KR102498862B1 - Method for analyzing exosomes in liquid biopsy sample - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법은, 정상인군 및 환자군 각각의 체내 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀을 함유하는 엑소좀 모집단 샘플로부터, 소정의 질환과 관련된 타겟 엑소좀을 하부집단으로 분리하여, 상기 타겟 엑소좀의 집단을 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플을 준비하는 단계(S100), 엑소좀 액체생검 샘플에 함유된 타겟 엑소좀이 가지는 다수의 바이오마커 별로 정량적 신호를 측정하는 단계(S200), 및 측정된 정량적 신호의 신호값을 기반으로, 다수의 바이오마커 사이의 상관관계에 따라, 정상인군 및 환자군 각각의 엑소좀 액체생검 샘플을 분석하는 단계(S300)를 포함한다.The present invention relates to a method for analyzing an exosome liquid biopsy sample, and the method for analyzing an exosome liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention includes exosomes containing exosomes secreted from a plurality of cells in the body of each of a normal group and a patient group. Preparing an exosome liquid biopsy sample containing the target exosome population by separating target exosomes related to a predetermined disease into subpopulations from the population sample (S100), target contained in the exosome liquid biopsy sample Measuring a quantitative signal for each of a plurality of biomarkers of the exosome (S200), and based on the signal value of the measured quantitative signal, according to the correlation between the plurality of biomarkers, exosomes of each of the normal group and the patient group and analyzing the liquid biopsy sample (S300).

Description

엑소좀 액체생검 샘플 분석방법{METHOD FOR ANALYZING EXOSOMES IN LIQUID BIOPSY SAMPLE}Exosome liquid biopsy sample analysis method {METHOD FOR ANALYZING EXOSOMES IN LIQUID BIOPSY SAMPLE}

본 발명은 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법에 관한 것으로, 모집단 샘플에서 암 질환 등과 같은 특정 질환 관련 엑소좀을 아집단, 차아집단 또는 그 하위집단으로 분리하여 제조된 액체생검 샘플을 분석하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for analyzing an exosome liquid biopsy sample, and relates to a method for analyzing a liquid biopsy sample prepared by separating exosomes related to a specific disease, such as a cancer disease, from a population sample into subgroups, subgroups, or subgroups thereof. will be.

최근에, 암 질환 및 퇴행성 질환 등 특정 질환 검사의 고통을 최소화하고 조기진단을 구현하기 위한 '액체생검(liquid biopsy)' 개념이 소개되었다. 액체생검은 비침습적인 방법으로 비교적 간편하게 혈액, 타액, 소변 등과 같은 체액을 추출하여 특정 질환 관련 세포 혹은 이로부터 유출된 성분(펩타이드, 단백질, 핵산, 소기관, 특정물질 등)에 대해 분석을 실시하는 방법이다. 이를 통해 특정 질환 발생 여부를 조기에 확인할 수 있으므로, 기존의 영상진단과 조직검사 그리고 혈액검사 방법 등과 같은 검사방법의 대안으로 주목받고 있다. Recently, the concept of 'liquid biopsy' has been introduced to minimize the pain of testing for specific diseases such as cancer and degenerative diseases and implement early diagnosis. Liquid biopsy is a non-invasive method that extracts body fluids such as blood, saliva, urine, etc. relatively easily and analyzes cells related to specific diseases or components (peptides, proteins, nucleic acids, organelles, specific substances, etc.) leaked from them. way. Since it is possible to check the occurrence of a specific disease at an early stage through this, it is attracting attention as an alternative to conventional imaging diagnosis, biopsy, and blood test methods.

특정 질환 예를 들어, 암 질환 진단 시 액체생검을 이용하면 조직생검(tissue biopsy)과 비교하여 일반적으로 다음과 같은 장점이 있다. 첫째로, 보통 침습적인 외과적 조직 채취가 잠재적인 위험이 있고 고가인 것에 비해, 액체생검 시 체액의 이용은 비교적 용이하고 합병증 위험이 경감된다. 둘째로, 조직생검은 필요 시 단일 부위에 대한 질환의 스냅촬영을 제공할 뿐이고 또한 질환 진행 및 치료에 대해 시시각각 모니터링을 할 수 없는데 반해, 액체생검을 이용하면 암 질환 진행에 대한 실시간 연속 모니터링이 가능하다. 셋째로, 조직생검을 통해서는 종양이 다양하기 때문에 그 구성에 대한 완전한 이해가 어렵지만, 액체생검 시에는 종양 세포로부터 생성된 바이오 물질을 수집하므로 분자 수준에서 종양의 구성에 대한 더 종합적인 분석이 가능하다. 넷째로, 조직생검에서는 샘플 크기가 제한되어 여러 진단 목적으로 나누어 쓸 경우 부족하게 되지만, 액체생검에서는 필요에 따라 다양한 체액으로부터 샘플의 다중 채취가 가능하다. 다섯째로, 조직생검에서 낮은 정확도로 인해 시험결과의 임상 유용성이 제한되는 데에 비해, 액체생검은 상대적으로 더 높은 정확도(양성샘플 측정 정확도)와 민감도(음성샘플 측정 정확도)를 제공하므로 임상 의사결정을 위한 확실한 결과를 제공할 수 있다. When diagnosing a specific disease, for example, cancer, using a liquid biopsy generally has the following advantages compared to a tissue biopsy. First, the use of bodily fluids during liquid biopsy is relatively easy and the risk of complications is reduced, compared to the potentially risky and expensive procedure of usually invasive surgical tissue collection. Second, liquid biopsy allows real-time continuous monitoring of cancer disease progression, whereas tissue biopsy only provides a snapshot of the disease of a single site when necessary and cannot monitor disease progression and treatment moment by moment. do. Third, it is difficult to fully understand the composition of tumors through tissue biopsy because of the variety of tumors. However, liquid biopsy collects biomaterials produced from tumor cells, enabling a more comprehensive analysis of the composition of tumors at the molecular level. do. Fourth, in tissue biopsy, the size of the sample is limited, so it becomes insufficient when divided and used for various diagnostic purposes, but in liquid biopsy, multiple samples can be collected from various body fluids as needed. Fifth, compared to the low accuracy of tissue biopsy, which limits the clinical usefulness of the test results, liquid biopsy provides relatively higher accuracy (positive sample measurement accuracy) and sensitivity (negative sample measurement accuracy) for clinical decision making. can provide definite results for

암 질환 진단분야에서 액체생검용 바이오마커로서 순환종양세포(circulating tumor cells; CTC), 세포유리 DNA(cell-free DNA), 및 엑소좀이 그 잠재력을 인정받고 있다. 순환종양세포는 농축 및 선별성 그리고 분리 핵산의 안정성은 우수하지만 혈액 내 분포량이 극히 적어서 암 질환의 조기진단에 사용하기 어렵다. 세포유리 DNA는 혈액 내 분포량은 많으나 농축 및 선별이 어렵고 또한 분리 핵산의 안정성이 낮다. 더욱이 타겟 질환과 관련없는 다량의 비특이 DNA의 존재로 인해 분석 시 잡음(noise) 문제의 극복이 주요 현안이 되고 있다. 이러한 두 바이오마커와 비교하여, 엑소좀은 혈액 내 분포량이 많고, 농축 및 선별이 용이하며, 그리고 핵산을 안정된 상태로 분리할 수 있다. 다만, 각 엑소좀 입자 간 크기, 밀도, 함유된 단백질 및 핵산 성분들의 조성이 극히 이질적이어서 질환 관련 순수 엑소좀으로의 분리가 선행되어야 한다. Circulating tumor cells (CTC), cell-free DNA, and exosomes are recognized for their potential as biomarkers for liquid biopsy in the field of cancer diagnosis. Circulating tumor cells are excellent in concentration, selectivity, and stability of isolated nucleic acids, but are difficult to use for early diagnosis of cancer because their distribution in the blood is extremely small. Cell-free DNA has a large distribution in blood, but it is difficult to concentrate and select, and the stability of the isolated nucleic acid is low. Moreover, due to the presence of a large amount of non-specific DNA unrelated to the target disease, overcoming the noise problem during analysis has become a major issue. Compared to these two biomarkers, exosomes have a high distribution in the blood, are easy to concentrate and select, and can separate nucleic acids in a stable state. However, since the size, density, and composition of protein and nucleic acid components contained in each exosome particle are extremely heterogeneous, separation into disease-related pure exosomes must be preceded.

액체생검 바이오마커로서 엑소좀이 주목받고 있다. 인체 내 세포에서 미세 소포체 형태로 분비되어 그 유래 세포의 특징을 그대로 반영하고 있는 엑소좀 (30 ~ 150 nm 크기)은 혈액, 타액, 소변 등 다양한 체액에서 추출 가능하다. 엑소좀은 지질 이중층으로 되어있는 소포체이기 때문에 체내에서 안정적일 뿐만 아니라, protease, RNase, DNase 등의 공격으로부터 자유롭다. 따라서, 엑소좀을 암 질환 및 퇴행성 질환 등 특정 질환 진단의 새로운 바이오마커로 이용하려는 연구가 증가하고 있으며, 실제로 엑소좀이 함유한 단백질 및 RNA 등 구성성분을 마커로 이용한 암의 조기진단 및 동반진단 목적의 제품들이 개발되고 있다. Exosomes are attracting attention as a liquid biopsy biomarker. Exosomes (30 ~ 150 nm in size) secreted from cells in the human body in the form of microvesicles and reflecting the characteristics of the derived cells can be extracted from various body fluids such as blood, saliva, and urine. Since exosomes are endoplasmic reticulum composed of a lipid bilayer, they are not only stable in the body, but also free from attacks by proteases, RNases, and DNases. Therefore, studies to use exosomes as new biomarkers for the diagnosis of specific diseases such as cancer and degenerative diseases are increasing, and in fact, early diagnosis and accompanying diagnosis of cancer using components such as proteins and RNAs contained in exosomes as markers Targeted products are being developed.

특정 질환 특히, 암 질환에 대한 액체생검 시 진단에 사용할 수 있는 엑소좀 함유 단백질 및 RNA 바이오마커는 다음과 같다. 우선 엑소좀 생합성 및 공정을 보면, 첫째로, 엑소좀과 같은 미세 소포체(micro-vesicles; MVEs)는 세포 내부에서 봉우리를 튀우는데, 이때 세포질 내 단백질, mRNAs, 및 microRNAs(miRNAs) 등을 포함하는 작은 세포내부 소포체를 형성한다. 둘째로, 이러한 내부 소포체들은 MVEs가 세포막과 융합되어 엑소좀으로서 외부로 방출된다. 셋째로, 방출된 엑소좀은 그 표면의 특정 리간드가 부착됨으로서 결정되는 목적지를 향해 이동을 시작한다. 넷째로, 타겟 세포에 도달한 엑소좀은 세포내 도입(endocytosis) 경로를 통해 유입되거나 혹은 타겟 세포 막과 융합되어 세포질 내로 직접 엑소좀 성분들을 방출한다. Exosome-containing protein and RNA biomarkers that can be used for diagnosis in liquid biopsy for specific diseases, particularly cancer diseases, are as follows. First, looking at the exosome biosynthesis and process, first, micro-vesicles (MVEs), such as exosomes, bounce inside the cell, and at this time, proteins, mRNAs, and microRNAs (miRNAs) in the cytoplasm, including Forms small intracellular vesicles. Second, these inner vesicles are released as exosomes when MVEs fuse with the cell membrane. Thirdly, the released exosomes start migrating toward a destination determined by the attachment of specific ligands on their surface. Fourth, the exosomes that have reached the target cell are introduced through an endocytosis pathway or fused with the target cell membrane to release exosome components directly into the cytoplasm.

첫째 단계의 엑소좀 생합성 시 관여하는 단백질 성분들로, HRS(hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate), STAM1(signal transducing adaptor melecule), TSG101(tumor susceptability gene), 및 CD81 등이 있다. 둘째 단계의 엑소좀 방출단계에 관여하는 단백질들로서, RAB2B, RAB5A, RAB7, 및 RAB9A 등이 알려져 있다. 이와 같은 단백질 분자들은 치료제 개발 시 잠재적인 치료대상 후보일 뿐만 아니라 엑소좀에 대한 탐지 및 분리 기술 개발에 있어서 주요 타겟으로 이용될 수 있다. Protein components involved in the first step of exosome biosynthesis include hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate (HRS), signal transducing adapter melecule (STAM1), tumor susceptability gene (TSG101), and CD81. As proteins involved in the second step of exosome release, RAB2B, RAB5A, RAB7, and RAB9A are known. Such protein molecules can be used not only as potential treatment targets in the development of therapeutic agents, but also as major targets in the development of detection and separation technologies for exosomes.

또한 체액으로 방출된 엑소좀은 2중 나선구조의 DNAs, RNAs, 단백질, 및 지질 성분 등 다양한 세포 구성성분들을 포함한다. 최근 연구에 따르면, 엑소좀 탑재 DNA 분자는 게놈 전체를 대표하고 또한 엑소좀을 방출한 종양세포의 돌연변이 상태를 반영할 수 있다. 따라서 엑소좀 내 2중 나선구조의 DNA 분자들에 대한 분석은 특히 암 질환이나 전이를 조기 탐지하는데 유용할 수 있다. 엑소좀 함유 단백질의 경우, 그 조성은 방출한 세포나 조직에 따라 변화되지만, 대부분의 엑소좀은 진화상 보존되는 단백질 분자들의 일반적인 집합체를 포함한다. 엑소좀 내 단백질 함량은 엑소좀의 분리 및 탐지 기술 그리고 분석방법을 개발하는데 중요하다. 나아가, 엑소좀 단백질 분자들은 다른 병리학적 조건들의 정보수집과 진단에 있어서 바이오마커로 이용될 수 있다. 엑소좀 함유 RNA의 경우, 세포 유래 및 엑소좀 유래 mRNA와 miRNA 함량에 있어서의 차이 그리고 엑소좀 함유 miRNAs의 기능성에 대해 보고된 이후, 동시적으로 발표된 여러 miRNAs에 대한 연구 결과는 엑소좀에 대한 폭발적인 연구를 촉발하였다. 실제로, miRNAs는 진단은 물론 치료제 개발에 있어서 특별한 타겟으로 주목받고 있다. 새로운 탐지기술을 이용한 많은 보고에서 miRNAs는 거의 모든 체액에 존재하고 따라서 진단 목적의 분석 시 잠재적인 바이오마커로 부각되고 있다. 실제로, 다양한 체액 샘플들을 분석한 결과에 의하면, 샘플 출처에 따라 많은 수의 다른 miRNAs가 발견되고 있다.In addition, exosomes released into bodily fluids contain various cellular components such as double helix DNAs, RNAs, proteins, and lipid components. According to recent studies, exosome-loaded DNA molecules are representative of the genome as a whole and can also reflect the mutational status of tumor cells that released exosomes. Therefore, analysis of double helix DNA molecules in exosomes can be particularly useful for early detection of cancer or metastasis. In the case of exosome-containing proteins, their composition varies depending on the cell or tissue that released them, but most exosomes contain a general set of evolutionarily conserved protein molecules. The protein content in exosomes is important for the development of techniques for isolation and detection of exosomes and analysis methods. Furthermore, exosomal protein molecules can be used as biomarkers in the diagnosis and information gathering of other pathological conditions. In the case of exosome-containing RNA, after reporting on the difference in the content of cell-derived and exosome-derived mRNA and miRNA, and the functionality of exosome-containing miRNAs, the results of studies on several miRNAs that were simultaneously published are promising for exosomes. sparked an explosion of research. In fact, miRNAs are attracting attention as special targets for diagnosis as well as therapeutic development. In many reports using new detection technologies, miRNAs are present in almost all bodily fluids, and thus are emerging as potential biomarkers for analysis for diagnostic purposes. In fact, according to the analysis of various bodily fluid samples, a large number of different miRNAs have been found depending on the sample source.

특히 암 관련 주요 사안으로, 엑소좀은 종양 발생, 암 전이, 및 약물 저항성에 있어서 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 종양이 발생된 미시적 환경에서 다른 세포와 마찬가지로 종양세포들 또한 엑소좀 및 다른 미세 소포체를 분비하는데, 이 물질들은 혈관형성 촉진에 의한 종양의 진행 및 전이 시 종양세포 이동에 기여한다. 종양세포 유래 소포체들은 또한 면역억제에 관여하는 분자들을 함유하는데, 이 분자들은 T lymphocytes 혹은 natural killer cells를 불활성화 시킬 수 있으며, 혹은 면역반응을 억제하기 위해 regulatory T lymphocytes 혹은 myeloid cells의 분화를 촉진할 수 있다. 또한, 종양세포에서 분비된 엑소좀에 의한 종양 활성의 전이도 보고된 바 있다.Particularly of interest in cancer, exosomes are known to play a role in tumorigenesis, cancer metastasis, and drug resistance. Tumor cells, like other cells, secrete exosomes and other microvesicles in the microenvironment where tumors are generated, and these substances contribute to tumor cell migration during tumor progression and metastasis by promoting angiogenesis. Tumor cell-derived endoplasmic reticulum also contain molecules involved in immunosuppression, which can inactivate T lymphocytes or natural killer cells, or promote the differentiation of regulatory T lymphocytes or myeloid cells to suppress the immune response. can In addition, transfer of tumor activity by exosomes secreted from tumor cells has also been reported.

하지만, 체액에는 모든 세포에서 유래된 엑소좀이 혼합된 형태로 존재하기 때문에, 단순히 체액에서 분리된 벌크 모집단(bulk population) 형태의 엑소좀 샘플로는 암 등 특정 질환을 정확하게 진단하기에 한계가 있다. 더욱이 질환 발병 초기에는 체액 내 특정 질환 관련 세포 유래의 엑소좀 농도가 상대적으로 매우 낮아서, 조기진단을 위해서는 체액으로부터 타겟 엑소좀의 분리 및 농축이 선행되어야 한다. 현존하는 엑소좀 분리 기술 중, 밀도 차이 기반의 초원심분리 방법이 재현성이 높으며 비교적 안정된 공정으로 인해 최상위 표준(gold standard) 분리과정으로 채택되고 있다. 그러나 고가의 장비가 반드시 필요하고 분리 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 엑소좀을 침전시켜 분리하는 방법, size exclusion chromatography를 이용하거나, 하기 선행문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이 microfluidics를 이용하여 크기에 따라 분리하는 방법들이 개발되었다. However, since exosomes derived from all cells exist in the body fluid in a mixed form, there is a limit to accurately diagnosing specific diseases such as cancer with exosome samples in the form of bulk populations simply isolated from body fluids. . Moreover, since the concentration of exosomes derived from specific disease-related cells in body fluids is relatively low at the beginning of disease onset, separation and concentration of target exosomes from body fluids must be preceded for early diagnosis. Among existing exosome separation technologies, the density difference-based ultracentrifugation method is adopted as the gold standard separation process due to its high reproducibility and relatively stable process. However, it has the disadvantage of requiring expensive equipment and taking a long separation time. In order to compensate for these disadvantages, a method for separating exosomes by precipitation, using size exclusion chromatography, or using microfluidics as disclosed in the patent literature of the following prior literature, methods for separating according to size have been developed.

그러나 이와 같은 기존의 엑소좀 분리 기술들은 체액에 존재하는 모든 엑소좀을 하나의 모집단 형태로 제공하기 때문에, 암과 같은 특정 세포에서 유래된 극미량의 엑소좀을 선택적으로 탐지하는데 한계가 있다. 실제로, 세포에서 방출된 엑소좀들에는 생화학적 성분들(막 단백질, 내부탑재 단백질 및 RNA 등)이 엑소좀 막이나 내부에 다양하게 포함되어 있어서, 성분 구성상 매우 이질적이다. 특히, 암세포로부터 유래된 엑소좀 중 특정 엑소좀에는 혈관신생 및 암전이 전초단계에서 국지적 환경조성 작업에 관여하는 mRNA 내지는 miRNA가 함유되어 있는 것으로 보고되고 있다. 더욱이 상기한 바와 같이 암 전이 시 상기한 특정 엑소좀은 면역세포의 사멸을 유도하거나 정상세포를 암세포화 하는 과정에 관여하는 생화학 성분들을 포함하고 있는 것으로 알려져 있다. However, since these conventional exosome separation technologies provide all exosomes present in body fluids in the form of a single population, there is a limit to selectively detecting a very small amount of exosomes derived from specific cells such as cancer. In fact, exosomes released from cells contain various biochemical components (membrane proteins, internal proteins and RNA, etc.) in the exosome membrane or inside, so they are very heterogeneous in composition. In particular, it has been reported that certain exosomes among exosomes derived from cancer cells contain mRNA or miRNA involved in local environment creation in the early stages of angiogenesis and cancer metastasis. Moreover, as described above, it is known that the specific exosomes contain biochemical components involved in the process of inducing the death of immune cells or transforming normal cells into cancerous cells during cancer metastasis.

암과 같은 특정 질환의 진단 시, 체액에 존재하는 모든 엑소좀이 포함된 벌크 모집단을 액체생검 샘플로 이용할 경우 높은 진단정확도를 얻기 매우 어렵다. 이것은 비특이 엑소좀들에 의해 야기되는 비특이 부착 등 샘플모체 효과(sample matrix effect)로 인해 분석 특이도 및 민감도에 부정적 결과를 초래하기 때문이다. 이러한 분석적 문제를 극복하기 위해 특이성은 낮으나 특정 질환자의 체액에서 증가한다고 알려진 다중 바이오마커(예: 복수의 다른 miRNA 화학종들)를 동시에 측정하여 질환발생 여부에 대한 판별에 사용할 수 있다. 그러나 다중 바이오마커 사용에 의한 시너지 효과는 제한적일 수밖에 없는데, 이것은 질환과 특이하게 연관되지 않은 대부분의 엑소좀 마커들의 질환 특이성이 근본적으로 낮기 때문이다.When diagnosing a specific disease such as cancer, it is very difficult to obtain high diagnostic accuracy when a bulk population containing all exosomes present in body fluids is used as a liquid biopsy sample. This is because sample matrix effects such as non-specific adhesion caused by non-specific exosomes negatively affect assay specificity and sensitivity. In order to overcome this analytical problem, multiple biomarkers (eg, multiple different miRNA species) known to be increased in body fluids of a specific disease patient may be simultaneously measured and used to determine whether or not a disease occurs. However, the synergistic effect by using multiple biomarkers is inevitably limited, because most of the exosome markers that are not specifically associated with a disease have fundamentally low disease specificity.

이에 암과 같은 특정 질환의 발생과 연관된 엑소좀을 선택적으로 분리하여 특정 질환의 진단에 활용하지 못하는 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 상황이다.Accordingly, there is an urgent need for a solution to the problem of selectively isolating exosomes associated with the occurrence of specific diseases such as cancer and not using them for diagnosis of specific diseases.

KRKR 10-180725610-1807256 B1B1

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면은 암, 퇴행성질환, 심장질환, 감염질환 등과 같은 특정 질환 관련 바이오마커를 발굴하고 이를 진단에 활용하기 위해, 엑소좀 모집단으로부터 엑소좀 아집단, 차아집단 또는 그 이하의 하부집단을 고수율 및 원래의 상태로 분리 및 회수하여 액체생검 샘플을 제조하고, 그 액체생검 샘플을 분석하는 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and one aspect of the present invention is to discover biomarkers related to specific diseases such as cancer, degenerative diseases, heart diseases, infectious diseases, etc., and to utilize them for diagnosis, exosomes Providing a method for analyzing exosome liquid biopsy samples in which liquid biopsy samples are prepared by isolating and recovering exosome subgroups, subgroups, or lower subpopulations in high yield and original state from the population, and analyzing the liquid biopsy samples is to do

본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법은 (a) 정상인군 및 환자군 각각의 체내 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀을 함유하는 엑소좀 모집단 샘플로부터, 소정의 질환과 관련된 타겟 엑소좀을 하부집단으로 분리하여, 상기 타겟 엑소좀의 집단을 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플을 준비하는 단계; (b) 상기 엑소좀 액체생검 샘플에 함유된 상기 타겟 엑소좀이 가지는 다수의 바이오마커 별로 정량적 신호를 측정하는 단계; 및 (c) 측정된 상기 정량적 신호의 측정값을 기반으로, 다수의 상기 바이오마커 사이의 상관관계에 따라, 상기 정상인군 및 상기 환자군 각각의 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 분석하는 단계;를 포함한다.Exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention is to (a) extract target exosomes related to a predetermined disease from an exosome population sample containing exosomes secreted from a plurality of cells in the body of each of a normal person group and a patient group Separating into sub-populations, preparing an exosome liquid biopsy sample containing the target exosome population; (b) measuring quantitative signals for each of a plurality of biomarkers of the target exosomes contained in the exosome liquid biopsy sample; and (c) analyzing the exosome liquid biopsy samples of the normal population group and the patient group, respectively, according to the correlation between the plurality of biomarkers based on the measured value of the quantitative signal. .

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 (a) 단계는, 상기 소정의 질환과 관련된 제1 타겟 엑소좀이 가지는 제1 분리마커와 특이적으로 결합하는 제1 포획소재를, 제1 가역적 링커를 이용해, 고상(solid state)의 고정 부재에 결합시키는 단계; 상기 엑소좀 모집단 샘플과, 상기 고정 부재에 결합된 상기 제1 포획소재를 반응시켜, 다수의 상기 제1 타겟 엑소좀을 포획함으로써, 상기 제1 타겟 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단을 분리하는 단계; 및 포획된 상기 제1 타겟 엑소좀이 상기 고정 부재에서 분리되도록, 상기 제1 가역적 링커를 해리시켜, 상기 엑소좀 아집단을 회수하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, in the step (a), a first marker that specifically binds to a first separation marker of the first target exosome associated with the predetermined disease binding the capture material to a solid state anchoring member using a first reversible linker; Separating an exosome subset, which is a group of the first target exosomes, by reacting the exosome population sample with the first capture material coupled to the fixation member to capture a plurality of the first target exosomes step; and recovering the exosome subset by dissociating the first reversible linker so that the captured first target exosome is separated from the anchoring member.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 엑소좀 아집단을 분리하는 단계, 및 상기 엑소좀 아집단을 회수하는 단계 사이에, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 상기 제1 타겟 엑소좀이 포획된 상기 고정 부재를 농축하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, any one of magnetic force, gravity, and centrifugal force between the step of isolating the exosome subset and the step of recovering the exosome subset Using the above, concentrating the fixation member in which the first target exosomes are captured; may further include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 (a) 단계는, 상기 엑소좀 아집단 내의 제2 타겟 엑소좀이 가지는 제2 분리마커와 특이적으로 결합하는 제2 포획소재를, 상기 고정 부재에 결합시키는 단계; 및 회수된 상기 엑소좀 아집단을 함유하는 엑소좀 아집단 샘플과, 상기 고정 부재에 결합된 상기 제2 포획소재를 반응시켜, 다수의 상기 제2 타겟 엑소좀을 포획함으로써, 상기 제2 타겟 엑소좀의 집단인 엑소좀 차아집단을 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, in the step (a), a second target exosome in the exosome subset specifically binds to a second separation marker possessed coupling the capture material to the fixing member; and reacting the exosome subgroup sample containing the recovered exosome subpopulation with the second capture material coupled to the fixing member to capture a plurality of the second target exosomes, thereby capturing the second target exosomes. Separating a subpopulation of exosomes, which is a group of bits; may include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 제2 포획소재를 상기 고정 부재에 결합시키는 단계에서, 상기 제2 포획소재가 제2 가역적 링커에 의해 상기 고정 부재에 결합되고, 포획된 상기 제2 타겟 엑소좀이 상기 고정 부재에서 분리되도록, 상기 제2 가역적 링커를 해리시켜, 상기 엑소좀 차아집단을 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, in the step of coupling the second capture material to the fixing member, the second capture material is bound to the fixing member by a second reversible linker. and recovering the exosome subset by dissociating the second reversible linker so that the captured second target exosome is separated from the fixation member.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 엑소좀 차아집단을 분리하는 단계, 및 상기 엑소좀 차아집단을 회수하는 단계 사이에, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 상기 제2 타겟 엑소좀이 포획된 상기 고정 부재를 농축하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, between the step of isolating the exosome subpopulation and the step of recovering the exosome subpopulation, any one of magnetic force, gravity, and centrifugal force Using the above, concentrating the fixation member in which the second target exosomes are captured; may further include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 (c) 단계는, 다수의 상기 바이오마커 중 어느 하나의 상기 정량적 신호와 다른 하나의 상기 정량적 신호 사이의 상관관계에 따라, 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 분석할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, the step (c) is based on the correlation between the quantitative signal of any one of the plurality of biomarkers and the quantitative signal of the other. , the exosome liquid biopsy sample can be analyzed.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 (c) 단계는, 다수의 상기 바이오마커 중 어느 하나의 정량적 신호를 기준신호로 하고, 상기 기준신호 대비 나머지 각각의 정량적 신호의 비율로 다수의 파라미터를 설정하는 단계; 및 서로 다른 2개의 상기 파라미터 사이의 상관관계에 따라, 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 분석하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, in the step (c), the quantitative signal of any one of the plurality of biomarkers is used as a reference signal, and the quantitative signal of each of the remaining setting a number of parameters as a ratio of signals; and analyzing the exosome liquid biopsy sample according to the correlation between the two different parameters.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 파라미터를 설정하는 단계는, 다수의 상기 바이오마커 중 어느 하나의 상기 정량적 신호를 X축으로 하고, 다른 하나의 상기 정량적 신호를 Y축으로 하는 다수의 XY 좌표계에, 상기 측정값에 따라 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 좌표화하는 단계; 상기 정상인군 및 상기 환자군 각각의 상기 엑소좀 액체생검 샘플의 기울기를 산출하는 단계; 및 상기 정상인군의 상기 엑소좀 액체생검 샘플의 기울기와, 상기 환자군의 상기 엑소좀 액체생검 샘플의 기울기의 차이가 상대적으로 큰 상기 XY 좌표계를 구성하는 상기 바이오마커를 이용해 상기 파라미터를 설정하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, the step of setting the parameter, the quantitative signal of any one of the plurality of biomarkers as the X-axis, and the quantitative signal of the other Coordinating the exosome liquid biopsy sample according to the measured values in a plurality of XY coordinate systems with a Y axis as a Y axis; calculating a slope of the exosome liquid biopsy sample of each of the normal group and the patient group; and setting the parameter using the biomarker constituting the XY coordinate system in which the difference between the slope of the exosome liquid biopsy sample of the normal group and the slope of the exosome liquid biopsy sample of the patient group is relatively large; can include

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 분석하는 단계는, 다수의 상기 파라미터 중 어느 하나인 제1 파라미터를 X축으로 하고, 다른 하나인 제2 파라미터를 Y축으로 하는 제1 XY 좌표계에, 상기 측정값을 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 대입하여 산출된 파라미터값에 따라 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 좌표화하는 단계; 상기 제1 XY 좌표계에서 상기 정상인군의 상기 엑소좀 액체생검 샘플이 분포되는 음성 및 양성 영역을 설정하는 단계; 및 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터 중 적어도 어느 하나가 다른 2개의 상기 파라미터 사이의 상관관계에 따라, 좌표화된 상기 엑소좀 액체생검 샘플 중 상기 음성 또는 양성 영역에 속하는 음성 엑소좀 액체생검 샘플을 재분석하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, in the step of analyzing the exosome liquid biopsy sample, the first parameter, which is any one of the plurality of parameters, is set as the X-axis, and the other parameter is converting the exosome liquid biopsy sample into coordinates according to parameter values calculated by substituting the measured values into the first parameter and the second parameter in a first XY coordinate system in which a Y axis is a second parameter; setting negative and positive regions in which the exosome liquid biopsy sample of the normal group is distributed in the first XY coordinate system; and a negative exosome liquid biopsy sample belonging to the negative or positive region among the coordinated exosome liquid biopsy samples according to the correlation between the two parameters in which at least one of the first parameter and the second parameter is different. Reanalyzing the; may include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 분석방법에 있어서, 상기 바이오마커는, 상기 엑소좀의 표면에 배열되는 소정의 질환 관련 바이오마커, 및 상기 엑소좀에서 용출되는 소정의 질환 관련 바이오마커 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, in the exosome liquid biopsy analysis method according to an embodiment of the present invention, the biomarker is a predetermined disease-related biomarker arranged on the surface of the exosome and a predetermined disease-related biomarker eluted from the exosome. At least one or more of the markers may be included.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.Features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be interpreted in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명에 따르면, 체내 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀을 함유하는 엑소좀 모집단 샘플로부터, 특정 질환 관련 엑소좀을 함유하는 엑소좀 아집단, 차아집단 또는 그 이하의 하부집단을 분리 회수하여 액체생검 샘플을 제조한 후 그 액체생검 샘플을 대상으로 바이오마커 프로파일링 분석을 실시함으로써, 특정 질환에 특이한 단백질 및 핵산 등의 바이오마커를 발굴할 수 있다. According to the present invention, from a sample of the exosome population containing exosomes secreted from a number of cells in the body, a subgroup of exosomes containing exosomes related to a specific disease, a subgroup, or a subpopulation thereof is separated and recovered, and liquid biopsy is performed. Biomarkers such as proteins and nucleic acids specific to a specific disease can be discovered by performing biomarker profiling analysis on the liquid biopsy sample after preparing the sample.

엑소좀 아집단, 차아집단 또는 그 이하의 하부집단 형태로 분리 및 농축된 액체생검 샘플을 분석 대상으로 하므로, 비특이 엑소좀이 제거되어 분석 시 잡음(noise)이 최소화되고 특정 엑소좀 신호가 극대화되며, 이로 인해 엑소좀을 암 질환 등 특정 질환의 바이오마커로 이용 시, 현존하는 문제점인 엑소좀의 이질성(heterogeneity)에 의한 비특이 엑소좀의 간섭이 최소화되어, 액체생검 샘플로부터 모세포의 생리학적 특성과 계보에 대한 정보를 정확히 파악할 수 있다.Since liquid biopsy samples separated and concentrated in the form of exosome subgroups, subgroups, or lower subgroups are analyzed, non-specific exosomes are removed to minimize noise during analysis and maximize specific exosome signals. As a result, when exosomes are used as biomarkers for specific diseases such as cancer, interference of non-specific exosomes due to the heterogeneity of exosomes, which is an existing problem, is minimized, and the physiological properties of parent cells from liquid biopsy samples You can accurately grasp information about characteristics and genealogy.

또한, 본 발명을 질환 진단에 적용하면 암 질환, 퇴행성 질환, 심장질환, 감염질환 등 특정 질환에 대한 진단 정확도를 현저히 증가시켜서 병기의 초기에 질환의 진단이 가능한 조기임상진단 효과를 나타낼 수 있다. 나아가, 질환 치료 시 치료제에 따라 병기의 진행 혹은 쇠퇴에 대한 정보의 획득이 가능하게 되므로 개인에 따라 맞춤 선별하는 동반진단에도 적용할 수 있다.In addition, when the present invention is applied to disease diagnosis, the diagnostic accuracy for specific diseases such as cancer, degenerative diseases, heart diseases, and infectious diseases can be remarkably increased, thereby exhibiting an early clinical diagnosis effect capable of diagnosing diseases at an early stage. Furthermore, since it becomes possible to obtain information on the progress or decline of a stage according to the treatment during disease treatment, it can be applied to a companion diagnosis customized for each individual.

도 1은 종래 액체생검 샘플을 이용한 바이오마커 분석 공정(좌)과 본 발명에 따라 제조된 액체생검 샘플을 이용한 바이오마커 분석 공정(우)을 비교한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 샘플을 제조하는 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4 내지 도 7은 도 3에 도시된 제1 가역적 링커 및 제2 가역적 링커를 다양한 실시예에 따라 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 샘플을 제조하는 방법의 순서도이다.
도 15는 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단 분석샘플에 대한 엑소좀 표면마커 프로파일링 분석 후 종양억제 마커 대비 종양 진행, 촉진, 및 전이 마커 간 상관관계를 비교한 실험결과이다.
도 16은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단으로부터 분리된 엑소좀 아집단을 분석샘플로 이용하여 엑소좀 차아집단에 대해 표면마커 프로파일링 분석 후 종양억제 마커 대비 종양 진행, 촉진, 및 전이 마커 간 상관관계를 정상샘플 군과 비교한 실험결과이다.
도 17은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단 분석샘플에 대한 엑소좀 표면마커 프로파일링 분석 후 종양 진행, 촉진, 및 전이 마커들 간 상관관계를 정상샘플 군과 암 양성 샘플 군을 비교한 실험결과이다.
도 18은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단으로부터 분리된 엑소좀 아집단 분석샘플 내 엑소좀 차아집단에 대한 표면마커 프로파일링 분석 후 종양 진행, 촉진, 및 전이 마커 간 상관관계를 정상샘플 군과 암 양성 샘플 군을 비교한 실험결과이다.
도 19는 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단 분석샘플을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용하여 수행한 바이오마커 프로파일링 분석 결과이다.
도 20은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단으로부터 분리된 엑소좀 아집단 분석샘플을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용한 바이오마커 프로파일링 분석 결과이다.
도 21은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단 분석샘플(A) 및 이로부터 분리된 엑소좀 아집단 분석샘플(B)을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용한 바이오마커 프로파일링 분석 결과에 대해 2차원 파라미터 분석을 종합한 결과이다.
도 22는 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 아집단 분석샘플을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용한 차아집단 바이오마커 프로파일링 분석 결과에 대해 2차원 파라미터 분석을 종합한 결과이다.
도 23은 정상인군 및 전립선암 환자군 각각의 엑소좀 아집단 분석샘플을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용한 바이오마커 프로파일링 분석 결과에 대해 2차원 파라미터 분석을 종합한 결과이다.
도 24는 전립선 암세포 유래 세포주 배양액의 엑소좀 모집단, CD63+ 아집단, CD63+/CD81+ 차아집단 샘플에 함유된 전립선암 miRNA 바이오마커를 분석한 결과이다.
1 is a schematic diagram comparing a biomarker analysis process using a conventional liquid biopsy sample (left) and a biomarker analysis process using a liquid biopsy sample prepared according to the present invention (right).
2 is a flowchart of a method for analyzing an exosome liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic configuration diagram of an apparatus for preparing an exosome liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are configuration diagrams schematically showing the first reversible linker and the second reversible linker shown in FIG. 3 according to various embodiments.
8 to 14 are flowcharts of a method for preparing an exosome liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention.
15 is an experimental result comparing correlations between tumor suppression markers and tumor progression, promotion, and metastasis markers after exosome surface marker profiling analysis of exosome population analysis samples from a normal group and a malignant melanoma patient group, respectively.
16 shows the results of tumor progression, promotion, and tumor suppression markers after surface marker profiling analysis for the exosome subpopulation using the exosome subpopulations isolated from the exosome populations of the normal group and the malignant melanoma patient group as analysis samples. It is an experimental result comparing the correlation between metastasis markers with the normal sample group.
Figure 17 compares the correlation between tumor progression, promotion, and metastasis markers between a normal sample group and a cancer-positive sample group after profiling analysis of exosome surface markers for each of the exosome population analysis samples of the normal group and the malignant melanoma patient group. This is the result of an experiment.
18 shows correlations between tumor progression, promotion, and metastasis markers after surface marker profiling analysis of exosome subpopulations in the exosome subgroup analysis samples isolated from the exosome populations of the normal group and the malignant melanoma patient group, respectively. This is the result of the experiment comparing the sample group and the cancer-positive sample group.
19 shows the results of biomarker profiling analysis performed by applying newly defined parameters to the exosome population analysis samples of each of the normal group and the malignant melanoma patient group.
FIG. 20 shows the results of biomarker profiling analysis by applying newly defined parameters to samples for analysis of exosome subsets isolated from the exosome populations of a normal group and a malignant melanoma patient group, respectively.
21 shows the results of biomarker profiling analysis applying newly defined parameters to exosome population analysis samples (A) and exosome subpopulation analysis samples (B) isolated from each of the normal group and the malignant melanoma patient group. This is the result of synthesizing two-dimensional parameter analysis for
22 is a result of 2-dimensional parameter analysis on the results of subgroup biomarker profiling analysis to which newly defined parameters are applied to exosome subgroup analysis samples of each of a normal group and a malignant melanoma patient group.
FIG. 23 is a result of 2-dimensional parameter analysis on the results of biomarker profiling analysis using newly defined parameters for exosome subgroup analysis samples in each of a normal group and a prostate cancer patient group.
24 shows the results of analyzing prostate cancer miRNA biomarkers contained in exosome population, CD63+ subpopulation, and CD63+/CD81+ subpopulation samples of prostate cancer cell-derived cell line cultures.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing in this specification, it should be noted that the same components have the same numbers as much as possible, even if they are displayed on different drawings. In addition, terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another component, and the components are not limited by the terms. Hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래 액체생검 샘플을 이용한 바이오마커 분석 공정(좌)과 본 발명에 따라 제조된 액체생검 샘플을 이용한 바이오마커 분석 공정(우)을 비교한 모식도이다.1 is a schematic diagram comparing a biomarker analysis process using a conventional liquid biopsy sample (left) and a biomarker analysis process using a liquid biopsy sample prepared according to the present invention (right).

본 발명은 체액 내 엑소좀을 아집단, 그리고 순차적으로 그 이하 하부집단으로 분리하여 액체생검 샘플을 제조하고, 이를 대상으로 엑소좀 하부집단에 대한 바이오마커 프로파일링 분석을 실시하여, 특정 질환 관련 바이오마커를 발굴하고, 이를 임상 조기진단 등에 적용하는 기술에 관한 것이다.The present invention separates exosomes in bodily fluids into subgroups and sequentially subgroups to prepare a liquid biopsy sample, and performs biomarker profiling analysis on the exosome subgroups to determine specific disease-related biopsies. It relates to technology that discovers markers and applies them to clinical early diagnosis.

특정 질환 발생 여부를 조기에 확인하는 진단 방법으로서, 혈액, 타액, 소변 등 체액을 추출하여 특정 질환 관련 세포로부터 방출된 엑소좀(exosome)에 대한 분석을 실시하는 '액체생검(liquid biopsy)' 이 있다. 체액에서 추출되는 엑소좀을 암 질환, 퇴행성 질환, 감염질환, 및 심장질환 등 특정 질환 진단의 새로운 바이오마커로 이용하는 기술이 최근 연구되고 있다. 다만, 체액에는 모든 세포에서 유래된 엑소좀이 혼합된 형태로 존재하기 때문에, 도 1의 좌측에 도시된 종래와 같이 단순히 체액에서 분리된 벌크 모집단(bulk population) 형태의 엑소좀 샘플로는 암과 같은 특정 질환을 정확하게 진단하는데 한계가 있다. 샘플로 제공되는 체액 전체에서 타겟 엑소좀에 함유된 특정 바이오마커 분자들을 찾는 것은 상당히 어렵다. 엑소좀 나노 소포체들을 바이오마커로서 이용할 수 있는지에 대한 가능성은 엑소좀 분리 시 고도로 선택된 마커들을 얼마나 농축시킬 수 있느냐에 달려있다. 농축되지 못할 경우, 타겟 엑소좀은 체액 내 총 단백질체/전사체 중 극히 일부분에 해당된다. 이와 같이 엑소좀에 따른 바이오마커 등 함유물 분류가 필요하기 때문에, 엑소좀 포함 체액 등 자원에서 진단 마커의 농축은 일반적으로 탐지하기 어려울 정도로 상대적으로 적게 발현되는 바이오마커를 찾는데 도움이 된다. 이에 타겟 엑소좀의 분리 및 농축 기술이 요구된다. 종래 엑소좀 분리 기술로는 초원심분리, 침전 분리, 크기배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography) 또는 미세유체공학(microfluidics)을 이용하여 분리하는 방법이 있지만, 이러한 종래 기술들은 여전히 체액에 존재하는 모든 엑소좀을 하나의 모집단 형태로 제공하기 때문에, 암과 같은 특정 세포에서 유래된 극미량의 타겟 엑소좀을 선택적으로 탐지하는데 한계가 있다. As a diagnostic method for early confirmation of the occurrence of a specific disease, 'liquid biopsy' is an analysis of exosomes released from cells related to a specific disease by extracting bodily fluids such as blood, saliva, and urine. there is. A technique of using exosomes extracted from bodily fluids as a new biomarker for diagnosing specific diseases such as cancer, degenerative diseases, infectious diseases, and heart diseases has been recently studied. However, since exosomes derived from all cells are present in the body fluid in a mixed form, exosome samples in the form of a bulk population simply isolated from body fluids, as in the prior art shown on the left side of FIG. There is a limit to accurately diagnosing the same specific disease. It is quite difficult to find specific biomarker molecules contained in target exosomes in all bodily fluids provided as samples. The possibility of using exosome nanovesicles as biomarkers depends on how highly selected markers can be enriched during exosome isolation. If not concentrated, the target exosomes represent only a fraction of the total proteome/transcriptome in bodily fluid. As such, since it is necessary to classify contents such as biomarkers according to exosomes, enrichment of diagnostic markers in resources such as exosome-containing bodily fluids is helpful in finding biomarkers that are expressed relatively little to the extent that they are generally difficult to detect. Accordingly, a technology for isolating and enriching target exosomes is required. Conventional exosome separation techniques include separation methods using ultracentrifugation, precipitation separation, size exclusion chromatography, or microfluidics, but these conventional techniques are still used to treat all exosomes present in body fluids. Since the exosomes are provided in the form of a single population, there is a limit to selectively detecting a very small amount of target exosomes derived from specific cells such as cancer.

이에, 도 1의 우측과 같이, 본 발명은 엑소좀 표면에 암과 상관성이 높은 단백질 마커들, 예를 들면 흑색종 암의 경우 Caveolin 1(Cav1), 위암의 경우 HER-2/neu, 그리고 난소암의 경우 L1CAM이 존재하는 점에 착안하여, 특정 마커에 대한 면역친화 분리방법을 채용함으로써, 특정 질환 관련 엑소좀 아집단 그리고 순차적으로 그 이상 연장하여 차아집단을 분리하고자 한다. 즉, 타겟 질환 연관성이 상대적으로 낮지만 질환 관련 엑소좀을 포함하는 포괄적인 상위 집단의 엑소좀 마커(예를 들어, 흑색종 암의 경우 CD63)에 대한 엑소좀 아집단을 1차 분리하고, 1차 분리 용액 내 엑소좀 특이 마커(예를 들어, 흑색종 암의 경우 Cav1)에 대한 엑소좀 차아집단 분리를 통해 타겟 질환의 확산에 관여하는 바이오마커(예를 들어, 특정 miRNA)가 내포된 엑소좀을 농축된 형태의 액체생검 샘플로 제조할 수 있다.Therefore, as shown on the right side of FIG. 1, the present invention is a protein marker highly correlated with cancer on the surface of the exosome, for example, Caveolin 1 (Cav1) in the case of melanoma cancer, HER-2 / neu in the case of gastric cancer, and ovarian In the case of cancer, focusing on the fact that L1CAM exists, by adopting an immunoaffinity separation method for a specific marker, a specific disease-related exosome subpopulation and sequentially extended further subpopulations are intended to be isolated. That is, the target disease association is relatively low, but the exosome subpopulation for the exosome marker (eg, CD63 in the case of melanoma cancer) of a comprehensive upper population including disease-related exosomes is first isolated, and 1 Exosomes encapsulated with biomarkers (e.g., specific miRNAs) involved in the spread of target diseases through the isolation of exosome subpopulations for exosome-specific markers (e.g., Cav1 in the case of melanoma cancer) in a secondary isolation solution Omni can be prepared as a liquid biopsy sample in concentrated form.

엑소좀 프로파일링은 개별 환자에 대한 맞춤 정보를 제공할 수 있고 그리고 정확한 예후 혹은 차별화된 진단에 있어서 중대하다. 또한, 엑소좀 유래 바이오마커들의 변화는 단일 조건 이상에 대한 반응을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 체액 내 예를 들어, 혈장 엑소좀은 혈액세포 및 주변 조직 모두로부터의 다양한 세포 자원에 의해 분비된다. Exosome profiling can provide personalized information for individual patients and is critical for accurate prognosis or differential diagnosis. In addition, changes in exosome-derived biomarkers can not only indicate a response to more than a single condition, but also exosomes in body fluids, for example, plasma, are secreted by various cellular resources from both blood cells and surrounding tissues.

액체생검 시 체액 내 엑소좀 표면에는 다양한 단백질들이 엑소좀마다 이질적으로 분포되어 있는데, 특히 암 질환과 연관된 특정 표면단백질들은 발현 비율에 차이가 있기는 하지만 정상인의 엑소좀에서도 복합적으로 존재한다. Tetraspanins(CD9, CD63, CD81, CD82, CD151 등), histocompatibility complex (MHC) class-Ⅰ 및 class-Ⅱ 와 같은 cell type-specific molecules, adhesion molecules, HSP60, HSP70 등 표면 단백질의 종류 및 발현량은 모세포의 특징과 관련되어 증가하거나 감소할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 예를 들어, tetraspanin 계열의 엑소좀 표면 단백질인 CD63은 B cell 에서 유래된 엑소좀의 lysosomal membrane에 포함되어 있는 단백질로 흑색종 암을 포함한 몇 가지 암 질환 환자의 샘플에서 증가한다고 보고되었다. 또한, CD63은 같은 계열의 CD81과 CD9에 비해 모세포의 종류에 따라 발현 정도가 변화하는 것으로 나타나서, 이를 질환진단을 위한 최적의 엑소좀 마커로 이용하려는 연구도 보고되고 있다. 나아가, 엑소좀 표면단백질의 정확한 정량분석을 위해 모세포 특징과는 무관한 invariant housekeeping marker를 정량 시 표준화 용도로 활용할 수 있다. 이와 같은 표준화 목적으로는 tetraspanin 계열에서는 CD63 보다는 CD9가 더 적합할 것으로 예측된다. During liquid biopsy, various proteins are heterogeneously distributed on the surface of exosomes in bodily fluids. In particular, specific surface proteins associated with cancer diseases are complexly present even in normal human exosomes, although the expression ratio is different. Tetraspanins (CD9, CD63, CD81, CD82, CD151, etc.), cell type-specific molecules such as histocompatibility complex (MHC) class-Ⅰ and class-Ⅱ, adhesion molecules, surface proteins such as HSP60, HSP70, etc. It is reported that it can increase or decrease in relation to the characteristics of For example, CD63, an exosome surface protein of the tetraspanin family, is a protein included in the lysosomal membrane of B cell-derived exosomes and has been reported to increase in samples from patients with several cancer diseases, including melanoma cancer. In addition, compared to CD81 and CD9 of the same series, the expression level of CD63 appears to change depending on the type of parent cell, and studies to use it as an optimal exosome marker for disease diagnosis have also been reported. Furthermore, for accurate quantitative analysis of exosome surface proteins, an invariant housekeeping marker unrelated to parental cell characteristics can be used for standardization purposes during quantification. For this standardization purpose, CD9 is expected to be more suitable than CD63 in the tetraspanin family.

이와 같은 배경하에서, 엑소좀 표면 단백질을 기반으로 엑소좀 아집단으로의 면역친화 분리는 다음과 같은 장점을 제공할 수 있다. 첫째로, 밀도, 크기, 침전 등에 의거한 분리 방법들과 달리 항원-항체 부착반응을 이용하므로, 분리 후 용액에는 타겟 엑소좀 이외의 불순물의 내포가 최소화 된다. 상기한 바와 같이 진단 시 분석샘플에 불순물의 함량이 적을수록 비특이 반응 등 샘플 모체효과가 감소하므로 진단 민감도 및 특이도가 향상될 수 있다. 둘째로, 특정 질환과 연관된 엑소좀을 포함하지만 질환 연관성이 상대적으로 낮은 포괄적인 상위 집단의 엑소좀 마커에 대해 면역친화 분리를 실행하면, 분리된 아집단 내에 특정 질환 관련 엑소좀의 농도를 증가시킬 수 있다. 이와 같은 접근방법은 엑소좀 모집단 내 질환 관련 엑소좀의 농도가 초기에 체액 내에서 탐지하기 어려울 정도로 낮은 경우에 유용하다. 이 경우, 분리된 아집단을 진단 샘플로 이용하여 특정 질환 진단 시 그 민감도를 향상시킬 수 있다. Under this background, immunoaffinity separation into exosome subpopulations based on exosome surface proteins can provide the following advantages. First, unlike separation methods based on density, size, precipitation, etc., antigen-antibody attachment reaction is used, so the inclusion of impurities other than the target exosomes in the solution after separation is minimized. As described above, the smaller the content of impurities in the analysis sample at the time of diagnosis, the lower the sample maternal effect such as non-specific reaction, so the diagnostic sensitivity and specificity can be improved. Second, if immunoaffinity isolation is performed on the exosome markers of a comprehensive upper population that includes exosomes associated with a specific disease but has a relatively low disease association, the concentration of the specific disease-related exosomes in the separated subgroup can be increased. can Such an approach is useful when the concentration of disease-related exosomes in the exosome population is initially low enough to be difficult to detect in body fluids. In this case, the sensitivity can be improved when diagnosing a specific disease by using the separated subgroup as a diagnostic sample.

나아가, 암 질환 등 특정 질환과 연관된 특이 엑소좀 표면 단백질을 매개로 상기한 엑소좀 아집단의 분리가 추가로 가능할 경우, 특이 엑소좀에 함유된 고농도의 특정 질환 마커, 예를 들어 mRNA 및 miRNA 등이 포함된 엑소좀 차아집단을 진단 샘플로 제공할 수 있게 된다. 특히, 암세포에서 방출된 엑소좀에는 암 전이 전단계에서 혈관신생 등 국지적 환경 조성 및 전이단계에서 실행 역할을 하는 여러 종류의 RNA가 내포된 것으로 알려져 있는데, 이와 같은 바이오마커가 특정 엑소좀에 탑재된 것으로 보고되고 있다. Furthermore, if it is possible to further separate the exosome subpopulations via specific exosome surface proteins associated with specific diseases such as cancer, high concentrations of specific disease markers contained in specific exosomes, such as mRNA and miRNA, etc. This subpopulation of exosomes can be provided as a diagnostic sample. In particular, it is known that exosomes released from cancer cells contain various kinds of RNAs that play an executive role in the formation of the local environment such as angiogenesis in the pre-metastatic stage of cancer and in the metastasis stage. being reported

실제로, 증가된 수의 엑소좀 유래 단백질이 암 질환 뿐만 아니라 간염, 간, 신장, 및 퇴행성 질환 등 다양한 질환에 대한 잠재적인 바이오마커로 확인되고 있다. 엑소좀 단백질들이 특정 질환과 관련 있는 것으로 보고되고 있고, 따라서 향후 제품개발 시 진단 혹은 분리 타겟으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 혈장 내 만성 C형 간염과 연관된 엑소좀 단백질 마커로서 CD81 이 있고, 흑색종 암과 연관된 마커로서 CD63, caveolin-1, TYRP2, VLA-4, HSP70, 및 HSP90 이 있고, 전립선암과 연관된 마커로서 survivin 이 있고, 난소암과 연관된 마커로서 L1CAM, CD24, ADAM10, EMMPRIN, 및 claudin 이 있다. 또한, 소변 내 급성 신장손상과 연관된 엑소좀 단백질 마커로서 Fetuin-A 및 ATF 3 이 있고, 간 손상과 연관된 마커로서 CD26, CD81, S1c3A1, 및 CD10 이 있고, 방광암과 연관된 마커로서 EGF, resistin, 및 retinoic acid-induced protein 3 이 있고 전립선암과 연관된 마커로서 PSA 및 PCA3 이 있다. 나아가, 뇌 조직 내 알츠하이머와 연관된 엑소좀 펩타이드 마커로서 amyloid peptides 그리고 뇌척수액 내 알츠하이머와 연관된 마커로서 Tau phosphorylated Thr181 이 있다.Indeed, an increasing number of exosome-derived proteins have been identified as potential biomarkers for various diseases, including cancer, as well as hepatitis, liver, kidney, and degenerative diseases. Exosome proteins have been reported to be associated with specific diseases, and therefore can be used as diagnostic or separation targets in future product development. For example, there is CD81 as an exosomal protein marker associated with chronic hepatitis C in plasma, CD63, caveolin-1, TYRP2, VLA-4, HSP70, and HSP90 as markers associated with melanoma cancer, and prostate cancer and There is survivin as an associated marker, and L1CAM, CD24, ADAM10, EMMPRIN, and claudin as markers associated with ovarian cancer. In addition, there are fetuin-A and ATF 3 as exosomal protein markers associated with acute kidney injury in urine, CD26, CD81, S1c3A1, and CD10 as markers associated with liver damage, and EGF, resistin, and CD10 as markers associated with bladder cancer. There is retinoic acid-induced protein 3, and PSA and PCA3 are markers associated with prostate cancer. Furthermore, there are amyloid peptides as exosome peptide markers associated with Alzheimer's in brain tissue and Tau phosphorylated Thr181 as a marker associated with Alzheimer's in cerebrospinal fluid.

골격 막 단백질의 일종인 tetraspanins는 엑소좀에 매우 풍부하게 존재한다. 예를 들어, 혈장 CD63+ 엑소좀은 건강인 대조군과 비교하여 흑색종 암 환자군에서 현저히 증가한다. Tetraspanin 계열의 다른 엑소좀 마커인 CD81은 C형 간염 바이러스 부착 그리고/혹은 세포 내로의 유입 시 결정적인 역할을 한다. 부가하여, 혈청 엑소좀 함유 CD81의 농도는 만성 C형 간염 환자에서 상승하고, 염증 및 섬유증 (fibrosis) 악화와도 연관되어 있다. 이로부터, 엑소좀 함유 CD81은 C형 간염 진단 및 치료 반응에 잠재적인 마커가 될 수 있음을 시사한다. 더욱이, 많은 엑소좀 함유 단백질 바이오마커들이 중추신경계 질환의 진단에 잠재적으로 유용한 것으로 보고되고 있다. EGFRvIII(glioblastoma-specific epidermal growth factor receptor vIII)는 신경교아세포종(glioblastoma) 환자의 혈청 엑소좀에서 발견되었는데, 이것은 신경교아세포종의 진단학적 탐지에 유용할 수 있다. 또한, 엑소좀 함유 아밀로이드 펩타이드는 알츠하이머 질환자의 뇌 플라그에 축적되는 것으로 보고되었다. Thr-181에 인산화된 Tau 단백질은 알츠하이머 질환의 잘 정립된 바이오마커인데, 온순한 증세의 알츠하이머 환자의 뇌척수액 표본으로부터 분리된 엑소좀에서 증가된 농도로 존재한다. 이와 같은 발견으로부터 알츠하이머의 조기진단에 엑소좀의 잠재적 가치가 부각되고 있다. 현재, 초기 알츠하이머 질환을 확인할 수 있는 진단 시험방법이 없는 상태이다.Tetraspanins, a type of skeletal membrane protein, are abundantly present in exosomes. For example, plasma CD63+ exosomes are significantly increased in melanoma cancer patients compared to healthy controls. CD81, another exosomal marker of the tetraspanin family, plays a critical role in hepatitis C virus attachment and/or entry into cells. In addition, the concentration of serum exosome-containing CD81 is elevated in patients with chronic hepatitis C and is also associated with exacerbation of inflammation and fibrosis. From this, it is suggested that exosome-containing CD81 can be a potential marker for hepatitis C diagnosis and treatment response. Moreover, many exosome-containing protein biomarkers have been reported to be potentially useful for the diagnosis of central nervous system diseases. EGFRvIII (glioblastoma-specific epidermal growth factor receptor vIII) was found in serum exosomes of glioblastoma patients, which may be useful for diagnostic detection of glioblastoma. In addition, exosome-containing amyloid peptides have been reported to accumulate in brain plaques of Alzheimer's disease patients. Tau protein phosphorylated at Thr-181, a well-established biomarker of Alzheimer's disease, is present in elevated concentrations in exosomes isolated from cerebrospinal fluid specimens of mild-symptomatic Alzheimer's patients. From these findings, the potential value of exosomes for the early diagnosis of Alzheimer's is highlighted. Currently, there are no diagnostic tests that can identify early Alzheimer's disease.

또한, 비침습 수단으로 얻을 수 있는 소변 엑소좀 내 함유 단백질들이 진단에 있어서 어떤 잠재적 유용성이 있는지 특히 요로 질환에 대해 탐구되고 있다. 예를 들어, 뇨 엑소좀 함유 fetuin-A는 정상인과 비교하여 중환자실의 급성 신장손상 환자에서 증가한다. ATF3는 또한 만성 신장질환자 혹은 정상인과 비교하여 급성 신장손상 환자로부터 분리된 엑소좀에서 단지 발견된다. 나아가, 뇨 엑소좀 단백질들은 방광암 및 전립선암에 대한 잠재적인 바이오마커로의 이용에도 연구되고 있다. 연구결과에 따르면, 두 종류의 전립선암 바이오마커인 PCA-3와 PSA가 전립선암 환자의 뇨에서 분리된 엑소좀에 존재한다. 전체적으로, 다른 체액에서 확인된 엑소좀 함유 단백질들은 향후 진단용 분석시스템 개발 시 타겟 플랫폼으로 이용될 전망이다.In addition, the potential usefulness of proteins contained in urine exosomes obtained by non-invasive means in diagnosis is being explored, especially for urinary tract diseases. For example, urinary exosome-containing fetuin-A is increased in acute renal injury patients in intensive care units compared to normal subjects. ATF3 is also found only in exosomes isolated from patients with chronic kidney disease or acute renal impairment compared to normal subjects. Furthermore, urinary exosome proteins are being investigated for use as potential biomarkers for bladder and prostate cancer. According to the study results, two types of prostate cancer biomarkers, PCA-3 and PSA, are present in exosomes isolated from urine of prostate cancer patients. Overall, exosome-containing proteins identified in other bodily fluids are expected to be used as target platforms in the development of diagnostic analysis systems in the future.

그 외에, 엑소좀 표면에 암과 상관성이 높은 단백질 마커들, 예를 들어 흑색종 암의 경우 Caveolin 1(Cav1), 위암의 경우 HER-2/neu, 그리고 난소암의 경우 L1CAM 등이 존재하는 것으로 보고되어 있다. 그러나 이와 같은 특정 엑소좀은 특히 조기진단용 샘플 내에는 그 함유 비율이 매우 낮기 때문에, 이를 선택적으로 분리하기 위해서는 상기한 바와 같은 순차적 반복 분리공정의 도입이 불가피하다. In addition, protein markers highly correlated with cancer are present on the surface of exosomes, such as Caveolin 1 (Cav1) in melanoma cancer, HER-2/neu in gastric cancer, and L1CAM in ovarian cancer. It is reported. However, since the content of such specific exosomes is very low, especially in samples for early diagnosis, introduction of the above-described sequential iterative separation process is unavoidable in order to selectively isolate them.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법의 순서도이다.2 is a flowchart of a method for analyzing an exosome liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법은, 정상인군 및 환자군 각각의 체내 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀을 함유하는 엑소좀 모집단 샘플로부터, 소정의 질환과 관련된 타겟 엑소좀을 포획하여, 상기 타겟 엑소좀의 집단을 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플을 준비하는 단계(S100), 엑소좀 액체생검 샘플에 함유된 타겟 엑소좀이 가지는 다수의 바이오마커 별로 정량적 신호를 측정하는 단계(S200), 및 측정된 정량적 신호의 신호값을 기반으로, 다수의 바이오마커 사이의 상관관계에 따라, 정상인군 및 환자군 각각의 엑소좀 액체생검 샘플을 분석하는 단계(S300)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the method for analyzing an exosome liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention, from an exosome population sample containing exosomes secreted from a plurality of cells in the body of each of the normal group and the patient group, Capturing target exosomes related to the disease and preparing an exosome liquid biopsy sample containing a population of the target exosomes (S100), according to a plurality of biomarkers of the target exosomes contained in the exosome liquid biopsy sample Measuring a quantitative signal (S200), and analyzing exosome liquid biopsy samples from each of the normal and patient groups according to the correlation between a plurality of biomarkers based on the signal value of the measured quantitative signal (S300 ).

엑소좀 액체생검 샘플 준비 단계(S100)에서는 분석 대상이 되는 분석샘플로서, 정상인군 및 환자군 각각의 엑소좀 모집단 샘플로부터 분리된 정상인군의 엑소좀 액체생검 샘플과 환자군의 엑소좀 액체생검 샘플을 준비한다. 여기서, 정상인군 및 환자군의 엑소좀 액체생검 샘플은 동일한 방식으로 각각의 엑소좀 모집단 샘플에서 분리되어 제조된다. In the exosome liquid biopsy sample preparation step (S100), as analysis samples to be analyzed, an exosome liquid biopsy sample of a normal group and an exosome liquid biopsy sample of a patient group separated from each of the exosome population samples of the normal group and the patient group are prepared do. Here, the exosome liquid biopsy samples of the normal group and the patient group are prepared separately from each exosome population sample in the same manner.

엑소좀 액체생검 샘플은, 엑소좀 모집단 샘플로부터 포획되고 소정의 질환과 관련된 타겟 엑소좀의 집단을 포함한다. 구체적으로, 엑소좀 모집단에 속하고 공통적으로 적어도 하나 이상의 특정 분석 타겟 바이오마커를 가지는 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단, 그 엑소좀 아집단의 일부로서 공통적으로 적어도 하나 이상의 다른 특정 분석 타겟 바이오마커를 구비하는 엑소좀 집단인 엑소좀 차아집단, 그리고 엑소좀 차아집단에 속하고 공통적으로 적어도 하나 이상의 또 다른 특정 분석 타겟 바이오마커를 가지는 엑소좀의 집단인 엑소좀 하부집단을 포함할 수 있다.The exosome liquid biopsy sample contains a population of target exosomes captured from the exosome population sample and associated with a given disease. Specifically, an exosome subset, which is a group of exosomes belonging to the exosome population and having at least one specific assay target biomarker in common, and at least one other specific assay target biomarker in common as part of the exosome subset and an exosome subpopulation, which is a group of exosomes that belong to the exosome subpopulation and have at least one or more specific target biomarkers in common.

본 발명에서 사용되는 엑소좀 모집단, 아집단, 및 차아집단 용어의 이해를 명확히 하기 위해, 흑색종 암과 관련된 바이오마커인 CD63 및 Cav1를 예로 들어 설명한다. 엑소좀 모집단은 체내 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀을 포함하는 벌크 모집단(bulk population)이다. 엑소좀 아집단은 엑소좀 모집단의 일부로서, 공통적으로 특정 분석 타겟 바이오마커를 포함하는바, 흑색종 암 샘플에서 농도가 증가한다고 보고된 CD63 마커를 구비하는 엑소좀의 집단을 엑소좀 아집단으로 사용할 수 있다. CD63 마커를 구비하는 엑소좀 아집단 중에 Cav1 마커를 가지는 엑소좀이 존재하므로, 엑소좀 아집단에서 Cav1 마커를 구비하는 엑소좀을 분리하여 그 엑소좀 집단을 엑소좀 차아집단으로 사용할 수 있다. 반대로, Cav1 마커를 구비하는 엑소좀을 엑소좀 아집단으로 사용하고, 엑소좀 아집단에 속하고 CD63 마커를 가지는 엑소좀을 엑소좀 차아집단으로 사용할 수도 있다.In order to clarify the understanding of the terms exosome population, subgroup, and subgroup used in the present invention, CD63 and Cav1, which are biomarkers associated with melanoma cancer, will be described as examples. The exosome population is a bulk population including exosomes secreted from a number of cells in the body. The exosome subpopulation is a part of the exosome population, and commonly includes a specific analysis target biomarker, and the exosome population having the CD63 marker, which is reported to increase in concentration in melanoma cancer samples, is the exosome subpopulation. can be used Since there are exosomes having the Cav1 marker among the exosome subpopulation having the CD63 marker, the exosome having the Cav1 marker can be isolated from the exosome subpopulation and used as the subgroup of exosomes. Conversely, exosomes having the Cav1 marker may be used as the exosome subgroup, and exosomes belonging to the exosome subgroup and having the CD63 marker may be used as the exosome subgroup.

엑소좀 액체생검 샘플을 제조하는 상세한 내용은 후술한다.Details of preparing an exosome liquid biopsy sample will be described later.

정량적 신호 측정 단계(S200)는 엑소좀 액체생검 샘플을 대상으로, 그 샘플에 함유된 타겟 엑소좀이 가지는 다수의 바이오마커 각각에 대한 정량적 신호를 측정하는 공정이다. 상기 바이오마커는 엑소좀의 표면에 배열되는 소정의 질환 관련 바이오마커, 및 엑소좀에서 용출되는 소정의 질환 관련 바이오마커 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 소정의 질환 관련 바이오마커는 특정 질환 발생 시 정상인과 비교하여 체액 내에 상대적으로 증가하는 성분으로, 세포 내에서 엑소좀 생합성 시 관여하거나, 세포로부터 엑소좀 방출단계에 관여하거나, 혹은 수용 세포에 의한 엑소좀 수용에 관여하는 단백질, mRNAs, tRNAs, miRNAs, long non-coding RNAs, DNAs, 지질성분, 당 성분, 펩타이드, 및 그 외 생화학 성분을 포함할 수 있다.The quantitative signal measurement step (S200) is a process of measuring quantitative signals for each of a plurality of biomarkers of target exosomes contained in the exosome liquid biopsy sample. The biomarker may include at least one of a predetermined disease-related biomarker arranged on the surface of the exosome and a predetermined disease-related biomarker eluted from the exosome. A predetermined disease-related biomarker is a component that is relatively increased in body fluids compared to normal people when a specific disease occurs, and is involved in the biosynthesis of exosomes in cells, involved in the release of exosomes from cells, or exosomes by recipient cells. It may include proteins, mRNAs, tRNAs, miRNAs, long non-coding RNAs, DNAs, lipid components, sugar components, peptides, and other biochemical components involved in bituminous acceptance.

바이오마커에 대한 정량적 신호는 효소 면역분석법(ELISA)을 이용해 측정할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 공지의 모든 정량적 신호 측정법을 사용할 수 있다.Quantitative signals for biomarkers can be measured using enzyme immunoassay (ELISA), but not necessarily limited thereto, and all known quantitative signal measurement methods can be used.

샘플 분석 단계(S300)는 엑소좀 액체생검 샘플을 대상으로 바이오마커 프로파일링 분석을 실시한다. 다수의 바이오마커 별로 측정된 정량적 신호의 측정값을 기반으로 바이오마커 사이의 상관관계에 따라 분석을 실행할 수 있다. 여기서, 어느 하나의 정량적 신호와 다른 하나의 정량적 신호 사이의 2차원 상관관계에 따라 엑소좀 액체생검 샘플을 분석할 수 있다. 일례로, 다수의 바이오마커 중 어느 하나의 정량적 신호를 X축으로 하고, 다른 하나의 정량적 신호를 Y축으로 하는 XY 좌표계에, 신호 측정값에 따라 엑소좀 액체생검 샘플을 좌표화하여 분석할 수 있다. 여기서, 정상인군의 엑소좀 액체생검 샘플과 환자군의 엑소좀 액체생검 샘플 간의 분포 형태를 비교함으로써, 환자군의 질환을 진단할 수 있는 바이오마커를 발굴할 수 있다. 또한, 바이오마커 간 조성비에 대한 이질성 증가를 확인하여 암과 같은 질환의 병기를 예측하는데 활용할 수 있다.In the sample analysis step (S300), biomarker profiling analysis is performed on the exosome liquid biopsy sample. Based on the measured values of the quantitative signals measured for each of a plurality of biomarkers, analysis can be performed according to the correlation between the biomarkers. Here, an exosome liquid biopsy sample may be analyzed according to a two-dimensional correlation between one quantitative signal and another quantitative signal. For example, an exosome liquid biopsy sample can be coordinated and analyzed according to signal measurement values in an XY coordinate system in which the X-axis is the quantitative signal of any one of a plurality of biomarkers and the other quantitative signal is the Y-axis. there is. Here, a biomarker capable of diagnosing a disease in the patient group can be discovered by comparing the distribution pattern between the exosome liquid biopsy sample of the normal group and the exosome liquid biopsy sample of the patient group. In addition, it can be used to predict the stage of a disease such as cancer by confirming an increase in heterogeneity for the biomarker liver composition ratio.

한편, 정량적 신호를 기반으로 표준화(normalization)된 파라미터를 새롭게 정의하여 분석을 실행할 수도 있다. 여기서, 파라미터는 다수의 바이오마커 중 어느 하나의 정량적 신호를 기준신호로 하고, 그 기준신호 대비 다른 하나의 정량적 신호의 비율로 정의될 수 있다. 이때, 파라미터는 기준신호 외 다른 바이오마커의 정량적 신호의 수에 따라, 적어도 2개 이상 설정된다. 예를 들어, 제1 내지 제 4 바이오마커 4개에 대해 정량적 신호를 측정한 경우, 제1 바이오마커의 신호를 기준신호로 하고, 파라미터 1=(제2 바이오마커 신호)/(제1 바이오마커 신호), 파라미터 2=(제3 바이오마커 신호)/(제1 바이오마커 신호), 파라미터 3=(제4 바이오마커 신호)/(제1 바이오마커 신호)를 설정할 수 있다. Meanwhile, analysis may be performed by newly defining normalized parameters based on quantitative signals. Here, the parameter may be defined as a ratio of a quantitative signal of any one of a plurality of biomarkers as a reference signal and the reference signal to another quantitative signal. At this time, at least two or more parameters are set according to the number of quantitative signals of biomarkers other than the reference signal. For example, when quantitative signals are measured for 4 biomarkers 1 to 4, the signal of the first biomarker is used as a reference signal, and parameter 1 = (signal of the second biomarker) / (signal of the first biomarker) signal), parameter 2 = (third biomarker signal) / (first biomarker signal), parameter 3 = (fourth biomarker signal) / (first biomarker signal) can be set.

여기서, 파라미터의 설정에 사용되는 바이오마커는 정량적 신호를 측정한 다수의 바이오마커 중에서 그 일부를 선택할 수 있다. 일례로, 상기 정량적 신호 간 2차원 상관관계 분석과 같이, X축 및 Y축의 정량적 신호 중 적어도 하나 이상이 다른 다수의 XY 좌표계에 엑소좀 액체생검 샘플을 좌표화하고, 정상인군 및 환자군 각각의 엑소좀 엑체생검 샘플의 기울기를 산출한 후에, 그 기울기의 차이가 상대적으로 큰 XY 좌표계를 구성하는 바이오마커를 선택하여 파라미터를 설정할 수 있다. 즉, 정상인군 및 환자군의 엑소좀 액체생검 샘플에 대한 정량적 신호 간 2차원 분석 결과를 비교하여 유의미한 차이를 나타내는 정량적 신호를 이용해 파라미터를 설정할 수 있다.Here, as the biomarker used to set parameters, some of them may be selected from among a plurality of biomarkers for which quantitative signals are measured. For example, as in the two-dimensional correlation analysis between the quantitative signals, at least one or more of the quantitative signals of the X axis and the Y axis are coordinated in a plurality of XY coordinate systems with different exosome liquid biopsy samples, and the exosomes of the normal and patient groups, respectively. After calculating the gradient of a small body biopsy sample, parameters may be set by selecting a biomarker constituting an XY coordinate system having a relatively large difference in gradient. That is, a parameter may be set using a quantitative signal showing a significant difference by comparing the results of two-dimensional analysis between the quantitative signals of the exosome liquid biopsy samples of the normal group and the patient group.

적어도 2개 이상이 파라미터가 설정되면, 서로 다른 2개의 파라미터 사이의 상관관계에 따라 분석을 실행할 수 있다. 일례로, 다수의 상기 파라미터 중 어느 하나인 제1 파라미터를 X축으로 하고, 다른 하나인 제2 파라미터를 Y축으로 하는 제1 XY 좌표계에, 상기 측정값을 제1 파라미터 및 제2 파라미터에 대입하여 산출된 파라미터값에 따라 엑소좀 액체생검 샘플을 좌표화하고, 분포 형태를 비교할 수 있다. If at least two or more parameters are set, analysis can be performed according to the correlation between the two different parameters. For example, in a first XY coordinate system in which one of the plurality of parameters, the first parameter, is the X axis, and the other, the second parameter, is the Y axis, the measured values are assigned to the first parameter and the second parameter According to the calculated parameter value, the exosome liquid biopsy sample can be coordinated and the distribution pattern can be compared.

여기서, 제1 XY 좌표계에서 정상인군의 엑소좀 액체생검 샘플이 분포되는 음성 영역을 설정할 수 있는데, 그 음성 영역 내에 환자군의 엑소좀 액체생검 샘플이 분포하는 경우, 좌표화된 엑소좀 액체생검 샘플 중 상기 음성 영역에 속하는 음성 엑소좀 액체생검 샘플을 대상으로, 제1 파라미터 및 제2 파라미터 중 적어도 어느 하나와 다른 파라미터 사이의 XY 좌표계를 구성하여 샘플들의 음성영역 분포에 대한 재분석을 실행할 수 있다. 일례로, 제1 파라미터와 제3 파라미터 사이의 음성영역 분포 재분석, 제3 파라미터와 제4 파라미터 사이의 음성영역 분포 재분석을 개별적 또는 순차적으로 실행하여 양성 정확도(즉, 민감도)를 극대화 할 수 있다.Here, it is possible to set a negative region in which the exosome liquid biopsy samples of the normal group are distributed in the first XY coordinate system. If the exosome liquid biopsy samples of the patient group are distributed within the negative region, among the coordinated exosome liquid biopsy samples For the negative exosome liquid biopsy sample belonging to the negative region, reanalysis of the negative region distribution of the samples may be performed by constructing an XY coordinate system between at least one of the first parameter and the second parameter and other parameters. For example, positive accuracy (i.e., sensitivity) may be maximized by performing reanalysis of the negative region distribution between the first parameter and the third parameter and reanalysis of the negative region distribution between the third parameter and the fourth parameter individually or sequentially.

마찬가지로, 제1 XY 좌표계에서 환자군의 엑소좀 액체생검 샘플이 분포되는 양성 영역을 설정할 수 있는데, 그 양성 영역 내에 정상인군의 엑소좀 액체생검 샘플이 분포하는 경우, 좌표화된 엑소좀 액체생검 샘플 중 상기 양성 영역에 속하는 양성 엑소좀 액체생검 샘플을 대상으로, 상기한 과정에 따른 샘플들의 양성영역 분포에 대한 재분석을 통해 음성 정확도(즉, 특이도)를 극대화 할 수 있다.Similarly, a positive region in which exosome liquid biopsy samples of the patient group are distributed can be set in the first XY coordinate system. When the exosome liquid biopsy samples of the normal group are distributed within the positive region, For the positive exosome liquid biopsy sample belonging to the positive region, negative accuracy (ie, specificity) can be maximized by re-analyzing the positive region distribution of the samples according to the above process.

이하에서는 엑소좀 액체생검 샘플을 제조하는 내용을 그 제조장치 및 제조방법을 들어 설명한다.Hereinafter, the contents of manufacturing an exosome liquid biopsy sample will be described with reference to the manufacturing device and manufacturing method.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 샘플을 제조하는 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram of an apparatus for preparing an exosome liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치는 고상(solid state)의 고정 부재(10), 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀(1) 중 소정의 질환 관련 엑소좀(1a)이 가지는 제1 분리마커(m1)와 특이적으로 결합하여 질환 관련 엑소좀(1a)을 포획하는 제1 포획소재(20), 및 고정 부재(10)와 제1 포획소재(20)를 분리 가능하게 결합시키는 제1 가역적 링커(30)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the exosome subgroup liquid biopsy sample preparation device according to an embodiment of the present invention is a solid state fixing member 10 and exosomes 1 secreted from a plurality of cells. A first capture material 20 that captures the disease-related exosomes 1a by specifically binding to the first separation marker m1 possessed by the disease-related exosomes 1a, and the fixing member 10 and the first It may include a first reversible linker 30 that binds the capture material 20 in a separable manner.

또한, 제1 포획소재(20)가 미결합된 상기 고정 부재(10)에 결합되고, 질환 관련 엑소좀(1a)의 집단인 엑소좀 아집단(S) 내의 타겟 엑소좀(1b)이 가지는 제2 분리마커(m2)와 특이적으로 결합하여 타겟 엑소좀(1b)을 포획하는 제2 포획소재(40)를 더 포함할 수 있다. In addition, the first capture material 20 is bound to the unbound fixing member 10, and the target exosome 1b in the exosome subpopulation S, which is a group of disease-related exosomes 1a, possesses 2 It may further include a second capture material 40 that specifically binds to the separation marker (m2) and captures the target exosome (1b).

또한, 제2 포획소재(40)를 고정 부재(10)에 결합하기 위한 수단으로서, 제2 가역적 링커(50)를 더 포함할 수 있다.In addition, as a means for coupling the second capture material 40 to the fixing member 10, a second reversible linker 50 may be further included.

고정 부재(10)는 고상(solid state)의 부재로서, 그 표면에 제1 가역적 링커(30), 제2 포획소재(40) 및 제2 가역적 링커(50)가 선택적으로 결합 고정될 수 있다. 하나의 고정 부재(10) 상에 제1 가역적 링커(30)가 결합 고정되었다가 분리되고 이후에 제2 포획소재(40) 또는 제2 가역적 링커(50)가 결합 고정될 수 있다. 또한, 제1 가역적 링커(30)가 고정되는 고정 부재(10)와, 제2 포획소재(40) 또는 제2 가역적 링커(50)가 고정되는 고정 부재(10)가 서로 다를 수 있다. 이러한 고정 부재(10)는 하이드로 젤, 자성비드, 라텍스 비드, 글라스 비드, 나노금속 구조체, 세공성 멤브레인, 및 비세공성 멤브레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 고정 부재(10)가 반드시 상기에 한정되는 것은 아니고, 제1 가역적 링커(30), 제2 포획소재(40) 또는 제2 가역적 링커(50) 각각과 결합될 수 있는 소재이면 특별한 제한이 없다.The fixing member 10 is a solid state member, and the first reversible linker 30, the second capture material 40, and the second reversible linker 50 may be selectively bonded and fixed to its surface. The first reversible linker 30 is coupled and fixed on one fixing member 10 and then separated, and then the second capture material 40 or the second reversible linker 50 may be coupled and fixed. In addition, the fixing member 10 to which the first reversible linker 30 is fixed may be different from the fixing member 10 to which the second capture material 40 or the second reversible linker 50 is fixed. The fixing member 10 may include at least one selected from the group consisting of a hydrogel, a magnetic bead, a latex bead, a glass bead, a nanometal structure, a porous membrane, and a non-porous membrane. However, the fixing member 10 is not necessarily limited to the above, and if it is a material that can be combined with each of the first reversible linker 30, the second capture material 40, or the second reversible linker 50, there is no particular limitation does not exist.

제1 포획소재(20) 및 제2 포획소재(40)는 소정의 엑소좀(1)을 선택적으로 포획하는 소재이다. 제1 포획소재(20) 및 제2 포획소재(40)는 엑소좀(1)이 가지는 분리마커(m)와 특이적으로 결합함으로써, 엑소좀(1)을 포획한다. 여기서, 분리마커(m)는 특정 질환 발생 시에 정상인과 비교하여 체액 내에 상대적으로 증가하는 바이오마커로서, 엑소좀(1)의 표면에 존재하는 단백질, 핵산, 지질성분, 당 성분, 펩타이드, 및 그 외의 생화학 성분 등을 포함할 수 있다. 이러한 분리마커(m)는 항원-항체 반응 등과 같은 면역화학적 상호작용을 통해 제1 포획소재(20), 및 제2 포획소재(40)에 특이적으로 결합될 수 있다. 제1 포획소재(20), 및 제2 포획소재(40)는 엑소좀(1)의 표면 단백질 등과 항원-항체 반응하는 소정의 항체일 수 있다.The first capture material 20 and the second capture material 40 are materials that selectively capture predetermined exosomes 1 . The first capture material 20 and the second capture material 40 capture the exosome 1 by specifically binding to the separation marker m of the exosome 1. Here, the separation marker (m) is a biomarker that is relatively increased in body fluids compared to normal people when a specific disease occurs, and is a protein, nucleic acid, lipid component, sugar component, peptide, and Other biochemical components and the like may be included. Such a separate marker (m) may specifically bind to the first capture material 20 and the second capture material 40 through immunochemical interactions such as antigen-antibody reactions. The first capture material 20 and the second capture material 40 may be predetermined antibodies that react with the surface protein of the exosome 1 and the antigen-antibody.

분리마커(m) 중 제1 포획소재(20)와 특이적으로 결합하는 제1 분리마커(m1)는 소정의 질환 관련 엑소좀(1a) 표면에 존재한다. 따라서, 다수의 세포로부터 분리된 엑소좀(1)의 집단인 벌크 엑소좀 모집단(B)에서부터, 제1 분리마커(m1)를 갖는 질환 관련 엑소좀(1a)은 제1 포획소재(20)에 포획됨으로써 분리될 수 있다. 여기서, 분리된 질환 관련 엑소좀(1a)의 집단이 엑소좀 아집단(S)이 된다. 이렇게 생성된 엑소좀 아집단(S) 내의 질환 관련 엑소좀(1a) 중 제2 분리마커(m2)를 갖는 타겟 엑소좀(1b)이 제2 분리마커(m2)와 특이적으로 반응함으로써 이에 포획되어, 엑소좀 아집단(S) 내에서 엑소좀 차아집단(SA)이 분리된다. 엑소좀(1) 상의 제1 분리마커(m1)는 제2 분리마커(m2)와 비교하여, 특정 질환 진단에 이용 시 상대적으로 낮은 정확도를 나타내나, 체액 내에 상대적으로 높은 농도로 존재하며, 엑소좀(1) 집단의 마커에 따른 양적 체계 분류 시 상위에 위치하여 더 포괄적인 특성을 가질 수 있다.Among the separation markers (m), the first separation marker (m1) that specifically binds to the first capture material (20) is present on the surface of the exosome (1a) associated with a predetermined disease. Therefore, from the bulk exosome population (B), which is a group of exosomes (1) isolated from a plurality of cells, the disease-related exosomes (1a) having the first separation marker (m1) are in the first capture material (20) They can be separated by capture. Here, the population of isolated disease-related exosomes (1a) becomes the exosome subpopulation (S). Among the disease-related exosomes (1a) in the exosome subset (S) thus generated, the target exosome (1b) having the second separation marker (m2) reacts specifically with the second separation marker (m2), thereby capturing it As a result, a subpopulation (SA) of exosomes is isolated within the subpopulation (S) of exosomes. Compared to the second separation marker (m2), the first separation marker (m1) on the exosome (1) shows relatively low accuracy when used for diagnosing a specific disease, but is present in a relatively high concentration in body fluid, and exo When classifying the quantitative system according to the markers of the Zom (1) group, it can have more comprehensive characteristics by being positioned at the top.

본 발명에서는, 체액 내 농도가 낮을 것으로 예측되는 질환 특이 마커를 포함하는 상위 엑소좀 표면 단백질 마커(제1 분리마커) 양성 엑소좀 아집단(S)을 1차 분리, 농축, 및 회수하여 준비된 엑소좀 액체생검 샘플을 사용하거나, 또는 엑소좀 아집단(S)을 대상으로 질환 특이 마커(제2 분리마커)에 대한 2차 분리 및 농축을 실행하여 회수된 엑소좀 차아집단(SA)을 엑소좀 액체생검 샘플로 사용할 수 있다. 나아가 본 발명에서는, 체액 내 농도가 낮을 것으로 예측되는 질환 특이 마커를 포함하는 상위 엑소좀 표면 단백질 마커(제1 분리마커) 양성 엑소좀 아집단(S)을 1차 분리, 농축, 및 회수한 후, 순차적으로 질환 특이 마커(제2 분리마커)에 대해 2차 분리 및 농축하여 엑소좀 차아집단(SA)을 회수할 수 있다. 여기서, 다른 엑소좀 표면 단백질 마커에 대해 순차적으로 수행할 수 있는 분리, 농축, 및 회수 공정의 반복 횟수는 목적에 따라 2회 혹은 그 이상 연장될 수 있는바, 엑소좀 차아집단(SA)을 대상으로 또 다른 질환 특이 마커에 대한 분리 및 농축을 통해 회수된 그 하위집단을 엑소좀 액체생검 샘플로 사용해도 무방하다.In the present invention, exosomes prepared by primary isolation, concentration, and recovery of an upper exosome surface protein marker (first separation marker)-positive exosome subpopulation (S) including a disease-specific marker predicted to have a low concentration in body fluid The exosome subpopulation (SA) recovered by using a liquid biopsy sample or performing secondary separation and enrichment for a disease-specific marker (second segregation marker) targeting the exosome subpopulation (S) is exosome It can be used as a liquid biopsy sample. Furthermore, in the present invention, after primary separation, concentration, and recovery of the exosome subpopulation (S) positive for the upper exosome surface protein marker (first separation marker) including a disease-specific marker predicted to have a low concentration in body fluid, , it is possible to recover the exosome subpopulation (SA) by sequentially separating and concentrating for a disease-specific marker (second separation marker). Here, the number of repetitions of the separation, concentration, and recovery processes that can be sequentially performed for different exosome surface protein markers can be extended to two or more times depending on the purpose, targeting the exosome subpopulation (SA) Alternatively, the subpopulation recovered through isolation and enrichment for another disease-specific marker may be used as an exosome liquid biopsy sample.

체액 내 엑소좀을 이용한 액체생검 시, 단순히 농축한 벌크 모집단 형태의 엑소좀 샘플에서 검사대상 질병에 선택적으로 분리된 엑소좀(disease-relevant exosome) 샘플 사용으로의 전환은 진단 정확도를 향상시킬 수 있다. 멜라닌 생성세포에서 발생하는 피부암인 흑색종 암의 경우, 엑소좀의 표면 단백질인 Caveolin 1(Cav1)은 정상인에 비해 흑색종 암 환자의 혈액에서 현저하게 증가하여서 Cav1 양성(Cav1+) 엑소좀 기반의 진단 민감도는 68%로 다른 흑색종 암 마커인 CD63 기반 진단 진단민감도인 43%보다 상대적으로 높다. 이러한 액체생검의 성능 향상을 통해 임상에 이용하기 위해서는 Cav1+ 엑소좀과 같은 타켓 엑소좀의 선택적인 분리 및 농축이 필요하지만, 체액 내 전체 엑소좀 중 그 비율이 매우 낮기 때문에 기존에 알려진 일반적인 공정으로는 실현하기 어렵다. In liquid biopsy using exosomes in bodily fluids, switching from simply enriched bulk population exosome samples to using disease-relevant exosome samples that are selectively isolated for the disease being tested can improve diagnostic accuracy. . In the case of melanoma cancer, which is a skin cancer that occurs in melanin-producing cells, Caveolin 1 (Cav1), a surface protein of exosomes, is significantly increased in the blood of melanoma cancer patients compared to normal people, leading to Cav1-positive (Cav1+) exosome-based diagnosis The sensitivity is 68%, which is relatively higher than the diagnostic sensitivity of 43% for CD63-based diagnosis, another melanoma cancer marker. Selective isolation and concentration of target exosomes, such as Cav1+ exosomes, are required for clinical use through improved performance of liquid biopsy. Hard to come true.

따라서, 본 발명은 체액 내 엑소좀을 선택적으로 분리하여 일례로서, Cav1+ 엑소좀을 함유한 아집단 내지 차아집단을 획득하고, 이를 검사 샘플로 이용하여 흑색종 암 진단 정확도 및 민감도를 증가시키는 방법으로 활용하고자 한다. 엑소좀 분리 시 그 수율과 재현성을 고려하여 Cav1+ 엑소좀을 우선 분리대상으로 타겟팅하지 않고 암 발생과 연관성 있는 그 상위 엑소좀 집단을 1차 분리대상으로 삼았다. 예를 들어, 다른 표면 단백질과 비교하여 일반적인 엑소좀에 많이 존재하는 house-keeping protein인 CD63 단백질은 흑색종 암을 포함한 몇 가지 암 발생 시에 엑소좀 표면에 증가되어 발현되므로, 이 표면 단백질을 제1 분리마커(m1)로 이용하여, CD63+ 엑소좀 아집단(S)을 분리하고, Cav1 을 제2 분리마커(m2)로 이용하여 CD63+ 엑소좀 아집단(S)으로부터 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단(SA)을 분리할 수 있다.Therefore, the present invention is a method of selectively isolating exosomes in body fluids, obtaining, as an example, subgroups or subgroups containing Cav1+ exosomes, and using them as test samples to increase the accuracy and sensitivity of melanoma cancer diagnosis. want to utilize Considering the yield and reproducibility of exosome isolation, Cav1+ exosomes were not targeted first, but the upper exosome population associated with cancer was selected as the primary isolation target. For example, CD63 protein, a house-keeping protein that is more abundant in exosomes than other surface proteins, is increased and expressed on the surface of exosomes in the occurrence of some cancers, including melanoma cancer. CD63+ exosome subgroup (S) was isolated using 1 as a separation marker (m1), and CD63+/Cav1+ exosome subpopulation from CD63+ exosome subgroup (S) using Cav1 as a second separation marker (m2) (SA) can be isolated.

한편, 제1 포획소재(20)는 제1 가역적 링커(30)를 매개로 고정 부재(10)에 고정되었다가 분리될 수 있다. 제2 포획소재(40)는 직접 고정 부재(10)에 분리 없이 결합 고정되거나, 또는 제2 가역적 링커(50)의 도입에 의해 고정 부재(10)에 고정되었다가 분리될 수 있다.Meanwhile, the first capture material 20 may be fixed to the fixing member 10 via the first reversible linker 30 and then separated. The second capture material 40 may be directly bonded and fixed to the fixing member 10 without separation, or may be fixed to the fixing member 10 and then separated by introduction of the second reversible linker 50 .

가역적 링커 중 어느 하나인 제1 가역적 링커(30)는 제1 포획소재(20)를 고정 부재(10)에 분리 가능하게 결합시키고, 다른 하나의 제2 가역적 링커(50)는 제2 포획소재(40)를 고정 부재(10)에 분리 가능하게 결합시킨다. 여기서, 제2 포획소재(40)가 고정되는 고정 부재(10)에는 제1 포획소재(20)가 결합되지 않는다. 즉, 제1 포획소재(20)가 미결합된 고정 부재(10) 상에 제2 가역적 링커(50)를 통해 제2 포획소재(40)가 고정된다. 이러한 제1 가역적 링커(30)와 제2 가역적 링커(50)는 서로 동일한 소재 및 구조로 이루어지거나, 또는 서로 다르게 구현될 수 있는데, 구체적인 소재 및 구조에 대해서는 후술한다.One of the reversible linkers, the first reversible linker 30, detachably binds the first capture material 20 to the fixing member 10, and the other second reversible linker 50 binds the second capture material ( 40) is detachably coupled to the fixing member 10. Here, the first capture material 20 is not coupled to the fixing member 10 to which the second capture material 40 is fixed. That is, the second capture material 40 is fixed through the second reversible linker 50 on the fixing member 10 to which the first capture material 20 is uncoupled. The first reversible linker 30 and the second reversible linker 50 may be made of the same material and structure, or may be implemented differently from each other, and specific materials and structures will be described later.

온화한 조건 하에서의 엑소좀 면역친화 분리는 리간드-바인더 부착반응 기반 가역적 링커를 이용하면 가능하다. 가역적 링커는 초기에 특정 엑소좀(1) 포획소재(항체)를 고정 부재(10) 상에 고정화시키는 역할을 하지만, 샘플 내 엑소좀(1)을 고정 부재(10)에 포획한 후에는 반응조건 변화를 통해 해리되어 포획된 엑소좀(1)을 회수할 수 있게 한다. 예를 들어, 친수성 및 소수성 결합을 통한 당-당 수용체 결합반응, 이온 간 혹은 이온-이온 수용체 결합반응, 기질-효소 반응, 항원-항체 반응, 핵산접합 반응, 호르몬-세포 수용체 반응, 및 리간드-나노 구조체 반응 외에 특히 폴리히스티딘택(polyhistidine-tag), 비오틴-아비딘(biotin-avidin) 반응, 및 킬레이터(chelator)를 이용한 부착반응 등이 가역적 링커로 이용될 수 있다. 이와 같은 부착반응들은 결합 후 바인더 구조변화 혹은 바인더에 대한 경쟁반응 등 링커의 바인더-리간드 간 친화력 조절을 통해 해리가 가능하다. 따라서, 가역적 링커를 이용하면 산성 pH와 같은 가혹조건을 사용하지 않고 샘플 내 엑소좀(1)을 면역학적으로 포획 후 온화한 조건 하에서 타겟 엑소좀(1b)의 분리 및 회수가 가능하게 된다. Immunoaffinity isolation of exosomes under mild conditions is possible using a ligand-binder attachment-based reversible linker. The reversible linker initially serves to immobilize the specific exosome (1) capture material (antibody) on the fixation member (10), but after capturing the exosome (1) in the sample on the fixation member (10), the reaction conditions It is dissociated through change, allowing the recovery of the captured exosomes (1). For example, sugar-sugar receptor binding reactions through hydrophilic and hydrophobic bonds, interionic or ion-ion receptor binding reactions, substrate-enzyme reactions, antigen-antibody reactions, nucleic acid conjugation reactions, hormone-cell receptor reactions, and ligand- In addition to the nanostructure reaction, a polyhistidine-tag reaction, a biotin-avidin reaction, and an attachment reaction using a chelator may be used as the reversible linker. Such attachment reactions can be dissociated through adjustment of the affinity between the binder and the ligand of the linker, such as a change in the structure of the binder after binding or a competitive reaction to the binder. Therefore, if a reversible linker is used, it is possible to separate and recover the target exosome (1b) under mild conditions after immunologically capturing the exosome (1) in the sample without using harsh conditions such as acidic pH.

또한, 상기한 부착반응 기반 가역적 링커를 이용한 면역친화 분리공정으로, 밀도, 크기, 용해도, 막 투과성, 분자 구조, 및 자성 등 물리적, 생물학적, 그리고 화학적 특성을 이용하여 분리 및 회수를 가능하게 하는 모든 공정이 사용될 수 있다. 특히, 크로마토그래피 혹은 자성분리 등 각별히 고안된 면역친화 분리 공정을 이용하면, 링커 내 바인더-리간드 간 친화력 조절을 통해 체액 내 미량의 엑소좀을 분리하고 회수하는 것이 가능하다. 예를 들어, 리간드 부착 시 유발되는 링커 내 바인더의 구조변화를 인식하는 인식소재의‘스위치 성 부착반응’을 이용하면 단지 리간드 유무에 따라 면역분리 공정을 통해 엑소좀의 분리 및 회수가 가능하다. 또한, 면역분리 시 리간드-바인더 반응에서 바인더에 대해 리간드와 경쟁 반응하는 리간드 유사 구조체를 이용한 경쟁 부착반응 방법을 도입하면 경쟁 부착반응 유무에 따라 엑소좀의 분리 및 회수가 가능하다. In addition, with the immunoaffinity separation process using the above-mentioned attachment reaction-based reversible linker, all the separation and recovery enable separation and recovery using physical, biological, and chemical properties such as density, size, solubility, membrane permeability, molecular structure, and magnetism. process can be used. In particular, using a specially designed immunoaffinity separation process such as chromatography or magnetic separation, it is possible to separate and recover trace amounts of exosomes in body fluids by adjusting the affinity between the binder and the ligand in the linker. For example, using the ‘switch attachment reaction’ of a recognition material that recognizes the structural change of the binder in the linker caused by ligand attachment, it is possible to separate and recover exosomes through an immunoisolation process depending on the presence or absence of a ligand. In addition, when a competitive attachment reaction method using a ligand-like structure that competes with a ligand for a binder in a ligand-binder reaction during immunoisolation is introduced, it is possible to separate and recover exosomes depending on the presence or absence of a competitive attachment reaction.

이하에서는 전술한 제1 가역적 링커(30) 및 제2 가역적 링커(50)에 대해 자세하게 설명한다. 가역적 링커는 이하의 제1 ~ 제4 실시예에 따라 구현될 수 있는데, 제1 가역적 링커(30, 30a ~ 30d), 및 제2 가역적 링커(50, 50a ~ 50d)는 그 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 도 4 내지 도 7은 도 3에 도시된 제1 가역적 링커 및 제2 가역적 링커를 다양한 실시예에 따라 개략적으로 도시한 구성도이다.Hereinafter, the aforementioned first reversible linker 30 and the second reversible linker 50 will be described in detail. The reversible linker may be implemented according to the following first to fourth embodiments, and the first reversible linker (30, 30a to 30d) and the second reversible linker (50, 50a to 50d) may be formed of any one of them there is. 4 to 7 are configuration diagrams schematically showing the first reversible linker and the second reversible linker shown in FIG. 3 according to various embodiments.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)는 리간드(31a), 바인더(33a), 및 인식소재(35a)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4 , the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment of the present invention may include a ligand 31a, a binder 33a, and a recognition material 35a.

리간드(31a)는 바인더(33a)에 탈착 가능하게 결합되는 물질로서, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 펩타이드, 비타민, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The ligand 31a is a material detachably bonded to the binder 33a and may include at least one selected from the group consisting of sugar molecules, ions, substrates, antigens, peptides, vitamins, growth factors, and hormones. .

바인더(33a)는 리간드(31a)와의 부착반응에 의해 구조변화(conformation change) 야기되는 물질이다. 이러한 바인더(33a)는 당 결합단백질, 이온 결합단백질, 효소, 항체, 앱타머, 세포 수용체, 및 나노 구조체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 바인더(33a) 및 리간드(31a)는 당 결합단백질-당 분자 쌍, 이온 결합단백질-이온 쌍, 효소-기질 쌍, 항원-항체 쌍, 앱타머(aptamer)-리간드 쌍, 세포 수용체-리간드 쌍, 나노 구조체-리간드 쌍 등과 같은 바인더-리간드 쌍을 이룰 수 있고, 가장 대표적인 바인더(33a)와 리간드(31a)의 예로는, 칼슘 결합단백질(calcium binding protein, CBP)과 칼슘 이온을 들 수 있다. 다만, 바인더(33a) 및 리간드(31a)가 반드시 상기 물질에 한정되는 것은 아니고, 서로 탈착 가능하게 결합하여 구조변화를 일으키는 물질이기만 하면 어떠한 것이라도 무방하다. 제1 실시예에 따른 가역적 링커에서 바인더(33a)는 제1 포획소재(20) 및/또는 제2 포획소재(40)와 중합되어 바인더-포획소재 중합체(C)를 형성한다. The binder 33a is a material that causes a conformational change by an attachment reaction with the ligand 31a. The binder 33a may include at least one selected from the group consisting of sugar-binding proteins, ion-binding proteins, enzymes, antibodies, aptamers, cell receptors, and nanostructures. Accordingly, the binder 33a and the ligand 31a may be a sugar-binding protein-sugar molecule pair, an ion-binding protein-ion pair, an enzyme-substrate pair, an antigen-antibody pair, an aptamer-ligand pair, a cell receptor-ligand A binder-ligand pair such as a pair, a nanostructure-ligand pair, etc. may be formed, and examples of the most representative binder 33a and ligand 31a include calcium binding protein (CBP) and calcium ions. . However, the binder 33a and the ligand 31a are not necessarily limited to the above materials, and may be any material as long as they are detachably bonded to each other to cause a structural change. In the reversible linker according to the first embodiment, the binder 33a is polymerized with the first capture material 20 and/or the second capture material 40 to form a binder-capture material polymer (C).

인식소재(35a)는, 리간드(31a)와 결합하여 구조가 변한 바인더(33a)와 특이적으로 결합하는 물질로서, 항체, 단백질 수용체, 세포 수용체, 앱타머, 효소, 나노입자, 나노 구조체, 및 중금속 킬레이터(chelator)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 상기 물질은 인식소재(35a)의 일례에 불과하므로, 반드시 이에 한정하여 본 발명의 권리범위가 정해져서는 안 된다. 일례로, 리간드(31a), 바인더(33a) 및 인식소재(35a) 사이의 결합 반응을 설명하면, 칼슘 이온(리간드)이 칼슘 결합단백질(바인더)과 1차 결합하여 칼슘 결합단백질의 구조변화가 야기되고, 구조가 변한 칼슘 결합단백질과 항체(인식소재) 사이에 항원-항체 반응이 일어나 서로 결합될 수 있다. 제1 실시예에 따른 가역적 링커에서 인식소재(35a)는 고정 부재(10)의 표면에 고정된다. The recognition material 35a is a material that specifically binds to the binder 33a whose structure is changed by binding to the ligand 31a, and includes antibodies, protein receptors, cell receptors, aptamers, enzymes, nanoparticles, nanostructures, and It may include any one or more selected from the group consisting of heavy metal chelators. However, since the material is only an example of the recognition material 35a, the scope of the present invention should not necessarily be limited thereto. As an example, describing the binding reaction between the ligand 31a, the binder 33a, and the recognition material 35a, a calcium ion (ligand) is first bonded to a calcium-binding protein (binder), resulting in a structural change of the calcium-binding protein. An antigen-antibody reaction occurs between the calcium-binding protein and the antibody (recognition material), whose structure is changed, so that they can bind to each other. In the reversible linker according to the first embodiment, the recognition material 35a is fixed to the surface of the fixing member 10 .

한편, 가역적 링커(30, 50)를 매개로 고정 부재(10)에 결합된 제1 포획소재(20) 및/또는 제2 포획소재(40)에 의해 엑소좀(1)이 포획되면, 반응조건 변화를 통해 가역적 링커를 해리시킴으로써, 포획된 엑소좀(1a, 1b)을 회수할 수 있다. 제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)의 경우에는 구조가 변한 바인더(33a)가 본래의 구조로 회복될 때에 해리될 수 있다. 일례로, 칼슘 이온(리간드)이 부착되어 구조가 변한 칼슘 결합단백질(바인더)에 항체(인식소재)가 결합되고 그 항체가 엑소좀(1)을 포획한 경우에, 칼슘 이온이 함유되지 않은 회수용액을 첨가하여, 칼슘 결합단백질로부터 칼슘 이온을 탈착시킴으로써, 칼슘 결합단백질의 구조를 회복시키고 칼슘 결합단백질과 항체를 분리할 수 있다.On the other hand, when the exosome 1 is captured by the first capture material 20 and/or the second capture material 40 coupled to the fixation member 10 via the reversible linkers 30 and 50, the reaction conditions By dissociating the reversible linker through change, the captured exosomes (1a, 1b) can be recovered. In the case of the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment, the structure-changed binder 33a may be dissociated when the original structure is restored. For example, when an antibody (recognition material) is bound to a calcium-binding protein (binder) whose structure is changed by attaching calcium ions (ligand), and the antibody captures the exosome (1), recovery without calcium ions By adding a solution to desorb calcium ions from the calcium-binding protein, the structure of the calcium-binding protein can be restored and the calcium-binding protein and antibody can be separated.

도 5를 참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가역적 링커(30b, 50b)는 리간드(31b), 바인더(33b), 및 인식소재(35b)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the reversible linkers 30b and 50b according to the second embodiment of the present invention may include a ligand 31b, a binder 33b, and a recognition material 35b.

제2 실시예에 따른 가역적 링커(30b, 50b)의 리간드(31b), 바인더(33b), 및 인식소재(35b)는 각각 제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)의 리간드(31a), 바인더(33a), 및 인식소재(35a)와 대응되는바, 이하에서는 차이점 위주로 설명한다.The ligand 31b of the reversible linkers 30b and 50b according to the second embodiment, the binder 33b, and the recognition material 35b are respectively ligands 31a of the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment , the binder 33a, and the recognition material 35a, respectively. Hereinafter, differences will be mainly described.

제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)에서는, 바인더(33a)가 포획소재(20, 40)와 중합되어 중합체(C)를 형성하고, 인식소재(35a)가 고정 부재(10)의 표면에 고정되는데 반해, 제2 실시예에 따른 가역적 링커(30b, 50b)의 경우에는 바인더(33b)가 고정 부재(10)의 표면에 고정되고, 인식소재(35b)가 포획소재(20, 40)와 중합되어 인식소재-포획소재 중합체(C)를 형성한다. 이외에는 제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)와 동일한바, 자세한 설명은 생략한다. In the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment, the binder 33a is polymerized with the capture materials 20 and 40 to form a polymer (C), and the recognition material 35a is used to form a polymer of the fixing member 10. On the other hand, in the case of the reversible linkers 30b and 50b according to the second embodiment, the binder 33b is fixed to the surface of the fixing member 10, and the recognition material 35b is attached to the capture material 20, 40 ) to form a recognition material-capture material polymer (C). Other than that, since it is the same as the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment, a detailed description is omitted.

온화한 조건하에서 샘플 내 엑소좀 아집단 내지는 차아집단 회수를 가능하게 하는 제1 및 제2 실시예에 따른 가역적 링커(30, 50)의 일례로서, 칼슘 결합단백질과 같은 바인더(33a, 33b)가 이와 특이하게 반응하는 칼슘이온과 같은 리간드(31a, 31b)와 결합하여 야기되는 구조변화를 특이하게 인식하는 항체 등 인식소재(35a, 35b)가 이용될 수 있다. 이러한 항원-항체 반응과 같은 바인더-인식소재 반응은 칼슘이온과 같은 리간드(31a, 31b) 유무에 따라 신속하게 결합 혹은 해리되어 마치 스위치를 조작하여 불을 켜고 끄는 원리와 유사하기 때문에 '스위치 성 가역 부착반응(switch-like reversible binding)'으로 묘사된다. As an example of the reversible linkers 30 and 50 according to the first and second embodiments, which enable the recovery of exosome subpopulations or subpopulations in a sample under mild conditions, binders 33a and 33b such as calcium binding proteins are used. Recognition materials 35a and 35b such as antibodies that specifically recognize structural changes caused by binding to ligands 31a and 31b such as calcium ions that react specifically may be used. The binder-recognition material reaction, such as the antigen-antibody reaction, is rapidly combined or dissociated depending on the presence or absence of ligands such as calcium ions (31a, 31b), similar to the principle of turning on and off by manipulating a switch. It is described as 'switch-like reversible binding'.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)는 리간드(31c), 및 바인더(33c)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 6 , the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment of the present invention may include a ligand 31c and a binder 33c.

제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)의 리간드(31c)는 제1 포획소재(20) 및/또는 제2 포획소재(40)와 중합되어 포획소재-리간드 중합체(C)를 형성한다. The ligand 31c of the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment is polymerized with the first capture material 20 and/or the second capture material 40 to form a capture material-ligand polymer (C) .

제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)의 바인더(33c)는 고정 부재(10)의 표면에 고정되는데, 엑소좀(1a, 1b)과 특이적으로 결합된 포획소재-리간드 중합체(C)와 결합함으로써, 엑소좀(1a, 1b)을 고정 부재(10)에 포획한다. 바인더(33c)는 리간드(31c)와 결합하되, 리간드(31c)와 경쟁반응하는 경쟁반응 리간드(32)가 첨가될 때에 경쟁반응 리간드(32)가 부착된다. 이로 인해, 리간드(31c)가 탈착되면서 엑소좀(1a, 1b)은 고정 부재(10)에서 분리되어 회수될 수 있다. 여기서, 리간드(31c)는 히스택(His-tag, polyhistidine-tag), 비오틴 등과 같은 비타민, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 바인더(33c)는 2가 금속이온, 아비딘 류, 당 결합단백질, 이온 결합단백질, 효소, 항체, 앱타머, 단백질 수용체, 세포 수용체, 및 나노 구조체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 경쟁반응 리간드(32)는 이미다졸(imidazole), 비오틴 등과 같은 비타민, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The binder 33c of the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment is fixed to the surface of the fixing member 10, and the capture material-ligand polymer (C ), the exosomes 1a and 1b are captured by the fixing member 10. The binder 33c binds to the ligand 31c, and when the ligand 32 for competitive reaction with the ligand 31c is added, the ligand 32 for competition reaction is attached. Due to this, as the ligand 31c is desorbed, the exosomes 1a and 1b may be separated from the fixing member 10 and recovered. Here, the ligand 31c is selected from the group consisting of His-tag (His-tag, polyhistidine-tag), vitamins such as biotin, sugar molecules, ions, substrates, antigens, amino acids, peptides, nucleic acids, growth factors, and hormones. Any one or more may be included. In addition, the binder 33c includes at least one selected from the group consisting of divalent metal ions, avidins, sugar-binding proteins, ion-binding proteins, enzymes, antibodies, aptamers, protein receptors, cell receptors, and nanostructures. can do. The competitive reaction ligand 32 may include at least one selected from the group consisting of vitamins such as imidazole and biotin, sugar molecules, ions, substrates, antigens, amino acids, peptides, nucleic acids, growth factors, and hormones. can

일례로, 히스택을 리간드(31c)로, 2가 금속이온을 바인더(33c)로, 이미다졸을 경쟁반응 리간드(32)로 사용할 수 있다. 히스택은 단백질 내 최소 6개 이상의 히스티딘 (Histidine, His) 잔기로 구성된 아미노산 모티프로 보통 단백질의 N말단이나 C말단에 위치시켜 주로 재조합단백질의 발현 후 정제 시 사용된다. 여기서, 히스택으로 표지된 단백질은 세파로오스/아가로스 레진 상의 킬레이터와 결합된 2가 이온인 니켈이나 코발트와의 친화력을 이용하여 포획된 후, 이미다졸이 함유된 회수용액을 첨가하여 회수될 수 있다. For example, histac may be used as the ligand 31c, divalent metal ions may be used as the binder 33c, and imidazole may be used as the competing ligand 32. Histack is an amino acid motif composed of at least six or more histidine (His) residues in a protein, and is usually located at the N-terminus or C-terminus of a protein and is mainly used for purification after expression of a recombinant protein. Here, the Histack-labeled protein is captured using affinity with nickel or cobalt, which is a divalent ion bound to a chelator on Sepharose/agarose resin, and then recovered by adding a recovery solution containing imidazole. It can be.

도 7을 참고로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가역적 링커(30d, 50d)는 리간드(31d), 및 바인더(33d)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7 , the reversible linkers 30d and 50d according to the fourth embodiment of the present invention may include a ligand 31d and a binder 33d.

제4 실시예에 따른 가역적 링커(30d, 50d)의 리간드(31d), 및 바인더(33d)는 각각 제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)의 리간드(31c), 및 바인더(33c)와 대응되는바, 이하에서는 차이점 위주로 설명한다.The ligand 31d of the reversible linkers 30d and 50d according to the fourth embodiment and the binder 33d are the ligands 31c and the binder 33c of the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment, respectively. Corresponds to, and the following will mainly explain the differences.

제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)에서는 리간드(31c)가 포획소재(20, 40)와 중합되고, 바인더(33c)가 고정 부재(10)의 표면에 고정되는데 반해, 제4 실시예에 따른 가역적 링커(30d, 50d)의 경우에는 리간드(31d)가 고정 부재(10)의 표면에 고정되고, 바인더(33d)가 포획소재(20, 40)와 중합되어 포획소재-바인더 중합체(C)를 형성한다. 이외에는, 동일하게 리간드(31d)가 바인더(33d)에 결합되지만, 경쟁반응 리간드(32)와의 경쟁반응에 의해 바인더(33d)로부터 분리된다.In the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment, the ligand 31c is polymerized with the capture materials 20 and 40 and the binder 33c is fixed to the surface of the fixing member 10, while the fourth embodiment In the case of the reversible linkers 30d and 50d according to the example, the ligand 31d is fixed to the surface of the fixing member 10, and the binder 33d is polymerized with the capture materials 20 and 40 to form a capture material-binder polymer ( C) form Otherwise, the ligand 31d is similarly bonded to the binder 33d, but is separated from the binder 33d by a competitive reaction with the ligand 32.

한편, 엑소좀 액체생검 샘플 제조장치는, 반응기(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 반응기는 내부에 고정 부재(10)를 수용할 수 있다. 이때, 반응기에 엑소좀(1) 샘플이 첨가되면, 그 내부에서 제1 가역적 링커(30), 및 제1 포획소재(20)를 매개로 고정 부재(10)에 질환 관련 엑소좀(1a)이 포획되어 엑소좀 아집단(S)이 분리되고, 제1 가역적 링커(30)가 해리되어 엑소좀 아집단(S)이 회수된다. 또한, 회수된 엑소좀 아집단(S) 샘플을 반응기에 첨가하고, 제2 가역적 링커(50)와 제2 포획소재(40)를 이용해 고정 부재(10)에 타겟 엑소좀(1b)이 포획되어 엑소좀 차아집단(SA)이 분리된다. 분리된 엑소좀 차아집단(SA)은 제2 가역적 링커(50)가 해리되면서 회수된다. 여기서, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해 고정 부재(10)를 농축함으로써, 엑소좀 아집단(S) 및/또는 엑소좀 차아집단(SA)을 농축할 수 있다. 예를 들어, 자성비드를 고정 부재(10)로 사용하는 경우, 자석을 이용해 질환 관련 엑소좀(1a) 및/또는 타겟 엑소좀(1b)과 결합된 고정 부재(10)를 포획한 상태에서 상층액을 제거하고 자성비드를 제거함으로써 엑소좀 아집단(S) 및/또는 엑소좀 차아집단(SA)을 농축할 수 있다.Meanwhile, the exosome liquid biopsy sample preparation device may further include a reactor (not shown). The reactor may house the fixing member 10 therein. At this time, when the exosome (1) sample is added to the reactor, the disease-related exosome (1a) is attached to the fixing member (10) via the first reversible linker (30) and the first capture material (20) therein The exosome subpopulation (S) is separated by capture, and the exosome subpopulation (S) is recovered by dissociation of the first reversible linker (30). In addition, the recovered exosome subgroup (S) sample is added to the reactor, and the target exosomes (1b) are captured by the fixing member (10) using the second reversible linker (50) and the second capture material (40). An exosome hypopopulation (SA) is isolated. The separated exosome subpopulation (SA) is recovered as the second reversible linker 50 dissociates. Here, by concentrating the fixing member 10 using at least one of magnetic force, gravity, and centrifugal force, the exosome subpopulation (S) and/or the exosome subpopulation (SA) may be enriched. For example, when magnetic beads are used as the fixing member 10, the upper layer in a state in which the fixing member 10 associated with the disease-related exosome 1a and/or the target exosome 1b is captured using a magnet Exosome subpopulations (S) and/or exosome subpopulations (SA) can be enriched by removing the liquid and removing the magnetic beads.

이하에서는 전술한 엑소좀 액체생검 샘플 제조장치를 이용한 액체생검 샘플 제조방법에 대해 설명한다. 엑소좀 액체생검 샘플 제조장치에 대해서는 상술하였는바, 중복되는 사항에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다.Hereinafter, a liquid biopsy sample preparation method using the above-described exosome liquid biopsy sample preparation device will be described. Since the exosome liquid biopsy sample manufacturing apparatus has been described above, descriptions of overlapping items will be omitted or only briefly described.

도 8 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플을 제조하는 방법의 순서도이다.8 to 14 are flowcharts of a method for preparing an exosome subpopulation liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑소좀 액체생검 샘플 제조방법은 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀 중 소정의 질환 관련 엑소좀이 가지는 제1 분리마커와 특이적으로 결합하는 제1 포획소재를, 제1 가역적 링커를 이용해, 고상(solid state)의 고정 부재에 결합시키는 단계(S110), 엑소좀의 집단을 함유하는 샘플 용액과, 고정 부재에 결합된 제1 포획소재를 반응시켜, 질환 관련 엑소좀을 포획함으로써, 질환 관련 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단을 분리하는 단계(S120), 및 포획된 질환 관련 엑소좀이 고정 부재에서 분리되도록, 제1 가역적 링커를 해리시켜, 엑소좀 아집단을 회수하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, in the method for preparing an exosome liquid biopsy sample according to the first embodiment of the present invention, among exosomes secreted from a plurality of cells, a specific disease-related exosome has a first separation marker that specifically binds A step of coupling the first capture material to the fixation member in a solid state using a first reversible linker (S110), a sample solution containing a group of exosomes, and the first capture material bound to the fixation member Separating an exosome subset, which is a group of disease-related exosomes, by reacting to capture disease-related exosomes (S120), and dissociating the first reversible linker so that the captured disease-related exosomes are separated from the anchoring member and recovering the exosome subset (S130).

여기서, 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀인 집단인 벌크 엑소좀 집단이나 체액을 샘플 용액으로, 1차적으로 엑소좀 아집단을 분리 회수한 후에 이를 액체생검 샘플로 제공할 수 있다. Here, a bulk exosome population or body fluid, which is a group of exosomes secreted from a plurality of cells, may be used as a sample solution, and the exosome subset may be primarily separated and recovered, and then provided as a liquid biopsy sample.

또한, 도 9와 같이, 엑소좀 아집단으로부터 엑소좀 차아집단을 분리 회수하여 액체생검 샘플을 제조하기 위해서, 엑소좀 아집단 내의 타겟 엑소좀이 가지는 제2 분리마커와 특이적으로 결합하는 제2 포획소재를, 고정 부재에 결합시키는 단계(S140), 및 회수된 엑소좀 아집단을 함유하는 엑소좀 아집단 용액과, 고정 부재에 결합된 제2 포획소재를 반응시켜, 타겟 엑소좀을 포획함으로써, 타겟 엑소좀의 집단인 엑소좀 차아집단을 분리하는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 포획소재는 제2 가역적 링커에 의해 고정 부재에 결합될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 9, in order to separate and recover the exosome subpopulation from the exosome subpopulation to prepare a liquid biopsy sample, a second marker that specifically binds to a second separation marker possessed by the target exosomes in the exosome subpopulation binding the capture material to the fixing member (S140), and reacting the exosome subgroup solution containing the recovered exosome subpopulation with the second capture material bound to the fixation member to capture the target exosomes , Separating a subpopulation of exosomes that is a group of target exosomes (S150) may be further included. Here, the second capture material may be coupled to the fixing member by a second reversible linker.

먼저, 엑소좀 아집단을 분리 회수하기 위해서, 고정 부재에 제1 포획소재 및 제1 가역적 링커를 반응시킨다(S110). 이때, 제1 포획소재는 제1 가역적 링커를 매개로 고정 부재에 결합된다. First, in order to separate and recover the exosome subset, the first capture material and the first reversible linker are reacted with the fixation member (S110). At this time, the first capture material is coupled to the fixing member via the first reversible linker.

다음, 샘플 용액을 첨가함으로써, 제1 포획소재와 반응시킨다(S120). 여기서, 제1 포획소재가 샘플 용액에 함유된 질환 관련 엑소좀의 제1 분리마커와 특이적으로 결합한다. 이로써, 질환 관련 엑소좀을 대상으로 하는 엑소좀 아집단이 고정 부재에 포획되어 샘플 용액으로부터 분리된다.Next, by adding a sample solution, it reacts with the first capture material (S120). Here, the first capture material specifically binds to the first separation marker of disease-related exosomes contained in the sample solution. Thereby, subpopulations of exosomes targeted for disease-related exosomes are entrapped in the fixation member and separated from the sample solution.

엑소좀 아집단이 분리된 후에는, 제1 가역적 링커를 해리시킨다(S130). 이때, 질환 관련 엑소좀이 고정 부재로부터 분리되므로, 엑소좀 아집단을 회수할 수 있다.After the exosome subpopulation is isolated, the first reversible linker is dissociated (S130). At this time, since disease-related exosomes are separated from the fixed member, exosome subsets can be recovered.

질환 관련 엑소좀이 고정 부재로부터 분리되면, 그 고정 부재를 재활용하거나, 새로운 고정 부재를 이용해 고정 부재 상에 제2 포획소재를 결합한다(S140). 이때, 제2 포획소재를 직접 고정 부재에 결합하거나, 또는 제2 가역적 링커를 이용해 고정 부재에 결합할 수 있다.When the disease-related exosomes are separated from the fixation member, the fixation member is recycled or a second capture material is coupled to the fixation member using a new fixation member (S140). In this case, the second capture material may be directly coupled to the fixing member or may be coupled to the fixing member using a second reversible linker.

다음, 회수된 엑소좀 아집단을 함유하는 엑소좀 아집단 용액을 제2 포획소재와 반응시킨다(S150). 이때, 제2 포획소재는 엑소좀 아집단 내의 타겟 엑소좀의 제2 분리마커와 특이적으로 결합하므로, 타겟 엑소좀이 고정 부재에 고정된다. 이로써, 타겟 엑소좀의 집합인 엑소좀 차아집단이 분리된다. 이렇게 회수되지 않고 고정 부재에 고정된 엑소좀 차아집단 형태로서 액체생검 샘플로 제공될 수 있다. 즉, 특정 질환 진단용 바이오마커가 차아집단 형태로 분리된 후 엑소좀을 회수하지 않고 바로 바이오마커에 대한 분석을 수행하거나 혹은 엑소좀을 용해시켜 용출된 바이오마커에 대한 분석을 수행하는 경우, 순차적 다중 면역친화 분리 공정 중 마지막 분리단계에서는 차아집단 엑소좀을 회수하지 않고 바로 바이오마커만을 샘플로 이용할 수 있다.Next, the exosome subgroup solution containing the recovered exosome subgroup is reacted with the second capture material (S150). At this time, since the second capture material specifically binds to the second separation marker of the target exosomes in the exosome subset, the target exosomes are fixed to the fixing member. As a result, a subpopulation of exosomes, which is a set of target exosomes, is isolated. Instead of being recovered in this way, it may be provided as a liquid biopsy sample in the form of a subpopulation of exosomes immobilized on a fixation member. That is, when a biomarker for diagnosis of a specific disease is separated in the form of a subgroup and then the analysis of the biomarker is performed immediately without recovering the exosome or the analysis of the biomarker eluted by dissolving the exosome is performed, sequential multiplexing In the final separation step of the immunoaffinity separation process, only the biomarker can be directly used as a sample without recovering the subpopulation exosomes.

이하에서는 제1 가역적 링커 및 제2 가역적 링커에 관한 구체적 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples of the first reversible linker and the second reversible linker.

도 10은 전술한 제1 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30a) 및 제2 가역적 링커(50a)를 이용한 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플의 제조방법을 도시한다. 도 8을 참고로, 먼저 인식소재(35a)를 고정 부재(10)의 표면에 고정시키고, 리간드(31a) 함유 리간드 용액, 바인더(33a) 및 제1 포획소재(20)를 반응시킨다. 이때, 바인더(33a)와 제1 포획소재(20)가 바인더-제1 포획소재 중합체(C)를 형성하고, 인식소재(35a)는 중합체(C)와 결합한다. 여기서, 리간드 용액 내에 함유된 리간드(31a)가 바인더(33a)에 결합되어 바인더(33a)의 구조변화가 야기되고, 구조가 변한 바인더(33a)를 인식소재(35a)가 특이적으로 인식하여 결합한다. 다음에, 벌크 엑소좀(1) 집단을 함유한 샘플 용액을 반응시킨다. 이때, 제1 포획소재(20)와 특이적으로 결합되는 제1 분리마커(m1)를 갖는 질환 관련 엑소좀(1a)이 고정 부재(10)에 포획되면서, 엑소좀 아집단(S)이 분리된다. 엑소좀 아집단(S)이 분리되면, 회수용액을 첨가하는데, 회수용액은 리간드(31a)를 함유하지 않은 리간드 비함유 용액으로서, 회수용액이 첨가되면 바인더(33a)에 결합된 리간드(31a)가 탈락하게 되고, 이로 인해 바인더(33a)의 변화된 구조가 원래 상태로 회복되면서 바인더(33a)와 인식소재(35a) 사이의 결합이 해제된다. 따라서, 엑소좀 아집단(S) 대상인 질환 관련 엑소좀(1a)이 결합된 중합체(C)가, 인식소재(35a)로부터 분리되어, 엑소좀 아집단(S)을 회수할 수 있다. FIG. 10 shows a method for preparing an exosome subpopulation liquid biopsy sample using the first reversible linker 30a and the second reversible linker 50a according to the above-described first embodiment. Referring to FIG. 8 , first, the recognition material 35a is fixed to the surface of the fixing member 10, and the ligand solution containing the ligand 31a, the binder 33a, and the first capture material 20 are reacted. At this time, the binder 33a and the first capture material 20 form a binder-first capture material polymer (C), and the recognition material 35a is bonded to the polymer (C). Here, the ligand 31a contained in the ligand solution is bound to the binder 33a, causing a structural change of the binder 33a, and the recognition material 35a specifically recognizes and binds the binder 33a whose structure has changed. do. Next, the sample solution containing the bulk exosome (1) population is reacted. At this time, while the disease-related exosomes (1a) having the first separation marker (m1) that specifically binds to the first capture material (20) are captured by the fixing member (10), the exosome subset (S) is separated do. When the exosome subpopulation (S) is separated, a recovery solution is added. The recovery solution is a ligand-free solution that does not contain the ligand 31a. When the recovery solution is added, the ligand 31a bound to the binder 33a As a result, the changed structure of the binder 33a is restored to its original state, and the coupling between the binder 33a and the recognition material 35a is released. Accordingly, the polymer (C) to which the disease-related exosome (1a), which is the target of the exosome subset (S), is separated from the recognition material (35a), and the exosome subset (S) can be recovered.

다음에, 질환 관련 엑소좀(1a)이 분리되고 인식소재(35a)가 고정된 고정 부재(10)를 재활용하여 제2 가역적 링커(50a) 및 제2 포획소재(40)를 반응시킨다. 이때, 제2 가역적 링커(50a)는 제1 가역적 링커(30a)의 인식소재(35a)를 공유하고, 제1 가역적 링커(30a)와 비교하면 제1 포획소재(20)를 제2 포획소재(40)로 대체하여 고정 부재(10)에 결합한다. 여기에 회수된 엑소좀 아집단(S) 용액을 첨가하면, 제2 포획소재(40)가 엑소좀 아집단(S) 용액 내의 타겟 엑소좀(1b)의 제2 분리마커(m2)에 특이적으로 결합되어, 엑소좀 차아집단(SA)이 분리된다. 이때, 엑소좀 아집단(S)은 제1 가역적 링커(30a)의 바인더(33a)를 포함하기 때문에, 고정 부재(10)에 결합된 인식소재(35a)와 제1 가역적 링커(30a)의 바인더(33a)가 서로 반응할 수 있으므로, 제2 가역적 링커(50a) 및 제2 포획소재(40)를 반응시킨 후 고정 부재(10)에 결합된 인식소재(35a) 상의 잔여 부착자리를 바인더(33a) 등과 같은 적절한 반응성분으로 블로킹(blocking)할 수 있다.Next, the disease-related exosome 1a is separated, and the fixing member 10 to which the recognition material 35a is fixed is recycled, and the second reversible linker 50a and the second capture material 40 are reacted. At this time, the second reversible linker (50a) shares the recognition material (35a) of the first reversible linker (30a), and compared with the first reversible linker (30a), the first capture material (20) to the second capture material ( 40) to be coupled to the fixing member 10. When the recovered exosome subgroup (S) solution is added here, the second capture material (40) is specific for the second separation marker (m2) of the target exosome (1b) in the exosome subgroup (S) solution , the exosome subpopulation (SA) is isolated. At this time, since the exosome subgroup (S) includes the binder 33a of the first reversible linker 30a, the recognition material 35a coupled to the fixing member 10 and the binder of the first reversible linker 30a Since (33a) can react with each other, after reacting the second reversible linker (50a) and the second capture material (40), the remaining attachment site on the recognition material (35a) bound to the fixing member (10) is replaced by a binder (33a). ) may be blocked with an appropriate reactive component such as the like.

일례로, 제1 실시예에 따른 제1 가역적 링크 및 제2 가역적 링크를 갖는 본 발명에 따라 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단(SA)을 분리하는 방법을 설명하면, 항체(가역적 인식소재)를 고체(고정 부재) 표면(Bead surface)에 고정시키고, 칼슘 결합단백질(CBP, 바인더)은 CD63 엑소좀 표면 단백질에 대한 특이항체(제1 포획소재)와 biotin-streptavidin linkage를 통해 중합한다(CBP-포획항체 중합체). 고정된 가역적 인식소재에 칼슘이온(예: >10 mM Ca2 +)이 포함된 용액에 용해된 CBP-포획항체 중합체를 첨가하면 ‘스위치 켬’ 인식반응에 의해 중합체는 고체표면에 고정된다. 동일한 용액에 준비된 벌크 엑소좀 샘플을 순차적으로 첨가하면 CD63 마커 포함 엑소좀이 고체표면의 포획항체와 반응하여 포획된다. 동일 용액으로 세척 후, 칼슘이 제거된 엑소좀 회수용액을 첨가하면, CBP와 결합되었던 칼슘이온이 탈착되어 ‘스위치 끔’ 상태가 되므로 포획되었던 엑소좀을 포획항체와 결합된 상태로 용액 내로 회수할 수 있다. 그 결과, CD63+ 엑소좀 아집단이 분리 회수되는데, 사용된 시료용액과 회수용액의 부피 비율에 따라 엑소좀의 농축도 가능하다. 추가적으로, 고체표면은 재생되어 다른 시료의 분리에 재활용될 수 있다.As an example, the method for isolating the CD63+/Cav1+ exosome subpopulation (SA) according to the present invention having the first reversible link and the second reversible link according to the first embodiment is described. (Fixed member) It is immobilized on the surface (Bead surface), and the calcium-binding protein (CBP, binder) is polymerized through a specific antibody (first capture material) for CD63 exosome surface protein and biotin-streptavidin linkage (CBP-capture antibody polymer). When a CBP-capturing antibody polymer dissolved in a solution containing calcium ions (eg, >10 mM Ca 2+ ) is added to the fixed reversible recognition material, the polymer is fixed on the solid surface by a 'switch-on' recognition reaction. When bulk exosome samples prepared in the same solution are sequentially added, the exosomes containing the CD63 marker react with the capture antibody on the solid surface and are captured. After washing with the same solution, if the calcium-free exosome recovery solution is added, the calcium ion bound to CBP is desorbed and becomes a 'switch off' state. can As a result, the CD63+ exosome subset is separated and recovered, and exosomes can be enriched according to the volume ratio of the sample solution and the recovery solution used. Additionally, the solid surface can be regenerated and recycled for the separation of other samples.

순차적인 엑소좀 차아집단 분리를 위해, 재생되거나 새로운 고체표면에 가역적 인식소재를 고정시켜 특정 질환과 연관성이 높은 Cav1 엑소좀 표면 단백질에 대한 특이항체를 CBP와 중합시킨 후, 위에서와 동일하게 '스위치 켬' 인식반응을 통해 CBP-포획항체 중합체를 고체표면에 고정시킨다. 동일한 상태를 유지하면서 1차 분리 후 회수된 CD63+ 엑소좀 아집단을 2차 분리 샘플로 첨가하면 CD63 및 Cav1 마커 포함 (CD63+/Cav1+) 엑소좀이 고체표면의 포획항체와 반응하여 포획된다. 동일 용액으로 세척 후, 칼슘이 제거된 엑소좀 회수용액을 첨가하면, '스위치 끔' 상태가 되므로 포획되었던 엑소좀을 용액 내로 회수할 수 있다. 그 결과, 2차 분리를 통해 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단이 분리 회수된다. For the sequential isolation of exosome subpopulations, a reversible recognition material is immobilized on a regenerated or new solid surface, and a specific antibody for the Cav1 exosome surface protein, which is highly related to a specific disease, is polymerized with CBP, and then, as above, 'switch' Through the 'on' recognition reaction, the CBP-capture antibody polymer is immobilized on the solid surface. When the CD63+ exosome subset recovered after the first separation is added as a second separation sample while maintaining the same state, the exosomes containing CD63 and Cav1 markers (CD63+/Cav1+) react with the capture antibody on the solid surface and are captured. After washing with the same solution, when the exosome recovery solution from which calcium is removed is added, the 'switch off' state is established, so the captured exosomes can be recovered into the solution. As a result, the CD63+/Cav1+ exosome subset is separated and recovered through secondary separation.

한편, 엑소좀 차아집단의 분리 후 회수가 필요하지 않을 경우, 제2 가역적 링커의 도입 없이 포획항체를 직접 고체표면에 고정시켜 차아집단을 분리할 수도 있는데, 이 경우에 주로 포획된 엑소좀에 대해 면역분석을 수행하거나, 바로 포획된 채로 용해시켜 엑소좀 내부에 포함된 핵산을 추출 및 분자학적 검사를 수행한다.On the other hand, if recovery after isolation of the exosome subpopulation is not required, the capture antibody may be directly immobilized on a solid surface to isolate the subpopulation without introduction of a second reversible linker. In this case, mainly for the captured exosomes An immunoassay is performed, or the nucleic acid contained in the exosome is extracted and molecularly tested by dissolving it while being captured.

도 11은 전술한 제3 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30c) 및 제2 가역적 링커(50c)를 이용한 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플의 제조방법을 도시한다. 도 11을 참고로, 리간드(31c)를 질환 관련 엑소좀(1a)의 제1 분리마커(m1)와 특이적으로 반응하는 제1 포획소재(20)와 중합시키고, 고정 부재(10)에 결합된 바인더(33c)와의 친화력을 이용해 리간드-포획소재 중합체를 고정시킨 후에, 엑소좀(1) 샘플을 첨가하여 엑소좀 아집단(S)을 포획 분리하고, 경쟁반응 리간드(32)가 포함된 회수용액을 이용하여 엑소좀 아집단(S)을 회수한다. FIG. 11 shows a method for preparing an exosome subpopulation liquid biopsy sample using the first reversible linker 30c and the second reversible linker 50c according to the above-described third embodiment. Referring to FIG. 11, the ligand 31c is polymerized with the first capture material 20 that specifically reacts with the first isolation marker m1 of the disease-related exosome 1a, and binds to the fixation member 10 After immobilizing the ligand-capture material polymer using affinity with the binder (33c), the exosome (1) sample is added to capture and separate the exosome subpopulation (S), and the recovery containing the competing reaction ligand (32) The solution is used to recover the exosome subpopulation (S).

다음에, 타겟 엑소좀(1b)의 제2 분리마커(m2)에 특이적으로 반응하는 제2 포획소재(40)와 리간드(31c)를 중합시키고, 고정 부재(10)에 결합된 바인더(33c)와 그 중합체(C)를 고정한 후에, 엑소좀 아집단(S) 용액을 첨가하여 엑소좀 차아집단(SA)을 포획 분리할 수 있다. 이때, 엑소좀 아집단(S)은 제1 가역적 링커(30c)의 리간드(31c)를 포함하기 때문에, 고정 부재(10)에 결합된 바인더(33c)와 제1 가역적 링커(30c)의 리간드(31c)가 서로 반응할 수 있으므로, 제2 가역적 링커(50c) 및 제2 포획소재(40)를 반응시킨 후 고정 부재(10)에 결합된 바인더(33c) 상의 잔여 부착자리를 리간드(31c) 등과 같은 적절한 반응성분으로 블로킹(blocking)할 수 있다.Next, the second capture material 40 that specifically reacts to the second separation marker m2 of the target exosome 1b and the ligand 31c are polymerized, and the binder 33c bound to the fixing member 10 ) and the polymer (C) thereof, the exosome subgroup (S) solution may be added to capture and isolate the exosome subgroup (SA). At this time, since the exosome subset S includes the ligand 31c of the first reversible linker 30c, the binder 33c bound to the fixing member 10 and the ligand of the first reversible linker 30c ( Since 31c) can react with each other, after reacting the second reversible linker 50c and the second capture material 40, the remaining attachment site on the binder 33c bound to the fixing member 10 is formed with the ligand 31c, etc. It can be blocked with the same appropriate reactive component.

일례로, 제3 실시예에 따른 제1 가역적 링크 및 제2 가역적 링크를 갖는 본 발명에 따라 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단을 분리하는 방법을 설명하면, 바인더(니켈 이온)를 고체표면(Bead surface)에 고정시키고, 리간드(히스택)는 제1 분리마커(m1)로서 CD63 엑소좀(1) 표면 단백질에 대한 특이항체와 중합한다(히스택-포획항체 중합체). 고정된 니켈 이온에 히스택-포획항체 중합체를 첨가하면 바인더-리간드 반응에 의해 중합체는 고체표면에 고정된다. 동일한 용액에 준비된 벌크 엑소좀 시료를 첨가하면 CD63+ 엑소좀이 고체표면의 포획항체와 반응하여 포획된다. 용액으로 세척 후, 고농도의 경쟁반응 리간드(이미다졸)가 포함된 엑소좀 회수용액을 첨가하면, 경쟁반응에 의해 니켈 이온 결합되었던 히스택이 탈착되므로 포획되었던 엑소좀을 용액 내로 회수할 수 있다. 그 결과, CD63+ 엑소좀 아집단이 분리 회수되고, 고체표면은 재생되어 다음 시료의 분리에 재활용될 수 있다. As an example, describing the method for isolating the CD63+/Cav1+ exosome subgroup according to the present invention having the first reversible link and the second reversible link according to the third embodiment, a binder (nickel ion) is applied to a solid surface (Bead surface ), and the ligand (Histag) polymerizes with a specific antibody against the surface protein of CD63 exosome (1) as the first separation marker (m1) (Histag-capture antibody polymer). When Histack-capture antibody polymer is added to the immobilized nickel ion, the polymer is fixed on the solid surface by a binder-ligand reaction. When the prepared bulk exosome sample is added to the same solution, CD63+ exosomes react with the capture antibody on the solid surface and are captured. After washing with the solution, when an exosome recovery solution containing a high-concentration competitive ligand (imidazole) is added, the histac bound to nickel ions is desorbed by the competitive reaction, so the captured exosomes can be recovered into the solution. As a result, the CD63+ exosome subset is separated and recovered, and the solid surface is regenerated and can be recycled for the isolation of the next sample.

상기한 분리공정은 동일하게 위에서 회수된 CD63+ 엑소좀 아집단으로부터 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단의 순차적 분리에 이용된다. 이 경우, 리간드(히스택)는 제2 분리마커로서 Cav1 엑소좀 표면 단백질에 대해 특이한 항체와 중합한다. 바인더-리간드 반응을 통해 중합체를 고체표면에 고정시킨 후, CD63+ 엑소좀 아집단 시료를 첨가하면 CD63+/Cav1+ 엑소좀이 고체표면의 포획항체와 반응하여 포획된다. 세척 후, 고농도의 경쟁반응 리간드(이미다졸)가 포함된 엑소좀 회수용액을 첨가하면, Con A와 결합되었던 CD63+/Cav1+ 엑소좀을 용액 내로 회수할 수 있다. 그 결과, CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단이 분리 회수된다. The above separation process is used for the sequential isolation of the CD63+/Cav1+ exosome subpopulation from the CD63+ exosome subpopulation recovered above. In this case, the ligand (hi-stack) polymerizes with an antibody specific for the Cav1 exosome surface protein as a second segregation marker. After the polymer is immobilized on the solid surface through a binder-ligand reaction, when a CD63+ exosome subgroup sample is added, the CD63+/Cav1+ exosome reacts with the capture antibody on the solid surface and is captured. After washing, when an exosome recovery solution containing a high concentration of competing ligand (imidazole) is added, CD63+/Cav1+ exosomes bound to Con A can be recovered into the solution. As a result, the CD63+/Cav1+ exosome subpopulation is isolated and recovered.

도 12는 전술한 제1 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30a), 및 제3 실시예에 따른 제2 가역적 링커(50c)를 이용한 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플의 제조방법을 도시한다. 도 12를 참고로, 도 10에서 전술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30a)를 이용해 엑소좀 아집단(S)을 분리 및 회수하고, 도 11에서 전술한 바와 같이 제3 실시예에 따른 제2 가역적 링커(50c)를 이용해 엑소좀 차아집단(SA)을 분리할 수 있다. 이때, 엑소좀 아집단(S)은 제1 가역적 링커(30a)의 바인더(33a)를 포함하고 있지만, 엑소좀 차아집단(SA) 분리 시에는 상기 제1 실시예에 따른 바인더(33a)와 반응하지 않는 제3 실시예에 다른 바인더(33c)가 고정 부재(10)에 결합된 바, 즉 제1 가역적 링커(30a)와 다른 메커니즘으로 작동하는 제2 가역적 링커(50c)가 사용되므로 전술한 블로킹 공정이 불필요하다.12 illustrates a method for preparing an exosome subgroup liquid biopsy sample using the first reversible linker 30a according to the first embodiment and the second reversible linker 50c according to the third embodiment. Referring to FIG. 12, as described above in FIG. 10, the exosome subset (S) is isolated and recovered using the first reversible linker 30a according to the first embodiment, and as described above in FIG. 11, the third The exosome subset (SA) may be isolated using the second reversible linker 50c according to the embodiment. At this time, the exosome subpopulation (S) includes the binder 33a of the first reversible linker 30a, but when the exosome subpopulation (SA) is isolated, it reacts with the binder 33a according to the first embodiment Since another binder 33c is coupled to the fixing member 10 in the third embodiment, that is, the second reversible linker 50c that operates by a different mechanism from the first reversible linker 30a is used, the aforementioned blocking process is unnecessary.

도 13은 전술한 제3 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30c), 및 제1 실시예에 따른 제2 가역적 링커(50a)를 이용한 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플의 제조방법을 도시한다. 도 13을 참고로, 도 11에서 전술한 바와 같이 제3 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30c)를 이용해 엑소좀 아집단(S)을 분리 및 회수한 후에, 도 10에서 전술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 제2 가역적 링커(50a)를 이용해 엑소좀 차아집단(SA)을 분리할 수 있다. 이때, 엑소좀 아집단(S)은 제1 가역적 링커(30c)의 리간드(31c)를 포함하고 있지만, 엑소좀 차아집단(SA) 분리 시에는 상기 제1 가역적 링커(30c)와 구별되는 제2 가역적 링커(50a)를 채택하므로 전술한 블로킹 공정이 불필요하다.FIG. 13 shows a method for preparing an exosome subgroup liquid biopsy sample using the first reversible linker 30c according to the third embodiment and the second reversible linker 50a according to the first embodiment. Referring to FIG. 13, after isolating and recovering the exosome subpopulation (S) using the first reversible linker 30c according to the third embodiment as described above in FIG. 11, as described above in FIG. 10, the first An exosome subset (SA) can be isolated using the second reversible linker 50a according to the first embodiment. At this time, the exosome subgroup (S) includes the ligand 31c of the first reversible linker 30c, but when the exosome subpopulation (SA) is isolated, a second reversible linker 30c and the second Since the reversible linker 50a is employed, the aforementioned blocking process is unnecessary.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법의 순서도이다.14 is a flow chart of a method for preparing an exosome subpopulation liquid biopsy sample according to another embodiment of the present invention.

도 14를 참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법은, 엑소좀 차아집단을 회수하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 포획소재는 제2 가역적 링커에 의해 고정 부재에 결합되는데, 제2 가역적 링커를 해리시킴으로써 포획된 타겟 엑소좀을 고정 부재에서 분리하여, 엑소좀 차아집단을 회수할 수 있다. 이렇게 회수된 엑소좀을 대상으로 바이오마커에 대한 분석을 수행하거나 혹은 엑소좀을 용해시켜 용출된 바이오마커에 대한 분석을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 14 , the method for preparing a subpopulation of exosomes liquid biopsy sample according to another embodiment of the present invention may further include a step of recovering the subgroup of exosomes (S160). Here, the second capture material is coupled to the anchoring member by a second reversible linker, and the captured target exosomes are separated from the anchoring member by dissociating the second reversible linker, thereby recovering a subset of exosomes. Analysis of biomarkers may be performed on the recovered exosomes or biomarkers eluted by dissolving the exosomes may be analyzed.

또한, 엑소좀 아집단을 농축하는 단계(S125)를 더 포함할 수 있다. 샘플 용액을 첨가한 후, 회수용액을 첨가하기 전에, 엑소좀 아집단을 농축할 수 있다. 구체적으로, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 엑소좀 아집단 대상 질환 관련 엑소좀과 결합된 고정 부재를 농축한다. 일례로, 자성 비드를 고정 부재로 이용하고, 리간드 용액 및 샘플 용액이 혼합된 혼합용액 내에 자력을 통해 고정 부재를 소정의 공간 영역에 포획한 다음에, 고정 부재가 미함유된 혼합용액의 일부(예를 들어, 상층액)를 제거함으로써, 엑소좀 아집단을 농축할 수 있다.In addition, a step of enriching the exosome subset (S125) may be further included. After adding the sample solution, the exosome subpopulations can be concentrated before adding the recovery solution. Specifically, by using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, the exosome subgroup is enriched with a fixed member associated with the target disease-related exosomes. For example, a magnetic bead is used as a fixing member, the fixing member is captured in a predetermined spatial region through magnetic force in a mixed solution in which a ligand solution and a sample solution are mixed, and then a part of the mixed solution containing no fixing member ( For example, by removing the supernatant), the exosome subpopulation can be enriched.

동일한 방법으로, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 타겟 엑소좀과 결합된 고정 부재를 농축함으로써, 엑소좀 차아집단을 농축할 수도 있다(S155).In the same way, by using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, the fixation member associated with the target exosomes may be enriched, thereby enriching the exosome subpopulation (S155).

상기한 바와 같은 엑소좀 차아집단에 대한 바이오마커 프로파일링 분석은 엑소좀 표면 단백질에 대해 면역분리 후 엑소좀 회수 시 산성 pH 등 가혹조건을 사용하는 기존 면역분리 기술로는 실현하기 어렵다. 따라서 2회 이상 순차적인 면역분리를 위해, 현존하는 크로마토그패피, 자성분리, fluorescence-activated cell sorting (FACS), microfluidic separation 등 기존 기술을 그대로 사용하기 어렵다. 실제로, 엑소좀 표면 단백질 기반 단순한 1회 면역분리 방법 이외에 엑소좀 입자 크기, 밀도, 및 용해도에 기반하여 분획하는 등 아직 초보적인 엑소좀 분리단계에 불과한 실정이고, 연속적인 면역친화 분리공정 등을 통한 엑소좀 차아집단 분리 및 차아집단 바이오마커 프로파일링 기반 특정 질환 진단에 관한 사항은 아직 보고되고 있지 않다.As described above, biomarker profiling analysis for subgroups of exosomes is difficult to realize with conventional immunoisolation techniques that use harsh conditions such as acidic pH when recovering exosomes after immunostaining for exosome surface proteins. Therefore, it is difficult to use existing technologies such as chromatographic separation, magnetic separation, fluorescence-activated cell sorting (FACS), and microfluidic separation for sequential immunoisolation two or more times. In fact, in addition to the simple one-time immunoisolation method based on exosome surface proteins, it is still only a rudimentary exosome separation step, such as fractionation based on exosome particle size, density, and solubility, and continuous immunoaffinity separation process. The isolation of exosome subgroups and the diagnosis of specific diseases based on subgroup biomarker profiling have not yet been reported.

본 발명에 의하면, 2회 이상의 순차적인 반복 분리를 통한 샘플 내 특정 엑소좀 아집단, 차아집단, 그 하부집단 바이오마커들에 대한 프로파일링 분석은 암 질환 등과 같은 특정 질환의 조기진단을 가능하게 한다. 이것은, 고정 부재에 포획된 특정 엑소좀을 해리시키기 위해 산성 pH 혹은 계면활성제의 포함과 같은 가혹조건을 사용하지 않으므로, 엑소좀의 손상 및 수율을 감소시키는 근본적인 문제점이 해결되기 때문이다. 따라서, 기존 기술로는 엑소좀 아집단 회수 시 원형보존이 어렵고 회수율이 낮은 문제점들이 극복됨에 따라, 순차적 반복 분리를 통해 특정 질환과 연관된 타겟 엑소좀 차아집단 분리 및 바이오마커 프로파일링 기반 특정 질환 진단이 가능하게 된다.According to the present invention, profiling analysis of a specific exosome subgroup, subgroup, and subgroup biomarkers in a sample through two or more sequential iterative isolations enables early diagnosis of specific diseases such as cancer. . This is because harsh conditions such as acidic pH or a surfactant are not used to dissociate the specific exosomes trapped in the immobilization member, thereby solving the fundamental problem of exosome damage and yield reduction. Therefore, as the existing technology overcomes the problems of difficult preservation of original form and low recovery rate when recovering exosome subpopulations, isolation of target exosome subpopulations associated with specific diseases through sequential iterative isolation and diagnosis of specific diseases based on biomarker profiling It becomes possible.

나아가, 상기한 바와 같이 암 질환 등 특정 질환과 연관된 특이 엑소좀 표면 단백질을 매개로 엑소좀 아집단, 차아집단, 그 하부잡단으로의 분리가 가능할 경우, 특이 엑소좀에 함유된 고농도의 특정 질환에 대한 핵산 바이오마커, 예를 들어 mRNA 및 miRNA 등을 액체생검 샘플로 제공할 수 있게 된다. 특히, 엑소좀 함유 miRNA는 RNase에 의한 분해로부터 보호되어 순환 혈장이나 혈청에서 안정적으로 탐지될 수 있음이 알려짐에 따라 임상진단에 응용 시 이상적인 바이오마커로 부각되고 있다. 혈장 내 엑소좀에서 발견된 miRNA(miR)의 예를 들면, 난소암과 연관된 miR-21, -141, -200a, -200c, -203, -205, 및 -214 가 있고, 폐암과 연관된 miR-17, -3p, -21, -20b, -223, -301, 및 let-7f 가 있고, 전립선암과 연관된 miR-141 및 miR-375 가 있고, 유방암과 연관된 miR-21 이 있고, 심혈관 질환과 연관된 miR-1 및 miR-133a 가 있고, 그리고 알코올성 간 질환과 연관된 miR-122 및 miR-155 가 있다. 또한, 소변 내 엑소좀에서 발견되는 miRNA의 예를 들면, 신장섬유증과 연관된 miR-29c 및 CD2APmRNA 가 있다.Furthermore, as described above, if it is possible to separate exosome subgroups, subgroups, and subgroups thereof through the medium of specific exosome surface proteins associated with specific diseases such as cancer, it is possible to treat specific diseases at high concentrations contained in specific exosomes. It is possible to provide nucleic acid biomarkers, such as mRNA and miRNA, for liquid biopsy samples. In particular, as it is known that miRNAs containing exosomes can be stably detected in circulating plasma or serum as they are protected from degradation by RNase, they are emerging as ideal biomarkers for application in clinical diagnosis. Examples of miRNAs (miRs) found in exosomes in plasma include miR-21, -141, -200a, -200c, -203, -205, and -214 associated with ovarian cancer, and miR-214 associated with lung cancer. 17, -3p, -21, -20b, -223, -301, and let-7f, miR-141 and miR-375 associated with prostate cancer, miR-21 associated with breast cancer, and cardiovascular disease There are miR-1 and miR-133a associated, and miR-122 and miR-155 associated with alcoholic liver disease. In addition, examples of miRNAs found in exosomes in urine include miR-29c and CD2APmRNA associated with renal fibrosis.

엑소좀 유래 miRNA에 관한 연구의 대부분은 암 진단에 초점이 맞춰져 왔다. 연구결과에 따르면, 특정 miRNA는 난소암 생검 표본이나 동일한 난소암 환자로부터 분리된 혈청 엑소좀에서 비슷한 농도로 발견된다. 그러나 이러한 엑소좀 함유 miRNA는 정상인군에서는 발견되고 있지 않은데, 이로부터 엑소좀 유래 miRNA는 생검 자료수집 시 잠재적인 진단 마커로서 사용될 수 있음을 시사한다. 전립선암 조기탐지와 진단은 prostate-specific antigen(PSA)를 이용하여 수행될 수 있다. 그러나 PSA 기반 검사는 낮은 진단특이도와 높은 위양성 비율을 나타내는데 이로 인해 전립선암의 과잉 진료를 초래할 수 있다. 따라서 전립선암 진단 시 더 높은 진단정확도를 나타내는 새로운 마커들의 개발이 요구된다. 몇몇 연구에 따르면, miRNA(miR) 마커로서 miR-141 및 miR-375 농도의 증가는 전립선암에서 종양진행과 연관된다. 엑소좀 유래 miRNA는 혈청이나 혈장 표본 내에서 RNase 저항성을 지니므로 엑소좀 유래 miR-141 및 miR-375는 전립선암 진단 시 가치있는 마커가 될 수 있다. Most of the studies on exosome-derived miRNAs have focused on cancer diagnosis. According to the study results, specific miRNAs are found in similar concentrations in ovarian cancer biopsy specimens and serum exosomes isolated from the same ovarian cancer patients. However, these exosome-containing miRNAs were not found in normal subjects, suggesting that exosome-derived miRNAs can be used as potential diagnostic markers in biopsy data collection. Early detection and diagnosis of prostate cancer can be performed using prostate-specific antigen (PSA). However, PSA-based tests exhibit low diagnostic specificity and high false positive rates, which may lead to overtreatment of prostate cancer. Therefore, it is required to develop new markers that exhibit higher diagnostic accuracy when diagnosing prostate cancer. According to several studies, increased levels of miR-141 and miR-375 as miRNA (miR) markers are associated with tumor progression in prostate cancer. Since exosome-derived miRNAs are RNase-resistant in serum or plasma specimens, exosome-derived miR-141 and miR-375 can be valuable markers for prostate cancer diagnosis.

엑소좀에 함유된 miRNA는 또한 편평 상피세포 식도암(sophageal squamous cell cancer; ESCC) 진단 시 바이오마커로서 잠재성이 있다. 연구결과에 따르면, 엑소좀 유래 miR-21 농도는 체계적 염증 없이 양성종양을 갖는 환자의 혈청 대비 ESCC 환자로부터의 혈청에서 상승하고, 그 농도는 종양 진행 및 공격성과 분명히 연관되어 있다. 더욱이, 엑소좀 유래 miRNA는 또한 심혈관 질환 및 신장 섬유증에 대한 진단 바이오마커로서 잠재성이 있다. The miRNAs contained in exosomes also have potential as biomarkers in the diagnosis of squamous cell cancer (ESCC). According to the study results, exosome-derived miR-21 concentration is elevated in serum from ESCC patients compared to serum from patients with benign tumors without systemic inflammation, and its concentration is clearly associated with tumor progression and aggressiveness. Moreover, exosome-derived miRNAs also have potential as diagnostic biomarkers for cardiovascular disease and renal fibrosis.

miRNA에 부가하여, 엑소좀 함유 mRNA도 임상진단에서 바이오마커로 잠재적 유용성이 있다. 실제로, 전립선암 환자로부터의 뇨 엑소좀 샘플은 PCA3의 mRNA 및 ERG(v-ets avian erythroblastosis virus E26 oncogene homolog) 융합 염색체 재배열의 결과 산물인 TMPRSS2의 mRNA를 포함한다. 유사한 사례로, 뇨 엑소좀에는 신장 허혈/재관류(ischemia/reperfusion) 손상 혹은 항이뇨성 호르몬 작용의 진단 및 예후 마커(예를 들어, aquaporin-1 및 -2)가 또한 발견되었다. In addition to miRNAs, exosome-containing mRNAs also have potential utility as biomarkers in clinical diagnosis. Indeed, urinary exosome samples from prostate cancer patients contain mRNA of PCA3 and mRNA of TMPRSS2, which is the product of a v-ets avian erythroblastosis virus E26 oncogene homolog (ERG) fusion chromosomal rearrangement. Similarly, diagnostic and prognostic markers of renal ischemia/reperfusion injury or antidiuretic hormone action (eg, aquaporin-1 and -2) were also found in urinary exosomes.

상기한 바와 같이 온화한 조건에서 수행 가능한 면역친화 분리기술을 이용하여 제조된 엑소좀 아집단 및 차아집단 샘플이 진단에 적용될 수 있는 특정 질환 그리고 분리 및 진단 마커로 사용 가능한 엑소좀 유래 단백질 및 핵산들을 아래에 제시하였다. As described above, specific diseases to which the exosome subpopulation and subgroup samples prepared using the immunoaffinity separation technology that can be performed under mild conditions can be applied for diagnosis, and exosome-derived proteins and nucleic acids that can be used as isolation and diagnostic markers are listed below. presented in

다수의 엑소좀 유래 유방암 마커들이 최근 CD24 및 EpCAM 에서와 같이 임상적으로 확인되고 있다. 유방암에 부가하여, 다른 많은 암에 대해서도 엑소좀 단백질들이 바이오마커의 유용한 자원으로 제공된다. 여러 연구결과에서, 세포사멸 저해제(inhibitor of apoptosis; IAP) 단백질 군의 한 종류가 정상인 및 전립선암 환자의 혈장 유래 엑소좀에서 탐지되었지만, 엑소좀 함유 survivin 의 상대적 함량이 전립선암 환자의 혈장에서 현저히 더 높은 것으로 나타났다. 비침습적인 수단으로 쉽게 접근이 가능한 뇨 엑소좀은 전립선암과 방광암에 대한 바이오마커들을 개발하는데 유용하다. 정상인과 방광암 환자로부터 얻은 뇨 엑소좀에 대한 단백질 프로파일링(label-free liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) 분석)은 방광암에 대해 잠재적인 바이오마커로서 뇨 엑소좀에 포함된 단백질을 확인하게 하였다. 예를 들어, 두 알려진 전립선암 마커인 PCA3 및 TMPRSS2-ERG는 또한 전립선암 환자로부터 채취된 뇨 엑소좀에 존재한다. 세포 표면 프로테오글리칸(단백질을 결합한 다당류)은 양성 췌장병에서는 발견되지 않지만 조기 및 후기 상태의 췌장암 환자의 혈청으로부터 FACS로 분리된 엑소좀 내 존재하는 것으로 나타났다. 난소암 환자의 혈장으로부터 초원심분리로 분리된 엑소좀은 TGF-1 and MAGE 3/6를 함유하였지만, 그 두 단백질들은 양성 종양 환자에서 구한 엑소좀에는 존재하지 않았다. A number of exosome-derived breast cancer markers have recently been clinically identified, such as CD24 and EpCAM. In addition to breast cancer, exosomal proteins serve as a useful resource of biomarkers for many other cancers. In several studies, one type of inhibitor of apoptosis (IAP) protein was detected in the plasma-derived exosomes of normal people and prostate cancer patients, but the relative content of exosome-containing survivin was significantly higher in the plasma of prostate cancer patients. appeared to be higher. Urinary exosomes, which are easily accessible by non-invasive means, are useful for developing biomarkers for prostate and bladder cancer. Protein profiling (label-free liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis) of urinary exosomes from normal subjects and bladder cancer patients identified proteins contained in urinary exosomes as potential biomarkers for bladder cancer. made sure For example, two known prostate cancer markers, PCA3 and TMPRSS2-ERG, are also present in urinary exosomes taken from prostate cancer patients. Cell surface proteoglycans (protein-linked polysaccharides) are not found in benign pancreatic disease but have been shown to be present in exosomes isolated by FACS from serum of patients with early and late stages of pancreatic cancer. Exosomes isolated from plasma of ovarian cancer patients by ultracentrifugation contained TGF-1 and MAGE 3/6, but these two proteins were not present in exosomes obtained from patients with benign tumors.

단백질 외에, 엑소좀에서 분리된 핵산 분석 초기에 엑소좀 탑재 주요 성분들로 miRNAs(miRs) 및 mRNAs가 확인되었다. 추후 연구결과에 따라 엑소좀은 transfer RNAs(tRNAs) 그리고 long non-coding RNAs 등 다른 종류의 RNAs를 포함하는 것으로 나타났다. RNA 종에 부가하여, 단일가닥 및 2중 가닥 DNAs 절편이 엑소좀에 존재하는 것으로 확인되었다. 엑소좀 유래 핵산들 중, 엑소좀 miRNAs는 RNase 의존성 분해로부터 안정성이 확보되면서 암진단 바이오마커로서 가장 주목을 받고 있다. 전임상 및 임상 연구에서 발견된 엑소좀 핵산 바이오마커의 예로서, 유방암 진단에 적용된 혈장 내 엑소좀 핵산으로 miR-21 및 miR-1246 이 있고, 난소암 진단 및 스크리닝 단계에 적용된 혈청 내 엑소좀 핵산으로 miR-21, miR-141, miR-200a, miR-200c, miR-200b, miR-203, miR-205, 및 miR-214 가 있고, 대장암 진단에 적용된 혈청 내 엑소좀 핵산으로 let-7a, miR-1229, miR-1246, miR-150, miR-21, miR-223, 및 miR-23a 가 있고, 전립선암 진단에 적용된 혈장 및 혈청 내 핵소좀 핵산으로 miR-141 및 miR-375 가 있고, 췌장암 진단에 적용된 혈청 및 소변 내 핵소좀 핵산으로 miR-17-5p 및 miR-21 이 있다. In addition to proteins, miRNAs (miRs) and mRNAs were identified as major components of exosome loading at the beginning of the analysis of nucleic acids isolated from exosomes. Further studies have shown that exosomes contain different types of RNAs, including transfer RNAs (tRNAs) and long non-coding RNAs. In addition to RNA species, fragments of single-stranded and double-stranded DNAs have been identified as being present in exosomes. Among exosome-derived nucleic acids, exosome miRNAs are receiving the most attention as cancer diagnostic biomarkers as they secure stability from RNase-dependent degradation. Examples of exosomal nucleic acid biomarkers discovered in preclinical and clinical studies include miR-21 and miR-1246 as exosome nucleic acids in plasma applied to breast cancer diagnosis, and exosome nucleic acids in serum applied in ovarian cancer diagnosis and screening steps. There are miR-21, miR-141, miR-200a, miR-200c, miR-200b, miR-203, miR-205, and miR-214, and let-7a as exosome nucleic acid in serum applied to the diagnosis of colorectal cancer; There are miR-1229, miR-1246, miR-150, miR-21, miR-223, and miR-23a, and miR-141 and miR-375 are nucleosomal nucleic acids in plasma and serum applied to prostate cancer diagnosis, MiR-17-5p and miR-21 are nucleosomal nucleic acids in serum and urine applied to the diagnosis of pancreatic cancer.

요약하면, 암세포에서 유래된 엑소좀은 종양 발생 미세환경 내 단백질, 지질, 및 핵산을 포함하는 물질들의 세포 간 전달을 증대시킴으로서 암 진행에 기여한다. 엑소좀 탑재 성분은 원래의 암으로부터 변화된 상태를 반영하므로, 엑소좀은 조기 탐지, 진단, 및 예후에 대한 최소 칩습적 바이오마커로 이용할 가치가 매우 높다. 실제로, 체액에서 엑소좀의 안정성이 유지되므로 엑소좀 기반의 진단은 기존의 조직생검 혹은 다른 액체생검 바이오마커에 비해 더 높은 민감도와 특이도를 제공한다.In summary, cancer cell-derived exosomes contribute to cancer progression by enhancing the cell-to-cell transport of substances including proteins, lipids, and nucleic acids in the tumorigenic microenvironment. Exosomes are highly valuable as minimally invasive biomarkers for early detection, diagnosis, and prognosis because exosome-loaded components reflect altered states from the original cancer. In fact, since the stability of exosomes is maintained in bodily fluids, exosome-based diagnosis provides higher sensitivity and specificity than conventional tissue biopsy or other liquid biopsy biomarkers.

부가하여, 엑소좀 마커들은 대부분의 체액으로부터 쉽게 얻을 수 있고, 최근 엑소좀 분리 기술의 진보에 따라 엑소좀 기반 진단 비용과 노동력을 효과적으로 만드는 계기가 되고 있다. 그러나 엑소좀 진단 영역에서 극복해야할 주요 장애는 순수 엑소좀 집단을 분리하는 최적 방법을 개발하는 것이다. 미세 소포체 자체는 암을 탐지하는 유용한 진단도구일 수 있지만, 두 주요 세포 외 소포체를 순수 엑소좀 및 그 외 미세소포체 집단으로 분리하는 기술로는 단지 비교 연구만이 가능할 뿐이다. 다른 도전은 암에서 유래된 엑소좀 탑재 성분이 다르게 되는 암 엑소좀의 이질성을 조절하고 따라서 진단 결과의 재현성에 영향을 주는 기작을 이해하는 것이다. 이와 같은 중요성에도 불구하고, 엑소좀 RNAs 및 DNAs의 next-generation sequencing, 엑소좀 표면 단백질들의 단백질체적인 분석, 그리고 면역친화 기반 포획기술을 결합하는 향후 노력들에 의해 엑소좀 기반 암 진단은 다음 수준의 단계에 도달할 것이다.In addition, exosome markers can be easily obtained from most bodily fluids, and recent advances in exosome isolation technology have made exosome-based diagnostics cost-effective and labor-efficient. However, a major hurdle to overcome in the field of exosome diagnostics is to develop optimal methods for isolating pure exosome populations. Although microvesicles themselves can be useful diagnostic tools for cancer detection, techniques that separate the two major extracellular vesicles into pure exosomes and other populations of microvesicles allow only comparative studies. Another challenge is to understand the mechanisms that regulate the heterogeneity of cancer exosomes in which cancer-derived exosome loaded components become different and thus affect the reproducibility of diagnostic results. Despite its importance, future efforts combining next-generation sequencing of exosomal RNAs and DNAs, proteomic analysis of exosome surface proteins, and immunoaffinity-based capture technologies will advance exosome-based cancer diagnosis to the next level. step will be reached.

이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 그 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. Specific examples are only for exemplifying the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the examples.

재료ingredient

칼슘이온이 칼슘 부착단백질(CBP)에 부착반응 시 변화된 CBP의 독특한 구조를 특이하게 인식하는 단일클론 항체는 본 발명자들에 의해 생산되었다. 또한, CBP로서 돌연변이 된 glucose-galactose binding protein(GGBP)를 선택하였고 이 단백질을 대장균(Escherichia coli; E. coli)으로부터 생산한 후 정제하였다. Sodium chloride, Trizma, casein(sodium salt form, extract from bovine milk), 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine(TMB), sodium dodecyl sulfate(SDS), bovine serum albumin(BSA), 및 인간혈청 들은 Sigma 사(St. Louis, MO, 미국)로부터 구입하였다. Calcium chloride dehydrate 및 potassium chloride 는 대정(시흥, 한국)에서 공급하였다. Sulfosuccinimidyl-6-[biotinamido]-6-hexanamido hexanoate(NHS-LC-LC-biotin), succinimidyl 4-(N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylate(SMCC), N-succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)-propionate(SPDP), dithiotheritol(DTT), maleimide, streptavidin(SA), 및 horseradish peroxidase(HRP) 들은 Thermo Fisher Scientific 사(Rockford, IL, 미국)로부터 구입하였다. 항 CD63 항체(Cat. No. 353014), 항 CD81 항체(Cat. No. 349501), 및 항 CD151 항체(Cat. No. 350404)는 BioLegend (San Diego, CA, 미국)에서 공급하였고, 항 survivin 항체(Cat. No. NB500-201)는 Novus Biologicals (Centennial, CO, 미국)에서 공급하였다. CD9(Cat. No. MAB1880) 혹은 Caveolin-1(Cav1; Cat. No. MAB5736)에 특이한 단일클론 항체들은 R&D Systems(Minneapolis, MN, 미국)에서 공급하였다. 악성 흑색종 혹은 전립선암 양성 환자 샘플(혈청 혹은 혈장)은 Discovery Life Sciences 사(Huntsville, AL, 미국) 혹은 Promeddx 사(Norton, MA, 미국)에서 구입하였다. 자성비드 (Dynabeads M-280 Tosylactivated, 직경 2.8 mm) 및 streptavidin-poly-HRP20는 Invitrogen (Carlsbad, CA, 미국) 및 Fitzgerald (Acton, MA, 미국)에서 각각 공급하였다. 그 외 다른 시약들도 분석용 제품을 사용하였다.A monoclonal antibody that specifically recognizes the unique structure of CBP, which is changed when calcium ions attach to calcium adhesion protein (CBP), has been produced by the present inventors. In addition, a mutated glucose-galactose binding protein (GGBP) was selected as CBP and this protein was coli ; E. coli ) and then purified. Sodium chloride, Trizma, casein (sodium salt form, extract from bovine milk), 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB), sodium dodecyl sulfate (SDS), bovine serum albumin (BSA), and human serum are It was purchased from Sigma (St. Louis, MO, USA). Calcium chloride dehydrate and potassium chloride were supplied from Daejeong (Siheung, Korea). Sulfosuccinimidyl-6-[biotinamido]-6-hexanamido hexanoate (NHS-LC-LC-biotin), succinimidyl 4-(N-maleimidomethyl) cyclohexane-1-carboxylate (SMCC), N-succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)- Propionate (SPDP), dithiotheritol (DTT), maleimide, streptavidin (SA), and horseradish peroxidase (HRP) were purchased from Thermo Fisher Scientific (Rockford, IL, USA). Anti-CD63 antibody (Cat. No. 353014), anti-CD81 antibody (Cat. No. 349501), and anti-CD151 antibody (Cat. No. 350404) were supplied by BioLegend (San Diego, CA, USA), and anti-survivin antibody (Cat. No. NB500-201) was supplied by Novus Biologicals (Centennial, CO, USA). Monoclonal antibodies specific for CD9 (Cat. No. MAB1880) or Caveolin-1 (Cav1; Cat. No. MAB5736) were supplied by R&D Systems (Minneapolis, MN, USA). Malignant melanoma or prostate cancer-positive patient samples (serum or plasma) were purchased from Discovery Life Sciences (Huntsville, AL, USA) or Promeddx (Norton, MA, USA). Magnetic beads (Dynabeads M-280 Tosylactivated, 2.8 mm in diameter) and streptavidin-poly-HRP20 were supplied by Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) and Fitzgerald (Acton, MA, USA), respectively. Other reagents were also used for analytical products.

실시예 1: CD63+ 엑소좀 아집단 샘플 준비Example 1: CD63+ exosome subpopulation sample preparation

1.1 SA 및 CBP 간 중합1.1 Polymerization between SA and CBP

10 mM 인산 완충용액 (pH 7.4; PB)에 용해된 CBP (400 ㎍)를 20몰 배의 SMCC와 혼합 후 실온에서 1시간 동안 반응시켜 활성화하였다. PB에 용해된 SA (2 ㎎)를 5몰 배의 SPDP와 1시간 동안 반응시킨 후, 5 mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA)를 포함한 10 mM DTT 용액으로 37 ℃에서 1시간 동안 화학적으로 환원시켜 sulfhydryl groups을 표출시켰다. 각 활성화 된 성분들은 Sephadex G-15 젤 여과칼럼 (10 ㎖ 부피)을 통해 과잉으로 사용된 시약을 제거함으로서 분리하였다. 두 활성화 된 단백질들 즉, maleimide-CBP 및 thilolated-SA를 1:5 몰 비로 혼합하였고 실온에서 4시간 동안 반응시켰다. 그 후, SA와 CBP 간 중합체(CBP-SA)가 포함된 최종 용액을 사용 시까지 잘 봉인된 용기 내에서 4℃에 보관하였다. CBP (400 μg) dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH 7.4; PB) was mixed with 20 molar SMCC and reacted at room temperature for 1 hour to activate. SA (2 mg) dissolved in PB was reacted with 5 molar amounts of SPDP for 1 hour, and then chemically reduced with a 10 mM DTT solution containing 5 mM ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) at 37 °C for 1 hour to remove sulfhydryl groups. expressed Each activated component was separated by removing excess reagent through a Sephadex G-15 gel filtration column (volume of 10 ml). Two activated proteins, maleimide-CBP and thilolated-SA, were mixed in a 1:5 molar ratio and reacted at room temperature for 4 hours. Then, the final solution containing the polymer between SA and CBP (CBP-SA) was stored at 4°C in a well-sealed container until use.

1.2 항 CD63 항체의 biotinylation 1.2 Biotinylation of anti-CD63 antibody

NHS-LC-LC-biotin의 succinimidyl-ester 부분을 항체 분자 상의 아민 그룹과 반응시켜 비오틴화 된 항체를 제조하였다. 간략히 과정을 서술하면, 140 mM NaCl을 포함한 PB 용액 (PBS)에 용해된 항 CD63 항체를 dimethyl sulfoxide (DMSO)에 용해된 20몰 배의 NHS-LC-LC-biotin과 혼합하였고, 실온에서 2시간 동안 반응시켰다. 혼합물 내 미반응 시약은 PBS로 평형상태에 있는 Sephadex G-15 칼럼을 이용한 size-exclusion chromatography를 통해 제거하였다. 정제된 중합체는 PBS로 2회 투석하였고 Vivaspin 500을 이용하여 1 ㎎/㎖ 농도로 농축한 다음, 사용 시까지 4℃에서 보관하였다. A biotinylated antibody was prepared by reacting the succinimidyl-ester portion of NHS-LC-LC-biotin with an amine group on an antibody molecule. Briefly, the anti-CD63 antibody dissolved in PB solution (PBS) containing 140 mM NaCl was mixed with 20 molar NHS-LC-LC-biotin dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) for 2 hours at room temperature. reacted during Unreacted reagents in the mixture were removed through size-exclusion chromatography using a Sephadex G-15 column equilibrated with PBS. The purified polymer was dialyzed twice with PBS, concentrated to a concentration of 1 mg/ml using Vivaspin 500, and then stored at 4°C until use.

1.3 임상샘플 전처리1.3 Pretreatment of clinical samples

임상샘플(혈청 혹은 혈장; 200 ㎕)을 4℃에서 20분 동안 저속 원심분리(1,200 g)하여 침전물을 제거한 후, 다시 동일한 온도에서 30분 동안 고속 원심분리(10,000 g)하여 침전물을 제거하였다. 이로부터 얻은 임상샘플 상층액을 HM 시린지 필터(Cat. No. SC13P020SL; 0.2 μm)를 통해 여과하여 전처리 된 임상샘플(모집단 샘플)을 준비하였다.Clinical samples (serum or plasma; 200 μl) were centrifuged at low speed (1,200 g) at 4° C. for 20 minutes to remove precipitates, and then centrifuged again at high speed (10,000 g) at the same temperature for 30 minutes to remove precipitates. The clinical sample supernatant obtained therefrom was filtered through an HM syringe filter (Cat. No. SC13P020SL; 0.2 μm) to prepare a pretreated clinical sample (population sample).

1.4 면역 자성비드 제조1.4 Immunomagnetic Bead Manufacturing

자성농축을 위해, CBP에 특이한 항체를 자성비드의 고체표면 상에 활성화 된 tosyl 부분에 항체 상의 amine 그룹과 화학적으로 결합시켜 고정하였다. Tris-HCl 완충용액으로 3번 세척 후, 잔여표면을 Casein-PBS으로 블로킹하였다. 비드(총 1 ㎎)를 용액으로부터 자성 분리한 다음, Ca2 +(10 mM)이 포함된 BSA-Tris 부착용액('Ca2 + 스위치 켬' 조건)으로 희석한 CBP-SA 중합체 (5 ㎍/㎖; 1 ㎖)를 첨가하였고 진탕기 위에서 1시간 동안 반응시켰다. 비드를 BSA가 제거된 부착용액으로 세척 후, BSA-Tris 부착용액으로 희석된 biotinylated 항 CD63 항체 (3 ㎍/㎖; 1 ㎖)를 같은 조건에서 순차적으로 반응시킨 후 자성 분리하였다. For magnetic enrichment, an antibody specific to CBP was chemically bonded to the activated tosyl moiety on the solid surface of the magnetic bead with the amine group on the antibody, and then immobilized. After washing three times with Tris-HCl buffer solution, the remaining surface was blocked with Casein-PBS. The beads (total 1 mg) were magnetically separated from the solution, and then the CBP-SA polymer diluted with Ca 2+ (10 mM)-containing BSA-Tris attachment solution ('Ca 2 + switch on ' condition) (5 μg/ml). ml; 1 ml) was added and reacted for 1 hour on a shaker. After washing the beads with the BSA-free attachment solution, the beads were sequentially reacted with biotinylated anti-CD63 antibody (3 μg/ml; 1 ml) diluted in the BSA-Tris attachment solution under the same conditions, followed by magnetic separation.

1.5 CD63 양성 (CD63+) 엑소좀 분리1.5 CD63 positive (CD63+) exosome isolation

상기에서 제조된 면역 자성비드를 활용하여 CD63 양성 (CD63+) 엑소좀의 회수 및 비드의 재생을 수행하였다. 엑소좀 마커의 일종인 CD63+ 엑소좀 아집단을 분리하기 위해, Ca2 +(10 mM)이 포함된 부착용액 ('Ca2+ 스위치 켬' 조건)을 이용하여 전처리 된 임상샘플(혈청 혹은 혈장; 200 ㎕)을 5배 희석한 후 면역 자성비드에 첨가하였다. 진탕기 위에서 1시간 동안 반응시킨 후, 자성 분리하였고 다시 Ca2 + 포함 부착용액을 주입하여 결합되지 않은 성분들을 첨가한 후 자성분리를 통해 세척하였다. 그 후, 단지 500 mM NaCl이 포함된 20 mM Tris-HCl (pH 7.4) 완충용액('Ca2+ 스위치 끔' 조건)을 주입하여 자성비드에 부착하였던 CBP-항체-엑소좀 결합체(CD63+ 엑소좀 아집단 포함)를 자성분리를 통해 회수하였다. 그 후, 자성비드에 500 mM NaCl, 5% (v/v) Tween-20, 및 0.02% (w/v) thimerosal이 포함된 100 mM sodium acetate 완충용액 (pH 4.5)을 공급하였고, 자성비드로부터 단백질 유출이 없을 때까지 완전히 세척하여 자성비드를 재생하였다.Recovery of CD63-positive (CD63+) exosomes and regeneration of the beads were performed using the magnetic immune beads prepared above. In order to isolate the CD63 + exosome subpopulation, which is a kind of exosome marker, clinical samples ( serum or plasma; 200 μl) was diluted 5 times and added to the magnetic immune beads. After reacting on a shaker for 1 hour, magnetic separation was performed, and after adding unbonded components by injecting an adhesion solution containing Ca 2+ , washing was performed through magnetic separation. Then, by injecting 20 mM Tris-HCl (pH 7.4) buffer solution ('Ca 2+ switch off' condition) containing only 500 mM NaCl, CBP-antibody-exosome conjugates (CD63+ exosomes) attached to magnetic beads subgroup) were recovered through magnetic separation. Then, 100 mM sodium acetate buffer solution (pH 4.5) containing 500 mM NaCl, 5% (v/v) Tween-20, and 0.02% (w/v) thimerosal was supplied to the magnetic beads, and from the magnetic beads The magnetic beads were regenerated by washing thoroughly until there was no protein leakage.

실시예 2: 엑소좀 표면 바이오마커 프로파일링 분석Example 2: Exosome surface biomarker profiling analysis

2.1 효소 면역분석 (ELISA)2.1 Enzyme Immunoassay (ELISA)

위에서 자성분리를 통해 분리한 CD63+ 엑소좀 아집단에 대한 특성화를 위해 엑소좀 표면에 존재하는 바이오마커 프로파일링 분석을 실시하였다. 이를 위해, 마이크로타이터 플레이트의 각 웰에 각 바이오마커에 특이한 항체를 고정하였고, 이를 이용하여 각 타겟 바이오마커(CD9, CD81, Cav1, 및 survivin)에 대한 샌드위치 효소 면역분석을 수행하였다. 타겟 바이오마커는 암 질환 종류에 따라 종양 진행, 촉진 또는 전이에 관여하는 것으로 알려진 엑소좀 바이오마커인 CD81, Cav1, 및 survivin과, 종양억제 인자로 알려진 CD9를 선정하였다. 우선, 각 바이오마커에 특이한 항체(5 ㎍/㎖; 100 ㎕)를 웰 내에 첨가하여 37℃에서 1시간 동안 고정시킨 후 탈이온수로 세척하였다. 잔여표면을 0.5% casein이 포함된 20 mM Tris-HCl (pH 7.4) 완충용액으로 위에서와 동일한 조건 하에서 처리하였다. 상기한 바와 같이 자성분리를 통해 분리한 CD63+ 엑소좀 아집단 샘플 혹은, 대조군으로, 분리 전 모집단 샘플을 각 바이오마커에 특이한 항체가 고정된 웰에 첨가하였고 37℃에서 10시간 동안 반응시켰다. 세척 후, streptavidin-poly-HRP20(66 ng/㎖; 100 ㎕)을 첨가하여 실온에서 1시간 동안 반응시켰다. 다시 세척 후, HRP 기질용액(0.003% 과산화수소 및 100 ㎍/㎖ TMB가 포함된 0.05 M acetate 완충용액, pH 5.1; 200 ㎕)을 첨가하여 15분간 반응시킨 후 황산용액(2 M, 50 ㎕)을 추가로 가하여 반응을 정지시켰다. 각 웰 내 발생된 발색은 흡광도 450 nm에서 ELISA 리더기(Synergy H4, BioTek Inc.; Winooski, VT, 미국)로 정량하였다. To characterize the CD63+ exosome subpopulation isolated through magnetic separation in the above, biomarker profiling analysis present on the surface of the exosome was performed. To this end, antibodies specific to each biomarker were immobilized in each well of the microtiter plate, and sandwich enzyme immunoassay for each target biomarker (CD9, CD81, Cav1, and survivin) was performed using this. As target biomarkers, CD81, Cav1, and survivin, which are exosome biomarkers known to be involved in tumor progression, promotion, or metastasis, and CD9, which is known to be a tumor suppressor, were selected according to the type of cancer disease. First, antibodies (5 μg/ml; 100 μl) specific to each biomarker were added to the wells, fixed at 37° C. for 1 hour, and then washed with deionized water. The remaining surface was treated with a 20 mM Tris-HCl (pH 7.4) buffer solution containing 0.5% casein under the same conditions as above. CD63+ exosome subpopulation samples isolated through magnetic separation as described above or, as a control, population samples before isolation were added to wells fixed with antibodies specific to each biomarker and reacted at 37° C. for 10 hours. After washing, streptavidin-poly-HRP20 (66 ng/ml; 100 μl) was added and reacted at room temperature for 1 hour. After washing again, HRP substrate solution (0.05 M acetate buffer containing 0.003% hydrogen peroxide and 100 μg/ml TMB, pH 5.1; 200 μl) was added and reacted for 15 minutes, followed by sulfuric acid solution (2 M, 50 μl). The reaction was stopped by further addition. The color development in each well was quantified with an ELISA reader (Synergy H4, BioTek Inc.; Winooski, VT, USA) at 450 nm absorbance.

2.2 바이오마커 간 상관관계 분석2.2 Correlation analysis between biomarkers

전술한 바와 같이, 악성 흑색종 양성 임상샘플(혈청 혹은 혈장) 및 정상인 샘플(혈청)을 전처리 후 얻은 엑소좀 모집단을 분석샘플로 이용하여 CD81, Cav1, survivin, 및 CD9에 대한 면역분석을 실시하였는데, 이 경우 엑소좀 모집단 샘플을 각 바이오마커에 특이한 고상 포획항체와의 반응 및 분리 후 잔존한 면역결합체에 비례한 신호를 측정하므로 각 바이오마커를 함유하는 아집단에 대해 정량분석을 실시하게 된다. 도 15는 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단 분석샘플에 대한 엑소좀 표면마커 프로파일링 분석 후 종양억제 마커 대비 종양 진행, 촉진, 및 전이 마커 간 상관관계를 비교한 실험결과로서, 효소 면역분석을 통해 얻은 정량적 신호로부터 종양억제 마커인 CD9 신호 대비 종양 진행, 촉진, 혹은 전이 마커인 CD81, Cav1, 및 survivin 신호의 각 상관관계를 구하기 위해, 2차원 그래프에 분석샘플의 분포를 표시하였다. 이를 참고로, 엑소좀 모집단을 분석샘플로 이용한 경우, 암 양성 샘플과 정상인 샘플 간 데이터가 뚜렷한 상관관계 없이 혼재하여 분포하는 것으로 나타났다. 참고사항으로, 엑소좀 모집단 샘플을 분석샘플로 사용한 경우, 대부분 샘플에서 Cav1 및 survivin의 신호값이 매우 낮아서 상관관계 분석에 대한 신뢰성의 확보가 어려울 것으로 판단된다.As described above, an immunoassay for CD81, Cav1, survivin, and CD9 was performed using the exosome population obtained after pretreatment of malignant melanoma-positive clinical samples (serum or plasma) and normal human samples (serum) as analysis samples. , In this case, since the exosome population sample is reacted with the solid-phase capture antibody specific to each biomarker and the signal proportional to the remaining immunocomplex is measured after separation, quantitative analysis is performed on the subgroup containing each biomarker. 15 is an experimental result comparing correlations between tumor suppression markers and tumor progression, promotion, and metastasis markers after profiling analysis of exosome surface markers for exosome population analysis samples from each of a normal group and a malignant melanoma patient group. From the quantitative signals obtained through immunoassay, the distribution of the analyzed samples was displayed on a two-dimensional graph to obtain the correlation between the CD9 signal, a tumor suppression marker, and the CD81, Cav1, and survivin signals, which are tumor progression, promotion, or metastasis markers. . With reference to this, when the exosome population was used as an analysis sample, it was found that data between cancer-positive samples and normal samples were mixed and distributed without clear correlation. For reference, when exosome population samples are used as analysis samples, signal values of Cav1 and survivin are very low in most samples, so it is difficult to secure reliability for correlation analysis.

또한, 전술한 바와 같이, 악성 흑색종 양성 및 정상인 두 샘플 군을 전처리 후, 상기한 ‘스위치 성 부착반응’을 이용한 가역적 면역분리시스템을 이용하여 CD63 바이오마커에 대한 분리 및 회수를 통해 엑소좀 아집단 분석샘플을 준비하였고, 4 종류의 바이오마커에 대해 면역분석을 실시하였다. 면역분석 시 특이점으로, 엑소좀 아집단 내에 존재하는 각 바이오마커를 함유하는 엑소좀은 고상에 고정된 각 특이항체와 반응한 후 분리되고 잔존한 면역결합체로부터 그에 비례한 신호를 발생하므로 특정 차아집단에 대한 프로파일링 분석을 실시할 수 있게 된다. 도 16은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단으로부터 분리된 엑소좀 아집단을 분석샘플로 이용하여 엑소좀 차아집단에 대해 엑소좀 표면마커 프로파일링 분석 후 종양억제 마커 대비 종양 진행, 촉진, 및 전이 마커 간 상관관계를 정상샘플 군과 비교한 실험결과이다. 효소 면역분석을 통해 얻은 정량적 신호로부터 종양억제 마커인 CD9 신호 대비 종양 진행, 촉진, 혹은 전이 마커인 CD81, Cav1, 및 survivin 신호의 각 상관관계를 구하기 위해, 2차원 그래프에 분석샘플의 분포를 표시하였다. 종양억제 마커인 CD9 신호 대비 종양진행 마커인 CD81 신호를 도식한 첫 번째 그래프에서, 정상인 샘플들은 두 마커 간에 선형 비례관계를 나타내었으므로 각 샘플 내 두 마커의 조성비가 일정하게 유지됨을 알 수 있었다. 반면에, 악성 흑색종 양성 샘플들은 두 마커 간에 반비례 관계를 나타내었는데, 이로부터 암 양성 샘플마다 CD9 대비 CD81의 조성비가 각각 다른 것으로 나타났다.In addition, as described above, after pretreatment of the two sample groups, malignant melanoma-positive and normal, exosome subpopulations were isolated and recovered for the CD63 biomarker using the reversible immunoisolation system using the 'switchable adhesion reaction' described above. Population analysis samples were prepared, and immunoassays were performed for four types of biomarkers. As a singularity in immunoassay, the exosomes containing each biomarker present in the exosome subpopulation react with each specific antibody immobilized on the solid phase, and then are separated and generate a signal proportional to that from the remaining immune complex, so that the specific subgroup It is possible to perform profiling analysis on . Figure 16 shows the exosome surface marker profiling analysis for the exosome subpopulation using the exosome subgroup isolated from the exosome population of each of the normal group and the malignant melanoma patient group as analysis samples, and then tumor progression and promotion compared to tumor suppressor markers It is an experimental result comparing the correlation between , and metastasis markers with the normal sample group. From the quantitative signals obtained through enzyme immunoassay, the distribution of the analyzed samples is displayed on a two-dimensional graph to obtain the correlation between the CD9 signal, a tumor suppression marker, and the CD81, Cav1, and survivin signals, which are markers of tumor progression, promotion, or metastasis, respectively. did In the first graph depicting the CD81 signal, a tumor progression marker, against the CD9 signal, a tumor suppression marker, it can be seen that the composition ratio of the two markers in each sample is kept constant because the normal samples showed a linear proportional relationship between the two markers. On the other hand, malignant melanoma-positive samples showed an inversely proportional relationship between the two markers, from which it was found that the composition ratio of CD81 to CD9 was different for each cancer-positive sample.

이와 같은 다른 샘플 군 간의 두 결과를 비교해 보면, 악성 흑색종 발생 시 엑소좀의 표면마커 간 조성비에 대한 이질성이 증가하는 것으로 예측된다. 특히 암의 병기가 1기에서 4기로 진행됨에 따라, CD81 신호는 증가하는 것과 대조적으로 CD9 신호는 감소하여 CD81/CD9 신호비가 증가하였으므로, 마커 간 조성비에 대한 엑소좀 이질성의 증가는 암의 병기와 관련이 있는 것으로 예측된다.Comparing the two results between these different sample groups, it is predicted that the heterogeneity of the composition ratio between surface markers of exosomes increases in the occurrence of malignant melanoma. In particular, as the cancer stage progressed from stage 1 to stage 4, the CD81 signal increased, whereas the CD9 signal decreased, increasing the CD81/CD9 signal ratio. Therefore, the increase in exosome heterogeneity for marker liver composition ratio was correlated with the stage of cancer. predicted to be related.

엑소좀 차아집단 면역분석 결과로부터 CD9 신호 대비 Cav1 혹은 survivin 신호를 도식한 두 번째 및 세 번째 그래프에서도, 암 샘플들의 분포는 정상인 샘플들에서 나타난 두 마커 간 선형 비례관계로부터 이탈되는 것으로 보인다. 그러나 상기한 바와 같은 이질성 증가 현상은 뚜렷이 나타나지 않았다. In the second and third graphs showing the CD9 signal versus the Cav1 or survivin signal from the results of the exosome subgroup immunoassay, the distribution of cancer samples also seems to deviate from the linear proportional relationship between the two markers shown in normal samples. However, the increase in heterogeneity as described above was not evident.

도 17은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단 분석샘플에 대한 엑소좀 표면마커 프로파일링 분석 후 종양 진행, 촉진, 및 전이 마커들 간 상관관계를 정상샘플 군과 암 양성 샘플 군을 비교한 실험결과로서, 상기한 바와 같이 흑색종 암 양성 임상샘플(혈청 혹은 혈장) 및 정상인 샘플(혈청)을 전처리 후 얻은 엑소좀 모집단 분석샘플들을 각 바이오마커에 대해 면역분석을 실시하였고, 그 결과로부터 종양 진행, 촉진, 혹은 전이 마커인 CD81, Cav1, 및 survivin 간 상관관계를 분석한 결과이다. 이를 참고로, 엑소좀 모집단을 분석샘플로 이용한 경우, 도 15에서와 같이 암 양성 샘플과 정상인 샘플 간 데이터가 뚜렷한 상관관계 없이 혼재하여 분포하였고, 대부분 샘플에서 Cav1 및 survivin의 신호값이 매우 낮아서 상관관계 분석에 대한 신뢰성의 확보가 용이치 않았다.Figure 17 compares the correlation between tumor progression, promotion, and metastasis markers between a normal sample group and a cancer-positive sample group after profiling analysis of exosome surface markers for each of the exosome population analysis samples of the normal group and the malignant melanoma patient group. As an experimental result, immunoassay was performed for each biomarker on exosome population analysis samples obtained after pretreatment of melanoma cancer-positive clinical samples (serum or plasma) and normal human samples (serum) as described above, and from the results This is the result of analyzing the correlation between CD81, Cav1, and survivin, which are tumor progression, promotion, or metastasis markers. For reference, when the exosome population was used as the analysis sample, as shown in FIG. 15, the data between cancer-positive samples and normal samples were mixed and distributed without any clear correlation, and in most samples, the signal values of Cav1 and survivin were very low, so there was no correlation. It was not easy to secure the reliability of the relationship analysis.

도 18은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단으로부터 분리된 엑소좀 아집단 분석샘플 내 엑소좀 차아집단에 대한 표면마커 프로파일링 분석 후 종양 진행, 촉진, 및 전이 마커 간 상관관계를 정상샘플 군과 암 양성 샘플 군을 비교한 실험결과로서, 악성 흑색종 양성 및 정상인 두 샘플 군을 전처리 후, 상기한 가역적 면역분리시스템을 이용하여 CD63에 대해 분리 후 엑소좀 아집단을 회수하였고, 위에서와 동일하게 각 엑소좀 차아집단 바이오마커에 대해 면역분석 후 3종류의 종양 진행, 촉진, 혹은 전이 마커에 대해 상관관계 분석을 실시하였다. 면역분석 결과로부터 CD81 신호 대비 Cav1 신호를 도식한 첫 번째 그래프에서, 정상인 샘플들은 두 마커 간에 대략적인 선형 비례관계를 나타내었다. 반면에, 암 양성 샘플들은 두 마커 간에 반비례 관계를 나타내어, 암 질환 병기 초기에는 CD81 신호에 비해 Cav1 신호가 높았고 말기에는 역전되는 현상이 나타났다. 18 shows correlations between tumor progression, promotion, and metastasis markers after surface marker profiling analysis of exosome subpopulations in the exosome subgroup analysis samples isolated from the exosome populations of the normal group and the malignant melanoma patient group, respectively. As a result of the experiment comparing the sample group and the cancer-positive sample group, the two sample groups, malignant melanoma-positive and normal, were pretreated, and then separated for CD63 using the above-described reversible immunoisolation system, and the exosome subset was recovered. In the same manner as in, after immunoassay for each exosome subpopulation biomarker, correlation analysis was performed for three types of tumor progression, promotion, or metastasis markers. In the first graph plotting the CD81 signal versus the Cav1 signal from the immunoassay results, normal samples showed an approximately linear proportional relationship between the two markers. On the other hand, cancer-positive samples showed an inverse relationship between the two markers, showing that the Cav1 signal was higher than the CD81 signal in the early stage of cancer disease and reversed in the late stage.

면역분석 결과로부터 CD81 혹은 Cav1 신호 대비 survivin 신호를 도식한 두 번째 및 세 번째 그래프에서, 상기한 현상은 뚜렷이 나타나지 않았다. 그러나 Cav1 신호 대비 survivin 신호를 도식한 세 번째 그래프에서 암 샘플들의 분포는 정상인 샘플들에서 나타난 두 마커 간 선형 비례관계로부터 이탈되는 것으로 보인다. In the second and third graphs plotting the survivin signal versus the CD81 or Cav1 signal from the immunoassay results, the above phenomenon did not appear clearly. However, in the third graph depicting the Cav1 signal versus the survivin signal, the distribution of cancer samples seems to deviate from the linear proportional relationship between the two markers shown in the normal samples.

실시예 3: 바이오마커 프로파일링 분석결과를 이용한 질환 초기진단용 파라미터 설정 및 분석Example 3: Parameter setting and analysis for initial diagnosis of disease using biomarker profiling analysis results

3.1 진단 파라미터 설정3.1 Diagnosis parameter setting

샘플 간 엑소좀의 농도가 다르고 또한 샘플 희석비에 따라 농도가 변화되므로, 면역분석 결과로부터 구한 샘플 간 각 바이오마커에 대한 신호 차이를 직접 비교하기 어렵다. 이러한 문제점을 완화하기 위해 한 바이오마커에 대한 다른 바이오마커의 신호 비율을 취하여 표준화(normalization) 된 파라미터를 진단 타겟질환에 대해 2종 이상 각각 새롭게 정의하였다. 이에 따라, 종양억제 마커인 CD9에 대한 신호 대비 종양 진행, 촉진, 혹은 전이 마커인 CD81, Cav1, 및 survivin에 대한 신호의 비율을 취하여 표준화(normalization) 된 파라미터 1, 2, 및 3을 설정하였다. 여기서, 파라미터 1 = CD81 신호/CD9 신호, 파라미터 2 = Cav1 신호/CD9 신호, 그리고 파라미터 3 = survivin 신호/CD9 신호 로 각각 설정하였다.Since the concentration of exosomes is different between samples and the concentration changes according to the sample dilution ratio, it is difficult to directly compare the signal difference for each biomarker between samples obtained from the immunoassay results. In order to alleviate this problem, two or more new parameters were newly defined for each of the diagnostic target diseases, normalized by taking the signal ratio of one biomarker to another biomarker. Accordingly, normalized parameters 1, 2, and 3 were set by taking the ratio of signals for CD81, Cav1, and survivin, which are tumor progression, promotion, or metastasis markers, to signals for CD9, a tumor suppressor marker. Here, parameter 1 = CD81 signal/CD9 signal, parameter 2 = Cav1 signal/CD9 signal, and parameter 3 = survivin signal/CD9 signal.

3.2 2차원 파라미터 분석3.2 2D parameter analysis

샘플 내 각 바이오마커를 함유하는 엑소좀에 대한 프로파일링 분석 결과를 위에서 정의한대로 각 파라미터로 전환한 후, 최적의 2종 파라미터를 짝으로 선택하여 2차원 분석을 실시하였고, 그 결과를 이용하여 정상인 샘플과 타겟 질환 샘플을 구분할 수 있도록 두 파라미터 값의 구획을 설정하였으며, 타겟 질환 음성 및 양성 샘플에 대한 감별력 즉, 양성정확도(민감도) 및 음성정확도(특이도)를 결정하였다. 참고로, 타겟 질환 샘플과 정상인 샘플을 구분하는 구획선의 파라미터 값들은 분석조건에 따라 변화될 수 있다.After converting the profiling analysis results for exosomes containing each biomarker in the sample into each parameter as defined above, two-dimensional analysis was performed by selecting the optimal two parameters in pairs, and using the results, normal subjects To distinguish between the sample and the target disease sample, two parameter values were set up, and the discriminative power for target disease negative and positive samples, that is, positive accuracy (sensitivity) and negative accuracy (specificity), was determined. For reference, parameter values of the partition line dividing the target disease sample and the normal sample may be changed according to analysis conditions.

도 19는 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단 분석샘플을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용하여 수행한 바이오마커 프로파일링 분석 결과이고, 도 20은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단으로부터 분리된 엑소좀 아집단 분석샘플을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용한 바이오마커 프로파일링 분석 결과이다.19 shows the results of biomarker profiling analysis performed by applying newly defined parameters to the exosome population analysis samples of each of the normal group and the malignant melanoma patient group. This is the result of biomarker profiling analysis by applying newly defined parameters to the exosome subgroup analysis sample isolated from the bom population.

면역분리 전 엑소좀 모집단 샘플에 대한 바이오마커 프로파일링 결과에서(도 19 참조), 정상인 샘플 혹은 암환자 샘플에 관계없이 특히 파라미터 3에 대한 값이 너무 작아 정상인과 암환자 샘플들 간의 프로파일링 차이를 규명하기 어려운 것으로 나타났다. 이것은 상기한 도 15 및 도 17에서 설명한 바와 같이 모든 모집단 샘플에서 survivin에 대한 면역분석 결과 값이 너무 작게 측정되었기 때문이다.In the biomarker profiling results for the exosome population sample before immunoisolation (see FIG. 19), the value for parameter 3 was too small, regardless of whether it was a normal person sample or a cancer patient sample, so that the difference in profiling between normal and cancer patient samples proved difficult to ascertain. This is because, as described in FIGS. 15 and 17 above, the immunoassay results for survivin were too small in all population samples.

다음으로, 면역분리 및 회수 후 얻은 엑소좀 아집단 샘플에 대한 바이오마커 프로파일링 결과에서(도 20 참조), 3 파라미터의 값들이 샘플들 간 비교할 수 있을 정도로 충분히 높게 나타났다. 특히 파라미터 3에 대한 값들이 괄목할 정도로 증가하였으므로, 적절한 엑소좀 아집단을 분리 및 회수하여 분석 샘플로 사용할 경우 선택한 엑소좀 바이오마커에 대한 프로파일링 분석이 가능하게 된다. Next, in the biomarker profiling results for the exosome subpopulation samples obtained after immunoisolation and recovery (see FIG. 20), the values of the three parameters were sufficiently high to be comparable between samples. In particular, since the values for parameter 3 increased remarkably, profiling analysis for the selected exosome biomarker becomes possible when an appropriate exosome subpopulation is isolated and recovered and used as an analysis sample.

이와 같은 효과는 타겟 엑소좀을 분리 후 회수하여 분석샘플로 사용하므로 분석 관찰 윈도우를 축소하는 효과와 타겟 농도를 농축하는 시너지 효과에 의해 가능하게 된다. 관찰 윈도우 크기를 비교하면, 분석 샘플로 이용되는 체액 내에는 많은 다른 세포에서 방출된 엑소좀 종들이 혼합되어 있어서, 체액으로부터 타겟 엑소좀이 포함된 엑소좀 아집단을 분리 후 회수하여 분석 샘플로 이용하면 비관련 엑소좀 종들을 질환 관련 엑소좀 종으로부터 배제하여 관찰 윈도우를 바람직한 방향으로 축소하는 효과를 얻게 된다. 이 경우, 질환 진단 시 비관련 바이오마커들의 비특이 반응에 의한 간섭현상을 최소화할 수 있다. 나아가, 상기한 아집단으로 분리 시 농축 공정을 이용하면 타겟 엑소좀의 농도가 증가되어 고수율로 회수되는 효과를 얻게 된다. 따라서 본 발명에 따르면 진단 시 엑소좀 아집단을 면역분석 샘플로 이용할 경우 비특이 엑소좀에 의한 간섭효과가 최소화되고 동시에 타겟 엑소좀 농도가 증가되어 프로파일링 분석 정확도에 대해 긍정적인 시너지 효과를 얻게 된다. Such an effect is made possible by the effect of reducing the analysis observation window and the synergistic effect of concentrating the target concentration because the target exosome is separated and recovered and used as an analysis sample. Comparing the observation window size, exosome species released from many different cells are mixed in the body fluid used as the analysis sample, so the exosome subpopulation containing the target exosome is separated from the body fluid and recovered and used as the analysis sample This has the effect of narrowing the observation window in a desirable direction by excluding unrelated exosome species from disease-related exosome species. In this case, when diagnosing a disease, interference caused by non-specific reactions of unrelated biomarkers can be minimized. Furthermore, when the concentration process is used in the separation into the subgroups described above, the concentration of the target exosomes is increased to obtain the effect of recovery in high yield. Therefore, according to the present invention, when the exosome subset is used as an immunoassay sample for diagnosis, the interference effect caused by non-specific exosomes is minimized, and at the same time, the target exosome concentration is increased, thereby obtaining a positive synergistic effect on the accuracy of the profiling analysis. .

도 21은 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 모집단 분석샘플(도 21의 (A)) 및 이로부터 분리된 엑소좀 아집단 분석샘플(도 21의 (B))을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용한 바이오마커 프로파일링 분석 결과에 대해 2차원 파라미터 분석을 종합한 결과이다.21 is a newly defined exosome population analysis sample (FIG. 21(A)) and an exosome subgroup analysis sample (FIG. 21(B)) isolated from each of a normal group and a malignant melanoma patient group. This is the result of synthesizing the two-dimensional parameter analysis for the biomarker profiling analysis results with parameters applied.

면역분리 후 회수한 엑소좀 아집단을 진단 샘플로 이용 시 그 효과를 규명하기 위해, 먼저 분리 전 엑소좀 모집단 샘플 내 각 바이오마커를 함유하는 아집단에 대한 프로파일링 분석 결과(도 15 내지 도 18 참조)를 도 19 내지 도 20에서 정의한대로 각 파라미터로 전환하였고, 우선 파라미터 1과 2에 대해 2차원 분석을 실시하였다(도 21의 (A) 참조). 그 결과, 정상인 샘플과 암 샘플의 2차원 분포는 샘플 군 간 차이 없이 혼재하는 것으로 나타났다.In order to investigate the effect of using the exosome subpopulation recovered after immunoisolation as a diagnostic sample, first, the profiling analysis results for subgroups containing each biomarker in the exosome population sample before isolation (FIGS. 15 to 18) Reference) was converted to each parameter as defined in FIGS. 19 to 20, and first, a two-dimensional analysis was performed on parameters 1 and 2 (see FIG. 21 (A)). As a result, it was found that the two-dimensional distributions of normal and cancer samples were mixed with no difference between the sample groups.

그 다음으로, 면역분리 후 회수를 통해 얻은 아집단 샘플 내 차아집단에 대한 프로파일링 결과에 대해 위에서와 동일하게 파라미터로 전환 후 파라미터 1과 2에 대해 2차원 분석을 실시하였다(도 21의 (B) 참조). 그 결과, 정상인 샘플의 경우 두 파라미터 값의 제한된 영역(파라미터 1 < 약 3.2; 파라미터 2 < 약 0.9)에 분포하는 것으로 나타났고(그래프 내 점선 구획 참조), 사용된 악성 흑색종 샘플의 경우 그 구획 상 혹은 외곽에 분포하는 것으로 나타났다. 단, 한 개의 정상인 샘플(N52)이 구획 밖에 위치하였는데 이것은 분석오류 내지는 분석 당시 미상의 샘플로 인해 발생한 것으로 판단된다. 따라서 본 발명을 이용하면 순차적인 면역분리를 통해 표준화(normalization) 효과가 발생하여 질환과 관련있는 차아집단 엑소좀 바이오마커의 선택적인 분석이 가능하였고, 이를 통해 암 질환 음성 및 양성 샘플에 대한 감별력이 출현하였다. 참고로, 암 샘플과 정상인 샘플을 구분하는 구획선의 파라미터 값들은 예시로서 나타낸 것으로, 그 값들은 분석조건에 따라 변화될 수 있다.Next, on the profiling results for subgroups in subgroup samples obtained through recovery after immunoseparation, two-dimensional analysis was performed on parameters 1 and 2 after converting to parameters in the same manner as above (Fig. 21 (B ) reference). As a result, it was found that normal samples were distributed in a limited area of the two parameter values (parameter 1 < about 3.2; parameter 2 < about 0.9) (refer to the dotted line in the graph), and in the case of the malignant melanoma sample used, that compartment It was found to be distributed in the upper or outer regions. However, one normal sample (N52) was located outside the compartment, which is considered to be caused by an analysis error or an unknown sample at the time of analysis. Therefore, when the present invention is used, a normalization effect occurs through sequential immunoisolation, enabling selective analysis of disease-related subgroup exosome biomarkers, and through this, discrimination against cancer disease negative and positive samples is improved. appeared. For reference, the parameter values of the partition line dividing the cancer sample and the normal sample are shown as examples, and the values may change depending on the analysis conditions.

나아가, 파라미터 1과 2에 대한 2차원 분석을 실시하면 악성 흑색종 질환 병기를 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 특히 악성 흑색종 I, II, 및 IV기 환자의 샘플에 대한 분석결과를 보면, 각 샘플은 병기가 진행될수록 파라미터 1의 값이 비례하여 증가하였다. 주목할 만한 사항으로, 흑색종 암 I 및 II기 샘플들의 파라미터 1 값이 정상인 샘플 값의 범위에 분포하였으나, 이 샘플들의 파라미터 2 값이 정상인 샘플에 대한 값의 범위보다 상승하는 것으로 나타났다. 이것은 파라미터 2 값을 조절하는 Cav1 마커가 암 발생 초기에 종양 억제에 관여하여 높게 발현되기 때문으로 예측된다. 따라서 파라미터 1 및 2에 대한 2차원 분석을 통해 악성 흑색종의 병기를 예측할 수 있을 뿐만 아니라 암 발생 초기에 조기진단이 가능할 것으로 판단된다. 이로부터 특정 암 질환과 관련있는 엑소좀 하부집단 다중 마커의 선택과 이에 대한 분석을 통하면 기존에 암 병기가 많이 진행되거나 전이단계에서 암 진단이 가능하였던 문제점을 해결할 수 있게 된다. Furthermore, it was shown that performing a two-dimensional analysis of parameters 1 and 2 could predict the stage of malignant melanoma disease. In particular, looking at the analysis results of the samples of malignant melanoma I, II, and IV patients, the value of parameter 1 of each sample increased proportionally as the stage progressed. Notably, the parameter 1 values of melanoma cancer stage I and II samples were distributed in the range of normal sample values, but the parameter 2 values of these samples were found to be higher than the range of values for normal samples. This is predicted to be because the Cav1 marker, which regulates the value of parameter 2, is involved in tumor suppression in the early stage of cancer development and is highly expressed. Therefore, it is judged that not only the stage of malignant melanoma can be predicted through the two-dimensional analysis of parameters 1 and 2, but also early diagnosis in the early stage of cancer occurrence. From this, through the selection and analysis of exosome subpopulation multiple markers related to a specific cancer disease, it is possible to solve the problem of cancer diagnosis in the existing cancer stage or metastasis stage.

도 22는 정상인군 및 악성 흑색종 환자군 각각의 엑소좀 아집단 분석샘플을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용한 차아집단 바이오마커 프로파일링 분석 결과에 대해 2차원 파라미터 분석을 종합한 결과이다. 엑소좀 차아집단 프로파일링 분석 결과에 대해 파라미터 1과 2에 대한 2차원 분석에 부가하여(도 22의 왼쪽 참조), 파라미터 1과 3(도 22의 가운데 참조) 및 파라미터 2와 3(도 22의 오른쪽 참조)에 대한 2차원 분석을 실시하였다. 파라미터 1과 3에 대한 2차원 분석 결과(도 22의 가운데 참조), 정상인 샘플과 악성 흑색종 환자의 샘플들은 상호 구분없이 그래프 내에 분포하였다. 따라서 파라미터 1과 3에 대한 분석은 악성 흑색종 샘플과 정상인 샘플을 구분할 수 없는 것으로 판단된다. 반면에, 파라미터 2와 3에 대한 분석(도 22의 오른쪽 참조)은 정상인 샘플과 악성 흑색종 환자의 샘플들을 구분할 수 있는 것으로 나타났는데, 정상인 샘플의 경우 두 파라미터 값의 제한된 영역(파라미터 2 < 약 0.7; 파라미터 3 < 약 2.5)에 분포하는 것으로 나타났고(그래프 내 점선 구획 참조), 사용된 악성 흑색종 샘플의 경우 그 구획 상 혹은 외곽에 분포하는 것으로 나타났다. 따라서, 엑소좀 차아집단 프로파일링 분석을 통한 파라미터 2와 3에 대한 2차원 분석은 악성 흑색종 샘플을 정상인 샘플로부터 구분할 수 있게 하였다. 22 is a result of 2-dimensional parameter analysis on the results of subgroup biomarker profiling analysis to which newly defined parameters are applied to exosome subgroup analysis samples of each of a normal group and a malignant melanoma patient group. In addition to the two-dimensional analysis of parameters 1 and 2 for the exosome subpopulation profiling analysis results (see the left side of FIG. 22), parameters 1 and 3 (see the middle of FIG. 22) and parameters 2 and 3 (see the middle of FIG. 22) 2-dimensional analysis was performed on (see right). As a result of the two-dimensional analysis of parameters 1 and 3 (refer to the center of FIG. 22), samples of normal subjects and samples of malignant melanoma patients were distributed in the graph without distinction. Therefore, it is judged that the analysis of parameters 1 and 3 cannot distinguish between malignant melanoma samples and normal samples. On the other hand, the analysis of parameters 2 and 3 (see the right side of FIG. 22) showed that normal samples and malignant melanoma patient samples could be distinguished. 0.7; parameter 3 < about 2.5) (refer to the dotted line compartment in the graph), and in the case of the malignant melanoma sample used, it was found to be distributed on or outside the compartment. Therefore, two-dimensional analysis of parameters 2 and 3 through exosome subpopulation profiling analysis made it possible to distinguish malignant melanoma samples from normal samples.

3.3 파라미터 패널 구성3.3 Parameter Panel Composition

타겟 질환에 따라 진단 민감도와 특이도를 극대화하기 위해 2종 이상의 파라미터를 패널로 구성하여 질환 조기진단에 이용하였다. 상기한 바와 같이 각 파라미터 짝에 대해 2차원 분석을 실시하였고, 타겟 질환 음성 및 양성 샘플에 대한 감별력을 최대로 제공하는 파라미터 짝을 선택하여 파라미터 패널로 구성하였다. 필요에 따라, 1차 구성된 파라미터 패널에 한 종류 이상의 파라미터를 순차적으로 적용하여 음성 및 양성 구분 정확도가 극대화 되는 최종 파라미터 패널 및 이를 이용하는 진단 알고리즘을 결정하였다.In order to maximize the sensitivity and specificity of diagnosis according to the target disease, two or more parameters were formed into a panel and used for early diagnosis of the disease. As described above, a two-dimensional analysis was performed on each parameter pair, and a parameter panel was formed by selecting a parameter pair that provides the maximum discriminative power for the target disease negative and positive samples. If necessary, one or more types of parameters were sequentially applied to the first configured parameter panel to determine the final parameter panel maximizing the accuracy of distinguishing between negative and positive and a diagnostic algorithm using the same.

도 23은 정상인군 및 전립선암 환자군 각각의 엑소좀 아집단 분석샘플을 대상으로 새롭게 정의된 파라미터를 적용한 바이오마커 프로파일링 분석 결과에 대해 2차원 파라미터 분석을 종합한 결과이다. 전립선암의 경우, 엑소좀 표면마커로서 CD151을 추가하였고, 상기한 바와 동일한 과정을 통해 CD63+ 엑소좀 아집단 샘플에 대해 총 5개 바이오마커(CD9, CD81, Cav1, survivin, 및 CD151)에 대해 프로파일링 분석을 수행하였다. 상기한 바와 유사하게, 임의의 두 바이오마커에 대한 신호의 비율을 취하여 임상적 성능(총 샘플 수 = 28; 양성 = 20, 음성 = 8)이 최대가 되는 표준화(normalization) 된 파라미터 4, 5, 6, 및 7로 각각 새롭게 정의하였다. 여기서, 파라미터 4 = CD9 신호/Cav1 신호, 파라미터 5 = CD151 신호/CD9 신호, 파라미터 6 = survivin 신호/CD9 신호, 그리고 파라미터 7 = Cav1 신호/CD81 신호로서 설정하였다. FIG. 23 is a result of 2-dimensional parameter analysis on the results of biomarker profiling analysis using newly defined parameters for exosome subgroup analysis samples in each of a normal group and a prostate cancer patient group. In the case of prostate cancer, CD151 was added as an exosome surface marker, and a total of 5 biomarkers (CD9, CD81, Cav1, survivin, and CD151) were profiled for CD63+ exosome subgroup samples through the same process as described above Ring analysis was performed. Similar to the above, by taking the ratio of the signals for any two biomarkers, the normalized parameters 4, 5, 6, and 7, respectively, were newly defined. Here, parameter 4 = CD9 signal/Cav1 signal, parameter 5 = CD151 signal/CD9 signal, parameter 6 = survivin signal/CD9 signal, and parameter 7 = Cav1 signal/CD81 signal.

전립선암 및 정상인 샘플들의 아집단 면역분리 및 회수 후에 실시한 엑소좀 차아집단 프로파일링 결과에 대해 우선 파라미터 4와 5에 대한 2차원 분석을 실시하였다. 파라미터 4와 5에 대한 2차원 분석 결과(도 23의 상단 참조), 정상인 샘플은 대부분 두 파라미터 값의 제한된 영역(실시 조건 하에서, 파라미터 4 < 약 3.3; 파라미터 5 < 약 1.5)에 분포하는 것으로 나타났고(그래프 내 점선 구획 참조), 전립선 암 샘플은 대부분 그 구획 외곽에 분포하는 것으로 나타났다. 이와 같은 2종 파라미터를 사용할 경우, 분석조건 하에서 양성정확도 즉, 민감도 80% 그리고 음성정확도 즉, 특이도 100%를 나타내었다. For the results of exosome subpopulation profiling performed after subgroup immunoisolation and recovery of prostate cancer and normal subjects, a two-dimensional analysis was first performed on parameters 4 and 5. As a result of the two-dimensional analysis of parameters 4 and 5 (see the top of FIG. 23 ), most of the normal samples were found to be distributed in a limited range of the values of the two parameters (under practical conditions, parameter 4 < about 3.3; parameter 5 < about 1.5). (see the dotted line in the graph), and most of the prostate cancer samples appeared to be distributed outside that compartment. When these two parameters were used, positive accuracy, that is, sensitivity of 80% and negative accuracy, that is, specificity of 100% were shown under the analysis conditions.

위에서 언급한 구획 내에 위치한 전립선암 양성 샘플(P7, P10, P13, 및 P18)들에 대해 정밀분석을 실시하였다(도 23의 하단 참조). 상기한 바와 같이 2종 파라미터(즉, 파라미터 4 및 5)를 이용할 경우 임상적 민감도는 80%로 제한되었는데(도 23의 하단 왼쪽 참조), 파라미터 6을 추가하여 파라미터 4와 6에 대해 2차원 분석(즉, 3종 파라미터 분석)을 수행할 경우, 음성 샘플들은 음성영역에 머무른 반면에 양성 샘플 중 P13이 양성영역으로 이동하였다(도 23의 하단 가운데 참조). 이로부터, 민감도가 85%로 상승하는 것으로 나타났다. 나아가, 파라미터 7을 추가하여 파라미터 6와 7에 대해 2차원 분석(즉, 4종 파라미터 분석)을 수행할 경우, 음성 샘플들은 여전히 음성영역에 머무른 반면에 양성 샘플 중 P7 및 P18이 양성영역으로 이동하였다(도 23의 하단 오른쪽 참조). 결국, 4종 파라미터 분석 시 임상적 민감도는 95% 증가하였고, 최종 전립선암 샘플에 대한 임상적 성능은 민감도 95% 그리고 특이도 100% 인 것으로 나타났다.Precise analysis was performed on prostate cancer-positive samples (P7, P10, P13, and P18) located in the above-mentioned compartments (see bottom of FIG. 23). As described above, when using two parameters (ie, parameters 4 and 5), the clinical sensitivity was limited to 80% (see the lower left of FIG. 23), and a two-dimensional analysis was performed for parameters 4 and 6 by adding parameter 6. (ie, 3-parameter analysis), negative samples stayed in the negative region, while P13 among positive samples moved to the positive region (refer to the bottom center of FIG. 23). From this, the sensitivity was found to rise to 85%. Furthermore, when a two-dimensional analysis (i.e., four-parameter analysis) is performed on parameters 6 and 7 by adding parameter 7, negative samples still remain in the negative region, while P7 and P18 among positive samples move to the positive region. (see lower right of FIG. 23). In the end, the clinical sensitivity increased by 95% when analyzing the four parameters, and the clinical performance for the final prostate cancer sample showed a sensitivity of 95% and specificity of 100%.

나아가, 파라미터 4와 5에 대한 2차원 분석은 전립선암 질환 병기를 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 특히 임상적 판단 기준에 의해 설정한 전립선암의 병기(stage number; 샘플번호 옆 괄호 내 로마숫자)에 따른 환자의 샘플에 대한 분석결과를 보면(도 23의 상단 참조), 위에서 정의한 구획선을 기준으로 우측하단에는 9종 전립선암 양성 샘플들이 분포하였는데, 그 중 8종이 I기 및 II기 양성샘플이었고 1종의 IV기 샘플도 포함되었다. 구획선을 기준으로 좌측상단에는 7종 전립선암 양성 샘플들이 분포하였는데, 그 중 5종이 III기 및 IV기 양성샘플이었고 2종의 I기 및 II기 샘플도 포함되었다. 전체적으로, 각 샘플은 병기가 진행될수록 파라미터 4의 값에 반비례하여 감소하였고, 동시에 파라미터 5의 값에 비례하여 증가하였다(도 23의 화살표 참조). 주목할 만한 사항으로, 전립선암 초기 샘플들(I기 및 II기 샘플)이 우측하단 즉, 파라미터 4의 값이 특히 높고 또한 파라미터 5의 값이 낮은 영역에 분포하였다. 따라서 2종 이상의 표준화된 바이오마커에 대한 순차적인 2차원 분석을 통해 전립선암의 병기를 예측할 수 있을 뿐만 아니라 암 발생 초기에 조기진단이 가능할 것으로 판단된다.Furthermore, two-dimensional analysis of parameters 4 and 5 was shown to be able to predict prostate cancer disease stage. In particular, looking at the analysis results of the patient's samples according to the stage number (roman numeral in parentheses next to the sample number) of prostate cancer set by the clinical judgment criteria (see the upper part of FIG. 23), based on the dividing line defined above In the lower right corner, 9 types of prostate cancer-positive samples were distributed, of which 8 types were stage I and stage II positive samples, and one type of stage IV sample was also included. Based on the partition line, 7 types of prostate cancer-positive samples were distributed in the upper left corner, of which 5 types were stage III and stage IV positive samples, and two types of stage I and II samples were also included. Overall, each sample decreased in inverse proportion to the value of parameter 4 as the stage progressed, and at the same time increased in proportion to the value of parameter 5 (see arrow in FIG. 23). Notably, early prostate cancer samples (stage I and II samples) were distributed in the lower right corner, that is, a region in which the value of parameter 4 was particularly high and the value of parameter 5 was low. Therefore, it is judged that not only can the stage of prostate cancer be predicted through sequential two-dimensional analysis of two or more standardized biomarkers, but also early diagnosis in the early stage of cancer occurrence.

실시예 4: 엑소좀 miRNA 바이오마커 프로파일링 분석Example 4: Exosome miRNA biomarker profiling analysis

4.1 세포주 배양 및 엑소좀 샘플 준비4.1 Cell line culture and exosome sample preparation

전립선암 유래 세포주로서 일반적으로 알려진 DU145, LNCaP, 및 PC3 세포주를 선택하였고, 각 세포주를 배양 후 배양액을 수거하여 임상샘플에서와 같이 엑소좀 모집단 샘플을 준비하였다. 전술한 바와 같이, '스위치 성 가역 부착반응'을 이용하여 세포주 배양액 엑소좀 모집단으로부터 CD63+ 아집단 엑소좀 샘플을 제조하였다. 순차적으로, 항 CD81 항체가 고정된 자성비드를 이용한 자성면역분리 방법을 이용하여 CD63+ 아집단 엑소좀으로부터 CD63+/CD81+ 차아집단 샘플을 준비하였다. 대조군으로, 신장세포 유래 HEK293 세포주를 선택하였고, 상기한 바와 동일한 과정을 통해 각 모집단, 아집단, 및 차아집단 엑소좀 샘플들을 제조하였다.DU145, LNCaP, and PC3 cell lines, which are generally known as prostate cancer-derived cell lines, were selected, and after culturing each cell line, the culture medium was collected to prepare an exosome population sample as in clinical samples. As described above, CD63+ subpopulation exosome samples were prepared from the cell line culture exosome population using the 'switchable reversible adhesion reaction'. Sequentially, CD63+/CD81+ subpopulation samples were prepared from the CD63+ subpopulation exosomes using a magnetic immunoisolation method using anti-CD81 antibody-immobilized magnetic beads. As a control, the kidney cell-derived HEK293 cell line was selected, and exosome samples of each population, subgroup, and subgroup were prepared through the same procedure as described above.

보다 상세하게 설명하면, 인간 배아 신장세포 유래 HEK293 세포주 그리고 전립선암 유래 LNCaP, DU145, 및 PC3 세포주를 한국세포주은행(서울, 한국)으로부터 구입하였다. 각 세포주는 10% fetal bovine serum (FBS) 및 항생제가 포함된 최적 배지 즉, HEK293의 경우 HEPES 함유 DMEM 배지 그리고 전립선암 유래 세포주들은 RPMI 1640 배지를 이용하여 CO2 배양기 내에서 34-39시간 동안 배양하였다. 그 후, 각 세포주의 배지를 5% exosome-free FBS가 포함된 배지로 교환하였고, 동일한 조건 하에서 배양하였다. 각 배양액은 원심분리를 통하여 세포를 분리한 후 상층액을 수거하였다. 분리된 상층액은 상기한 임상샘플의 전처리에서와 같이 저속 원심분리하여 침전물을 제거한 후, 다시 고속 원심분리하여 침전물을 제거하였다. 이로부터 얻은 임상샘플 상층액을 HM 시린지 필터(0.2 μm 세공크기)를 통해 여과하여 엑소좀 모집단 샘플을 준비하였다.More specifically, HEK293 cell line derived from human embryonic kidney cells and LNCaP, DU145, and PC3 cell lines derived from prostate cancer were purchased from Korea Cell Line Bank (Seoul, Korea). Each cell line was cultured for 34-39 hours in a CO 2 incubator using an optimal medium containing 10% fetal bovine serum (FBS) and antibiotics, that is, DMEM medium containing HEPES for HEK293 and RPMI 1640 medium for prostate cancer-derived cell lines. did Thereafter, the medium of each cell line was replaced with a medium containing 5% exosome-free FBS, and cultured under the same conditions. In each culture medium, the cells were separated by centrifugation and then the supernatant was collected. The separated supernatant was centrifuged at low speed to remove the precipitate, and then centrifuged at high speed again to remove the precipitate. The supernatant of the clinical sample obtained therefrom was filtered through an HM syringe filter (0.2 μm pore size) to prepare an exosome population sample.

실시예 1에서와 동일한 면역 자성분리 방법을 이용하여, 세포주 배양액 엑소좀 모집단으로부터 CD63+ 아집단 엑소좀 샘플을 제조하였다. 순차적으로, 자성비드 제조사가 제공한 과정에 따라 항 CD81 항체를 자성비드 상에 화학적으로 고정하였고, 이를 이용한 면역자성분리를 통하여 CD63+ 아집단 엑소좀으로부터 CD63+/CD81+ 차아집단 샘플을 준비하였다. Using the same immunomagnetic isolation method as in Example 1, CD63+ subpopulation exosome samples were prepared from the cell line culture medium exosome population. Sequentially, the anti-CD81 antibody was chemically immobilized on the magnetic beads according to the procedure provided by the magnetic bead manufacturer, and CD63+/CD81+ subgroup samples were prepared from CD63+ subgroup exosomes through immunomagnetic separation using the anti-CD81 antibody.

4.2 엑소좀 miRNA 추출, cDNA 합성, 및 실시간 PCR4.2 Exosome miRNA extraction, cDNA synthesis, and real-time PCR

타겟 핵산 바이오마커로서, 전립선암 관련 4종 miRNAs 즉, miR-17, miR-21, miR-221, 및 miR-375 를 선정하였다. 각 엑소좀 샘플 내 miRNA 마커들을 추출한 후 reverse transcription 반응을 통해 cDNA를 합성하였고, 그 산물은 polymerase chain reaction을 이용한 증폭과정을 통해 각 샘플에 대한 Ct(cycle threshold; 역치 싸이클) 값을 신호로서 민감하게 측정하였다. 모든 과정은 상업적으로 판매되는 키트들을 이용하여 수행하였다. 측정된 각 miRNA 마커에 대한 신호들은 표준화를 위해 두 마커 간 신호 비율 즉, miR-21 신호/miR-17 신호, miR-221 신호/miR-17 신호, 및 miR-375 신호/miR-17 신호 비율을 각각 구하였다. As target nucleic acid biomarkers, four types of prostate cancer-related miRNAs were selected: miR-17, miR-21, miR-221, and miR-375. After extracting miRNA markers from each exosome sample, cDNA was synthesized through a reverse transcription reaction, and the product was sensitive to the C t (cycle threshold) value for each sample as a signal through an amplification process using a polymerase chain reaction. was measured. All procedures were performed using commercially available kits. The signals for each measured miRNA marker are signal ratios between the two markers for standardization, i.e. miR-21 signal/miR-17 signal, miR-221 signal/miR-17 signal, and miR-375 signal/miR-17 signal ratio. were obtained, respectively.

상세하게 설명하면, 각 세포주에 대해 3종류의 엑소좀 샘플 즉, 모집단, 아집단, 및 차아집단 샘플들을 준비하였고, 각 샘플에 함유된 miRNA를 miRNeasy Micro Kit (QIAGEN, 217084)를 이용하여 추출하였다. 이를 위한 각 단계는 제조사에서 제공한 설명서에 따라 수행되었다. 추출된 miRNA는 분광학 기기(ND-2000; NanoDrop Technologies, Wilmington, DE, 미국)를 이용하여 정량되었다. 그 다음 과정으로, 각 엑소좀 샘플로부터 추출한 miRNA (2 ng)를 TaqMan Advanced miRNA cDNA Synthesis kit (Applied Biosystems, Grand Island, NY, 미국)를 이용하여 역전사(reverse transcription) 반응을 제조사의 설명서에 따라 15 ㎕ 반응부피 스케일로 수행하였다. 그 후, miRNA 증폭반응을 수행하였고, 실시간 PCR 반응을 정량적으로 진행하였다. 정량적 PCR을 위해 타겟 miRNA(miR-17, miR-21, miR-221, 및 miR-375)에 대한 TaqMan microRNA Assay kits (Applied Biosystems)를 사용하였고, CFX 384 (Bio-Rad Laboratories, CA, 미국) 기기를 이용하여 정량하였다. 각 샘플 내 miRNA를 반복하여 측정하였고, 각 Ct 값은 miR-17에 대해 표준화한 후 대조군으로 선택한 HEK293 세포주의 엑소좀 모집단에서의 각 Ct 값 신호 비율에 대해 스케일링하였고, 이를 기준으로 배수 변화(fold change)를 계산하였다. In detail, three types of exosome samples, that is, population, subgroup, and subgroup samples, were prepared for each cell line, and miRNAs contained in each sample were extracted using the miRNeasy Micro Kit (QIAGEN, 217084) . Each step for this was performed according to the instructions provided by the manufacturer. The extracted miRNA was quantified using a spectroscopy instrument (ND-2000; NanoDrop Technologies, Wilmington, DE, USA). As a next step, miRNA (2 ng) extracted from each exosome sample was subjected to reverse transcription using the TaqMan Advanced miRNA cDNA Synthesis kit (Applied Biosystems, Grand Island, NY, USA) according to the manufacturer's instructions. It was performed on the μl reaction volume scale. Then, miRNA amplification reaction was performed, and real-time PCR reaction was carried out quantitatively. For quantitative PCR, TaqMan microRNA Assay kits (Applied Biosystems) for target miRNAs (miR-17, miR-21, miR-221, and miR-375) were used, CFX 384 (Bio-Rad Laboratories, CA, USA). It was quantified using the instrument. The miRNA in each sample was measured repeatedly, and each Ct value was normalized to miR-17 and then scaled to the signal ratio of each Ct value in the exosome population of the HEK293 cell line selected as a control. change) was calculated.

4.3 샘플 내 엑소좀 miRNA 바이오마커 분석4.3 Analysis of exosomal miRNA biomarkers in samples

각 세포주로부터 준비한 엑소좀 모집단, 아집단, 및 차아집단 샘플에 대해 상기한 바와 같이 정의한 3종의 miRNA 간 신호 비율의 변화를 모니터링 하고, 그 결과를 도 24에 나타냈다. 도 24는 전립선 암세포 유래 세포주 배양액의 엑소좀 모집단, CD63+ 아집단, CD62+/CD81+ 차아집단 샘플에 함유된 전립선암 miRNA 바이오마커를 분석한 결과이다. 용이한 비교를 위해, 모든 신호 비율을 대조군으로 선택한 HEK293 세포주의 엑소좀 모집단에서의 각 신호 비율에 대해 스케일링하였고, 이를 기준으로 배수 변화(fold change)를 계산하여 도식하였다. Changes in signal ratios between the three miRNAs defined as described above were monitored for the exosome population, subpopulation, and subpopulation samples prepared from each cell line, and the results are shown in FIG. 24 . 24 shows the results of analyzing prostate cancer miRNA biomarkers contained in exosome population, CD63+ subpopulation, and CD62+/CD81+ subpopulation samples of prostate cancer cell-derived cell line cultures. For easy comparison, all signal ratios were scaled for each signal ratio in the exosome population of the HEK293 cell line selected as a control, and the fold change was calculated and plotted based on this.

우선, miR-21 신호/miR-17 신호 비율의 경우(도 24의 상단 참조), 대조군인 HEK293 세포주 대비 전립선암 세포주 3종 모두 엑소좀 모집단과 아집단 샘플에서 현저히 증가한 반면에 차아집단에서는 증가하지 않거나 측정되지 않았다. 특히, 이러한 배수 증가가 DU145 세포주에서 현저히 나타난 점으로 미루어 miR-21 바이오마커와의 특이 연관성이 있음을 나타내었다. 다른 특이점으로, miR-21은 선택한 모든 세포주의 CD63+/CD81+ 차아집단 엑소좀에서는 측정되지 않았으므로, 엑소좀 차아집단 표면마커와 엑소좀 내 함유된 miRNA 간에 반비례 상관관계가 있는 것으로 예측된다.First of all, in the case of the miR-21 signal/miR-17 signal ratio (see upper part of FIG. 24), all three prostate cancer cell lines compared to the control HEK293 cell line significantly increased in the exosome population and subgroup samples, but did not increase in the subgroup. or not measured. In particular, this fold increase was remarkably observed in the DU145 cell line, indicating a specific association with the miR-21 biomarker. As another peculiarity, since miR-21 was not measured in CD63+/CD81+ subpopulation exosomes of all the selected cell lines, an inverse correlation between exosome subpopulation surface markers and miRNAs contained in exosomes is predicted.

다음으로, miR-221 신호/miR-17 신호 비율의 경우(도 24의 중간 참조), DU145 세포주에서의 신호 비율은 엑소좀 집단에 관계없이 대조군 세포주의 모집단에서와 유사하였다. LNCaP 및 PC3 세포주에서의 신호 비율은 모집단과 아집단에서는 배수 증가가 나타나지 않은 반면에 차아집단 엑소좀에서는 현저히 높게 측정되었다. 이러한 결과는 상기한 miR-21 신호/miR-17 신호 비율의 경우에서와 상반된 현상으로, 엑소좀 차아집단 표면마커와 그 엑소좀 내 함유된 miRNA 간에 비례하는 연관성을 나타내었다. Next, in the case of the miR-221 signal/miR-17 signal ratio (see middle of FIG. 24 ), the signal ratio in the DU145 cell line was similar to that in the control cell line population regardless of the exosome population. Signal ratios in LNCaP and PC3 cell lines showed no fold increase in the population and subpopulation, whereas significantly higher levels were observed in the subpopulation exosomes. This result is opposite to the case of the miR-21 signal/miR-17 signal ratio, and showed a proportional correlation between the exosome subpopulation surface marker and the miRNA contained in the exosome.

마지막으로, miR-375 신호/miR-17 신호 비율의 경우(도 24의 하단 참조), DU145와 LNCaP에서는 대조군에서와 유사하게 모든 엑소좀 샘플에서 배수 증가가 관찰되지 않았지만, PC3 세포주에서는 배수 증가가 관찰되었고 특히 차아집단 샘플에서의 증가가 괄목할만하다. PC3 세포주는 악성도가 비교적 높은 전립선암에서 유래되었으므로, CD63+/CD81+ 차아집단 엑소좀에 함유된 miR-375는 암 진행과 연관된 마커로 이용할 수 있을 것으로 예측된다. 이로부터, 엑소좀 차아집단을 특정 miRNA에 대한 분석 샘플로 이용하면 세포의 종류에 따라 특이한 바이오마커를 선별할 수 있을 것으로 기대된다. Finally, in the case of the miR-375 signal/miR-17 signal ratio (see bottom of Figure 24), no fold increase was observed in all exosome samples in DU145 and LNCaP, similar to the control group, but fold increase was observed in the PC3 cell line. The increase was observed, especially in subpopulation samples. Since the PC3 cell line was derived from prostate cancer with a relatively high degree of malignancy, miR-375 contained in CD63+/CD81+ subpopulation exosomes is expected to be used as a marker associated with cancer progression. From this, it is expected that if the exosome subpopulation is used as an analysis sample for a specific miRNA, a specific biomarker can be selected according to the type of cell.

결국, 본 발명을 이용하여 악성 흑색종 및 전립선암 등 암 질환과 관련있는 엑소좀 차아집단 군들에 존재하는 단백질 및 miRNA 등을 바이오마커로 선택하고 표준화 된 파라미터로 전환하여 분석에 이용하면 각 암 질환 음성 및 양성 샘플에 대해 감별이 가능하고 나아가 암 질환의 조기진단이 가능할 것으로 판단된다. 본 발명에 따르면, 암질환의 종류에 따라 진단판정에 유효한 파라미터 혹은 파라미터들 간 조합이 변화할 수 있는 것으로 예측된다. 참고 사항으로, 도 22 및 도 23의 그래프에서 암 질환 음성 및 양성을 판별하는 각 파라미터 값은 분석조건에 따라 변화될 수 있으므로 값 자체의 절대적인 의미는 없고, 2차원(경우에 따라, 1차원) 파라미터 분석을 통해 얻은 그래프 내 정상인 샘플에 대한 암환자 샘플의 상대적인 분포가 의미가 있다.Eventually, using the present invention, proteins and miRNAs present in exosome subpopulations related to cancer diseases such as malignant melanoma and prostate cancer are selected as biomarkers, converted into standardized parameters, and used for analysis, each cancer disease It is judged that it is possible to discriminate between negative and positive samples, and furthermore, early diagnosis of cancer disease. According to the present invention, it is predicted that a parameter or a combination of parameters effective for diagnosis determination may change depending on the type of cancer disease. For reference, in the graphs of FIGS. 22 and 23, each parameter value for determining whether cancer disease is negative or positive may change according to analysis conditions, so the value itself has no absolute meaning, and is two-dimensional (in some cases, one-dimensional). The relative distribution of cancer patient samples to normal samples in the graph obtained through parameter analysis is meaningful.

이상 본 발명을 구체적인 실시예 및 실험예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples and experimental examples, this is for explaining the present invention in detail, the present invention is not limited thereto, and within the technical spirit of the present invention, those skilled in the art It is clear that modification or improvement is possible by the person.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention belong to the scope of the present invention, and the specific protection scope of the present invention will be clarified by the appended claims.

1: 엑소좀 1a: 질환 관련 엑소좀
1b: 타겟 엑소좀 10: 고정 부재
20: 제1 포획소재 30: 제1 가역적 링커
31a ~ 31d: 리간드 32: 경쟁반응 리간드
33a ~ 33d: 바인더 35a, 35b: 인식소재
40: 제2 포획소재 50: 제2 가역적 링커
m: 분리마커 m1: 제1 분리마커
m2: 제 분리마커 B: 벌크 엑소좀 모집단
S: 엑소좀 아집단 SA: 엑소좀 차아집단
C: 중합체
1: exosome 1a: disease-related exosome
1b: target exosome 10: anchoring member
20: first capture material 30: first reversible linker
31a to 31d: ligand 32: competitive reaction ligand
33a to 33d: binder 35a, 35b: recognition material
40: second capture material 50: second reversible linker
m: separation marker m1: first separation marker
m2: first segregation marker B: bulk exosome population
S: exosome subpopulation SA: exosome hypopopulation
C: polymer

Claims (11)

(a) 정상인군 및 환자군 각각의 체내 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀을 함유하는 엑소좀 모집단 샘플로부터, 소정의 질환과 관련된 타겟 엑소좀을 하부집단으로 분리하여, 상기 타겟 엑소좀의 집단을 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플을 준비하는 단계;
(b) 상기 엑소좀 액체생검 샘플에 함유된 상기 타겟 엑소좀이 가지는 다수의 바이오마커 별로 정량적 신호를 측정하는 단계; 및
(c) 측정된 상기 정량적 신호의 측정값을 기반으로, 다수의 상기 바이오마커 사이의 상관관계에 따라, 상기 정상인군 및 상기 환자군 각각의 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 분석하는 단계;를 포함하고,
상기 (c) 단계는,
다수의 상기 바이오마커 중 어느 하나의 정량적 신호를 기준신호로 하고, 상기 기준신호 대비 나머지 각각의 정량적 신호의 비율로 다수의 파라미터를 설정하는 단계; 및
서로 다른 2개의 상기 파라미터 사이의 상관관계에 따라, 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 분석하는 단계;를 포함하며,
상기 파라미터를 설정하는 단계는,
다수의 상기 바이오마커 중 어느 하나의 상기 정량적 신호를 X축으로 하고, 다른 하나의 상기 정량적 신호를 Y축으로 하는 다수의 XY 좌표계에, 상기 측정값에 따라 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 좌표화하는 단계;
상기 정상인군 및 상기 환자군 각각의 상기 엑소좀 액체생검 샘플의 기울기를 산출하는 단계; 및
상기 정상인군의 상기 엑소좀 액체생검 샘플의 기울기와, 상기 환자군의 상기 엑소좀 액체생검 샘플의 기울기의 차이가 상대적으로 큰 상기 XY 좌표계를 구성하는 상기 바이오마커를 이용해 상기 파라미터를 설정하는 단계;를 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법.
(a) from the exosome population sample containing exosomes secreted from a plurality of cells in the body of each of the normal and patient groups, target exosomes related to a given disease are separated into subpopulations, and the target exosomes population is included Preparing an exosome liquid biopsy sample;
(b) measuring quantitative signals for each of a plurality of biomarkers of the target exosomes contained in the exosome liquid biopsy sample; and
(c) analyzing the exosome liquid biopsy samples of each of the normal group and the patient group according to the correlation between a plurality of biomarkers based on the measured value of the quantitative signal;
In step (c),
Setting a plurality of parameters as a ratio of each of the quantitative signals to the reference signal with a quantitative signal of any one of the plurality of biomarkers as a reference signal; and
Analyzing the exosome liquid biopsy sample according to the correlation between the two different parameters,
Setting the parameters,
Coordinates the exosome liquid biopsy sample according to the measured values in a plurality of XY coordinate systems in which the quantitative signal of any one of the plurality of biomarkers is the X-axis and the quantitative signal of the other is the Y-axis step;
calculating a slope of the exosome liquid biopsy sample of each of the normal group and the patient group; and
setting the parameter using the biomarker constituting the XY coordinate system in which the difference between the slope of the exosome liquid biopsy sample of the normal group and the slope of the exosome liquid biopsy sample of the patient group is relatively large; Exosome liquid biopsy sample analysis method comprising.
청구항 1에 있어서,
상기 (a) 단계는,
상기 소정의 질환과 관련된 제1 타겟 엑소좀이 가지는 제1 분리마커와 특이적으로 결합하는 제1 포획소재를, 제1 가역적 링커를 이용해, 고상(solid state)의 고정 부재에 결합시키는 단계;
상기 엑소좀 모집단 샘플과, 상기 고정 부재에 결합된 상기 제1 포획소재를 반응시켜, 다수의 상기 제1 타겟 엑소좀을 포획함으로써, 상기 제1 타겟 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단을 분리하는 단계; 및
포획된 상기 제1 타겟 엑소좀이 상기 고정 부재에서 분리되도록, 상기 제1 가역적 링커를 해리시켜, 상기 엑소좀 아집단을 회수하는 단계;를 포함하는 엑소좀 액체생검 분석방법.
The method of claim 1,
In step (a),
binding a first capture material that specifically binds to a first separation marker possessed by the first target exosome associated with the predetermined disease to a solid-state fixation member using a first reversible linker;
Separating an exosome subset, which is a group of the first target exosomes, by reacting the exosome population sample with the first capture material coupled to the fixation member to capture a plurality of the first target exosomes step; and
and recovering the exosome subset by dissociating the first reversible linker so that the captured first target exosome is separated from the fixation member.
청구항 2에 있어서,
상기 엑소좀 아집단을 분리하는 단계, 및 상기 엑소좀 아집단을 회수하는 단계 사이에,
자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 상기 제1 타겟 엑소좀이 포획된 상기 고정 부재를 농축하는 단계;를 더 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법.
The method of claim 2,
Between isolating the exosome subset and recovering the exosome subset,
The exosome liquid biopsy sample analysis method further comprising: concentrating the fixing member in which the first target exosomes are captured using at least one of magnetic force, gravity, and centrifugal force.
청구항 2에 있어서,
상기 (a) 단계는,
상기 엑소좀 아집단 내의 제2 타겟 엑소좀이 가지는 제2 분리마커와 특이적으로 결합하는 제2 포획소재를, 상기 고정 부재에 결합시키는 단계; 및
회수된 상기 엑소좀 아집단을 함유하는 엑소좀 아집단 샘플과, 상기 고정 부재에 결합된 상기 제2 포획소재를 반응시켜, 다수의 상기 제2 타겟 엑소좀을 포획함으로써, 상기 제2 타겟 엑소좀의 집단인 엑소좀 차아집단을 분리하는 단계;를 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플 제조방법.
The method of claim 2,
In step (a),
binding a second capture material that specifically binds to a second separation marker possessed by a second target exosome in the exosome subset to the fixing member; and
The second target exosomes are captured by reacting the exosome subgroup sample containing the recovered exosome subgroup with the second capture material coupled to the fixing member to capture a plurality of the second target exosomes A method for preparing an exosome liquid biopsy sample comprising the steps of isolating an exosome subpopulation, which is a group of.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 포획소재를 상기 고정 부재에 결합시키는 단계에서, 상기 제2 포획소재가 제2 가역적 링커에 의해 상기 고정 부재에 결합되고,
포획된 상기 제2 타겟 엑소좀이 상기 고정 부재에서 분리되도록, 상기 제2 가역적 링커를 해리시켜, 상기 엑소좀 차아집단을 회수하는 단계;를 더 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법.
The method of claim 4,
In the step of coupling the second capture material to the fixing member, the second capture material is coupled to the fixing member by a second reversible linker;
The method of analyzing an exosome liquid biopsy sample, further comprising dissociating the second reversible linker so that the captured second target exosomes are separated from the fixation member, and recovering the exosome subpopulation.
청구항 5에 있어서,
상기 엑소좀 차아집단을 분리하는 단계, 및 상기 엑소좀 차아집단을 회수하는 단계 사이에,
자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 상기 제2 타겟 엑소좀이 포획된 상기 고정 부재를 농축하는 단계;를 더 포함하는 엑소좀 액체생검 샘플 분석방법.
The method of claim 5,
Between isolating the exosome subpopulation and recovering the exosome subpopulation,
The exosome liquid biopsy sample analysis method further comprising: concentrating the fixing member in which the second target exosomes are captured using at least one of magnetic force, gravity, and centrifugal force.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 엑소좀 액체생검 샘플을 분석하는 단계는,
다수의 상기 파라미터 중 어느 하나인 제1 파라미터를 X축으로 하고, 다른 하나인 제2 파라미터를 Y축으로 하는 제1 XY 좌표계에, 상기 측정값을 상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터에 대입하여 산출된 파라미터값에 따라 상기 엑소좀 액체생검 샘플을 좌표화하는 단계;
상기 제1 XY 좌표계에서 상기 정상인군의 상기 엑소좀 액체생검 샘플이 분포되는 음성 및 양성 영역을 설정하는 단계; 및
상기 제1 파라미터 및 상기 제2 파라미터 중 적어도 어느 하나가 다른 2개의 상기 파라미터 사이의 상관관계에 따라, 좌표화된 상기 엑소좀 액체생검 샘플 중 상기 음성 또는 양성 영역에 속하는 엑소좀 액체생검 샘플을 재분석하는 단계;를 포함하는 엑소좀 액체생검 분석방법.
The method of claim 1,
The step of analyzing the exosome liquid biopsy sample,
By substituting the measured values into the first parameter and the second parameter in a first XY coordinate system in which one of the plurality of parameters, the first parameter, is the X axis and the other second parameter is the Y axis, Coordinating the exosome liquid biopsy sample according to the calculated parameter value;
setting negative and positive regions in which the exosome liquid biopsy sample of the normal group is distributed in the first XY coordinate system; and
Reanalyzing the exosome liquid biopsy sample belonging to the negative or positive region among the coordinated exosome liquid biopsy samples according to the correlation between the two parameters in which at least one of the first parameter and the second parameter is different Exosome liquid biopsy analysis method comprising the step of doing.
청구항 1에 있어서,
상기 바이오마커는,
상기 엑소좀의 표면에 배열되는 소정의 질환 관련 바이오마커, 및 상기 엑소좀에서 용출되는 소정의 질환 관련 바이오마커 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 엑소좀 액체생검 분석방법.
The method of claim 1,
The biomarker is
An exosome liquid biopsy analysis method comprising at least one of a predetermined disease-related biomarker arranged on the surface of the exosome and a predetermined disease-related biomarker eluted from the exosome.
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