用于使用超声能量将生物组织解离成单细胞的方法和系统技术方案

本文描述了一种从生物组织样品解离单细胞的方法以及用于执行这种方法的系统。本文描述的方法包括：使用包括一个或多个菲涅耳环形扇区致动器(FASA)元件的换能器生成一个或多个超声波脉冲；以及通过耦合介质将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到保持所述生物组织样品的样品容器，以从所述生物组织解离单细胞，所述耦合介质将所述一个或多个FASA元件耦合到所述样品容器。FASA元件耦合到所述样品容器。FASA元件耦合到所述样品容器。

Method and system for dissociating biological tissue into single cells using ultrasonic energy

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用超声能量将生物组织解离成单细胞的方法和系统
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2019年10月2日提交的美国临时申请号62/909,484的优先权权益，出于所有目的将其内容通过引用并入本文。


[0002]本文描述了用于使用超声能量从生物组织样品解离单细胞的方法和系统。

技术介绍

[0003]在医学和生物学研究领域中，许多当前的分析通过将每个肿瘤样品作为均质体进行处理的技术来进行的，但已知肿瘤组织是癌细胞的异质体(例如，浸润免疫细胞和肿瘤间质)。这样的方法提供了大量的分子信息，但是没有保留关于原始样品中的细胞组分的背景。这些结果是整个肿瘤组织的平均值，其排除了对重要细胞的罕见亚群的鉴定。已经表明，由于这种实践而损失的信息可能隐藏了对肿瘤进展、转移以及耐药性的关键揭示。此外，肿瘤的微环境包括维持内稳态并驱动进一步发展的细胞类型的各种阵列。这种肿瘤内细胞异质性已经被认定为潜在进展、转移以及耐药性发展的关键因素。
[0004]已经开发了流式分选方法，因为它们提供关于样品内的每个细胞的高通量的多重信息。细胞分选也可以用于分离罕见细胞类型，诸如癌干细胞、转移前体以及耐药克隆，用于另外的研究。然而，对于单细胞分析，必须首先将组织分解成活的单细胞，而不影响表型和基因型信息，这需要相当多的时间和努力。
[0005]以前，已经使用蛋白水解酶结合某种形式的物理力来分解细胞粘附分子和/或底层细胞外基质，从而将肿瘤组织解离成单细胞。然而，不是所有的细胞类型都可以使用酶容易地解离。对于对酶促解离敏感的那些细胞类型，已经显示，酶可能对细胞有害，并且负面地影响所产生的单细胞随后存活和/或分裂的能力。例如，酶促解离通常包括在升高的温度(例如，37℃)温育组织，这可能导致不期望的促炎和/或应激诱导基因的表达。这些基因的表达可显著地将细胞的状态从其天然状态改变。

技术实现思路

[0006]本文描述了使用具有一个或多个菲涅耳环形扇区致动器(FASA)元件的换能器从生物组织样品解离单细胞的方法，以及用于从生物组织样品解离细胞的系统，所述一个或多个菲涅耳环形扇区致动器元件生成大量侧向超声能量。
[0007]在一些实施方案中，从生物组织样品解离单细胞的方法包括：使用包括一个或多个菲涅耳环形扇区致动器(FASA)元件的换能器生成一个或多个超声波脉冲；以及通过耦合介质将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到由样品容器容纳的生物组织样品，以从所述生物组织解离单细胞，所述耦合介质将所述一个或多个FASA元件耦合到所述样品容器。
[0008]在一些实施方案中，从生物组织样品解离单细胞的方法包括：使用包括一个或多
个菲涅耳环形扇区致动器(FASA)元件的换能器生成一个或多个超声波脉冲；通过耦合介质将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到由样品容器容纳的生物组织样品，以从所述生物组织解离单细胞，所述耦合介质将所述一个或多个FASA元件耦合到所述样品容器；以及在将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到所述生物组织样品时控制所述生物组织样品的温度。
[0009]在一些实施方案中，将所述生物组织样品的温度控制在约2℃与约70℃之间。在一些实施方案中，与不控制所述生物组织样品的温度相比，控制所述生物组织样品的温度减少一种或多种促炎或应激诱导基因的表达。在一些实施方案中，所述一种或多种促炎或应激诱导基因选自CD69、LRRK2、TNF、FOS、PDE4B、NR4A3、S100A9、S100A8、THBD、IL
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1β、IL
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1α、HK2、CXCL8、CXCL1、AREG、ERG2、TIMP1以及CXCR4。
[0010]在上述方法的一些实施方案中，控制所述生物组织样品的温度包括控制所述耦合介质的温度。在一些实施方案中，控制所述耦合介质的温度以冷却所述生物组织样品或限制所述生物组织样品的温度升高。在一些实施方案中，将所述耦合介质控制到约2℃与约70℃之间的温度。在一些实施方案中，将所述耦合介质控制到约2℃与约25℃之间的温度。
[0011]在上述方法的一些实施方案中，控制所述生物组织样品的温度包括使用来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量来加热所述生物组织样品。在一些实施方案中，由所述换能器生成的所述一个或多个超声波脉冲的第一部分被配置成加热所述生物组织样品，并且由所述换能器生成的所述一个或多个超声波脉冲的第二部分被配置成不加热所述生物组织样品。在一些实施方案中，将所述生物组织样品加热至约20℃与约70℃之间的峰值温度。
[0012]在上述方法的一些实施方案中，在将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到所述样品容器期间，所述生物组织样品被加热少于15℃或不被加热。
[0013]在上述方法的一些实施方案中，所述耦合介质是液体、固体或凝胶。在一些实施方案中，所述耦合介质是液体，并且所述方法进一步包括使耦合流体循环通过温度控制器。
[0014]在上述方法的一些实施方案中，经解离的单细胞中的约20％或更多是活的。在一些实施方案中，经解离的单细胞中的约20％至约95％是活的。在一些实施方案中，从所述生物组织样品中解离两种或更多种不同类型的活细胞。
[0015]在上述方法的一些实施方案中，所述生物组织样品包括癌组织。
[0016]在上述方法的一些实施方案中，所述方法包括为生成的所述一个或多个超声波脉冲选择重复率、脉冲持续时间、占空比、峰值功率或总持续时间中的一个或多个。在一些实施方案中，施加到所述样品的能量不导致施加到所述样品的剪切力。在一些实施方案中，施加到所述样品的能量导致施加到所述样品的混合力或悬浮力。
[0017]在一些实施方案中，多个超声波脉冲以约1Hz至约100,000Hz的重复率生成。
[0018]在一些实施方案中，所述一个或多个超声波脉冲以约0.1％至约95％的占空比生成。
[0019]在一些实施方案中，将来自所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到所述耦合介质，持续约2秒至约90分钟。
[0020]在上述方法的一些实施方案中，所述生物组织悬浮在所述样品容器内的液体中。
[0021]在上述方法的一些实施方案中，切碎所述生物组织。
[0022]在上述方法的一些实施方案中，所述生物组织样品基本上不含非内源性蛋白酶。
[0023]在上述方法的一些实施方案中，所述换能器包括四个或更多个FASA元件。
[0024]在上述方法的一些实施方案中，所述生物组织样品是未防腐的样品。
[0025]本文还描述了一种用于从生物组织样品解离单细胞的系统，所述系统包括：换能器，所述换能器包括被配置成生成一个或多个超声波脉冲的一个或多个菲涅耳环形扇区致动器(FASA)元件；样品容器，所述样品容器被配置成保持所述生物组织样品；以及耦合介质，所述耦合介质被配置成将所述一个或多个FASA元件耦合到所述样品容器并将来自由所述换能器生成的所述多个超声波脉冲的能量传输到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从生物组织样品解离单细胞的方法，其包括：使用包括一个或多个菲涅耳环形扇区致动器(FASA)元件的换能器生成一个或多个超声波脉冲；以及通过耦合介质将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到由样品容器容纳的生物组织样品，以从所述生物组织解离单细胞，所述耦合介质将所述一个或多个FASA元件耦合到所述样品容器。2.一种从生物组织样品解离单细胞的方法，其包括：使用包括一个或多个菲涅耳环形扇区致动器(FASA)元件的换能器生成一个或多个超声波脉冲；通过耦合介质将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到由样品容器容纳的生物组织样品，以从所述生物组织解离单细胞，所述耦合介质将所述一个或多个FASA元件耦合到所述样品容器；以及在将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到所述生物组织样品时控制所述生物组织样品的温度。3.根据权利要求2所述的方法，其中控制所述生物组织样品的温度包括控制所述耦合介质的温度。4.根据权利要求3所述的方法，其中控制所述耦合介质的温度以冷却所述生物组织样品或限制所述生物组织样品的温度升高。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中将所述耦合介质控制到约2℃与约70℃之间的温度。6.根据权利要求3
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5中任一项所述的方法，其中将所述耦合介质控制到约2℃与约25℃之间的温度。7.根据权利要求2
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6中任一项所述的方法，其中控制所述生物组织样品的温度包括使用来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量来加热所述生物组织样品。8.根据权利要求7所述的方法，其中由所述换能器生成的所述一个或多个超声波脉冲的第一部分被配置成加热所述生物组织样品，并且由所述换能器生成的所述一个或多个超声波脉冲的第二部分被配置成不加热所述生物组织样品。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中将所述生物组织样品加热至约20℃与约70℃之间的峰值温度。10.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中在将来自生成的所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到所述样品容器期间，所述生物组织样品被加热少于15℃或不被加热。11.根据权利要求2
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10中任一项所述的方法，其中将所述生物组织样品的温度控制在约2℃与约70℃之间。12.根据权利要求2
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11中任一项所述的方法，其中与不控制所述生物组织样品的温度相比，控制所述生物组织样品的温度减少一种或多种促炎或应激诱导基因的表达。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述一种或多种促炎或应激诱导基因选自CD69、LRRK2、TNF、FOS、PDE4B、NR4A3、S100A9、S100A8、THBD、IL
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1β、IL
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1α、HK2、CXCL8、CXCL1、AREG、ERG2、TIMP1以及CXCR4。14.根据权利要求1
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13中任一项所述的方法，其中所述耦合介质是液体、固体或凝胶。
15.根据权利要求1
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14所述的方法，其中所述耦合介质是液体，所述方法进一步包括使耦合流体循环通过温度控制器。16.根据权利要求1
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15中任一项所述的方法，其中经解离的单细胞中的约20％或更多是活的。17.根据权利要求16所述的方法，其中经解离的单细胞中的约20％至约95％是活的。18.根据权利要求1
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17中任一项所述的方法，其中从所述生物组织样品中解离两种或更多种不同类型的活细胞。19.根据权利要求1
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18中任一项所述的方法，其中所述生物组织样品包括癌组织。20.根据权利要求1
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19中任一项所述的方法，其中施加到所述样品的能量不导致施加到所述样品的剪切力。21.根据权利要求1
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20中任一项所述的方法，其包括为生成的所述一个或多个超声波脉冲选择重复率、脉冲持续时间、占空比、峰值功率或总持续时间中的一个或多个。22.根据权利要求1
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21中任一项所述的方法，其中施加到所述样品的能量导致施加到所述样品的混合力或悬浮力。23.根据权利要求1
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22中任一项所述的方法，其中多个超声波脉冲以约1Hz至约100,000Hz的重复率生成。24.根据权利要求1
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23中任一项所述的方法，其中所述一个或多个超声波脉冲以约0.1％至约95％的占空比生成。25.根据权利要求1
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24中任一项所述的方法，其中将来自所述一个或多个超声波脉冲的能量施加到所述耦合介质，持续约2秒至约90分钟。26.根据权利要求1
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25中任一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：微声系统公司，
类型：发明
国别省市：