用于培養樣品發育監測的裝置，方法和系統的制作方法
【專利說明】用于培養樣品發育監測的裝置，方法和系統
[0001]相關串請
[0002]本申請要求于2013年3月1日提交的，格尼亞有限公司的，題為“用于培養樣品發育監測的方法和系統”的澳大利亞臨時專利申請第2013900700號和于2013年10月11日提交的，格尼亞有限公司的，也題為“用于培養樣品發育監測的方法和系統”的澳大利亞臨時專利申請第2013903928號的優先權，而且其說明書通過引用整體并入本文并且用于所有目的。
發明領域
[0003]本發明涉及測試和評價生物樣品的領域。下文關于生物樣品的成像和評價描述本發明將是方便的，尤其是關于成像和評價位于培養空間中的接合子(zygote)、胚胎、卵母細胞和干細胞，然而應當理解本發明不只限于該用途。例如，本發明還用于在胚胎發育過程中為孵育提供最佳和安全的培養條件。
【背景技術】
[0004]在本說明書中使用的單數形式的詞“發明人”可以用于指本發明的一個(單數)發明人或多于一個的(多個)發明人。
[0005]應當理解的是，本說明書中的文件、設備、行為或知識的任何討論都被包括以解釋本發明的上下文。另外，整個說明書的討論都是由于發明人的實施和/或發明人對某些相關技術問題的識別而產生。此外，本說明書中的諸如文件，設備，行為或知識的材料的任何討論都被包括以依照發明人的知識和經驗來解釋本發明的上下文，因此，任何這種討論都不應該認為是承認任何這種材料形成在本文的公開內容和權利要求的優先權日當天或者之前的現有技術基礎或者澳大利亞或其他地方的相關領域中的公知常識的一部分。
[0006]輔助生殖技術(ART)作為輔助生殖的手段在發達國家變得越來越重要。背景是在1981年引入到美國之后，2010年美國進行了大約150，000個ART周期，導致47，090例嬰兒安全出生和產生61，564名嬰兒。雖然與潛在需求相比，ART的使用仍然比較少見，然而在過去的十年中使用大大增加，從而設想如今在美國每年出生的所有嬰兒中的1%利用體外受精(IVF)，而在其他國家是2-4%。在這方面，還引用了美國政府的疾病控制和預防中心的最近的網絡文章(http://www.cdc.gov/art)。
[0007]IVF涉及婦女的卵巢的激素刺激以便成熟多個卵子，將所述卵子移除，在實驗室中受精，培養2至6天，然后轉移回她的子宮妊娠。受精的第一天，已復制其染色體和發生細胞裂解兩次并在早期的第二天達到4-細胞期，以及在早期的第3天達到8-細胞期的卵子與復制其染色體并只發生細胞裂解一次以及在第2天達到2-細胞期和在第3天達到4-細胞期的卵子相比，更有可能產生后代。表現出廣泛接受的胚胎生存能力和帶來后續的成功妊娠結果(盡管有患者特殊因素)的胚胎發育模式是適當和及時的，即，細胞分裂以正常的方式并在合適的時間發生。
[0008]對于早期人類胚胎發育的基本途徑和事件了解很少，包括可能有助于預測發育的成功或失敗的因素。因此，為了增加通過IVF懷孕的幾率，往往將多個胚胎轉移到子宮，盡管可能導致證據充分的不良結果(例如，參見Pinborg 20051)。
[0009]作為對這個問題的響應，許多IVF方案延伸胚胎培養至第5或6天以轉移單個囊胚。這種做法對于36歲以下的女性而言，成功地減少了多胎妊娠的風險，同時產生每個轉移胚胎的更高的著床/妊娠率。但是許多患者的受精卵不在培養基中形成囊胚。此外，充分研究的小鼠胚胎模型表明，在4-細胞期和16-細胞期之間在體內發生的快速卵裂率在現有的培養條件下在體外不能重現。由于囊胚形成在受精后以限定間隔開始，獨立于細胞分裂的數量，在體內發育的小鼠胚胎與在培養基中發育的胚胎相比，在囊胚階段具有多于兩倍的細胞。如果這種情況與人類胚胎相同，那么延長培養可能導致囊胚具有較少的細胞可以用于形成胎兒-對于一些IVF嬰兒據報告具有低出生體重的可能解釋(Kiessling等人，1991)。
[0010]IVF程序所需的卵母細胞經陰道超聲引導針吸取出。可以取出1至超過40個卵母細胞，但是通常是10至20個。然后將卵母細胞放置在基于人輸卵管液的培養基中并且在37°C下培養。然后，通常將10萬至約20萬個精子加入到小滴介質中的卵母細胞中，或者使用胞質內注射(ICSI)將單個精子直接注射到卵母細胞。12至20個小時之后，可以通過指示受精已經發生的得自父親(來自精子)和得自母親(來自卵子)的原核的存在記錄受精。受精率可在0至100%之間變化，但平均約為6-70%受精是正常的。隨后選擇具有“最好的”形態學級別的胚胎用于轉移。
[0011]許多因素影響哺乳動物植入前胚胎在體外的發育。除了適當的溫度控制和培養基配方，人類胚胎普遍容易受到氧化應激的影響。因此，通常在低的氧濃度(約2-7%)下培養人類胚胎，但是一些中心仍然利用大氣氧濃度(約20% )。
[0012]由于IVF程序承擔著越來越多的臨床意義，所取出的卵子的形態學評估仍然是相當表面的(Rienzi等人，20112)。體外采集的卵母細胞的典型研究局限于利用立體顯微鏡對卵丘(cumulus)的存在和大致形貌的評估。隨后，在剝蝕(去除卵丘細胞)后也使用倒置顯微鏡進行快速評估，包括評估細胞質、卵周隙和透明帶。(Rienzi等人，2011)。該評價提供關于發育階段[中期1(M I )或者Μ II ]和質量(通過尋找細胞質、極體或透明帶中的退行性跡象)的非常表面的信息。隨后，對Μ II卵母細胞進行ICSI (細胞質內精子注射)，從該點開始，僅僅基于胚體的形態估計所獲得的胚胎的發育潛能，而不管其所衍生自的卵母細胞的質量(Rienzi等人，2011)。
[0013]—旦培養受精胚胎，形態學評估成為一個關鍵步驟。在預定的檢查點處，通常是體外培養的每天或者每隔一天，進行常規倒置顯微鏡調查并且對定量表征應用國際上公認的標準，盡管存在關于這些參數的預測值的一些擔憂。(Cummins等人，19863；Emiliani等人，20064)。
[0014]已經開發了許多不同的方法以識別那些具有高植入潛能的胚胎。選擇存活的胚胎的最廣泛支持的策略依靠胚胎轉移時的卵裂球的數目和胚胎的外觀等級(Beuchat等人，20085)，定義為根據為數不多的國際公認的胚胎分級標準中的其中一個給予胚胎的等級。但是，這些形態方面沒有充分地與胚胎生存能力相關以允許明確地識別能夠產生成功的妊娠的最優胚胎。已經提出了許多替代策略來提高胚胎生存能力估計的預測精度(prognostic accuracy)，包括選擇早期分裂的胚胎(Shoukir等人，19976)、培養到囊胚階段(Gardner等人，19987)、對原核(PN)階段接合子評分(Ebner等人，2003s)，分析胚胎的代謝圖譜并在細胞活檢后檢查其染色體組成。
[0015]盡管通過上述方法提供了改進，但它們本質上仍然是主觀測量，而且已經設計了若干算法驅動的自動評分系統以試圖進一步改善胚胎評分的預測精度。這些包括原核接合子評分系統(Beuchat等人，2008)。最近，已經將時間推移成像技術結合到一些評分算法中和結合表型測量，評分算法包括估計卵裂時機(ARAV 20089)、囊胚發育速度(Cruz等人，20111°)，表型測量諸如有絲分裂的時間、胞質分裂、透明帶厚度等(Wong等人，201011)。無論使用何種形態評分系統，時間推移成像技術都實現胚胎評分的預測精度的固有增加(Montag 等人，201112)。
[0016]公開的國際專利申請號W0 2012/047678 (Auxogyn公司)提供了用于自動成像和評價人類胚胎、卵母細胞或多能細胞的系統，其中描述了自動化培養皿檢測和孔占用測定。另外，描述了用于雙峰成像的多孔培養皿和照明組件。這些設備用于識別或者有助于識別可用于治療人類的不孕不育的體外的胚胎和卵母細胞。W0 2012/047678的裝置包括具有用于支持成像系統的一個或者多個架子的標準孵化器。該成像系統具有裝載平臺并且放置在孵化器內以成像在它們的裝載平臺上安裝的培養皿中培養的一個或者多個胚胎。換言之，若干整個成像系統與孵化器原位放置而用于與每個成像系統的安裝培養皿相關的一個或者若干胚胎。
[0017]—般而言，盡可能地減小生物樣品的患者混淆或者錯誤識別是重要的。在目前的系統中，包括具有時間推移設備的那些，經常需要在包含生物樣品的培養皿的蓋子上手寫標記或者該樣品可能未在培養皿和蓋子本身上進行相同標記。由于胚胎保留在培養皿中，應注意的是培養皿蓋子可與胚胎分離。進一步地，可以將培養皿移除并且放置在不同的位置，從而時間推移成像不再匹配實際的胚胎。
[0018]對于胚胎生存能力，目前的孵化器系統可以在‘設定后放置(set and forget) ’的基礎上運行。換言之，為整個儀器設定單個溫度。此外，在培養過程中可能不增強胚胎發育。
[0019]目前的系統還可能對生物樣品的培養環境提供不同程度的破壞。例如，不時間推移的‘臺式’孵化器可能需要定期從受控環境取出培養皿。關于W0 2012/047678 (Auxogyn公司)公開的特定時間推移系統，該系統只提供僅僅時間推移設備，其中多個設備放置在大的孵化器中，因此，未對任何患者的個體生物樣品控制孵化器環境。舉例來說，UnisenseFertiliTech A S的Embryoscope?孵化系統，統稱時間推移系統，可能需要將所有的培養皿放置在共享環境中，因此，如果移除一個患者的培養皿，則可能影響其他患者樣品。此外，這些系統涉及單個照相機和共享環境。結果可能是破壞患者樣品，因為借助只具有一個照相機的儀器，不斷地移動樣品從而使得樣品在它們的環境中被破壞。
【發明內容】
[0020]本文描述的實施方案的一個目標是克服或減輕相關技術系統的上述缺點中的至少一個，或至少提供現有技術系統的一種有用的替代。
[0021]在本文描述的實施方案的第一方面，提供了一種用于自動評估培養的樣品的裝置，其包括至少一個可獨立訪問的模塊，所述至少一個可獨立訪問的模塊適合于孵育多個樣品中的至少一個，其中，至少一個模塊與光源和可移動光學檢測構件操作性關聯，所述可移動光學檢測構件適合于圍繞穿過所述模塊的觀察軸移動從而掃描觀察區域。
[0022]所述可移動光學檢測構件的移動可以局限于以下的一種或者組合:垂直于所述觀察軸的χ-γ平面，以及；包括所述觀察軸的Z方向。優選地，可移動光學檢測構件可用的移動包括所述光學檢測構件能夠在與所述光學檢測構件的光學觀察方向垂直的X-Y平面內自由地平移(translate)并且在包括光學觀察方向的正交Z方向上具有進一步的移動自由度。在具體的實施方案中，可移動光學檢測構件的移動可以是實質上偏心的或軌道的。
[0023]優選地，可移動光學檢測構件適合于通過橢圓形旋轉的物鏡系統或者更通常而言的旋轉物鏡系統移動。所述至少一個模塊可以包括用于密封培養室的蓋子和閂鎖機構，所述培養室在所述模塊內并具有受控的環境。所述模塊可以包括用于控制至少所述培養室內的氣體組成和溫度的構件，所述培養室用于保持培養的樣品。優選地，所述至少一個模塊還包括平衡構件。所述光學檢測構件可以包括與橢圓形旋轉