用于鉴定和靶向异质群体中的个体细胞以选择性提取细胞内容物的系统技术方案

本公开提供了一种用于鉴定和靶向细胞群体内的单个细胞以选择性提取细胞内容物的系统和方法以及一种具有至少一个用于接收细胞的亲水性位置的数字微流体装置，一种成像系统，其包括用于接收所述数字微流体装置的平台和用于鉴定至少一个亲水位置处的细胞中的至少一个靶细胞的成像模块。所述系统包括脉冲激光源，用于激光裂解靶细胞，从而释放细胞内容物以产生裂解液。控制系统控制脉冲激光源、成像系统和数字微流体装置，并且被编程用于协调以下步骤：i)将小滴在所述数字微流体装置上移动，ii)选择位于所述至少一个亲水位置处的至少一个待裂解的靶细胞，iii)通过所述脉冲激光源照射所述至少一个选定的靶细胞以裂解所述至少一个选定的靶细胞以产生裂解液，和iv)收集所述裂解液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于鉴定和靶向异质群体中的个体细胞以选择性提取细胞内容物的系统
用于鉴定和靶向异质细胞环境中的个体细胞用于裂解的装置，所述细胞裂解液经受进一步的下游分析。还提供了使用这些装置的方法以及包括这些装置的系统和试剂盒。这些装置、系统、方法和试剂盒可用于各种不同的应用，包括测试和诊断。
技术介绍
在过去十年中，已经清楚的是，被认为是相同的细胞群体实际上本质上可以是非常异质的。其两个实例是(a)构成肿瘤的癌细胞群体，和(b)干细胞及其后代。对使用方法以鉴定和研究复杂混合物中的个体细胞或细胞的小亚群非常感兴趣。此外，随着对罕见细胞群体(例如，血液中的癌细胞或免疫细胞，母体样品中的胎儿细胞等)的存在的发现，对开发方法来分离和表征个体细胞非常感兴趣。先前已经研究了依赖于流式细胞术或基于微通道的分选的单细胞基因组分析[3-10]并且PolarisTM系统出于此目的在商业上发布。将基于流式细胞术或基于微通道的分选用于单细胞基因组分析对于各种应用是非常有用的，然而，这些技术的使用限于分析细胞在液体培养基中的悬浮液。此外，使用这些技术的装置在可以同时评估的细胞数量方面受到限制。微流体技术与用于处理或操纵极小体积流体的小型化流体处理技术有关。这些技术包括数字微流体(DMF)(有时也称为“电润湿”或“电介质上的电润湿”)，其依赖于在开放阵列(没有通道)上以小滴操纵的流体，以及集成的流体电路(ITC)，其依赖于通过封闭的微米尺寸通道泵送的流体。先前已经报道了激光微束细胞裂解与ITC(在封闭的微米尺寸通道中)的整合。Quinto-Su描述了使用这种方法的许多挑战，包括等离子体诱导的气泡阻塞，变形或损坏微通道的趋势，使得该方法对于常规使用是不实际的[17]。Lai报道，通过将激光微束聚焦到较小的点，可以纠正其中一些问题[16]。然而，下游分析可能因为微通道中的细胞裂解液稀释而受到限制。
技术实现思路
本文公开了一种用于鉴定和靶向细胞群体内的个体细胞以选择性提取细胞内容物的系统，其包括：数字微流体装置，其具有至少一个用于接收细胞的位置；包括用于接收所述数字微流体装置的平台的成像系统，所述成像系统包括用于鉴定所述至少一个位置处的细胞中的至少一个靶细胞的成像模块和用于激光裂解所述至少一个靶细胞从而释放细胞内容物以产生裂解液的脉冲激光源；以及用于控制脉冲激光源、成像系统和数字微流体装置的控制系统，所述控制系统被编程有用于协调以下步骤的指令：将小滴在所述数字微流体装置上移动，选择位于所述至少一个位置处的至少一个待裂解的靶细胞，通过脉冲激光源照射所述至少一个选定的靶细胞以裂解所述至少一个选定的靶细胞以产生裂解液，以及收集裂解液。至少一个位置可以是亲水的、部分亲水的或在蛋白质从样品中结垢/吸附后变成亲水的。数字微流体装置可包括顶板和底板，其间限定一空间，并且其中至少一个位置中的每一个具有外周边，所述至少一个位置中的每一个限定在至少一个板的表面上，用于形成相应的虚拟微孔，每个相应的虚拟微孔具有从所述位置的外周边在顶板和底板之间延伸的虚拟壁，并且在通过脉冲激光源照射至少一个选定的靶细胞时，在虚拟微孔中形成等离子体气泡，并且在形成等离子体气泡时，虚拟壁变形，从而吸收由膨胀的等离子体气泡释放的能量。至少一个位置可以是多个位置，并且其中控制系统被编程有用于协调以下的指令将小滴移动到多个位置，选择位于所述多个位置中的每一个处的至少一个待裂解的细胞，选择第一位置以用脉冲激光源照射所述位置处的至少一个选定的细胞，移动平台以将数字微流体装置顺序地从第一位置移动到另一位置以使每个位置进入脉冲激光源的视场内，以裂解所述至少一个选定的细胞从而在每个位置处产生裂解液，以及收集每个位置处的裂解液。在这方面，控制系统可以被编程用于计算平台行进的最短距离，以使多个位置中的每一个顺序地进入脉冲激光的视场内。至少一个选定的靶细胞可以是多个选定的靶细胞，其中控制系统被编程用于鉴定待裂解的所选定靶细胞的顺序以最小化执行协调步骤的时间，以及其中多个所选定的靶细胞在一个视场内，或多个视场内，或在多个位置内。在这方面，选定的靶细胞的顺序基于多个选定的靶细胞之间的最短路径。成像系统可包括用于移位平台的平移机构，所述平移机构由控制系统控制。控制系统可包括用于控制流体小滴从流体贮存器向至少一个位置移位的小滴控制机构或系统。脉冲激光源可以是纳秒脉冲激光器。脉冲激光源可以是纳秒脉冲激光器，其输送至少1μJ的脉冲。脉冲激光源可以是Q开关激光器。纳秒脉冲激光器可以是基于Nd的激光器。可以选择纳秒脉冲激光器以产生可见光谱内的脉冲激光束。本公开还提供了一种用于鉴定和靶向细胞群体内的个体细胞以选择性提取细胞内容物的方法，其包括：将包含细胞的样品加载到数字微流体装置的至少一个位置上，从而在所述至少一个位置的每一个处形成虚拟微孔；在所述至少一个位置上固定化所述细胞；选择至少一个固定化的细胞；使用脉冲激光源裂解至少一个选定的细胞以在其相应的虚拟微孔内产生裂解液；将一个液体小滴移位到相应的虚拟微孔中以收集裂解液；以及将含有裂解液的小滴从相应的虚拟微孔移动到指定的位置。至少一个位置是亲水的、部分亲水的或在蛋白质从样品中结垢/吸附后变成亲水的。所述方法可以进一步包括生成固定化的细胞的位置图谱的步骤，并且其中选择至少一个固定化的细胞的步骤包括从图谱中选择至少一个细胞。所述方法可以进一步包括标记固定化的细胞的步骤。标记固定化的细胞的此步骤可以进一步包括固定细胞。所述方法可以进一步包括以下步骤：沿着水平轴和竖直轴移动数字微流体装置，用于定位数字微流体装置，以从固定化的细胞中裂解另一个至少一个选定的细胞；使用脉冲激光源裂解所述另一个至少一个选定的细胞，以在其相应的虚拟微孔内产生另一个裂解液；将另一个液体小滴移位到相应的虚拟微孔中以收集另一个裂解液；以及将含有另一个裂解液的另一个小滴从相应的虚拟微孔移动到指定的位置。所述方法还包括在初始位置引入含有细胞的样品并将所述样品移位到至少一个位置的步骤。至少一个位置是多个位置，并且包括以下步骤将小滴移动到所述多个位置，在所述多个位置中的每一个处选择一个待裂解的细胞，选择第一位置以照射该位置处的选定细胞，移动平台以顺序地移动数字微流体装置以便使每个位置进入脉冲激光源的视场内，以裂解所选定的细胞从而在每个位置处产生裂解液，以及收集每个位置处的裂解液。在这方面中，所述方法可以包括计算平台行进的最短距离，以使多个位置中的每一个顺序地进入脉冲激光源的视场内。至少一个选定的靶细胞可以是多个选定的靶细胞，并且所述方法可以进一步包括鉴定待裂解的所选定靶细胞的顺序以最小化对所有选定的靶细胞执行裂解的时间，并且其中多个所选定的靶细胞在一个视场内，或多个视场内，或在多个位置内。在所述方法中，脉冲激光源可以是纳秒脉冲激光器。在所述方法中，脉冲激光源可以是纳秒脉冲激光器，其输送至少1μJ的脉冲。在所述方法中，纳秒脉冲激光器可以是基于Nd的激光器。可以选择纳秒脉冲激光器以产生可见光谱内的脉冲激光束。脉冲激光源可以是Q开关激光器。所述方法可以进一步包括对指定位置处的裂解液进行芯片上分析的步骤，并且可以进一步包括从指定位置收集含有裂解液的小滴用于芯片外分析的步骤。所述方法可以用于个体细胞是胎儿细胞的情况，并且可以被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于鉴定和靶向细胞群体内的个体细胞以选择性提取细胞内容物的系统，其包括：数字微流体装置，其具有至少一个用于接收细胞的位置；包括用于接收所述数字微流体装置的平台的成像系统，所述成像系统包括用于鉴定所述至少一个位置处的细胞中的至少一个靶细胞的成像模块和用于激光裂解所述至少一个靶细胞从而释放所述细胞内容物以产生裂解液的脉冲激光源；以及用于控制所述脉冲激光源、所述成像系统和所述数字微流体装置的控制系统，所述控制系统被编程有用于协调以下步骤的指令：将小滴在所述数字微流体装置上移动，选择位于所述至少一个位置处的至少一个待裂解的靶细胞，通过所述脉冲激光源照射所述至少一个选定的靶细胞以裂解所述至少一个选定的靶细胞以产生裂解液，以及收集所述裂解液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 US 62/402,2081.一种用于鉴定和靶向细胞群体内的个体细胞以选择性提取细胞内容物的系统，其包括：数字微流体装置，其具有至少一个用于接收细胞的位置；包括用于接收所述数字微流体装置的平台的成像系统，所述成像系统包括用于鉴定所述至少一个位置处的细胞中的至少一个靶细胞的成像模块和用于激光裂解所述至少一个靶细胞从而释放所述细胞内容物以产生裂解液的脉冲激光源；以及用于控制所述脉冲激光源、所述成像系统和所述数字微流体装置的控制系统，所述控制系统被编程有用于协调以下步骤的指令：将小滴在所述数字微流体装置上移动，选择位于所述至少一个位置处的至少一个待裂解的靶细胞，通过所述脉冲激光源照射所述至少一个选定的靶细胞以裂解所述至少一个选定的靶细胞以产生裂解液，以及收集所述裂解液。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个位置是亲水的、部分亲水的或在蛋白质从样品中结垢/吸附后变成亲水的。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述数字微流体装置包括顶板和底板，其间限定一空间，并且其中所述至少一个位置中的每一个具有外周边，所述至少一个位置中的每一个限定在至少一个所述板的表面上，用于形成相应的虚拟微孔，每个相应的虚拟微孔具有从所述位置的所述外周边在所述顶板和所述底板之间延伸的虚拟壁，以及其中，在通过所述脉冲激光源照射所述至少一个选定的靶细胞时，在所述虚拟微孔中形成等离子体气泡，并且其中在形成所述等离子体气泡时，所述虚拟壁变形，从而吸收由所述膨胀的等离子体气泡释放的能量。4.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述至少一个位置是多个位置，并且其中所述控制系统被编程有用于协调以下的指令将小滴移动到所述多个位置，选择位于所述多个位置中的每一个处的至少一个待裂解的细胞，选择第一位置以用所述脉冲激光源照射所述位置处的所述至少一个选定的细胞，移动所述平台以将所述数字微流体装置顺序地从第一位置移动到另一位置以使所述位置中每一个进入所述脉冲激光源的视场内，以裂解所述至少一个选定的细胞从而在每个位置处产生裂解液，以及收集每个位置处的所述裂解液。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制系统被编程用于计算所述平台行进的最短距离，以使所述多个位置中的每一个顺序地进入所述脉冲激光的所述视场内。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个选定的靶细胞是多个选定的靶细胞，所述控制系统被编程用于鉴定待裂解的所选定靶细胞的顺序以最小化执行所述协调步骤的时间，以及其中所述多个选定的靶细胞在一个视场内，或多个视场内，或在多个位置内。7.根据权利要求6所述的系统，其中选定的靶细胞的所述顺序基于所述多个选定的靶细胞之间的最短路径。8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中所述成像系统包括用于移位所述平台的平移机构，所述平移机构由所述控制系统控制。9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中所述控制系统包括用于控制流体小滴从流体贮存器移位到所述至少一个位置的小滴控制构件。10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所述脉冲激光源是纳秒脉冲激光器。11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述脉冲激光源是纳秒脉冲激光器，其输送至少1μJ的脉冲。12.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所述脉冲激光源是Q开关激光器。13.根据权利要求10或11所述的系统，其中所述纳秒脉冲激光器是基于Nd的激光器。14.根据权利要求10、11或13所述的系统，其中所述纳秒脉冲激光器产生在可见光谱内的脉冲激光束。15.一种用于鉴定和靶向细胞群体内的个体细胞以选择性提取细胞内容物的方法，其包括：将含有细胞的样品加载到数字微流体装置的至少一个位置上，从而在所述至少一个位置的每一个处形成虚拟微孔；在所述至少一个位置上固定化所述细胞；选择所述至少一个固定化的细胞；使用脉冲激光源裂解所述至少一个选定...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·R·惠勒，M·D·张伯伦，J·L·拉曼纳，M·D·M·德莱顿，E·科洛米耶兹，D·智泰雅，
申请(专利权)人：多伦多大学管理委员会，西奈健康系统，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA