專利名稱：用于自動進行實驗室程序步驟的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在細胞或組織樣品上自動進行實驗室操作的設(shè)備，其包括多個模塊操作臺(station)和至少一個傳輸單元，該模塊操作臺的每個進行在操作的總序列中的至少一個操作，該傳輸單元用于將樣品容器傳輸?shù)讲僮髋_和在操作臺之間傳輸。
新的藥物物質(zhì)的開發(fā)是非常消耗時間和昂貴的。在常規(guī)的用于活性物質(zhì)的開發(fā)過程中，特別是治療靶的識別和確認，潛在的活性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和臨床前階段包括必須優(yōu)化以減少時間、成本和在后面開發(fā)階段中產(chǎn)品失敗的風險的步驟。由于在所謂的“高通量篩選(high-throughput screening)”(HTS)、組合化學、計算機-輔助生物化學和實質(zhì)藥理學中的進步(其提供大量用于新的活性物質(zhì)的可能的候選物)，在臨床前階段中的瓶頸近來已變得更關(guān)鍵。
由于大量可能的候選活性物質(zhì)不再能實質(zhì)上進一步評價或不能僅以無法接受的努力在動物實驗中進一步評價，因此通過在細胞或細胞組織樣品上的體外研究來對有希望的候選活性物質(zhì)的預選擇變得越來越重要。體外研究甚至有助于在體內(nèi)篩選前放棄不合適的候選活性物質(zhì)，或更快速地識別特別合適的目標和候選活性物質(zhì)。
即使用于篩選活性物質(zhì)的適當?shù)捏w外方法與體內(nèi)方法相比相對快且經(jīng)濟，但還有這樣的問題細胞組織樣品必須以復雜的程序培養(yǎng)相對長的時間，所以由于要同時處理的大量樣品(其每個必須進行長順序的復合、化學或分析處理步驟)，需要實驗室操作的自動化。
WO 02/49761提出了一種自動化的實驗室系統(tǒng)，特別是用于進行PCR方法。該設(shè)備包括多個模塊操作臺(其每個進行在操作的總序列中的至少一個操作)和無需人工輔助將材料傳輸?shù)搅硪徊僮髋_的模塊操作臺。
DE 198 53 184 A1公開了用于將具有多個樣品孔(sample well)、特別是滴定板(titer plate)的支撐元件傳輸?shù)絻Υ婧?或處理操作臺和在儲存和/或處理操作臺之間傳輸?shù)脑O(shè)備，包括將輸送和/或儲存單元連接到至少一個處理操作臺的傳輸單元，特別是線性操作傳輸單元，其用于傳輸支撐元件，該處理操作臺以模塊的方式建立且能夠裝配有至少一個用于在支撐元件或其樣品孔上進行可自動化處理功能的功能單元，且該處理操作臺具有樞軸器件，該樞軸器件具有至少一個用于在傳輸單元和功能單元之間傳輸支撐元件的可轉(zhuǎn)動的或旋轉(zhuǎn)的臂，并且這樣形成，使得作為對電子控制信號的反應(yīng)，由樞軸器件通過預定的角度對于旋轉(zhuǎn)軸繞樞軸轉(zhuǎn)動而保持支撐元件并可通過轉(zhuǎn)移從該樞軸器件轉(zhuǎn)移到鄰近的單元。該文件提出，作為功能單元，在支撐元件上提供培養(yǎng)器、分配器、吸移管管理器和用于優(yōu)選的光學可讀識別的讀取單元。
因為細胞和組織樣品的培養(yǎng)和處理需要特定的條件相對長的時間，已知的實驗室自動化設(shè)備非常不適于處理細胞或組織樣品。因此，本發(fā)明的目的是提供用于在細胞或組織樣品上自動進行實驗室操作的設(shè)備，通過該設(shè)備這些樣品也可培養(yǎng)相對長的時間。
該目的通過用于在細胞或組織樣品上自動進行實驗室操作的設(shè)備實現(xiàn)，該設(shè)備包括多個模塊操作臺和至少一個傳輸單元，該模塊操作臺的每個進行在操作的總序列中的至少一個操作，該傳輸單元用于將樣品傳輸?shù)皆摬僮髋_和在該操作臺之間傳輸，和其中所述設(shè)備具有至少一個用于自動更換該樣品容器中的液體介質(zhì)的操作臺(介質(zhì)更換操作臺)。
該實驗室操作可為復雜和高度復雜的實驗程序的部分。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括多個模塊操作臺，其可為已知的自動移液操作、計量或分析單元，例如在WO 02/49761或DE 198 53 184中所述的。用于將樣品容器傳輸?shù)讲僮髋_或在操作臺之間傳輸?shù)倪m合的傳輸單元為例如，在DE 198 53 184中公開的傳輸單元。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選包括樣品輸入操作臺、至少一個培養(yǎng)器操作臺、介質(zhì)更換操作臺、數(shù)據(jù)收集操作臺和樣品輸出操作臺。
在樣品輸入操作臺中，將細胞或組織樣品引入根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，該樣品例如未成熟細胞組織樣品，特別是未成熟腦組織樣品(例如海馬組織切片)以及心或肝組織樣品，例如心房樣品。可包含膜插入物的具有一個或多個孔的板形式的樣品容器適用于該目的，該板在每種情況下可具有蓋板。適當?shù)臉悠啡萜骺缮藤彛?，作為所謂的6-孔板(同樣的多孔板)，并可用作組織培養(yǎng)平板。這些板由底板和可移除的蓋構(gòu)成。該底板包含六個孔。膜插入物可置于每個孔中。這些為其底部為膜形式例如玻璃粉(glass frit)形式的板。在樣品輸入操作臺處，向膜插入物提供組織樣品，特別是人工地。例如，組織樣品可為未成熟鼠或心或肝切片的海馬切片?？墒褂脛游锖腿祟惤M織樣品。
通常，在操作者的要求下，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在樣品輸入操作臺處提供樣品容器，該樣品容器的孔已經(jīng)填充有合適量的所需介質(zhì)。優(yōu)選該樣品容器在孔之間包含水，特別是重蒸水，以在容器中建立所需的相對濕度。然后在樣品輸入操作臺處，將組織切片引入膜插入物中，且然后樣品容器自動傳遞到該設(shè)備的傳輸單元。
例如，本發(fā)明的設(shè)備已經(jīng)預先從儲存容器中取出空的樣品容器，且在介質(zhì)更換操作臺中，用所需介質(zhì)以合適量填充其孔，且如果需要的話，用水填充孔之間的空間。然后在將多孔板提供到樣品輸入操作臺前，該多孔板可在培養(yǎng)器操作臺中，特別是氧培養(yǎng)器操作臺中平衡。這自動進行預定的時間?；蛘?，該設(shè)備可在樣品輸入操作臺處而不是從儲存容器中接收空的樣品容器。
然后優(yōu)選為多孔板形式的樣品容器通過傳輸單元傳輸?shù)?，例如培養(yǎng)操作臺，并在受控條件(例如溫度和氣體的組成)下保存在其中。在可能的實施方式中，本發(fā)明設(shè)備包括至少兩個不同的培養(yǎng)器操作臺氧培養(yǎng)器操作臺和氮培養(yǎng)器操作臺。在氧培養(yǎng)器中的氣候條件可為，例如，在36℃下95％空氣和5％CO2，且在氮培養(yǎng)器中的氣候條件可為在36℃下95％N2和5％CO2。
對于細胞和組織樣品的連續(xù)培養(yǎng)，用于儲存樣品的介質(zhì)，特別是培養(yǎng)介質(zhì)，必須定期更換。為此，將樣品容器通過傳輸單元傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺。該介質(zhì)更換操作臺可包括用于從樣品容器的板的孔中除去液體介質(zhì)的單元和將一種或多種液體介質(zhì)加入樣品容器的板的孔中的單元。由于樣品容器可配有蓋板，介質(zhì)更換操作臺可還包括用于移除和安裝該蓋板的單元。
特別地，使用具有膜插入物的多孔板作為樣品容器，還有這樣的問題在多孔板的孔中，液體介質(zhì)存在于膜插入物的下面。為了方便從多孔板的孔中除去液體介質(zhì)，介質(zhì)更換操作臺可由此附加地裝配有用于從樣品容器的板的孔中移出和插入膜插入物的單元。
特別地，如果多種不同的液體介質(zhì)加入樣品容器的板的孔中，還已證明介質(zhì)更換操作臺具有用于混合在樣品容器的板的孔中的液體介質(zhì)的單元是有利的。
因此，介質(zhì)更換操作臺優(yōu)選如下操作將樣品容器，優(yōu)選多孔板，通過本發(fā)明設(shè)備的傳輸單元傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺。介質(zhì)更換操作臺自動識別傳輸?shù)臉悠啡萜魇欠窬哂猩w板。如果樣品容器具有蓋板，通過移除蓋板的單元將其移除。這例如可通過裝配用于抓住蓋板的鉗子的機器人抓爪實現(xiàn)，或例如用通過真空吸取蓋板的抽吸裝置實現(xiàn)。
然后將膜插入物(如果存在的話)從樣品容器的板的孔中自動移出。這可例如通過機器人抓爪實現(xiàn)，該機器人抓爪可同時或連續(xù)抓住一個或多個膜插入物并將其從孔中移出。例如，機器人抓爪可具有穿過膜插入物并在那里展開抓取元件的部件。用于移出膜插入物的單元優(yōu)選具有與使用的樣品容器所具有的膜插入物相同數(shù)量的抓爪，以使該單元可同時抓住和移出樣品容器中的所有膜插入物。
用于移出和插入膜插入物的單元可有利地能夠選擇性地從樣品容器中移出多個膜插入物中的僅單個膜插入物，以使在實驗過程中，例如，可除去認為無用的樣品。這也使得能夠在正在進行的實驗中將例如不同來源的樣品集中到一個樣品容器中。
由于膜插入物可包含非常敏感的組織樣品，還已證明如果介質(zhì)更換操作臺進一步包括用于在受控條件下臨時儲存膜插入物的單元是有利的。這可例如，在孔中在所需溫度下包含合適的培養(yǎng)介質(zhì)的多孔板。然后用于移出膜插入物的單元可將從傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺的樣品容器中移出的膜插入物置于該多孔板的孔中，以使組織樣品必須與培養(yǎng)介質(zhì)保持僅短時間的分離。
為了避免來自樣品容器的介質(zhì)夾帶到用于臨時儲存膜插入物的單元中或從該單元夾帶到另一樣品容器中，本發(fā)明的設(shè)備可進一步包括用于從膜插入物中除去液體介質(zhì)的單元。這可為，例如，濾紙、材料網(wǎng)(material web)或海綿，膜插入物在插入用于臨時儲存膜插入物的單元之前或在從該單元移出之后在其上放置并干燥。
在從樣品容器的板中移出膜插入物后，將所述樣品容器在介質(zhì)更換操作臺中傳輸?shù)接糜趶脑摌悠啡萜鞯陌宓目字谐ヒ后w介質(zhì)的單元。這可通過例如自動機器人抓爪或傳送帶實現(xiàn)?；蛘?，在固定樣品容器的情況下，用于移出膜插入物的單元可以交換為用于除去液體介質(zhì)的單元。從板的孔中除去液體介質(zhì)可通過例如從孔中自動傾倒液體介質(zhì)或通過吸取液體介質(zhì)而實現(xiàn)。已證明如果板傾斜例如約45°以除去液體介質(zhì)且然后吸取介質(zhì)是有利的。結(jié)果，介質(zhì)可從孔中基本上完全除去。
該吸取可通過例如一個或多個從上面降低到孔中并利用泵吸取介質(zhì)的管來實現(xiàn)。用于除去液體介質(zhì)的單元優(yōu)選具有與使用的樣品容器所具有的孔相同數(shù)量的管，以使可同時從使用的樣品容器的所有孔中吸取介質(zhì)。此外，期望用于除去液體介質(zhì)的單元具有用于樣品容器的每個孔的多個不同的吸取管，該吸取管可交替地用于吸取，以使例如不同介質(zhì)可彼此分開地收集到不同的收集容器中。或者，介質(zhì)更換操作臺可具有用于除去液體介質(zhì)的多個單元，其隨著從樣品容器中除去的液體介質(zhì)的變化自動選擇，以將不同的液體介質(zhì)彼此分開地收集到不同的收集容器中。
在液體介質(zhì)從樣品容器的孔中除去后，樣品容器進一步傳輸?shù)接糜谙驑悠啡萜鞯目字刑砑右环N或多種液體介質(zhì)的單元。這可通過由例如機器人抓爪或由傳送帶自動進一步傳輸樣品容器而實現(xiàn)?；蛘撸诠潭悠啡萜鞯那闆r下，用于除去液體介質(zhì)的單元可以交換為用于添加一種或多種液體介質(zhì)的單元。
用于添加一種或多種液體介質(zhì)的單元可為例如移液操作單元，通過該單元將來自儲存容器的預定量的一種或多種液體介質(zhì)引入樣品容器的孔中。該單元可具有一個或多個適當?shù)囊埔翰僮髌骷?，以能夠?qū)⒍喾N不同的液體介質(zhì)引入孔中，而無需移液操作單元與不同的介質(zhì)接觸。該添加可同時或連續(xù)進行。該單元也可具有與所使用的樣品容器所具有的孔相同數(shù)量的移液操作單元或移液操作單元的組合，以能夠同時填充樣品容器的所有孔。或者，該單元可具有比樣品容器所具有的孔少的移液操作單元或移液操作單元的組合。在此情況下，連續(xù)填充樣品容器的孔。
特別地，如果多種不同的液體介質(zhì)已引入樣品容器的孔中，已證明如果本發(fā)明設(shè)備的介質(zhì)更換操作臺附加地具有用于混合在樣品容器的孔中的液體介質(zhì)的單元是有利的。這可包括例如攪拌器，其從上面進入孔并通過攪拌混合已引入的液體介質(zhì)?；蛘咂淇蔀檎駝优_，樣品容器自動置于其上。然后在樣品容器中不同的液體介質(zhì)通過容器的振動混合。
在添加液體介質(zhì)到樣品容器的孔中后，將膜插入物再通過用于插入膜插入物的單元插入樣品容器的孔中。任選地，膜插入物為此從用于臨時儲存的單元中移出，且如果需要的話，通過用于從膜插入物中除去液體介質(zhì)的單元清潔。在膜插入物插入樣品容器的孔的過程中，對于本發(fā)明設(shè)備重要的是插入膜插入物，使得在引入的液體介質(zhì)表面和膜插入物底部之間沒有氣泡形成，因為所述氣泡可阻礙在介質(zhì)和例如膜表面上的組織切片之間的物質(zhì)交換。
在膜插入物插入樣品容器的孔中后，再任選地安裝蓋板，并將多孔板從介質(zhì)更換操作臺轉(zhuǎn)移回傳輸單元中，其將樣品容器自動再傳輸?shù)较乱粋€模塊操作臺，例如培養(yǎng)器操作臺。
在操作的總序列期間，細胞或組織樣品可暴露于例如疾病-模擬條件，以隨后研究這些條件對樣品的作用和/或在這些條件下測試物質(zhì)對樣品的影響。為此，例如在介質(zhì)更換操作臺中，培養(yǎng)介質(zhì)可以交換為不包含組織所需營養(yǎng)物的另一介質(zhì)，以模擬營養(yǎng)物的缺乏。此外，樣品可例如在氮培養(yǎng)器中而不是氧培養(yǎng)器中培養(yǎng)，以模擬氧的缺乏。
同時或交替地，在用于添加反應(yīng)劑到樣品容器的操作臺中，一種或多種對細胞組織樣品的作用尚待測試的測試物質(zhì)可添加到樣品容器孔中的液體介質(zhì)中。用于添加反應(yīng)物的操作臺優(yōu)選與介質(zhì)更換操作臺連接，以避免不必要的操作。與介質(zhì)更換同時或獨立于介質(zhì)更換，然后可例如通過自動移液管將所需物質(zhì)以合適量引入樣品容器的孔中。
加入的物質(zhì)可為，例如，用于誘導或模擬不同疾病-相關(guān)結(jié)果的特定物質(zhì)(例如脂多糖類(LPS)和/或用于誘導炎性結(jié)果的特定細胞因子)。另外，為了誘導疾病-相關(guān)情況(例如類Alzheimer病理生理學)或為了識別或證實藥物-相關(guān)靶，可添加用于操作組織特異性(tissue-specific)基因表達的分子生物工具(例如小的干擾RNA(siRNA)或抗致敏(antisense)序列)或分子生物構(gòu)造(例如病毒載體)。
代替對細胞組織樣品的作用尚待測試的測試物質(zhì)或除該物質(zhì)之外，還可任選地通過用于添加反應(yīng)物的操作臺向樣品容器的孔中添加支持細胞組織樣品的測量數(shù)據(jù)的記錄的物質(zhì)。這種物質(zhì)可為，例如，碘化丙錠(propidium-iodide)(PI)，其適于使核酸染色。然后在數(shù)據(jù)收集操作臺中，可通過熒光顯微法研究適當染色的樣品。例如，特定的細胞凋亡標記(marker)、增殖標記、細胞分化標記、和用于顯現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的熒光標記抗體適合作為更多的用于支持測量數(shù)據(jù)記錄的物質(zhì)(標記/讀出)。
為了能夠確定培養(yǎng)條件(例如液體或氣體介質(zhì)的組成)和/或測試物質(zhì)對組織樣品的影響，本發(fā)明設(shè)備優(yōu)選還包括數(shù)據(jù)收集操作臺，其中可通過例如顯微術(shù)單元(例如共焦、非共焦或紅外顯微術(shù)單元)在操作的總序列的開始、過程中或結(jié)尾收集樣品的數(shù)據(jù)。例如，可在顯微鏡下記錄合適組織樣品的透射像和/或在用PI染色后的熒光像。然后，在適當處理步驟之前、期間和之后的不同記錄的比較使得操作者能夠確定使用的測試物質(zhì)和/或培養(yǎng)條件的改變對組織培養(yǎng)是否有影響，并且如果適當?shù)脑挘_定影響到什么程度。
通過顯微術(shù)單元制備透射顯微照片可完全自動進行。因此，首先制備完整的膜插入物的顯微照片，且通過合適的軟件自動識別在膜插入物中單獨組織切片的位置。然后單獨地放大單獨的組織切片，用于記錄透射像。相應(yīng)的程序可用于記錄熒光像。
例如，用于流通血細胞計數(shù)(FACS分析)、基于激光的顯微解剖、質(zhì)譜法(例如MALDI/TOF分析)、光譜法(例如IR光譜法、熒光相關(guān)光譜法)和電生理學(例如多電極陣列)的裝置也適合作為附加的或替換的數(shù)據(jù)收集操作臺。合適的數(shù)據(jù)收集操作臺可由本領(lǐng)域技術(shù)人員隨進行的實驗和使用的標記的變化而選擇。
在完成實驗后，樣品容器通過傳輸單元優(yōu)選傳輸?shù)綐悠份敵霾僮髋_，且例如，在那里收集以使其能夠隨后處理或循環(huán)。對于例如具有不同液體介質(zhì)的樣品容器，如果這些介質(zhì)待彼此獨立地收集和處理，本發(fā)明設(shè)備還可具有多個樣品輸出操作臺，例如兩個樣品輸出操作臺。
在可能的實施方式中，本發(fā)明設(shè)備包括以下操作臺的組合樣品輸入操作臺，其中細胞組織樣品人工地引入存在于多孔板的孔中的膜板中，該孔包含用于細胞組織樣品的培養(yǎng)介質(zhì)；氧培養(yǎng)器操作臺，其中培養(yǎng)細胞組織樣品；介質(zhì)更換操作臺，其中在預定時間間隔后更換多孔板中的培養(yǎng)介質(zhì)；反應(yīng)物添加操作臺，其中一種或多種對細胞組織樣品的作用尚待測試的測試物質(zhì)和/或任選的一種或多種支持細胞組織樣品的測量數(shù)據(jù)記錄的物質(zhì)被加入多孔板的孔中；任選的氮培養(yǎng)器操作臺，其中如果需要的話，在實驗期間附加地培養(yǎng)細胞組織樣品；數(shù)據(jù)收集操作臺，其中例如在測試物質(zhì)添加和/或在氮培養(yǎng)器中培養(yǎng)之前或之后，收集細胞組織樣品的測量數(shù)據(jù)，以確定其對細胞組織樣品的影響；樣品輸出操作臺，其中在完成研究后該多孔板從該設(shè)備中輸出；和傳輸單元，用于將多孔板從樣品輸入操作臺傳輸?shù)讲僮髋_和在各操作臺之間傳輸直到傳輸?shù)綐悠份敵霾僮髋_。
本發(fā)明設(shè)備具有這樣的優(yōu)點其容許例如組織切片被培養(yǎng)和測試物質(zhì)與疾病模擬條件對這些組織切片的影響被完全自動地研究。因此，本發(fā)明設(shè)備容許基于功能性組織的篩選，特別是對于疾病-相關(guān)的作用。由此克服了在非?？焖俚腍TS方法(其提供多種可能的候選活性物質(zhì))和相對慢且特別是昂貴的體內(nèi)研究之間的瓶頸。從而，本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在對樣品例如細胞組織樣品進行在生理或病理生理過程上的化學、生物和/或物理研究的用途。特別地，該設(shè)備可用于測試物質(zhì)對樣品，優(yōu)選對細胞組織樣品的作用。在例如KeyNeurotek AG的DE 103 22 986.8中基于體外保存的活的哺乳動物心組織細胞，描述了相應(yīng)的用途。
另外，提供用于所測試的物質(zhì)對樣品，優(yōu)選對細胞組織樣品的作用的方法，該方法包括將樣品輸入到根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，并評價在數(shù)據(jù)收集操作臺中收集的測量數(shù)據(jù)。該方法具有特定的優(yōu)點僅樣品必須人工制備和測量的數(shù)據(jù)人工評價。甚至是最復雜的實驗程序的勞動密集的、費時的和昂貴的中間步驟通過本發(fā)明設(shè)備完全自動地進行。因此，可同時研究大量不同的樣品和測試物質(zhì)。
本發(fā)明設(shè)備的進一步優(yōu)點在于其模塊設(shè)計，其取決于所需實驗的次序，使得可以將單獨的模塊操作臺與其他模塊操作臺交換，或提供具有附加的培養(yǎng)器，或例如還具有附加的介質(zhì)更換操作臺的設(shè)備，例如用于增加容量。原則上，本發(fā)明設(shè)備不受任何容量限制，因為其容量可在任何時候通過添加更多的模塊操作臺而增加。
現(xiàn)在本發(fā)明將參照具體實施方式
更詳細地說明，但不是對其進行限制。
附

圖1示意性地以平面圖展示根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的可能的實施方式。
圖2展示根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的另一實施方式的透視圖。
圖1和2展示了樣品輸入操作臺1、兩個氧培養(yǎng)器操作臺2和2’、氮培養(yǎng)器操作臺3、介質(zhì)更換操作臺4、數(shù)據(jù)收集操作臺5、樣品容器儲存操作臺6和(僅在圖1中)兩個樣品輸出操作臺7和7’及用于將樣品容器傳輸?shù)讲僮髋_并在各操作臺之間傳輸?shù)膫鬏攩卧?。
以下，通過實例描述本發(fā)明設(shè)備在篩分對腦缺血的可能的活性物質(zhì)的用途。正常的腦功能基本上依靠葡萄糖和氧的持久供應(yīng)。由心臟的猝發(fā)、短暫停止導致的或作為心臟手術(shù)副作用的腦脊髓的血流中斷迅速導致大腦中局部缺血的情況，并隨后導致神經(jīng)元(neuronal)細胞的死亡。為了測定測試物質(zhì)對腦缺血的作用，可首先根據(jù)已知的程序培養(yǎng)海馬切片，然后通過撤銷氧和葡萄糖引起局部缺血的情況。然后，由這些條件對神經(jīng)元細胞的損傷可通過例如僅引入受損細胞的添加的碘化丙錠(PI)的細胞內(nèi)熒光而顯現(xiàn)。在與測試物質(zhì)同時添加到培養(yǎng)介質(zhì)的相同條件下的比較實驗中，測定待測試的物質(zhì)在神經(jīng)元細胞存活于局部缺血情況的能力方面上的可能的正面效果。
為此所需的實驗室操作可例如通過本發(fā)明設(shè)備如下進行。首先，將具有插入孔中的膜插入物的空的多孔板通過樣品輸入操作臺1輸入到該設(shè)備中。傳輸單元8將多孔板傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺4，其中在孔之間引入重蒸水且將葡萄糖介質(zhì)引入多孔板的所有孔中。然后通過傳輸單元8將多孔板傳輸?shù)窖跖囵B(yǎng)器2或2’，其中保持平衡20分鐘-24小時。然后將多孔板從氧培養(yǎng)器2或2’傳輸?shù)綐悠份斎氩僮髋_1。那里，操作者用預先人工制備的海馬切片裝備多孔板的膜插入物。然后傳輸單元8將裝備的多孔板傳輸回氧培養(yǎng)器2或2’。
為確保樣品可在任何時候明確的分類，例如優(yōu)選用條形碼標記多孔板，其然后可在任何適合通過傳輸單元和本發(fā)明設(shè)備的各個操作臺讀出，并可與現(xiàn)有數(shù)據(jù)比較。
海馬切片在氧培養(yǎng)器2或2’中培養(yǎng)6小時-13天或更長的時間。在該停留時間中，進行周期的介質(zhì)更換(例如葡萄糖介質(zhì)的更換)。為此，在每種情況下，以60-72小時的間隔將多孔板傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺4并在介質(zhì)更換完成后，返回到培養(yǎng)器中。進行該培養(yǎng)直到它們需要操作者控制，通常在6-13天后。
在下一步驟中進行樣品的初步檢測。為此，多孔板從氧培養(yǎng)器2或2’傳輸?shù)綌?shù)據(jù)收集操作臺5。那里，在顯微術(shù)單元中制備完整的膜插入物和膜插入的單獨切片的透射像。然后多孔板傳輸回氧培養(yǎng)器2或2’中。
然后基于透射像，評價單獨的組織切片，且實驗的細節(jié)(specifics)分配到多孔板的每個單獨的膜插入物，并例如通過計算機終端傳遞到本發(fā)明設(shè)備。
取決于進行的分配，多孔板的膜插入物或者如果被識別為不合適的而被除去，或者重新裝配到多孔板中，待進行相同培養(yǎng)條件的那些插入物組合到一個多孔板中。例如，該“集中(pooling)”可通過用于從多孔板中移出和插入膜插入物的單元在介質(zhì)更換操作臺中實現(xiàn)，且多孔板的臨時儲存可在用于在受控條件下臨時儲存膜插入物的單元中實現(xiàn)。同時，設(shè)備的現(xiàn)有數(shù)據(jù)適當?shù)馗?，以使即使在膜插入物集中之后，在多孔板中的單獨樣品也可明確的分配。
為了進行實驗，例如，三個可能的情況之一通過實驗的細節(jié)分配到每個膜插入物條件1沒有物質(zhì)添加的OGD，條件2具有物質(zhì)添加的OGD，條件3沒有OGD的物質(zhì)的添加。
這里，“OGD”是指使培養(yǎng)物遭受局部缺陷的條件，即，氧和葡萄糖喪失(OGD)。
個體的條件可進一步限定，例如，通過規(guī)定要使用的測試物質(zhì)的類型和量、OGD的持續(xù)時間等。在OGD前約1小時，具有用于條件2或條件3的膜插入物的多孔板通過傳輸單元8傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺4。那里，葡萄糖介質(zhì)更換為葡萄糖/測試物質(zhì)介質(zhì)，且然后多孔板傳輸回氧培養(yǎng)器2或2’。
在OGD前，在孔中不具有膜插入物的空的多孔板再通過樣品容器儲存操作臺6或通過樣品輸入操作臺1輸入本發(fā)明設(shè)備中，并通過傳輸單元8傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺4。引入的新的多孔板的數(shù)量精確地對應(yīng)于用于即將進行的實驗的包含分配到條件1或條件2的膜插入物的多孔板的數(shù)量。而且，在每種條件下，發(fā)生新的多孔板的系統(tǒng)-內(nèi)部補充分配，精確地將一個新輸入的多孔板唯一地分配到用于即將進行的實驗的包含用于條件1或條件2的膜插入物的多孔板。
在介質(zhì)更換操作臺4中，在新輸入的多孔板的孔之間引入重蒸水。另外，甘露糖醇介質(zhì)引入到那些新輸入的多孔板的孔中，其中用于條件的1的膜插入物存在于補充的多孔板上；且甘露糖醇/測試物質(zhì)介質(zhì)引入到那些新輸入的多孔板的孔中，其中用于條件的2的膜插入物存在于補充的多孔板上。然后，新輸入的多孔板通過傳輸單元8傳輸?shù)降囵B(yǎng)器單元3中，其中它們平衡20分鐘-24小時。
在OGD前約1-5分鐘，包含用于條件1或條件2的具有組織切片的膜插入物的那些多孔板、和具有甘露糖醇介質(zhì)的相應(yīng)的補充多孔板，通過傳輸單元8傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺4。那里，用于條件1或條件2的膜插入物從具有葡萄糖介質(zhì)的多孔板轉(zhuǎn)移到具有甘露糖醇介質(zhì)的補充多孔板中。具有甘露糖醇介質(zhì)的多孔板傳輸?shù)降囵B(yǎng)器3用于OGD，且具有葡萄糖介質(zhì)的多孔板傳輸?shù)窖跖囵B(yǎng)器2或2’。
對于OGD，取決于實驗的細節(jié)，具有甘露糖醇介質(zhì)的多孔板保持例如在氮培養(yǎng)器3中5-90分鐘或更長。在OGD后立即將具有甘露糖醇介質(zhì)的多孔板從氮培養(yǎng)器3和相應(yīng)的具有葡萄糖介質(zhì)的多孔板從氧培養(yǎng)器2或2’傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺4。那里，用于條件1或條件2的膜插入物從具有甘露糖醇介質(zhì)的多孔板轉(zhuǎn)移到具有葡萄糖介質(zhì)的補充多孔板的補充孔中，且具有葡萄糖介質(zhì)的多孔板通過傳輸單元8傳輸?shù)窖跖囵B(yǎng)器2或2’中。具有甘露糖醇介質(zhì)的空的多孔板通過樣品輸出操作臺7或7’排出。
在OGD后約一小時，具有用于條件2或條件3的膜插入物的多孔板通過傳輸單元8傳輸?shù)脚囵B(yǎng)器操作臺4，并在包含用于條件2或條件3的膜插入物的多孔板的那些孔中進行與葡萄糖介質(zhì)的介質(zhì)更換。然后多孔板傳輸回氧培養(yǎng)器2或2’，其中進行培養(yǎng)2-72小時的時間。
如果，根據(jù)實驗的細節(jié)，將對一些多孔板進行OGD數(shù)次，上述實驗循環(huán)的步驟可因此重復。
對于實驗的評價，在數(shù)據(jù)收集前約2小時，將多孔板通過傳輸單元8從氧培養(yǎng)器2或2’傳輸?shù)浇橘|(zhì)更換操作臺4，且以特定的濃度將碘化丙錠(PI)加入多孔板的孔中。將多孔板傳輸回氧培養(yǎng)器2或2’并在那里保持約2小時。在數(shù)據(jù)收集之前立即可任選地再一次將PI以相同或另一濃度加入在介質(zhì)更換操作臺中的多孔板的孔中。
之后，將多孔板傳輸?shù)綌?shù)據(jù)收集操作臺并自動從那里轉(zhuǎn)移到顯微術(shù)單元。那里，在顯微鏡下制備完整膜插入物和膜插入物的單獨切片的透射和熒光顯微照片。之后，通過傳輸單元8將多孔板從數(shù)據(jù)收集操作臺5接收，并取決于介質(zhì)，通過樣品輸出操作臺7或7’排出。
由操作者人工地進行基于透射和熒光顯微照片的實驗的評價。
本發(fā)明不限于以上實施方式。例如，該設(shè)備可補充附加的操作臺或單獨的操作臺可以與其他的交換以使其適于相應(yīng)的實驗程序。在各個操作臺中，還可以很小的裝配或變換努力，使所述操作臺靈活地適應(yīng)于所需實驗程序。
本發(fā)明設(shè)備能夠以少許的人工勞動順序地或并行地在體外測試多種測試物質(zhì)在正常條件下或在疾病-模擬條件下對組織樣品的作用。例如，臨床前藥品開發(fā)或潛在藥品的臨床前開發(fā)可由此充分加速，以使得對于多種物質(zhì)可經(jīng)濟地進行這些。而且，通過自動化操作確保恒定的實驗條件，以使獲得的測量數(shù)據(jù)具有高的重現(xiàn)性和顯著性。
權(quán)利要求
1.一種用于在細胞或組織樣品上自動進行實驗室操作的設(shè)備，其包括多個模塊操作臺和至少一個傳輸單元，該操作臺的每個進行在操作的總序列中的至少一個操作，該傳輸單元用于將樣品容器傳輸?shù)皆摬僮髋_并在各操作臺之間傳輸，其中該設(shè)備具有至少一個用于自動更換在該樣品容器中的液體介質(zhì)的操作臺(介質(zhì)更換操作臺)。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其包括樣品輸入操作臺、至少一個培養(yǎng)器操作臺、介質(zhì)更換操作臺、數(shù)據(jù)收集操作臺和樣品輸出操作臺。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其包括氧培養(yǎng)器操作臺和任選的氮培養(yǎng)器操作臺。
4.前述權(quán)利要求中任一項的設(shè)備，其包括用于將反應(yīng)物添加到該樣品容器中的操作臺。
5.前述權(quán)利要求中任一項的設(shè)備，其包括呈具有一個或多個孔的板形式的樣品容器，該孔可包含膜插入物，每個該板可具有蓋板。
6.前述權(quán)利要求中任一項的設(shè)備，其中該介質(zhì)更換操作臺具有任選的用于移除和安裝樣品容器的蓋板的單元、任選的用于從樣品容器的板的孔中移出和插入膜插入物的單元、用于從樣品容器的板的孔中除去液體介質(zhì)的單元、用于向樣品容器的板的孔中添加一種或多種液體介質(zhì)的單元和任選的用于混合在樣品容器的板的孔中的液體介質(zhì)的單元。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中該介質(zhì)更換操作臺還具有用于在受控條件下臨時儲存膜插入物的單元。
8.權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其中該介質(zhì)更換操作臺還具有用于從膜插入物中除去液體介質(zhì)的單元。
9.權(quán)利要求2-8中任一項的設(shè)備，其中該數(shù)據(jù)收集操作臺具有顯微術(shù)單元、流通血細胞計數(shù)器、質(zhì)譜儀、光譜儀和/或用于基于激光的顯微解剖和/或電生理學的裝置。
10.前述權(quán)利要求中任一項的設(shè)備，其包括樣品輸入操作臺，其中細胞組織樣品人工地引入存在于多孔板的孔中的膜板中，該孔包含用于細胞組織樣品的培養(yǎng)介質(zhì)；氧培養(yǎng)器操作臺，其中培養(yǎng)該細胞組織樣品；介質(zhì)更換操作臺，其中在預定時間間隔后更換該多孔板中的培養(yǎng)介質(zhì)；反應(yīng)物添加操作臺，其中一種或多種對細胞組織樣品的作用待測試的測試物質(zhì)和/或任選的一種或多種支持記錄該細胞組織樣品的測量數(shù)據(jù)的物質(zhì)被加入該多孔板的孔中；任選的氧培養(yǎng)器操作臺，其中如果需要的話，在實驗期間附加地培養(yǎng)細胞組織樣品；數(shù)據(jù)收集操作臺，其中例如在測試物質(zhì)添加和/或在氮培養(yǎng)器中培養(yǎng)之前或之后，收集細胞組織樣品的測量數(shù)據(jù)，以確定其對細胞組織樣品的影響；樣品輸出操作臺，其中在完成研究后將多孔板從該設(shè)備中送出；和傳輸單元，用于將多孔板從樣品輸入操作臺傳輸?shù)綐悠份敵霾僮髋_和在操作臺之間傳輸直到樣品輸出操作臺。
11.權(quán)利要求1-10中任一項的設(shè)備在對樣品，優(yōu)選對細胞組織樣品進行生理或病理生理過程的化學、生物和/或物理影響的研究中的用途。
12權(quán)利要求11的用途，用于測試物質(zhì)對樣品，優(yōu)選對細胞組織樣品的作用。
13.權(quán)利要求11的用途，用于識別和確認治療靶。
14.一種測試物質(zhì)對樣品，優(yōu)選對細胞組織樣品的作用的方法，其包括將樣品輸入權(quán)利要求1-10中任一項的設(shè)備中和評價在該數(shù)據(jù)收集操作臺中收集的測量數(shù)據(jù)。
15.權(quán)利要求14的方法，其為活性物質(zhì)的篩選。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在細胞或組織樣品上自動進行實驗室程序步驟的設(shè)備，包括多個模塊操作臺和至少一個支撐單元，該模塊操作臺的每個進行在程序步驟的組合順序中的至少一個程序步驟，該支撐單元用于將樣品容器傳輸?shù)剿霾僮髋_并在所述操作臺之間傳輸。該設(shè)備包括用于樣品容器中液體介質(zhì)的自動交換的至少一個操作臺。
文檔編號G01N35/02GK1856701SQ200480027677
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者彼得·羅納特, 弗蘭克·斯特里高 申請人:凱紐洛泰克公司