或生 物化学(例如活化半胱天冬酶3)指示剂的混合是发育异常的表征。当前筛选过程中采用的常规取样方法从病变处获取细胞，然后将这些细 胞分散在从病变边界之外获取的通常数量要大得多的正常细胞中。这种分散导 致评价样品变成检测稀有事件的活动；即，在非常大数量(例如50,000-300,000) 的正常细胞组成的背景内发现一个或几个异常细胞。而且，并且可能最重要地， 分散消除了由从确定可能表示瘤前病变的小区域的生物学特征所获得的信息。 这种必要信息在细胞间的关系中存在，并且通过检查与组织内相邻细胞分离的 单个细胞是不明显的。分散也妨碍使用样品确定患者上的病变部位。因此，还希望将瘤前病变的独特生物学特征结合到收集和分析细胞群集、 并且在细胞样品中筛选指示采样组织中发育异常的细胞群集的存在的装置中。发明内容本发明涉及在细胞样品中筛选指示采样组织中发育异常的细胞群集的存 在的系统和方法。寻找细胞群集中在同种细胞的正常细胞生长、发育和功能期 间不存在或很少发生的两种或多种生物标记物，用于指示构成可能存在瘤前或 瘤性病变(后文称为"发育异常")的局部区域一部分的细胞的存在。维持细胞 间的关系，同时寻找细胞群集以便检査和确定可能的组织发育异常的存在。可采用在相同细胞中不会或很少共表达但其表达在发育异常中变得失衡 的生物标记物来实施本文所述概念。筛选的两种或多种标记物可来源于表达涉
及异常细胞生长和产生的特征性蛋白质的细胞部分的失衡。例如，正常生长和功能的形态学(例如，有丝分裂图)或生物化学(例如，Ki-67增殖抗原)标记物与凋亡过程中产生的形态学(例如，凋亡小体)或生物化学(例如，活化半胱天冬酶3)细胞标识的混合是发育异常的特征。本文所述概念可用于在许多身体区域筛选发育异常，例如从子宫颈、膀 胱、肺部、结肠、卵巢和乳房。可分析自然发生的细胞群集，或者以自然发生 的形式分析它们，或者使用合适的收集器分析从组织、尿液、产生的唾液、乳 房分泌、卵巢冲洗细胞等收集细胞群集。细胞收集器优选被设计成能够提高收集器维持细胞群集或团簇的完整性 的能力，且便于收集的细胞群集转移到接受结构如载玻片上。在一个实施例中， 收集器的材料、收集器收集表面的纹理以及收集期间利用收集器扩张和旋转的 组合有利于细胞群集的收集。优选地，可在转移期间扩张收集器，使来自内外 子宫颈区域的细胞群集终止在基本上共同平面上，以实现后续转移到接受结 构。优选地，细胞群集可以维持采样之前细胞群集中的细胞间存在的空间关系 的方式从收集器转移到接受结构。收集器和接受结构上的取向标记有助于在转 移期间维持空间关系。收集期间以及转移细胞期间扩张收集器。收集和转移期间的扩张通过使 用空气，通过机械扩张系统，或通过空气和机械系统的组合来实现。


图1A-C显示了釆用本发明概念的子宫颈分析系统的一般特征。图2A和2B分别是根据本发明的细胞收集器组件的一个实施例的侧视图和沿线A-A截取的剖视图。图2C是细胞收集器组件的可扩张收集尖端的详图。图3是附连于收集器手柄组件的细胞收集器的剖视图。图4是使用者的手握持附连于收集器手柄组件的细胞收集器的示意图。图5A-C细胞收集器尖端区域的剖视图，显示了细胞群集收集期间细胞收集器尖端的扩张。图6 A-C显示了使用细胞收集器从子宫颈收集细胞群集的步骤。图7A-K显示了使用细胞收集器转移细胞群集的过程，带有模拟收集的细胞群集的有色标记和标记流体。
图8显示了用于转移收集的细胞群集的细胞收集器安装在其上的细胞转 移设备。图9A-C是标记物标记后子宫颈细胞的接触准备视图。图IO是收集的细胞群集分析过程中使用的手动扫描设备的立体图。图11是收集的细胞群集分析过程中使用的自动扫描设备的示意图。图12显示了细胞收集器的另一实施例。图13A-C是图12细胞收集器尖端区域的详细视图，显示了收集期间如何 扩张和旋转。图14A-C显示了细胞收集器尖端的另一实施例。 图15 A-B显示了实现细胞群集转移的另一机构。图16显示了图2A-B的细胞收集器如何附连于用于实现细胞转移机构的另一实施例的安装滑轮。图17显示了附连于图16中的安装滑轮的细胞收集器。图18显示了将收集的细胞集群转移到具载玻片的转台期间的细胞收集器和安装滑轮。图19是用于实现细胞群集转移的安装滑轮的另一实施例的剖视图。 图20A-C显示了收集期间转动细胞收集器的机构。 图21显示了收集器手柄组件的另一实施例。
具体实施方式
I.概述癌症是组织而非细胞疾病。病理学家基于识别病变体系结构，具体是病 变内细胞如何不同于周围正常细胞来进行实体瘤的诊断。所用标准包括形态 学、细胞化学染色来鉴别细胞结构，并且使用抗体和核酸探针来确定细胞遗传 物质的表达模式和组成。肿瘤进程对应于遗传和后生变化的堆积，导致新生肿瘤内的细胞越来越能够增生而不响应正常调节信号和因子，侵入周围组织元件，形成血管和转移。然而，在该过程的最早期，发育异常病变来源于最低程度不同于周围正常细胞的前体细胞的克隆扩张。在其最早期筛选癌症需要识别尚未克隆扩张到这种细胞数量在身体上明显或临床表现为症状的程度时的少数发育异常细胞。由于这些细胞与相邻正常 细胞存在最小差异的性质，识别这些细胞的方法在形态学和生物学标准方面受 到限制。本发明的概念是，通过分析细胞群集以在正常组织的任一点寻找在相同 细胞中很少共表达的两种或多种生物学标记物，可从正常组织元件区分发育异 常的癌前病变。例如，可寻找细胞群集的两种或多种生物标记物，指示作为可 能存在发育异常的局部区域的一部分的单个细胞的存在。下面的说明和实例将 生长和凋亡视作用于解释上述概念的两种或多种生物标记物。然而应认识到， 也可使用在相同细胞中很少共表达的两种或更多其它的生物标记物，或者可与 细胞生长和凋亡联合用作标记物。可使用本文所述概念从许多身体区域筛选发育异常的癌前病变。为了解 释的目的，下面将参照从子宫颈收集细胞群集以筛选子宫颈癌来描述本发明概 念。然而应认识到，本发明概念也可通过从身体其它区域检查细胞群集来筛选 发育异常，例如从膀胱收集来筛选膀胱癌、从肺收集来筛选肺癌、从结肠收集 来筛选结肠癌、从卵巢收集来筛选卵巢癌。可从组织、尿液、产生的唾液、卵 巢冲洗细胞等收集细胞群集。用收集器收集细胞群集，该收集器被设计成提高收集器采集细胞群集或 团簇的能力，并且便于将收集的细胞群集转移到接受结构如载玻片上。在一个 实施例中，收集器的材料、收集器收集表面的纹理、收集期间收集器扩张和旋 转的应用的组合有利于细胞群集的收集。优选地，将细胞群集以保持采样前群 集中的细胞之间存在的空间关系的方式从收集器转移到接受结构。收集器和接 受结构上的取向标志有助于维持转移期间的空间关系。在子宫颈上发育异常病变的情况下，根据本发明概念的子宫颈分析系统 包括细胞收集器；接受结构，收集的细胞群集从收集器被转移至接受结构； 反应试剂和扫描设备，它们一起(l)从子宫颈的内子宫颈内和外子宫颈区域获 取细胞群集；(2)在收集器上和在转移到接受结构时维持收集的细胞群集间的 空间关系；(3)检査细胞群集的分子性质以建立细胞中是否存在异常的证据； 和(4)以使临床医师能够查明子宫颈上什么位置存在发育异常病变的方式运 行。子宫颈分析系统是筛选样本中存在的细胞群集以根据能够揭示相邻细胞 生物学性质的特征性失衡的生物标记物的应用来鉴别发育异常病变的方法的 一个实施例。
图1A-C显示了从子宫颈50收集细胞群集的概念。图1A显示了由子宫 52形成的子宫颈50，子宫颈包括子宫颈管60、内子宫颈56、外子宫颈62以 及阴影表示的从外子宫颈向内子宫颈延伸的过渡区58。显示示例性的病变54 在子宫颈的内子宫颈56处的过渡区58中。图1B显示了可用于从子宫颈50收集细胞和细胞群集的细胞收集器100 的概念。收集器IOO具有适应子宫颈轮廓线的表面104，该表面104具有能够 由其从内子宫颈和外子宫颈62、56收集细胞群集以确保从过渡区58收集细胞 群集、同时保持收集的细胞群集间的空间关系的性质。此外，收集器IOO具有看得见的取向标志106，以使收集细胞群集的个人 在对子宫颈取样时能够定向收集器，并在随后细胞群集转移至同样具有如图 1C所示对应的取向标志108的接受结构101时保持该取向。通过使表面104 与构造成能使细胞群集转移至结构101而不是保持附着于表面104的接受结构 101相接触，细胞群集可被转移至接受结构101。转移期间，取向标志106、 108对齐，使得一旦转移，结构101上的细胞集群具有与它们在收集器IOO上 相同的空间关系。然后可分析细胞群集以筛选可能的异常。细胞收集器100可具有许多不同的构型，只要它能够从内和外子宫颈56、 62收集细胞群集以确保从过渡区58收集细胞群集。在一个实施例中，收集 器表面104的材料、收集器表面104的纹理以及收集期间收集器扩张和旋转的 应用的组合便于细胞群集的收集。II.实施例1 A.收集现在参考图2A-C，显示了体现本发明概念的子宫颈细胞收集器组件150 的细节。收集器组件150包括可拆式连接在可扩张型收集尖端201的中空管 200。管200由例如塑料或纸板制成。可扩张型尖端201也是收集器150的细 胞收集区域，是由例如热塑弹性体合金的弹性体材料制成的回弹性弹性结构， 所述热塑弹性体合金诸如为可从伊利诺斯州McHenry的GLS公司得到的 Versaflex CL30。扩张型尖端201较佳地具有能够在尖端201扩张和旋转时 提高收集器从过渡区58收集细胞集群的能力的纹理。例如，尖端201可具有 MT-11010的纹理。其它弹性体材料也可用于尖端201，例如微孔聚乙酸乙烯 酯、腈橡胶、腈泡沫、氨基甲酸酯泡沫、硅橡胶、胶乳橡胶、聚氨酯和具有低
硬度值、高伸长百分比和适当纹理以促进细胞群集的收集的其它弹性体。管200通常从一端202到另一端204中空，管200的末端202开口 。具 体参考图2C，可扩张型尖端201在形成时的原始状态下包括可拆式连接于管 200的末端204的颈部206、中央膨大肩部208、尖端区域210以及在肩部208 和尖端区域210之间延伸的过渡部分212。如图9所示，围绕收集尖端201的 颈部206可设置o形环214，以有助于使尖端201保持在管200上。图3-5显示了设置在收集器手柄组件303上用于采集细胞样品的子宫颈细 胞收集器组件。组件303包括内套管308和外套管307，管200围绕外套管307 设置，外套管307可滑动地设置在内套管308上。探头306从内套管308的内 部向前伸入可扩张型尖端201的内部。扩张器探头305围绕探头306设置在组 件303的一端，探头305的末端320在外套管308末端处设置在外套管307 内。探头的相对端322膨大并包括肩部324。探头306可具有约2毫米的直径，并突伸超出扩张器探头305的末端约 8-10毫米的距离。肩部324前侧的扩张器探头305可具有约6毫米的直径， 而肩部324直径约为IO毫米。螺旋弹簧326设置在肩部324和外套管307末端之间，以使扩张器探头 305向图3和5A-C中的左侧偏置。另外，螺旋弹簧328在设置在内部套管308 内部探头306末端和设置在内部套管308内的固定环330之间。弹簧328使探 头306向图3和5A-C中的左侧偏置。外套管307还包括管道锁定件309。管道锁定件309包括固定于外套管 307的弹性元件，其向上突伸穿过收集器150的管200上形成的孔332(见图 2B)。管道锁定件309和孔332协配以将管200锁定于手柄组件303的外套管 307。再参考图3，复位弹簧310设置在外套管307内且在内套管308末端和设 置在外套管307末端的弹簧帽311之间。弹簧310向图3的右侧偏置外套管 307，同时向左侧偏置内套管308，以使外套管307和内套管308恢复到图3 所示初始位置。手柄312固定于连接到内套管308的支承件313。手柄312通过枢轴314 可旋转地固定于支承件313，以使手柄312能够在图3所示位置与手柄312基 本上平行于套管307、 308的陷落位置之间枢转。外套管307形成有狭槽315， 以使外套管307和支承件313之间能够相对滑动。在图3中，狭槽315延伸至
支架313右侧的帽311处。如图3和4最佳显示的那样，外套管307的直径从设计成接纳收集器150 的管200的较小直径部分变化到邻近手柄213且在图3中延伸至支承件313 右侧的较大直径部分。较小直径部分与较大直径部分间的过渡形成肩部216 (图4)，管200的末端邻接抵靠肩部216。需要时，管200的末端202可倾斜 以匹配肩部216形成的角度(参见图16-18)。当收集器组件150滑装到手柄组 件303上时，肩部216的角度和管200上的角度可对齐，以有助于确保收集器 组件150在手柄组件303上正确取向。图4是用拇指按压在弹簧帽311上来手持手柄312的示意图。图5A-C和 图6A-C与图4 一起显示了使用细胞收集器组件150的收集过程。使用者首先 将细胞收集器组件150插入到手柄组件303上。这样，探头306的末端配合可 扩张型尖端201的尖端区域210，使得可扩张型尖端变平并暂时縮减尖端201 的肩部208，如图5A和6A所示。这改善了用于将收集器插入子宫颈的使用 者的视线。然后，使用者用拇指或其它手指推按弹簧帽311，如图4所示。这使得外 套管307随着扩张器探头305 —起向前移动，如图5B所示。当探头305向前 移动时，可使可扩张型尖端201的肩部208从扁平状态向外扩张，如图5B和 6B所示。当推进约8-10毫米后扩张器探头305与探头306末端平齐时，扩张 器探头305探底，如图5B所示。扩张器探头305扩张内子宫颈管至约6毫米， 可扩张型尖端201接触子宫颈管。 一旦探头305探底，用拇指持续推挤可使外 套管307再继续移动约3-4毫米，同时向前推动管200。结果，可扩张型尖端 201的肩部208和/或过渡部分212压縮抵靠在外子宫颈62上，如图6C所示。在其移动期间，扩张器探头305使可扩张型尖端201的尖端区域210扩 张成与内子宫颈56的配合。另外，可扩张型尖端201的肩部208和/或过渡部 分212压縮抵靠子宫颈50的外表面。结果，可收集内子宫颈和外子宫颈细胞， 包括过渡区58的细胞。收集期间还可旋转可扩张型尖端201，以在尖端201的纹理的帮助下通过 从过渡区58剪切细胞群集而从过渡区收集细胞群集。尖端201旋转例如20-30 度。可通过使用者手动旋转手柄组件303及与其连接的收集器组件150来旋转 尖端201。或者，可使用合适的机械旋转机构来旋转尖端201， 一旦手柄组件 303将尖端201的尖端区域210、肩部208和过渡部分212扩张成与内子宫颈 和外子宫颈相接触时该旋转机构就使尖端201旋转。如图20A-C显示了机械旋转机构的例子。图20A显示了设置在手柄组件 250上的收集器组件150。组件250包括U形末端部分252，以及可旋转地连 接到U形末端部分252从而使部分254能够相对于末端部分252旋转的扩张 和旋转部分254。以类似于图5A-C所示的方式构造尖端201围绕的部分254 的末端。部分254的相对端在其外表面上设有螺旋齿256。握持套258在部分252、 254相连的位置可滑动地设置在部分252和部分 254上。螺旋齿(未示出)设置在握持套258的内表面，以与在部分254上的齿 256啮合。在组件250的使用期间，将收集器150安装到手柄组件250上之后，当 使用者插入探头时，探头305(如图20A-C所示)向前移动，致使尖端201扩张 (图20B)。使用者继续推挤，使尖端201进一步扩张以配合抵靠外子宫颈(图 20C)。与外子宫颈的配合可阻止进一步插入，引起握持套258沿图20C中箭 头的方向向前移动。握持套258最终移动足够远以与螺旋齿256相接触。继续 推进握持套258和啮合螺旋齿可使部分254与收集器150 —起如图20C中箭 头所示旋转。在插入、扩张和旋转以实现细胞群集收集之后，释放压力且复位弹簧使 机构回到初始位置。管道锁定件309被压下，然后移除子宫颈细胞收集器150。图21显示了其上安装有细胞收集器组件150的收集器手柄组件400的另 一实施例。组件400包括前端管402，前端管的前端连接有偏转器404。手柄 组件400设计成使得收集器组件150的管200滑入管402以安装收集器组件 150。当收集器组件150安装在组件400上时，偏转器404使尖端201上的肩 部208变平，以改善收集期间的插入视线。管402还包括在其后端附近的狭槽 406。类似图5A-C地构造管200围绕其设置的管402的内部。组件400还包括后端管408，其前端被接纳在管402的后端内。后端管 408中形成狭槽410，按钮412可滑动地设置在狭槽410中。按钮412连接于 设置在前端管402的下槽406内的凸起414。在图20显示按钮412处于原始位置，也是组件400的插入位置。适当插 入之后，使用者向后推按钮412，按钮412向槽410的末端移动至后侧按钮位 置。由于按钮412与凸起414相连接，凸起414也向后移动，相对于收集器组 件150向后拉动前端管402以释放偏转器404引起的收集尖端201的偏转。接 着，使用者向前推动按钮412以扩张收集尖端201。按钮412连接于图5A-C 所示的扩张机构，使得按钮在槽410中从按钮的原始位置到按钮的最靠前位置 可引起扩张。一旦一直向前推挤按钮412且收集尖端扩张之后，然后尖端就旋转。可 如上所述通过手动旋转后端管408来手动旋转尖端。或者，可设置合适的机械 旋转机构来旋转收集尖端。B.转移收集后，将细胞收集器组件150安装到转移装置上，用于将来自尖端201 的细胞群集转移到收集结构以进行细胞群集的后续分析。合适的接受结构的例 子包括载玻片、培养皿和可将细胞群集转移以进行细胞群集后续分析的其它 结构。转移装置构造成使得从接受结构到接受结构以相等的压力发生转移。而 且，接受结构的表面比含细胞群集的尖端201的表面具有更大的粘附性，以促 进细胞群集从尖端向接受结构的转移。当接受结构是载玻片时，该载玻片可具 有产生更大粘附性的涂层。转移期间优选用空气充胀收集器组件150的尖端201。当尖端201由热塑 弹性体合金如Versaflex CL30制成时，弹性体使充胀期间尖端能够均匀扩张。 转移充胀期间，尖端区域210和过渡部分212基本上离开(见图7B)，使得尖 端区域210和过渡部分212上的细胞群集最终基本上在共同平面上，以便细胞 群集随后转移到接受结构上。这有助于维持细胞群集中细胞的空间关系。转移后，可从管200移除尖端201并将其置于含保存剂以保存尖端201 上的其余细胞群集的容器中。然后，丢弃管200或将其连接至新的尖端201 以进行进一步的收集。如果尖端201不需要保存，则可丢弃尖端201。图7A-K显示了采用细胞收集器150进行细胞群集转移的概念，带有模拟 收集的细胞群集的有色标记物和标记流体。图7A显示了收集器的尖端201， 其尖端带有指示收集的过渡区细胞群集的有色标记物500。图7B显示了充胀 的尖端201，有色标记物500变淡但仍然可见。图7C显示了加入到包含过渡 区细胞群集的区域中以助于肉眼观察转移的标记液502。图7D显示了将充胀 的尖端201向下按压在标记代表载玻片504实际大小的纸上。图7E显示了留 在示意性载玻片504上的印迹，该印迹代表转移的细胞群集。图7F显示尖端 201縮小至其原始大小和形状。图7G是尖端201的近视图，显示标记液(即代
表细胞群集)转移或未转移的区域。如图7H所示，尖端201的尖端区域210 和过渡区212的底部有小面积的"细胞群集"未转移。位于尖端区域210和过 渡区212之间的关键性过渡区"细胞群集"完全转移。图7I-K显示了采用标 记液体的三次独立转移后的结果。图8显示了细胞群集转移设备704的例子。在该例子中，子宫颈细胞收 集器150的管200上的孔322用作与转移设备704上对应标记对齐的取向标志， 以在转移设备上定向收集器150。需要校正取向，以维持基于其生物学特征和 收集细胞群集的疑似区域的解剖学位置识别的任何异常子宫颈细胞间的关系。将收集器150置于设备704上，使得尖端201面向位于转移设备704底 部的涂覆载玻片703形式的接受结构。设备704包括夹紧管200并使管200 保持在位的钳夹机构705。转移设备704还包括一气缸设备701，它构造成将 空气抽入收集器150以使尖端201充胀。手柄702枢转连接于转移设备704， 杆706从手柄延伸入气缸设备701，用于致动气缸设备701中的活塞。当使用 者向下推动手柄702时，致动气缸设备701中的活塞以迫使空气通过管200 进入收集器150并进入尖端201以使尖端充胀(见图7B)。一旦尖端201充胀，连接于手柄704的手柄708旋转。手柄708的旋转 导致收集器安装机构，包括安装于其上的收集器组件150，类似于钻床向载玻 片703移动。最终，将充胀的尖端向下按压在载玻片703上，类似于图7D所 示方式。然后，旋转手柄708使收集器组件150回縮，释放手柄702以为尖端 201排气。图16-19显示了细胞群集转移到接受结构上的另一实施例。细胞收集器组 件可滑动地设置在安装滑轮1604的安装臂1613上，如图17所示。安装臂1613 中空，以使空气能够通过安装臂1613的后端并进入收集器150以使尖端201 充胀。孔332与安装臂1613上的对应标记1606对齐，以在臂1613上定向细 胞收集器。标记1606形成用于与孔332配合以将收集器固定在安装臂1613 上的锁定件的一部分。安装滑轮1604包括转台1608，转台1608具有手柄1610和用于接受显微 镜载玻片1609的支承表面。采用合适的固定机构如夹具将载玻片1609在支承 表面锁定在位。转台1608可旋转地安装在支持板1611上，从而能够使用手柄 1610旋转转台1608。支撑臂1607通过枢轴1612枢转地连接于板1611，且安 装臂1613从支撑臂1607延伸。此外，气泵1650连接于支撑臂1607且与安装
臂1613的后端流体连通，用于将空气抽入到安装臂1613内以使尖端201充胀。 气泵1650可以是电动驱动或是使用者手动驱动。收集后，将收集器安装到安装臂1613上并锁定在位(图16)。然后朝转台 1608上的载玻片1609逆时针向下旋转支撑臂1607(图17)。接触载玻片之前， 气泵1650使收集器尖端1601充胀至适当体积。如图18所示，尖端201以适 当的角度准确定向在载玻片1609上，以实现细胞群集转移。图19显示了气泵的另一实施，其中，采用柱塞1901和由柱塞主体1903 限定的柱塞腔1902使尖端201充胀。柱塞腔1902与安装臂1613的背侧流体 连通，使得当支撑臂1607朝转台1608逆时针转动时，柱塞1901和柱塞主体 1902压縮，迫使空气从柱塞腔1902流出进入安装臂1613背侧，从而在尖端 向下朝载玻片1609转动时使尖端201充胀。当尖端201向下转动成与载玻片1609配合时，锁定支撑臂1607以维持 尖端201与载玻片1609相接触。然后用手柄1610转动转台1608。 一驱动机 构连接在转台1608和安装臂1613之间，其可旋转地安装在支持臂1607上， 以使安装臂1613和固定于其的收集器150转动。驱动机构构造成使收集器尖 端201进行完全回转，转台1608中的弹簧使该机构回到初始位置。如图1C、图8和图16-19所示，采用载玻片作为转移细胞群集的接受结 构。载玻片优选被构造成(i)涂层处理部分或全部表面以使细胞和细胞群集附 着于载玻片而不是仍然附着于收集器的表面；和(ii)可相对于收集器上的取向 标志独特地取向。这些特征可通过经喷漆或蚀刻的表面修饰玻璃来实现，从而 鉴定患者和记录相应的收集器。C.分析固定如图1所示转移到载玻片101上的细胞和细胞群集。固定剂可以是 能够保持宫颈细胞形状和生物化学特征的任何流体或气溶胶。固定剂可以是目 前用于固定细胞学样本的流体或气溶胶中的一种，或是这些制剂的改进形式， 其促进细胞结构的保存或加工材料用于其它应用，例如与分子探针反应的能 力。气溶胶固定剂的一个例子是Shandon CytoFix。为了标记细胞和细胞群集，可使用包含能与发育异常宫颈上皮特征性生 物标记物反应的一种或多种分子探针的染色试剂。可评估的生物标记物包括蛋 白质，尤其是增殖细胞表达的分子的修饰或活化形式。图9A-C显示了一个例 子，其中，用导致新生转化细胞中细胞周期失衡的组蛋白脱乙酰基酶的抑制剂M344处理宫颈细胞，染色增殖细胞中表达的蛋白质磷酸化核糖体蛋白S6(图 9A)和断裂细胞角蛋白18 (图9B)，这两种蛋白是细胞凋亡的特异性标记。这 是子宫颈发育异常时表达的一对标记物，但在病变内的相同细胞中不表达，如 合并图(图9C)所示。也可使用其它标记物对，包括增殖和细胞周期抑制剂标 记物。增殖标记物的例子有Ki-67抗原和增殖细胞核抗原(PCNA)。通常不会 在活跃生长细胞中高水平表达的细胞周期抑制剂包括p16、 p21和p27。采用 本文所述的筛选方法，任何给定标记物对的成功应用将取决于所应用组织和异 常新事物的具体生物学特性。可使用的其它生物标记物包括核酸、发育异常宫颈细胞中表达增加的 基因的信使RNA分子、脂质以及蛋白质和脂质的糖基化形式。这些目标生物 分子在组织和发育异常细胞中的作用包括细胞内信号转导受体(例如，有丝分 裂原激活的蛋白激酶)、结构蛋白(例如，细胞角蛋白)以及核增殖相关基因产物 (例如，Ki-67)。这些蛋白质的表达可依据例如异常生长或凋亡。为确定这些生物标记物的表达而应用和检测染色试剂的方式可包括用 荧光素(例如FITC)、反应性标志(例如，生物素)来修改抗体和核酸探针，或者 将这些分子直接与报告分子(例如辣根过氧化物酶)偶联。可直观(例如，通过表 观荧光照射)通过与酶报告分子(例如，抗生蛋白链菌素偶联的碱性磷酸酶)和/ 或加入导致沉淀的底物(例如自唑蓝和溴氯吲哚基磷酸盐)反应进行比色读取来检 测这些探针。为了识别指示宫颈上皮损伤的发育异常细胞组的存在，可采用一些方式 的复染。这可通过以下方式实现采用目前用于免疫细胞化学和免疫组织化学的试剂以便肉眼观察细胞(例如甲基绿或苏木精)，采用与主要细胞特征反应的试剂(例如鬼笔环肽)，或采用用于发展通常称为Pap染色的试剂。然后，使用扫描设备来测量来自适当检测探针的个体信号强度并确定这 些信号在收集和染色样品间比例如何变化。扫描和分析整合在接近最小瘤前病 变的区域上，该区域对临床医生来说形态学上明显并且可通过组织学或免疫组 织化学证实。扫描设备可以是自动的，以实现分析多个载玻片，所需分析软件 可以驻留在扫描仪中或存在于外部电脑中。图10描绘了可用于读取样本载玻片的扫描设备1000的一个例子。图10 所示扫描设备1000是手动仪器。该例子中的手动仪器包括匹配在固态平面发
光器1006上的常规放大器1002 (例如，3X或更高)。放大器视野的示例值为8 毫米，但是根据使用者的需要也可采用其它值。悬臂式两轴线手动平台IOIO连接有载玻片保持件1004，使载玻片定位在 放大器和发光器之间。提供差动4-连杆1012以使载玻片粗略和精密定位放大 器下方。连杆1012连接于平台定位器1018，平台定位器包括操纵杆1014和 锁定件1016。提供包含激发和发射滤光片的滑块1008，以能够在白光和荧光 下观察样本。滑块1008插入在发光器和载玻片保持件之间。该手动设备1000 还可具有聚焦头，以允许使用者调节放大器1002的分辨率。可使用电池或壁疣为发光器供电。发光元件1006提供的光照将取决于饱 和所用荧光团所需的激发光强度和阳性细胞群集产生的发射强度。示例性的值 包括吸收(激发)峰值495nm，发射峰值519nm，或在590nm吸收、617nm发射的染料。图11描绘了可用于读取样本载玻片的仪器的另一例子1100。图11所示 仪器1100是自动单元。该自动单元采用"接触图像传感器"(CIS) 1112来俘 获载玻片图像， 一真空夹盘安装在球形载玻片上以往复运送载玻片1110通过 输入升降件1108和输出升降件1106之间的CIS 1112运输线。升降件1106、 1108由电动机1102和齿轮1104驱动。电动机1116驱动的绷紧带式驱动和导螺杆驱动1114是可以用作往复运 动输送装置1120的两个例子。往复运动输送装置1120骑在直线轴承1118上。 升降件1106、 1108是运送带设计的一个例子。在另一个例子中，升降件可以 是垂直走向横杆设计。升降件的选择取决于包装限制和产量/批量尺寸要求。 扫描时间取决于光照水平和所用具体CIS。CIS还会负责从各个载玻片读取条形码数据。条形码包括可印刷在报告中 的患者人口数据。提供条形码数据可降低手动操作导致的误差。并且，阳性样 品ID对CLIA顺应性是强制性的。典型CIS读数仪能够俘获条形码并具有解码软件(例如，码128的8-10个 字符)。本系统中可使用200 DPI CIS (例如，Peripheral Imaging公司的 PI216MC-DR)。如果存在特定波长和灰度级的要求，则考虑可使用其它CIS 模块。可从许多供应商获得200DPI和更高单色及彩色CIS模块。需要时，可 改进CIS模块以实现具体应用。例如，可能需要添加波长选择滤光片。也可能 需要除去防护玻璃或配合分数螺距GRIN透镜杆。也可能需要使用两个单色
CIS模块，每个颜色一个，而不是在单个颜色模块中清除光谱响应。同样，CIS 提供的光照将取决于饱和所用荧光团所需的激发光强度和阳性细胞群集产生的发射强度。示例性的值包括吸收(激发)峰值495nm，发射峰值519nm，或在 590nm吸收、617nm发射的染料。在一个实例中，可使用被特定设计成用于嵌入式系统而非台式/膝上应用 的单板计算机(SBC)来控制自动单元。示例性的SBC包括但不限于Sharp、 Atmel和Auron生产的SBC。 SBC还会负责数据获取/处理和印刷。SBC将以 已知的方式编程，以实现控制自动系统以及获取和处理从CIS所接受的数据的 具体应用。如果需要有意义的用户界面交互作用，例如在窗口中显示所有样品 的结果，复合印刷、或储存原始数据，可采USB接口或数据传输的类似机构 将数据传输至个人计算机或主计算机。自动系统所用电源可以是许多形式。在一个实例中，使用可再充电的电 池。处理器和LCD显示器5 VDC下的电源要求约为450 mA。该电源要求可 由NiMH型电池满足。例如，四个3500 mAHr电池组新电池时可提供7小时 运行。如果使用1500 mAHr范围的AA电池组，则新电池时可提供3小时运 行。最后，考虑也可实现"lite"版自动系统。这种lke版本可包括LCD显示 屏、单轴平台、CIS传感器和按比例縮小的处理容量。使用者可将载玻片置于 CIS下方。然后，使用者按下按钮以获取数据，然后在LCD显示屏上显示数 据。III.实施例2现在参考图12和13，显示了，用于在子宫颈管100中收集细胞的宫颈细 胞收集器的另一个实施例10。在该实例中，宫颈细胞收集器由组件构成，该 组件包括柔性细胞采样区域12和毗邻的刚性推送器22，刚性推送器内包含第 二组件，第二组件包括可旋转地安装在刚性芯元件14上的尖端扩张器16，尖 端扩张器的一组特征31与芯元件14的对应致动特征32相啮合，第二组特征 33啮合推送器34的匹配特征。芯元件14的致动特征32例如构造成具有合适 螺距的螺纹。附连于芯元件14的口针(stylette)18穿过尖端扩张器16上的开口 20。细胞采样区域12可以是由以下适当弹性体材料制成的弹性弹性结构，诸 如微孔聚醋酸乙烯酯、热塑性弹性体、腈橡胶、腈泡沫、氨基甲酸酯泡沫、硅 橡胶、胶乳橡胶、聚氨酯以及具有合适的低硬度值、高伸展百分比和表面品质 的任何材料。如图13A、 13B和13C所示，宫颈细胞收集器可在延展状态(图13A);中 间状态(图13B);和压下状态(图13C)之间转变。临床医生将延展状态下的宫 颈细胞收集器10的尖端引导入子宫颈管100中所要求的深度(以尖端深度表 示)，如图13A所示。在该状态下，推送器22回縮，细胞采样件12大致顺应 尖端扩张器16的外表面。一旦临床医生将宫颈细胞收集器10的尖端在子宫颈 管100中适当定位之后，就朝子宫颈口 (os)推进推送器而芯元件14和口针 18保持静止不动。当推送器22的特征31和34分别与芯元件14和尖端扩张 器16的相应特征32和33啮合时，推进推送器22使尖端扩张器15同样朝子 宫颈口移动并围绕静止的芯元件14旋转。同时，推送器22的推进对细胞采样 件12施加了压縮力，从而导致其抵靠子宫颈口的外部径向向外变形，如图13B 和13C所示。将尖端扩张器16推入细胞采样件12的尖端内可使细胞采样件 12的尖端直径增加，从而使细胞采样件12的外表面压迫在子宫颈管100的壁 上。尖端扩张器16相对于细胞采样件12内表面的旋转运动有利于尖端扩张器 进入，从而扩张细胞采样件。细胞采样件12抵靠子宫颈口和管道100的接触与旋转可使脱落宫颈细胞 附着于细胞采样件的外表面。推送器22的回縮导致尖端扩张器16从细胞采样 件12的尖端退出，而使细胞采样件能够回到其初始延展状态。然后，可从子 宫颈管100和阴道取出宫颈细胞收集器10，收集在细胞采样件表面上的细胞 为后续评价备用。可通过几种方式准备俘获在细胞采样区域12上的细胞用于评价。 一种方 式是将细胞收集表面浸渍到保存介质中且较佳地将其搅动到保存介质中，制备 俘获细胞在保存介质中的悬浮液。所得细胞悬浮液可以常规单层细胞制备的方 式沉积在显微镜载玻片或类似表面上，并根据已知方法染色和评价。或者，可 用流式细胞仪评价悬浮细胞。制备俘获细胞用于评价的另一种方式示意性地如图14和15所示。在该 方式中，将刚性心轴114插入细胞采样区域12，迫使粘附有细胞的细胞采样 区域部分呈现心轴形状，如图14所示。细胞采样区域12和心轴114上匹配的 键锁特征112和116确保细胞采样区域相对于心轴保持预定的取向。这可通过
使得载玻片上的印迹对应于收集器上的特征标记，从而在装置插入子宫颈管时 反映装置的取向的方式实现。这些印迹允许临床医生准确鉴定采集细胞的区 域。如图15所示，然后细胞采样区域的含细胞表面可与显微镜载玻片或类似 适当处理的表面相接触，在该处理表面上沿适当的弧度滚动以使细胞采样区域 的整个含细胞表面与显微镜载玻片相接触。细胞采样区域的含细胞表面与显微 镜载玻片的接触使得细胞从细胞采样表面转移到显微镜载玻片上。然后，根据 已建立的方法染色和评价这些转移细胞。在本方法中，保留了细胞间的相对空 间位置，因而可以确定收集细胞在子宫颈上的大致位置。载玻片通常具有盖玻 片。载玻片上的物质是否会在检查子宫颈分析系统结果之后以一些其它方式处 理决定了所用封固介质的组成。使用合适的光照观察具盖玻片的载玻片。仔细检査确定在一个子宫颈样 品区域中是否存在信号定位。参照表示收集细胞位置的子宫颈图谱标注候选病 变的位置。使用具有上述特征的收集器采集宫颈内外细胞。可由内科医生或健康护 理工作者收集样品。或者，可以培训妇女自己收集样品以实现子宫颈分析系统 的目的。虽然结合优选实施例描述了本发明，但对本领域技术人员来说很明显， 可实现本发明的其它目的和改进而仍然在本发明的权限和范围内。本发明各个方面和所述形式非常适合达到其它声称的目的和优点。所述 细节不视作对本发明的限制。
权利要求
1.一种在子宫颈中检测异常组织的系统，所述系统包括收集器，用于从子宫颈的外子宫颈区域和内子宫颈区域收集空间排列的细胞群集，所述收集器维持收集在所述收集器上的所述细胞群集的空间完整性；接受结构，用于接受从所述收集器转移的细胞群集，其中，所述接受结构和所述收集器构造成维持转移到所述接受结构的所述细胞群集的空间完整性；分析试剂，用于准备转移到所述接受结构上的细胞群集以便检查；以及扫描设备，用于检测由所述分析试剂制备的细胞群集，从而检测是否存在在发育异常状态下显示的两种或多种细胞表达特性的失衡。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述收集器和所述接受结构 各包括至少一个位于其上的取向标志，以有助于分别维持收集和转移的细胞的 空间完整性。
3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述收集器还包括主体； 和位于靠近所述主体一端的弹性表面，所述弹性表面具有适合从子宫颈的外子 宫颈和内子宫颈区域收集细胞群集的接触纹理，所述弹性表面由使所述弹性表 面能均匀扩张的材料制成，并且所述弹性表面可旋转，其中，当所述弹性表面扩张和旋转时，所述弹性表面的接触纹理有利于 所述弹性表面从外子宫颈和内子宫颈区域收集细胞群集。
4. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述弹性表面的材料包括热 塑性弹性体合金。
5. 如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述接触纹理包括MT-11010。
6. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分析试剂还包括细胞学 检测混合液，所述混合液包含作为第一细胞表达特性标记物的第一试剂和作为 第二细胞表达特性标记物的第二试剂。
7. —种检测异常组织的系统，所述系统包括收集器，用于从在发育异常状态下可能显示两种或多种细胞表达特性潜 在失衡的局部组织区域收集细胞群集；接受结构，用于接受从所述收集器转移的细胞群集；分析试剂，用于准备转移到所述接受结构上的细胞群集以便检査；以及 扫描设备，用于检测所述分析试剂制备的细胞群集，从而检测是否存在 在发育异常状态下显示的两种或多种细胞表达特性的失衡。
8. —种在子宫颈中检测异常组织的方法，所述方法包括(a) 使用收集器从子宫颈的外子宫颈区域和内子宫颈区域收集细胞群集， 同时保持收集在所述收集器上的细胞群集的空间完整性；(b) 将所述收集器收集的至少一部分细胞群集转移到接受结构上，同时保 持转移到所述接受结构上的细胞群集的空间完整性；(c) 将细胞学检测混合液应用于转移到所述接受结构上的细胞群集；以及(d) 分析所述细胞群集中两种或多种细胞表达特性的失衡。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述收集器和所述接受 结构上的至少一个取向标志分别维持收集和转移的细胞群集的空间完整性。
10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述收集步骤还包括在外子宫颈和内子宫颈区域接触细胞群集，所述细胞群集与收集器的弹 性表面接触，具有接触纹理的所述弹性表面适合从外子宫颈和内子宫颈区域收集细胞群集；扩张所述收集器的所述弹性表面；以及相对于外子宫颈和内子宫颈区域转动所述弹性表面；其中，当所述弹性表面扩张和旋转时，所述弹性表面的所述接触纹理有 利于所述弹性表面从外子宫颈和内子宫颈区域收集细胞群集。
11. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述扩张步骤包括机械扩 张所述收集器。
12. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述方法包括手动旋转所 述弹性表面。
13. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述方法包括机械旋转所 述弹性表面。
14. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述方法包括旋转所述弹 性表面约20-30度。
15. 如权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述方法包括在扩张所述 弹性表面之后旋转所述弹性表面。
16. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转移步骤还包括气动地扩张所述收集器。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述收集器扩张至使得从 外子宫颈和内子宫颈区域收集的细胞群集基本上在共同平面上的程度。
18. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述应用细胞学混合液的步 骤还包括应用第一试剂作为第一细胞表达特性的标记物，和应用第二试剂作 为第二细胞表达特性的标记物。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述应用细胞学检测混合 液的步骤还包括将所述第一和第二试剂一起应用于细胞群集。
20. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述分析细胞群集的步骤包 括扫描所述细胞群集和测量由分析试剂检测的各个信号强度并确定检测到的 信号比如何在细胞群集间变化。
21. —种检测异常组织的方法，所述方法包括(a) 用收集器收集细胞样品，所述细胞样品包括可在发育异常状态下显示 两种或多种细胞表达特性潜在失衡的组织的局部区域中的细胞群集；(b) 将收集的所述细胞群集的至少一部分转移至接受结构；(c) 将细胞学检测混合液应用于转移至所述接受结构的所述细胞群集上；以及(d) 分析转移的所述细胞群集中两种或多种细胞表达特性的失衡。
22. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述应用细胞学检测混合 液的步骤包括应用第一试剂作为第一细胞表达特性标记物和应用第二试剂作 为第二细胞表达特性标记物。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述应用细胞学检测混合 液的步骤包括将所述第一和第二试剂一起应用于单个细胞样品的转移细胞。
24. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述分析步骤还包括用扫 描设备扫描所述细胞群集。
25. —种筛选细胞群集以指示构成可能存在瘤前或瘤性病变的局部区域 一部分的细胞的存在的方法，所述方法包括在细胞群集中寻找在正常细胞生长、发育和功能期间在相同细胞中通常 不发生的两种或多种生物标记物。
全文摘要
寻找细胞群集中在同种细胞的正常细胞生长、发育和功能期间不存在或很少发生的两种或多种生物标记物的系统和方法，用于指示构成可能存在瘤前或瘤性病变的局部区域一部分的细胞的存在。维持细胞间的关系，同时寻找细胞群集以便检查和确定可能的组织发育异常的存在。
文档编号A61B10/00GK101132738SQ200680006954
公开日2008年2月27日 申请日期2006年1月4日 优先权日2005年1月6日
发明者E·伊顿, E·拉森, G·迪蒙特, P·冈布里奇, W·马尔茨曼 申请人:辨癌公司