[发明专利]选择和隔离颗粒和细胞的系统和方法及其用途

说明书

本公开尤其提供了用于在可光固化的生物基质凝胶中从样品中选择和隔离单细胞/颗粒的方法和装置。通过显微镜观察单个细胞或颗粒，并通过精确地控制来自取向在样品下方的液晶显示器(LCD)的光透射来操纵和隔离单个细胞或颗粒，以提供样品的详细图像。在一些实施例中，然后通过用从LED像素阵列透射的蓝/紫光固化生物基质凝胶来固定选择的细胞或颗粒。在其他实施例中，允许所选择的所关注的细胞或颗粒保持活动。在任一实施例中，将所关注的单个细胞或颗粒与样品的其余部分分开以及隔离。

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

本发明是在美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的Grant R43AI147734-01的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本公开内容尤其提供了用于在可光固化的生物基质凝胶中从样品中选择和隔离单细胞/颗粒的方法和装置。通过显微镜观察单个细胞或颗粒，并通过精确地控制来自定向在样品下方的液晶显示器(LCD)的光透射来操纵和隔离单个细胞或颗粒，以提供样品的详细图像。在一些实施例中，然后通过用从LED像素阵列透射的蓝/紫光固化生物基质凝胶来固定选择的细胞或颗粒。在其他实施例中，允许所选择的所关注的细胞或颗粒保持可动。在任一实施例中，将所关注的单个细胞或颗粒与样品的其余部分分开并隔离。

背景技术

在显微镜下直接隔离颗粒和细胞仍然是生物医学领域的挑战。使用显微镜，识别特定形态表型的细胞或与其他细胞类型相互作用的细胞相对容易。但是，如果不采用亚微米级精度的机械仪器和方法(例如，微量移液、光镊或激光显微解剖)，则更加难以从样品中选择所关注的细胞或颗粒。为了促进基于图像从样品中隔离出单细胞和颗粒，我们开发了一种使用LCD像素阵列和显微镜的系统和方法，其消除了对昂贵或笨重的仪器或繁琐的单细胞处理技能的需求。而且，由于捕获过程是通过单个整体曝光步骤完成的，因此与单细胞处理技术相比，吞吐量得到了极大的提高。

活单细胞隔离技术在生命科学研究的多个前沿具有潜在价值，例如抗体开发、原代细胞隔离、细胞系构建、免疫细胞治疗和循环肿瘤细胞(CTC)隔离。当前用于隔离颗粒或细胞的主要竞争技术是流式细胞仪、微流体装置、微量移液和光镊。本发明的一个优点是它提供了一种低成本、鲁棒的选择机制，该机制使得能够在具有挑战性的情况下进行活细胞隔离：例如对于有限的样品大小、块状样品和贴壁细胞。例如，流式细胞仪的设置可能很昂贵，并且需要大量的实验室空间，并且不适合隔离单个细胞。另外，本发明不需要用于进行标记的特定细胞标记物或用于细胞-细胞隔离的特定细胞标记物。如在本文中将变得显而易见的，本发明解决了用于从诸如生物样品的样品中分离颗粒或细胞的当前技术的许多缺点。

发明内容

本文提供了使用显微镜和LCD技术跟踪、选择和隔离颗粒或细胞的方法。

除了别的以外，本公开提供了用于通过显微镜引导从样品中进行单细胞或颗粒选择以及隔离的方法和装置。在一些实施例中，通过精确地控制来自位于样品下方的LCD像素的光透射来操纵单个细胞或颗粒。在一些实施例中，未选择的细胞在可光固化的生物基质凝胶中通过从细胞/颗粒下方的LCD像素透射的蓝/紫光被固定。在一些实施例中，所选的细胞在可光固化的生物基质凝胶中通过从细胞/颗粒下方的LCD像素透射的蓝/紫光被固定。

基本上，构想了本发明的两个主要实施例用于执行隔离。在一个实施例中，使所关注的颗粒或细胞保持可动，而将未选择的那些颗粒或细胞捕获或固定在生物基质中，由此将所关注的颗粒或细胞与已经固定的颗粒或细胞分离。在另一个实施例中，进行相反的过程，由此将所关注的颗粒或细胞捕获或固定在生物基质中，从而允许那些未被选择的颗粒或细胞保持可动，由此将可动的颗粒或细胞从被捕获的颗粒或细胞中除去，然后将它们收集。