Dispositivos modulares para punto de cuidados y usos de los mismos.

Un cartucho para la detección automatizada de un analito en una muestra de fluido corporal que comprende:

una disposición de unidades de ensayo direccionables configurada para ejecutar una reacción química queproduce una señal detectable indicativa de la presencia o ausencia del analito; y

una disposición de unidades de reactivos direccionables, en donde una unidad de reactivos direccionableindividual de la disposición se direcciona para corresponder a una unidad de ensayo direccionable individualde la disposición de unidades de ensayo, en donde la unidad de reactivos individual se configura paracalibrarse en referencia a la unidad de ensayo individual correspondiente antes de ensamblar lasdisposiciones en el cartucho, y en donde la unidad de ensayo individual de la disposición de unidades deensayo direccionables y la unidad de reactivos individual de la disposición de unidades de reactivosdireccionables se configuran para ser móviles en comunicación continua de tal manera que los reactivos paraejecutar la reacción química se ponen en contacto con la porción de la muestra en la unidad de ensayo.

Dispositivos modulares para punto de cuidados y usos de los mismos Antecedentes de la invención El descubrimiento de un gran número de biomarcadores de enfermedades y el establecimiento de sistemas médicos miniaturizados han abierto nuevas vías para la predicción, el diagnóstico y el monitoreo del tratamiento de las enfermedades en un entorno de punto de cuidados. Los sistemas de punto de cuidados pueden entregar rápidamente los resultados de las pruebas al personal médico, a otros profesionales médicos y a los pacientes. El diagnóstico temprano de una enfermedad o de la progresión de una enfermedad puede permitir al personal médico comenzar o modificar la terapia de manera oportuna.

La medición multiplexada con biomarcadores puede proporcionar conocimiento adicional del estado de un paciente. Por ejemplo, cuando se monitorea los efectos de un medicamento, tres o más biomarcadores se pueden medir en paralelo. Por lo general, las placas de microtitulación y otros aparatos similares se han usado para realizar ensayos multiplexados basados en separación. Una placa de microtitulación (por ejemplo, una placa de microtitulación de 384 pocillos) puede realizar un gran número de ensayos en paralelo.

En un dispositivo de punto de cuidados (POC) , el número de ensayos que se pueden realizar en paralelo frecuentemente se limita por el tamaño del dispositivo y el volumen de la muestra a analizar. En muchos dispositivos de POC, el número de ensayos realizados es aproximadamente 2 a 10. Un dispositivo de POC capaz de realizar ensayos multiplexados en una muestra pequeña sería deseable.

Una deficiencia de muchos dispositivos de ensayos de POC multiplexados es el alto coste de fabricación de los componentes del dispositivo. Si el dispositivo es desechable, el alto costo de los componentes puede hacer poco práctica la fabricación de un dispositivo de POC. Además, para los dispositivos de POC multiplexados que incorporan todos los reactivos necesarios a bordo del dispositivo, si cualquiera de esos reactivos exhibe inestabilidad, un lote completo de fabricación de los dispositivos se puede tener que descartar, incluso si todos los demás reactivos fuesen aún usables.

Cuando un cliente está interesado en una personalización de un dispositivo de POC para un conjunto específico de analitos, los fabricantes de los sistemas de ensayo de POC multiplexados frecuentemente se enfrentan con la necesidad de mezclar e igualar los ensayos y los reactivos del dispositivo. Un ensayo de POC multiplexado adecuado para cada cliente puede ser muy caro, difícil de calibrar, y difícil de mantener el control de calidad.

Los métodos de POC han demostrado ser muy valiosos para monitorear una enfermedad y una terapia (por ejemplo, los sistemas de glucosa sanguínea en la terapia de la diabetes, la medición del tiempo de la protrombina en la terapia anticoagulante usando warfarina) . Al medir múltiples marcadores, se cree que las enfermedades complejas (tal como el cáncer) y las terapias tales como la terapia multimedicamento para el cáncer se pueden monitorear y controlar mejor.

El documento WO 2007/002579 describe dispositivos y métodos para instrumentos de punto de cuidados. Gibbons I y otros, Clin. Chem., 35/9, 1869-1873, septiembre de 1989 discute un sistema de inmunoensayos del lado del paciente con un cartucho de un solo uso para medir analitos en la sangre. El documento US 2007/224084 describe dispositivos médicos portátiles que permiten la detección en tiempo real de analitos a partir de un fluido biológico y los cuales son útiles para proporcionar pruebas de punto de cuidados para una variedad de aplicaciones médicas.

Resumen de la invención Por lo tanto, sigue existiendo una necesidad insatisfecha de diseños alternativos de dispositivos de POC. Un diseño deseable proporciona superficies de captura y elementos de incubación de ensayos modulares. Además, se necesita integrar las superficies de captura y los elementos de incubación de ensayos modulares en productos desechables de POC adecuados para los métodos de fabricación justo a tiempo (JIT) . Sería deseable proporcionar un dispositivo de POC adaptable a un coste práctico para el usuario y el fabricante. La presente invención aborda estas necesidades y también proporciona ventajas relacionadas.

En un aspecto, se describe un cartucho para la detección automatizada de un analito en una muestra de fluido corporal que comprende: una disposición de unidades de ensayo direccionables configurada para ejecutar una reacción química que produce una señal detectable indicativa de la presencia o ausencia del analito; y una disposición de unidades de reactivos direccionables, en donde una unidad de reactivos direccionable individual de la disposición se direcciona para corresponder a una unidad de ensayo direccionable individual de la disposición de unidades de ensayo, y en donde la unidad de reactivos individual se configura para calibrarse en referencia a la unidad de ensayo individual correspondiente antes de ensamblar las disposiciones en el cartucho y en donde la unidad de ensayo individual de la disposición de unidades de ensayo direccionables y la unidad de reactivos individual de la disposición de unidades de reactivos direccionables se configuran para ser móviles en comunicación continua de tal manera que los reactivos para ejecutar la reacción química se ponen en contacto con la porción de la muestra en la unidad de ensayo. El dispositivo puede comprender además una unidad de recolección de muestras configurada para recibir la muestra de fluido corporal.

En otro aspecto, se describe un cartucho para la detección automatizada de un analito en una muestra de fluido corporal que comprende: una unidad de recolección de muestras configurada para recibir la muestra de fluido corporal; una disposición de unidades de ensayo configurada para recibir una porción de la muestra a partir de la unidad de recolección de muestras y ejecutar una reacción química que produce una señal detectable indicativa de la presencia del analito en la muestra; y una disposición de unidades de reactivos que contienen los reactivos para ejecutar la reacción química; en donde una unidad de ensayo individual de la disposición de unidades de ensayo y una unidad de reactivos individual de la disposición de unidades de reactivos se configuran para ser móviles en comunicación continua de tal manera que los reactivos para ejecutar la reacción química se ponen en contacto con la muestra de fluido corporal en la unidad de ensayo.

Una unidad de reactivos individual se puede configurar para recibir una unidad de ensayo móvil. En algunas modalidades, la unidad de ensayo individual comprende una punta de ensayo. En algunas modalidades, la unidad de ensayo individual se configura para ejecutar un inmunoensayo.

La muestra de fluido corporal puede ser una muestra de sangre. En algunos casos, una unidad de recolección de muestras se configura para recibir un volumen de la muestra de fluido corporal de aproximadamente 50, 20, 10, 5 o 3 microlitros o menos. En un caso, la unidad de recolección de muestras se configura para recibir un volumen de la muestra de fluido corporal equivalente a una sola gota de sangre.

Un cartucho como se describe en la presente puede comprender una unidad de pretratamiento configurada para recuperar una porción de la muestra de fluido corporal para ejecutar la reacción química para detectar el analito y la unidad de pretratamiento se puede configurar para recuperar el plasma a partir de la muestra de sangre total recibida en la unidad de recolección de muestras.

En un aspecto, se describe en la presente un sistema para la detección automatizada de un analito en una muestra de fluido corporal que comprende: un cartucho como se describe en la presente; y un ensamble de detección para detectar la señal detectable indicativa de la presencia o ausencia del analito. El sistema puede comprender además un dispositivo mecánico programable configurado para mover la unidad de ensayo individual a partir de un primer lugar hacia un segundo lugar. En algunos casos, un sistema comprende un dispositivo de transferencia de fluidos. El dispositivo de transferencia de fluidos puede ser una pipeta y se puede automatizar. Un sistema puede comprender además un ensamble de comunicación para transmitir un protocolo basado en el analito a detectar. En algunos casos, en la presente un sistema comprende un bloque de calentamiento configurado para recibir una unidad de ensayo individual y puede comprender además un bloque magnético, por ejemplo, que se puede usar para la separación de los glóbulos rojos de la muestra.

En otro aspecto, se describe un sistema para la detección automatizada de una pluralidad de analitos en una muestra... [Seguir leyendo]

1. Un cartucho para la detección automatizada de un analito en una muestra de fluido corporal que comprende:

una disposición de unidades de ensayo direccionables configurada para ejecutar una reacción química que produce una señal detectable indicativa de la presencia o ausencia del analito; y una disposición de unidades de reactivos direccionables, en donde una unidad de reactivos direccionable individual de la disposición se direcciona para corresponder a una unidad de ensayo direccionable individual de la disposición de unidades de ensayo, en donde la unidad de reactivos individual se configura para calibrarse en referencia a la unidad de ensayo individual correspondiente antes de ensamblar las disposiciones en el cartucho, y en donde la unidad de ensayo individual de la disposición de unidades de ensayo direccionables y la unidad de reactivos individual de la disposición de unidades de reactivos direccionables se configuran para ser móviles en comunicación continua de tal manera que los reactivos para ejecutar la reacción química se ponen en contacto con la porción de la muestra en la unidad de ensayo.

2. El cartucho de la reivindicación 1 en donde:

(a) la unidad de reactivos individual se configura para recibir una unidad de ensayo móvil;

(b) la unidad de ensayo individual comprende una punta de ensayo;

(c) la unidad de ensayo individual se configura para ejecutar un inmunoensayo; o

(d) la muestra de fluido corporal es una muestra de sangre.

3. El cartucho de la reivindicación 1 que comprende además:

(a) una unidad de recolección de muestras configurada para:

(i) recibir la muestra de fluido corporal;

(ii) recibir un volumen de la muestra de fluido corporal de aproximadamente 50 microlitros o menos; o

(iii) recibir un volumen de la muestra de fluido corporal que es una única gota de sangre; o

(b) una unidad de pretratamiento configurada para recuperar una porción de la muestra de fluido corporal para ejecutar la reacción química para detectar el analito, y opcionalmente en donde la muestra de fluido corporal es una muestra de sangre total y la porción es plasma;

4. Un sistema para la detección automatizada de un analito en una muestra de fluido corporal que comprende:

a. un cartucho de la reivindicación 1; y

b. un ensamble de detección:

(i) para detectar la señal detectable indicativa de la presencia o ausencia del analito;

(ii) configurado para detectar las intensidades de la señal llevada dentro del intervalo detectable por dilución de la muestra de fluido corporal;

(iii) configurado para detectar las intensidades de la señal por encima de aproximadamente 1000 a aproximadamente 1 millón de conteos por segundo usando un fotomultiplicador.

5. El sistema de la reivindicación 4 que comprende además:

(a) un dispositivo mecánico programable configurado para mover la unidad de ensayo individual a partir de un primer lugar hacia un segundo lugar;

(b) un ensamble de comunicación para transmitir un protocolo basado en el analito a detectar;

(c) un bloque de calentamiento configurado para recibir la unidad de ensayo individual; o

(d) un bloque magnético.

6. El sistema de la reivindicación 4 que comprende además un dispositivo de transferencia de fluidos en donde el dispositivo de transferencia de fluidos:

(a) es una pipeta, y opcionalmente en donde la pipeta es una pipeta de desplazamiento de aire;

(b) se automatiza; o

(c) comprende una pluralidad de cabezales, en donde un cabezal individual de la pluralidad de cabezales se configura para acoplarse a la unidad de ensayo individual, y comprende un procesador programable configurado para dirigir la transferencia de fluido de la muestra de fluido corporal a partir de una unidad de recolección de muestras y el reactivo a partir de la unidad de reactivos individual hacia la unidad de ensayo individual; y opcionalmente

(i) en donde la configuración del procesador para dirigir la transferencia de fluidos realiza un grado de dilución de la muestra de fluido corporal en la disposición de unidades de ensayo para llevar a un intervalo detectable las señales indicativas de la pluralidad de analitos que se detectan, de tal manera que dicha pluralidad de analitos son detectables con dicho sistema; o

(ii) en donde el dispositivo de transferencia de fluidos comprende además un motor en comunicación con el procesador programable.

7. El sistema de la reivindicación 4, en donde:

(a) la muestra de fluido corporal comprende al menos dos analitos que están presentes en concentraciones que difieren en al menos 2 órdenes de magnitud;

(b) la muestra de fluido corporal comprende al menos dos analitos que están presentes en concentraciones que difieren en al menos 5 órdenes de magnitud;

(c) un grado de dilución de la muestra de fluido corporal lleva las señales indicativas de los al menos dos analitos dentro del intervalo detectable;

(d) la muestra de fluido corporal es menos de aproximadamente 50 ul;

(e) la muestra de fluido corporal es una única gota de sangre;

(f) un cabezal individual de un dispositivo de transferencia de fluidos se configura para adherirse a la unidad de ensayo individual;

(g) dicha unidad de ensayo individual proporciona un sitio de reacción de inmunoensayo; o

(h) dicha unidad de ensayo individual es una punta de pipeta.

8. Un método para detectar un analito en una muestra de fluido corporal recolectada a partir de un sujeto que comprende:

a. proporcionar una muestra de fluido corporal al cartucho de la reivindicación 1;

b. permitir que dicha muestra reaccione dentro de al menos una unidad de ensayo; y

c. detectar dicha señal detectable generada a partir de dicho analito recolectado en dicha muestra de fluido corporal.

9. El método de la reivindicación 8, en donde la muestra de fluido corporal es sangre y el método comprende además recuperar el plasma a partir de la sangre.

10. Un sistema para la detección automatizada de un analito en una porción de plasma de una muestra de sangre total, que comprende:

a. un cartucho de la reivindicación 1, donde dicho cartucho se configura además para recibir y procesar automáticamente la muestra de sangre total para producir la porción de plasma, a partir de la cual una señal detectable indicativa de la presencia o ausencia del analito de interés se genera a bordo del cartucho; y

b. un ensamble de detección para detectar la señal detectable indicativa de la presencia o ausencia del analito.

11. Un método para el ensamble a demanda de un cartucho de la reivindicación 1, en donde el cartucho comprende una carcasa, dicho método que comprende:

(i) colocar de acuerdo con el analito a detectar la disposición de unidades de ensayo direccionables, en donde la unidad de ensayo individual de la disposición se configura para ejecutar una reacción química que detecta un analito de interés ordenado por dicho usuario final, en la carcasa;

(ii) colocar de acuerdo con el analito a detectar la disposición de unidades de reactivos, en la carcasa; y

(iii) asegurar las disposiciones de (i) y (ii) dentro de la carcasa del cartucho.

12. El método de la reivindicación 11 que comprende además:

(a) seleccionar un analito a detectar;

(b) sellar el cartucho; o

(c) etiquetar el cartucho con una etiqueta legible que indica el analito a detectar, y opcionalmente en donde la etiqueta legible es un código de barras o una RFID.

13. Un método para la detección automatizada de una pluralidad de analitos en una muestra de fluido corporal recolectada a partir de un sujeto, que comprende:

a. proporcionar la muestra de fluido corporal al cartucho de la reivindicación 1;

b. acoplar la unidad de ensayo individual usando un dispositivo de transferencia de fluidos;

c. transferir la muestra de fluido corporal a partir de una unidad de recolección de muestras hacia la unidad de ensayo individual usando el dispositivo de transferencia de fluidos; y

d. transferir un reactivo a partir de la unidad de reactivos individual hacia la unidad de ensayo individual, haciendo reaccionar de ese modo el reactivo con la muestra de fluido corporal para producir la señal indicativa del analito individual de la pluralidad de analitos a detectar.

14. El método de la reivindicación 13, en donde:

(a) el dispositivo de transferencia de fluidos comprende una pluralidad de cabezales, en donde un cabezal individual de la pluralidad de cabezales se configura para acoplarse a la unidad de ensayo individual; y en donde dicho dispositivo de transferencia de fluidos comprende un procesador programable configurado para dirigir la transferencia de fluido de la muestra de fluido corporal a partir de la unidad de recolección de muestras y el reactivo a partir de la unidad de reactivos individual hacia la unidad de ensayo individual, que comprende opcionalmente además proporcionar instrucciones para el procesador programable, en donde opcionalmente las instrucciones dirigen la etapa de transferir la muestra de fluido corporal hacia la unidad de ensayo individual;

(b) la etapa de transferir la muestra de fluido corporal efectúa un grado de dilución de la muestra de fluido corporal en la unidad de ensayo individual para llevar dentro de un intervalo detectable la señal indicativa del analito individual de la pluralidad de analitos que se detecta;

(c) la muestra de fluido corporal comprende al menos dos analitos individuales que están presentes en concentraciones que difieren en al menos 2 órdenes de magnitud;

(d) la muestra de fluido corporal comprende al menos dos analitos individuales que están presentes en concentraciones que difieren en al menos 5 órdenes de magnitud;

(e) el grado de dilución de la muestra de fluido corporal lleva las señales indicativas de los al menos dos analitos individuales dentro de un intervalo detectable;

(f) el grado de dilución de la muestra de fluido corporal se detecta con un fotomultiplicador y los al menos dos analitos individuales están en un intervalo de aproximadamente 1000 a aproximadamente 1 millón de conteos por segundo;

(g) la muestra de fluido corporal es menos de aproximadamente 50 ul;

(h) la muestra de fluido corporal es una única gota de sangre; o

(i) el reactivo en la unidad de reactivos individual es un sustrato enzimático para un inmunoensayo, que comprende además opcionalmente repetir la etapa de transferir el reactivo a partir de la unidad de reactivos individual después de completar la reacción para producir la señal indicativa del analito individual de la pluralidad de analitos a detectar, creando de ese modo una segunda reacción para producir una segunda señal indicativa del analito individual, y opcionalmente en donde una intensidad de la señal y una segunda intensidad de la segunda señal indicativa del analito individual se promedian para calcular la intensidad final de la señal indicativa del analito individual.

15. Un método para medir un volumen de una muestra de un fluido biológico recolectada a partir de un sujeto, que comprende:

a. hacer reaccionar una cantidad conocida de un analito de control en dicha muestra con un reactivo para producir una señal detectable indicativa de la cantidad del analito de control, en donde dicha etapa de reacción se produce en un cartucho de la reivindicación 1; y

b. comparar dicha señal detectable con una señal detectable esperada, en donde la señal esperada es indicativa de un volumen esperado de la muestra, y en donde dicha comparación proporciona una medición de dicho volumen de dicha muestra que se mide;

opcionalmente que comprende además:

(a) verificar el volumen de dicha muestra cuando la medición del volumen de la muestra está dentro de aproximadamente 50% del volumen esperado de la muestra;

(b)

(i) hacer reaccionar dicha muestra que contiene un analito diana con un reactivo para producir una señal detectable indicativa del analito diana; y

(ii) medir la cantidad de analito diana en la muestra basado en dicha señal detectable indicativa del analito diana y la medición de dicho volumen de dicha muestra líquida; o (c)

(i) mezclar la muestra en presencia de las partículas magnetizables en una unidad de recolección de muestras, en donde las partículas magnetizables comprenden una superficie de captura de anticuerpos para aglutinar porciones que no pertenecen al plasma de la muestra; y

(ii) aplicar un campo magnético por encima de un área de recolección de plasma a la muestra mezclada para efectuar la suspensión de las porciones que no pertenecen al plasma de la muestra en la parte superior de la zona de recolección de plasma, en donde opcionalmente

(1) la muestra es una muestra de sangre;

(2) la unidad de recolección de muestras es un tubo capilar;

(2) la muestra es menos de aproximadamente 50 microlitros;

(3) el plasma recuperado es menos de aproximadamente 10 microlitros;

(4) la muestra no se diluye;

(5) la mezcla se produce en presencia de anticuerpos no unidos a una superficie sólida; 5 (6) la mezcla comprende mezclar por la acción de una jeringa; o

(7) el método se lleva a cabo en un sistema de la reivindicación 4 u 8; o (d) transmitir el resultado de la comparación hacia un usuario final, y en donde opcionalmente el resultado se transmite de manera inalámbrica; y en donde opcionalmente:

(a) el analito de control normalmente no está presente en dicha muestra en una cantidad detectable;

(b) una muestra líquida y la muestra de fluido corporal son la misma muestra;

(c) el analito de control no reacciona con un analito diana en la muestra de fluido corporal;

(d) una muestra líquida y la muestra de fluido corporal son muestras líquidas diferentes;

(e) el analito de control se selecciona a partir del grupo que consiste en: albúmina, fluoresceína, IgG, proteína C, albúmina marcada con fluoresceína, IgG marcada con fluoresceína, antifluoresceína, antidigoxigenina, albúmina marcada con digoxigenina, IgG marcada con digoxigenina, proteínas biotiniladas, e IgG no humana;

(f) la reacción es un inmunoensayo; 20 (g) la reacción es un ELISA; o (h) el método se lleva a cabo en un sistema de la reivindicación 4 u 8.

125 (8 POSICIONES)

(8 POSICIONES)

123 (8 POSICIONES) 121 (4 POSICIONES) 122 (8 POSICIONES) 120 (6 POSICIONES)

FIGURA 1

FIGURA 2

FIGURA 3A

FIGURA 3B

FIGURA 4A FIGURA 4B

FIGURA 5

Personal

Paciente médico Poner sangre

en el cartuchoVer resultados y análisis SolicitarInsertar enprotocolo

el lector

Cartucho Sistema

Lector

servidor

Enviar Resultados FIGURA 7

Paciente Personalmédico FIGURA 8 FIGURA 9B

FIGURA 9C

FIGURA 9A

FIGURA 9D

FIGURA 9E

FIGURA 11

VEGFR2, pg/ml FIGURA 12

Log (Señal en instrumento M5) FIGURA 13

Señal, conteos de fotones FIGURA 14

CRP, ng/ml en la punta FIGURA 15

CRP, ng/ml en la punta FIGURA 16

C/C0.5 dilución 1 FIGURA 17

C/C0.5 dilución 1 FIGURA 18

B/Bmax diluc 3 FIGURA 19

BSA marcada con fluoresceína FIGURA 20

FIGURA 21