JP2000083650A - 酵素反応試験用の自動試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酵素反応試験における、試薬の分注や反応時
間の管理、反応サンプルの抽出などの作業を自動的に行
って、反応条件や反応時間のばらつきを解消し、確度の
高い試験を行えるようにする。併せて、ヒト由来組織の
実験者への暴露を軽減する。 【解決手段】 分注用のプローブ１９をＸ・Ｙ・Ｚの各
軸方向へ移動できる自動分注装置１と、制御装置１３と
からなる。処理テーブル２上に、バイアルラック３・４
と、サーモミキサー５と、クーラーユニット６、および
試料容器７を配置する。供試薬物溶液、共通試薬、分解
酵素溶液などを、各機器のバイアル１０・１１・１２に
収容しておく。制御装置１３に入力された試験パラメー
タに基づいて、分注、移注の手順を決定し、この手順に
順って試薬などを分注し、反応サンプルを抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薬物代謝試験に代
表される酵素反応を自動的に行うための装置、詳しく
は、供試薬物を所定の試験条件下で分解酵素と反応さ
せ、所定時間が経過する毎に反応を停止させて、以後の
分析に供される代謝反応サンプルの一群を自動的に生成
するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の代謝試験は、新薬の開発過程で
頻繁に行われており、試験操作の殆どの部分は、手作業
によって行われている。個々のサンプルの試験手順は、
全て共通している。従って、作業者は試薬や分解酵素液
などの分注操作、および、反応済みサンプルの移注操作
などを繰り返し行うだけである。しかし、殆どの場合に
は、複数種の供試薬物毎に複数個ずつ、時間をずらしな
がら同時に試験するので、各サンプル毎に時間を管理し
ながら、分注などの作業を行わねばならない。

【０００３】本発明の試験装置においては、試薬や供試
薬物の分注操作などを、Ｘ・Ｙ・Ｚの各軸方向へ往復動
する腕を備えた自動分注装置で行うが、この装置自体は
市販されていて公知である（ギルソン社、リキッドハン
ドラー、型番２１５）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来は
多くの人手を掛けて酵素反応試験を行っている。そのた
め、１回の試験に多くの時間を要する。研究者あるいは
研究者と同等の技術を有する熟練した作業者が不可欠と
なるため、人的コストが高く付くうえ、単位時日当たり
の処理量に限界がある。手作業である以上、試薬の分注
量のばらつきや、反応停止までの時間のばらつき、ある
いは個々の作業者の癖などを避けられないので、試験結
果にばらつきを生じやすい。人為的な操作ミスを生じる
余地もあり、こうした場合には、試験そのものを始めか
らやり直さねばならないこともある。試薬の分注などを
行う場合に、作業者が人に由来する生体組織に暴露され
るおそれもある。

【０００５】本発明の目的は、酵素反応試験を自動的に
行えるようにして、酵素反応試験に要するコストおよび
時間を削減し、新薬開発などのコストを減少することに
ある。本発明の他の目的は、試薬の分注や時間管理など
の作業を自動化することにより、反応条件や反応時間の
ばらつきを解消し、常に一定の試験結果が得られ、従っ
て確度の高い酵素反応試験を行える自動試験装置を提供
することにある。本発明の他の目的は、必要に応じて無
人状態で酵素反応試験を行うことができ、従って酵素反
応試験を能率良く行えるうえ、接触や暴露が問題になる
分解酵素を用いて試験を行うような場合でも、安全にし
かも確実に酵素反応試験を行える自動試験装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の自動試験装置
は、自動分注装置１と、自動分注装置１の動作を制御す
る制御装置１３とからなる。自動分注装置１は、分注用
のプローブ１９を所定の位置に移動させるプローブ移動
手段と、プローブ１９に正圧または負圧を作用させて、
試料などの吸引保持、および排出を制御する本体部１５
とを備えている。自動分注装置１の近接位置に、一群の
バイアル１０・１１を起立保持する少なくとも１つのバ
イアルラック３・４と、複数の反応バイアル９を所定の
温度状態に保温しながら振盪攪拌するサーモミキサー５
と、複数の試薬バイアル１２を所定の温度状態に保冷す
るクーラーユニット６と、試料容器７とを定位配置す
る。予め制御装置１３に入力された試験パラメータに基
づき、所定の手順でプローブ１９を移動操作しながら、
各バイアル９・１０・１１・１２と試料容器７との間で
試料の分注、および移注を行う。

【０００７】具体的には、前記プローブ移動手段Ｘ・Ｙ
・Ｚの各軸方向へ移動操作するＸ軸腕１６、Ｙ軸腕１
７、およびＺ軸腕１８からなり、複数のバイアルラック
３・４と、サーモミキサー５と、クーラーユニット６と
試料容器７が処理テーブル２上に配置されている。

【０００８】

【作用】酵素反応試験は、必要な試薬溶液や分解酵素溶
液が収容された試薬バイアル１２をクーラーユニット６
上の所定位置に配置し、反応バイアル９や他のバイアル
１０・１１を、サーモミキサー５および各バイアルラッ
ク３・４に装填し、試料容器７に必要量の試料を貯留す
ることから始まる。この準備作業は人手で行う。次に、
自動分注装置１を作動させて、試料を各バイアル９・１
０・１１・１２に分注し、前段処理を完了する。この状
態で分解酵素溶液を反応バイアル９に添加して、サーモ
ミキサー５を作動させ、反応バイアル９内の反応サンプ
ルを混合し、一定時間だけ前段反応（温度平衡化）を行
う。この後、スタート試薬を添加して代謝反応を開始す
る。一定時間が経過した時点で、反応バイアル９内の反
応サンプルの一部を取り出して、反応停止試薬が予め分
注してあるバイアル１１に移注する。以後は、一定時間
が経過するごとに、反応液の移注を繰り返し行うことに
より、各経過時間毎に代謝反応サンプル群を生成でき
る。

【０００９】分注や移注などの手順は、制御装置１３に
試験パラメータを入力した時点で予め決定されており、
各反応バイアル９の時間管理や、分注動作どうしの相互
干渉を避けるための手順設定などは、制御装置１３に組
み込まれたプログラムによって制御される。

【００１０】

【発明の効果】以上のように本発明の自動試験装置によ
れば、人手を要するのは当初の準備作業のみに限られ、
一連の代謝反応試験を自動的に行える。自動分注装置１
を利用して機械的に分注、移注を行い、しかもそのタイ
ミングを制御装置１３で精密に規定するので、試験条件
や反応時間のばらつきがなく、しかも誤操作を生じる余
地がないので、その分だけ酵素反応試験の確度を向上し
て、試験結果の信頼性を高めることができる。準備作業
が終わった後には、一連の代謝反応試験を、人手を煩わ
す必要もなく自動的に行えるので、一連の試験を能率良
く行って、試験に要するコストを著しく削減できるう
え、接触や曝露が問題となる分解酵素を扱う場合であっ
ても酵素反応試験を安全に行うことができる。

【００１１】

【実施例】図１〜図３に、本発明に係る自動試験装置の
実施例を示している。図１において自動試験装置は、自
動分注装置１と、その処理テーブル２上にそれぞれ定位
配置した、複数のバイアルラック３・４、サーモミキサ
ー５、クーラーユニット６、試料容器７などの機器と、
これらの機器３〜７で起立保持される４群のバイアル９
・１０・１１・１２、および自動分注装置１の動作を制
御する制御装置１３などで構成してある。

【００１２】自動分注装置１は、処理テーブル２の一側
端に隣接して配置した本体部１５と、処理テーブル２の
後縁に沿って本体部１５から突設されるＸ軸腕１６と、
Ｘ軸腕１６で左右に往復操作されるＹ軸腕１７と、Ｙ軸
腕１７で前後に往復操作されるＺ軸腕１８とを有し、Ｙ
軸腕１７に対して上下に往復動するＺ軸腕１８の前面下
端に、中空針状の分注用のプローブ１９を配置してな
る。本体部１５の内部には、プローブ１９の先端から試
料などを正確に吸引または吐出し、プローブ１９の内部
を洗浄し、あるいは蒸留水を供給するためのシリンジポ
ンプと３方ボルブなどが配置されており、これらの機器
の動作を制御することにより、プローブ１９で試料など
を吸引保持し、あるいは保持していた試料などを排出で
きるようになっている。なお、プローブ１９と本体部１
５とは、フレキシブルなチューブを介して接続してある
が、図１においては図示していない。上記の各腕１６・
１７・１８を連繋して作動させることにより、プローブ
１９を処理テーブル２上の任意位置へ移動でき、各バイ
アル９〜１２と試料容器７との間で分注や移注を行え
る。

【００１３】２個のバイアルラック３・４のうち、サー
モミキサー５に隣接する側のバイアルラック３には、化
合物溶液、つまり供試薬物の溶液を収容したバイアル１
０の一群が装填してある。処理テーブル２の右方に位置
するバイアルラック４には、一定時間が経過するごとに
反応バイアル９から移注される、代謝反応サンプルを受
け入れるためのバイアル１１の一群が装填してある。こ
のバイアル群は、供試薬物の種類数に、異なる反応時間
毎に反応バイアル９から取り出される代謝反応サンプル
の数を掛け合わせた数が用意され、その内部には分解酵
素の反応を停止させるための停止試薬（アセトニトリ
ル）が予め分注してある。例えば、３種の供試薬物につ
いて、代謝反応の開始時点から０分、５分、３０分、６
０分、１２０分ごとに反応サンプルを２個ずつ取り出す
場合には、３０本のバイアル１１を用意しておく。

【００１４】サーモミキサー５は市販品であって、本体
上部の反応ラック２１に複数の反応バイアル９が装填さ
れる。反応バイアル９の上端はゴムキャップ９ａで塞が
れているが、プローブ１９はゴムキャップ９ａを突き抜
いて、反応バイアル９内に試料などを分注でき、あるい
は反応バイアル９内の代謝反応サンプルを取り出すこと
ができる。反応バイアル９は反応ラック２１内のヒータ
ーによって所定の温度状態に保温され、反応ラック２１
が一定の軌跡で円運動することによって、反応バイアル
９内の反応サンプルを振盪攪拌できる。

【００１５】先に説明したように、プローブ１９は各反
応バイアル９に対して試料および反応サンプルなどの出
し入れを行うが、その間だけ反応ラック２１の駆動を停
止させる。しかし、反応ラック２１が停止するときの位
置は必ずしも一定ではないので、特定の反応バイアル９
に対して試料および反応サンプルなどを出し入れするの
が困難になる。こうした事態に対処するために、反応ラ
ック２１を反応バイアル９の開口直径より僅かに小さな
直径値の円軌跡に沿って駆動して、反応ラック２１が停
止したときの反応バイアル９の中心のずれ量が、基準値
に対して先の開口の半径値よりも小さくなるようにして
いる。つまり、プローブ１９を基準位置において下降操
作するだけで、その位置に配置された反応バイアル９に
対して、試料などの出し入れを確実に行えるようにして
ある。

【００１６】クーラーユニット６は、蓄冷材を内臓する
容器本体６ａと、試薬バイアル１２を起立保持する蓋体
６ｂとからなり、試薬バイアル１２に収容された試薬お
よび分解酵素溶液などを低温の状態に保冷する。各試薬
バイアル１２には、リン酸緩衝液、グルコース６リン酸
溶液、グルコース６リン酸脱水酵素、反応開始試薬など
の共通試薬と、分解酵素溶液がそれぞれ収容される。試
料容器７には停止試薬を収容する。

【００１７】制御装置１３は、汎用のコンピュータシス
テムで構成されており、自動分注装置１の動作手順を時
間の経過に従って制御するプログラムが組み込んであ
る。試験を行う前に、供試薬物の種類とその収容位置、
サンプリングすべき時間、各試料などの収容位置および
分注量などの試験パラメータを例えばキーボードで入力
することにより、代謝反応試験の手順が決定され、記憶
される。このパラメータ入力に併行して、各試料群およ
び分解酵素などを収容するバイアルを、所定位置に配置
しておく。

【００１８】

【試験例】上記の自動試験装置を用いて、チトクロムＰ
４５０の代表的基質のひとつであるワーファリン（Ｗar
falin ）の代謝反応試験を行った。使用するミクロソー
ムとしては、ラットの肝ミクロソームの溶液（濃度0.５
mg／ml）を用いた。試験は、各試料などを分注する前段
処理と、一定時間が経過する毎に反応サンプルを反応バ
イアル９から取り出して、代謝反応を停止させる反応処
理とに大別される。

【００１９】（前段処理）先に説明したように、準備作
業と試験パラメータの入力が終わったら、自動分注装置
１を作動させて、以下の手順で試料などの分注を行う。
なお、試料などの濃度は次のように調整してある。 リン酸緩衝液……………………１mol ／ｌ グルコース６リン酸……………４０ｍ mol／ｌ グルコース６リン酸脱水酵素…１０００ units／ml 供試薬物溶液……………………１２μmol ／ｌ 反応開始試薬……………………還元型ニコチン酸アミド
アデニンジヌクレオチド（5.５mol ／ｌ）の溶液と、ニ
コチン酸アミドアデニンジヌクレオチドホスフェート
（８mol ／ｌ）の溶液の混合液。

【００２０】 反応停止試薬（アセトニトリル）を試
料容器７から９８０μｌずつ取り出して、右方のバイア
ルラック４に装填した各バイアル１１に分注する。 クーラーユニット６上のバイアル１２から、リン酸
緩衝液を１２０μｌずつ取り出して、各反応バイアル９
に分注する。さらに４９０μｌの蒸留水を各バイアル９
に注入する。 クーラーユニット６上の別のバイアル１２から、グ
ルコース６リン酸溶液を１００μｌずつ取り出して、各
反応バイアル９に分注する。 クーラーユニット６上のさらに別のバイアル１２か
ら、グルコース６リン酸脱水酵素溶液を１０μｌずつ取
り出して、各反応バイアル９に分注する。 左方のバイアルラック３に装填したバイアル１０か
ら、供試薬物溶液を１００μｌずつ取り出して、各反応
バイアル９に分注する。以上で前段処理を終了する。な
お、プローブ１９は必要に応じて水洗浄される。

【００２１】（反応処理） クーラーユニット６上の試薬バイアル１２から、ミ
クロソーム（分解酵素溶液）を１２０μｌずつ取り出し
て、各反応バイアル９に分注する。この後、サーモミキ
サー５を起動して攪拌を開始する。反応バイアル９は反
応ラック２１内のヒーターで３７℃に保温し続ける。

【００２２】 クーラーユニット６上の試薬バイアル
１２から反応開始試薬溶液を２００μｌずつ取り出し、
上記の分注終了時点から５分が経過した反応バイアル
９毎に分注する。各反応バイアル９においては、反応開
始試薬溶液を分注した後、プローブ１９をキャップ９ａ
から抜き外した状態で数秒間攪拌し、再びプローブ１９
を反応バイアル９に突き刺して、２００μｌの反応サン
プルを吸引し、右方のバイアルラック４上の２個のバイ
アル１１に１００μｌずつ分注する。これが試験開始後
０分の反応サンプルであって、供試薬物の種類数の２倍
の数の反応サンプルがバイアルラック４上に得られる。
なお、プローブ１９は、各反応バイアル９毎に水洗浄さ
れる。

【００２３】 反応開始試薬溶液の添加（上記）か
ら１０分経過した時点で、上記と同様にして各反応バイ
アル９から２００μｌの反応サンプルを吸引し、右方の
バイアルラック４上の２個のバイアル１１に１００μｌ
ずつ分注する。各バイアル１１には予め反応停止試薬が
分注してあるので、反応サンプルの酵素分解作用は停止
される。各反応バイアル９毎に同様のサンプリングを行
う。 反応開始試薬溶液の添加から３０分、６０分、１２
０分が経過する毎に、上記と同様のサンプリングを行
って、酵素反応試験を終了する。

【００２４】以後は、得られた反応サンプルに含まれる
供試薬物の残存量を、高速液体クロマトグラフィーと質
量分析装置を用いて測定することにより、供試薬物の分
解酵素による代謝の度合や速度などを知ることができ
る。なお、〜の前段処理の分注の手順は、必ずしも
記載順である必要はなく、バイアル配列や反応バイアル
との位置関係で変更することができる。分注する試薬の
容量や反応サンプルの採取回数、あるいは反応時間など
の試験パラメータは、試験の目的や条件の違いに応じて
任意に変更できる。

【００２５】本発明者らは、自動試験装置の信頼性を評
価するために、熟練研究者が手作業のみで試験を行い、
これと同一内容の試験を自動試験装置で行った場合につ
いて、試験結果を比較した。その結果、本発明装置によ
る試験結果は反応サンプル毎の代謝傾向にばらつきがな
く、確度の高い試験が行えるのを確認している。

【００２６】上記の実施例では、Ｘ軸腕１６が本体部１
５から直交状に突き出ている自動分注装置１を例示した
が、その必要はない。例えば、本体部１５の内部にＸ軸
腕１６が収容してあってもよい。処理テーブル２上にお
ける各機器３・４・５・６・７のレイアウトは任意に変
更できる。また、バイアルラック３・４の設置数は、必
要に応じて増加でき、両ラック３・４に装填されるバイ
アル１０・１１の隣接境界は、各ラック毎である必要は
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動試験装置の斜視図である。

【図２】サーモミキサーの斜視図である。

【図３】処理テーブル上の機器配置を示す平面図であ
る。

【符号の説明】

１ 自動分注装置 ２ 処理テーブル ３ バイアルラック（左） ４ バイアルラック（右） ５ サーモミキサー ６ クーラーユニット ７ 試料容器 ９ 反応バイアル １０ バイアル １１ バイアル １２ 試薬バイアル １３ 制御装置 １５ 本体部 １６ Ｘ軸腕 １７ Ｙ軸腕 １８ Ｚ軸腕 １９ プローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G058 AA09 BB02 BB07 BB09 BB12 CC08 EA02 EA04 EA08 ED02 FA03 FA07 GE06 4B029 AA07 AA27 BB16 BB20

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動分注装置１と、この装置１の動作を
   制御する制御装置１３とからなり、 自動分注装置１は、分注用のプローブ１９を所定の位置
   に移動させるプローブ移送手段と、プローブ１９に正圧
   または負圧を作用させて、試料などの吸引保持、および
   排出を制御する本体部１５とを備えており、 自動分注装置１の近接位置に、一群のバイアル１０・１
   １を起立保持する少なくとも１つのバイアルラック３・
   ４と、複数の反応バイアル９を所定の温度状態に保温し
   ながら振盪攪拌するサーモミキサー５と、複数の試薬バ
   イアル１２を所定の温度状態に保冷するクーラーユニッ
   ト６と、試料容器７とが定位配置されており、 予め制御装置１３に入力された試験パラメータに基づ
   き、所定の手順でプローブ１９を移動操作しながら、各
   バイアル９・１０・１１・１２と試料容器７との間で試
   料の分注、および移注を行うことを特徴とする酵素反応
   試験用の自動試験装置。
2. 【請求項２】 前記プローブ移動手段Ｘ・Ｙ・Ｚの各軸
   方向へ移動操作するＸ軸腕１６、Ｙ軸腕１７、およびＺ
   軸腕１８からなり、複数のバイアルラック３・４と、 サーモミキサー５と、クーラーユニット６と試料容器７
   が処理テーブル２上に配置されている、請求項１記載の
   酵素反応試験用の自動試験装置。