[go: up one dir, main page]

DE102023208916A1 - Method and microfluidic device for preparing a sample for analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells - Google Patents

Method and microfluidic device for preparing a sample for analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells Download PDF

Info

Publication number
DE102023208916A1
DE102023208916A1 DE102023208916.5A DE102023208916A DE102023208916A1 DE 102023208916 A1 DE102023208916 A1 DE 102023208916A1 DE 102023208916 A DE102023208916 A DE 102023208916A DE 102023208916 A1 DE102023208916 A1 DE 102023208916A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sample
chamber
analysis
cells
parking
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023208916.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Franz Laermer
Jochen Hoffmann
Samir Kadic
Christian Grumaz
Michael Knapp
Tanja Maucher
Astrid Lux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102023208916.5A priority Critical patent/DE102023208916A1/en
Priority to PCT/EP2024/071988 priority patent/WO2025056245A1/en
Publication of DE102023208916A1 publication Critical patent/DE102023208916A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0668Trapping microscopic beads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0819Microarrays; Biochips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0848Specific forms of parts of containers
    • B01L2300/0851Bottom walls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/087Multiple sequential chambers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (500) zur Aufbereitung einer Probe für eine Analyse biologischer Zellen, insbesondere zirkulierender Tumorzellen, und eine mikrofluidische Vorrichtung (100), wobei ein erster Teil der Probe in eine Analysekammer (130) der Vorrichtung (100) für eine Analyse und ein zweiter Teil der Probe in eine Parkkammer (120) der Vorrichtung (100) für eine spätere Entnahme aus der Vorrichtung (100) geleitet wird.

Figure DE102023208916A1_0000
The invention relates to a method (500) for preparing a sample for an analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells, and a microfluidic device (100), wherein a first part of the sample is fed into an analysis chamber (130) of the device (100) for an analysis and a second part of the sample is fed into a parking chamber (120) of the device (100) for later removal from the device (100).
Figure DE102023208916A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Als zirkulierende Tumorzellen (,circulating tumor cells'; CTCs) werden Zellen bezeichnet, die sich vom Primärtumor lösen, in den peripheren Blutstrom eindringen und darüber in umliegendes Gewebe gelangen können. Diese, auch trotz Operation und Therapie, im Blut vorhandenen Zellen werden als „Minimum Residual Disease (MRD)“ bezeichnet und als Ausgangspunkt für Metastasen und Rezidive angesehen, wie zum Beispiel in Meng et al. Circulating tumor cells in patients with breast cancer dormancy. Clin Cancer Res. 10, 2004, 24, S. 8152-8162 beschrieben. Daher ist deren Erfassung und Quantifizierung (Zählung der CTCs, CTC-count) sowohl für prognostische Aussagen als auch für das klinische Management relevant ( Cristofanilli et al., Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. Semin. Oncol. 33, 2006, 3, S. 9-14 ), insbesondere für die Erkennung einer Metastasierung in einem frühen Stadium und für eine Effizienzkontrolle und Anpassung während eines Therapieverfahrens.Circulating tumor cells (CTCs) are cells that detach from the primary tumor, penetrate the peripheral bloodstream, and then reach surrounding tissue. These cells, which are present in the blood even after surgery and therapy, are referred to as "Minimum Residual Disease (MRD)" and are considered the starting point for metastases and recurrences, as in, for example, Meng et al. Circulating tumor cells in patients with breast cancer dormancy. Clin Cancer Res. 10, 2004, 24, pp. 8152-8162 Therefore, their detection and quantification (counting of CTCs, CTC count) is relevant for both prognostic statements and clinical management ( Cristofanilli et al., Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. Semin. Oncol. 33, 2006, 3, pp. 9-14 ), particularly for the detection of metastasis at an early stage and for efficiency control and adjustment during a therapy procedure.

Die Quantifizierung von CTCs aus einer sogenannten ,Liquid Biopsy', also einer Blutprobe eines Tumorpatienten, bringt den Vorteil, dass diese beliebig oft durchgeführt werden kann, da es sich um einen minimal invasiven Eingriff in Form einer Blutabnahme handelt. Die größte Herausforderung hierbei stellt die sehr geringe Anzahl an CTCs im Verhältnis zu den Blutzellen dar - vor allem im Stadium der MRD bzw. in sehr frühen Stadien der Metastasierung. Die CTC-Erfassung bedarf deshalb hochsensitiver Nachweisverfahren, um die sehr geringe Anzahl an CTCs aus Millionen von roten und weißen Blutzellen frühzeitig und effizient zu detektieren.
Eine Möglichkeit, CTCs aus einer Blutprobe nach Fluoreszenzfärbung mit Tumorzell-spezifischen Antikörpern eines Typs (z.B.: EpCAM-FITC) oder von mehreren Typen (zum Beispiel EpCAM, Cytokeratin, HER2-neu...) möglichst verlustfrei mittels optischer Detektion zu quantifizieren, bietet ein Sedimentationsarray. Dieser ermöglicht es, kernhaltige Zellen einer Blutprobe nach Erythrozytenlyse in Kavitäten einer Ebene sedimentieren zu lassen um diese dort ortsaufgelöst mittels optischen Systemen detektieren und zählen zu können. Zudem ermöglicht der Einfang der Zellen in diesen Kavitäten das Überspülen mit unterschiedlichen Medien und Reagenzien um überschüssigen Lysepuffer, Erythrozytenlysat, freie Farbstoffe oder Ähnliches wegspülen und/oder weitere Farbstoffmarkierungen hinzuspülen zu können, ohne dass die Zielzellen ihre Position ändern oder wieder herausgespült werden. Die Offenlegungsschrift DE 10 2021 203 897 A1 beschreibt eine dafür geeignete mikrofluidische Kartusche mit einem mikrofluidischen Chip mit einer Vielzahl von eingeätzten Vertiefungen als Sedimentationsarray, in welche CTCs sedimentiert und anschließend vermöge ihrer diversen Fluoreszenzmarkierungen analysiert und gezählt werden können.
The quantification of CTCs from a so-called "liquid biopsy," i.e., a blood sample from a tumor patient, has the advantage that it can be performed as often as desired, as it is a minimally invasive procedure involving a blood draw. The greatest challenge is the very small number of CTCs relative to blood cells—especially in the MRD stage or in the very early stages of metastasis. CTC detection therefore requires highly sensitive detection methods to detect the very small number of CTCs among millions of red and white blood cells early and efficiently.
A sedimentation array offers a method for quantifying CTCs from a blood sample after fluorescent staining with tumor cell-specific antibodies of one type (e.g., EpCAM-FITC) or of multiple types (e.g., EpCAM, cytokeratin, HER2-neu, etc.) using optical detection with as little loss as possible. This allows nucleated cells from a blood sample to settle in wells of a single plane after erythrocyte lysis, where they can be detected and counted with spatial resolution using optical systems. Furthermore, the capture of the cells in these wells allows for flushing with various media and reagents to remove excess lysis buffer, erythrocyte lysate, free dyes, or similar substances, and/or to add additional dye labels without the target cells changing their position or being flushed out again. The published application DE 10 2021 203 897 A1 describes a suitable microfluidic cartridge with a microfluidic chip with a large number of etched wells as a sedimentation array, into which CTCs can be sedimented and subsequently analyzed and counted by means of their various fluorescent labels.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufbereitung einer Probe für eine Analyse biologischer Zellen. Bei den biologischen Zellen kann es sich um Zellen menschlichen oder tierischen Ursprungs handeln, insbesondere um kernhaltige Zellen, insbesondere um zirkulierende Tumorzellen.Against this background, the invention relates to a method for preparing a sample for the analysis of biological cells. The biological cells can be cells of human or animal origin, in particular nucleated cells, in particular circulating tumor cells.

In einem ersten Schritt des Verfahrens wird eine Probe umfassend Blut bereitgestellt. Bei dem Blut kann es sich um Vollblut handeln. Die Probe kann durch eine, insbesondere unmittelbar vorangegangene, Blutabnahme bei einem Menschen oder Tier gewonnen worden sein.In a first step of the method, a blood sample is provided. The blood may be whole blood. The sample may have been obtained from a human or animal, particularly from a blood sample taken immediately before.

Gemäß einem zweiten Schritt wird die Probe in eine Eingabekammer einer mikrofluidischen Vorrichtung, insbesondere einer mikrofluidischen Kartusche, eingegeben, wobei die Eingabekammer mit einer Analysekammer und einer Parkkammer fluidisch verbunden oder verbindbar ist. Unter verbindbar ist dabei insbesondere zu verstehen, dass beispielsweise über ein Ventil die fluidische Verbindung ermöglicht und unterbrochen werden kann. Unter „fluidisch verbunden“ ist im Weiteren insbesondere auch eine solche fluidische Verbindbarkeit zu verstehen. Die mikrofluidische Vorrichtung kann dabei insbesondere auf der mikrofluidischen Kartusche aus der oben genannten Offenlegungsschrift DE 10 2021 203 897 A1 basieren oder eine Weiterbildung dieser Kartusche darstellen. Die Analysekammer umfasst ein Analysesubstrat zur Aufnahme und Analyse, insbesondere Zählung, von Zellen aus der Probe. Unter einer Aufnahme von Zellen kann dabei eine Kontaktierung der Zellen mit dem Analysesubstrat verstanden werden, insbesondere eine aufgrund der Sedimentation erfolgte Ablagerung der Zellen auf einer Oberfläche des Analysesubstrat. Bevorzugt umfasst das Analysesubstrat ein Array mit Kavitäten, so dass die Zellen in die Kavitäten eintreten, insbesondere hinein sedimentieren können (und das Analysesubstrat und das Array auch als Sedimentationssubstrat bzw. Sedimentationsarray bezeichnet werden können). Die Erfindung betrifft somit auch eine solche mikrofluidische Vorrichtung, insbesondere mikrofluidische Kartusche, mit einer Eingabekammer und fluidisch verbundener Parkkammer bzw. fluidisch verbundener Analysekammer mit Analysesubstrat, insbesondere Sedimentationsarray mit Kavitäten.According to a second step, the sample is introduced into an input chamber of a microfluidic device, in particular a microfluidic cartridge, wherein the input chamber is fluidically connected or connectable to an analysis chamber and a parking chamber. Connectable is understood in particular to mean that the fluidic connection can be enabled and interrupted, for example, via a valve. "Fluidically connected" is also understood in particular to mean such fluidic connectability. The microfluidic device can in particular be mounted on the microfluidic cartridge from the above-mentioned published application. DE 10 2021 203 897 A1 based on or represent a further development of this cartridge. The analysis chamber comprises an analysis substrate for receiving and analyzing, in particular counting, cells from the sample. Receiving cells can be understood as contacting the cells with the analysis substrate, in particular deposition of the cells on a surface of the analysis substrate due to sedimentation. The analysis substrate preferably comprises an array with cavities so that the cells can enter the cavities, in particular sediment therein (and the analysis substrate and the array can also be referred to as a sedimentation substrate or sedimentation array). The invention thus also relates to such a microfluidic device, in particular a microfluidic cartridge, with an input chamber and a fluidically connected parking chamber or fluidically connected analysis chamber with an analysis substrate, in particular a sedimentation array with cavities.

In einem dritten Schritt wird ein erster Teil der Probe in die Analysekammer geleitet und in einem vierten Schritt wird ein zweiter Teil der Probe in die Parkkammer geleitet, wobei der vierte Schritt auch gleichzeitig oder zeitlich vor dem dritten Schritt erfolgen kann. Die in die Vorrichtung eingegebene Probe wird also in zumindest zwei Teile geteilt, wobei der erste Teil für die Analyse in die Analysekammer geleitet wird, während der zweite Teil in der Parkkammer aufbewahrt wird. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Parkkammer oder die Analysekammer Teil der Eingabekammer oder entspricht der Eingabekammer. Anders ausgedrückt, kann die Eingabe der Probe direkt in die Parkkammer oder, alternativ, direkt in die Analysekammer erfolgen und, in dieser Ausgestaltung, nach der Teilung der Probe der erste Teil aus der Parkkammer in die Analysekammer beziehungsweise der zweite Teil aus der Analysekammer in die Parkkammer geleitet werden.In a third step, a first part of the sample is fed into the analysis chamber and in a fourth step, a second part of the sample is fed into the parking chamber, whereby the fourth step can also take place simultaneously with or before the third step. The sample fed into the device is thus divided into at least two parts, whereby the first part is fed into the analysis chamber for analysis, while the second part is stored in the parking chamber. In a particular embodiment of the invention, the parking chamber or the analysis chamber is part of the input chamber or corresponds to the input chamber. In other words, the sample can be fed directly into the parking chamber or, alternatively, directly into the analysis chamber and, in this embodiment, after the sample has been divided, the first part is fed from the parking chamber into the analysis chamber or the second part is fed from the analysis chamber into the parking chamber.

Gemäß einem fünften Schritt werden vom Analysesubstrat aufgenommene, insbesondere in die Kavitäten des Arrays eingetretene, Zellen des ersten Teils der Probe analysiert. Das Aufnehmen bzw. Eintreten dieser Zellen in die Kavitäten kann dabei, wie oben ausgeführt, bevorzugt durch Sedimentation der Zellen erfolgen, indem zumindest ein Teil des ersten Teils der Probe oberhalb des Analysesubstrats bzw. oberhalb der Kavitäten platziert wird. Die Analyse kann insbesondere eine Zählung der aufgenommenen Zellen umfassen. Bevorzugt werden dabei ein oder mehrere Typen von Zellen gezählt, insbesondere kernhaltige Zellen, insbesondere CTCs. Die Zugehörigkeit einer Zelle zu einem oder mehreren solcher Typen von Zelle kann dabei insbesondere anhand einer Markierung, insbesondere einer oder mehrerer Farbmarkierungen, der Zellen bestimmt werden. Dazu können der Probe ein oder mehrere Marker, insbesondere bevorzugt an Antikörper gekoppelte Farbstoffe, zugegeben werden, beispielsweise an Antikörper gekoppelte Fluoreszenzfarbstoffe, welche spezifisch an ausgewählte Oberflächenstrukturen wie Oberflächenproteinen oder anderen Oberflächenmolekülen binden, beispielsweise an das epitheliale Zelladhäsionsmolekül (EpCAM) oder an Cytokeratin (CK) im Falle von CTCs. Die Zugabe der Marker oder Vermischung mit den Markern kann vor oder nach der Teilung der Probe in die zumindest zwei Teile erfolgen. Dazu können die Marker in der Vorrichtung vorgelagert sein, beispielsweise in einer mit der Eingabekammer oder der Analysekammer fluidisch verbundenen Kammer. Wenn die Zugabe oder Vermischung nach der Teilung der Probe erfolgt, kann die Zugabe beziehungsweise Vermischung in einem Bereich, beispielsweise einer anderen Kammer, vor der Analysekammer oder in der Analysekammer erfolgen, also allgemein vor oder nach dem dritten Schritt.According to a fifth step, cells of the first part of the sample that have been picked up from the analysis substrate, in particular those that have entered the cavities of the array, are analyzed. The picking up or entry of these cells into the cavities can, as explained above, preferably occur by sedimentation of the cells by placing at least a part of the first part of the sample above the analysis substrate or above the cavities. The analysis can, in particular, comprise a count of the picked up cells. Preferably, one or more types of cells are counted, in particular nucleated cells, in particular CTCs. The affiliation of a cell to one or more such types of cell can, in particular, be determined based on a marking, in particular one or more color markings, of the cells. For this purpose, one or more markers, particularly preferably dyes coupled to antibodies, can be added to the sample, for example fluorescent dyes coupled to antibodies, which bind specifically to selected surface structures such as surface proteins or other surface molecules, for example to the epithelial cell adhesion molecule (EpCAM) or to cytokeratin (CK) in the case of CTCs. The addition of the markers or mixing with the markers can take place before or after the division of the sample into at least two parts. For this purpose, the markers can be stored upstream in the device, for example in a chamber fluidically connected to the input chamber or the analysis chamber. If the addition or mixing takes place after the division of the sample, the addition or mixing can take place in an area, for example another chamber, upstream of the analysis chamber or in the analysis chamber, i.e. generally before or after the third step.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Lyse von Zellen, insbesondere bestimmten Typen von Blutkörperchen, insbesondere Erythrozyten in der Probe, insbesondere im ersten Teil der Probe, durchgeführt. Die Lyse kann dabei durch Zugabe von Lysesubstanzen oder eines Lysemittels, insbesondere in Form eines Lysepuffers, erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass die zu lysierenden Zellen, insbesondere die Erythrozyten unlysiert, nicht auf die Oberfläche des Analysesubstrats, insbesondere nicht in die Kavitäten des Arrays absinken und dabei die Oberfläche bzw. die Kavitäten für die zu untersuchenden, insbesondere zu zählenden Zellen blockieren. Die lysierten Zellen entsprechen nämlich aufgrund der erzwungenen Öffnung ihrer Zellmembranen von ihrer Zusammensetzung weitgehend der fluidischen Umgebung, so dass die lysierten Zell-Relikte nicht mehr absinken, insbesondere sedimentieren.According to an advantageous embodiment of the invention, lysis of cells, in particular certain types of blood cells, in particular erythrocytes, is carried out in the sample, in particular in the first part of the sample. The lysis can be carried out by adding lysis substances or a lysis agent, in particular in the form of a lysis buffer. This has the advantage that the cells to be lysed, in particular the unlysed erythrocytes, do not sink to the surface of the analysis substrate, in particular not into the cavities of the array, thereby blocking the surface or the cavities for the cells to be examined, in particular to be counted. Due to the forced opening of their cell membranes, the composition of the lysed cells largely corresponds to the fluidic environment, so that the lysed cell relics no longer sink, in particular sediment.

In einem sechsten Schritt des Verfahrens wird zumindest ein Teil der zweiten Probe wieder aus der Parkkammer entnommen, insbesondere für eine weitere Analyse in oder außerhalb der Vorrichtung. Dazu kann die Vorrichtung eine vorzugsweise reversibel verschließbare Öffnung aufweisen, welche mit der Parkkammer fluidisch verbunden ist.In a sixth step of the method, at least a portion of the second sample is removed from the parking chamber, in particular for further analysis inside or outside the device. For this purpose, the device may have a preferably reversibly closable opening that is fluidically connected to the parking chamber.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass für eine erste Analyse der Probe, insbesondere die Zählung relevanter Zellen in der Probe, nur der erste Teil der Probe verwendet und ggf. verbraucht wird. Der erste Teil der Probe kann dabei als repräsentativer Teil der gesamten Probe aufgefasst werden, so dass Erkenntnisse aus der Analyse des ersten Teils für die Verwendung des Rests, insbesondere des geparkten zweiten Teils, verwendet werden können. Ferner ist von Vorteil, dass aufgrund der Aufteilung auf den ersten Teil der Probe für die weitere Analyse verzichtet werden kann. Insbesondere müssen der erste Teil der Probe und insbesondere die in die Kavitäten sedimentierten Zellen nicht wieder, ggf. aufwändig, aus der Analysekammer bzw. aus dem Array herausgeholt werden. Ferner kann der geparkte zweite Teil der Probe währenddessen für die weitere Analyse vorbereitet werden, beispielsweise über eine Aufbereitung des zweiten Teils. Die Aufbereitung kann insbesondere eine Vorbehandlung des zweiten Teils für eine Polymerase-Kettenreaktion und/oder für eine Zellsortierung/Dielektrophorese und/oder für eine Gensequenzierung umfassen, beispielsweise eine Zugabe von Substanzen für diese Verfahren oder eine Entfernung oder Inaktivierung von bestimmten Bestandteilen des zweiten Teils. Gemäß vorteilhafter Ausgestaltung kann der zweite Teil in der Vorrichtung, insbesondere in der Parkkammer, temperiert, insbesondere auf einer Temperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten werden, beispielsweise für eine Kühlung des zweiten Teils.The invention has the advantage that for an initial analysis of the sample, in particular the counting of relevant cells in the sample, only the first part of the sample is used and possibly consumed. The first part of the sample can be regarded as a representative part of the entire sample, so that findings from the analysis of the first part can be used to use the remainder, in particular the parked second part. Another advantage is that, due to the division, the first part of the sample can be dispensed with for further analysis. In particular, the first part of the sample and in particular the cells sedimented in the cavities do not have to be removed from the analysis chamber or array again, which could be laborious. Furthermore, the parked second part of the sample can be prepared for further analysis in the meantime, for example by processing the second part. The processing may, in particular, comprise pretreatment of the second part for a polymerase chain reaction and/or for cell sorting/dielectrophoresis and/or for gene sequencing, for example, adding substances for these processes or removing or inactivating certain components of the second part. According to an advantageous embodiment, the second part can be temperature-controlled in the device, in particular in the parking chamber, in particular kept at a temperature within a predetermined temperature range, for example, for cooling the second part.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der zweite Teil der Probe mit einem Puffer vermischt. Diese Vermischung kann in der Parkkammer oder in einem Bereich, beispielsweise einer Kammer, außerhalb der Parkkammer erfolgen, also insbesondere vor dem vierten Schritt des Leitens des zweiten Teils in die Parkkammer. Insbesondere kann der Puffer dazu verwendet werden, um den zweiten Teil zu verdünnen, beispielsweise um im zweiten Teil befindliche Lysemittel und/oder Marker, insbesondere Farbstoffe oder an spezifische Antikörper gekoppelte Farbstoffe, zu verdünnen.According to a particularly advantageous development of the invention, the second portion of the sample is mixed with a buffer. This mixing can take place in the parking chamber or in an area, for example, a chamber, outside the parking chamber, i.e., in particular, before the fourth step of directing the second portion into the parking chamber. In particular, the buffer can be used to dilute the second portion, for example, to dilute lysis agents and/or markers, in particular dyes or dyes coupled to specific antibodies, present in the second portion.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden Leukozyten im zweiten Teil der Probe abgereichert. Unter Abreicherung ist hierbei insbesondere eine Reduktion oder gar Neutralisierung der Wirkung der Leukozyten zu verstehen. Dies kann insbesondere durch eine Schädigung, beispielsweise durch chemische Substanzen, insbesondere durch eine Lyse, oder durch eine Beeinträchtigung der Mobilität oder gar Immobilisierung der Leukozyten, insbesondere durch eine Bindung an Leukozyten-spezifische Antikörper erfolgen. Dies ist ein vorteilhafter Vorbereitungsschritt für eine nachfolgende Analyse, da die große Leukozytenanzahl eine Durchführung der Analyse erschweren und/oder eine Qualität eines Analyseergebnisses verringern kann. Die Substanzen zur Schädigung und/oder die Antikörper können vorzugsweise in der Parkkammer und/oder in einem zur Parkkammer führenden Kanal angeordnet, insbesondere vorgelagert sein. Zumindest einige der Antikörper können an ein oder mehreren Wänden und/oder Strukturen, insbesondere Vorsprüngen, Säulen, Erhöhungen und/oder Vertiefungen, immobilisiert sein. Dies hat den Vorteil, dass die Leukozyten dann über die Bindung an die Antikörper ebenfalls mittelbar an diesen Wänden oder Strukturen immobilisiert sind und damit effektiv aus dem zweiten Teil der Probe entfernt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, leukocytes in the second part of the sample are depleted. Depletion is understood in particular to mean a reduction or even neutralization of the effect of the leukocytes. This can occur in particular through damage, for example by chemical substances, in particular through lysis, or through impairment of the mobility or even immobilization of the leukocytes, in particular through binding to leukocyte-specific antibodies. This is an advantageous preparatory step for a subsequent analysis, since the large number of leukocytes can make carrying out the analysis more difficult and/or reduce the quality of an analysis result. The damaging substances and/or the antibodies can preferably be arranged in the parking chamber and/or in a channel leading to the parking chamber, in particular upstream. At least some of the antibodies can be immobilized on one or more walls and/or structures, in particular projections, columns, elevations and/or depressions. This has the advantage that the leukocytes are then also indirectly immobilized on these walls or structures via binding to the antibodies and are thus effectively removed from the second part of the sample.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Anzahl der vom Analysesubstrat aufgenommenen Zellen, insbesondere eine Anzahl der in Kavitäten des Arrays eingetretenen Zellen, aus dem ersten Teil der Probe, vorzugsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Sedimentationsdauer, ermittelt und abhängig von dieser Anzahl eine Menge des zweiten Teils der Probe für die weitere Analyse bestimmt. Diese bestimmte Menge des zweiten Teils kann dann der weiteren Analyse zugeführt werden, innerhalb oder, nach Entnahme aus der Parkkammer, außerhalb der Vorrichtung. Insbesondere kann die Größe der Menge mit der Anzahl der ermittelten Zellen positiv, insbesondere linear, korrelieren. Je mehr gesuchte Zellen, insbesondere bei fixer Sedimentationsdauer, in den Kavitäten nachgewiesen werden, desto höher kann die Konzentration dieser Zellen in der gesamten Probe und damit auch im zweiten Teil angenommen werden, und desto geringer kann dann die für die weitere Analyse verwendete Menge des zweiten Teils sein, um dennoch eine Mindestanzahl dieser Art von Zellen in der verwendeten Menge wohlbegründet zu vermuten.According to another particularly advantageous embodiment of the invention, a number of cells captured by the analysis substrate, in particular a number of cells entering cavities of the array, is determined from the first part of the sample, preferably after a predetermined sedimentation period, and a quantity of the second part of the sample is determined for further analysis depending on this number. This determined quantity of the second part can then be sent for further analysis, inside or, after removal from the storage chamber, outside the device. In particular, the size of the quantity can correlate positively, in particular linearly, with the number of cells detected. The more cells of interest are detected in the cavities, especially with a fixed sedimentation period, the higher the concentration of these cells can be assumed in the entire sample and thus also in the second part, and the smaller the quantity of the second part used for further analysis can then be, in order to nevertheless reasonably assume a minimum number of this type of cells in the quantity used.

Die Erfindung, insbesondere die mikrofluidische Vorrichtung und das Verfahren können bevorzugt auch für andere diskrete Bestandteile, insbesondere Partikel, im Blut oder anderen biologischen Flüssigkeiten, insbesondere Körperflüssigkeiten, angewendet werden, welche insbesondere auf das Analysesubstrat sedimentieren können. Die erfindungsgemäße Aufbereitung und Analyse biologischer Zellen können somit gemäß vorteilhafter Weiterbildung als Aufbereitung bzw. Analyse solcher diskreter Bestandteile oder Partikel im Blut verstanden werden.The invention, in particular the microfluidic device and the method, can preferably also be applied to other discrete components, in particular particles, in blood or other biological fluids, in particular body fluids, which can sediment in particular onto the analysis substrate. Thus, according to an advantageous development, the processing and analysis of biological cells according to the invention can be understood as the processing or analysis of such discrete components or particles in the blood.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen

  • 1 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
  • 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung
It shows
  • 1 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention and
  • 2 an embodiment of the device according to the invention

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wozu das Flussdiagramm 500 in 1 die entsprechenden Verfahrensschritte schematisch zeigt. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte weichen dabei teilweise von den oben beschriebenen Verfahrensschritten ab, insbesondere in Bezug auf ihre Nummerierung. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, welche in diesem Beispiel für das Verfahren 500 verwendet wird. Vorzugsweise kann die Vorrichtung 100 auf einer in der Offenlegungsschrift DE 10 2021 203 897 A1 beschriebenen mikrofluidischen Kartusche basieren.In the following, a preferred embodiment of the method according to the invention is described, for which purpose the flow chart 500 in 1 schematically shows the corresponding process steps. The process steps described here differ in some respects from the process steps described above, particularly with regard to their numbering. 2 shows schematically an embodiment of the device 100 according to the invention, which in this example is used for the method 500. Preferably, the device 100 can be based on a device described in the published specification DE 10 2021 203 897 A1 described microfluidic cartridge.

Wie in 2 schematisch dargestellt, weist die Vorrichtung 100 eine Eingabekammer 110 zur Aufnahme einer Probe, eine Analysekammer 130 zur Aufnahme eines ersten Teils der Probe und eine Parkkammer 120 zur Aufnahme eines zweiten Teils der Probe auf. Die Analysekammer 130 und die Parkkammer 120 sind jeweils mit der Eingabekammer 110 fluidisch verbunden, wobei beide Kammern 120, 130 auch direkt, vorzugsweise über ein Ventil, miteinander verbunden sein können, und die Analysekammer 130 umfasst ein Analysesubstrat 131 zur Aufnahme von Zellen aus der Probe. Dazu kann das Analysesubstrat 131 vorzugsweise als Sedimentationsarray 131 ausgebildet sein und bevorzugt Mikrokavitäten zur Aufnahme einzelner Zellen aufweisen, beispielsweise ausgeformt als ein mit Mikrokavitäten strukturierter Silizium-Array wie zum Beispiel in DE 10 2021 203 897 A1 beschrieben. Unter Mikrokavitäten sind dabei Ausnehmungen auf einer Oberfläche des Arrays 131, insbesondere des Siliziumsubstrats, zu verstehen, wobei die Ausnehmungen Breiten und Tiefen im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich zur jeweiligen Aufnahme mindestens einer Zelle aufweisen. Die Vorrichtung 130 umfasst darüber hinaus weitere Vorlagerungskammern 140, 150, 160, welche im Folgenden beschrieben werden. Alle Kammern können vorzugsweise durch (nicht dargestellte) Ventile verschlossen und mittels üblicher mikrofluidischer Operationen gefüllt und entleert werden, insbesondere mit Hilfe (nicht dargestellter) mikrofluidischer Membranpumpkammern.As in 2 Schematically illustrated, the device 100 comprises an input chamber 110 for receiving a sample, an analysis chamber 130 for receiving a first portion of the sample, and a parking chamber 120 for receiving a second portion of the sample. The analysis chamber 130 and the parking chamber 120 are each fluidically connected to the input chamber 110, with both chambers 120, 130 can also be directly connected to each other, preferably via a valve, and the analysis chamber 130 comprises an analysis substrate 131 for receiving cells from the sample. For this purpose, the analysis substrate 131 can preferably be designed as a sedimentation array 131 and preferably have microcavities for receiving individual cells, for example, shaped as a silicon array structured with microcavities, such as in DE 10 2021 203 897 A1 described. Microcavities are understood to be recesses on a surface of the array 131, in particular of the silicon substrate, wherein the recesses have widths and depths in the single- to double-digit micrometer range for accommodating at least one cell. The device 130 further comprises further pre-storage chambers 140, 150, 160, which are described below. All chambers can preferably be closed by valves (not shown) and filled and emptied by means of conventional microfluidic operations, in particular with the aid of microfluidic membrane pump chambers (not shown).

Gemäß einem ersten Schritt 501 der Verfahrens 500 wird eine Blutprobe, beispielsweise umfassend 100-200 Mikroliter (µl) Vollblut aus einer unmittelbar vorangegangen Blutabnahme bei einem Patienten, bereitgestellt und, vorzugsweise nach eine Demaskierung beispielsweise mit Plasmin bei CTCs zur Entfernung von Rezeptor-verdeckenden Entitäten auf der Oberfläche der Zellen, in einem zweiten Schritt in die Eingabekammer 110 der Vorrichtung 100 eingegeben, welche anschließend verschlossen werden kann. Beispielsweise soll für diese Probe zunächst eine Anzahl oder Konzentration von CTCs bestimmt und dann ein Teil der Probe genauer analysiert werden.According to a first step 501 of the method 500, a blood sample, for example, comprising 100-200 microliters (µl) of whole blood from an immediately preceding blood draw from a patient, is provided and, preferably after unmasking, for example, with plasmin in the case of CTCs to remove receptor-masking entities on the surface of the cells, is introduced into the input chamber 110 of the device 100 in a second step, which can then be closed. For example, for this sample, a number or concentration of CTCs is first determined and then a portion of the sample is analyzed in more detail.

In der Eingabekammer 110 oder in einer anderen Kammer der Vorrichtung kann die Probe mit weiteren Flüssigkeiten oder Substanzen vermischt werden, insbesondere mit Demaskierungs- oder Färbereagenzien, zum Beispiel in Form von an verschiedene spezifische Antikörper gebundene unterschiedliche Farbstoffe als Farbmarker insbesondere für CTCs, beispielsweise in Form einer Färbelösung 141, und/oder mit Substanzen zur Erythrozytenlyse, beispielsweise in Form eines Erythrozytenlysepuffers 151, und, welche in einer ersten Vorlagerungskammer 140 bzw. in einer zweiten Vorlagerungskammer 150 vorgehalten sein können.In the input chamber 110 or in another chamber of the device, the sample can be mixed with further liquids or substances, in particular with unmasking or staining reagents, for example in the form of different dyes bound to different specific antibodies as color markers, in particular for CTCs, for example in the form of a staining solution 141, and/or with substances for erythrocyte lysis, for example in the form of an erythrocyte lysis buffer 151, and which can be stored in a first pre-storage chamber 140 or in a second pre-storage chamber 150.

Zunächst kann in einem dritten Schritt 503 beispielsweise die Färbelösung 141 aus der ersten Vorlagerungskammer 140 zur Blutprobe hinzugefügt wird. Nach Inkubation der Blutprobe mit der Färbelösung 141 wird in einem vierten Schritt 504 beispielsweise im Verhältnis 1:5 (alternativ zum Beispiel 1:10 oder 1:20) Erythrozytenlysepuffer 151 aus der zweiten Vorlagerungskammer 150 zur Probe hinzugepumpt. Somit erhöht sich das Probenvolumen auf 500-1000 µL. Die Färbereagenzien und die Substanzen zur Erythrozytenlyse können alternativ auch als Bestandteile eines gemeinsamen Puffers, auch als „all-in-one“-Puffer bezeichnet, vorgelagert sein, beispielsweise in der zweiten Vorlagerungskammer.First, in a third step 503, for example, the staining solution 141 from the first pre-storage chamber 140 can be added to the blood sample. After incubating the blood sample with the staining solution 141, in a fourth step 504, erythrocyte lysis buffer 151 is pumped from the second pre-storage chamber 150 to the sample, for example, in a ratio of 1:5 (alternatively, 1:10 or 1:20). This increases the sample volume to 500-1000 µL. The staining reagents and the substances for erythrocyte lysis can alternatively also be stored as components of a common buffer, also referred to as an "all-in-one" buffer, for example in the second pre-storage chamber.

Die erste Hälfte dieser gestreckten Probe wird dann in einem fünften Schritt 505 zur Analysekammer 130 gepumpt, während die zweite Hälfte in einem sechsten Schritt 506 in die Parkkammer 120 geleitet wird, wobei beide Schritte 505, 506 auch in umgekehrter Reihenfolge oder insbesondere gleichzeitig erfolgen können. Alternativ ist auch eine andere Aufteilung der Probe in zumindest zwei Teile möglich, beispielsweise Leiten eines Viertels der Probe für die CTC-Zählung zur Analysekammer 130 und Leiten der restlichen drei Viertel in die Parkkammer 120. In der Parkkammer 120 kann der dorthin geleitete zweite Teil der Probe beispielsweise im Verhältnis 1:1 mit einem physiologischen Puffer 161 oder einem Nährmedium vermischt werden, um weiteren Einfluss durch den Erythroyztenlysepuffer 151 abzuschwächen und negative Veränderungen der Probe zu verhindern. Der physiologische Puffer 161 wird vorzugsweise in einer dritten Vorlagerungskammer 160 vorgehalten. Alternativ oder zusätzlich der zweite Teil der Probe mit einem weiteren, vorzugsweise ebenfalls vorgelagerten Lysepuffer vermischt werden, um weitere Zellen zu lysieren, je nach Bedarf beispielsweise Leukozyten oder Thrombozyten. Alternativ oder zusätzlich kann die Parkkammer 120 auch temperiert, insbesondere gegenüber Raumtemperatur gekühlt, werden, beispielsweise durch Kontaktierung der Parkkammer 120, insbesondere einer oder mehrerer Wände der Parkkammer 120, mit einem Kühl- und/oder Heizelement 132, beispielsweise umfassend ein Peltierelement oder basierend auf einer endo- bzw. exothermen chemischen Reaktion, wobei das Kühl- und/oder Heizelement auch außerhalb der Vorrichtung 100 mit einer Außenwand der Vorrichtung 100 in Kontakt gebracht werden kann.The first half of this diluted sample is then pumped to the analysis chamber 130 in a fifth step 505, while the second half is directed into the parking chamber 120 in a sixth step 506. Both steps 505, 506 can also be carried out in reverse order or, in particular, simultaneously. Alternatively, a different division of the sample into at least two parts is also possible, for example, directing a quarter of the sample for CTC counting to the analysis chamber 130 and directing the remaining three-quarters into the parking chamber 120. In the parking chamber 120, the second part of the sample directed there can be mixed, for example, in a 1:1 ratio with a physiological buffer 161 or a nutrient medium in order to mitigate further influence by the erythrocyte lysis buffer 151 and prevent negative changes to the sample. The physiological buffer 161 is preferably stored in a third pre-storage chamber 160. Alternatively or additionally, the second part of the sample can be mixed with another, preferably also pre-stored lysis buffer, in order to lyse further cells, for example leukocytes or platelets as required. Alternatively or additionally, the parking chamber 120 can also be temperature-controlled, in particular cooled relative to room temperature, for example by contacting the parking chamber 120, in particular one or more walls of the parking chamber 120, with a cooling and/or heating element 132, for example comprising a Peltier element or based on an endothermic or exothermic chemical reaction, wherein the cooling and/or heating element can also be brought into contact with an outer wall of the device 100 outside the device 100.

Zudem hat die Probe in dieser Kammer 120 ausreichend Zeit, mit vorzugsweise dort immobilisierten Antikörpern 121 zu interagieren, welche Leukozyten in der Probe binden und damit ebenfalls immobilisieren. Beispielsweise können, abhängig vom konkreten Antikörper, pro erwartetem Milliliter Vollblut im zweiten Teil der Probe 1-50 Nanogramm (ng), vorzugsweise 1-10 ng Antikörper vorgelagert sein. Diese Leukozyten-Antikörper 121 können beispielsweise wie in 2 angedeutet an ein oder mehreren Wänden 122 von Kammern, insbesondere der Parkkammer 120, oder Kanälen, beispielsweise in einem zur Parkkammer 120 führenden Kanal 125, immobilisiert werden, indem sie beispielsweise dort eingespottet wurden und vermöge einer geeigneten, in der Mikrofluidik bekannten Bindechemie, insbesondere kovalent oder über hydrophobe Wechselwirkung, angebunden sind, beispielsweise wie in Lee et al., Lab Chip, 2020,20, 912-922, https://doi.org/10.1039/C9LC01248F beschrieben. Diese Kanäle werden bevorzugt nicht für den Transport des ersten Teils der Probe zum Array 131 verwendet, um für maximale Quantifizierungseffizienz im ersten Teil möglichst keine einzige Zelle zu verlieren. Alternativ oder zusätzlich sind zumindest einige der Antikörper nicht immobilisiert und vorzugsweise in einer anderen Kammer vorgelagert, um bei Bedarf in die Parkkammer eingeleitet zu werden.In addition, the sample in this chamber 120 has sufficient time to interact with antibodies 121 preferably immobilized there, which bind leukocytes in the sample and thus also immobilize them. For example, depending on the specific antibody, 1-50 nanograms (ng), preferably 1-10 ng, of antibodies can be stored in the second part of the sample per expected milliliter of whole blood. These leukocyte antibodies 121 can, for example, be as shown in 2 indicated on one or more walls 122 of chambers, in particular the parking chamber 120, or channels, for example in a channel 125 leading to the parking chamber 120, are immobilized, for example by spotted and bound by a suitable binding chemistry known in microfluidics, in particular covalently or via hydrophobic interaction, for example as in Lee et al., Lab Chip, 2020,20, 912-922, https://doi.org/10.1039/C9LC01248F These channels are preferably not used for transporting the first portion of the sample to array 131, in order to maximize quantification efficiency and avoid losing a single cell in the first portion. Alternatively or additionally, at least some of the antibodies are not immobilized and are preferably stored in another chamber to be introduced into the parking chamber as needed.

Bevorzugt können insbesondere in der Parkkammer 120 Strukturen, insbesondere kleine Säulen (wie in 2 dargestellt) angeordnet werden, an die die Antikörper 121 immobilisiert werden, um so die reaktive Oberfläche zu vergrößern. Beispielsweise haben diese Säulen Breiten und Höhen im zwei- bis dreistelligen Mikrometerbereich, sind mit Abständen im zwei- bis dreistelligen Mikrometerbereich voneinander angeordnet und können zum Beispiel aus Kunststoff oder Silizium gefertigt sein. An diese immobilisierten Antikörper 122 binden vorzugsweise nur die Leukozyten, während die CTCs frei im zweiten Teil der Probe verbleiben und anschließend mit höherer Reinheit und reduziertem Hintergrund (beispielsweise 1-1000 CTCs pro Milliliter (mL) unter maximal 105 bevorzugterweise 103 bis 104 Leukozyten/mL) für die weiteren Analysen entnommen werden können, insbesondere über eine mit der Parkkammer 120 verbundene Entnahmekammer 170, welche bevorzugt eine reversibel verschließbare Öffnung zu einem Bereich außerhalb der Vorrichtung 100 aufweist.Preferably, in particular in the parking chamber 120 structures, especially small columns (as in 2 shown) to which the antibodies 121 are immobilized in order to increase the reactive surface. For example, these columns have widths and heights in the two- to three-digit micrometer range, are arranged at distances from one another in the two- to three-digit micrometer range, and can be made, for example, of plastic or silicon. Preferably, only the leukocytes bind to these immobilized antibodies 122, while the CTCs remain free in the second part of the sample and can then be removed with higher purity and reduced background (for example, 1-1000 CTCs per milliliter (mL) below a maximum of 10 5 , preferably 10 3 to 10 4 leukocytes/mL) for further analysis, in particular via a removal chamber 170 connected to the parking chamber 120, which preferably has a reversibly closable opening to an area outside the device 100.

Mögliche Leukozyten-Antikörper richten sich vorzugsweise gegen Oberflächenantigene der Leukozyten, wie zum Beispiel CD45 (Oberflächenantigen auf allen hämatopoetischen Zellen). Alternativ oder zusätzlich können weitere Antikörper mit Bindung an CD3, CD4, CD8, CD14, CD19 oder CD56 vorgelagert oder immobilisiert sein.Potential leukocyte antibodies are preferably directed against leukocyte surface antigens, such as CD45 (a surface antigen on all hematopoietic cells). Alternatively or additionally, other antibodies binding to CD3, CD4, CD8, CD14, CD19, or CD56 may be pre-positioned or immobilized.

Alternativ oder zusätzlich können die Leukozyten-Antikörper an vorzugsweise magnetische Partikel einer wohldefinierten Größe immobilisiert sein, insbesondere an sogenannte, in der Mikrofluidik verwendete „Beads“, um die Leukozyten anschließend über Filterung und/oder mit Hilfe eines Magneten aus dem zweiten Teil der Probe zu entfernen.Alternatively or additionally, the leukocyte antibodies can be immobilized on preferably magnetic particles of a well-defined size, in particular on so-called “beads” used in microfluidics, in order to subsequently remove the leukocytes from the second part of the sample by filtration and/or with the aid of a magnet.

In einem siebten Schritt 507 wird eine Zählung der in die Mikrokavitäten des Sedimentationsarrays eingetretenen CTCs durchgeführt, vorzugsweise über Fluoreszenzdetektion der wie oben beschrieben farbmarkierten CTCs. Die so ermittelte Anzahl an CTCs wird auf das Volumen des zweiten Teils in der Parkkammer 120 extrapoliert. Somit kann aus der Parkkammer 120 in einem achten Schritt 508 eine vorcharakterisierte und Leukozyten-abgereicherte Probe entnommen werden. Diese CTC-Probe mit möglichst hoher Reinheit kann dann im Anschluss für eine mutationsspezifische PCR eingesetzt werden, entweder direkt oder nach Nukleinsäureaufreinigung (DNA und/oder RNA). Des Weiteren können die Zellen der entnommenen Probe in einem Zellsortiergerät, wie beispielsweise einem Dielektrophorese-Chip, weiterverarbeitet werden. Diese Prozessierung kann dabei insbesondere genutzt werden, Zellen zu isolieren und somit auf Einzelzellebene zu untersuchen, um beispielsweise deren Tumorursprung zu bestätigen und/oder bestimmte Expressionsmuster oder Mutationen nachzuweisen.In a seventh step 507, a count of the CTCs that have entered the microcavities of the sedimentation array is performed, preferably via fluorescence detection of the color-labeled CTCs as described above. The number of CTCs thus determined is extrapolated to the volume of the second part in the parking chamber 120. Thus, in an eighth step 508, a pre-characterized and leukocyte-depleted sample can be taken from the parking chamber 120. This CTC sample, with the highest possible purity, can then be used for mutation-specific PCR, either directly or after nucleic acid purification (DNA and/or RNA). Furthermore, the cells of the taken sample can be further processed in a cell sorting device, such as a dielectrophoresis chip. This processing can be used in particular to isolate cells and thus examine them at the single-cell level, for example, to confirm their tumor origin and/or to detect certain expression patterns or mutations.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents submitted by the applicant was generated automatically and is included solely for the convenience of the reader. This list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2021 203 897 A1 [0002, 0005, 0017, 0018]DE 10 2021 203 897 A1 [0002, 0005, 0017, 0018]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Meng et al. Circulating tumor cells in patients with breast cancer dormancy. Clin Cancer Res. 10, 2004, 24, S. 8152-8162 [0001]Meng et al. Circulating tumor cells in patients with breast cancer dormancy. Clin Cancer Res. 10, 2004, 24, pp. 8152-8162 [0001]
  • Cristofanilli et al., Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. Semin. Oncol. 33, 2006, 3, S. 9-14 [0001]Cristofanilli et al., Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. Semin. Oncol. 33, 2006, 3, pp. 9-14 [0001]
  • Lee et al., Lab Chip, 2020,20, 912-922, https://doi.org/10.1039/C9LC01248F [0023]Lee et al., Lab Chip, 2020,20, 912-922, https://doi.org/10.1039/C9LC01248F [0023]

Claims (10)

Verfahren (500) zur Aufbereitung einer Probe für eine Analyse biologischer Zellen, insbesondere zirkulierender Tumorzellen, umfassend die Schritte • Eingabe (502) einer Probe umfassend Blut in eine Eingabekammer (110) einer mikrofluidischen Vorrichtung (100), wobei die Eingabekammer (110) mit einer Analysekammer (130) und einer Parkkammer (120) fluidisch verbunden oder verbindbar ist. • Leiten (505) eines ersten Teils der Probe in die Analysekammer (130), wobei die Analysekammer (130) ein Analysesubstrat (131), insbesondere, einen Sedimentationsarray (131), aufweist. • Leiten (506) eines zweiten Teils der Probe in die Parkkammer (120). • Analysieren (507), insbesondere Zählen, von vom Analysesubstrat (131) aufgenommenen Zellen, insbesondere von in Kavitäten des Sedimentationsarray (131) eingetretene Zellen, des ersten Teils der Probe. • Entnahme (508) zumindest eines Teils der zweiten Probe aus der Parkkammer (120), insbesondere für eine weitere Analyse.A method (500) for preparing a sample for analyzing biological cells, in particular circulating tumor cells, comprising the steps of: • Introducing (502) a sample comprising blood into an input chamber (110) of a microfluidic device (100), wherein the input chamber (110) is or can be fluidically connected to an analysis chamber (130) and a storage chamber (120). • Directing (505) a first portion of the sample into the analysis chamber (130), wherein the analysis chamber (130) has an analysis substrate (131), in particular a sedimentation array (131). • Directing (506) a second portion of the sample into the storage chamber (120). • Analyzing (507), in particular counting, cells taken up from the analysis substrate (131), in particular cells that have entered cavities of the sedimentation array (131), of the first part of the sample. • Removing (508) at least a portion of the second sample from the parking chamber (120), in particular for further analysis. Verfahren (500) nach Anspruch 1, wobei, insbesondere vor dem Leiten des ersten Teils und/oder vor dem Leiten des zweiten Teils, eine Lyse (504) von Zellen, insbesondere von Erythrozyten, und/oder eine oder mehrere Markierungen (503), insbesondere Anfärbungen, von Zellen, insbesondere von zirkulierender Tumorzellen, in der Probe, insbesondere im ersten Teil und/oder im zweiten Teil, erfolgt.Procedure (500) according to Claim 1 , wherein, in particular before conducting the first part and/or before conducting the second part, a lysis (504) of cells, in particular of erythrocytes, and/or one or more markings (503), in particular stainings, of cells, in particular of circulating tumor cells, take place in the sample, in particular in the first part and/or in the second part. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Teil mit einem Puffer vermischt wird, insbesondere in der Parkkammer (120), um vorzugsweise Lysesubstanzen, Farbstoffe und/oder bevorzugt an spezifische Antikörper gebundene Farbstoffe im zweiten Teil zu verdünnen.Method (500) according to one of the preceding claims, wherein the second part is mixed with a buffer, in particular in the parking chamber (120), in order to preferably dilute lysis substances, dyes and/or dyes preferably bound to specific antibodies in the second part. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Leukozyten im zweiten Teil der Probe abgereichert werden, insbesondere durch Schädigung oder Mobilitätsbeeinträchtigung, vorzugsweise durch Bindung an Leukozyten-spezifische Antikörper (121).Method (500) according to one of the preceding claims, wherein leukocytes in the second part of the sample are depleted, in particular by damage or impaired mobility, preferably by binding to leukocyte-specific antibodies (121). Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl der vom Analysesubstrat (131) aufgenommenen Zellen, insbesondere der in Kavitäten des Sedimentationsarray (131) eingetretenen Zellen, aus dem ersten Teil der Probe, vorzugsweise nach einer vorgegebenen Sedimentationsdauer, ermittelt wird und abhängig von dieser Anzahl eine Menge des zweiten Teils der Probe für die weitere Analyse bestimmt und vorzugsweise aus der Parkkammer (120) oder der Vorrichtung (100) entnommen wird.Method (500) according to one of the preceding claims, wherein a number of cells taken up by the analysis substrate (131), in particular of cells that have entered cavities of the sedimentation array (131), is determined from the first part of the sample, preferably after a predetermined sedimentation time, and depending on this number, an amount of the second part of the sample is determined for further analysis and is preferably taken from the parking chamber (120) or the device (100). Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil des zweiten Teils der Probe für die weitere Analyse weiter aufbereitet wird, insbesondere für eine Polymerase-Kettenreaktion und/oder für eine Zellsortierung, insbesondere über Dielektrophorese, und/oder für eine Gensequenzierung, insbesondere mit Substanzen vermischt wird.Method (500) according to one of the preceding claims, wherein at least a part of the second part of the sample is further prepared for further analysis, in particular for a polymerase chain reaction and/or for cell sorting, in particular via dielectrophoresis, and/or for gene sequencing, in particular is mixed with substances. Mikrofluidische Vorrichtung (100) zur Aufbereitung einer Probe für eine Analyse biologischer Zellen, insbesondere zirkulierender Tumorzellen, insbesondere nach einem der vorhergehenden Verfahren, aufweisend eine Eingabekammer (110) zur Aufnahme einer Probe umfassend Blut, eine Analysekammer (130) zur Aufnahme eines ersten Teils der Probe und eine Parkkammer (120) zur Aufnahme eines zweiten Teils der Probe, wobei die Analysekammer (130) und die Parkkammer (120) mit der Eingabekammer (110) fluidisch verbunden oder verbindbar sind und wobei die Analysekammer (130) ein Analysesubstrat (131), insbesondere einen Sedimentationsarray (131) mit Kavitäten, zur Aufnahme und Analyse, insbesondere Zählung, von Zellen aus dem ersten Teil aufweist.Microfluidic device (100) for preparing a sample for an analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells, in particular according to one of the preceding methods, comprising an input chamber (110) for receiving a sample comprising blood, an analysis chamber (130) for receiving a first part of the sample and a parking chamber (120) for receiving a second part of the sample, wherein the analysis chamber (130) and the parking chamber (120) are or can be fluidically connected to the input chamber (110) and wherein the analysis chamber (130) has an analysis substrate (131), in particular a sedimentation array (131) with cavities, for receiving and analyzing, in particular counting, cells from the first part. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung (100) eine reversibel verschließbare Öffnung (170) zur Entnahme von Fluid aus der Parkkammer (120) und insbesondere aus der Vorrichtung (100) heraus aufweist.Microfluidic device (100) according to Claim 7 , wherein the device (100) has a reversibly closable opening (170) for removing fluid from the parking chamber (120) and in particular from the device (100). Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Vorrichtung (100), vorzugsweise die Parkkammer (120) und/oder ein zur Parkkammer (120) führender Kanal (125), Antikörper (121) zur Bindung von Leukozyten aufweist.Microfluidic device (100) according to Claim 7 or 8 , wherein the device (100), preferably the parking chamber (120) and/or a channel (125) leading to the parking chamber (120), has antibodies (121) for binding leukocytes. Mikrofluidische Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei zumindest einige der Antikörper (121) an ein oder mehreren Wänden (122) und/oder Strukturen (123), insbesondere Erhöhungen, immobilisiert sind, insbesondere in der Parkkammer (120) und/oder in einem zur Parkkammer (120) führenden Kanal (125).Microfluidic device (100) according to Claim 9 , wherein at least some of the antibodies (121) are immobilized on one or more walls (122) and/or structures (123), in particular elevations, in particular in the parking chamber (120) and/or in a channel (125) leading to the parking chamber (120).
DE102023208916.5A 2023-09-14 2023-09-14 Method and microfluidic device for preparing a sample for analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells Pending DE102023208916A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023208916.5A DE102023208916A1 (en) 2023-09-14 2023-09-14 Method and microfluidic device for preparing a sample for analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells
PCT/EP2024/071988 WO2025056245A1 (en) 2023-09-14 2024-08-02 Method and microfluidic device for preparing a sample for an analysis of biological cells, in particular circulating tumour cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023208916.5A DE102023208916A1 (en) 2023-09-14 2023-09-14 Method and microfluidic device for preparing a sample for analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102023208916A1 true DE102023208916A1 (en) 2025-03-20

Family

ID=92263937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102023208916.5A Pending DE102023208916A1 (en) 2023-09-14 2023-09-14 Method and microfluidic device for preparing a sample for analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102023208916A1 (en)
WO (1) WO2025056245A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120015835A1 (en) 2005-07-29 2012-01-19 Martin Fuchs Devices and Methods for Enrichment and Alteration of Circulating Tumor Cells and Other Particles
US20140154703A1 (en) 2011-01-06 2014-06-05 Alison Skelley Circulating tumor cell capture on a microfluidic chip incorporating both affinity and size
DE102014205728B3 (en) 2014-03-27 2015-03-05 Robert Bosch Gmbh A chip laboratory cartridge for a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, and a method and apparatus for analyzing a sample of biological material
DE102021203897A1 (en) 2021-04-20 2022-10-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for detecting nucleated cells in a sample liquid from a patient using a microfluidic device and microfluidic device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014206140A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-01 Robert Bosch Gmbh A microfluidic device and method for analyzing a sample of biological material
DE102016209904A1 (en) * 2016-06-06 2017-12-07 Robert Bosch Gmbh Method and microfluidic device for processing a sample of biological material
DE102018210069A1 (en) * 2018-06-21 2019-12-24 Robert Bosch Gmbh Microfluidic device, process for its manufacture and use
DE102021203409A1 (en) * 2021-04-07 2022-10-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Procedure for detecting active viruses

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120015835A1 (en) 2005-07-29 2012-01-19 Martin Fuchs Devices and Methods for Enrichment and Alteration of Circulating Tumor Cells and Other Particles
US20140154703A1 (en) 2011-01-06 2014-06-05 Alison Skelley Circulating tumor cell capture on a microfluidic chip incorporating both affinity and size
DE102014205728B3 (en) 2014-03-27 2015-03-05 Robert Bosch Gmbh A chip laboratory cartridge for a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, and a method and apparatus for analyzing a sample of biological material
DE102021203897A1 (en) 2021-04-20 2022-10-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for detecting nucleated cells in a sample liquid from a patient using a microfluidic device and microfluidic device

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Cristofanilli et al., Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. Semin. Oncol. 33, 2006, 3, S. 9-14
CRISTOFANILLI, Massimo: Circulating tumor cells, disease progression, and survival in metastatic breast cancer. In: Seminars in Oncology, Vol. 33, 2006, No. 3, Suppl. 9, S. S9-S14. - ISSN 0093-7754 (P); 1532-8708 (E). DOI: 10.1053/j.seminoncol.2006.03.016
Lee et al., Lab Chip, 2020,20, 912-922, https://doi.org/10.1039/C9LC01248F
LEE, Amos C. [et al.]: OPENchip: an on-chip in situ molecular profiling platform for gene expression analysis and oncogenic mutation detection in single circulating tumour cells. In: Lab on a Chip, Vol. 20, 2020, No. 5, S. 912-922. - ISSN 1473-0197 (P); 1473-0189 (E). DOI: 10.1039/C9LC01248F. URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/lc/c9lc01248f [abgerufen am 2023-11-22]
Meng et al. Circulating tumor cells in patients with breast cancer dormancy. Clin Cancer Res. 10, 2004, 24, S. 8152-8162
MENG, Songdong [et al.]: Circulating tumor cells in patients with breast cancer dormancy. In: Clinical Cancer Research, Vol. 10, 2004, No. 24, S. 8152-8162. - ISSN 1078-0432 (P); 1557-3265 (E). DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-04-1110. URL: https://aacrjournals.org/clincancerres/article-pdf/10/24/8152/1920713/zdf02404008152.pdf [abgerufen am 2023-11-22]

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025056245A1 (en) 2025-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004021780B4 (en) Method and device for DNA isolation with dry reagents
DE69737071T2 (en) INTEGRATED MICROFLUIDIC DEVICES
DE3881085T2 (en) DISPOSABLE DEVICE FOR USE IN CHEMICAL, IMMUNOCHEMICAL AND MICROBIOLOGICAL ANALYZES.
EP2697390B1 (en) Automated detection of circulating tumor cells
DE202020004663U1 (en) Hardware for imaging systems
EP1160573A2 (en) Microtitre plate and coupled multiple pipettor
DE102021203897A1 (en) Method for detecting nucleated cells in a sample liquid from a patient using a microfluidic device and microfluidic device
EP1880766A1 (en) Analysis system based on porous material for highly-parallel single cell detection
WO2003056330A2 (en) Cell sorting system for the size-based sorting or separation of cells suspended in a flowing fluid
WO2008068181A1 (en) Arrangement for processing a plurality of samples for analysis
DE102014205531B4 (en) Microfluidic device and method for analyzing a sample of biological material
DE102014205728B3 (en) A chip laboratory cartridge for a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, a microfluidic system for analyzing a sample of biological material, and a method and apparatus for analyzing a sample of biological material
EP3073264B1 (en) Method for operating a sequencing device
DE102023208916A1 (en) Method and microfluidic device for preparing a sample for analysis of biological cells, in particular circulating tumor cells
EP2959297B1 (en) New poc test system and method
EP3063525B1 (en) Improved device and method for reactions between a solid and a liquid phase
WO2013026808A1 (en) Novel poc test system and method
DE102014200467A1 (en) Microfluidic system and method for analyzing a sample of biological material
EP3973288B1 (en) Microfluidic analysis system for analysing blood samples
DE102023212254B3 (en) Microfluidic method for preparing a sequencing library for nucleic acid-containing cells, in particular circulating tumor cells, with particles
DE102020215567A1 (en) Retention device and method for separating cells
DE102014200468A1 (en) Microfluidic system and method for preparing and analyzing a sample of biological material containing cells
DE19801090A1 (en) Device for isolating of microorganisms from cell-containing fluids using standard syringes
DE102023212142A1 (en) Device and method for culturing and testing tissue sections
DE102021212645A1 (en) Device and method for carrying out microfluidic process steps

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified