用于分析具有无标记细胞的生物样本中是否存在感染物的方法和系统技术方案

一种分析包括多个无标记细胞的生物样本以确定该样本是否包括被感染物感染的细胞的离体方法，包括：利用光束光学地捕获生物样本中的无标记细胞，以及以光谱方式研究所捕获的无标记细胞以实时地确定所捕获的无标记细胞是否被感染物感染。

Methods and systems for analyzing the presence of infectious agents in biological samples with unlabeled cells

An in vitro method for analyzing a biological sample including a plurality of unlabeled cells to determine whether the sample includes cells infected by an infectious substance, including: optically capturing unlabeled cells in a biological sample using a light beam, and studying the captured unlabeled cells in a spectral manner to determine in real time whether the captured unlabeled cells are infected by an infectious substance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分析具有无标记细胞的生物样本中是否存在感染物的方法和系统
本专利技术涉及用于分析具有无标记细胞的生物样本中是否有异物或者感染物存在于细胞中或附着至细胞的离体方法和系统。
技术介绍
诊断工具诸如酶联免疫吸附测定(ELISA)和基于核酸的测试与不准确的结果相关联，分别需要标记和底物(substrate)并且不能实时产生结果。因此，这些诊断工具不太适合在资源有限的环境中进行定点照护(POC，point-of-care)诊断，并且需要开发迅速、准确并且克服了这些挑战中的至少一些挑战的新型诊断工具。实现用于检测生物因子的无标记技术的需求促进了对不同方法的发现，以在研究生物样本潜在的物理和化学特性的同时减少复杂性和准备时间。光谱术尤其是透射光谱术被认为是用于对生物材料的无标记研究的潜在候选。该方法是已在制药行业以及生物和医学领域广泛应用的实时、无创的光学检测技术。透射光谱图被用于例如区分人类血红细胞与血白细胞以及区分癌细胞与非癌细胞种类。常规透射光谱术的缺点是：该方法对细胞进行总体平均测量并且总体测量产生关于平均特性的信息。结果，通过对测量进行平均而掩盖了单个细胞的信息和特性。另外，采用透射光谱术，样本厚度和样本的不均匀性可能导致透射信号的严重损失。透射测量常常使用底物或水性细胞悬液——其中样本不均匀分布并因此是不均匀的——在固定化细胞上进行，这可能会产生光谱假象。这些假象通常会改变峰强度并导致对结果的错误解释。因此，本专利技术旨在实时稳定地分离和研究单个细胞。光学捕获是用于对悬浮在液体培养基中的病毒、细菌和细胞进行微操作的宝贵的工具。该技术本质上使用光粒子的动量经由来自通过高数值孔径物镜发射的紧密聚焦的激光束的辐射压力的力来任意保持、定向和输送单个粒子或单个细胞。这种细胞固定化使得能够对单独的细胞进行准确的研究。用于光学捕获的近红外激光器的使用使得能够以无标记的方式进行非粘附细胞的无创操作。
技术实现思路
本专利技术提供了一种分析包括多个无标记细胞的生物样本以确定该样本是否包括被感染物感染的细胞的离体方法，该方法包括：利用光束光学地捕获生物样本中的无标记细胞；以及以光谱方式研究所捕获的无标记细胞以实时地确定所捕获的无标记细胞是否被感染物感染。“感染物”意指能够侵入或感染宿主细胞或者附着至宿主细胞并且在宿主体内产生疾病或病症的异物或者病原微生物，其中，该感染物可以是或者可以包括病毒、细菌或其他微生物。在本专利技术的至少一个实施方式中，该感染物是病毒。“无标记”意指不包括诸如酶、放射性同位素、DNA探针、荧光报道子(reporter)、电化学发光标签或其他外来元素的标示物的细胞，该标示物通常用于检测感染物在细胞中的存在。1970年由ArthurAshkin首次报道的还被称为“光学钳法”的光学捕获，现在是保持微观粒子稳定的公知的非接触技术。光学捕获通常采用高度聚焦的激光束(通常被称为光学钳子)以提供通常是皮牛级的吸引力或排斥力，以在物理上保持和/或移动微观的介电目标。该技术在文献中被很好地描述，包括其捕获单独病毒和细菌并且对细胞和胶体分类的用途。光谱术也是依赖于物质与辐射能例如电磁辐射之间的相互关系来表征该物质的公知的分析技术。据专利技术者所知，光学捕获，特别是与光谱术结合的光学捕获还没有被用于确定生物样本是否包括被感染物诸如病毒感染的无标记细胞。光束可以是激光束，例如波长为1064nm的Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光束。当感染物是病毒时，该病毒可以是导致人体免疫缺陷病毒(HIV)感染并且随着时间推移导致获得性免疫缺陷综合症(AIDS)的HIV。在本专利技术的至少一个实施方式中，病毒可以是HIV-1。无标记细胞可以悬浮在流体例如液体或溶液中。光学地捕获生物样本中的无标记细胞可以包括：捕获无标记细胞，并且如果需要，将无标记细胞转移在二维平面或在三维空间中。通常，光学地捕获生物样本中的无标记细胞包括：捕获无标记细胞，并且如果需要，将无标记细胞转移在三维空间中。在本说明书中，“实时”旨在指示在开始被捕获的细胞的光谱研究起几分钟——例如，不到4分钟、不到3分钟、不到2分钟或者不到1分钟——之内可获得针对被捕获的无标记细胞的结果。以光谱方式研究所捕获的无标记细胞可以附加地指示生物样本中的病毒感染程度，例如，病毒载量。该方法可以迭代地或重复地实施，从而研究多个被捕获的无标记细胞。研究多个被捕获的无标记细胞可以增加研究的准确性或者提供附加的信息或诊断。光学地捕获无标记细胞和以光谱方式研究所捕获的无标记细胞各自可以借助于激光束完成。光学地捕获无标记细胞和以光谱方式研究所捕获的无标记细胞可以借助于相同的激光束或不同的激光束来完成。光学地捕获无标记细胞和以光谱方式研究所捕获的无标记细胞可以同时或顺序地完成。以光谱方式研究所捕获的无标记细胞可以包括确定透射值或吸收值。该透射值或吸收值可以指示无标记细胞是否被感染物感染。因此，以光谱方式研究所捕获的无标记细胞以实时地确定所捕获的无标记细胞是否被感染物感染可以采用吸收光谱术或透射光谱术来检测细胞中是否存在感染物，诸如病毒，例如HIV。在本专利技术的一个实施方式中，采用近红外(通常在750nm至1400nm光的范围内)透射光谱术。本方法可以包括生成表示被捕获的无标记细胞的至少一个光谱特性的光谱图。该光谱图可以示出来自在单个被捕获的无标记细胞上进行的多次测量的平均信号光谱。该光谱图可以采用常规的光谱技术进行分析。本方法可以包括将光谱图与条件阈值作比较。例如，如果该光谱图的光谱特性(比如，光学透射)在该条件阈值的一侧(比如，下方)，这指示感染物(比如，HIV)存在；如果该光谱图的光谱特性(比如，光学透射)在条件阈值的另一侧(比如，上方)，这可以指示感染物(比如，HIV)不存在。条件阈值可以是预定义阈值。可以基于先前生物样本——其中感染物存在与否是预先知道的——的先验分析(比如，统计分析)来预定义该条件阈值。本专利技术扩展至一种用于分析包括多个无标记细胞的生物样本以确定该样本是否包括被感染物感染的细胞的系统，该系统包括激光装置和光学检测器，其中：激光装置被配置成发射光学捕获激光束，该光学捕获激光束被配置成从生物样本中光学地捕获并分离单个无标记细胞；激光装置被配置成朝向所捕获的无标记细胞发射诊断激光束；以及光学检测器被配置成检测与所捕获的无标记细胞相互作用之后的诊断激光束，其中，所检测的激光束的至少一个光谱特性能够实时获得并且指示所捕获的无标记细胞是否被感染物感染。激光装置可以被配置成：以被选择成使得诊断激光束部分地透射穿过所捕获的无标记细胞的波长来发射诊断激光束。在一个实施方式中，激光装置可以包括单个激光束发射器，该单个激光束发射器被配置成发射光学捕获激光束和诊断激光束。光学捕获激光束和诊断激光束可以被同时发射。光学捕获激光束和诊断激光束可以是相同的激光束。光学捕获激光束和诊断激光束可以被顺序地发射。在另一实施方式中，激光装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分析包括多个无标记细胞的生物样本以确定所述样本是否包括被感染物感染的细胞的离体方法，所述方法包括：/n利用光束光学地捕获所述生物样本中的无标记细胞；以及/n以光谱方式研究所捕获的无标记细胞以实时地确定所捕获的无标记细胞是否被感染物感染。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170125 ZA 2017/005781.一种分析包括多个无标记细胞的生物样本以确定所述样本是否包括被感染物感染的细胞的离体方法，所述方法包括：
利用光束光学地捕获所述生物样本中的无标记细胞；以及
以光谱方式研究所捕获的无标记细胞以实时地确定所捕获的无标记细胞是否被感染物感染。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述感染物是病毒。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以光谱方式研究所捕获的无标记细胞包括：确定所述无标记细胞的透射值或吸收值，其中，所述透射值或所述吸收值指示所述无标记细胞是否被所述感染物感染。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，借助于激光束来以光谱方式研究所捕获的无标记细胞。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，借助于相同的激光束来光学地捕获所述无标记细胞并以光谱方式研究所捕获的无标记细胞。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用近红外透射光谱术来以光谱方式研究所捕获的无标记细胞。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，同时进行光学地捕获所述无标记细胞和以光谱方式研究所捕获的无标记细胞。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，迭代地或重复地实施所述方法以研究多个捕获的无标记细胞。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以光谱方式研究所捕获的无标记细胞指示所述生物样本的...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨图尼·欧姆宾达·伦本巴，鲁扎尼·马拉必，佩兴丝·马松兹库法，马斯科勒·伊冯娜·卢贡格勒，勒博冈·托巴卡莱，
申请(专利权)人：CSIR公司，
类型：发明
国别省市：南非;ZA