用于培养样品发育监测的装置，方法和系统的制作方法
【专利说明】用于培养样品发育监测的装置，方法和系统
[0001]相关串请
[0002]本申请要求于2013年3月1日提交的，格尼亚有限公司的，题为“用于培养样品发育监测的方法和系统”的澳大利亚临时专利申请第2013900700号和于2013年10月11日提交的，格尼亚有限公司的，也题为“用于培养样品发育监测的方法和系统”的澳大利亚临时专利申请第2013903928号的优先权，而且其说明书通过引用整体并入本文并且用于所有目的。
发明领域
[0003]本发明涉及测试和评价生物样品的领域。下文关于生物样品的成像和评价描述本发明将是方便的，尤其是关于成像和评价位于培养空间中的接合子(zygote)、胚胎、卵母细胞和干细胞，然而应当理解本发明不只限于该用途。例如，本发明还用于在胚胎发育过程中为孵育提供最佳和安全的培养条件。
【背景技术】
[0004]在本说明书中使用的单数形式的词“发明人”可以用于指本发明的一个(单数)发明人或多于一个的(多个)发明人。
[0005]应当理解的是，本说明书中的文件、设备、行为或知识的任何讨论都被包括以解释本发明的上下文。另外，整个说明书的讨论都是由于发明人的实施和/或发明人对某些相关技术问题的识别而产生。此外，本说明书中的诸如文件，设备，行为或知识的材料的任何讨论都被包括以依照发明人的知识和经验来解释本发明的上下文，因此，任何这种讨论都不应该认为是承认任何这种材料形成在本文的公开内容和权利要求的优先权日当天或者之前的现有技术基础或者澳大利亚或其他地方的相关领域中的公知常识的一部分。
[0006]辅助生殖技术(ART)作为辅助生殖的手段在发达国家变得越来越重要。背景是在1981年引入到美国之后，2010年美国进行了大约150，000个ART周期，导致47，090例婴儿安全出生和产生61，564名婴儿。虽然与潜在需求相比，ART的使用仍然比较少见，然而在过去的十年中使用大大增加，从而设想如今在美国每年出生的所有婴儿中的1%利用体外受精(IVF)，而在其他国家是2-4%。在这方面，还引用了美国政府的疾病控制和预防中心的最近的网络文章(http://www.cdc.gov/art)。
[0007]IVF涉及妇女的卵巢的激素刺激以便成熟多个卵子，将所述卵子移除，在实验室中受精，培养2至6天，然后转移回她的子宫妊娠。受精的第一天，已复制其染色体和发生细胞裂解两次并在早期的第二天达到4-细胞期，以及在早期的第3天达到8-细胞期的卵子与复制其染色体并只发生细胞裂解一次以及在第2天达到2-细胞期和在第3天达到4-细胞期的卵子相比，更有可能产生后代。表现出广泛接受的胚胎生存能力和带来后续的成功妊娠结果(尽管有患者特殊因素)的胚胎发育模式是适当和及时的，即，细胞分裂以正常的方式并在合适的时间发生。
[0008]对于早期人类胚胎发育的基本途径和事件了解很少，包括可能有助于预测发育的成功或失败的因素。因此，为了增加通过IVF怀孕的几率，往往将多个胚胎转移到子宫，尽管可能导致证据充分的不良结果(例如，参见Pinborg 20051)。
[0009]作为对这个问题的响应，许多IVF方案延伸胚胎培养至第5或6天以转移单个囊胚。这种做法对于36岁以下的女性而言，成功地减少了多胎妊娠的风险，同时产生每个转移胚胎的更高的着床/妊娠率。但是许多患者的受精卵不在培养基中形成囊胚。此外，充分研究的小鼠胚胎模型表明，在4-细胞期和16-细胞期之间在体内发生的快速卵裂率在现有的培养条件下在体外不能重现。由于囊胚形成在受精后以限定间隔开始，独立于细胞分裂的数量，在体内发育的小鼠胚胎与在培养基中发育的胚胎相比，在囊胚阶段具有多于两倍的细胞。如果这种情况与人类胚胎相同，那么延长培养可能导致囊胚具有较少的细胞可以用于形成胎儿-对于一些IVF婴儿据报告具有低出生体重的可能解释(Kiessling等人，1991)。
[0010]IVF程序所需的卵母细胞经阴道超声引导针吸取出。可以取出1至超过40个卵母细胞，但是通常是10至20个。然后将卵母细胞放置在基于人输卵管液的培养基中并且在37°C下培养。然后，通常将10万至约20万个精子加入到小滴介质中的卵母细胞中，或者使用胞质内注射(ICSI)将单个精子直接注射到卵母细胞。12至20个小时之后，可以通过指示受精已经发生的得自父亲(来自精子)和得自母亲(来自卵子)的原核的存在记录受精。受精率可在0至100%之间变化，但平均约为6-70%受精是正常的。随后选择具有“最好的”形态学级别的胚胎用于转移。
[0011]许多因素影响哺乳动物植入前胚胎在体外的发育。除了适当的温度控制和培养基配方，人类胚胎普遍容易受到氧化应激的影响。因此，通常在低的氧浓度(约2-7%)下培养人类胚胎，但是一些中心仍然利用大气氧浓度(约20% )。
[0012]由于IVF程序承担着越来越多的临床意义，所取出的卵子的形态学评估仍然是相当表面的(Rienzi等人，20112)。体外采集的卵母细胞的典型研究局限于利用立体显微镜对卵丘(cumulus)的存在和大致形貌的评估。随后，在剥蚀(去除卵丘细胞)后也使用倒置显微镜进行快速评估，包括评估细胞质、卵周隙和透明带。(Rienzi等人，2011)。该评价提供关于发育阶段[中期1(M I )或者Μ II ]和质量(通过寻找细胞质、极体或透明带中的退行性迹象)的非常表面的信息。随后，对Μ II卵母细胞进行ICSI (细胞质内精子注射)，从该点开始，仅仅基于胚体的形态估计所获得的胚胎的发育潜能，而不管其所衍生自的卵母细胞的质量(Rienzi等人，2011)。
[0013]—旦培养受精胚胎，形态学评估成为一个关键步骤。在预定的检查点处，通常是体外培养的每天或者每隔一天，进行常规倒置显微镜调查并且对定量表征应用国际上公认的标准，尽管存在关于这些参数的预测值的一些担忧。(Cummins等人，19863；Emiliani等人，20064)。
[0014]已经开发了许多不同的方法以识别那些具有高植入潜能的胚胎。选择存活的胚胎的最广泛支持的策略依靠胚胎转移时的卵裂球的数目和胚胎的外观等级(Beuchat等人，20085)，定义为根据为数不多的国际公认的胚胎分级标准中的其中一个给予胚胎的等级。但是，这些形态方面没有充分地与胚胎生存能力相关以允许明确地识别能够产生成功的妊娠的最优胚胎。已经提出了许多替代策略来提高胚胎生存能力估计的预测精度(prognostic accuracy)，包括选择早期分裂的胚胎(Shoukir等人，19976)、培养到囊胚阶段(Gardner等人，19987)、对原核(PN)阶段接合子评分(Ebner等人，2003s)，分析胚胎的代谢图谱并在细胞活检后检查其染色体组成。
[0015]尽管通过上述方法提供了改进，但它们本质上仍然是主观测量，而且已经设计了若干算法驱动的自动评分系统以试图进一步改善胚胎评分的预测精度。这些包括原核接合子评分系统(Beuchat等人，2008)。最近，已经将时间推移成像技术结合到一些评分算法中和结合表型测量，评分算法包括估计卵裂时机(ARAV 20089)、囊胚发育速度(Cruz等人，20111°)，表型测量诸如有丝分裂的时间、胞质分裂、透明带厚度等(Wong等人，201011)。无论使用何种形态评分系统，时间推移成像技术都实现胚胎评分的预测精度的固有增加(Montag 等人，201112)。
[0016]公开的国际专利申请号W0 2012/047678 (Auxogyn公司)提供了用于自动成像和评价人类胚胎、卵母细胞或多能细胞的系统，其中描述了自动化培养皿检测和孔占用测定。另外，描述了用于双峰成像的多孔培养皿和照明组件。这些设备用于识别或者有助于识别可用于治疗人类的不孕不育的体外的胚胎和卵母细胞。W0 2012/047678的装置包括具有用于支持成像系统的一个或者多个架子的标准孵化器。该成像系统具有装载平台并且放置在孵化器内以成像在它们的装载平台上安装的培养皿中培养的一个或者多个胚胎。换言之，若干整个成像系统与孵化器原位放置而用于与每个成像系统的安装培养皿相关的一个或者若干胚胎。
[0017]—般而言，尽可能地减小生物样品的患者混淆或者错误识别是重要的。在目前的系统中，包括具有时间推移设备的那些，经常需要在包含生物样品的培养皿的盖子上手写标记或者该样品可能未在培养皿和盖子本身上进行相同标记。由于胚胎保留在培养皿中，应注意的是培养皿盖子可与胚胎分离。进一步地，可以将培养皿移除并且放置在不同的位置，从而时间推移成像不再匹配实际的胚胎。
[0018]对于胚胎生存能力，目前的孵化器系统可以在‘设定后放置(set and forget) ’的基础上运行。换言之，为整个仪器设定单个温度。此外，在培养过程中可能不增强胚胎发育。
[0019]目前的系统还可能对生物样品的培养环境提供不同程度的破坏。例如，不时间推移的‘台式’孵化器可能需要定期从受控环境取出培养皿。关于W0 2012/047678 (Auxogyn公司)公开的特定时间推移系统，该系统只提供仅仅时间推移设备，其中多个设备放置在大的孵化器中，因此，未对任何患者的个体生物样品控制孵化器环境。举例来说，UnisenseFertiliTech A S的Embryoscope?孵化系统，统称时间推移系统，可能需要将所有的培养皿放置在共享环境中，因此，如果移除一个患者的培养皿，则可能影响其他患者样品。此外，这些系统涉及单个照相机和共享环境。结果可能是破坏患者样品，因为借助只具有一个照相机的仪器，不断地移动样品从而使得样品在它们的环境中被破坏。
【发明内容】
[0020]本文描述的实施方案的一个目标是克服或减轻相关技术系统的上述缺点中的至少一个，或至少提供现有技术系统的一种有用的替代。
[0021]在本文描述的实施方案的第一方面，提供了一种用于自动评估培养的样品的装置，其包括至少一个可独立访问的模块，所述至少一个可独立访问的模块适合于孵育多个样品中的至少一个，其中，至少一个模块与光源和可移动光学检测构件操作性关联，所述可移动光学检测构件适合于围绕穿过所述模块的观察轴移动从而扫描观察区域。
[0022]所述可移动光学检测构件的移动可以局限于以下的一种或者组合:垂直于所述观察轴的χ-γ平面，以及；包括所述观察轴的Z方向。优选地，可移动光学检测构件可用的移动包括所述光学检测构件能够在与所述光学检测构件的光学观察方向垂直的X-Y平面内自由地平移(translate)并且在包括光学观察方向的正交Z方向上具有进一步的移动自由度。在具体的实施方案中，可移动光学检测构件的移动可以是实质上偏心的或轨道的。
[0023]优选地，可移动光学检测构件适合于通过椭圆形旋转的物镜系统或者更通常而言的旋转物镜系统移动。所述至少一个模块可以包括用于密封培养室的盖子和闩锁机构，所述培养室在所述模块内并具有受控的环境。所述模块可以包括用于控制至少所述培养室内的气体组成和温度的构件，所述培养室用于保持培养的样品。优选地，所述至少一个模块还包括平衡构件。所述光学检测构件可以包括与椭圆形旋转