化学処理用カートリッジおよびその使用方法
【課題】 サンプルを有効に利用できるカートリッジを提供する。
【解決手段】 注射針等を用いることで、ウェル２１に注入口４１を介して血液サンプルが注入される。ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材２が弾性変形し、ウェル２１に収容された血液サンプルと、ウェル２２に収容された溶解液とがウェル２３に到達し、両者が混合される。溶解液は界面活性剤を含んでおり、ウェル２３において血球細胞が破壊される。混合液は流路４５を介してウェル２６に到達する。またこのとき、ウェル２５に収容された磁性粒子と、ウェル２４に収容された洗浄液とが、ウェル２６において混合液に合流する。磁石７をウェル２６からウェル３１まで流路４６に沿って移動させることで、磁性粒子に捕集されたＤＮＡをウェル３１に分離移送する。ＤＮＡが除去されたウェル２６内の残液は、ローラによってウェル５４に移送される。分離された生体高分子をカートリッジ内で解析する。
【解決手段】 注射針等を用いることで、ウェル２１に注入口４１を介して血液サンプルが注入される。ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材２が弾性変形し、ウェル２１に収容された血液サンプルと、ウェル２２に収容された溶解液とがウェル２３に到達し、両者が混合される。溶解液は界面活性剤を含んでおり、ウェル２３において血球細胞が破壊される。混合液は流路４５を介してウェル２６に到達する。またこのとき、ウェル２５に収容された磁性粒子と、ウェル２４に収容された洗浄液とが、ウェル２６において混合液に合流する。磁石７をウェル２６からウェル３１まで流路４６に沿って移動させることで、磁性粒子に捕集されたＤＮＡをウェル３１に分離移送する。ＤＮＡが除去されたウェル２６内の残液は、ローラによってウェル５４に移送される。分離された生体高分子をカートリッジ内で解析する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジ、およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジが開発されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
臨床用の疾病マーカーとして、ＤＮＡやタンパク質が用いられる。このような疾病マーカーは血液サンプル等から抽出することができる。しかし、通常、タンパク質はＥＬＩＳＡ法（ＥＭＡ法）等により、１種類ずつ検出している。また、ＤＮＡの検出には迅速な操作が必要なため、タンパク質とは別にサンプルを採取している。
【０００５】
このため、臨床検査における診断には、１つの診断項目ごとに血液等のサンプルを患者から採取しなければならない。確実な診断のためには複数のマーカーに対する検査が必要となり、サンプル数も増加するため患者の負担も大きくなる。また、バイオプシーによるサンプルは少量しか得られず、多数の検査項目に使用することは困難である。
【０００６】
現在、検出時のノイズを避けるため、タンパク質の検出時にはＤＮＡの分画を廃棄し、ＤＮＡの検出時にはタンパク質の分画を廃棄している。しかし、本来は同一サンプルから両者を検出した方が、サンプル量に無駄がなく、また、検査に対するサンプルの同一性の点で望ましい。同一サンプルを多項目に利用する方法として、オートアナライザ（全自動検査機）を使用することも考えられるが、オートアナライザは大型で高価であり、開放系での検出を行うためウイルス対策も必要となるため、一般の病院で使うことは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上記特開２００４−２２６０６８号公報に開示された化学反応用カートリッジの技術を活用することで、サンプルを有効に利用できるカートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の化学処理用カートリッジは、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、分離された生体高分子を解析する少なくとも２つの解析手段と、を備えることを特徴とする。
この化学処理用カートリッジによれば、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離することができるのでサンプルを有効に利用できるとともに、解析対象となるサンプルの同一性を確保できる。本発明の化学処理用カートリッジにおいて、サンプルの種類は限定されない。
【０００９】
また、分離された生体高分子を解析する解析手段を備えることにより、分離された生体高分子をカートリッジ内で解析することができる。
【００１０】
前記分離手段として、シリカビーズ、スチレンビーズ、ガラスファイバーおよびセルロースのいずれかを用いてもよい。
前記分離手段として、磁性粒子を用いてもよい。
【００１１】
前記生体高分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖および代謝物のいずれかであってもよい。
【００１２】
前記サンプルは体液であってもよい。
【００１３】
前記複数の異なる生体高分子種は、それぞれ共通の疾病に対するマーカーであってもよい。
この場合、その疾病について多面的な解析が可能となる。なお、多数種類の疾病に対するマーカーを分離あるいは解析するように構成すれば、種々の疾病についてのスクリーニングに有効である。
【００１４】
前記生体高分子は以下に示す各種疾病に係る生体高分子の少なくともいずれか１種であってもよい。
（ａ）肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206。
（ｂ）胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9。
（ｃ）膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLX。
（ｄ）食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1。
（ｅ）肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRP。
（ｆ）腎癌におけるBFP。
（ｇ）乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439。
（ｈ）乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子。
（ｉ）卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GAT。
（ｊ）前立腺癌におけるPSA、γ-Sm（γ-セミノプロテイン）。
（ｋ）糖尿病におけるアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）。
（ｌ）心筋梗塞に対してはミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンT。
（ｍ）肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原。
（ｎ）ウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体。
【００１５】
また、本発明の化学処理用カートリッジは、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、を備え、前記分離手段として磁性粒子を用いると共に、外部から磁石を流路に沿って移動させることで、磁石により吸引される磁性粒子を流路に沿って移動させることを特徴とする。
この化学処理用カートリッジによれば、磁性粒子に捕集された生体高分子を移送することができる。
【００１６】
本発明の化学処理用カートリッジの使用方法は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジの使用方法において、前記カートリッジに、外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、分離された生体高分子を解析する少なくとも２つの解析手段と、を設け、前記受け入れ手段にサンプルを注入するステップと、特定の疾病についてのマーカーとしての生体高分子を、前記分離手段により分離するステップと、分離された前記マーカーを前記解析手段により解析するステップと、を備えることを特徴とする。
この化学処理用カートリッジの使用方法によれば、特定の疾病についてのマーカーとしての生体高分子を分離手段により分離するので、サンプルを有効に利用できるとともに、解析対象となるサンプルの同一性を確保できる。また、その疾病について多面的な解析が可能となる。
【００１７】
前記マーカーの分離後または解析後に前記カートリッジを廃棄するステップを備えてもよい。
この場合、安全性を確保しつつ、後処理や洗浄等の作業が不要となる。
【００１８】
また、本発明の化学処理用カートリッジの使用方法において、前記生体高分子は以下に示す各種疾病に係る生体高分子の少なくともいずれか１種であってもよい。
（ａ）肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206。
（ｂ）胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9。
（ｃ）膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLX。
（ｄ）食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1。
（ｅ）肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRP。
（ｆ）腎癌におけるBFP。
（ｇ）乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439。
（ｈ）乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子。
（ｉ）卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GAT。
（ｊ）前立腺癌におけるPSA、γ-Sm（γ-セミノプロテイン）。
（ｋ）糖尿病におけるアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）。
（ｌ）心筋梗塞におけるミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンT。
（ｍ）肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原。
（ｎ）ウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の化学処理用カートリッジによれば、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離することができるのでサンプルを有効に利用できるとともに、解析対象となるサンプルの同一性を確保できる。
【００２０】
本発明の化学処理用カートリッジの使用方法によれば、特定の疾病についてのマーカーとしての生体高分子を分離手段により分離するので、サンプルを有効に利用できるとともに、解析対象となるサンプルの同一性を確保できる。また、その疾病について多面的な解析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による化学処理用カートリッジの実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
以下、図１を参照して、実施例１の化学処理用カートリッジについて説明する。本実施例は、単一のサンプルに基づいてＤＮＡおよびタンパク質を同時解析するためのカートリッジである。
【００２３】
図１（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図１（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジの容器は、基板１と、基板１に重ね合わされる弾性部材２とを備える。
【００２５】
弾性部材２の裏面（図１（ｂ）において下面）には、その表面（図１（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板１と弾性部材２との間に空間を生み出すことで、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、サンプルを受け入れるウェル２１と、予め溶解液が収容されたウェル２２と、サンプルと溶解液を混合するためのウェル２３と、予め洗浄液が収容されたウェル２４と、予め磁性粒子が流動液とともに収容されたウェル２５と、サンプル、洗浄液および磁性粒子を混合するためのウェル２６と、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル３１と、ウェル３１に接続されたウェル３１ａと、ウェル２１へサンプルを注入するための注入路４１と、ウェル２１およびウェル２３を接続する流路４２と、ウェル２２およびウェル２３を接続する流路４３と、ウェル２３およびウェル２６を接続する流路４５と、ウェル２６およびウェル３１を接続する流路４６と、ウェル２６に接続された流路４７と、ウェル３１に接続された流路４８と、が形成されている。
【００２６】
また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１には、ＤＮＡ解析のためのＤＮＡチップ５１およびタンパク質解析のためのタンパクチップ５２が埋め込まれている。また、ＤＮＡチップの表面（図１（ｂ）において上面）側には弾性部材２の凹部によるウェル５３が、タンパクチップ５２の表面（図１（ｂ）において上面）側には弾性部材２の凹部によるウェル５４が、それぞれ形成され、流路４８はウェル５３に、流路４７はウェル５４に、それぞれ接続されている。さらに、ウェル５４には、２次抗体が流動液とともに収容されたウェル５５が接続されている。
【００２７】
次に、本実施例のカートリッジを用いた解析方法について説明する。
【００２８】
最初に、注射針等を用いることで、ウェル２１に注入口４１を介して血液サンプルが注入される。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材２が弾性変形し、ウェル２１に収容された血液サンプルと、ウェル２２に収容された溶解液とが、それぞれ流路４２および流路４３を介してウェル２３に到達し、両者が混合される。溶解液は界面活性剤を含んでおり、ウェル２３において血球細胞が破壊される。
【００３０】
さらにローラ６を回転させると、混合液は流路４５を介してウェル２６に到達する。またこのとき、ウェル２５に収容された磁性粒子と、ウェル２４に収容された洗浄液とが、ウェル２６において混合液に合流する。
【００３１】
次に、ローラ６を停止させ、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、磁石７をウェル２６からウェル３１まで流路４６に沿って移動させることで、磁性粒子に捕集されたＤＮＡをウェル３１に移送する。磁気粒子は、核酸を吸着する能力が有り、核酸が結合した状態で磁気によって集めることが可能な粒子全般の中から適宜選択される。
【００３２】
次に、ローラ６の回転を再開し、ＤＮＡが除去されたウェル２６内の残液を流路４７に移送する。またこのとき、ウェル３１ａに予め収容されている試薬をウェル３１に移送する。残液の流路４７への移送時は、流路４６は封止手段により封止される。この封止手段は、例えば磁石７をカートリッジに押し付けて封止するようにしてもよい。なお、ローラ６の移動経路と封止手段の封止位置は、お互いが接触しないような位置に適切に制御される。或いはウェル２６以降の移送は図示しない他のローラを用いてそれぞれの流路ごとに行うようにしても良い。
【００３３】
ウェル３１ａ内の試薬には、プライマ、デオキシリボヌクレオチド混合液およびＤＮＡ合成酵素が含まれており、ウェル３１の温度を制御することで、ウェル３１においてＤＮＡのＰＣＲ増幅が行われる。ウェル３１の温度は、例えばヒータやペルチエ素子を用いた装置により制御される。
【００３４】
次に、ローラ６を回転させると、ウェル３１において生成されたＰＣＲ副産物が、流路４８を介しウェル５３に移送される。またこのとき、流路４７内の残液がウェル５４に移送されるとともに、ウェル５５内の２次抗体がウェル５４において残液に合流する。
【００３５】
ウェル５３に移送されたＰＣＲ副産物内のＤＮＡはＤＮＡチップの特定のプローブに結合するため、蛍光によるＤＮＡ解析を行うことができる。
【００３６】
また、ウェル５４に移送された残液内のタンパク質は、抗原抗体反応によりタンパクチップ５２に捉えられ、ＤＮＡ解析と同様にタンパク質解析を行うことができる。なお、カートリッジの構成部材を介して励起光の照射および蛍光の取り込みを行うことで、ＤＮＡチップ５１およびタンパクチップ５２をカートリッジから取り出すことなく、ＤＮＡ解析およびタンパク質解析が可能となる。
【００３７】
ＤＮＡ解析およびタンパク質解析に際して、例えば、カートリッジの領域５６（図１（ａ））をカメラで撮像することで、必要な画像を同時に取り込むことができる。
【００３８】
上記実施例では、同一サンプルから複数のタンパク質と、ＤＮＡについて同時に検査できる。このため、貴重なサンプルの使用量が少量で済み、患者の負担を軽減できる。
【００３９】
また、サンプルの同一性が確保されるため、検査の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
さらに、検査結果が短時間で判明し、解析時間が大幅に短縮される。また、検査の自動化を図ることが容易であり、カートリッジの取り扱いに関し特殊な技能や装置も要求されないため、検査にかかる人的、物的負担を軽減できる。
【００４１】
さらにまた、上記実施例ではカートリッジを用いることで、ＤＮＡ検査を迅速に実施できる。一般に、血液サンプル等からＤＮＡを検査する場合、クエン酸ナトリウム、ＥＤＴＡまたはヘパリンによって凝固成分を沈殿させたサンプルでは、ＳＮＰｓに必要なＰＣＲ反応が阻害される。このため、ＤＮＡ検出には新鮮血または迅速に冷凍させた血液を使い、操作に習熟した者がサンプルを取り扱う必要がある。しかし、本発明によるカートリッジによれば、簡単な操作により、迅速に決められた処理が実行されるため、操作の負担がなく、安定したＤＮＡ検出が可能となる。
【実施例２】
【００４２】
以下、図２を参照して、実施例２の化学処理用カートリッジについて説明する。本実施例は、特定の疾病に関わる遺伝子の変異（ＳＮＰｓ（一塩基多型））と、遺伝子の変異に関連するタンパク質を同時に検出するためのカートリッジを示している。
【００４３】
遺伝子解析にはリアルタイムＰＣＲ法が用いられる。リアルタイムＰＣＲ法は、ＰＣＲによるＤＮＡの増幅量をリアルタイムでモニターし解析する方法であり、電気泳動が不要で迅速性と定量性に優れている。この方法は、未知濃度のサンプルに対し一定条件の温度サイクルを与えてＰＣＲ増幅し、一定の増幅産物量が得られるまでのサイクル数を求めるものである。予め、段階希釈した既知量のＤＮＡに対し、同一条件で増幅産物量が同量に到達するまでのサイクル数を示す検量線を作成しておけば、検量線に基づいてサンプル中のＤＮＡ量を測定することができる。
【００４４】
図２（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図２（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。
【００４５】
図２（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジの容器は、基板１０１と、基板１０１に重ね合わされる弾性部材１０２とを備える。
【００４６】
弾性部材１０２の裏面（図２（ｂ）において下面）には、その表面（図２（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板１０１と弾性部材１０２との間に空間を生み出すことで、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、サンプルを受け入れるウェル１２１と、予め溶解液が収容されたウェル１２２と、サンプルと溶解液を混合するためのウェル１２３と、予め洗浄液が収容されたウェル１２４と、予め磁性粒子が流動液とともに収容されたウェル１２５と、サンプル、洗浄液および磁性粒子を混合するためのウェル１２６と、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル１３１およびウェル１３２と、ウェル１３１に接続されたウェル１３１ａと、ウェル１２１へサンプルを注入するための注入路１４１と、ウェル１２１およびウェル１２３を接続する流路１４２と、ウェル１２２およびウェル１２３を接続する流路１４３と、ウェル１２３およびウェル１２６を接続する流路１４５と、ウェル１２６およびウェル１３１を接続する流路１４６と、ウェル１２６に接続された流路１４７と、ウェル１３１およびウェル１３２を接続する流路１４８と、が形成されている。
【００４７】
また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、基板１０１には、タンパク質解析のためのタンパクチップ１５２が埋め込まれている。また、タンパクチップ１５２の表面側には弾性部材１０２の凹部によるウェル１５４が形成され、流路１４７はウェル１５４に接続されている。さらに、ウェル１５４には、２次抗体が流動液とともに収容されたウェル１５５が接続されている。
【００４８】
次に、本実施例のカートリッジを用いた解析方法について説明する。
【００４９】
最初に、注射針等を用いることで、ウェル１２１に注入口１４１を介して血液サンプルが注入される。
【００５０】
次に、図２（ｂ）に示すように、ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材１０２が弾性変形し、ウェル１２１に収容された血液サンプルと、ウェル１２２に収容された溶解液とが、それぞれ流路１４２および流路１４３を介してウェル１２３に到達し、両者が混合される。溶解液は界面活性剤を含んでおり、ウェル１２３において血球細胞が破壊される。
【００５１】
さらにローラ６を回転させると、混合液は流路１４５を介してウェル１２６に到達する。またこのとき、ウェル１２５に収容された磁性粒子と、ウェル１２４に収容された洗浄液とが、ウェル１２６において混合液に合流する。
【００５２】
次に、ローラ６を停止させ、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、磁石７をウェル１２６からウェル１３１まで流路１４６に沿って移動させることで、磁性粒子に捕集されたＤＮＡをウェル１３１に移送する。
【００５３】
次に、ローラ６の回転を再開し、ＤＮＡが除去されたウェル１２６内の残液を、流路１４７を介してウェル１５４に移送するとともに、ウェル５５内の２次抗体をウェル１５４に合流させる。またこのとき、ウェル１３１ａに予め収容されている試薬をウェル１３１に移送する。残液の流路１４７への移送時は、流路１４６は封止手段により封止される。この封止手段は、例えば磁石７をカートリッジに押し付けて封止するようにしてもよい。なお、ローラ６の移動経路と封止手段の封止位置は、お互いが接触しないような位置に適切に制御される。或いはウェル２６以降の移送は図示しない他のローラを用いてそれぞれの流路ごとに行うようにしても良い。
【００５４】
ウェル１５４に移送された残液内のタンパク質は、抗原抗体反応によりタンパクチップ１５２に捉えられ、適時、タンパク質解析が行われる。タンパク質解析に際して、例えば、カートリッジの外部から励起光を照射するとともにタンパクチップ１５２の領域をカメラで撮像することで、タンパクチップ１５２をカートリッジから取り出さずに必要な画像を取り込むことができる。
【００５５】
一方、ウェル１３１ａ内の試薬には、プライマ、デオキシリボヌクレオチド混合液、ＤＮＡ合成酵素およびリアルタイム検出用プローブが含まれており、ウェル１３１において特定ＤＮＡのＰＣＲ増幅が開始される。検出用プローブを付加する方法として、例えば、インターカレータ法が知られている。この方法は、二本鎖ＤＮＡに結合することで蛍光を発するインターカレータ（例えば、SYBR（商標名）Green 1）を検出用プローブとして用いるものである。インターカレータは、ＰＣＲ反応によって合成された２本鎖ＤＮＡに結合し、励起光の照射により蛍光を発する。この蛍光強度を検出することにより、増幅産物の生成量をモニターできる。
【００５６】
図２（ｂ）に示すように、ウェル１３１およびウェル１３２は、ヒータあるいはペルチエ素子を用いた温度制御装置８１および温度制御装置８２により、それぞれ一定温度（例えば、６０℃と９５℃程度）に制御される。
【００５７】
本実施例では、ローラ６を駆動することにより、それぞれのＰＣＲ副産物を、所定のサイクルに従ってウェル１３１およびウェル１３２の間で往復移動させる。
【００５８】
ウェル間を往復するＰＣＲ副産物の増幅産物量は、励起光を照射しながら流路１４８をカメラによって撮像することで、蛍光量に基づいてリアルタイムに計測される。図２（ａ）に示す領域１５０をカメラで撮影する場合には、単一の画像に基づいてＤＮＡおよびタンパク質の両者を解析できる。
【００５９】
上記実施例では、同一サンプルから複数の疾病マーカータンパク質と、その疾病に関係する遺伝子の変異を同時に検査できる。このため、貴重なサンプルの使用量が少量で済み、患者の負担を軽減できる。
【００６０】
また、サンプルの同一性が確保されるため、検査の信頼性を向上させることができる。
【００６１】
さらに、検査結果が短時間で判明し、解析時間が大幅に短縮される。また、検査の自動化を図ることが容易であり、カートリッジの取り扱いに関し特殊な技能や装置も要求されないため、検査にかかる人的、物的負担を軽減できる。
【００６２】
上記実施例では、１種類のＤＮＡについての解析を行っているが、解析対象数は任意に選択できる。
【００６３】
本発明によるカートリッジは、特定の疾病についての検査に用いることができる。例えば、血液から乳癌の可能性を検査する場合には、４種類の腫瘍マーカータンパク質と、ＥＲＲＢ遺伝子変異を検出し、多角的な検査を行うことができる。
【００６４】
図３に、疾病検査のターゲットとなるタンパク質、糖鎖およびＤＮＡを例示している。本発明のカートリッジは各臓器における癌を始めとする生活習慣病等の疾病検査に広範に応用される。検査項目はＳＮＰｓ（一塩基多型）とタンパク質の組み合わせに限らず、遺伝子上での複数ＳＮＰｓ検出、血中の癌マーカー遺伝子の増加検出も行うことができる。
【００６５】
カートリッジの構成は、検査内容に応じて適宜選択できる。上記実施形態では、ＤＮＡチップあるいはタンパクチップをカートリッジに内蔵することで、ＤＮＡやタンパク質を検出しているが、抗原抗体反応までの処理をカートリッジ内で行い、キャピラリー電気泳動においてタンパク質の検出を行ってもよい。この場合、キャピラリー電気泳動による検出装置にサンプルを移動させるための排出路をカートリッジに設けることができる。また、この場合、例えば、タンパク質の検出に関しては、抗原抗体反応させるウェルの数を適宜設けることで、ウェル数に応じ、例えば、１０種類程度までのタンパク質検出な可能なカートリッジを構成できる。
【００６６】
また、抗体と結合した状態のタンパク質の移動度をあらかじめ調べ、キャピラリー電気泳動で検出されるピークが重複しないように各ウェルにタンパク質の種類を振り分けてもよい。この場合、各ウェルで反応させる抗体数を２−３種にすることも可能であり、１回のアッセイで検出可能なマーカータンパク質の数を、ウェルの数より大きくすることができる。
【００６７】
タンパク質とＤＮＡの分離方法は適宜選択可能である。例えば、磁性粒子に代えて、シリカビーズ、スチレンビーズ、ガラスファイバー、セルロース等を用いるなど、電荷を帯びる性質を利用してもよい。
【００６８】
上記実施例では、ＤＮＡとタンパク質を分離する例を示したが、ポリアニリン鎖を付加したビーズによって、ＤＮＡとｍＲＮＡをカートリッジ内で分離することもできる。
【００６９】
上記実施例では、タンパク質の解析を例示したが、糖鎖や代謝物に対する吸着体を用いることで、カートリッジ内において糖鎖や代謝物の分離、あるいは同時解析を行ってもよい。例えば、糖鎖に結合するタンパク質をその糖鎖に対する吸着体として利用できる。
【００７０】
図３にも示したように、ウイルスや細菌等の病原体が疾病の原因となる場合、病原体そのもののＤＮＡ、ＲＮＡ、あるいはタンパク質や、その病原体に対抗して生じた免疫系の抗体などを、その疾病のマーカーとして分離、あるいは検出してもよい。例えば、病原体のＤＮＡと、病原体に対抗する免疫系の抗体とをセットとして検出するようなカートリッジを構成することもできる。
【００７１】
具体的には、疾病に対する検査として、
・腫瘍（癌）検査としては、免疫化学的手法による肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206の検査または、胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9の検査または、膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLXの検査または、食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1の検査または、肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRPの検査または、腎癌におけるBFPの検査または、乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439の検査または、乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子の検査または、卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GATの検査または、前立腺癌におけるPSA、γ-Sm（γ-セミノプロテイン）の検査、
・生活習慣病に関わる検査として糖尿病に対するアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）の検査、
・心筋梗塞に対してはミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンTの検査、
・感染症としては、肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原の検査、またはウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体の同時測定検査、
であり、上記各種疾病の遺伝子またはマーカーの発現レベルまたは（および）各遺伝子多型の検査を行う。
【００７２】
本発明のカートリッジにおいて分離対象、あるいは解析対象となる生体高分子として、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖、代謝物等を挙げることができる。
【００７３】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジ、およびそのようなカートリッジを使用する場合、に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施例１のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）はカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図２】実施例２のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）はカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図３】疾病検査のターゲットとなるタンパク質、糖鎖およびＤＮＡを例示する図。
【符号の説明】
【００７５】
２１、１２１ ウェル（受け入れ手段）
２５、１２５ ウェル（分離手段）
５１ ＤＮＡチップ（解析手段）
５２ タンパクチップ（解析手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジ、およびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジが開発されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
臨床用の疾病マーカーとして、ＤＮＡやタンパク質が用いられる。このような疾病マーカーは血液サンプル等から抽出することができる。しかし、通常、タンパク質はＥＬＩＳＡ法（ＥＭＡ法）等により、１種類ずつ検出している。また、ＤＮＡの検出には迅速な操作が必要なため、タンパク質とは別にサンプルを採取している。
【０００５】
このため、臨床検査における診断には、１つの診断項目ごとに血液等のサンプルを患者から採取しなければならない。確実な診断のためには複数のマーカーに対する検査が必要となり、サンプル数も増加するため患者の負担も大きくなる。また、バイオプシーによるサンプルは少量しか得られず、多数の検査項目に使用することは困難である。
【０００６】
現在、検出時のノイズを避けるため、タンパク質の検出時にはＤＮＡの分画を廃棄し、ＤＮＡの検出時にはタンパク質の分画を廃棄している。しかし、本来は同一サンプルから両者を検出した方が、サンプル量に無駄がなく、また、検査に対するサンプルの同一性の点で望ましい。同一サンプルを多項目に利用する方法として、オートアナライザ（全自動検査機）を使用することも考えられるが、オートアナライザは大型で高価であり、開放系での検出を行うためウイルス対策も必要となるため、一般の病院で使うことは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上記特開２００４−２２６０６８号公報に開示された化学反応用カートリッジの技術を活用することで、サンプルを有効に利用できるカートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の化学処理用カートリッジは、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、分離された生体高分子を解析する少なくとも２つの解析手段と、を備えることを特徴とする。
この化学処理用カートリッジによれば、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離することができるのでサンプルを有効に利用できるとともに、解析対象となるサンプルの同一性を確保できる。本発明の化学処理用カートリッジにおいて、サンプルの種類は限定されない。
【０００９】
また、分離された生体高分子を解析する解析手段を備えることにより、分離された生体高分子をカートリッジ内で解析することができる。
【００１０】
前記分離手段として、シリカビーズ、スチレンビーズ、ガラスファイバーおよびセルロースのいずれかを用いてもよい。
前記分離手段として、磁性粒子を用いてもよい。
【００１１】
前記生体高分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖および代謝物のいずれかであってもよい。
【００１２】
前記サンプルは体液であってもよい。
【００１３】
前記複数の異なる生体高分子種は、それぞれ共通の疾病に対するマーカーであってもよい。
この場合、その疾病について多面的な解析が可能となる。なお、多数種類の疾病に対するマーカーを分離あるいは解析するように構成すれば、種々の疾病についてのスクリーニングに有効である。
【００１４】
前記生体高分子は以下に示す各種疾病に係る生体高分子の少なくともいずれか１種であってもよい。
（ａ）肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206。
（ｂ）胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9。
（ｃ）膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLX。
（ｄ）食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1。
（ｅ）肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRP。
（ｆ）腎癌におけるBFP。
（ｇ）乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439。
（ｈ）乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子。
（ｉ）卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GAT。
（ｊ）前立腺癌におけるPSA、γ-Sm（γ-セミノプロテイン）。
（ｋ）糖尿病におけるアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）。
（ｌ）心筋梗塞に対してはミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンT。
（ｍ）肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原。
（ｎ）ウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体。
【００１５】
また、本発明の化学処理用カートリッジは、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、を備え、前記分離手段として磁性粒子を用いると共に、外部から磁石を流路に沿って移動させることで、磁石により吸引される磁性粒子を流路に沿って移動させることを特徴とする。
この化学処理用カートリッジによれば、磁性粒子に捕集された生体高分子を移送することができる。
【００１６】
本発明の化学処理用カートリッジの使用方法は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジの使用方法において、前記カートリッジに、外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、分離された生体高分子を解析する少なくとも２つの解析手段と、を設け、前記受け入れ手段にサンプルを注入するステップと、特定の疾病についてのマーカーとしての生体高分子を、前記分離手段により分離するステップと、分離された前記マーカーを前記解析手段により解析するステップと、を備えることを特徴とする。
この化学処理用カートリッジの使用方法によれば、特定の疾病についてのマーカーとしての生体高分子を分離手段により分離するので、サンプルを有効に利用できるとともに、解析対象となるサンプルの同一性を確保できる。また、その疾病について多面的な解析が可能となる。
【００１７】
前記マーカーの分離後または解析後に前記カートリッジを廃棄するステップを備えてもよい。
この場合、安全性を確保しつつ、後処理や洗浄等の作業が不要となる。
【００１８】
また、本発明の化学処理用カートリッジの使用方法において、前記生体高分子は以下に示す各種疾病に係る生体高分子の少なくともいずれか１種であってもよい。
（ａ）肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206。
（ｂ）胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9。
（ｃ）膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLX。
（ｄ）食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1。
（ｅ）肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRP。
（ｆ）腎癌におけるBFP。
（ｇ）乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439。
（ｈ）乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子。
（ｉ）卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GAT。
（ｊ）前立腺癌におけるPSA、γ-Sm（γ-セミノプロテイン）。
（ｋ）糖尿病におけるアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）。
（ｌ）心筋梗塞におけるミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンT。
（ｍ）肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原。
（ｎ）ウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の化学処理用カートリッジによれば、外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離することができるのでサンプルを有効に利用できるとともに、解析対象となるサンプルの同一性を確保できる。
【００２０】
本発明の化学処理用カートリッジの使用方法によれば、特定の疾病についてのマーカーとしての生体高分子を分離手段により分離するので、サンプルを有効に利用できるとともに、解析対象となるサンプルの同一性を確保できる。また、その疾病について多面的な解析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による化学処理用カートリッジの実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
以下、図１を参照して、実施例１の化学処理用カートリッジについて説明する。本実施例は、単一のサンプルに基づいてＤＮＡおよびタンパク質を同時解析するためのカートリッジである。
【００２３】
図１（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図１（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジの容器は、基板１と、基板１に重ね合わされる弾性部材２とを備える。
【００２５】
弾性部材２の裏面（図１（ｂ）において下面）には、その表面（図１（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板１と弾性部材２との間に空間を生み出すことで、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、サンプルを受け入れるウェル２１と、予め溶解液が収容されたウェル２２と、サンプルと溶解液を混合するためのウェル２３と、予め洗浄液が収容されたウェル２４と、予め磁性粒子が流動液とともに収容されたウェル２５と、サンプル、洗浄液および磁性粒子を混合するためのウェル２６と、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル３１と、ウェル３１に接続されたウェル３１ａと、ウェル２１へサンプルを注入するための注入路４１と、ウェル２１およびウェル２３を接続する流路４２と、ウェル２２およびウェル２３を接続する流路４３と、ウェル２３およびウェル２６を接続する流路４５と、ウェル２６およびウェル３１を接続する流路４６と、ウェル２６に接続された流路４７と、ウェル３１に接続された流路４８と、が形成されている。
【００２６】
また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１には、ＤＮＡ解析のためのＤＮＡチップ５１およびタンパク質解析のためのタンパクチップ５２が埋め込まれている。また、ＤＮＡチップの表面（図１（ｂ）において上面）側には弾性部材２の凹部によるウェル５３が、タンパクチップ５２の表面（図１（ｂ）において上面）側には弾性部材２の凹部によるウェル５４が、それぞれ形成され、流路４８はウェル５３に、流路４７はウェル５４に、それぞれ接続されている。さらに、ウェル５４には、２次抗体が流動液とともに収容されたウェル５５が接続されている。
【００２７】
次に、本実施例のカートリッジを用いた解析方法について説明する。
【００２８】
最初に、注射針等を用いることで、ウェル２１に注入口４１を介して血液サンプルが注入される。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材２が弾性変形し、ウェル２１に収容された血液サンプルと、ウェル２２に収容された溶解液とが、それぞれ流路４２および流路４３を介してウェル２３に到達し、両者が混合される。溶解液は界面活性剤を含んでおり、ウェル２３において血球細胞が破壊される。
【００３０】
さらにローラ６を回転させると、混合液は流路４５を介してウェル２６に到達する。またこのとき、ウェル２５に収容された磁性粒子と、ウェル２４に収容された洗浄液とが、ウェル２６において混合液に合流する。
【００３１】
次に、ローラ６を停止させ、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、磁石７をウェル２６からウェル３１まで流路４６に沿って移動させることで、磁性粒子に捕集されたＤＮＡをウェル３１に移送する。磁気粒子は、核酸を吸着する能力が有り、核酸が結合した状態で磁気によって集めることが可能な粒子全般の中から適宜選択される。
【００３２】
次に、ローラ６の回転を再開し、ＤＮＡが除去されたウェル２６内の残液を流路４７に移送する。またこのとき、ウェル３１ａに予め収容されている試薬をウェル３１に移送する。残液の流路４７への移送時は、流路４６は封止手段により封止される。この封止手段は、例えば磁石７をカートリッジに押し付けて封止するようにしてもよい。なお、ローラ６の移動経路と封止手段の封止位置は、お互いが接触しないような位置に適切に制御される。或いはウェル２６以降の移送は図示しない他のローラを用いてそれぞれの流路ごとに行うようにしても良い。
【００３３】
ウェル３１ａ内の試薬には、プライマ、デオキシリボヌクレオチド混合液およびＤＮＡ合成酵素が含まれており、ウェル３１の温度を制御することで、ウェル３１においてＤＮＡのＰＣＲ増幅が行われる。ウェル３１の温度は、例えばヒータやペルチエ素子を用いた装置により制御される。
【００３４】
次に、ローラ６を回転させると、ウェル３１において生成されたＰＣＲ副産物が、流路４８を介しウェル５３に移送される。またこのとき、流路４７内の残液がウェル５４に移送されるとともに、ウェル５５内の２次抗体がウェル５４において残液に合流する。
【００３５】
ウェル５３に移送されたＰＣＲ副産物内のＤＮＡはＤＮＡチップの特定のプローブに結合するため、蛍光によるＤＮＡ解析を行うことができる。
【００３６】
また、ウェル５４に移送された残液内のタンパク質は、抗原抗体反応によりタンパクチップ５２に捉えられ、ＤＮＡ解析と同様にタンパク質解析を行うことができる。なお、カートリッジの構成部材を介して励起光の照射および蛍光の取り込みを行うことで、ＤＮＡチップ５１およびタンパクチップ５２をカートリッジから取り出すことなく、ＤＮＡ解析およびタンパク質解析が可能となる。
【００３７】
ＤＮＡ解析およびタンパク質解析に際して、例えば、カートリッジの領域５６（図１（ａ））をカメラで撮像することで、必要な画像を同時に取り込むことができる。
【００３８】
上記実施例では、同一サンプルから複数のタンパク質と、ＤＮＡについて同時に検査できる。このため、貴重なサンプルの使用量が少量で済み、患者の負担を軽減できる。
【００３９】
また、サンプルの同一性が確保されるため、検査の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
さらに、検査結果が短時間で判明し、解析時間が大幅に短縮される。また、検査の自動化を図ることが容易であり、カートリッジの取り扱いに関し特殊な技能や装置も要求されないため、検査にかかる人的、物的負担を軽減できる。
【００４１】
さらにまた、上記実施例ではカートリッジを用いることで、ＤＮＡ検査を迅速に実施できる。一般に、血液サンプル等からＤＮＡを検査する場合、クエン酸ナトリウム、ＥＤＴＡまたはヘパリンによって凝固成分を沈殿させたサンプルでは、ＳＮＰｓに必要なＰＣＲ反応が阻害される。このため、ＤＮＡ検出には新鮮血または迅速に冷凍させた血液を使い、操作に習熟した者がサンプルを取り扱う必要がある。しかし、本発明によるカートリッジによれば、簡単な操作により、迅速に決められた処理が実行されるため、操作の負担がなく、安定したＤＮＡ検出が可能となる。
【実施例２】
【００４２】
以下、図２を参照して、実施例２の化学処理用カートリッジについて説明する。本実施例は、特定の疾病に関わる遺伝子の変異（ＳＮＰｓ（一塩基多型））と、遺伝子の変異に関連するタンパク質を同時に検出するためのカートリッジを示している。
【００４３】
遺伝子解析にはリアルタイムＰＣＲ法が用いられる。リアルタイムＰＣＲ法は、ＰＣＲによるＤＮＡの増幅量をリアルタイムでモニターし解析する方法であり、電気泳動が不要で迅速性と定量性に優れている。この方法は、未知濃度のサンプルに対し一定条件の温度サイクルを与えてＰＣＲ増幅し、一定の増幅産物量が得られるまでのサイクル数を求めるものである。予め、段階希釈した既知量のＤＮＡに対し、同一条件で増幅産物量が同量に到達するまでのサイクル数を示す検量線を作成しておけば、検量線に基づいてサンプル中のＤＮＡ量を測定することができる。
【００４４】
図２（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図２（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。
【００４５】
図２（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジの容器は、基板１０１と、基板１０１に重ね合わされる弾性部材１０２とを備える。
【００４６】
弾性部材１０２の裏面（図２（ｂ）において下面）には、その表面（図２（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板１０１と弾性部材１０２との間に空間を生み出すことで、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、サンプルを受け入れるウェル１２１と、予め溶解液が収容されたウェル１２２と、サンプルと溶解液を混合するためのウェル１２３と、予め洗浄液が収容されたウェル１２４と、予め磁性粒子が流動液とともに収容されたウェル１２５と、サンプル、洗浄液および磁性粒子を混合するためのウェル１２６と、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル１３１およびウェル１３２と、ウェル１３１に接続されたウェル１３１ａと、ウェル１２１へサンプルを注入するための注入路１４１と、ウェル１２１およびウェル１２３を接続する流路１４２と、ウェル１２２およびウェル１２３を接続する流路１４３と、ウェル１２３およびウェル１２６を接続する流路１４５と、ウェル１２６およびウェル１３１を接続する流路１４６と、ウェル１２６に接続された流路１４７と、ウェル１３１およびウェル１３２を接続する流路１４８と、が形成されている。
【００４７】
また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、基板１０１には、タンパク質解析のためのタンパクチップ１５２が埋め込まれている。また、タンパクチップ１５２の表面側には弾性部材１０２の凹部によるウェル１５４が形成され、流路１４７はウェル１５４に接続されている。さらに、ウェル１５４には、２次抗体が流動液とともに収容されたウェル１５５が接続されている。
【００４８】
次に、本実施例のカートリッジを用いた解析方法について説明する。
【００４９】
最初に、注射針等を用いることで、ウェル１２１に注入口１４１を介して血液サンプルが注入される。
【００５０】
次に、図２（ｂ）に示すように、ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材１０２が弾性変形し、ウェル１２１に収容された血液サンプルと、ウェル１２２に収容された溶解液とが、それぞれ流路１４２および流路１４３を介してウェル１２３に到達し、両者が混合される。溶解液は界面活性剤を含んでおり、ウェル１２３において血球細胞が破壊される。
【００５１】
さらにローラ６を回転させると、混合液は流路１４５を介してウェル１２６に到達する。またこのとき、ウェル１２５に収容された磁性粒子と、ウェル１２４に収容された洗浄液とが、ウェル１２６において混合液に合流する。
【００５２】
次に、ローラ６を停止させ、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、磁石７をウェル１２６からウェル１３１まで流路１４６に沿って移動させることで、磁性粒子に捕集されたＤＮＡをウェル１３１に移送する。
【００５３】
次に、ローラ６の回転を再開し、ＤＮＡが除去されたウェル１２６内の残液を、流路１４７を介してウェル１５４に移送するとともに、ウェル５５内の２次抗体をウェル１５４に合流させる。またこのとき、ウェル１３１ａに予め収容されている試薬をウェル１３１に移送する。残液の流路１４７への移送時は、流路１４６は封止手段により封止される。この封止手段は、例えば磁石７をカートリッジに押し付けて封止するようにしてもよい。なお、ローラ６の移動経路と封止手段の封止位置は、お互いが接触しないような位置に適切に制御される。或いはウェル２６以降の移送は図示しない他のローラを用いてそれぞれの流路ごとに行うようにしても良い。
【００５４】
ウェル１５４に移送された残液内のタンパク質は、抗原抗体反応によりタンパクチップ１５２に捉えられ、適時、タンパク質解析が行われる。タンパク質解析に際して、例えば、カートリッジの外部から励起光を照射するとともにタンパクチップ１５２の領域をカメラで撮像することで、タンパクチップ１５２をカートリッジから取り出さずに必要な画像を取り込むことができる。
【００５５】
一方、ウェル１３１ａ内の試薬には、プライマ、デオキシリボヌクレオチド混合液、ＤＮＡ合成酵素およびリアルタイム検出用プローブが含まれており、ウェル１３１において特定ＤＮＡのＰＣＲ増幅が開始される。検出用プローブを付加する方法として、例えば、インターカレータ法が知られている。この方法は、二本鎖ＤＮＡに結合することで蛍光を発するインターカレータ（例えば、SYBR（商標名）Green 1）を検出用プローブとして用いるものである。インターカレータは、ＰＣＲ反応によって合成された２本鎖ＤＮＡに結合し、励起光の照射により蛍光を発する。この蛍光強度を検出することにより、増幅産物の生成量をモニターできる。
【００５６】
図２（ｂ）に示すように、ウェル１３１およびウェル１３２は、ヒータあるいはペルチエ素子を用いた温度制御装置８１および温度制御装置８２により、それぞれ一定温度（例えば、６０℃と９５℃程度）に制御される。
【００５７】
本実施例では、ローラ６を駆動することにより、それぞれのＰＣＲ副産物を、所定のサイクルに従ってウェル１３１およびウェル１３２の間で往復移動させる。
【００５８】
ウェル間を往復するＰＣＲ副産物の増幅産物量は、励起光を照射しながら流路１４８をカメラによって撮像することで、蛍光量に基づいてリアルタイムに計測される。図２（ａ）に示す領域１５０をカメラで撮影する場合には、単一の画像に基づいてＤＮＡおよびタンパク質の両者を解析できる。
【００５９】
上記実施例では、同一サンプルから複数の疾病マーカータンパク質と、その疾病に関係する遺伝子の変異を同時に検査できる。このため、貴重なサンプルの使用量が少量で済み、患者の負担を軽減できる。
【００６０】
また、サンプルの同一性が確保されるため、検査の信頼性を向上させることができる。
【００６１】
さらに、検査結果が短時間で判明し、解析時間が大幅に短縮される。また、検査の自動化を図ることが容易であり、カートリッジの取り扱いに関し特殊な技能や装置も要求されないため、検査にかかる人的、物的負担を軽減できる。
【００６２】
上記実施例では、１種類のＤＮＡについての解析を行っているが、解析対象数は任意に選択できる。
【００６３】
本発明によるカートリッジは、特定の疾病についての検査に用いることができる。例えば、血液から乳癌の可能性を検査する場合には、４種類の腫瘍マーカータンパク質と、ＥＲＲＢ遺伝子変異を検出し、多角的な検査を行うことができる。
【００６４】
図３に、疾病検査のターゲットとなるタンパク質、糖鎖およびＤＮＡを例示している。本発明のカートリッジは各臓器における癌を始めとする生活習慣病等の疾病検査に広範に応用される。検査項目はＳＮＰｓ（一塩基多型）とタンパク質の組み合わせに限らず、遺伝子上での複数ＳＮＰｓ検出、血中の癌マーカー遺伝子の増加検出も行うことができる。
【００６５】
カートリッジの構成は、検査内容に応じて適宜選択できる。上記実施形態では、ＤＮＡチップあるいはタンパクチップをカートリッジに内蔵することで、ＤＮＡやタンパク質を検出しているが、抗原抗体反応までの処理をカートリッジ内で行い、キャピラリー電気泳動においてタンパク質の検出を行ってもよい。この場合、キャピラリー電気泳動による検出装置にサンプルを移動させるための排出路をカートリッジに設けることができる。また、この場合、例えば、タンパク質の検出に関しては、抗原抗体反応させるウェルの数を適宜設けることで、ウェル数に応じ、例えば、１０種類程度までのタンパク質検出な可能なカートリッジを構成できる。
【００６６】
また、抗体と結合した状態のタンパク質の移動度をあらかじめ調べ、キャピラリー電気泳動で検出されるピークが重複しないように各ウェルにタンパク質の種類を振り分けてもよい。この場合、各ウェルで反応させる抗体数を２−３種にすることも可能であり、１回のアッセイで検出可能なマーカータンパク質の数を、ウェルの数より大きくすることができる。
【００６７】
タンパク質とＤＮＡの分離方法は適宜選択可能である。例えば、磁性粒子に代えて、シリカビーズ、スチレンビーズ、ガラスファイバー、セルロース等を用いるなど、電荷を帯びる性質を利用してもよい。
【００６８】
上記実施例では、ＤＮＡとタンパク質を分離する例を示したが、ポリアニリン鎖を付加したビーズによって、ＤＮＡとｍＲＮＡをカートリッジ内で分離することもできる。
【００６９】
上記実施例では、タンパク質の解析を例示したが、糖鎖や代謝物に対する吸着体を用いることで、カートリッジ内において糖鎖や代謝物の分離、あるいは同時解析を行ってもよい。例えば、糖鎖に結合するタンパク質をその糖鎖に対する吸着体として利用できる。
【００７０】
図３にも示したように、ウイルスや細菌等の病原体が疾病の原因となる場合、病原体そのもののＤＮＡ、ＲＮＡ、あるいはタンパク質や、その病原体に対抗して生じた免疫系の抗体などを、その疾病のマーカーとして分離、あるいは検出してもよい。例えば、病原体のＤＮＡと、病原体に対抗する免疫系の抗体とをセットとして検出するようなカートリッジを構成することもできる。
【００７１】
具体的には、疾病に対する検査として、
・腫瘍（癌）検査としては、免疫化学的手法による肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206の検査または、胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9の検査または、膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLXの検査または、食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1の検査または、肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRPの検査または、腎癌におけるBFPの検査または、乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439の検査または、乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子の検査または、卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GATの検査または、前立腺癌におけるPSA、γ-Sm（γ-セミノプロテイン）の検査、
・生活習慣病に関わる検査として糖尿病に対するアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）の検査、
・心筋梗塞に対してはミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンTの検査、
・感染症としては、肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原の検査、またはウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体の同時測定検査、
であり、上記各種疾病の遺伝子またはマーカーの発現レベルまたは（および）各遺伝子多型の検査を行う。
【００７２】
本発明のカートリッジにおいて分離対象、あるいは解析対象となる生体高分子として、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖、代謝物等を挙げることができる。
【００７３】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジ、およびそのようなカートリッジを使用する場合、に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施例１のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）はカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図２】実施例２のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）はカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図３】疾病検査のターゲットとなるタンパク質、糖鎖およびＤＮＡを例示する図。
【符号の説明】
【００７５】
２１、１２１ ウェル（受け入れ手段）
２５、１２５ ウェル（分離手段）
５１ ＤＮＡチップ（解析手段）
５２ タンパクチップ（解析手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、
外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、
外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、
分離された生体高分子を解析する少なくとも２つの解析手段と、
を備えることを特徴とする化学処理用カートリッジ。
【請求項２】
前記分離手段として、磁性粒子を用いることを特徴とする請求項１に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項３】
前記分離手段として、シリカビーズ、スチレンビーズ、ガラスファイバーおよびセルロースのいずれかを用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項４】
前記生体高分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖および代謝物のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項５】
前記サンプルは体液であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項６】
前記複数の異なる生体高分子種は、それぞれ共通の疾病に対するマーカーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項７】
前記生体高分子は以下に示す各種疾病に係る生体高分子の少なくともいずれか１種であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
（ａ）肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206。
（ｂ）胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9。
（ｃ）膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLX。
（ｄ）食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1。
（ｅ）肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRP。
（ｆ）腎癌におけるBFP。
（ｇ）乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439。
（ｈ）乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子。
（ｉ）卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GAT。
（ｊ）前立腺癌におけるPSA、 γ-Sm（γ-セミノプロテイン）。
（ｋ）糖尿病におけるアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）。
（ｌ）心筋梗塞におけるミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンT。
（ｍ）肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原。
（ｎ）ウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体。
【請求項８】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、
外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、
外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、
を備え、
前記分離手段として磁性粒子を用いると共に、外部から磁石を流路に沿って移動させることで、磁石により吸引される磁性粒子を流路に沿って移動させることを特徴とする化学処理用カートリッジ。
【請求項９】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジの使用方法において、
前記カートリッジに、
外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、
外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、
分離された生体高分子を解析する少なくとも２つの解析手段と、
を設け、
前記受け入れ手段にサンプルを注入するステップと、
特定の疾病についてのマーカーとしての生体高分子を、前記分離手段により分離するステップと、
分離された前記マーカーを前記解析手段により解析するステップと、
を備えることを特徴とする化学処理用カートリッジの使用方法。
【請求項１０】
前記マーカーの分離後または解析後に前記カートリッジを廃棄するステップを備えることを特徴とする請求項９に記載の化学処理用カートリッジの使用方法。
【請求項１１】
前記生体高分子は以下に示す各種疾病に係る生体高分子の少なくともいずれか１種であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の化学処理用カートリッジの使用方法。
（ａ）肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206。
（ｂ）胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9。
（ｃ）膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLX。
（ｄ）食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1。
（ｅ）肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRP。
（ｆ）腎癌におけるBFP。
（ｇ）乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439。
（ｈ）乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子。
（ｉ）卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GAT。
（ｊ）前立腺癌におけるPSA、γ-Sm（γ-セミノプロテイン）。
（ｋ）糖尿病におけるアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）。
（ｌ）心筋梗塞におけるミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンT。
（ｍ）肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原。
（ｎ）ウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体。
【請求項１】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、
外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、
外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、
分離された生体高分子を解析する少なくとも２つの解析手段と、
を備えることを特徴とする化学処理用カートリッジ。
【請求項２】
前記分離手段として、磁性粒子を用いることを特徴とする請求項１に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項３】
前記分離手段として、シリカビーズ、スチレンビーズ、ガラスファイバーおよびセルロースのいずれかを用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項４】
前記生体高分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖および代謝物のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項５】
前記サンプルは体液であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項６】
前記複数の異なる生体高分子種は、それぞれ共通の疾病に対するマーカーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
【請求項７】
前記生体高分子は以下に示す各種疾病に係る生体高分子の少なくともいずれか１種であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の化学処理用カートリッジ。
（ａ）肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206。
（ｂ）胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9。
（ｃ）膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLX。
（ｄ）食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1。
（ｅ）肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRP。
（ｆ）腎癌におけるBFP。
（ｇ）乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439。
（ｈ）乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子。
（ｉ）卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GAT。
（ｊ）前立腺癌におけるPSA、 γ-Sm（γ-セミノプロテイン）。
（ｋ）糖尿病におけるアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）。
（ｌ）心筋梗塞におけるミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンT。
（ｍ）肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原。
（ｎ）ウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体。
【請求項８】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジにおいて、
外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、
外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、
を備え、
前記分離手段として磁性粒子を用いると共に、外部から磁石を流路に沿って移動させることで、磁石により吸引される磁性粒子を流路に沿って移動させることを特徴とする化学処理用カートリッジ。
【請求項９】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学的処理を行わせる化学処理用カートリッジの使用方法において、
前記カートリッジに、
外部からサンプルを受け入れる受け入れ手段と、
外部から受け入れたサンプルに含まれる複数の異なる生体高分子種を分離する分離手段と、
分離された生体高分子を解析する少なくとも２つの解析手段と、
を設け、
前記受け入れ手段にサンプルを注入するステップと、
特定の疾病についてのマーカーとしての生体高分子を、前記分離手段により分離するステップと、
分離された前記マーカーを前記解析手段により解析するステップと、
を備えることを特徴とする化学処理用カートリッジの使用方法。
【請求項１０】
前記マーカーの分離後または解析後に前記カートリッジを廃棄するステップを備えることを特徴とする請求項９に記載の化学処理用カートリッジの使用方法。
【請求項１１】
前記生体高分子は以下に示す各種疾病に係る生体高分子の少なくともいずれか１種であることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の化学処理用カートリッジの使用方法。
（ａ）肝癌におけるAFP、PIVKA-II、イソクエン酸デヒドロゲナーゼ、YH-206。
（ｂ）胃癌におけるCA125、NCC-ST-439、STN（シアリルTn抗原）、CEA、CA72-4、CA19-9。
（ｃ）膵癌におけるCA19-9、YH-206、NCC-ST-439、CA19-9、CA50、Span-1、DUPAN-2、CEA、SLX。
（ｄ）食道癌におけるCEA、SCC、CYFRA21-1。
（ｅ）肺癌におけるSCC、CYFRA21-1、SLX、CEA、NSE、Pro-GRP。
（ｆ）腎癌におけるBFP。
（ｇ）乳癌におけるCA15-3（MAM-6）、CEA、NCC-ST-439。
（ｈ）乳癌におけるErbB-2（Her2）およびBRCA1遺伝子。
（ｉ）卵巣癌におけるCA125、CA72-4、STN、GAT。
（ｊ）前立腺癌におけるPSA、γ-Sm（γ-セミノプロテイン）。
（ｋ）糖尿病におけるアディポネクチン、TNF-α、PAI−1、グリコヘモグロビン、A1c（HbA1c）、CPR（インスリン前駆物質）。
（ｌ）心筋梗塞におけるミオグロビン、H-FABP、CK-MBとトロポニンT。
（ｍ）肝炎におけるHBs抗原、HBe抗原、HCV抗原。
（ｎ）ウイルスあるいは細菌の病原体固有の遺伝子と病原体に対する抗体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１０１４２８（Ｐ２００７−１０１４２８Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９３１５５（Ｐ２００５−２９３１５５）
【出願日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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