(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-25
(45)【発行日】2022-06-02
(54)【発明の名称】血液サンプルを特徴付けるための方法
(51)【国際特許分類】
G01N 27/02 20060101AFI20220526BHJP
G01N 33/49 20060101ALI20220526BHJP
G01N 11/04 20060101ALI20220526BHJP
【FI】
G01N27/02 D
G01N33/49 Z
G01N11/04
(21)【出願番号】P 2019546058
(86)(22)【出願日】2017-11-06
(86)【国際出願番号】 EP2017078372
(87)【国際公開番号】W WO2018083315
(87)【国際公開日】2018-05-11
【審査請求日】2020-10-23
(32)【優先日】2016-11-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】518059934
【氏名又は名称】ソルボンヌ・ユニヴェルシテ
【氏名又は名称原語表記】SORBONNE UNIVERSITE
(73)【特許権者】
【識別番号】518027461
【氏名又は名称】アンセル(アンスティテュ ナシオナル ドゥ ラ サンテ エ ドゥ ラ ルシェルシェ メディカル)
【氏名又は名称原語表記】INSERM(Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale)
(73)【特許権者】
【識別番号】519161849
【氏名又は名称】コンセプシオン ドゥ システムズ エ テクノロジー メカニーク:セエステエム
【氏名又は名称原語表記】CONSEPTION DE SYSTEMES ET TECHNOLOGIE MECANIQUE CSTM
(74)【代理人】
【識別番号】100139594
【氏名又は名称】山口 健次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100185915
【氏名又は名称】長山 弘典
(74)【代理人】
【識別番号】100090251
【氏名又は名称】森田 憲一
(72)【発明者】
【氏名】ランデュ,フランシーヌ
(72)【発明者】
【氏名】ドゥフィロ,モニク
(72)【発明者】
【氏名】ダグ,フランソワ
【審査官】佐藤 仁美
(56)【参考文献】
【文献】特開2006-126206(JP,A)
【文献】欧州特許出願公開第02053387(EP,A1)
【文献】米国特許出願公開第2013/0083311(US,A1)
【文献】特表平02-503351(JP,A)
【文献】特表昭59-501378(JP,A)
【文献】特表平09-504372(JP,A)
【文献】特開2007-271323(JP,A)
【文献】米国特許第05023054(US,A)
【文献】国際公開第2004/063722(WO,A1)
【文献】Emilia Bramanti, Carlo Ferrari, Valeria Angeli, Massimo Onor, Robert E. Synovec,Characterization of BSA unfolding and aggregation using a single-capillary viscometer and dynamic surface tension detector,Talenta,2011年,85(2011),Pages 2553-2561,DOI: 10.1016/j.talanta.2011.08.009
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
・IPC
G01N 11/00-G01N 13/04,
G01N 27/00-G01N 27/10,
G01N 27/14-G01N 27/24,
G01N 33/48-G01N 33/98
・JSTPlus/JMEDPlus/JST7580(JDreamIII)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
血液サンプルを特徴付けるための方法であって、
その方法が、
- 血小板を含む溶液をチャネル(2)に導入する工程であって、前記チャネルが入口(3)および出口(4)を含み、前記溶液が前記チャネルの前記入口を通して導入される、前記工程;
- 前記チャネルの前記入口から前記出口に向かって前記溶液を前方に移動させるために、前記チャネルの前記入口と前記出口との間に圧力差を作り出す工程;
- 電極(8)を備えた前記チャネルの測定ゾーンに前記溶液を通過させる工程;
- 前記電極が前記チャネル内の前記溶液で覆われている間において、測定手段(10)および前記電極を用いて電気信号を測定する工程;
を含み、
前記チャネルの前記入口から前記出口に向かう前記溶液の前方移動が、最前方の前方移動を含み、ここで、この最前方の前方移動が、
- 一方である、前記最前方から前記チャネルの前記入口に向かって延びる前記溶液と、- 他方である、前記最前方から前記チャネルの前記出口に向かって延びる気体と
の間において行われ
、
前記チャネルの前記入口と前記出口との間の圧力差、又はこの圧力差の設定ポイントが、前記チャネル内の溶液と気体との間の最前方の前方移動中において一定であることを特徴とする、前記方法。
【請求項2】
前記チャネルの入口を通る前記最前方の通過中において、前記溶液が、前記チャネルの内壁において10,000s
-1を超える剪断速度を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記チャネルの前記入口から前記出口に向かっての前記最前方の前方移動の間において、前記溶液が
、前記チャネルの内壁において時間と共に減少する剪断速度を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項4】
前記チャネルの前記入口から前記出口に向かっての前記最前方の前方移動の間において、前記溶液が、前記最前方がチャネルの出口に達するまでに、前記チャネルの内壁において時間と共に減少する剪断速度を有することを特徴とする、請求項3に記載の方法。
【請求項5】
前記チャネルの前記出口を前記最前方が通過する間において、前記チャネルの内壁での前記溶液の剪断速度が1000s
-1未満であることを特徴とする、請求項1~
4のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記チャネルの前記入口と前記出口との間の圧力差
、又はこの圧力差の設定ポイントが
、少なくとも前記最前方が前記チャネルの前記出口に達するかおよび/または測定に至るまで、前記チャネル内の溶液
と気体との間の最前方の前方移動中において一定であることを特徴とする、請求項1~
5のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記チャネルが、その入口からその出口まで一定の断面積を有することを特徴とする、請求項1~
6のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記チャネルの入口と出口との間の圧力差が、前記チャネルの出口を有する側を吸引することによって作り出される、請求項1~
7のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記最前方が
、前記チャネル内の前記溶液の前方移動中においてチャネル内で時間とともに減少する前方移動速度を有することを特徴とする、請求項1~
8のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記最前方が、前記最前方が前記チャネルの出口に達するまで、前記チャネル内の前記溶液の前方移動中においてチャネル内で時間とともに減少する前方移動速度を有することを特徴とする、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
前記気体が空気であることを特徴とする、請求項1~
10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記電気信号の測定が、前記チャネルの入口から出口への溶液の進行が定常状態にあるときに実行され、ここで、前記チャネルが、そのチャネルの入口から出口まで溶液で満たされ
、前記定常状態が溶液と気体との間の最前方の前方移動に続くことを特徴とする、請求項1~
11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記電極(8)が、前記チャネルのその入口から始まる前記チャネルにおける後半部に位置する、請求項1~
12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項14】
前記電気信号の測定に基づいて、血小板識別に関するデータ項目の計算も含むことを特徴とする、請求項1~
13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記測定手段が、前記電極間に一定の電流を印加し、そして電流が印加されている間に前記電極間の電圧を測定することを特徴とする、請求項1~
14のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
測定された電圧の経時的な積分を含むことを特徴とする、請求項
15に記載の方法。
【請求項17】
-
前記電極と前記チャネルの出口との間における前記最前方の通過を検出する工程;および/または
-
前記チャネル内の前記溶液の速度を測定し、そして、技術的処理手段を用いて、測定された速度の関数として前記溶液の粘度を計算する工程;
を含むことを特徴とする、請求項1~
16のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
前記最前方の通過を検出する工程、および/または、前記速度を測定する工程を、フォトダイオードによって行うことを特徴とする、請求項17に記載の方法。
【請求項19】
前記チャネルの温度安定化を含むことを特徴とする、請求項1~
18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項20】
前記チャネルの温度安定化を、36℃~38℃の間に含まれる温度で行うことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
【請求項21】
前記溶液が、ヒトまたは動物由来の血液サンプルであり、ここで、採取した血液サンプルに血小板活性化剤を添加することを含まないことを特徴とする、請求項1~
20のいずれか一項に記載の方法。
【請求項22】
前記電極が金属化電極であることを特徴とする、請求項1~21のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、血液サンプルを特徴付けるための方法に関する。
【0002】
そのような装置によって、例えば、ユーザが、血液サンプル中の血小板の凝集を測定および/または特徴付けることを可能にする。
【背景技術】
【0003】
国際公開第2009/053841号に記載されているような装置を使用して血液サンプルを特徴付けるための方法が知られている。
【0004】
この文献は、毛細管を水で予備充填し、次いで血液サンプルをその毛細管に導入する方法として提案している。2種類の液体を分離する最前方の通過は、2つの測定電極間の静電容量の変化を生じ、これを測定し、更にこれによって血液サンプル中の血小板の活性化状態を検出および/または特徴付けることを可能にしている。
【0005】
しかしながら、このような方法は、以下に関連する2つの技術的問題を引き起こす:
- 測定値の再現性に対する改善の可能性;
- 異なる血液サンプル間の良好な識別;
- 生理病理学的条件の再現の改善。
【0006】
本発明の目的は、これらの問題の少なくとも1つを解決することである。
【発明の概要】
【0007】
本発明の目的は、血液サンプルを特徴付ける方法であって、その方法が、
- 血小板を含む溶液をチャネルに導入する工程であって、前記チャネルが入口および出口を含み、前記溶液が前記チャネルの前記入口を通して導入される、前記工程;
- 前記チャネルの前記入口から前記出口に向かって前記溶液を前方に移動させるために、前記チャネルの前記入口と前記出口との間に圧力差を作り出す工程;
- 電極を備えた前記チャネルの測定ゾーンに前記溶液を通過させる工程;
- 前記電極が前記チャネル内の前記溶液で覆われている間に、測定手段および前記電極を用いて電気信号を測定する工程;
を含み、
前記チャネルの前記入口から前記出口への前記溶液の前方移動が、最前方の前方移動を含み、ここで、前記最前方の前方移動が、
- 一方である、前記最前方から前記チャネルの前記入口に向かって延びる前記溶液と、
- 他方である、前記最前方から前記チャネルの前記出口に向かって延びる気体と
の間において行われることを特徴とする、前記方法である。
【0008】
前記チャネルの入口を通る前記最前方の通過中に、前記溶液が、前記チャネルの内壁において10,000s-1を超える剪断速度を有する。
【0009】
前記チャネルの前記入口から前記出口に向かっての前記最前方の前方移動の間において、前記溶液が、好ましくは前記最前方がチャネルの出口に達するまでに、前記溶液と前記気体との間を前記最前方に移動するにつれて時間と共に減少する前記チャネルの内壁での剪断速度を有することが好ましい。
【0010】
前記チャネルの前記出口を前記最前方が通過する間において、前記チャネルの内壁での前記溶液の剪断速度が1000s-1未満であることが好ましい。
【0011】
前記チャネルの前記入口と前記出口との間の圧力差が、好ましくは少なくとも前記最前方が前記チャネルの前記出口に達するかおよび/または測定に至るまで、前記チャネル内の溶液の前方移動中において一定であることが好ましい。
【0012】
前記チャネルが、その入口からその出口まで一定の断面積を有する。
【0013】
前記チャネルの入口と出口との間の圧力差が、前記チャネルの出口を有する側を吸引することによって作り出されることが好ましい。
【0014】
前記最前方が、好ましくは前記最前方が前記チャネルの出口に達するまで、前記チャネル内の前記溶液の前方移動中において時間とともに減少するチャネル内の前方移動速度を有することが好ましい。
【0015】
前記気体が空気であることが好ましい。
【0016】
前記電気信号の測定が、
- 前記チャネルの入口から出口への溶液の進行が定常状態にあるときに、および/または
- 前記チャネルが、そのチャネルの入口から出口まで溶液で満たされるときに、
実行されることが好ましい。
【0017】
前記電極が前記チャネルのその入口から始まり、その電極が前記チャネルの後半部に位置することが好ましい。チャネルは、いくつかのループを有する蛇行形状であることが好ましい。測定ゾーンの電極は、(チャネルの入口に対して)チャネルの最後のループに位置するのが好ましい。
【0018】
前記電気信号の測定に基づいて、本発明による方法が、血小板の識別の識別および/または凝固に関するデータ項目の計算も含むことができる。
【0019】
前記測定手段が、前記電極間に一定の電流を印加し、更に電流が印加されている間に前記電極間の電圧を測定することが好ましく、この電流は測定中一定であることが好ましい。
【0020】
本発明による方法は、測定された電圧の経時的な積分を含むことができる。
【0021】
本発明による方法は、
- 好ましくはフォトダイオードによって、前記電極と前記チャネルの出口との間の前記最前方の通過を検出する工程;および/または
- 好ましくはフォトダイオードによって、前記チャネル内の前記溶液の速度を測定し、そして、技術的処理手段を用いて、測定された速度の関数として前記溶液の粘度を計算する工程;を含むことができる。
【0022】
好ましくは36℃~38℃の間に含まれる温度で、前記チャネルの温度安定化を含むことができる。
【0023】
本発明による方法は、前記溶液がヒトまたは動物由来の血液サンプルであることが好ましい。
【0024】
本発明による方法は、採取した血液サンプルに血小板および/または凝固活性化剤を添加することを含まないことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0025】
本発明の他の利点および特徴は、決して制限的ではない一実施形態の詳細な記載を読むことによって、そして添付の図面から明らかになるであろう。
-
図1は、本発明による方法の一実施形態を実施するために使用される装置1の線図であり、前記装置1はカートリッジ5および測定手段10を含む。
-
図2は、装置1のカートリッジ5の斜視図であり、このカートリッジ5は、溶液を満たすために設けられたチャネル2を含む。
-
図3は、チャネル2の入口3と溶液/気体の最前方との間の距離の関数として、チャネル2の内壁上の溶液の剪断速度の変化を示す。
-
図4は、チャネル2の入口3と溶液/気体の最前方との間の距離の関数として、溶液/気体の最前方との速度の変化を示す。
-
図5は、測定手段10の電子基板を示す図である。
-
図6は、異なる集団(健常者、血小板凝集抑制単剤療法で治療された患者、および血小板凝集抑制二剤療法で治療された患者)についての血小板識別(電圧信号の積分)に関するデータ項目の異なる平均値を示す。
【発明を実施するための形態】
【0026】
これらの実施形態は決して限定的なものではないので、本発明の変形例は、以下に記載または図示された特徴の選択のみを含み、(この選択が、他の特徴を含む文章中において切り離されていても)他の記載または図示された特徴から切り離されていると特に考えることができる。但し、この特徴の選択は、技術的利点を与えるのに十分であるか、または従来技術に対して本発明を区別するのに十分である場合に限る。この選択は、少なくとも1つ、機能的、構造的な詳細がない特徴、および/または構造的詳細の一部のみ(但し、この部分のみが、技術的な利点を与えるのに十分であるか、または先行技術に対して本発明を区別するのに十分である場合に限る)を含む。
【0027】
最初に、本発明による方法の好ましい実施形態を
図1~
図6を参照して説明する。
【0028】
本発明による方法の実施形態を実施するために使用される装置1の種類は、国際公開第2009/053841号に記載されているような一般的な種類の装置に相当する。
【0029】
本発明による方法のこの実施形態は、使用される装置1のチャネル2において、1次真空(通常、大気圧または使用される装置を囲む圧力に対して約5kPa)を生成することを含む。
【0030】
血液サンプルを特徴付けるための本発明による方法のこの実施形態は、(依然として、一次真空にさらされている)チャネル2に、血小板(通常、30μl~200μlの溶液)および凝固因子を含む溶液を導入することを含む。
【0031】
チャネル2は、(通常、直径1mmの孔からなる)入口3と出口4とを含み、溶液はチャネル2の入口3を通って導入される。
【0032】
チャネルの出口4は、血液溶液が健康上および安全上の理由からカートリッジ5から逃げないようにするための、血液溶液を貯蔵するのに役立つリザーバ22に通じている。
【0033】
チャネル2は、より正確には、毛細管である。
【0034】
溶液は、血小板を含む希釈されていない全血溶液である。
【0035】
溶液は、ヒトまたは動物から採取された血液サンプルであり、本発明による方法は、血小板活性化剤(例えば、アデノシン二リン酸(ADP)、アラキドン酸、コラーゲン、セロトニン、トロンビン)および/または凝固活性化剤(例えば、組織因子、第XII因子、トロンビン)を、採取した血液サンプルに添加することは含まない。
【0036】
チャネル2は、カートリッジ5(単一ブロックであってもよく、または、いくつかのプレートを重ね合わせたものでもよい)において、好ましくは、プラスチック材料(通常、エチレンテレフタレート、および/またはポリカーボネート)において作られている。
例えば、カートリッジ5は以下の組立体である:
- 下記の上部プレートの一方の面に機械加工されているチャネル2内の溶液の循環およびリザーバ22を監視するための、透明ポリカーボネート製の上部プレート、および
- 黒色のXANTAR LDS 3730 PC(後述する電極の電解析出を可能にするための、レーザにより活性化することができる銅粒子を含有するポリカーボネート)製の下部プレート。
これら2つのプレートは、チャネル2の気密性を維持し5~10kPaの圧力に耐えるために、(例えば、ガスケットによって、および/または接着剤結合によって、および/またはレーザ溶接によって)一緒に密封されている。
【0037】
チャネル2の(その入口3とその出口4との間の)長さは、260mmである。
【0038】
チャネル2は、いくつかのループ6(通常、3~19のループ)を有する蛇行形状であることが好ましい。
【0039】
チャネル2は、その入口3からその出口4まで一定の内部断面積を有する。
【0040】
チャネル2は、その入口3からその出口4まで一定の断面積(通常、正方形、長方形、または円形、または楕円形)を有する。その断面は、直径および/または幅および/または高さが通常50μmより大きくおよび/または900μmより小さい。
【0041】
この特別な実施例では、チャネル2は、高さ320μm、幅350μmの長方形の断面を有する。
【0042】
本発明による方法のこの実施形態は、また、チャネル2の入口3から出口4に向かって前方に溶液を移動させるために、チャネル2の入口3と出口4との間に圧力差を生じさせることを含む。
【0043】
チャネル2の入口3と出口4との間の圧力差は、チャネル2の出口4を有する側を吸引することによって生じる。
【0044】
この圧力差を生じさせるために使用される手段7は、出口4の下流でのΔP低下(入口3の上流での圧力は大気圧である)を調整することによって、チャネル2内の溶液/気体の最前方(front)の速度の変化を確実にする。手段7は、例えば、真空ポンプ(KNF NMP05M 6VDC参照)および2つのソレノイドバルブ(LFVA 50210H THE LEE CO、ESSEX)を含む。システムによって提供することのできる限界圧力は、約70kPaの絶対圧力(大気圧に対して-30kPa)である。測定日の大気圧に対して5kPaの差圧を有するようにするために、設定された設定圧力閾値を中心にして吸引圧力を0.5kPaの精度に調整する。
【0045】
リザーバ22は、一方の側で出口4に接続され、他方の側で、手段7と連通する通路44(通常、ホール(hole)またはチャネルである)に接続されている。
【0046】
装置1は、場合により、「測定」検出手段を検出するための手段を含む。これらの検出手段は、例えばフォトダイオードを含み、そして、以下の場所において配置されているか、または以下の場所に向かって配置されている:
- チャネル2の出口4、または
- 通路44よりも出口4に近いリザーバ22。
【0047】
これらの「測定」検出手段は、
- リザーバ22における血液溶液での所定の充填レベルを検出するためか、および/またはチャネル2の出口4を通る血液溶液の到着を検出するために配置されており、そして、
- 電気信号を測定するための手段10に接続されている(ここで、この手段は、リザーバ22における血液溶液での所定の充填レベル((例えば、1/5の充填)を検出時において、および/または出口4を通る血液溶液の到着した時において、引き起こされる)。
【0048】
したがって、本発明による方法では、電気信号の(測定手段10による)測定は、リザーバ22における血液溶液でのこの所定の充填レベルの検出後(好ましくは、その直後)および/またはチャネル2の出口4を通る血液溶液の到着後(好ましくは、その直後)に引き起こされる。
【0049】
装置1は、場合により、「停止」検出手段を含む。これらの検出手段は、例えばフォトダイオードを含み、そして、以下の場所において配置されているか、または以下の場所に向かって配置されている:
- 通路44、または
- 出口4よりも通路44に近いリザーバ22。
【0050】
これらの「停止」検出手段は、
- リザーバ22における血液溶液での所定の充填レベルを検出するか、および/または通路44を通る血液溶液の到着を検出するために配置されており、そして、リザーバ22における血液溶液でのこの所定の充填レベル((例えば、4/5の充填)を検出時において、および/または出口4を通る血液溶液の到着した時において、溶液/気体の最前方の前方移動を停止するために配置されている手段(ボード13)に接続されている。
【0051】
したがって、本発明による方法では、チャネル2内の溶液/気体の最前方の前方への移動は、リザーバ22における血液溶液でのこの所定の最大充填レベルの検出後(好ましくはその直後)および/またはチャネル2の出口4を通る血液溶液の到着後(好ましくはその直後)に停止される。
【0052】
チャネル2の入口3から出口4に向かう溶液の前方移動は、一方の、溶液の最前方からチャネル2の入口3に向かって延びる溶液と、他方の、溶液の最前方からチャネル2の出口4に向かって延びる気体との間における最前方の前方移動を含む。
【0053】
本明細書では、この最前方を「最前方」または「溶液/気体の最前方」と呼ぶ。
【0054】
したがって、最前方は2つの異なる液体間での最前方ではないので、再現性の問題を引き起こし得る或る液体の別の液体へのランダムな拡散の危険性はない。
【0055】
気体は空気である。他の変形例では、気体は、任意の気体、好ましくは、
- ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびラドン、またはそれらの混合物のうちの中性気体、および/または
- 酸素O2、および/または
- 窒素N2、および/または
- 水素H2、および/または
- 二酸化炭素
とすることができる。
【0056】
最前方がチャネル2の入口3を通過する間に、溶液はチャネル2の内壁で10,000s -1を超える剪断速度を有する。
【0057】
本明細書では、流路2の内壁における全ての剪断速度γ
wは以下の式で計算されると仮定される:
【数1】
この式は、ヘッドロス係数を有するポアズイユ型近似であり、
- ΔPは、チャネル2の入口3における圧力P
eと出口4における圧力P
sとの間の圧力差P
e-P
sである。この差(または、少なくとも、手段7によって課されるこの差の設定ポイント)は、(心血管系の血液循環状態を可能な限り近似に模倣するために)一定であり、通常、5~10kPaである。
【0058】
Sは、チャネル2の内部断面の面積であり、この断面はポアズイユ型モデルにおいて円形であるか、または、一次近似として正方形か長方形であるか(好ましくは、長方形の長辺が長方形の短辺の2倍未満である)、または他の形である。
μは、溶液の動粘度(Pa.s)、理論値またはCouette粘度計での測定値である。
Lは、その入口3と以下の場所と間のチャンネル2の長さである:
- 溶液がまだ出口4に到達していない場合には、溶液/気体の最前方、または
- 溶液が出口4に到達した場合には、出口4。
図3は、チャネル2の入口3と溶液/気体の最前方との間の距離の関数として、チャネル2の内壁における溶液の剪断速度の変化を示す。
【0059】
図3に示すように、チャネル2の入口3から出口4に向かって前方に溶液を移動させる間において、溶液は、より正確には入口3から出口4への最前方の前方移動における(すなわち、定常状態に先行する移行状態における)チャネルの内壁での時間と共に減少する剪断速度を有する。
【0060】
チャネル2の出口4を通過する最前方の通路において、溶液は、流路の内壁で1,000s-1未満の剪断速度を有する。
【0061】
一次近似として、(チャネル2における最前方の所与の位置に関する)所定の時点で、チャネル2の内壁における溶液の剪断速度は、チャネル2の入口3から最前方まで、またはチャネル2が溶液で完全に満たされている場合には出口4まで一定である。
【0062】
したがって、本発明は、高剪断速度(10,000s-1を超える、中程度の狭窄)、および低剪断速度(1,000s-1未満、「正常な」生理学的の値)へのアクセスを提供する。血小板は剪断速度の加速によって活性化されるが、減速ゾーンにおいて付着し、そして剪断が再び生理学的になったところで安定な凝集体を形成する。したがって、本発明は、(減少する剪断勾配が、血栓を形成するために付着する血小板の主な活性化因子である)病理学的条件から、血小板凝集体を安定化するための生理学的条件までの範囲の条件を模倣することを可能にする。本発明は、活性化剤を添加することなく一時的に減少する剪断勾配で血小板を刺激することを可能にし、そして、血小板凝集体で覆われた電極の1つ(または各)ペア18,19における電気信号の測定は、最大限の再現性を得るために生理学的剪断で行われる。
【0063】
図4は、チャネル2の入口3と溶液/気体の最前方との間の距離の関数としての、溶液/気体の最前方の速度の変化を示す。
【0064】
図4に示すように、最前方は、チャネル2内において前方への移動速度を有し、この移動速度は、チャネル2内における溶液の前方への移動の間に、好ましくは、溶液がチャネル2の出口4に達するまで、より正確には、入口3から出口4への前方の前方移動の間において(すなわち、移行状態の間において)、時間とともに減少する。従って、本発明は、流速の変化へのアクセスを与える。これらの条件は、大動脈から毛細血管までの、動脈循環における血液の流速の低下を反映している。
【0065】
本発明による方法のこの実施形態は、電極8,9、好ましくは少なくとも1ペアの電極18または19、あるいは電極18、19の種々のペアを備えたチャネルの測定ゾーンに溶液を通過させることを含む。
【0066】
電極の各ペア18または19は、チャネル2のループ6のうちの1つに配置されていることが好ましい。
【0067】
電極8、9は、血液、希釈すすぎ酸、生理的すすぎ血清などの多数の通過にもかかわらず、良好な酸化抵抗を有する。
【0068】
(チャネル2の内側に位置する)電極8,9、それらのそれぞれの電子追跡(electronic tracks)88,99、およびそれらのそれぞれのコネクタ28,29は、例えば、白金および/または金、好ましくは、後述する電圧測定中に溶液と接触している白金および/または金の上層を含む。
【0069】
各電極8,9、各追跡88,99、および各コネクタ28,29は、例えば、電極の場合には350μm、追跡の場合には300μm、コネクタの場合には800μmの幅を有する、3つの層の連続堆積
- 厚さ5μm~8μmの銅、続いて
- (場合により)パラジウムで可能なドーピング可能、続いて
- 2μm~5μmの厚さのニッケル、続いて
- 厚さ0.05~0.1μmの金
によって製造される。
【0070】
電極8,9、電子追跡88,99、およびコネクタ28,29の電解堆積は、例えば、LPKF MicroLine 3D Officeソフトウェアによって駆動されるLPKF MicroLine 3D 160iレーザを使用して、例えばレーザ直接構造化技術(またはLDS-LPKF)によって実行される。次いで、金属化(銅、パラジウム、ニッケル、金)が連続的な化学堆積によって行われる。
【0071】
2つの電極、8または9のいずれかの同じペア、18または19のいずれかは、好ましくは100μm~4mm、好ましくは300μm~1.5mm、好ましくは約1mmの間隔で離れて配置されることが好ましい。
【0072】
本発明による方法のこの実施形態は、また、前記電極8,9および測定手段10によって、前記電極8,9がチャネル2内の溶液で覆われている間における電気信号を測定することを含む。
【0073】
チャネル2の入口3と出口4との間の圧力差(または、少なくとも手段7によって課されるこの圧力差の設定ポイント)は、好ましくは少なくとも最前方がチャネル2の出口4に到達するかおよび/または18または19の各ペアの電極による電気信号の測定の終わりまで到達するまで、チャネル2内の溶液の前方への移動中は一定である。
【0074】
電気信号の測定は、次の場合に行われる:
- チャネル2の入口3から出口4に向かう溶液の前方移動は定常状態にある(チャネル2の内壁における溶液の平均速度および溶液の剪断力は時間の関数として一定である)。この定常状態は、上記の移行状態に続く)。
- チャネル2は、チャネル2の入口3から出口4までの溶液で完全に満たされている。
【0075】
実際、この定常状態は、チャネル2が入口3から出口4への溶液で完全に満たされると始まる。
【0076】
この定常状態では、溶液の速度は、チャネル2の横断面の中心ではより速く、チャネル2の内壁ではより遅い速度プロファイルに従って空間的に変化する。しかし、この速度プロファイルは、入口3と出口4との間のいずれの点の場合でも経時的に安定している。
【0077】
チャネル2の断面におけるレイノルズ数(Re)の値は、式Re=D.v.ρ/μを用いて計算することができる。ここで、
Dは、この断面の直径であり、
【数2】
によって、または水力直径Dh(Dh=4*S/周囲=4*幅*高さ/(2*(幅+高さ))によって、前式において置き換えることができる。
「周囲」、「幅」、「高さ」は、それぞれ、チャネルのこの内部断面の周囲の長さ、幅および高さである。Sは、ポアズイユ型モデルでは円形であるか、または一次近似として正方形または長方形(好ましくは、長方形の長辺が長方形の短辺の2倍未満である)または他の形状であろうとなかろうと、チャネル2のこの内部断面である。
vは、この区間を流れる流体の平均速度である。
ρは、この部分を流れる流体の密度である。
μは、この部分を流れる流体の動粘度(理論値またはCouette粘度計で測定)である。
【0078】
5kPaの圧力差の場合、Re値(通常、0.0038Pa・sでここで測定される粘度に関して22℃で2~250の間に含まれる)は、主幹部から小径の動脈までの動脈系のそれを模倣している。
【0079】
第2のペア18の電極8は、チャネル2の出口4にチャネル2の入口3から開始されており、第2のペア18の電極8は、チャンネル2の残り半分(好ましくは、最後の3分の1)に配置されている。言い換えれば、電極8は、チャネル2の長さの中央とチャネル2の出口4との間(好ましくは、チャネル2の長さの3分の2とチャネル2の出口4との間)に位置する。
【0080】
本発明による方法のこの実施形態は、また、電気信号の測定に基づいて、血小板識別および/または技術的計算手段11による凝固に関するデータ項目の計算も含む。
このデータ項目は、定量化されたデータ項目、たとえば1から10までのスケールの実数である。
【0081】
計算手段11は、技術的手段のみ、通常、電子的手段(アナログおよび/またはデジタル)、コンピュータ中央処理ユニット、プロセッサおよび/またはソフトウェア手段を含む。
【0082】
測定手段10は、各ペア18,19の電極8,9間の定電流、および各ペア18,19の電極8,9間の測定電圧を(電流源12によって)印加する。
【0083】
電流は、時間の関数として一定の形、通常、2μA~10μA、好ましくは約5μAの定数を有する。電流は、電圧の測定中において一定に保たれ、通常、30秒未満、好ましくは10秒未満、通常5秒間続く。
【0084】
電極の各ペア18,19に関する結果として生じる信号は、時間の関数として測定された電圧の非線形変動である。
【0085】
電極の各ペア18,19の場合の電圧測定は、強度が一定のときに電圧を測定するために、電極のこの同じペア18,19に印加される電流と同期される。
【0086】
図5に示される測定手段10の一部の電子ダイアグラムは、電流源Iを示し、その振幅および形は入口電圧Veの形に依存する。各ペア19,18は演算増幅器と関連しており、その出口電圧V
S1またはV
S2の各々は、それぞれ、電極9または8のペアの端子における電位差に等しい。このボード10の各出口V
S1またはV
S2は、取得ボード13に連結されている。
【0087】
取得ボード13は、例えば、ナショナルインスツルメンツボード(「USB用の高速Mシリーズ多機能DAQ-16ビット、最大1.25MS/s、統合BNC接続」参照)であり、これは、16ビットアナログ-デジタルコンバータ(ADC)8チャンネルマルチプレクサ(最大サンプリング周波数1.25 MHz)、および2つの16ビットデジタル-アナログコンバータDAC(2チャンネルの場合は2 MHz)で構成されるよりコンパクトな変形形態では、ボード13はマイクロコントローラに置き換えられる。
【0088】
ボード10、発生器12、およびボード13は、計算手段11(コンピュータ)を使用して、例えばMatlabまたはオープンソースScilabソフトウェアを介してプログラムされる。
【0089】
本発明による方法のこの実施形態は、電極の各ペア18,19について測定された電圧の時間内(通常、数秒にわたって、通常2~20秒にわたって、好ましくはt=3秒~t-5秒の間、ここで、t=0秒は定電流の印加の開始に相当する)の積分を含む。
【0090】
この積分は、測定手段10によって直接実行することも、計算手段11によって後処理することもできる。
【0091】
この積分の値は、全血における血小板識別に関するデータ項目に正比例し、これはデータ項目であり、その値は、正常に機能している(すなわち、剪断応力に対して非常に反応性の)血小板と、正常に機能していない(すなわち、剪断応力に対してより弱い反応性の)血小板とを区別することを可能にし、そして、例えば、以下を区別することができる:
- 血小板凝集阻害剤で治療された患者および健常者、および/または、
- 凝集抑制単剤療法で治療されている患者、および凝集抑制二剤療法で治療されている患者、および/または、
- 凝集抑制二剤療法で治療された患者、および凝集抑制三剤療法で治療された患者、および/または、
- 凝集抑制単剤療法を受けている患者、および凝集抑制単剤療法および直接経口抗凝固薬で治療を受けている患者。
【0092】
これは、単剤療法で治療された患者がPrasugrel (Effient)またはClopidogrel (Plavix)で治療され、そしてbitherapiesで治療された患者がaspirinおよびPrasugrel (Effient)またはaspirinおよびClopidogrel (Plavix)で治療された例として、
図6に示される。
【0093】
この例では、この積分の値の変動は、測定アーチファクトまたは測定ノイズではないが、実際には電極表面での血小板凝集の変動に相当することが確認された。これに関しては、電極8上の血小板の凝集を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて画像化した。
電極8のペアの電圧を測定した後に、血漿タンパク質および非付着性血球が、Tyrode-Hepes-BSA溶液(135mM NaCl、4mM KCl、2mM MgCl2、0.9mM NaH 2 PO4、2.5mMグルコース、2.5mMピルビン酸塩、10mM Hepes pH7.35、および0.35%ウシ血清アルブミン(BSA))で1分間、チャンネル2を洗浄することによって除去される。 カートリッジの2つのプレートを分離し、そして電極を有する黒色のXantar 3730 LDS PC製の下側プレートを直ちに固定剤(0.1Mリン酸緩衝液および2%グルタルアルデヒド)に浸す。それを周囲温度に2時間保ち、次いで0.2Mリン酸緩衝液で1回洗浄する。固定した後、この下部プレートを最大24時間リン酸緩衝液中に保つ。この下部プレート上の生物学的材料は、エタノールまたはアセトンの濃度が増加する浴を連続的に通過させることによって脱水される。この下部プレート上の生物学的材料は、ヘキサメチルジシラザンでの乾燥によって乾燥される。この下部プレート上の生物学的材料は、陰極スパッタリング(Scancoat Six、Edwards)によって金の微細層(20~40nm)で覆われている。金属化の目的は、サンプルを電子伝導性にすることであり、したがって観察中にその表面に寄生電荷(parasitic charges)が蓄積するのを回避することである。観察のために、金属化プレートの一部をSEM(タングステンフィラメントを有する走査電子顕微鏡、ステレオスキャン260、ケンブリッジおよびデジタル取得システム)の二次真空下で囲いに導入する。
【0094】
走査電子顕微鏡による画像化は、血小板凝集体が全ての電極の表面でフィブリンの薄いフィルム上にあることを観察することを可能にした。
【0095】
測定のために、マイクロ流体カートリッジ5を、以下に接続する(コネクタ28,29をそれぞれ有する側で、電極8,9それぞれの電子追跡88,99それぞれに接続される):
- 電流源12、
- 電圧測定手段10、および
- 計算手段11。
【0096】
チャネル2の入口3と出口4との間に圧力差を生じさせるための手段7は、また、測定手段10および計算手段11に接続されている。
【0097】
取得ボード13は、測定手段10と計算手段11とに接続されている。
【0098】
フィブリンの形態学的状態は、トロンビンの量および剪断速度(すなわち、高速でのフィブリンの薄膜および低速での絡み合った繊維網状構造)に依存する。
【0099】
したがって、本発明は、電圧測定に基づいて計算されたデータ項目に、血小板凝集および凝固を統合することを可能にする。
【0100】
したがって、本発明は、また、血栓塞栓症の危険性を予防するために、経口抗凝固剤で治療された心房細動を患っている患者をモニターするのに有用であることが証明されている。
【0101】
走査型電子顕微鏡による画像化は、電極8,9とチャネル2の「むき出しの(bare)」壁との間の表面状態の差を示すことを可能にした。
【0102】
本明細書において、表面粗さとは、粗さ測定の技術分野において一般にRa、RzおよびRtと表されるパラメータ(その数値は、Mahr Perthen PGK粗さ測定ユニットを用いた、計算ユニットS4Pによる測定に相当する。測定は、MFWプローブヘッド、250プローブアーム、および0.56mmのプローブ長さを用いて23℃で行われた。)を意味する。ここで、Raは、平均表面高さ線での変動(表面の高さのピークと谷)の算術平均であり、Rzは、ピークの線と表面の高さからの谷の線までの線との距離として定義される最大高さであり、そして、Rtは、最大ピークと表面の高さから最大谷との合計に相当する合計高さである。
【0103】
本明細書における表面エネルギーおよび/または疎水性および/または濡れ性(GBX Digidrop Goniometerを介して23℃で測定)に関して、少なくとも2種類の液体で繰り返す(気体環境中の固体表面上の液滴の)接触角測定によって、下記のOwens-Wendt関係の一般の形を有する方程式系を得ることを可能にする:
【数3】
【0104】
ここで、
は、固液接触角であり、
は、それぞれ、考慮される液体の全エネルギー、分散および極性成分であり、
は、それぞれ、固体表面の表面エネルギーの分散および極性成分である。
【0105】
直線y=ax+b(Yは前の式の左辺に等しく、xは
【数4】
に等しい)を(例えば、脱イオン水、ホルムアミドおよびエチレングリコールに相当する3点で)描くと、
および
、すなわち、直線(その主係数は表面エネルギーの極性成分の平方根であり、切片は表面エネルギーの分散成分の平方根である)が得られる。最後に、極性成分
と分散成分
とを一緒に加えることによって、全表面エネルギー
(通常、mJ/m
2)が得られる。
【0106】
各電極8,9は、チャネル2の「むき出しの」内壁(すなわち、これらの電極8,9の外側)の粗さRa、Rtおよび/またはRzのそれぞれよりも少なくとも10倍の粗さRa、Rtおよび/またはRzを有する。各電極8、9は、(人間の動脈壁のものに近い)1μmより大きいかおよび/または100μm未満の粗さRa、および/または5μmより大きいRt、および/または7μmより大きいRzを有する。
【0107】
そのような粗さの配置は、剪断力の局所的増加による血小板活性化の増幅に少なくとも部分的に関与しているように思われる。局所的には、剪断速度は、10μmの粗さRzと測定電極8に通常相当する滑らかなダクト内における剪断速度とに関する22℃の血液を用いた有限要素の計算によれば、3倍増加する。
【0108】
図1~6の実施形態では、金属化Xantar LDS PCで実施された粗さ測定は、1.91±0.36、8.55±1.56、および11.48±2.09μmに等しいRa、RzおよびRtの値をそれぞれ生じる(SD、n=12)。非金属化Xantar LDS PCの場合には、Ra、RzおよびRtは、それぞれ、0.125±0.021、0.695±0.007、および1.030±0.099μmである(n=2)。
【0109】
各電極8,9は、チャネル2の「むき出しの」内壁(すなわち、これらの電極8、9の外側)よりも疎水性である。各電極8,9は、チャネル2の「むき出しの」内壁の(すなわち、これらの電極8,9の外側の)全表面エネルギーγSの少なくとも2倍の全表面エネルギーγSを有する。各電極8,9は、65mJ/m2より大きい全表面エネルギーγSを有し、および/またはチャネル2の「むき出しの」内壁(すなわち、これらの電極8,9の外側)の全表面エネルギーγSは、40mJ/m2未満である。
【0110】
そのような配置は、凝固の増幅に少なくとも部分的に関与しているように思われる。
【0111】
図1~
図6の実施形態では、各電極8,9は、76.78mJ/m
2に等しい銅/ニッケル/金電極8,9ゾーン上での実験的測定による全表面エネルギーγ
Sを有する。
【0112】
図1~
図6の実施形態では、実験的測定によるチャネル2の「むき出しの」内壁の全表面エネルギーγ
Sは、透明PCでは25.75mJ/m
2に等しく、黒色PCでは32.99mJ/m
2に等しい。
【0113】
したがって、この実施形態では、
- マイクロチャネル2が製造される(機械加工または射出成形される)透明PCの表面は、非常に疎水性であり、そしてフィブリノーゲンのような血漿タンパク質を吸着しそして凝固接触経路を活性化するであろう。対照的に、極性成分を有する低い全表面エネルギー(全表面エネルギーの少なくとも25%)および低い粗さは、血小板付着に対してむしろ好ましくない。
- 金属化されていない黒色のPCは、カートリッジのチャンネル2の構成要素の中で最も粘着力が低い。それ故、血漿タンパク質の吸着、および電極なしのチャネル2の底部への血小板の接着は、その表面で最も低い。
- 金属化PCの表面は非常に粘着性がある。金属析出は、表面エネルギーを2倍以上増加させ、そして疎水性をかなり増加させる。したがって、血漿タンパク質の吸着および血小板の付着は、電極8,9の表面で最大となる。
【0114】
また、本発明による方法のこの実施態様は、(好ましくは、電極8とチャネル2の出口4との間において(フォトダイオードの正面の)チャネル2内の最前方の通路の、チャネル2の横方向に配置されたフォトダイオード(好ましくは、一ペアのフォトダイオード、図示せず)による)検出を含む。
【0115】
フォトダイオードによる最前方の通路の検出は、 電極8および/または電極9の間における電気信号を測定する前にチャネル2が完全に充填されそしてリザーバ22が部分的に充填(例えば、1/10)されるのを測定手段10が確実に待つために、測定手段10に送られる。
【0116】
また、本発明による方法のこの実施形態は、以下を含む:
- 好ましくは(好ましくは、カートリッジ1の上または下の)チャネル2の横方向に配置されたフォトダイオード(好ましくは、一ペアのフォトダイオード、図示せず)を用いて、電極8とチャネル2の出口4との間のフォトダイオードの正面内における(好ましくは、最前方の)チャネル2内の溶液の速度を測定すること、
- (例えば、計算手段11による)技術的処理手段によって、測定された速度の関数として溶液の粘度を計算すること。
【0117】
チャネル2が満ちたときにフォトダイオードで速度を測定することはかなり困難である。
【0118】
したがって、2つの点の間の最前方の平均速度が測定され、各点はフォトダイオードのうちの1つの位置に相当する。これらの点は、好ましくは、チャネル2の出口4の近く(これら2つの点の間の最前方の速度の変動が小さい)に位置している。2~10mmの間隔を置いて配置された2つのフォトダイオードを用いて、例えば一定の公知のΔPの下での速度が測定される。これにより、ポアズイユの式で溶液の平均粘度を求めることができる。
【0119】
血液粘度の評価は、抗血小板の二剤療法(bitherapies)/三剤療法(tritherapies)の有益性/リスクを評価するための追加の基準である。
【0120】
本発明による方法のこの実施形態は、好ましくは36℃~38℃、好ましくは36.5℃~37.5℃の温度での、チャネル2およびカートリッジ5の温度の安定化を含む。溶液の粘度は温度に依存するため、これにより測定の再現性が向上する。このために、チャネル2が形成されているカートリッジ5は、通常、冷却と加熱の両方のために機能するように構成された(カートリッジ1を支える支持体に組み込まれ、加熱抵抗および/またはペルチェモジュールを備えた)サーモスタットと接触する。
【0121】
もちろん、本発明は上記で説明した実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなくこれらの実施例に多数の修正を加えることができる。
【0122】
たとえば、組み合わせ可能な変形では、
- 上述のような電極8,9のペアの数はいくつでもよいが、電極の各ペアは好ましくはチャネル2のループ6のうちの1つに位置する(好ましくは、ループ当たり1つのペアの電極)、
および/または
- このプロセスは、
o装置1において、または
o電極9を含まない装置1において、すなわち、電極8の1つのペアだけを含む実施形態において、電極8のみを用いて実施される、および/または、
- 電極9が受動的である間において、電極8を用いて測定を実行することができる。一般に、入口3と測定電極8との間において、チャネル2内に1つ以上のパッチ(patch)または堆積物9(好ましくは、金または白金のもの)が存在し得る。各パッチまたは堆積物9は、チャネル2を満たす血液溶液と接触するように配置されている。好ましくは:
o各ペアの電極8および/または各パッチ(1つまたは複数)もしくは付着物9は、好ましくは、チャネル2のループ6のうちの1つに配置される(好ましくは、ループ当たり1つのペアの電極8またはパッチまたは堆積物9)、および/または、
o各電極8,9および/または各パッチもしくは堆積物9は、チャネル2の「むき出しの」内壁のRa、Rtおよび/またはRzのそれぞれの粗さよりも少なくとも10倍大きいRa、Rtおよび/またはRzの粗さを有する(すなわち、これらの電極8、9の外側、またはパッチもしくは堆積物9)。そのような粗さの配置は、剪断力の局所的増加による血小板活性化の増幅に少なくとも部分的に関与しているように思われる。
o各電極8,9および/または各パッチもしくは堆積物9は、(人間の動脈壁の粗さに近づける)1μmより大きいおよび/または100μm未満の粗さRa、および/または5μmより大きいRt、および/または、7μmより大きいRzを有する。そのような粗さの配置は、剪断力の局所的増加による血小板活性化の増幅に少なくとも部分的に関与しているように思われる。
o各電極8,9および/または各パッチもしくは堆積物9は、チャネル2の「むき出しの」内壁(すなわち、これらの電極もしくはパッチもしくは堆積物9の外側)よりも疎水性である。そのような配置は、凝固の増幅に少なくとも部分的に関与しているように思われる。
o各電極8,9および/または各パッチもしくは堆積物9は、チャネル2の「むき出しの」内壁(すなわち、これらの電極またはパッチまたは堆積物9の外側)の全表面エネルギーγSの少なくとも2倍の全表面エネルギーγSを有する。そのような配置は、凝固の増幅に少なくとも部分的に関与しているように思われる。
o各電極8,9および/または各パッチもしくは堆積物9は、65mJ/m2よりも大きい全表面エネルギーγSを有し、および/またはチャネル2の「むき出しの」内壁(すなわち、これらの電極またはパッチまたは堆積物9の外側)の全表面エネルギーγSは、40mJ/m2未満である。このような配置は、凝固の増幅に少なくとも部分的に関与しているように思われる。
【0123】
例えば、図を参照して、上述した実施形態の変形例は、1ペアの電極8と、電極8の上流側(すなわち、入口3と電極8との間)におけるチャネル内において、少なくとも5ペアのパッチまたは金の堆積物9(追跡99がない、1ペアの電極9に類似しているが「受動的」形態);および/または、
- 吸引圧力は、フィブリンおよび赤血球に富む血栓の形成を促進するために、測定当日の大気圧に対して上記の実施形態よりも低い差圧(通常、0.2kPa)を有するために固定された設定ポイントの圧力しきい値を中心に0.5kPa未満の精度に調整されており、電極でより低い剪断速度(通常、250~80s-1)を持つことを可能にする。したがって、抗血小板療法のモニタリングに限定されるものではありません。0.2kPaの圧力差ΔPについては、Reの値(通常、22℃で0.01から10の間に含まれる)は、細動脈の値に近づく;および/または、
- 一般に、圧力差ΔPは、0.1kPaより大きい(または、更に5kPaより大きい)、および/または15kPaより小さい(または、更に10kPaより小さい)。
【0124】
もちろん、本発明の様々な特徴、形態、変形、および実施形態は、それらに互換性がなくまたは相互に排他的ではないという条件で、様々な組み合わせにおいて相互に組み合わせることができる。 特に、上述した全ての変形および実施形態は、一緒に組み合わせることができる。