JPWO2019142913A1 - Fluorescent microparticles for glucose concentration mapping in 3D tissue - Google Patents

Fluorescent microparticles for glucose concentration mapping in 3D tissue Download PDF

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昌治 竹内
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Abstract

【課題】
本発明は、簡便、高精度かつ非侵襲に、スフェロイド等の3次元細胞組織の内部におけるグルコースを連続的に計測可能な新規な検出用材料及び検出手法を提供することを課題とする。
【解決手段】
3次元細胞組織内のグルコースを測定するための蛍光マイクロ粒子であって、平均粒径がマイクロメートルのオーダーであるコア粒子と、グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素ユニットと、細胞接着性分子を有する細胞接着ユニットとを含み;前記蛍光色素ユニット及び前記細胞接着ユニットが、前記コア粒子の表面上に共有結合によって固定化された構造を有する、該蛍光マイクロ粒子。
【選択図】なし
【Task】
An object of the present invention is to provide a novel detection material and detection method capable of continuously measuring glucose inside a three-dimensional cell tissue such as spheroids in a simple, highly accurate and non-invasive manner.
SOLUTION:
Fluorescent microparticles for measuring glucose in three-dimensional cell tissue, core particles with an average particle size on the order of micrometers, a fluorescent dye unit that exhibits a fluorescent response by binding to glucose, and cell adhesion. Includes a cell adhesion unit having a molecule; the fluorescent microparticle having a structure in which the fluorescent dye unit and the cell adhesion unit are covalently immobilized on the surface of the core particle.
[Selection diagram] None

Description

本発明は、3次元細胞組織内に存在するグルコースを連続的に測定可能な蛍光マイクロ粒子、及び当該蛍光マイクロ粒子を用いた連続的グルコースモニタリングに関する。 The present invention relates to fluorescent microparticles capable of continuously measuring glucose existing in a three-dimensional cell tissue, and continuous glucose monitoring using the fluorescent microparticles.

臓器などの生体組織は、細胞により形成される3次元構造を有する。生体組織の生物学的機能は、細胞間の相互作用および周囲の環境を通して組織の内部に現れることが知られている。近年、臓器や組織の置換を目指した再生医療研究や動物実験に代わるヒト細胞のチップを用いた医薬品評価のための“Organ on a chip”研究など、様々な分野で3次元組織構築の技術が注目を集めている。かかる3次元組織培養においては、スフェロイドのような細胞凝集体が用いられ、当該スフェロイド等の内部におけるグルコース濃度のモニタリングは、培養系の環境を制御するだけでなく、細胞代謝のメカニズム等を明らかにするためにも有用である(例えば、非特許文献1)。 Living tissues such as organs have a three-dimensional structure formed by cells. It is known that the biological functions of living tissues appear inside the tissues through cell-cell interactions and the surrounding environment. In recent years, 3D tissue construction technology has been developed in various fields such as regenerative medicine research aimed at replacing organs and tissues and "Organ on a chip" research for drug evaluation using human cell chips instead of animal experiments. It is attracting attention. In such three-dimensional tissue culture, cell aggregates such as spheroids are used, and monitoring of glucose concentration inside the spheroids and the like not only controls the environment of the culture system but also clarifies the mechanism of cell metabolism and the like. (For example, Non-Patent Document 1).

しかしながら、従来、スフェロイド等の3次元細胞組織内部の局所的な環境を観察した例は少なく、そのほとんどが尖鋭化した酵素電極を細胞凝集体に挿し、得られる電流値により細胞凝集体内部のグルコース濃度を測定したものである。このような酵素電極を用いた方法は電極の尖鋭化に限界があり、pHや電極表面へタンパク質の吸着など周囲の環境の影響を受けやすく精度点で問題があった。また、電極の挿入による侵襲のみならず、測定時にグルコースを消費し、グルコラクトンや過酸化水素を放出するため細胞凝集体へのダメージが懸念されていた。 However, in the past, there have been few examples of observing the local environment inside three-dimensional cell tissues such as spheroids, and most of them have sharpened enzyme electrodes inserted into the cell aggregates, and glucose inside the cell aggregates is determined by the obtained current value. It is a measurement of the concentration. Such a method using an enzyme electrode has a limit in sharpening the electrode, and is easily affected by the surrounding environment such as pH and adsorption of proteins on the electrode surface, and has a problem in terms of accuracy. In addition to the invasion caused by the insertion of electrodes, there is concern about damage to cell aggregates because glucose is consumed during measurement and glucolactone and hydrogen peroxide are released.

C. C. Dibble and B. D. Manning, Nature Cell Biology 15, 555--564 (2013)C. C. Dibble and B. D. Manning, Nature Cell Biology 15, 555--564 (2013)

そこで、本発明は、簡便、高精度かつ非侵襲に、スフェロイド等の3次元細胞組織の内部におけるグルコースを連続的に計測可能な新規な検出用材料及び検出手法を提供することを課題とするものである。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a novel detection material and detection method capable of continuously measuring glucose inside a three-dimensional cell tissue such as spheroids in a simple, highly accurate and non-invasive manner. Is.

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、平均粒径がマイクロメートルのオーダーである微粒子の表面上に、グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素分子、及び標的となる3次元細胞組織と接着することができる細胞接着性分子を共有結合により修飾することで、グルコース濃度の増減に対応し蛍光強度を変化させるグルコース応答性蛍光マイクロ粒子を作製することができ、当該蛍光マイクロ粒子を用いることで、簡便、高精度かつ非侵襲で、スフェロイド等の3次元細胞組織の内部におけるグルコースを連続的にモニタリングできることを見出し、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have made a fluorescent dye molecule and a target that show a fluorescent response by binding with glucose on the surface of fine particles having an average particle size on the order of micrometers. By covalently modifying a cell adhesion molecule capable of adhering to the three-dimensional cell tissue, glucose-responsive fluorescent microparticles that change the fluorescence intensity in response to an increase or decrease in glucose concentration can be produced. We have found that glucose inside three-dimensional cell tissues such as spheroids can be continuously monitored by using the fluorescent microparticles in a simple, highly accurate and non-invasive manner, and based on such findings, the present invention has been completed. It is a thing.

すなわち、本発明は、一態様において、
<1>3次元細胞組織内のグルコースを測定するための蛍光マイクロ粒子であって、平均粒径がマイクロメートルのオーダーであるコア粒子と、グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素ユニットと、細胞接着性分子を有する細胞接着ユニットとを含み;前記蛍光色素ユニット及び前記細胞接着ユニットが、前記コア粒子の表面上に共有結合によって固定化された構造を有する、
該蛍光マイクロ粒子;
<2>前記コア粒子が、それぞれ表面上に修飾用官能基を有する含ケイ素材料、高分子ポリマー、及び金属微粒子よりなる群から選択される、上記<1>に記載の蛍光マイクロ粒子;
<3>前記コア粒子が、表面上に修飾用官能基を有する多孔質材料である、上記<1>に記載の蛍光マイクロ粒子;
<4>前記修飾用官能基が、カルボキシル基、チオール基、イソシアノ基、チオイソシアノ基、エポキシ基、活性カルボン酸エステル、マレイミド基、アセチル基、及びアジド基よりなる群から選択される1以上の官能基である、請求項2又は3に記載の蛍光マイクロ粒子;
<5>前記コア粒子が、100nm〜100μmの平均粒径を有する、上記<1>〜<4>のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子。
<6>前記細胞接着ユニットが、4以上のアミノ酸残基よりなるポリペプチド又はオリゴペプチドを含む、上記<1>〜<5>のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子;
<7>前記細胞接着ユニットが、コラーゲン、ゼラチン、プロテオグリカン、ヒアルロン酸、フィブロネクチン、ラミニン、テネイシン、エンタクチン、エラスチン、及びそれらに由来する化合物よりなる群から選択される1種以上を含む、上記<1>〜<5>のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子;
<8>前記蛍光色素ユニットが蛍光団及び消光団を有しており;グルコース非存在下では前記消光団により前記蛍光団が消光されているが、前記消光団がグルコースと結合することによって蛍光団が発光することにより蛍光応答を示す、上記<1>〜<7>のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子;
<9>前記蛍光団がアントラセンを有し、前記消光団がアリールボロン酸を有する、上記<8>に記載の蛍光マイクロ粒子;
<10>前記蛍光色素ユニットが末端に1又は複数のアミノ基を有し、当該アミノ基を介した共有結合によって前記コア粒子の表面に固定化されている、上記<1>〜<9>のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子;及び
<11>前記蛍光色素ユニットが以下の式(I)又は(II)で表される、
(式(II)において、「PEG」は、ポリエチレングリコール鎖を表す。)
上記<1>〜<10>のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子を提供するものである。
That is, the present invention, in one aspect,
<1> Fluorophore particles for measuring glucose in a three-dimensional cell tissue, core particles having an average particle size on the order of micrometers, a fluorescent dye unit that exhibits a fluorescent response by binding to glucose, and a fluorescent dye unit. Including a cell adhesion unit having cell adhesion molecules; the fluorescent dye unit and the cell adhesion unit have a structure covalently immobilized on the surface of the core particles.
The fluorescent microparticles;
<2> The fluorescent microparticles according to <1> above, wherein the core particles are selected from the group consisting of a silicon-containing material having a functional group for modification on the surface, a polymer polymer, and metal fine particles, respectively;
<3> The fluorescent microparticles according to <1> above, wherein the core particles are a porous material having a modifying functional group on the surface;
<4> One or more functional groups selected from the group consisting of a carboxyl group, a thiol group, an isocyano group, a thioisocyano group, an epoxy group, an active carboxylic acid ester, a maleimide group, an acetyl group, and an azide group. The fluorescent microparticle according to claim 2 or 3, which is a group;
<5> The fluorescent microparticle according to any one of <1> to <4>, wherein the core particle has an average particle size of 100 nm to 100 μm.
<6> The fluorescent microparticle according to any one of <1> to <5> above, wherein the cell adhesion unit contains a polypeptide or oligopeptide consisting of 4 or more amino acid residues;
<7> The above <1>, wherein the cell adhesion unit contains at least one selected from the group consisting of collagen, gelatin, proteoglycan, hyaluronic acid, fibronectin, laminin, tenascin, entactin, elastin, and compounds derived from them. > To the fluorescent microparticle according to any one of <5>;
<8> The fluorescent dye unit has a fluorescent group and a quenching group; in the absence of glucose, the fluorescent group is extinguished by the quenching group, but the fluorescent group is combined with glucose by the quenching group. The fluorescent microparticle according to any one of <1> to <7> above, which exhibits a fluorescence response by emitting light.
<9> The fluorescent microparticle according to <8> above, wherein the fluorescent group has anthracene and the quencher group has arylboronic acid;
<10> The above <1> to <9>, wherein the fluorescent dye unit has one or more amino groups at the terminal and is immobilized on the surface of the core particles by a covalent bond via the amino group. The fluorescent microparticle according to any one; and <11> the fluorescent dye unit is represented by the following formula (I) or (II).
(In formula (II), "PEG" represents a polyethylene glycol chain.)
The fluorescent microparticle according to any one of <1> to <10> is provided.

別の態様において、本発明は、
<12>上記<1>〜<11>のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子を含む、グルコースモニタリングセンサー;
<13>上記<1>〜<11>のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子を用いて3次元細胞組織中のグルコースの存在を蛍光応答として検出する工程を含む、グルコース検出方法;及び
<14>上記<13>に記載のグルコース検出方法により、3次元細胞組織中のグルコースの存在を連続的にモニタリングすることを特徴とする、グルコースの連続的モニタリング方法を提供するものである。
In another aspect, the invention
<12> A glucose monitoring sensor containing the fluorescent microparticles according to any one of <1> to <11>above;
<13> A glucose detection method comprising a step of detecting the presence of glucose in a three-dimensional cell tissue as a fluorescence response using the fluorescent microparticles according to any one of <1> to <11>above; and <14. > Provided is a method for continuously monitoring glucose, which comprises continuously monitoring the presence of glucose in a three-dimensional cell tissue by the method for detecting glucose according to the above <13>.

本発明によれば、測定対象であるスフェロイド等の3次元細胞組織内に適した大きさにマイクロ粒子のサイズを調整することができ、周囲の環境の変化に影響を受けずに測定できるため、高精度でグルコースの存在及ぶ濃度を測定することができる。また、測定時にグルコースを消費せずに非接触で測定するため、3次元細胞組織内における侵襲を小さく抑えられ、よりありのままに近い状態で、3次元細胞組織内におけるグルコース濃度をマッピングすることが可能になる。 According to the present invention, the size of microparticles can be adjusted to a size suitable for a three-dimensional cell tissue such as spheroid to be measured, and the measurement can be performed without being affected by changes in the surrounding environment. It is possible to measure the concentration of glucose present with high accuracy. In addition, since glucose is not consumed during measurement and is measured in a non-contact manner, invasion in the three-dimensional cell tissue can be suppressed to a small extent, and it is possible to map the glucose concentration in the three-dimensional cell tissue in a more natural state. become.

臓器や組織の置換を目指した再生医療研究や動物実験に代わるヒト細胞のチップを用いた医薬品評価等を目的として3次元組織構築の研究が隆盛を極める昨今、3次元組織の評価系の構築という観点から本発明の意義は大きいものである。 In recent years, research on 3D tissue construction has become extremely prosperous for the purpose of regenerative medicine research aimed at replacing organs and tissues and drug evaluation using human cell chips instead of animal experiments. From the viewpoint, the significance of the present invention is great.

図1は、本発明の蛍光マイクロ粒子の電子顕微鏡イメージ及び蛍光イメージ画像である。(a)GF−particle、(b)GF−RGD−particle、(c)GF−Col−particleである。FIG. 1 is an electron microscope image and a fluorescence image image of the fluorescence microparticles of the present invention. These are (a) GF-particle, (b) GF-RGD-particle, and (c) GF-Col-particle. 図2は、本発明の蛍光マイクロ粒子のSEM画像である。(a)GF−particle、(b)GF−RGD−particle、(c)GF−Col−particleである。FIG. 2 is an SEM image of the fluorescent microparticles of the present invention. These are (a) GF-particle, (b) GF-RGD-particle, and (c) GF-Col-particle. 図3は、本発明の蛍光マイクロ粒子に0〜1,000mg/dLのグルコースを添加した場合の(a)蛍光スペクトル変化を示すグラフ、及び(b)470nmにおける蛍光強度変化をプロットしたグラフである。FIG. 3 is a graph showing (a) a change in fluorescence spectrum when 0 to 1,000 mg / dL of glucose is added to the fluorescent microparticles of the present invention, and (b) a graph plotting a change in fluorescence intensity at 470 nm. .. 図4は、HepG2(肝臓肝細胞)スフェロイドに本発明の蛍光マイクロ粒子を導入した場合の蛍光イメージ画像である。(a)GF−particle、(b)GF−RGD−particle、(c)GF−Col−particleである。FIG. 4 is a fluorescence image image when the fluorescent microparticles of the present invention are introduced into HepG2 (liver hepatocyte) spheroids. These are (a) GF-particle, (b) GF-RGD-particle, and (c) GF-Col-particle. 図5は、本発明の蛍光マイクロ粒子を用いてスフェロイド内部におけるグルコース濃度のモニタリングを行い得られた画像である。FIG. 5 is an image obtained by monitoring the glucose concentration inside the spheroid using the fluorescent microparticles of the present invention.

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The scope of the present invention is not limited to these explanations, and other than the following examples, the scope of the present invention can be appropriately modified and implemented without impairing the gist of the present invention.

本発明の蛍光マイクロ粒子は、3次元細胞組織内のグルコースを測定するための蛍光マイクロ粒子であって、
1)平均粒径がマイクロメートルのオーダーであるコア粒子と、
2)グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素ユニットと、
3)細胞接着性分子を有する細胞接着ユニット
により構成されることを特徴する。さらに、前記蛍光色素ユニット及び前記細胞接着ユニットが、前記コア粒子の表面上に共有結合によって固定化された構造を有することを特徴とするものである。一般に、「マイクロ粒子」とは、サブミクロンからサブミリメータの粒径を有する粒子のことである。
The fluorescent microparticles of the present invention are fluorescent microparticles for measuring glucose in a three-dimensional cell tissue.
1) Core particles with an average particle size on the order of micrometers and
2) A fluorescent dye unit that exhibits a fluorescent response by binding to glucose,
3) It is characterized by being composed of a cell adhesion unit having a cell adhesion molecule. Further, the fluorescent dye unit and the cell adhesion unit are characterized by having a structure immobilized by covalent bonds on the surface of the core particles. Generally, a "microparticle" is a particle having a particle size of submicron to submillimeter.

かかる構成を有することにより、本発明の蛍光マイクロ粒子は、測定対象となるスフェロイド等の3次元細胞組織の内部に侵入できるサイズを有し、細胞接着ユニットにより当該3次元細胞組織に安定に接着することができる。そして、コア粒子の表面にグルコース濃度の増減に対応して蛍光強度を変化させる蛍光色素ユニットを備えるため、その蛍光応答を観測することで3次元細胞組織を侵襲することなく、3次元細胞組織内部のグルコースの存在及び濃度を高精度かつ連続的に測定及びモニタリングすることができるというものである。ここで、「3次元細胞組織」とは、複数の細胞同士が集合・凝集化した3次元形状(典型的には球状)の細胞集合体であって、細胞凝集体或いはスフェロイドとも呼ばれる。 By having such a configuration, the fluorescent microparticles of the present invention have a size capable of invading the inside of a three-dimensional cell tissue such as a spheroid to be measured, and are stably adhered to the three-dimensional cell tissue by a cell adhesion unit. be able to. Since the surface of the core particle is provided with a fluorescent dye unit that changes the fluorescence intensity in response to an increase or decrease in glucose concentration, the inside of the three-dimensional cell tissue is not invaded by observing the fluorescence response. It is possible to measure and monitor the presence and concentration of glucose in a highly accurate and continuous manner. Here, the "three-dimensional cell tissue" is a three-dimensional (typically spherical) cell aggregate in which a plurality of cells are aggregated and aggregated, and is also called a cell aggregate or a spheroid.

以下、本発明の蛍光マイクロ粒子の構成要素についてそれぞれ説明する。 Hereinafter, each component of the fluorescent microparticle of the present invention will be described.

1.コア粒子
コア粒子は、マイクロメートルのオーダーの平均粒径を有するマイクロ粒子(マイクロ微粒子)であり、本発明の蛍光マイクロ粒子の基材となるものである。用いるコア粒子のサイズを適宜変更することで、蛍光マイクロ粒子を所望の大きさに調節することが可能である。コア粒子の平均粒径は、100nm〜100μm、好ましくは1〜20μmであり、より好ましくは、2〜10μmである。
1. 1. Core Particles Core particles are microparticles (microparticles) having an average particle size on the order of micrometers and are the base material for the fluorescent microparticles of the present invention. By appropriately changing the size of the core particles used, it is possible to adjust the fluorescent microparticles to a desired size. The average particle size of the core particles is 100 nm to 100 μm, preferably 1 to 20 μm, and more preferably 2 to 10 μm.

コア粒子の材料は、細胞組織等の生体に対して用いることができる材料であれば特にその種類についての制限はなく、ある程度均一な粒径を有する粒子形状を有する材料、或いはかかる粒子形状に加工可能な材料であることができる。典型的には、コア材料としては、含ケイ素材料、高分子ポリマー、及び金属微粒子を用いることができる。例えば、含ケイ素材料としては、シリカゲルやゼオライトなどを挙げることができる。また、高分子ポリマーの例としては、ポリスチレンやナイロンなどを挙げることができ、金属微粒子の例としては、金(Au)微粒子を挙げることができる。その他にも、高分子ポリマーとして、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリフェノール、ポリウレタン、ポリアクリル、ベンゾアミンメラミン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリエステルなどを用いることもできる。 The material of the core particles is not particularly limited as long as it is a material that can be used for a living body such as a cell tissue, and is a material having a particle shape having a certain uniform particle size or processed into such a particle shape. It can be a possible material. Typically, as the core material, a silicon-containing material, a high molecular polymer, and metal fine particles can be used. For example, examples of the silicon-containing material include silica gel and zeolite. Further, examples of the high molecular polymer include polystyrene and nylon, and examples of the metal fine particles include gold (Au) fine particles. In addition, as the polymer polymer, polylactic acid, polyethylene, polyphenol, polyurethane, polyacrylic, benzoamine melamine, polycarbonate, polyolefin, polyester and the like can also be used.

また、別の観点から、コア粒子は、多孔質材料であることが好ましい。本発明の蛍光マイクロ粒子では、コア粒子の表面上に蛍光色素ユニットが固定化されるが、多孔質材料を用いることで、粒子内部にも蛍光分子を固定化することができ、これにより、蛍光分子とグルコースとの結合において周囲環境の影響を受け難くすることができるという利点を奏する。かかる多孔質材料としては、メソポーラスシリカやゼオライトなどの無機ポーラス材料、ポリスチレンビーズなどの多孔質ポリマー材料を挙げることができる。その他にも、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリフェノール、ポリウレタン、ポリアクリル、ベンゾアミンメラミン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリエステルなどの多孔質ポリマー材料を用いることができる。コア粒子が多孔質材料である場合、例えば、かさ密度は3.0〜4.5g/cmであることができる。From another point of view, the core particles are preferably a porous material. In the fluorescent microparticles of the present invention, the fluorescent dye unit is immobilized on the surface of the core particles, but by using a porous material, fluorescent molecules can also be immobilized inside the particles, whereby fluorescence It has the advantage that the binding between the molecule and glucose can be made less susceptible to the influence of the surrounding environment. Examples of such a porous material include an inorganic porous material such as mesoporous silica and zeolite, and a porous polymer material such as polystyrene beads. In addition, porous polymer materials such as polylactic acid, polyethylene, polyphenol, polyurethane, polyacrylic, benzoamine melamine, polycarbonate, polyolefin, and polyester can be used. When the core particles are a porous material, for example, the bulk density can be 3.0-4.5 g / cm 3 .

上述のように、これらコア粒子は、その表面上に蛍光色素ユニットと細胞接着ユニットを修飾して固定化するための修飾用官能基を有する。コア粒子表面上の修飾用官能基と、蛍光色素ユニット等の末端に存在する官能基が反応することで共有結合を形成させ、これら機能性ユニットを化学的にコア粒子の表面に固定することができる。かかる修飾用官能基の例としては、カルボキシル基、チオール基、イソシアノ基、チオイソシアノ基、エポキシ基、活性カルボン酸エステル、マレイミド基、アセチル基、及びアジド基よりなる群から選択される1以上の官能基を挙げることができる。例えば、修飾用官能基がカルボキシル基であり、蛍光色素ユニットや細胞接着ユニットがアミノ基を有する場合、これらユニットはアミド結合を形成することでコア粒子の表面上に固定化される。コア粒子の表面上への修飾用官能基の付与には、当該技術分野において公知の手法を用いることができる。 As described above, these core particles have a modifying functional group on the surface thereof for modifying and immobilizing the fluorescent dye unit and the cell adhesion unit. It is possible to form a covalent bond by reacting the modifying functional group on the surface of the core particle with the functional group existing at the end of the fluorescent dye unit or the like, and chemically fix these functional units to the surface of the core particle. it can. As an example of such a functional group for modification, one or more functional groups selected from the group consisting of a carboxyl group, a thiol group, an isocyano group, a thioisocyano group, an epoxy group, an active carboxylic acid ester, a maleimide group, an acetyl group, and an azide group. The group can be mentioned. For example, when the modifying functional group is a carboxyl group and the fluorescent dye unit or the cell adhesion unit has an amino group, these units are immobilized on the surface of the core particles by forming an amide bond. A method known in the art can be used to impart the modifying functional group onto the surface of the core particles.

かかる表面上に修飾用官能基を有するコア粒子の例示としては、表面にカルボキシル基を修飾したシリカゲル、側鎖にカルボキシル基を有するポリマー粒子、表面にチオール基を有する金微粒子などを挙げることができる。ただし、これらに限定されるものではない。 Examples of such core particles having a functional group for modification on the surface include silica gel having a carboxyl group modified on the surface, polymer particles having a carboxyl group on the side chain, gold fine particles having a thiol group on the surface, and the like. .. However, it is not limited to these.

なお、測定対象であるグルコースがヒドロキシル基(OH基)を有するものであるため、コア粒子は表面上にOH基を有しないことが好ましい。例えば、シリカゲルの場合には、シランカップリングによって表面処理を行うことができる。 Since glucose to be measured has a hydroxyl group (OH group), it is preferable that the core particles do not have an OH group on the surface. For example, in the case of silica gel, the surface treatment can be performed by silane coupling.

2.細胞接着ユニット
細胞接着ユニットは、本発明の蛍光マイクロ粒子に細胞接着性を付与するものである。これにより、蛍光マイクロ粒子が3次元細胞組織に近接した場合に、当該細胞に接着しその内部(或いは表面)に安定に存在することができ、グルコースの存在による蛍光応答変化をより高精度に検出することができる。
2. Cell Adhesion Unit The cell adhesion unit imparts cell adhesion to the fluorescent microparticles of the present invention. As a result, when the fluorescent microparticles are close to the three-dimensional cell tissue, they can adhere to the cells and stably exist inside (or on the surface) of the cells, and the change in the fluorescence response due to the presence of glucose can be detected with higher accuracy. can do.

好ましくは、細胞接着ユニットは、細胞接着因子として、4以上のアミノ酸残基よりなるポリペプチド又はオリゴペプチドを含むことができる。例えば、細胞接着ユニットは、コラーゲン、ゼラチン、プロテオグリカン、ヒアルロン酸、フィブロネクチン、ラミニン、テネイシン、エンタクチン、エラスチン、及びそれらに由来する化合物よりなる群から選択される1種以上を含むことができる。これらの混合物を用いることもできる。 Preferably, the cell adhesion unit can contain a polypeptide or oligopeptide consisting of 4 or more amino acid residues as a cell adhesion factor. For example, the cell adhesion unit can include one or more selected from the group consisting of collagen, gelatin, proteoglycan, hyaluronic acid, fibronectin, laminin, tenascin, entactin, elastin, and compounds derived thereto. A mixture of these can also be used.

「コラーゲン」とは、真皮、靭帯、腱、骨、軟骨などを構成するたんぱく質のひとつであり、細胞外マトリックスを構成する要素である。コラーゲンタンパク質のペプチド鎖は、“−(グリシン)−(アミノ酸X)−(アミノ酸Y)−”と、グリシンが3残基ごとに繰り返す一次構造を有する。多くの型のコラーゲンでは、このペプチド鎖が3本集まり、らせん構造を形成し、トロポコラーゲンと呼ばれる。例えば、I型コラーゲンの1本のペプチド鎖は1014アミノ酸残基繰返す配列を持っており、分子量は10万程度である。ヒトのコラーゲンには、30種類以上あることが知られており、例えば、真皮、靱帯、腱、骨などではI型コラーゲンが、関節軟骨ではII型コラーゲンが主成分である。また、すべての上皮組織の裏打ち構造である基底膜にはIV型コラーゲンが主に含まれている。体内で最も豊富に存在しているのはI型コラーゲンである。好ましくは、水可溶性コラーゲンを用いることができる。また、「ゼラチン」とは、コラーゲンのうち水で長時間加熱することで、水に抽出されたものを意味する。ゼラチンは、ペプチド化されていてもよい。 "Collagen" is one of the proteins that make up the dermis, ligaments, tendons, bones, cartilage, etc., and is an element that makes up the extracellular matrix. The peptide chain of collagen protein has a primary structure in which glycine repeats every 3 residues as "-(glycine)-(amino acid X)-(amino acid Y)-". In many types of collagen, three of these peptide chains gather to form a helical structure and are called tropocollagen. For example, one peptide chain of type I collagen has a sequence of repeating 1014 amino acid residues and has a molecular weight of about 100,000. It is known that there are more than 30 types of human collagen. For example, type I collagen is the main component in dermis, ligaments, tendons, bones, etc., and type II collagen is the main component in articular cartilage. In addition, the basement membrane, which is the backing structure of all epithelial tissues, mainly contains type IV collagen. Type I collagen is the most abundant in the body. Preferably, water-soluble collagen can be used. Further, "gelatin" means collagen extracted into water by heating with water for a long time. Gelatin may be peptided.

より好ましくは、細胞接着ユニットは、哺乳動物または魚由来のコラーゲン、アテロコラーゲン、ゼラチン、それらの誘導体及びこれらの混合物を用いることができる。「アテロコラーゲン」とは、コラーゲン分子の両端に存在するテロペプチドを酵素処理で取り外したコラーゲンであり、水に可溶となったコラーゲンである。アテロコラーゲンは、ペプチド化されていてもよい。 More preferably, the cell adhesion unit can use collagen, atelocollagen, gelatin, derivatives thereof and mixtures thereof derived from mammals or fish. "Atelocollagen" is collagen obtained by removing terror peptides existing at both ends of a collagen molecule by enzyme treatment, and is collagen that is soluble in water. Atelocollagen may be peptided.

細胞接着ユニットは、それらに本来的に含まれる官能基或いは修飾により導入された官能基によって、上記コア粒子の表面上に修飾用官能基との反応により共有結合を形成し、当該コア粒子の表面上に固定化されることができる。細胞接着ユニットの官能基としては、アミノ基等が例示される。 The cell adhesion unit forms a covalent bond on the surface of the core particles by the reaction with the modifying functional group by the functional group originally contained therein or the functional group introduced by modification, and the surface of the core particle. Can be immobilized on top. Examples of the functional group of the cell adhesion unit include an amino group.

3.蛍光色素ユニット
本発明の蛍光マイクロ粒子は、グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素ユニットを少なくともその表面に含む。これにより、3次元細胞組織内のグルコースの存在を蛍光応答として検出することができる。
3. 3. Fluorescent dye unit The fluorescent microparticles of the present invention contain at least a fluorescent dye unit on the surface thereof that exhibits a fluorescent response by binding to glucose. Thereby, the presence of glucose in the three-dimensional cell tissue can be detected as a fluorescence response.

当該蛍光色素ユニットは、好ましくは、蛍光色素ユニットが蛍光団及び消光団を有している。「蛍光団」は、特定の波長で励起されることにより蛍光を発する分子を含む部位である。「消光団」は、当該蛍光団との相互作用により蛍光団からの発光を低減し得る電子受容体を含む部位であり、かつ、グルコースとの結合によりかかる消光作用が解消されて、蛍光団の発光を再び生じさせるものである。これにより、グルコース非存在下では前記消光団により前記蛍光団が消光されているが、前記消光団がグルコースと結合することによって蛍光団が発光することにより、グルコースの存在をON−OFFの蛍光応答として検出すること可能となる。 In the fluorescent dye unit, the fluorescent dye unit preferably has a fluorescent group and a quencher group. A "fluorescent group" is a site containing a molecule that fluoresces when excited at a specific wavelength. The "quenching group" is a site containing an electron acceptor that can reduce the emission from the fluorescent group by interacting with the fluorescent group, and the quenching action due to the binding with glucose is eliminated to form the fluorescent group. It causes light emission again. As a result, in the absence of glucose, the quencher group extinguishes the fluorescent group, but the fluorescent group emits light when the quencher group binds to glucose, so that the presence of glucose is turned on and off by a fluorescence response. Can be detected as.

好ましくは、前記蛍光団がアントラセンを有し、前記消光団がアリールボロン酸を有するものである。ただし、グルコースとの結合によって蛍光応答を示すものであれば、場合によっては、これらに限定されず、当該技術分野における公知の蛍光団と消光団の組み合わせを用いることもできる。 Preferably, the fluorophore has anthracene and the quencher has arylboronic acid. However, as long as it exhibits a fluorescent response by binding to glucose, the present invention is not limited to these, and a combination of a fluorescent group and a quencher group known in the art can also be used.

また、当該蛍光色素ユニットは、前記コア粒子の表面に共有結合によって固定化されている。したがって、好ましくは、蛍光色素ユニットが、上記コア粒子の表面上の修飾用官能基と化学反応により共有結合を形成し得る官能基を有する。典型的には、蛍光色素ユニットは、その末端に1又は複数のアミノ基を有し、当該アミノ基と上記修飾用官能基との共有結合によって蛍光マイクロ粒子表面に固定化されている。 Further, the fluorescent dye unit is fixed to the surface of the core particles by a covalent bond. Therefore, preferably, the fluorescent dye unit has a functional group capable of forming a covalent bond by a chemical reaction with the modifying functional group on the surface of the core particles. Typically, the fluorescent dye unit has one or more amino groups at its terminal, and is immobilized on the surface of fluorescent microparticles by a covalent bond between the amino group and the modifying functional group.

本発明の蛍光マイクロ粒子において用いられる蛍光色素ユニットの好ましい例としては、以下の式(I)で表される化合物が挙げられる。
A preferable example of the fluorescent dye unit used in the fluorescent microparticles of the present invention is a compound represented by the following formula (I).

式(I)で表される化合物において、中央部のアトラセンが蛍光団であり、その両側の2つのアリールボロン酸が消光団である。以下の平衡式に示すように、グルコース非存在下ではアリールボロン酸部位によりアトラセンの蛍光は消光されているが、アリールボロン酸部位とグルコースが結合すると、分子内の窒素原子とホウ素原子の静電相互作用によりアントラセン部位への電子移動が抑えられ、消光作用が解消してアトラセンの蛍光発光が生じる。かかる認識機構によって、グルコースの存在をON−OFFの蛍光応答として検出することができる。
In the compound represented by the formula (I), the central atlasene is a fluorescent group, and the two arylboronic acids on both sides thereof are a quencher group. As shown in the equilibrium equation below, the fluorescence of atlasene is quenched by the arylboronic acid moiety in the absence of glucose, but when the arylboronic acid moiety and glucose are combined, the capacitance of the nitrogen atom and boron atom in the molecule is electrostatic. By the interaction, the electron transfer to the anthracene site is suppressed, the quenching action is eliminated, and the fluorescence emission of atlasene is generated. With such a recognition mechanism, the presence of glucose can be detected as an ON-OFF fluorescence response.

また、式(I)の化合物は、末端に2つのアミノ基を有しており、当該アミノ基が、上記コア粒子の表面上の修飾用官能基と反応することによって、当該蛍光色素ユニットを蛍光マイクロ粒子表面に共有結合により固定化することができる。なお、ここでは、式(I)の化合物の末端の官能基がアミノ基である例を示したが、これに限定されず、コア粒子の表面上の修飾用官能基と共有結合し得る官能基であれば用いることができることは当業者には理解可能であろう。 Further, the compound of the formula (I) has two amino groups at the terminals, and the amino groups fluoresce the fluorescent dye unit by reacting with the modifying functional group on the surface of the core particles. It can be immobilized on the surface of microparticles by covalent bond. Here, an example is shown in which the functional group at the terminal of the compound of the formula (I) is an amino group, but the present invention is not limited to this, and a functional group that can covalently bond with a modifying functional group on the surface of the core particle. It will be understandable to those skilled in the art that it can be used if.

本発明の蛍光マイクロ粒子において用いられる蛍光色素ユニットの別の好ましい例としては、以下の式(II)で表される化合物が挙げられる。
Another preferred example of the fluorescent dye unit used in the fluorescent microparticles of the present invention is a compound represented by the following formula (II).

式(I)において、「PEG」は、ポリエチレングリコール鎖を表す。当該ポリエチレングリコール鎖は、好ましくは、繰り返し単位が2〜60である。ただし、当該ポリエチレングリコール鎖の長さは、適宜変更して用いることができる。 In formula (I), "PEG" represents a polyethylene glycol chain. The polyethylene glycol chain preferably has a repeating unit of 2 to 60. However, the length of the polyethylene glycol chain can be appropriately changed and used.

式(II)で表される化合物も、上記式(I)の化合物と同様に、中央部のアトラセンが蛍光団であり、その両側の2つのアリールボロン酸が消光団である。したがって、グルコースの存在をON−OFFの蛍光応答として検出する機構は、上述のとおりである。 In the compound represented by the formula (II), similarly to the compound of the above formula (I), the atlasene in the central portion is a fluorescent group, and the two arylboronic acids on both sides thereof are a quenching group. Therefore, the mechanism for detecting the presence of glucose as an ON-OFF fluorescence response is as described above.

一方、式(II)で表される化合物は、上記式(I)の化合物と異なり、末端に2つのマレイミド基を有している。当該マレイミド基が、上記コア粒子の表面上の修飾用官能基と反応することによって、当該蛍光色素ユニットを蛍光マイクロ粒子表面に共有結合により固定化することができる。 On the other hand, the compound represented by the formula (II) has two maleimide groups at the terminal unlike the compound of the above formula (I). By reacting the maleimide group with the modifying functional group on the surface of the core particles, the fluorescent dye unit can be covalently immobilized on the surface of the fluorescent microparticles.

4.蛍光マイクロ粒子の調製
本発明の蛍光マイクロ粒子は、当該技術分野において公知のゲル作製方法により調製することができる。例えば、表面上にカルボキシル基等の修飾用官能基を有するマイクロ粒子材料は市販されているため、後述の実施例で示すように、かかるマイクロ粒子材料をコア粒子として用い、公知のアミド縮合剤を用いて、細胞接着ユニットと蛍光色素ユニットとを順にコア粒子の表面上に修飾・固定化することにより、本発明の蛍光マイクロ粒子を得ることができる。蛍光色素ユニットと細胞接着ユニットの表面修飾率は適宜調整することができる。アミド縮合剤の例としては、DMT−MMを挙げることができる。
4. Preparation of Fluorescent Microparticles The fluorescent microparticles of the present invention can be prepared by a gel preparation method known in the art. For example, since a microparticle material having a modifying functional group such as a carboxyl group on the surface is commercially available, as shown in Examples described later, such a microparticle material is used as a core particle, and a known amide condensing agent is used. The fluorescent microparticles of the present invention can be obtained by sequentially modifying and immobilizing the cell adhesion unit and the fluorescent dye unit on the surface of the core particles. The surface modification rates of the fluorescent dye unit and the cell adhesion unit can be appropriately adjusted. Examples of the amide condensing agent include DMT-MM.

5.蛍光マイクロ粒子を用いたグルコース検出及びモニタリング
さらに、本発明は、上述の蛍光マイクロ粒子を用いて、スフェロイド等の3次元細胞組織内のグルコースを検出・モニタリングする方法、及び当該蛍光マイクロ粒子を含むセンサーにも関する。具体的には、本発明の蛍光マイクロ粒子を測定対象である3次元細胞組織と接触させ、特定の波長の光を照射することによって、3次元細胞組織内のグルコースの存在を蛍光応答として検出することができる。
5. Glucose detection and monitoring using fluorescent microparticles Further, the present invention uses the above-mentioned fluorescent microparticles to detect and monitor glucose in three-dimensional cell tissues such as spheroids, and a sensor containing the fluorescent microparticles. Also related to. Specifically, the fluorescent microparticles of the present invention are brought into contact with the three-dimensional cell tissue to be measured and irradiated with light of a specific wavelength to detect the presence of glucose in the three-dimensional cell tissue as a fluorescence response. be able to.

本発明の蛍光マイクロ粒子は、例えば、3次元細胞培養における培養液中に含有させスフェロイドを形成することで、3次元細胞組織内に導入することができる。さらに、LED等の光源;光電子増倍管等の検出器;無線データ転送システム等を備える小型センサーデバイスを作製し、培養系に適用することで、連続的なグルコースモニタリングセンサーとして用いることができる。なお、蛍光シグナルの検出は、蛍光測定装置や顕微鏡など当該技術分野において公知の装置やシステム等を用いることができる。 The fluorescent microparticles of the present invention can be introduced into a three-dimensional cell tissue by, for example, being contained in a culture medium in a three-dimensional cell culture to form a spheroid. Further, by producing a small sensor device including a light source such as an LED; a detector such as a photomultiplier tube; and a wireless data transfer system, and applying it to a culture system, it can be used as a continuous glucose monitoring sensor. For the detection of the fluorescence signal, a device or system known in the art such as a fluorescence measuring device or a microscope can be used.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

1.蛍光マイクロ粒子の調製
以下の試料を用いて本発明の蛍光マイクロ粒子を調製した。
1)コア粒子:ポリスチレン(平均粒径15μm)
細胞接着ユニット:アテロコラーゲン、RGDペプチド
アミド縮合剤:DMT−MM(社製)
グルコース応答性蛍光色素:アリールボロン酸化アントラセン誘導体A(製品名「G55」:株式会社NARD社製)

2)コア粒子:ナイロン多孔質ビーズ(平均粒径15μm;かさ密度3.0〜4.5g/cm
細胞接着ユニット:アテロコラーゲン、RGDペプチド
アミド縮合剤:DMT−MM(社製)
グルコース応答性蛍光色素:アリールボロン酸化アントラセン誘導体A(製品名「G55」:株式会社NARD社製)
1. 1. Preparation of Fluorescent Microparticles The fluorescent microparticles of the present invention were prepared using the following samples.
1) Core particles: polystyrene (average particle size 15 μm)
Cell adhesion unit: atelocollagen, RGD peptide amide condensing agent: DMT-MM (manufactured by the company)
Glucose-responsive fluorescent dye: Arylborone-oxidized anthracene derivative A (Product name "G55": manufactured by NARD Co., Ltd.)

2) Core particles: Nylon porous beads (average particle size 15 μm; bulk density 3.0 to 4.5 g / cm 3 )
Cell adhesion unit: atelocollagen, RGD peptide amide condensing agent: DMT-MM (manufactured by the company)
Glucose-responsive fluorescent dye: Arylborone-oxidized anthracene derivative A (Product name "G55": manufactured by NARD Co., Ltd.)

アミド縮合剤を用いて、以下の3種類の蛍光色素固定化マイクロ粒子を調製した。グルコース応答性蛍光色素のみ表面に固定化したマイクロ粒子(GF−particle)、蛍光色素とRGDペプチドを表面に固定化したマイクロ粒子(GF−RGD−particle)、蛍光色素とアテロコラーゲンを表面に固定化したマイクロ粒子(GF−Col−particle)。RGDペプチドおよびアテロコラーゲンは、いずれも細胞接着性を有する分子である。 The following three types of fluorescent dye-immobilized microparticles were prepared using an amide condensing agent. Microparticles (GF-particle) in which only the glucose-responsive fluorescent dye is immobilized on the surface, microparticles (GF-RGD-particle) in which the fluorescent dye and RGD peptide are immobilized on the surface, fluorescent dye and atelocollagen are immobilized on the surface. Microparticles (GF-Col-particle). Both RGD peptide and atelocollagen are molecules having cell adhesion.

具体的には、マイクロ粒子とコラーゲン溶液を混ぜ、そこに縮合剤であるDMT−MMを添加し、その後蛍光色素を添加する手順で各蛍光マイクロ粒子を調製した。 Specifically, each fluorescent microparticle was prepared by mixing microparticles and a collagen solution, adding DMT-MM as a condensing agent to the mixture, and then adding a fluorescent dye.

2.蛍光マイクロ粒子による3次元細胞組織内のグルコース応答性の評価
実施例1で得た3種の蛍光マイクロ粒子を用いてグルコースの蛍光応答を評価した。
2. Evaluation of Glucose Response in Three-dimensional Cell Tissue by Fluorescent Microparticles The fluorescence response of glucose was evaluated using the three types of fluorescent microparticles obtained in Example 1.

グルコース応答性色素(GF色素)は、それぞれ特異的グルコース認識部位として作用する、及び蛍光発生部位として作用するアントラセンを含む。従って、上述のように、グルコース分子が存在しない場合には蛍光は消光されているが、グルコース分子がジボロン酸部分に結合すると、蛍光発光を示す。 Glucose-responsive dyes (GF dyes) contain anthracene, which acts as a specific glucose recognition site and as a fluorescence generation site, respectively. Therefore, as described above, the fluorescence is quenched in the absence of the glucose molecule, but when the glucose molecule binds to the diboronic acid moiety, it exhibits fluorescence emission.

まず、スフェロイドに導入する以前の状態における蛍光マイクロ粒子の電子顕微鏡イメージ及び蛍光イメージを図1に、それらのSEM画像を図2に示す。いずれの図も、(a)GF−particle、(b)GF−RGD−particle、(c)GF−Col−particleである。これらの画像から、微粒子に蛋白質が修飾できており、均質な粒子がたもたれていることが分かる。 First, an electron microscope image and a fluorescence image of fluorescent microparticles in a state before introduction into spheroids are shown in FIG. 1, and their SEM images are shown in FIG. All figures are (a) GF-particle, (b) GF-RGD-particle, and (c) GF-Col-particle. From these images, it can be seen that the fine particles have been modified with protein and homogeneous particles are leaning against them.

これら蛍光マイクロ粒子に0〜1,000mg/dLのグルコースを添加した場合の蛍光スペクトル変化を図3(a)に示す(励起波長:405nm)。470nmにおける蛍光強度変化をプロットしたものが図3(b)である。この結果、グルコース応答性色素は、グルコース濃度の増加に応じて、蛍光強度が増大することを確認した。 The change in the fluorescence spectrum when 0 to 1,000 mg / dL of glucose is added to these fluorescent microparticles is shown in FIG. 3 (a) (excitation wavelength: 405 nm). FIG. 3B is a plot of the change in fluorescence intensity at 470 nm. As a result, it was confirmed that the fluorescence intensity of the glucose-responsive dye increased as the glucose concentration increased.

次に、これら蛍光マイクロ粒子を、超低付着性多層プレートを用いてHepG2(肝臓肝細胞)のスフェロイド中に導入し、ルコース応答性試験を行った。グルコース濃度をモニターするために、タイムラプスビデオを用いて蛍光マイクロ粒子の蛍光強度を観察した。 Next, these fluorescent microparticles were introduced into the spheroids of HepG2 (liver hepatocytes) using an ultra-low adhesion multilayer plate, and a Lucor responsiveness test was performed. To monitor the glucose concentration, time-lapse video was used to observe the fluorescence intensity of the fluorescent microparticles.

図4に、それぞれスフェロイドに導入後の蛍光イメージ画像を示す。細胞接着性分子を含まない「GF−particle」では、スフェロイドとの結合は見られなかった。一方、RGDペプチドを有する「GF−RGD−particle」では、スフェロイドへの接着は見られたものの、蛍光強度の増大は見られなかった。これらに対し、アテロコラーゲンを有する「GF−Col−particle」では、スフェロイドに接着するとともに、グルコースとの結合による蛍光強度の増大が観測された。このことは、グルコースモニタリングのためには、細胞接着性分子としてRGDペプチドでは安定性に欠き、より長い4以上のアミノ酸残基を有するペプチド鎖が有効であることを示唆するものである。 FIG. 4 shows fluorescence images after introduction into spheroids. No binding to spheroids was observed in "GF-particle" containing no cell adhesion molecule. On the other hand, in "GF-RGD-particle" having RGD peptide, adhesion to spheroid was observed, but no increase in fluorescence intensity was observed. On the other hand, in "GF-Col-particle" having atelocollagen, an increase in fluorescence intensity was observed due to adhesion to spheroids and glucose. This suggests that the RGD peptide lacks stability as a cell adhesion molecule for glucose monitoring, and a peptide chain having a longer amino acid residue of 4 or more is effective.

さらに、「GF−Col−particle」を用いて、スフェロイド内部におけるグルコース濃度のモニタリングを行った結果を図5に示す(0〜2時間経過後)。その結果、蛍光強度は時間とともに減少し、グルコース消費を経時的に観測することができた。これは、「GF−Col−particle」を用いてスフェロイド内部のグルコース濃度を好適に測定できることを実証するものである。 Furthermore, the result of monitoring the glucose concentration inside the spheroid using "GF-Col-particle" is shown in FIG. 5 (after 0 to 2 hours have passed). As a result, the fluorescence intensity decreased with time, and glucose consumption could be observed over time. This demonstrates that the glucose concentration inside the spheroid can be suitably measured by using the "GF-Col-particle".

なお、図5に示す結果では、回転楕円体の中心に近い領域ほど蛍光の減少率が高かった。これは、スフェロイド(D=1mm)が大きすぎて、十分な量のグルコースをスフェロイドの中心に移動させることができなかったことものと考えられる。 In the results shown in FIG. 5, the reduction rate of fluorescence was higher in the region closer to the center of the spheroid. It is probable that this was because the spheroid (D = 1 mm) was too large to move a sufficient amount of glucose to the center of the spheroid.

Claims (14)

3次元細胞組織内のグルコースを測定するための蛍光マイクロ粒子であって、
平均粒径がマイクロメートルのオーダーであるコア粒子と、
グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素ユニットと、
細胞接着性分子を有する細胞接着ユニットとを含み;
前記蛍光色素ユニット及び前記細胞接着ユニットが、前記コア粒子の表面上に共有結合によって固定化された構造を有する、
該蛍光マイクロ粒子。
Fluorescent microparticles for measuring glucose in three-dimensional cell tissue
Core particles with an average particle size on the order of micrometers and
A fluorescent dye unit that exhibits a fluorescent response by binding to glucose,
Includes cell adhesion units with cell adhesion molecules;
The fluorescent dye unit and the cell adhesion unit have a structure in which they are covalently immobilized on the surface of the core particles.
The fluorescent microparticle.
前記コア粒子が、それぞれ表面上に修飾用官能基を有する含ケイ素材料、高分子ポリマー、及び金属微粒子よりなる群から選択される、請求項1に記載の蛍光マイクロ粒子。 The fluorescent microparticle according to claim 1, wherein the core particles are selected from the group consisting of a silicon-containing material having a functional group for modification on the surface, a polymer polymer, and metal fine particles. 前記コア粒子が、表面上に修飾用官能基を有する多孔質材料である、請求項1に記載の蛍光マイクロ粒子。 The fluorescent microparticle according to claim 1, wherein the core particle is a porous material having a modifying functional group on the surface. 前記修飾用官能基が、カルボキシル基、チオール基、イソシアノ基、チオイソシアノ基、エポキシ基、活性カルボン酸エステル、マレイミド基、アセチル基、及びアジド基よりなる群から選択される1以上の官能基である、請求項2又は3に記載の蛍光マイクロ粒子。 The modifying functional group is one or more functional groups selected from the group consisting of a carboxyl group, a thiol group, an isocyano group, a thioisocyano group, an epoxy group, an active carboxylic acid ester, a maleimide group, an acetyl group, and an azido group. , The fluorescent microparticle according to claim 2 or 3. 前記コア粒子が、100nm〜20μmの平均粒径を有する、請求項1〜4のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子。 The fluorescent microparticle according to any one of claims 1 to 4, wherein the core particles have an average particle size of 100 nm to 20 μm. 前記細胞接着ユニットが、4以上のアミノ酸残基よりなるポリペプチド又はオリゴペプチドを含む、請求項1〜5のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子。 The fluorescent microparticle according to any one of claims 1 to 5, wherein the cell adhesion unit contains a polypeptide or oligopeptide consisting of 4 or more amino acid residues. 前記細胞接着ユニットが、コラーゲン、ゼラチン、プロテオグリカン、ヒアルロン酸、フィブロネクチン、ラミニン、テネイシン、エンタクチン、エラスチン、及びそれらに由来する化合物よりなる群から選択される1種以上を含む、請求項1〜5のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子。 Claims 1 to 5, wherein the cell adhesion unit comprises one or more selected from the group consisting of collagen, gelatin, proteoglycan, hyaluronic acid, fibronectin, laminin, tenascin, entactin, elastin, and compounds derived thereto. The fluorescent microparticle according to any one. 前記蛍光色素ユニットが蛍光団及び消光団を有しており;
グルコース非存在下では前記消光団により前記蛍光団が消光されているが、前記消光団がグルコースと結合することによって蛍光団が発光することにより蛍光応答を示す、請求項1〜7のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子。
The fluorescent dye unit has a fluorescent group and a quenching group;
Any one of claims 1 to 7, wherein the quencher is extinguished by the quencher in the absence of glucose, but the fluorescent group emits light when the quencher binds to glucose. Fluorescent microparticles described in.
前記蛍光団がアントラセンを有し、前記消光団がアリールボロン酸を有する、請求項8に記載の蛍光マイクロ粒子。 The fluorescent microparticle according to claim 8, wherein the fluorescent group has anthracene and the quencher group has arylboronic acid. 前記蛍光色素ユニットが末端に1又は複数のアミノ基を有し、当該アミノ基を介した共有結合によって前記コア粒子の表面に固定化されている、請求項1〜9のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子。 The one according to any one of claims 1 to 9, wherein the fluorescent dye unit has one or more amino groups at the terminal and is immobilized on the surface of the core particles by a covalent bond via the amino group. Fluorescent microparticles. 前記蛍光色素ユニットが以下の式(I)又は(II)で表される、
(式(II)において、「PEG」は、ポリエチレングリコール鎖を表す。)
請求項1〜10のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子。
The fluorescent dye unit is represented by the following formula (I) or (II).
(In formula (II), "PEG" represents a polyethylene glycol chain.)
The fluorescent microparticle according to any one of claims 1 to 10.
請求項1〜11のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子を含む、グルコースモニタリングセンサー。 A glucose monitoring sensor comprising the fluorescent microparticle according to any one of claims 1-11. 請求項1〜11のいずれか1に記載の蛍光マイクロ粒子を用いて3次元細胞組織中のグルコースの存在を蛍光応答として検出する工程を含む、グルコース検出方法。 A method for detecting glucose, which comprises a step of detecting the presence of glucose in a three-dimensional cell tissue as a fluorescent response using the fluorescent microparticles according to any one of claims 1 to 11. 請求項13に記載のグルコース検出方法により、3次元細胞組織中のグルコースの存在を連続的にモニタリングすることを特徴とする、グルコースの連続的モニタリング方法。 A method for continuously monitoring glucose, which comprises continuously monitoring the presence of glucose in a three-dimensional cell tissue by the method for detecting glucose according to claim 13.
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