がん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法
【課題】マイクロ流体チップを用いて、極低濃度のがん細胞をその他の細胞から迅速にかつ正確に分離することができ、がん細胞およびその他の細胞を非侵襲的に回収することができるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法を提供する。
【解決手段】微小流路に導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞を自動分離するがん細胞自動分離装置であって、前記微小流路は、（ａ）主流路、（ｂ）前記主流路の上端において、前記主流路の延長方向に設けられた、前記細胞懸濁流体が導入される第１の入口分岐流路、及び（ｃ）前記主流路の上端において、前記主流路に対し所定の角度をつけて設けられた、細胞や微粒子を含まない流体が導入される第２の入口分岐流路を有し、前記主流路は、その流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａを、前記第２の入口分岐流路とは反対側に有することを特徴とするがん細胞自動分離装置。
【解決手段】微小流路に導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞を自動分離するがん細胞自動分離装置であって、前記微小流路は、（ａ）主流路、（ｂ）前記主流路の上端において、前記主流路の延長方向に設けられた、前記細胞懸濁流体が導入される第１の入口分岐流路、及び（ｃ）前記主流路の上端において、前記主流路に対し所定の角度をつけて設けられた、細胞や微粒子を含まない流体が導入される第２の入口分岐流路を有し、前記主流路は、その流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａを、前記第２の入口分岐流路とは反対側に有することを特徴とするがん細胞自動分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、がん細胞と他の細胞とを分離することができるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
胃がんの腹膜転移は術後の最も多い再発形式であり、有効な治療法もなく予後は極めて不良である。腹膜転移の有効な診断方法の一つとして腹腔洗浄細胞診が広く行われているが、検出精度が悪く、発見されても予後が不良であることが多い。
腹腔洗浄細胞診の検出精度を上げるために腹腔洗浄液中のがん細胞を分離・濃縮する方法がある。その一例として、標的がん細胞を蛍光標識して画像認識により分離する方法（蛍光活性化セルソーター：ＦＡＣＳ）、または特異的抗体反応や誘電泳動力（特許文献１）を利用した分離方法が挙げられる。
【０００３】
一般的に腹腔洗浄液や血液、またはリンパ液中の転移がん細胞はがん細胞塊として存在し、その他の細胞よりサイズ径が大きい特性を示すことが見出されている。また近年、微小流路を持つマイクロ流体チップを用いて流体力のみで微粒子を分離・濃縮する方法が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２７０１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
活性化セルソーター（ＦＡＣＳ）を用いる場合、一般的に大型の装置導入と訓練されたオペレータの確保が必要である。さらに、多量の試料容量を必要とし１０、０００未満の細胞数の分離能力は著しく低い。また、特許文献１の技術のように、標的がん細胞へ蛍光抗体色素の標識や電磁気力の負荷で分離する場合、標的がん細胞に対する蛍光色素の侵襲や外部力の影響は回避できない。
【０００６】
また、特許文献２の技術において、流体力は微小流路内の圧力変動に対して分離・濃縮の影響を受けやすい特徴があり、流量または流速の微小な調整をする必要があり、圧力変動に対してロバストかつ連続的に分離・濃縮することが困難である。
【０００７】
本発明は、がん細胞を分離する際に、標的がん細胞自体を蛍光標識することや電磁気力で侵襲することなく、極低濃度のがん細胞をその他の細胞から迅速にかつ正確に分離することができ、圧力変動に対してロバストかつ連続的に分離・濃縮することができるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るがん細胞自動分離装置は、微小流路に導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞と他の細胞とのサイズ径の差を利用してがん細胞とその他の細胞を自動分離することを特徴とする。
【０００９】
上記がん細胞自動分離装置は、（ａ）主流路、（ｂ）前記主流路の上端において、前記主流路の延長方向に設けられた、前記細胞懸濁流体が導入される第１の入口分岐流路、及び（ｃ）前記主流路の上端において、前記主流路に対し所定の角度をつけて設けられた、細胞や微粒子を含まない流体が導入される第２の入口分岐流路を有し、前記主流路は、その流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａを、前記第２の入口分岐流路とは反対側に有し、がん細胞を含む細胞群は前記第２の入口分岐流路から流体力を受け、さらに部分Ａから機械的な拘束力を受けることにより、前記部分Ａの高さ以下の径をもつ細胞群と前記部分Ａの高さ以上の径をもつがん細胞群に自動分離することを特徴とする。
【００１０】
上記がん細胞自動分離装置は、さらに、（ｄ）前記主流路の下端において、前記主流路のうち、前記部分Ａ以外の部分に接続した第１の出口分岐流路、及び（ｅ）前記主流路の下端おいて、前記部分Ａに接続した第２の出口分岐流路を有し、分離されたそれぞれの細胞群を回収することを特徴とする。
【００１１】
上記がん細胞自動分離装置は、さらに、微小流路内にフィンを有することが好ましい。この場合、上記第２の入口分岐流路からの細胞や微粒子を含まない流体は部分Ａ側面へ対して平行又は鋭角に流れ、かつ上記第１の入口分岐流路からの細胞懸濁流体に含まれるがん細胞群およびその他の細胞群は、ほぼすべて前記部分Ａ側面へ接しながら流れるように誘導され、効率的に、がん細胞を分離することができる。
【００１２】
上記がん細胞自動分離装置によれば、がん細胞は主流路に設けられた高さの異なる部分Ａとその内壁に拘束されて分離するため、標的がん細胞自体に蛍光標識することや電磁気力で侵襲することなくダメージの少ない状態で、がん細胞を分離することができる。
【００１３】
上記がん細胞自動分離装置によれば、上記第２の入口分岐流路からの流体力と前記内壁の機械的な拘束力によってがん細胞を分離するため、導入されたそれぞれの流体の流量または流速の微小な調整を必要とせず、圧力変動に対してロバストかつ連続的に、がん細胞を分離することができる。
【００１４】
上記がん細胞自動分離装置によれば、上記第２の入口分岐流路からの流体力と前記内壁の機械的な拘束力によってがん細胞を分離するため、極低濃度のがん細胞であっても前記部分Ａの高さ以上の径をもつがん細胞は前記内壁の機械的な拘束により自動的にかつ正確に、分離される。
【００１５】
本発明のがん細胞自動分離装置は、微細加工技術を利用して作製した流路構造を有するマイクロ流体チップ上に搭載される。そのため、上記出口分岐流路を接続することにより、前記がん細胞自動分離装置が直列化、又は並列化した多段に配置されたマイクロ流体チップでもよい。マイクロ流体チップとは、複雑な流路構造を組み合わせることにより、液体や気体を流して種々の試薬の混合、化学合成、分離、精製を行わせるものである。
＜発明の効果＞
本発明よれば、微小流路に導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞と他の細胞とのサイズ径の差を利用してがん細胞とその他の細胞を自動分離することにより、標的がん細胞自体ダメージの少ないうえに、極低濃度のがん細胞をその他の細胞から迅速にかつ正確に分離することができ、更に分離したがん細胞およびその他の細胞を非侵襲的に回収することができる。また、がん細胞分離に際して外部部品や高度な装置を必要とせずに、流路内の圧力変動に対してロバストかつ連続的に、がん細胞を分離することができるため、ベッドサイドなど幅広い環境で使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるがん細胞自動分離装置および自動分離方法の原理図を示す。図１（ａ）は図１（ｂ）におけるＡ矢視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線による断面図である。
【図２】本発明による実施形態を備えたマイクロ流体チップ２７を示し、図２は図３（ａ）と図３（ｂ）におけるＡ矢視図である。
【図３】図３（ａ）は図２におけるＢ−Ｂ 線による断面図、図３（ｂ）は図２におけるＣ−Ｃ線による断面図である。
【図４】図１、２、３におけるマイクロ流体チップの１例として、実際に胃がん患者腹腔洗浄液を用いてがん細胞を分離・濃縮させた結果を示す。
【図５】本発明によるがん細胞自動分離装置を５つ備えたマイクロ流体チップ５０を示す。
【図６】本発明によるがん細胞自動分離装置を３つ備えたマイクロ流体チップ６５を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の書類に基づいて、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法の形態を詳細に説明する。
図１には、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法の原理が示されている。
【００１８】
がん細胞自動分離装置は基板２８とガラス基板２４とから構成され、微小流路１０は、基板２３の下面２３ａに形成された凹部である。
図１（ａ）において、主流路１１は両端にそれぞれ分岐流路を有しており、矢印２０、２１はそれぞれ第１の入口分岐流路１２、第２の入口分岐流路１３に導入される流体の流れの方向を表している。なお、請求項における微小流路、主流路、第１の入口分岐流路、第２の入口分岐流路、部分Ａ、第１の出口分岐流路、第２の出口分岐流路とはそれぞれ流路１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６のことである。
【００１９】
図１（ｂ）において、矢印２５は主流路１１の高さ方向を示し、矢印２６は部分Ａ１４の高さ方向を示す。
微小流路１０は、主流路１１、第１の入口分岐流路１２、第２の入口分岐流路１３、第１の出口分岐流路１５、及び第２の出口分岐流路１６を含み、第２の入口分岐流路１３は主流路１１に対して所定の角度２２をつけて設けられる。また、部分Ａ１４は主流路１１の一部であり、第２の入口分岐流路１３とは反対側に設置されている。第１の出口分岐流路１５は、主流路１１の下端において部分Ａ１４以外の部分に接続され、第２の出口分岐流路１６は、主流路１１の下端において部分Ａ１４に接続されている。ここで、主流路１１に流れる上流および下流をそれぞれ上端および下端とする。
【００２０】
図１（ａ）において、フィン１９は部分Ａ１４とは反対側の主流路１１内に複数個が設置されており、第２の入口分岐流路１３からの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ１４側面に対して平行又は鋭角に流れることを誘導する。フィン１９は、必要に応じて任意の数に決める事ができ、フィン１９の形状や大きさも必要に応じて任意に設定する事が可能である。
【００２１】
第１の入口分岐流路１２にがん細胞を含む細胞懸濁流体を連続的に導入し、第２の入口分岐流路１３に細胞や微粒子を含まない流体を連続的に導入する。導入された細胞は、第２の入口分岐流路１３から流体力を受け主流路１１の内部において左側へ押しつけられる。しかしがん細胞は代表径が部分Ａ１４の流路高さ以上であるため機械的に拘束され、部分Ａ１４へは導入されず、第１の出口分岐流路１５へ導入される。一方がん細胞以外の細胞は、代表径が部分Ａ１４の高さ以下であるため部分Ａ１４へ導入され、第２の出口分岐流路１６へ導入される。
【実施例】
【００２２】
以下、添付の書類に基づいて、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法の実施例を詳細に説明するものとする。
図２には、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法の実施形態を備えたマイクロ流体チップ２７が示されており、図２は図３（ａ）と図３（ｂ）におけるＡ矢視図であり、図３（ａ）は図２におけるＢ−Ｂ 線による断面図、図３（ｂ）は図２におけるＣ−Ｃ線による断面図である。
【００２３】
マイクロ流体チップ２７は、微小流路３０、主流路３１、第１の入口分岐流路３２、第２の入口分岐流路３３、部分Ａ３４、第１の出口分岐流路３５、第２の出口分岐流路３６を有し、主流路３１の高さ方向および部分Ａ３４の高さ方向はそれぞれ矢印４３および矢印４４で示す。
【００２４】
マイクロ流体チップ２７において、微小流路３０は、主流路３１、第１の入口分岐流路３２、第２の入口分岐流路３３、第１の出口分岐流路３５、及び第２の出口分岐流路３６を含み、第２の入口分岐流路３３は主流路３１に対して所定の角度３８をつけて設けられる。また、部分Ａ３４は主流路３１の一部であり、第２の入口分岐流路３３とは反対側に設置されている。第１の出口分岐流路３５は、主流路３１の下端において部分Ａ３４以外の部分に接続され、第２の出口分岐流路３６は、主流路３１の下端において部分Ａ３４に接続されている。ここで、主流路３１に流れる上流および下流をそれぞれ上端および下端とする。
【００２５】
このマイクロ流体チップ２７は、がん細胞を含む細胞懸濁流体を導入した際、がん細胞群と、がん細胞を含まない細胞群を別々に回収することができるマイクロ流体チップ２７であり、高分子（ポリマー）材料、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）により形成された基板２８とガラス基板２９により形成された平板上の構造を有している。
【００２６】
なお、マイクロ流体チップ２７の材料としては、ＰＤＭＳの他にも、アクリル等の各種ポリマー材料、ガラス、シリコン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属、などを用いることができる。
【００２７】
基板２８の下面２８ａには主流路３１、第１の入口分岐流路３２、第２の入口分岐流路３３、部分Ａ３４、第１の出口分岐流路３５、第２の出口分岐流路３６が形成されており、部分Ａ３４の高さ４４は１０μｍであり、その他の流路の高さ４３は１００μｍである。またこれらの値は例えば、１μｍ以上から１ｃｍまで任意の値に設定することができる。
【００２８】
入口ポート３９はがん細胞を含む細胞懸濁流体の入口であり、入口ポート４０は細胞や微粒子を含まない流体の入口である。また、出口ポート４１はがん細胞が濃縮された流体の出口であり、出口ポート４２はがん細胞以外の細胞を含む流体の出口である。
【００２９】
入口ポート３９は、基板２８の上面から、第１の入口分岐流路３２まで掘り下げられた孔であり、入口ポート４０は、基板２８の上面から、第２の入口分岐流路３３まで掘り下げられた孔である。また、出口ポート４１は、基板２８の上面から、第１の出口分岐流路３５まで掘り下げられた孔であり、出口ポート４２は、基板２８の上面から、第２の出口分岐流路３６まで掘り下げられた孔である。
【００３０】
主流路３１の長さは、例えば２０ｍｍであり、分岐流路３２、３３、３５、３６の幅は、例えばそれぞれ３００μｍ、３００μｍ、３００μｍ、６００μｍである。またこれらの値は全て、１０μｍ以上の任意の値に設定することができる。
【００３１】
フィン３７ａ〜ｄは、部分Ａ３４とは反対側の主流路３１内に複数個が設置されており、第２の入口分岐流路３３からの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ３４側面に対して平行または鋭角に流れることを補助し、必要に応じて任意の数に決める事ができ、フィンの形状や大きさも必要に応じて任意に設定する事が可能である。
【００３２】
フィン３７ａ〜ｄの形状は、この態様においては、主流路３１の長手方向の先端に向かうほど主平面方向の幅が細くなる形状とし、かつ第２の入口分岐流路３３とは反対側の側面は部分Ａ３４側面と平行になる形状とした。それにより第２の入口分岐流路３３からの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ３４側面に対して平行または鋭角に流れることとなり、その結果として第１の入口分岐流路３２からの細胞懸濁流体に含まれるがん細胞群およびその他の細胞群は、ほぼすべて部分Ａ３４側面へ接しながら流れるように誘導され、効率的に、がん細胞を分離することができる。
【００３３】
以上の構成において、上記したマイクロ流体チップ２３を用いて胃がん患者腹腔洗浄液中のがん細胞を濃縮する方法について説明する。
胃がん患者腹腔洗浄液には、５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加する。
【００３４】
細胞や微粒子を含まない流体としては、培養液もしくはＰＢＳに５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加したものを用いる。
胃がん患者腹腔洗浄液に５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加した流体を、入口ポート３９から連続的に供給する。また、培養液もしくはＰＢＳに５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加した流体を入口ポート４０から連続的に供給する。この時、流路構造内では、流体が層流を保ちつつ流れるほうが望ましい。なお、流体の導入に際して、シリンジポンプ等を用いた定流量導入、ボンベ、圧力装置等を用いた定圧導入の他に、電気浸透流や遠心力等を用いた方法などを用いることができる。
【００３５】
この流路構造を用いた場合、入口ポート４０から供給された細胞や微粒子を含まない流体により、胃がん患者腹腔洗浄液中のすべての細胞は主流路３１の内部において左側へ押し付けられる。
【００３６】
しかしながら主流路３１は、流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａ３４と、それによる内壁を有するため、がん細胞は部分Ａ３４へ流れることができず、右側に設けた第１の出口分岐流路３５へ向かうと期待される。
【００３７】
一方、胃がん患者腹腔洗浄液に含まれる中皮細胞や赤血球等は、径が小さいため部分Ａ３４へと流れ、左側に設けた第２の出口分岐流路３６へ向かうと期待される。
また、本発明は以上説明したように、細胞や微粒子を含まない流体の流れと、主流路内に設けた流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａとそれによる内壁を用いて機械的にがん細胞塊を拘束する原理を用いるため、流路内の圧力変動に対してロバストかつ連続的に、がん細胞を分離することができる。
【００３８】
また、その処理量は流路の数に比例するため、大量処理および短時間での処理を目的とする場合には同型の流路を並列化することが必要であるが、並列化は容易に行うことができる。
【００３９】
実際に、胃がん患者腹腔洗浄液に５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加した流体を入口ポート３９からシリンジポンプを用いて１．５ｍＬ／ｈの流速で導入し、培養液に５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加した流体を入口ポート４０からシリンジポンプを用いて２．５ｍＬ／ｈの流速で導入したところ、がん細胞が濃縮された流体は出口ポート４１から、がん細胞以外の中皮細胞や赤血球等を含む流体は出口ポート４２から回収されることが確認された。
【００４０】
図４は、図２のマイクロ流体チップを使用して、上記条件のもとで胃がん患者腹腔洗浄液のがん細胞分離を行った観察結果の一例である。写真４５は入口ポート３９から第１の入口分岐流路３２に導入された流体の顕微鏡写真である。写真４６、４７は第１の出口分岐流路３５を通って出口ポート４１から、また第２の出口分岐流路３６を通って出口ポート４２から回収された流体のそれぞれの顕微鏡写真である。これら写真からわかるように、写真４５でがん細胞（がん細胞塊）４８とがん細胞以外の細胞（赤血球や中皮細胞等）４９が混在していたものが、写真４６では、ほぼがん細胞が観察され、写真４６では、ほぼがん細胞以外の細胞４９が観察される。その結果として、がん細胞の分離が確認された。
【００４１】
図５に示すマイクロ流体チップ５０のような構造を用いると、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法を５回実施することができ、がん細胞のさらなる濃縮が期待される。
【００４２】
マイクロ流体チップ５０において、微小流路５３は、主流路５４ａ〜ｅ、第１の入口分岐流路５５ａ〜ｅ、第２の入口分岐流路５６ａ〜ｅ、第１の出口分岐流路５８、第２の出口分岐流路５９ａ〜ｅを含む。また、部分Ａ５７ａ〜ｅはそれぞれ主流路５４ａ〜ｅの一部であり、それぞれ第２の入口分岐流路５６ａ〜ｅとは反対側に設置されている。第１の入口分岐流路５５ｂ〜ｅは、それぞれ主流路５４ａ〜ｄの下端において部分Ａ５７ａ〜ｄ以外の部分に接続され、第１の出口分岐流路５８は、主流路５４ｅの下端において部分Ａ５７ｅ以外の部分に接続され、第２の出口分岐流路３６ａ〜ｅは、それぞれ主流路５４ａ〜ｅの下端において部分Ａ５７ａ〜ｅに接続されている。ここで、主流路５４ａ〜ｅに流れる上流および下流をそれぞれ上端および下端とする。
【００４３】
フィン６０ａ〜ｏは、部分Ａ５７ａ〜ｅとは反対側の主流路５４ａ〜ｅ内に複数個が設置されており、第２の入口分岐流路５６ａ〜ｅからの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ５７ａ〜ｅ側面に対して平行または鋭角に流れることを補助し、必要に応じて任意の数に決める事ができ、フィンの形状や大きさも必要に応じて任意に設定する事が可能である。
【００４４】
マイクロ流体チップ５０において、入口ポート６１から導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体は主流路５４ａにてがん細胞分離の処理が実施され、さらにそのがん細胞が濃縮された流体は以降の主流路５４ｂ〜ｅにてがん細胞分離の処理が計５回実施される。
【００４５】
マイクロ流体チップ５０は、入口ポート６１からがん細胞を含む細胞懸濁流体を導入し、入口ポート６２から細胞や微粒子を含まない流体を導入した際、がん細胞が濃縮された流体を出口ポート６３から回収することができるマイクロ流体チップである。
【００４６】
マイクロ流体チップ５０は、出口ポート６３、６４ａ〜ｅを有しており、出口ポート６３はがん細胞が濃縮された流体を回収するための出口ポートであり、出口ポート６４ａ〜ｅはそれぞれがん細胞以外の細胞を含む流体を回収するための出口ポートである。
【００４７】
図６に示すマイクロ流体チップ６５のような構造でも、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法を複数回実施することができ、がん細胞のさらなる濃縮が期待される。
【００４８】
マイクロ流体チップ６５において、微小流路６８は、主流路６９ａ〜ｃ、第１の入口分岐流路７０ａ〜ｃ、第２の入口分岐流路７１ａ〜ｃ、第１の出口分岐流路７３、第２の出口分岐流路７４ａ〜ｃを含む。また、部分Ａ７２ａ〜ｃはそれぞれ主流路６９ａ〜ｃの一部であり、それぞれ第２の入口分岐流路７１ａ〜ｃとは反対側に設置されている。第１の入口分岐流路７０ｂ〜ｃは、それぞれ主流路６９ａ〜ｂの下端において部分Ａ７２ａ〜ｂ以外の部分に接続され、第１の出口分岐流路７３は、主流路６９ｃの下端において部分Ａ７２ｃ以外の部分に接続され、第２の出口分岐流路７４ａ〜ｃは、それぞれ主流路６９ａ〜ｃの下端において部分Ａ７２ａ〜ｃに接続されている。ここで、主流路６９ａ〜ｃに流れる上流および下流をそれぞれ上端および下端とする。
【００４９】
フィン７５ａ〜ｌは、部分Ａ７２ａ〜ｃとは反対側の主流路６９ａ〜ｃ内に複数個が設置されており、第２の入口分岐流路７１ａ〜ｃからの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ７２ａ〜ｃ側面に対して平行または鋭角に流れることを補助し、必要に応じて任意の数に決める事ができ、フィンの形状や大きさも必要に応じて任意に設定する事が可能である。
【００５０】
マイクロ流体チップ６５において、入口ポート７６から導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体は主流路６９ａにてがん細胞分離の処理が実施され、さらにそのがん細胞が濃縮された流体は以降の主流路６９ｂ〜ｃにてがん細胞分離の処理が計３回実施される。
【００５１】
マイクロ流体チップ６５は、入口ポート７６からがん細胞を含む細胞懸濁液を導入し、入口ポート７７ａ〜ｃから細胞や微粒子を含まない流体を導入した際、がん細胞が濃縮された流体を出口ポート７８から回収することができるマイクロ流体チップである。
【００５２】
マイクロ流体チップ６５は、出口ポート７８、７９ａ〜ｃを有しており、出口ポート７８はがん細胞が濃縮された流体を回収するための出口ポートであり、出口ポート７９ａ〜ｃはそれぞれがん細胞以外の細胞を含む流体を回収するための出口ポートである。
（産業上の利用可能性）
がんの予後向上においてはがん細胞の早期発見が非常に重要となるが、本発明に記載の装置および方法を用いることにより、極微量の胃がん患者腹腔洗浄液と極少量の培養液を導入するだけで直径２５〜１００μｍ程度のがん細胞の分離・濃縮が可能となる。
【００５３】
また、本発明はマイクロ流体チップを用いてがん細胞の分離を行っているため、大型な装置が不要であり、例えば一般病院のベッドサイドのような狭い場所でも簡便に診断を行うことが可能となる。
【００５４】
また、マイクロ流体チップは大量生産性があり、１個当たり数百円で生産することが可能なため、低コストでのがん診断が可能となる。
さらに、本発明は以上説明したように構成されているため、がん細胞への蛍光色素の標識や電磁気力の負荷による侵襲がなく、回収したがん細胞を例えば線維芽細胞と共に培養することでがん細胞塊の特性を評価し、がん幹細胞の発見や治療法の選択に役立てることも可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１０：微小流路
１１：主流路
１２：第１の入口分岐流路
１３：第２の入口分岐流路
１４：部分Ａ
１５：第１の出口分岐流路
１６：第２の出口分岐流路
１７：がん細胞以外の細胞
１８：がん細胞（塊）
１９：フィン
２０：流れの方向
２１：流れの方向
２２：角度
２３：基板
２４：ガラス基板
２５：流路高さ
２６：流路高さ
２７：マイクロ流体チップ
２８：基板
２９：ガラス基板
３０：微小流路
３１：主流路
３２：第１の入口分岐流路
３３：第２の入口分岐流路
３４：部分Ａ
３５：第１の出口分岐流路
３６：第２の出口分岐流路
３７ａ〜ｄ：フィン
３８：角度
３９：入口ポート
４０：入口ポート
４１：出口ポート
４２：出口ポート
４３：流路高さ
４４：流路高さ
４５：第１の入口分岐流路へ導入された胃がん患者腹腔洗浄液写真
４６：第１の出口分岐流路から回収されたがん細胞が濃縮された流体の写真
４７：第２の出口分岐流路から回収されたがん細胞以外の細胞を含む流体の写真
４８：がん細胞（がん細胞塊）
４９：がん細胞以外の細胞（中皮細胞や赤血球等）
５０：マイクロ流体チップ
５１：基板
５２：ガラス基板
５３：微小流路
５４ａ〜ｅ：主流路
５５ａ〜ｅ：第１の入口分岐流路
５６ａ〜ｅ：第２の入口分岐流路
５７ａ〜ｅ：部分Ａ
５８：第１の出口分岐流路
５９ａ〜ｅ：第２の出口分岐流路
６０ａ〜ｏ：フィン
６１：入口ポート
６２：入口ポート
６３：出口ポート
６４ａ〜ｅ：出口ポート
６５：マイクロ流体チップ
６６：基板
６７：ガラス基板
６８：微小流路
６９ａ〜ｃ：主流路
７０ａ〜ｃ：第１の入口分岐流路
７１ａ〜ｃ：第２の入口分岐流路
７２ａ〜ｃ：部分Ａ
７３：第１の出口分岐流路
７４ａ〜ｃ：第２の出口分岐流路
７５ａ〜ｌ：フィン
７６：入口ポート
７７ａ〜ｃ：入口ポート
７８：出口ポート
７９ａ〜ｃ：出口ポート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、がん細胞と他の細胞とを分離することができるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
胃がんの腹膜転移は術後の最も多い再発形式であり、有効な治療法もなく予後は極めて不良である。腹膜転移の有効な診断方法の一つとして腹腔洗浄細胞診が広く行われているが、検出精度が悪く、発見されても予後が不良であることが多い。
腹腔洗浄細胞診の検出精度を上げるために腹腔洗浄液中のがん細胞を分離・濃縮する方法がある。その一例として、標的がん細胞を蛍光標識して画像認識により分離する方法（蛍光活性化セルソーター：ＦＡＣＳ）、または特異的抗体反応や誘電泳動力（特許文献１）を利用した分離方法が挙げられる。
【０００３】
一般的に腹腔洗浄液や血液、またはリンパ液中の転移がん細胞はがん細胞塊として存在し、その他の細胞よりサイズ径が大きい特性を示すことが見出されている。また近年、微小流路を持つマイクロ流体チップを用いて流体力のみで微粒子を分離・濃縮する方法が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２７０１６号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
活性化セルソーター（ＦＡＣＳ）を用いる場合、一般的に大型の装置導入と訓練されたオペレータの確保が必要である。さらに、多量の試料容量を必要とし１０、０００未満の細胞数の分離能力は著しく低い。また、特許文献１の技術のように、標的がん細胞へ蛍光抗体色素の標識や電磁気力の負荷で分離する場合、標的がん細胞に対する蛍光色素の侵襲や外部力の影響は回避できない。
【０００６】
また、特許文献２の技術において、流体力は微小流路内の圧力変動に対して分離・濃縮の影響を受けやすい特徴があり、流量または流速の微小な調整をする必要があり、圧力変動に対してロバストかつ連続的に分離・濃縮することが困難である。
【０００７】
本発明は、がん細胞を分離する際に、標的がん細胞自体を蛍光標識することや電磁気力で侵襲することなく、極低濃度のがん細胞をその他の細胞から迅速にかつ正確に分離することができ、圧力変動に対してロバストかつ連続的に分離・濃縮することができるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係るがん細胞自動分離装置は、微小流路に導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞と他の細胞とのサイズ径の差を利用してがん細胞とその他の細胞を自動分離することを特徴とする。
【０００９】
上記がん細胞自動分離装置は、（ａ）主流路、（ｂ）前記主流路の上端において、前記主流路の延長方向に設けられた、前記細胞懸濁流体が導入される第１の入口分岐流路、及び（ｃ）前記主流路の上端において、前記主流路に対し所定の角度をつけて設けられた、細胞や微粒子を含まない流体が導入される第２の入口分岐流路を有し、前記主流路は、その流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａを、前記第２の入口分岐流路とは反対側に有し、がん細胞を含む細胞群は前記第２の入口分岐流路から流体力を受け、さらに部分Ａから機械的な拘束力を受けることにより、前記部分Ａの高さ以下の径をもつ細胞群と前記部分Ａの高さ以上の径をもつがん細胞群に自動分離することを特徴とする。
【００１０】
上記がん細胞自動分離装置は、さらに、（ｄ）前記主流路の下端において、前記主流路のうち、前記部分Ａ以外の部分に接続した第１の出口分岐流路、及び（ｅ）前記主流路の下端おいて、前記部分Ａに接続した第２の出口分岐流路を有し、分離されたそれぞれの細胞群を回収することを特徴とする。
【００１１】
上記がん細胞自動分離装置は、さらに、微小流路内にフィンを有することが好ましい。この場合、上記第２の入口分岐流路からの細胞や微粒子を含まない流体は部分Ａ側面へ対して平行又は鋭角に流れ、かつ上記第１の入口分岐流路からの細胞懸濁流体に含まれるがん細胞群およびその他の細胞群は、ほぼすべて前記部分Ａ側面へ接しながら流れるように誘導され、効率的に、がん細胞を分離することができる。
【００１２】
上記がん細胞自動分離装置によれば、がん細胞は主流路に設けられた高さの異なる部分Ａとその内壁に拘束されて分離するため、標的がん細胞自体に蛍光標識することや電磁気力で侵襲することなくダメージの少ない状態で、がん細胞を分離することができる。
【００１３】
上記がん細胞自動分離装置によれば、上記第２の入口分岐流路からの流体力と前記内壁の機械的な拘束力によってがん細胞を分離するため、導入されたそれぞれの流体の流量または流速の微小な調整を必要とせず、圧力変動に対してロバストかつ連続的に、がん細胞を分離することができる。
【００１４】
上記がん細胞自動分離装置によれば、上記第２の入口分岐流路からの流体力と前記内壁の機械的な拘束力によってがん細胞を分離するため、極低濃度のがん細胞であっても前記部分Ａの高さ以上の径をもつがん細胞は前記内壁の機械的な拘束により自動的にかつ正確に、分離される。
【００１５】
本発明のがん細胞自動分離装置は、微細加工技術を利用して作製した流路構造を有するマイクロ流体チップ上に搭載される。そのため、上記出口分岐流路を接続することにより、前記がん細胞自動分離装置が直列化、又は並列化した多段に配置されたマイクロ流体チップでもよい。マイクロ流体チップとは、複雑な流路構造を組み合わせることにより、液体や気体を流して種々の試薬の混合、化学合成、分離、精製を行わせるものである。
＜発明の効果＞
本発明よれば、微小流路に導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞と他の細胞とのサイズ径の差を利用してがん細胞とその他の細胞を自動分離することにより、標的がん細胞自体ダメージの少ないうえに、極低濃度のがん細胞をその他の細胞から迅速にかつ正確に分離することができ、更に分離したがん細胞およびその他の細胞を非侵襲的に回収することができる。また、がん細胞分離に際して外部部品や高度な装置を必要とせずに、流路内の圧力変動に対してロバストかつ連続的に、がん細胞を分離することができるため、ベッドサイドなど幅広い環境で使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるがん細胞自動分離装置および自動分離方法の原理図を示す。図１（ａ）は図１（ｂ）におけるＡ矢視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線による断面図である。
【図２】本発明による実施形態を備えたマイクロ流体チップ２７を示し、図２は図３（ａ）と図３（ｂ）におけるＡ矢視図である。
【図３】図３（ａ）は図２におけるＢ−Ｂ 線による断面図、図３（ｂ）は図２におけるＣ−Ｃ線による断面図である。
【図４】図１、２、３におけるマイクロ流体チップの１例として、実際に胃がん患者腹腔洗浄液を用いてがん細胞を分離・濃縮させた結果を示す。
【図５】本発明によるがん細胞自動分離装置を５つ備えたマイクロ流体チップ５０を示す。
【図６】本発明によるがん細胞自動分離装置を３つ備えたマイクロ流体チップ６５を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の書類に基づいて、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法の形態を詳細に説明する。
図１には、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法の原理が示されている。
【００１８】
がん細胞自動分離装置は基板２８とガラス基板２４とから構成され、微小流路１０は、基板２３の下面２３ａに形成された凹部である。
図１（ａ）において、主流路１１は両端にそれぞれ分岐流路を有しており、矢印２０、２１はそれぞれ第１の入口分岐流路１２、第２の入口分岐流路１３に導入される流体の流れの方向を表している。なお、請求項における微小流路、主流路、第１の入口分岐流路、第２の入口分岐流路、部分Ａ、第１の出口分岐流路、第２の出口分岐流路とはそれぞれ流路１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６のことである。
【００１９】
図１（ｂ）において、矢印２５は主流路１１の高さ方向を示し、矢印２６は部分Ａ１４の高さ方向を示す。
微小流路１０は、主流路１１、第１の入口分岐流路１２、第２の入口分岐流路１３、第１の出口分岐流路１５、及び第２の出口分岐流路１６を含み、第２の入口分岐流路１３は主流路１１に対して所定の角度２２をつけて設けられる。また、部分Ａ１４は主流路１１の一部であり、第２の入口分岐流路１３とは反対側に設置されている。第１の出口分岐流路１５は、主流路１１の下端において部分Ａ１４以外の部分に接続され、第２の出口分岐流路１６は、主流路１１の下端において部分Ａ１４に接続されている。ここで、主流路１１に流れる上流および下流をそれぞれ上端および下端とする。
【００２０】
図１（ａ）において、フィン１９は部分Ａ１４とは反対側の主流路１１内に複数個が設置されており、第２の入口分岐流路１３からの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ１４側面に対して平行又は鋭角に流れることを誘導する。フィン１９は、必要に応じて任意の数に決める事ができ、フィン１９の形状や大きさも必要に応じて任意に設定する事が可能である。
【００２１】
第１の入口分岐流路１２にがん細胞を含む細胞懸濁流体を連続的に導入し、第２の入口分岐流路１３に細胞や微粒子を含まない流体を連続的に導入する。導入された細胞は、第２の入口分岐流路１３から流体力を受け主流路１１の内部において左側へ押しつけられる。しかしがん細胞は代表径が部分Ａ１４の流路高さ以上であるため機械的に拘束され、部分Ａ１４へは導入されず、第１の出口分岐流路１５へ導入される。一方がん細胞以外の細胞は、代表径が部分Ａ１４の高さ以下であるため部分Ａ１４へ導入され、第２の出口分岐流路１６へ導入される。
【実施例】
【００２２】
以下、添付の書類に基づいて、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法の実施例を詳細に説明するものとする。
図２には、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法の実施形態を備えたマイクロ流体チップ２７が示されており、図２は図３（ａ）と図３（ｂ）におけるＡ矢視図であり、図３（ａ）は図２におけるＢ−Ｂ 線による断面図、図３（ｂ）は図２におけるＣ−Ｃ線による断面図である。
【００２３】
マイクロ流体チップ２７は、微小流路３０、主流路３１、第１の入口分岐流路３２、第２の入口分岐流路３３、部分Ａ３４、第１の出口分岐流路３５、第２の出口分岐流路３６を有し、主流路３１の高さ方向および部分Ａ３４の高さ方向はそれぞれ矢印４３および矢印４４で示す。
【００２４】
マイクロ流体チップ２７において、微小流路３０は、主流路３１、第１の入口分岐流路３２、第２の入口分岐流路３３、第１の出口分岐流路３５、及び第２の出口分岐流路３６を含み、第２の入口分岐流路３３は主流路３１に対して所定の角度３８をつけて設けられる。また、部分Ａ３４は主流路３１の一部であり、第２の入口分岐流路３３とは反対側に設置されている。第１の出口分岐流路３５は、主流路３１の下端において部分Ａ３４以外の部分に接続され、第２の出口分岐流路３６は、主流路３１の下端において部分Ａ３４に接続されている。ここで、主流路３１に流れる上流および下流をそれぞれ上端および下端とする。
【００２５】
このマイクロ流体チップ２７は、がん細胞を含む細胞懸濁流体を導入した際、がん細胞群と、がん細胞を含まない細胞群を別々に回収することができるマイクロ流体チップ２７であり、高分子（ポリマー）材料、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）により形成された基板２８とガラス基板２９により形成された平板上の構造を有している。
【００２６】
なお、マイクロ流体チップ２７の材料としては、ＰＤＭＳの他にも、アクリル等の各種ポリマー材料、ガラス、シリコン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属、などを用いることができる。
【００２７】
基板２８の下面２８ａには主流路３１、第１の入口分岐流路３２、第２の入口分岐流路３３、部分Ａ３４、第１の出口分岐流路３５、第２の出口分岐流路３６が形成されており、部分Ａ３４の高さ４４は１０μｍであり、その他の流路の高さ４３は１００μｍである。またこれらの値は例えば、１μｍ以上から１ｃｍまで任意の値に設定することができる。
【００２８】
入口ポート３９はがん細胞を含む細胞懸濁流体の入口であり、入口ポート４０は細胞や微粒子を含まない流体の入口である。また、出口ポート４１はがん細胞が濃縮された流体の出口であり、出口ポート４２はがん細胞以外の細胞を含む流体の出口である。
【００２９】
入口ポート３９は、基板２８の上面から、第１の入口分岐流路３２まで掘り下げられた孔であり、入口ポート４０は、基板２８の上面から、第２の入口分岐流路３３まで掘り下げられた孔である。また、出口ポート４１は、基板２８の上面から、第１の出口分岐流路３５まで掘り下げられた孔であり、出口ポート４２は、基板２８の上面から、第２の出口分岐流路３６まで掘り下げられた孔である。
【００３０】
主流路３１の長さは、例えば２０ｍｍであり、分岐流路３２、３３、３５、３６の幅は、例えばそれぞれ３００μｍ、３００μｍ、３００μｍ、６００μｍである。またこれらの値は全て、１０μｍ以上の任意の値に設定することができる。
【００３１】
フィン３７ａ〜ｄは、部分Ａ３４とは反対側の主流路３１内に複数個が設置されており、第２の入口分岐流路３３からの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ３４側面に対して平行または鋭角に流れることを補助し、必要に応じて任意の数に決める事ができ、フィンの形状や大きさも必要に応じて任意に設定する事が可能である。
【００３２】
フィン３７ａ〜ｄの形状は、この態様においては、主流路３１の長手方向の先端に向かうほど主平面方向の幅が細くなる形状とし、かつ第２の入口分岐流路３３とは反対側の側面は部分Ａ３４側面と平行になる形状とした。それにより第２の入口分岐流路３３からの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ３４側面に対して平行または鋭角に流れることとなり、その結果として第１の入口分岐流路３２からの細胞懸濁流体に含まれるがん細胞群およびその他の細胞群は、ほぼすべて部分Ａ３４側面へ接しながら流れるように誘導され、効率的に、がん細胞を分離することができる。
【００３３】
以上の構成において、上記したマイクロ流体チップ２３を用いて胃がん患者腹腔洗浄液中のがん細胞を濃縮する方法について説明する。
胃がん患者腹腔洗浄液には、５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加する。
【００３４】
細胞や微粒子を含まない流体としては、培養液もしくはＰＢＳに５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加したものを用いる。
胃がん患者腹腔洗浄液に５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加した流体を、入口ポート３９から連続的に供給する。また、培養液もしくはＰＢＳに５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加した流体を入口ポート４０から連続的に供給する。この時、流路構造内では、流体が層流を保ちつつ流れるほうが望ましい。なお、流体の導入に際して、シリンジポンプ等を用いた定流量導入、ボンベ、圧力装置等を用いた定圧導入の他に、電気浸透流や遠心力等を用いた方法などを用いることができる。
【００３５】
この流路構造を用いた場合、入口ポート４０から供給された細胞や微粒子を含まない流体により、胃がん患者腹腔洗浄液中のすべての細胞は主流路３１の内部において左側へ押し付けられる。
【００３６】
しかしながら主流路３１は、流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａ３４と、それによる内壁を有するため、がん細胞は部分Ａ３４へ流れることができず、右側に設けた第１の出口分岐流路３５へ向かうと期待される。
【００３７】
一方、胃がん患者腹腔洗浄液に含まれる中皮細胞や赤血球等は、径が小さいため部分Ａ３４へと流れ、左側に設けた第２の出口分岐流路３６へ向かうと期待される。
また、本発明は以上説明したように、細胞や微粒子を含まない流体の流れと、主流路内に設けた流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａとそれによる内壁を用いて機械的にがん細胞塊を拘束する原理を用いるため、流路内の圧力変動に対してロバストかつ連続的に、がん細胞を分離することができる。
【００３８】
また、その処理量は流路の数に比例するため、大量処理および短時間での処理を目的とする場合には同型の流路を並列化することが必要であるが、並列化は容易に行うことができる。
【００３９】
実際に、胃がん患者腹腔洗浄液に５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加した流体を入口ポート３９からシリンジポンプを用いて１．５ｍＬ／ｈの流速で導入し、培養液に５ｍＭのＥＤＴＡと０．５％のＢＳＡを添加した流体を入口ポート４０からシリンジポンプを用いて２．５ｍＬ／ｈの流速で導入したところ、がん細胞が濃縮された流体は出口ポート４１から、がん細胞以外の中皮細胞や赤血球等を含む流体は出口ポート４２から回収されることが確認された。
【００４０】
図４は、図２のマイクロ流体チップを使用して、上記条件のもとで胃がん患者腹腔洗浄液のがん細胞分離を行った観察結果の一例である。写真４５は入口ポート３９から第１の入口分岐流路３２に導入された流体の顕微鏡写真である。写真４６、４７は第１の出口分岐流路３５を通って出口ポート４１から、また第２の出口分岐流路３６を通って出口ポート４２から回収された流体のそれぞれの顕微鏡写真である。これら写真からわかるように、写真４５でがん細胞（がん細胞塊）４８とがん細胞以外の細胞（赤血球や中皮細胞等）４９が混在していたものが、写真４６では、ほぼがん細胞が観察され、写真４６では、ほぼがん細胞以外の細胞４９が観察される。その結果として、がん細胞の分離が確認された。
【００４１】
図５に示すマイクロ流体チップ５０のような構造を用いると、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法を５回実施することができ、がん細胞のさらなる濃縮が期待される。
【００４２】
マイクロ流体チップ５０において、微小流路５３は、主流路５４ａ〜ｅ、第１の入口分岐流路５５ａ〜ｅ、第２の入口分岐流路５６ａ〜ｅ、第１の出口分岐流路５８、第２の出口分岐流路５９ａ〜ｅを含む。また、部分Ａ５７ａ〜ｅはそれぞれ主流路５４ａ〜ｅの一部であり、それぞれ第２の入口分岐流路５６ａ〜ｅとは反対側に設置されている。第１の入口分岐流路５５ｂ〜ｅは、それぞれ主流路５４ａ〜ｄの下端において部分Ａ５７ａ〜ｄ以外の部分に接続され、第１の出口分岐流路５８は、主流路５４ｅの下端において部分Ａ５７ｅ以外の部分に接続され、第２の出口分岐流路３６ａ〜ｅは、それぞれ主流路５４ａ〜ｅの下端において部分Ａ５７ａ〜ｅに接続されている。ここで、主流路５４ａ〜ｅに流れる上流および下流をそれぞれ上端および下端とする。
【００４３】
フィン６０ａ〜ｏは、部分Ａ５７ａ〜ｅとは反対側の主流路５４ａ〜ｅ内に複数個が設置されており、第２の入口分岐流路５６ａ〜ｅからの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ５７ａ〜ｅ側面に対して平行または鋭角に流れることを補助し、必要に応じて任意の数に決める事ができ、フィンの形状や大きさも必要に応じて任意に設定する事が可能である。
【００４４】
マイクロ流体チップ５０において、入口ポート６１から導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体は主流路５４ａにてがん細胞分離の処理が実施され、さらにそのがん細胞が濃縮された流体は以降の主流路５４ｂ〜ｅにてがん細胞分離の処理が計５回実施される。
【００４５】
マイクロ流体チップ５０は、入口ポート６１からがん細胞を含む細胞懸濁流体を導入し、入口ポート６２から細胞や微粒子を含まない流体を導入した際、がん細胞が濃縮された流体を出口ポート６３から回収することができるマイクロ流体チップである。
【００４６】
マイクロ流体チップ５０は、出口ポート６３、６４ａ〜ｅを有しており、出口ポート６３はがん細胞が濃縮された流体を回収するための出口ポートであり、出口ポート６４ａ〜ｅはそれぞれがん細胞以外の細胞を含む流体を回収するための出口ポートである。
【００４７】
図６に示すマイクロ流体チップ６５のような構造でも、本発明によるがん細胞自動分離装置およびがん細胞自動分離方法を複数回実施することができ、がん細胞のさらなる濃縮が期待される。
【００４８】
マイクロ流体チップ６５において、微小流路６８は、主流路６９ａ〜ｃ、第１の入口分岐流路７０ａ〜ｃ、第２の入口分岐流路７１ａ〜ｃ、第１の出口分岐流路７３、第２の出口分岐流路７４ａ〜ｃを含む。また、部分Ａ７２ａ〜ｃはそれぞれ主流路６９ａ〜ｃの一部であり、それぞれ第２の入口分岐流路７１ａ〜ｃとは反対側に設置されている。第１の入口分岐流路７０ｂ〜ｃは、それぞれ主流路６９ａ〜ｂの下端において部分Ａ７２ａ〜ｂ以外の部分に接続され、第１の出口分岐流路７３は、主流路６９ｃの下端において部分Ａ７２ｃ以外の部分に接続され、第２の出口分岐流路７４ａ〜ｃは、それぞれ主流路６９ａ〜ｃの下端において部分Ａ７２ａ〜ｃに接続されている。ここで、主流路６９ａ〜ｃに流れる上流および下流をそれぞれ上端および下端とする。
【００４９】
フィン７５ａ〜ｌは、部分Ａ７２ａ〜ｃとは反対側の主流路６９ａ〜ｃ内に複数個が設置されており、第２の入口分岐流路７１ａ〜ｃからの細胞や微粒子を含まない流体が部分Ａ７２ａ〜ｃ側面に対して平行または鋭角に流れることを補助し、必要に応じて任意の数に決める事ができ、フィンの形状や大きさも必要に応じて任意に設定する事が可能である。
【００５０】
マイクロ流体チップ６５において、入口ポート７６から導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体は主流路６９ａにてがん細胞分離の処理が実施され、さらにそのがん細胞が濃縮された流体は以降の主流路６９ｂ〜ｃにてがん細胞分離の処理が計３回実施される。
【００５１】
マイクロ流体チップ６５は、入口ポート７６からがん細胞を含む細胞懸濁液を導入し、入口ポート７７ａ〜ｃから細胞や微粒子を含まない流体を導入した際、がん細胞が濃縮された流体を出口ポート７８から回収することができるマイクロ流体チップである。
【００５２】
マイクロ流体チップ６５は、出口ポート７８、７９ａ〜ｃを有しており、出口ポート７８はがん細胞が濃縮された流体を回収するための出口ポートであり、出口ポート７９ａ〜ｃはそれぞれがん細胞以外の細胞を含む流体を回収するための出口ポートである。
（産業上の利用可能性）
がんの予後向上においてはがん細胞の早期発見が非常に重要となるが、本発明に記載の装置および方法を用いることにより、極微量の胃がん患者腹腔洗浄液と極少量の培養液を導入するだけで直径２５〜１００μｍ程度のがん細胞の分離・濃縮が可能となる。
【００５３】
また、本発明はマイクロ流体チップを用いてがん細胞の分離を行っているため、大型な装置が不要であり、例えば一般病院のベッドサイドのような狭い場所でも簡便に診断を行うことが可能となる。
【００５４】
また、マイクロ流体チップは大量生産性があり、１個当たり数百円で生産することが可能なため、低コストでのがん診断が可能となる。
さらに、本発明は以上説明したように構成されているため、がん細胞への蛍光色素の標識や電磁気力の負荷による侵襲がなく、回収したがん細胞を例えば線維芽細胞と共に培養することでがん細胞塊の特性を評価し、がん幹細胞の発見や治療法の選択に役立てることも可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１０：微小流路
１１：主流路
１２：第１の入口分岐流路
１３：第２の入口分岐流路
１４：部分Ａ
１５：第１の出口分岐流路
１６：第２の出口分岐流路
１７：がん細胞以外の細胞
１８：がん細胞（塊）
１９：フィン
２０：流れの方向
２１：流れの方向
２２：角度
２３：基板
２４：ガラス基板
２５：流路高さ
２６：流路高さ
２７：マイクロ流体チップ
２８：基板
２９：ガラス基板
３０：微小流路
３１：主流路
３２：第１の入口分岐流路
３３：第２の入口分岐流路
３４：部分Ａ
３５：第１の出口分岐流路
３６：第２の出口分岐流路
３７ａ〜ｄ：フィン
３８：角度
３９：入口ポート
４０：入口ポート
４１：出口ポート
４２：出口ポート
４３：流路高さ
４４：流路高さ
４５：第１の入口分岐流路へ導入された胃がん患者腹腔洗浄液写真
４６：第１の出口分岐流路から回収されたがん細胞が濃縮された流体の写真
４７：第２の出口分岐流路から回収されたがん細胞以外の細胞を含む流体の写真
４８：がん細胞（がん細胞塊）
４９：がん細胞以外の細胞（中皮細胞や赤血球等）
５０：マイクロ流体チップ
５１：基板
５２：ガラス基板
５３：微小流路
５４ａ〜ｅ：主流路
５５ａ〜ｅ：第１の入口分岐流路
５６ａ〜ｅ：第２の入口分岐流路
５７ａ〜ｅ：部分Ａ
５８：第１の出口分岐流路
５９ａ〜ｅ：第２の出口分岐流路
６０ａ〜ｏ：フィン
６１：入口ポート
６２：入口ポート
６３：出口ポート
６４ａ〜ｅ：出口ポート
６５：マイクロ流体チップ
６６：基板
６７：ガラス基板
６８：微小流路
６９ａ〜ｃ：主流路
７０ａ〜ｃ：第１の入口分岐流路
７１ａ〜ｃ：第２の入口分岐流路
７２ａ〜ｃ：部分Ａ
７３：第１の出口分岐流路
７４ａ〜ｃ：第２の出口分岐流路
７５ａ〜ｌ：フィン
７６：入口ポート
７７ａ〜ｃ：入口ポート
７８：出口ポート
７９ａ〜ｃ：出口ポート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流路に導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞を自動分離するがん細胞自動分離装置であって、
前記微小流路は、（ａ）主流路、（ｂ）前記主流路の上端において、前記主流路の延長方向に設けられた、前記細胞懸濁流体が導入される第１の入口分岐流路、及び（ｃ）前記主流路の上端において、前記主流路に対し所定の角度をつけて設けられた、細胞や微粒子を含まない流体が導入される第２の入口分岐流路を有し、
前記主流路は、その流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａを、前記第２の入口分岐流路とは反対側に有することを特徴とするがん細胞自動分離装置。
【請求項２】
前記微小流路は、さらに、（ｄ）前記主流路の下端において、前記主流路のうち、前記部分Ａ以外の部分に接続した第１の出口分岐流路、及び（ｅ）前記主流路の下端おいて、前記部分Ａに接続した第２の出口分岐流路を有することを特徴とする請求項１記載のがん細胞自動分離装置。
【請求項３】
前記細胞や微粒子を含まない流体が、前記部分Ａに対し、平行又は鋭角に流れるように誘導するフィンを、前記主流路内に備えることを特徴とする請求項１又は２記載のがん細胞自動分離装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のがん細胞自動分離装置を用いて、がん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞を自動分離するがん細胞自動分離方法。
【請求項１】
微小流路に導入されたがん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞を自動分離するがん細胞自動分離装置であって、
前記微小流路は、（ａ）主流路、（ｂ）前記主流路の上端において、前記主流路の延長方向に設けられた、前記細胞懸濁流体が導入される第１の入口分岐流路、及び（ｃ）前記主流路の上端において、前記主流路に対し所定の角度をつけて設けられた、細胞や微粒子を含まない流体が導入される第２の入口分岐流路を有し、
前記主流路は、その流路高さが標的がん細胞の代表径以下となる部分Ａを、前記第２の入口分岐流路とは反対側に有することを特徴とするがん細胞自動分離装置。
【請求項２】
前記微小流路は、さらに、（ｄ）前記主流路の下端において、前記主流路のうち、前記部分Ａ以外の部分に接続した第１の出口分岐流路、及び（ｅ）前記主流路の下端おいて、前記部分Ａに接続した第２の出口分岐流路を有することを特徴とする請求項１記載のがん細胞自動分離装置。
【請求項３】
前記細胞や微粒子を含まない流体が、前記部分Ａに対し、平行又は鋭角に流れるように誘導するフィンを、前記主流路内に備えることを特徴とする請求項１又は２記載のがん細胞自動分離装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のがん細胞自動分離装置を用いて、がん細胞を含む細胞懸濁流体から、がん細胞を自動分離するがん細胞自動分離方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２３９４４９（Ｐ２０１２−２３９４４９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５０８３（Ｐ２０１１−１１５０８３）
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（３０４０３１４２７）愛知県 (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２３日（２０１１．５．２３）
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（３０４０３１４２７）愛知県 (36)
【Ｆターム（参考）】
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