KR20210095312A - Bio probe for detecting or determining wound and method for detecting or determining wound using the same - Google Patents

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허찬영
신동식
강소민
조하나
전다솜
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서울대학교병원
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Abstract

The present invention relates to a bio probe which detects extracellular matrix metalloproteinase (MMP)-2 or MMP-9 in order to detect or determine a cut, and a composition for detecting or determining a cut, comprising the same. The bio probe of the present invention performs rapid diagnosis and easily determines a disease stage in cut diagnosis and management requiring fields, and can be used as a point of care (POC) solution.

Description

창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브 및 이를 이용한 창상의 감지 또는 판정 방법{Bio probe for detecting or determining wound and method for detecting or determining wound using the same}Bio probe for detecting or determining wound and method for detecting or determining wound using the same}

본 발명은 창상의 감지 또는 판정을 위하여, 세포외기질 금속함유 단백분해효소(MMP)를 감지하는 바이오 프로브 및 이를 포함하는 창상의 감지 또는 판정용 조성물 등에 관한 것이다.The present invention relates to a bioprobe for detecting extracellular matrix metal-containing protease (MMP) for detecting or determining a wound, and a composition for detecting or determining a wound comprising the same.

과학과 의학 기술의 발달로 인해 현대 사회의 인간의 삶이 점차 윤택해지고, 평균 수명도 증가하고 있다. 그러나 이러한 변화에 따른 인구 고령화 및 여가 활동의 증가로 인한 안전 사고로 조직 및 장기가 손상되거나 기능이 상실되는 외상 환자 수 역시 증가 하고 있는 추세이다. 특히 일상 생활에서 가장 흔하게 접하게 되는 조직의 손상은 욕창(Skin defect, 만성 피부 창상)을 예로 들 수 있다. Due to the development of science and medical technology, human life in modern society is gradually enriched, and the average lifespan is increasing. However, the number of trauma patients whose tissues and organs are damaged or lose their functions due to safety accidents due to the aging of the population and increase in leisure activities according to these changes is also increasing. In particular, the most common tissue damage in daily life is a skin defect (chronic skin wound).

욕창은 대표적인 피부 질환의 하나로, 지속적이고 반복적인 압박이 주로 뼈의 돌출부에 가해짐으로써 혈액순환 장애로 인한 조직 괴사로 생긴 궤양으로 정의할 수 있으며 침대에 누워서 지내야 하는 와상 환자의 경우에 빈번히 발생되는 질환 중의 하나이다. 욕창은 또한 당뇨병성 동맥 폐색증, 동맥 경화성 동맥 폐색증, 화상 등의 질환 및 사고 등에 의한 손상으로 발생될 수 있으며, 그 특성상 외래를 통한 치료 및 관리가 쉽지 않고, 장기간 입원 환자에서 그 발생 빈도가 높다. 이에 따라 입원기간 및 의료비의 증가는 환자에게 경제적, 심리적 고통을 가중시키므로 하나의 중요한 사회적 건강 문제로 그 중요성이 부각되고 있는 실정이다. Pressure sores are one of the representative skin diseases, and can be defined as ulcers caused by tissue necrosis caused by impaired blood circulation due to continuous and repeated pressure applied mainly to the protrusions of bones. one of the diseases. Bedsores can also be caused by damage caused by diseases such as diabetic arterial occlusion, arteriosclerotic arterial occlusion, burns, etc. Accordingly, the increase in hospitalization period and medical expenses aggravates economic and psychological pain for patients, and thus their importance is being highlighted as an important social health problem.

욕창의 치료 방법은 유발 원인 질환 및 심화 정도에 따라 비수술적 치료인 보존적인 상처 치유와, 피부이식, 극단적으로는 절단 등 수술적 치료가 적용되고 있다. 욕창은 수술이 불가능한 경우가 많고, 수술 이후에도 지속적인 관찰 및 후 처치를 통한 완치 과정이 수반되어야 하나, 욕창 환자의 경우 대부분이 스스로 거동이 어려운 경우가 많기 때문에, 타인에 의한 질환 부위의 처치 및 치료방식의 판단이 필수적이다. 그러나 현재까지 환자 병변부의 창상 정도를 평가하고, 치료 방법을 결정하기 위한 객관적 선택의 지표가 없는 상태이며, 전문의의 시진 또는 촉진이 필수적인 욕창의 진단에 있어 환자의 이동이 용이하지 않은 경우이거나, 응급 처치가 필요한 경우 POC (point-of-care) 솔루션의 필요성이 대두되고 있다. As for the treatment methods for pressure sores, non-surgical conservative wound healing, skin transplantation, and, in the extreme, surgical treatment such as amputation, are applied depending on the cause and severity of the disease. In many cases, surgery is not possible for pressure sores, and even after surgery, a cure process through continuous observation and follow-up treatment is required. judgment is essential. However, until now, there is no indicator of objective selection for evaluating the degree of wounding in the patient's lesion area and determining the treatment method. When treatment is required, the need for a point-of-care (POC) solution is emerging.

다양한 POC 솔루션 중, 화학적 바이오센서는 비용이 저렴하면서도 직관적으로 빠른 시간 내에 정확한 측정을 가능하게 하므로, 외과전문의 뿐만 아니라 외과적 지식이 없는 사람도 쉽게 사용할 수 있다. 더욱이 화학적 POC 바이오센서는 측정 데이터를 원격으로 전송하거나 데이터베이스화 하는데 유리하여 가시성이 높고, 소형 모바일 센서 플랫폼으로의 개발 시 성공 가능성이 높다는 장점이 있다. Among various POC solutions, chemical biosensors are inexpensive and intuitive, enabling accurate measurements in a short time, so that not only surgeons but also people without surgical knowledge can use them easily. Moreover, the chemical POC biosensor has advantages in that it has high visibility because it is advantageous for remotely transmitting or databaseizing measurement data, and has a high probability of success when developing a small mobile sensor platform.

본 발명의 목적은 세포외기질 메탈로프로테아제-2(MMP-2) 또는 세포외기질 메탈로프로테아제-9(MMP-9)의 타겟 펩타이드를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a bioprobe for detecting or determining a wound comprising a target peptide of extracellular matrix metalloprotease-2 (MMP-2) or extracellular matrix metalloprotease-9 (MMP-9).

본 발명의 다른 목적은 상기 바이오프로브를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 조성물 및 이를 포함하는 키트, 바이오칩 또는 바이오 센서를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a composition for detecting or determining a wound comprising the bioprobe, and a kit, biochip or biosensor comprising the same.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 바이오프로브를 이용하여, 창상을 감지 또는 판정하여 창상에 대한 정보를 제공하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of providing information about a wound by detecting or determining a wound by using the bioprobe.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 MMP-2 또는 MMP-9의 타겟 펩타이드를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브를 제공 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a bioprobe for detecting or determining a wound comprising a target peptide of MMP-2 or MMP-9.

본 발명의 일 양태로서, 상기 바이오 프로브는 MMP-2 또는 MMP-9 프로테아제에 대한 타겟(기질) 펩타이드 및 상기 펩타이드와 결합된 표지를 포함 하며, 상기 표지는 본 발명의 바이오 프로브를 검출할 수 있는 분자로서, 종류에 제한되는 것은 아니나, 발광성 분자, 형광색소, 형광성 퀀칭제, 지질, 착색된 분자, 방사성 동위원소, 섬광제, 바이오틴, 아비딘, 스트렙타비딘, 단백질 A, 단백질 G, 항체 또는 이의 단편, 폴리히스티딘, Ni2+, Flag 태그, myc 태그, 중금속, 및 효소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 포함할 수 있다. In one aspect of the present invention, the bioprobe includes a target (substrate) peptide for MMP-2 or MMP-9 protease and a label bound to the peptide, wherein the label is capable of detecting the bioprobe of the present invention. Molecules include, but are not limited to, luminescent molecules, fluorochromes, fluorescent quenchers, lipids, colored molecules, radioactive isotopes, scintillators, biotin, avidin, streptavidin, protein A, protein G, antibody or its It may include any one or more selected from the group consisting of fragments, polyhistidine, Ni2+, Flag tags, myc tags, heavy metals, and enzymes.

본 발명의 다른 양태로서, 상기 바이오프로브는, MMP-2 또는 MMP-9 프로테아제에 대한 타겟(기질) 펩타이드; 상기 타겟 펩타이드에 결합된 형광 발색 물질인 형광 수용체 및 공여체의 복합체로서, 상기 프로타아제에 의한 타겟 펩타이드의 절단시 형광 공명 에너지 전이(Fluorescence Resonance Energy Transfer; FRET)를 나타내는 것이다. In another aspect of the present invention, the bioprobe, a target (substrate) peptide for MMP-2 or MMP-9 protease; A complex of a fluorescent receptor and a donor, which are fluorescent substances bound to the target peptide, and exhibits fluorescence resonance energy transfer (FRET) upon cleavage of the target peptide by the protase.

보다 구체적으로 상기 형광 발색 물질은 형광 단백질일 수 있고, 본 발명의 기술 분야에서 통상 사용되는 것이면 족하며 그 종류에 제한되는 것은 아니나, 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(MGFP), 증강된 녹색 형광 단백질(EGFP), 적색 형광 단백질(RFP), 증강된 적색 형광 단백질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP), 및 증강된 남색 형광 단백질(ECFP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. More specifically, the fluorescent material may be a fluorescent protein, and it is sufficient as long as it is commonly used in the technical field of the present invention and is not limited thereto, but a green fluorescent protein (GFP), a modified green fluorescent protein (MGFP), Enhanced Green Fluorescent Protein (EGFP), Red Fluorescent Protein (RFP), Enhanced Red Fluorescent Protein (ERFP), Blue Fluorescent Protein (BFP), Enhanced Blue Fluorescent Protein (EBFP), Yellow Fluorescent Protein (YFP), Enhanced It may be selected from the group consisting of yellow fluorescent protein (EYFP), indigo fluorescent protein (CFP), and enhanced indigo blue fluorescent protein (ECFP).

또한 상기 형광 발색 물질은 유기 형광 염료일 수 있고, 이는 본 발명의 기술 분야에서 통상 사용되는 것이면 족하며 그 종류에 제한되는 것은 아니나, 플루오레신(fluorescein), 플루오레신 클로로트리아지닐(fluorescein chlorotriazinyl), 로다민 그린(rhodamine green), 로다민 레드(rhodamine red), 테트라메틸로다민 (tetramethylrhodamine), 플루오레세인 이소티오시안산염(FITC, Fluorescein isothiocyanate), 오레곤 그린(Oregon green), 알렉사 플루오로(Alexa Fluor), FAM, VIC, JOE, ROX, HEX, NED, PET, LIZ, 텍사스 레드(Texas Red), TET, TRITC, TAMRA, 시아닌(Cyanine) 계열 염료 및 씨아디카르보시아닌(thiadicarbocyanine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. In addition, the fluorescent material may be an organic fluorescent dye, which is sufficient as long as it is commonly used in the technical field of the present invention and is not limited thereto, but fluorescein, fluorescein chlorotriazinyl ), rhodamine green, rhodamine red, tetramethylrhodamine, fluorescein isothiocyanate (FITC, Fluorescein isothiocyanate), Oregon green, Alexa Fluoro (Alexa Fluor), FAM, VIC, JOE, ROX, HEX, NED, PET, LIZ, Texas Red, TET, TRITC, TAMRA, Cyanine-based dyes and thiadicarbocyanine It may be selected from the group consisting of.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 바이오프로브를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 조성물 및 이를 포함하는 키트, 바이오칩 또는 바이오 센서를 제공한다. In order to achieve another object of the present invention, the present invention provides a composition for detecting or determining a wound comprising the bioprobe, and a kit, biochip or biosensor comprising the same.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 바이오 프로브를 환자의 환부에 직접 또는 시료에 접촉하는 단계; 환부 또는 시료에 포함된 MMP-9 또는 MMP-2에 의한 타겟 펩타이드의 절단에 의해 발생된 형광 공명 에너지 전이를 측정하는 단계를 포함하는, 창상을 감지 또는 판정하여 창상에 대한 정보를 제공하는 방법을 제공한다.In order to achieve another object of the present invention, the present invention comprises the steps of directly contacting the bio-probe to the affected part of the patient or to the sample; A method of providing information about a wound by detecting or determining a wound, comprising measuring a fluorescence resonance energy transfer caused by cleavage of a target peptide by MMP-9 or MMP-2 contained in the affected area or sample to provide.

본 발명의 바이오 프로브는 만성 피부 창상 환자의 환부 또는 삼출물에 포함된 MMP-9 또는 MMP-2 의 존재 및 농도에 따라 바이오 프로브에 포함된 타겟 펩타이드의 절단으로 인해 발생하는 형광 공명 에너지 전이를 통해 창상의 감지 또는 질환의 단계를 간편하게 판정할 수 있는 장점이 있다.The bioprobe of the present invention uses fluorescence resonance energy transfer caused by cleavage of the target peptide contained in the bioprobe according to the presence and concentration of MMP-9 or MMP-2 contained in the lesion or exudate of a chronic skin wound patient. It has the advantage of being able to easily detect the disease or determine the stage of the disease.

도 1은 본 발명의 FRET 펩타이드가 결합된 하이드로겔 어레이의 제작 방법을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 바이오 프로브로 사용되는 펩타이드 복합체의 구조 및 작용 기전을 나타낸 도이다.
도 3은 창상 환자의 환부로부터 채취한 삼출물 시료에 포함된 MMP-2의 농도를 측정한 결과를 나타낸 것으로, A.의 경우 환부로부터 채취한 삼출물을 식염수에 희석한 것, B.는 환부를 덮은 거즈에서 직접 채취된 삼출물을 대상으로 각각의 MMP-2 농도를 측정한 결과이다.
도 4는 창상 환자의 환부로부터 채취한 삼출물 시료에 포함된 MMP-9의 농도를 측정한 결과를 나타낸 것으로, A.의 경우 환부로부터 채취한 삼출물을 식염수에 희석한 것, B.는 환부를 덮은 거즈에서 직접 채취된 삼출물을 대상으로 각각의 MMP-9 농도를 측정한 결과이다.
도 5는 창상 환자의 삼출물 시료를 냉동 보관 후, 이로부터 MMP-2 및 MMP-9의 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 하이드로겔 바이오 센서에 MMP-9을 농도별로 처리한 결과, 나타난 형광의 세기를 나타낸 것이다.
도 7은 하이드로겔 바이오 센서로부터 가시적으로 나타난 형광 세기를 소프트웨어 기반의 방법으로 정량화한 결과이다.
도 8은 본 발명의 하이드로겔 바이오 센서에 MMP-9을 처리하고, 처리 농도 및 시간에 따른 형광 세기를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 하이드로겔 바이오 센서에 환자의 시료를 처리하고, 시간에 따른 형광 세기를 각 질환 단계별로 측정한 결과를 나타낸 것이다.
1 is a diagram showing a method of manufacturing a hydrogel array to which the FRET peptide of the present invention is bound.
2 is a diagram showing the structure and mechanism of action of the peptide complex used as the bioprobe of the present invention.
3 shows the results of measuring the concentration of MMP-2 contained in the exudate sample collected from the wounded patient's affected area. In case of A., the exudate collected from the affected area was diluted with saline, and B. was covered with the affected area. This is the result of measuring the concentration of each MMP-2 on exudates directly collected from gauze.
4 shows the results of measuring the concentration of MMP-9 contained in the exudate sample collected from the wounded patient's affected area. In case of A., the exudate collected from the affected area was diluted with saline, and B. This is the result of measuring the concentration of each MMP-9 on exudates directly collected from gauze.
Figure 5 shows the results of measuring the concentrations of MMP-2 and MMP-9 from the frozen storage of exudate samples from wounded patients.
FIG. 6 shows the intensity of fluorescence as a result of treating the hydrogel biosensor with MMP-9 for each concentration.
7 is a result of quantifying the fluorescence intensity visually displayed from the hydrogel biosensor by a software-based method.
8 shows the results of treating the hydrogel biosensor of the present invention with MMP-9, and measuring the fluorescence intensity according to the treatment concentration and time.
9 shows the results of processing a patient's sample in the hydrogel biosensor of the present invention, and measuring the fluorescence intensity according to time for each disease stage.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 메탈로프로테아제-2 또는 메탈로프로테아제-9의 타겟 펩타이드를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브에 대한 것이다. 본 발명자들은 만성 피부 창상(욕창) 환자의 환부 삼출물로부터 분리되는 다양한 물질 중, 세포외기질 메탈로프로테아제(MMP)의 종류 및 농도에 의해 창상을 감지 혹은 병기를 판정할 수 있다는 사실을 확인하고 본 발명을 완성하였다. The present invention relates to a bioprobe for detecting or determining a wound comprising a target peptide of metalloprotease-2 or metalloprotease-9. The present inventors confirmed the fact that wounds can be detected or staged by the type and concentration of extracellular matrix metalloprotease (MMP) among various substances isolated from the exudate of the affected area of patients with chronic skin wounds (bedsores). The invention was completed.

본 발명의 '창상(wound)'은 상처를 입음으로서, 즉, 피부가 찢기거나 떨어져나가거나 구멍이 나면서 일어나는 상해이며, 증상이나 원인에 따라 화상, 열상, 표피 창상, 만성 피부 창상, 궤양, 외상, 외과적 수술(post-surgical), 출산, 만성 상처(chronic wound), 욕창, 압력성 궤양, 당뇨성 궤양, 피부염(dermatitis)에 의한 손상, 각막 궤양, 각막 상피 박리, 각막염 및 안구건조증으로 인한 손상 등이 포함될 수 있다. 본 발명의 창상은 상기 질환 중 선택되는 하나 이상일 수 있으며, 특히 국소화된 조직 괴사인 압력 궤양(pressure ulcer), 욕창, 만성 피부창상 등을 포함한다. The 'wound' of the present invention is an injury that occurs when the skin is torn, peeled off, or punctured by injury, and depending on the symptoms or cause, burns, lacerations, epidermal wounds, chronic skin wounds, ulcers, trauma , post-surgical, childbirth, chronic wound, pressure ulcer, diabetic ulcer, damage caused by dermatitis, corneal ulcer, corneal epithelial detachment, keratitis and dry eye damage may be included. The wound of the present invention may be one or more selected from the above diseases, and particularly includes localized tissue necrosis, such as pressure ulcers, pressure sores, and chronic skin wounds.

본 발명에서 '세포외기질 메탈로프로테아제(Matrix metalloprotease, MMP)'는 세포외 기질의 분해 시 중심적인 역할을 하는 단백질 분해효소로서, 특히 암세포의 침습, 전이, 염증 등과 관련한 병리학적 진행과 밀접한 관련성을 가진다고 알려져 있다. (Son et al.,) MMP는 현재까지 20여 종(MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-4, MMP-5, MMP-6, MMP-7, MMP-8, MMP-9, MMP-10, MMP-11, MMP-12, MMP-13, MMP-14, MMP-15, MMP-16, MMP-17, MMP-18, MMP-19, MMP-20, MMP-21, MMP-22 및 MMP-23)이 알려져 있고, 본 발명의 바이오 프로브가 탐지하는 MMP는 이에 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 MMP-2 또는 MMP-9 에 대한 기질 특이성을 가지는 펩타이드를 프로브에 포함할 수 있으며, 상기 MMPs를 탐지하여 만성 피부 창상(욕창)을 진단하는 용도로 활용할 수 있다. In the present invention, 'extracellular matrix metalloprotease (Matrix metalloprotease, MMP)' is a proteolytic enzyme that plays a central role in the decomposition of the extracellular matrix, and is particularly closely related to pathological progression related to cancer cell invasion, metastasis, inflammation, etc. is known to have (Son et al. ,) MMP has so far more than 20 species (MMP-1, MMP-2, MMP-3, MMP-4, MMP-5, MMP-6, MMP-7, MMP-8, MMP-9) , MMP-10, MMP-11, MMP-12, MMP-13, MMP-14, MMP-15, MMP-16, MMP-17, MMP-18, MMP-19, MMP-20, MMP-21, MMP -22 and MMP-23) are known, and the MMP detected by the bioprobe of the present invention is not limited thereto, but preferably a peptide having substrate specificity for MMP-2 or MMP-9 may be included in the probe. And, it can be used for the purpose of diagnosing chronic skin wounds (bedsores) by detecting the MMPs.

본 발명의 "바이오 프로브"는, MMP-2 또는 MMP-9 프로테아제에 대한 타겟(기질) 펩타이드, 상기 타겟 펩타이드에 결합된 형광 공여체(donor) 및 형광 수용체(acceptor) 복합체를 포함하며, 상기 MMP-2 또는 MMP-9에 의해 상기의 타겟 펩타이드 절단 시, 형광 공명 에너지 전이((Fluorescence Resonance Energy Transfer; FRET)를 나타내는 것일 수 있다. The "bioprobe" of the present invention includes a target (substrate) peptide for MMP-2 or MMP-9 protease, a fluorescent donor and a fluorescent acceptor complex bound to the target peptide, and the MMP- When the target peptide is cleaved by 2 or MMP-9, it may exhibit fluorescence resonance energy transfer (FRET).

'형광 공명 에너지 전이(Fluorescence Resonance Energy Transfer; FRET)'는 서로 다른 발광 파장대의 두 형광물질 사이에서 발생하는 비방사성(non-radiative) 에너지 전이 현상으로, 여기(excitation)된 상태의 형광 공여체(donor)의 여기 준위 에너지가 형광 수용체(acceptor)로 전달되어 형광 수용체로부터 발광(emission)이 관찰되거나, 형광 공여체의 형광감소가 관찰되는 현상이다. 'Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)' is a non-radiative energy transfer phenomenon that occurs between two fluorescent materials in different emission wavelength bands. ) is a phenomenon in which the excitation level energy of the fluorescence acceptor is transferred to the fluorescence acceptor, and emission from the fluorescence acceptor is observed, or the fluorescence decrease of the fluorescence donor is observed.

본 발명에서 '형광 수용체(acceptor)'는 FRET의 원리 상 타겟 펩타이드와 융합된 형태로 프로브를 구성하며, 외부에서 흡수한 에너지를 전달하는 물질이고, '형광 공여체(donor)'는 외부에서 흡수한 에너지를 전달하는 물질로서, 형광 물질 또는 광원으로부터 빛을 흡수하는 특징을 가진다. In the present invention, the 'fluorescence acceptor' constitutes a probe in a fused form with the target peptide on the principle of FRET, and is a substance that transmits energy absorbed from the outside, and the 'fluorescence donor' is an externally absorbed probe. As a material that transmits energy, it has a characteristic of absorbing light from a fluorescent material or a light source.

상기 형광 수용체/ 공여체의 경우, 그 종류에 제한되는 것은 아니나, 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(modified green fluorescent protein), 증강된 녹색 형광 단백질(enhanced green fluorescent protein; EGFP), 적색 형광 단백질(RFP), 증강된 적색 형광 단백질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP), 및 증강된 남색 형광 단백질(ECFP) 과 같은 형광 단백질 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 플루오레신(fluorescein), 플루오레신 클로로트리아지닐(fluorescein chlorotriazinyl), 로다민 그린(rhodamine green), 로다민 레드(rhodamine red), 테트라메틸로다민(tetramethylrhodamine), 플루오레세인 이소티오시안산염(FITC, Fluorescein isothiocyanate), 오레곤 그린(Oregon green), 알렉사 플루오로(Alexa Fluor), FAM, VIC, JOE, ROX, HEX, NED, PET, LIZ, 텍사스 레드(Texas Red), TET, TRITC, TAMRA, 시아닌(Cyanine) 계열 염료 및 씨아디카르보시아닌(thiadicarbocyanine)와 같은 형광 염료 중에서 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 널리 사용되는 수용체로서 Dabcyl(4-(dimethylaminoazo)benzene-4-carboxylic acid)을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 형광 공여체 / 수용체 FRET 쌍으로, FITC 및 Dabcyl 을 사용하였다. In the case of the fluorescent acceptor / donor, but not limited to the type, green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein (modified green fluorescent protein), enhanced green fluorescent protein (EGFP), red Fluorescent Protein (RFP), Enhanced Red Fluorescent Protein (ERFP), Blue Fluorescent Protein (BFP), Enhanced Blue Fluorescent Protein (EBFP), Yellow Fluorescent Protein (YFP), Enhanced Yellow Fluorescent Protein (EYFP), Indigo Fluorescent Protein (CFP), and a fluorescent protein such as enhanced indigo blue fluorescent protein (ECFP) can be selected and used. In addition, fluorescein, fluorescein chlorotriazinyl, rhodamine green, rhodamine red, tetramethylrhodamine, fluorescein isothiocyanate Acid (FITC, Fluorescein isothiocyanate), Oregon green, Alexa Fluor, FAM, VIC, JOE, ROX, HEX, NED, PET, LIZ, Texas Red, TET, TRITC, TAMRA, a cyanine-based dye, and a fluorescent dye such as thiadicarbocyanine can be selected and used. In addition, Dabcyl (4-(dimethylaminoazo)benzene-4-carboxylic acid) may be used as a widely used acceptor. In an embodiment of the present invention, FITC and Dabcyl were used as the fluorescent donor/acceptor FRET pair.

즉, 본 발명에서는 두 물질(Dabcyl / FITC)이 일정 거리를 유지할 때는 공여체(Donor : FITC)에서 수용체(Acceptor : Dabcyl)로 에너지 전달 현상(FRET)이 일어나기 때문에 특정 자극이 일어나기 전에는 둘 물질은 에너지를 주고 받으며 일정 상태를 유지하지만(FITC 부분에서 Dabcyl로 에너지를 전달), 프로브(Protease)의 반응과 특정 파장의 빛이 조사되면 펩타이드 사이의 절단(Cleavage)이 발생하면서 두 물질의 거리가 멀어지게 되고 거리가 멀어지면서 FRET 현상이 발생하지 않게 되어 여기 된 쪽에서 형광이 발생하는 현상을 이용하였다.That is, in the present invention, when the two substances (Dabcyl / FITC) maintain a certain distance, the energy transfer phenomenon (FRET) from the donor (FITC) to the acceptor (Dabcyl) occurs. Although it maintains a constant state (energy is transferred from the FITC part to Dabcyl), when the probe (Protease) reacts and the light of a specific wavelength is irradiated, cleavage between the peptides occurs and the distance between the two substances is increased. As the distance increases, the FRET phenomenon does not occur, so the phenomenon in which fluorescence occurs at the excited side was used.

또한, 본 발명의 상기 바이오 프로브는 형광 분자의 형광을 소광할 수 있는 '퀀쳐 (quencher)'를 추가로 포함할 수 있다. '퀀쳐'는 빛을 흡수할 수 있는 소광 염료가 사용될 수 있으며, 형광 염료의 최고 흡수 파장의 형광이나 전체 형광 스펙트럼을 포괄할 수 있는 것이면 제한 없이 사용될 수 있다.In addition, the bioprobe of the present invention may further include a 'quencher' capable of quenching the fluorescence of the fluorescent molecule. As the 'quencher', a quenching dye capable of absorbing light may be used, and as long as it can cover the entire fluorescence spectrum or fluorescence of the highest absorption wavelength of the fluorescent dye, it may be used without limitation.

본 발명의 "타겟 펩타이드"는 본 발명의 MMP-2 또는 MMP-9이 인식하여 절단하는 펩타이드로서, MMP-2 또는 MMP-9이 인식하여 절단할 수 있는 어떠한 염기 또는 아미노산 서열도 포함될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에서는 서열번호 1의 아미노산 서열(Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys-Cys-)로 이루어진 펩타이드를 포함하는 바이오 프로브를 사용하였다. The "target peptide" of the present invention is a peptide recognized and cleaved by MMP-2 or MMP-9 of the present invention, and may include any base or amino acid sequence capable of being recognized and cleaved by MMP-2 or MMP-9. In an embodiment of the present invention, a bioprobe including a peptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 (Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys-Cys-) was used.

본 발명의 일 실시예에서 상기 '바이오 프로브'는 MMP-2 또는 MMP-9 프로테아제에 대한 타겟(기질) 펩타이드, 상기 타겟 펩타이드에 결합된 형광 공여체/수용체 복합체가 마이크로 패터닝된 하이드로겔의 유리된 말레이미드 그룹(MAL)과 결합하며, 복합체가 하이드로겔 표면에 접합된 형태로 존재하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the 'bio probe' is a target (substrate) peptide for MMP-2 or MMP-9 protease, and a fluorescent donor/acceptor complex bound to the target peptide is micro-patterned free male of the hydrogel. It binds to the mid group (MAL), and the complex may exist in a form conjugated to the surface of the hydrogel.

상기 하이드로겔은 하나 이상의 단량체로 이루어진 가교 결합된 네트워크 형태의 고분자 중합체로서, 그 종류에 제한되는 것은 아니며, 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴산(polyacylic acid)와 같은 합성 고분자 또는 히알루론산, 키토산, 덱스트란과 같은 천연 고분자를 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 PEG 하이드로겔을 선택하여 사용하였으며, 이는 단백질 및 세포의 비특이적 결합을 감소시키는 공지된 생체 적합성 지지체로서, 바이오 센서 및 조직 공학의 기본 물질로서 널리 사용되고 있다. The hydrogel is a cross-linked network-type high molecular polymer composed of one or more monomers, and is not limited to the type thereof, and includes polyethylene glycol (PEG), polyacrylamide, polyacrylic acid and The same synthetic polymer or natural polymer such as hyaluronic acid, chitosan, or dextran can be selected and used. In an embodiment of the present invention, a PEG hydrogel was selected and used, which is a known biocompatible scaffold that reduces non-specific binding of proteins and cells, and is widely used as a basic material for biosensors and tissue engineering.

본 발명의 일 실시예에서 상기 바이오 프로브는, 타겟 펩타이드가 절단되기 전에는 수용체/ 공여체가 서로 일정한 거리를 유지하면서 수용체인 FITC가 공여체인 Dabcyl로 에너지를 전달하는 상태를 유지한다. 그러나, MMP-2 또는 MMP-9가 존재하는 조건에서, 특정 파장의 빛을 조사하면, 이에 따라 타겟 펩타이드가 절단 되고, FITC와 Dabcyl 사이의 거리가 멀어지면서 FRET 현상이 더 이상 발생하지 않게 되어, 여기된 쪽에서 형광이 발생하게 된다. In one embodiment of the present invention, in the bioprobe, before the target peptide is cleaved, the acceptor/donor maintains a constant distance from each other while maintaining a state in which the acceptor FITC transfers energy to the donor Dabcyl. However, in the presence of MMP-2 or MMP-9, when light of a specific wavelength is irradiated, the target peptide is cleaved accordingly, and as the distance between FITC and Dabcyl increases, the FRET phenomenon does not occur anymore, Fluorescence is generated from the excited side.

보다 구체적으로 이를 설명하면, 상기 타겟 펩타이드는 '-Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys-Cys-'로서, 이를 포함하는 바이오 프로브는 'Dabcyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys(FITC)-Cys-'로 표시될 수 있다. 상기 펩타이드 서열 중, 'Cys-'이 하이드로겔의 유리된 MAL 그룹에 티올(Thiol) 공유 결합으로 연결되어 있는 상태이다. 즉, Dabcyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys(FITC)-Cys-MAL-Group-하이드로겔 구조에서 특정 파장에 노출되었을 때 -Gly-Met- 의 펩타이드 결합이 끊어지면서 형광이 발생하게 된다. 본 연구에서 Dabcyl-Gly-Pro-Leu-Gly- 은 수용체로 작용하며(Acceptor), -Met-Trp-Ser-Arg-Lys(FITC)-Cys은 공여체(Donor)로 작용한다. 본 발명의 일 실시예에서 바이오 프로브의 형광 세기 측정 시 사용한 여기 파장은 469±35 nm 이며 발광 파장은 525±39 nm로 발광 시 초록색의 형광을 나타내었다. 측정은 GFP(Green Fluorescent Protein) 파장을 측정할 수 있는 렌즈를 이용하였으며, 형광 세기 증가를 측정할 수 있는 것이면 종류에 제한되는 것은 아니다.More specifically, the target peptide is '-Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys-Cys-', and the bioprobe including it is 'Dabcyl-Gly-Pro-Leu'. -Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys(FITC)-Cys-'. Among the peptide sequences, 'Cys-' is linked to the free MAL group of the hydrogel by a thiol covalent bond. That is, when exposed to a specific wavelength in the Dabcyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys(FITC)-Cys-MAL-Group-hydrogel structure, the peptide bond of -Gly-Met- As it breaks, fluorescence is generated. In this study, Dabcyl-Gly-Pro-Leu-Gly- acts as an acceptor (Acceptor), and -Met-Trp-Ser-Arg-Lys(FITC)-Cys acts as a donor. In an embodiment of the present invention, the excitation wavelength used for measuring the fluorescence intensity of the bio-probe was 469±35 nm, and the emission wavelength was 525±39 nm, indicating green fluorescence upon light emission. The measurement was performed using a lens capable of measuring a GFP (Green Fluorescent Protein) wavelength, and the type is not limited as long as it can measure an increase in fluorescence intensity.

상기 프로브에 MMP-2 또는 MMP-9을 추가하고, 469±35 nm의 빛을 조사하면, '-Gly-Met-' 사이의 펩타이드 결합이 끊어지면서 상기 타겟 펩타이드가 각각 'Dabcyl-Gly-Pro-Leu-Gly-'및 'Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys(FITC)-Cys-'으로 절단된다. 이 때, 여기된 FITC 쪽에서 형광이 증가하게 되고, 발광 파장은 525±39 nm로 발광 시 초록색의 형광을 나타내었다. 형광은 MMP-2 또는 MMP-9의 농도가 높아질수록, 그 세기가 강해지는 것을 확인하였다.When MMP-2 or MMP-9 is added to the probe and irradiated with light of 469±35 nm, the peptide bond between '-Gly-Met-' is broken and the target peptide is 'Dabcyl-Gly-Pro-' Leu-Gly-' and 'Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys(FITC)-Cys-'. At this time, the fluorescence was increased at the excited FITC side, and the emission wavelength was 525±39 nm, showing green fluorescence when emitted. It was confirmed that the intensity of fluorescence increases as the concentration of MMP-2 or MMP-9 increases.

본 발명의 다른 양태로서, 본 발명은 상기 바이오 프로브를 유효성분으로 포함하는 창상 감지 또는 판정용 조성물을 제공한다. As another aspect of the present invention, the present invention provides a composition for detecting or determining a wound comprising the bio-probe as an active ingredient.

상기 조성물은 바이오칩, 키트, 바이오 센서 등의 형태로 제작되어 창상의 감지 또는 질환의 단계를 판정하는데 사용될 수 있다. The composition may be manufactured in the form of a biochip, a kit, a biosensor, etc. and used to detect a wound or determine the stage of a disease.

본 발명의 또 하나의 다른 양태로서, 본 발명은 상기 바이오 프로브를 환자의 환부 또는 시료에 접촉하는 단계; 환부 또는 시료에 포함된 MMP-9 또는 MMP-2에 의한 타겟 펩타이드의 절단에 의해 발생된 형광 공명 에너지 전이를 측정하는 단계를 포함하는, 창상을 감지 또는 판정하여 창상에 대한 정보를 제공하는 방법을 제공한다. As another aspect of the present invention, the present invention provides a method comprising: contacting the bio-probe to a patient's lesion or sample; A method of providing information about a wound by detecting or determining a wound, comprising measuring a fluorescence resonance energy transfer caused by cleavage of a target peptide by MMP-9 or MMP-2 contained in the affected area or sample to provide.

본 발명의 '시료'는 분석하고자 하는 MMP-2 또는 MMP-9을 포함하거나, 포함하는 것으로 추정되어 분석이 시행될 물질을 말하며, 생물학적 시료일 수 있다. 상기 생물학적 시료는 이에 제한되는 것은 아니나, 조직, 세포, 전혈, 혈청, 혈장, 조직 부검 시료(피부, 림프절, 척수, 뇌 등), 세포 배양 상등액, 파열된 진핵세포 또는 세균 발현계 등이 포함될 수 있다. 특히 본 발명은 창상 환자의 진단 및 질환 정도를 판정하는 용도로 사용하므로, 상기 시료는 창상 환자의 환부로부터 유래된 삼출물(혈액, 림프액 등)일 수 있다. The 'sample' of the present invention refers to a material to be analyzed that contains or is estimated to contain MMP-2 or MMP-9 to be analyzed, and may be a biological sample. The biological sample may include, but is not limited to, tissue, cells, whole blood, serum, plasma, tissue autopsy sample (skin, lymph node, spinal cord, brain, etc.), cell culture supernatant, ruptured eukaryotic cell or bacterial expression system, etc. there is. In particular, since the present invention is used for diagnosing a wounded patient and determining the degree of disease, the sample may be an exudate (blood, lymph, etc.) derived from the wounded patient.

구체적으로, 상기 창상에 대한 정보를 제공하는 방법은 환자의 환부로부터 유래된 시료 중의 MMP-2 또는 MMP-9의 활성을 분석하는 것에 기반을 두고 있으며, 형광 단백질 또는 유기 형광 염료 등의 세기를 형광 분석장치 등으로 측정함으로써 수행되며, 상기 형광 분석장치는 당업계에서 사용되는 것이면 어떤 것이든 선택하여 사용할 수 있다. Specifically, the method for providing information on the wound is based on analyzing the activity of MMP-2 or MMP-9 in a sample derived from the patient's lesion, and fluorescence intensity of a fluorescent protein or organic fluorescent dye. It is carried out by measuring with an analyzer or the like, and the fluorescence analyzer may be selected and used as long as it is used in the art.

이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to describe the present specification in detail. However, the embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not to be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more completely explain the present specification to those of ordinary skill in the art.

실시예 1. 시료 수집 Example 1. Sample Collection

만성 피부 창상(욕창) 환자의 삼출물(인체 유래물)을 획득하기 위하여, 분당 서울대학교병원 생명윤리심의위원회의 심사를 통해 승인(IRB No. : B-1805-468-305) 후, 연구를 진행하였다. 피험자의 보호를 위하여 인체 유래물 제공 동의를 위한 설명서 및 동의서 작성 후, 환자의 환부로부터 삼출물(시료)을 채취하였다. 보다 많은 삼출물을 채취하기 위하여, NPUAP(National Pressure Ulcer Advisory Pane)의 stage 3 의 20~80대 압력 궤양 환자를 대상으로 병변 부위로부터 삼출물을 채취하였다. 채취한 환자의 연령 및 성별은 아래 표 1에 표시한 바와 같다. In order to obtain exudates (human derivatives) from chronic skin wounds (bedsores), the research is conducted after approval (IRB No.: B-1805-468-305) by the Bioethics Review Committee of Seoul National University Bundang Hospital. did. For the protection of the subject, the exudate (sample) was collected from the patient's affected area after the written instructions and consent form for consent to the provision of human materials were prepared. In order to collect more exudates, exudates were collected from the lesion site in patients with pressure ulcers in their 20s and 80s in stage 3 of the National Pressure Ulcer Advisory Pane (NPUAP). The age and gender of the collected patients are shown in Table 1 below.

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대상이 되는 NPUAP stage 3 환자는 넓고 깊은 피부 전체 두께의 손실이 유발된 궤양을 포함하고 있으며, 피하 조직층으로 확장되고 있는 단계이다., 상처 부위를 10mL 식염수로 세척한 후, 삼출물을 수집하고, 환자의 상처 부위를 덮었던 거즈에 흡수된 삼출물을 수집하여, 두 가지 샘플로부터 MMP-2 또는 MMP-9의 발현 수준을 측정하였다. The target NPUAP stage 3 patient contains an ulcer that has caused a loss of wide and deep skin thickness and is expanding to the subcutaneous tissue layer. After washing the wound with 10mL saline, the exudate is collected, and the patient The exudate absorbed in the gauze that covered the wound area was collected, and the expression level of MMP-2 or MMP-9 was measured from the two samples.

실시예 2. 바이오 프로브의 제작 Example 2. Preparation of bioprobes

2-1. 하이드로겔 마이크로웰 제작2-1. Hydrogel microwell fabrication

폴리에틸렌 글리콜(PEG) 하이드로겔을 이용하여 본 발명의 바이오 프로브를 제작하였다. 기능성 하이드로겔 조성 및 이의 마이크로패터닝 방법은 공지된 문헌(son et al, Anal Chem. 2013 December 17; 85(24): 11893-11901)에 기재된 방법에 따라 제조 되었다. PEG-DA 및 Acryl-PEG-Mal의 UV-개시 중합에 의해 하이드로 겔고리 (내경 100 μm, 외경 200 μm)를 제조 하였다. 20 %(v/v) PEG-DA (MW 700), 40 %(v/v) PEG (MW 200), 10 %(v/v)의 20 mM Acryl-PEG-Mal과 1% Irgacure 2959를 탈 이온수에서 용해시켜 기능성 하이드로 겔을 위한 모노머 용액을 제조 하였다. 모노머 용액을 실란 처리된 유리에 로딩한 다음 커버 글래스 (24*30*0.13 mm)로 덮고 균일 한 모노머 용액 층을 생성 하였다. 슬라이드는 365nm UV 광원(80mW/cm2; OmniCure Series 1000, Lumen Dynamics Group, Lumen Dynamics Group, Luman Dynamics Group, Lusion Dynamics Group, Canada 온타리오, 캐나다)에 의해 1.5 초 동안 포토 마스크를 통해 조사되었고, 탈 이온수로 세척된 후, 질소 가스를 사용하여 건조되었다. The bioprobe of the present invention was prepared using a polyethylene glycol (PEG) hydrogel. The functional hydrogel composition and its micropatterning method were prepared according to the method described in the known literature (son et al, Anal Chem. 2013 December 17; 85(24): 11893-11901). Hydrogel rings (inside diameter 100 μm, outside diameter 200 μm) were prepared by UV-initiated polymerization of PEG-DA and Acryl-PEG-Mal. Dehydrate 20% (v/v) PEG-DA (MW 700), 40% (v/v) PEG (MW 200), 10% (v/v) 20 mM Acryl-PEG-Mal and 1% Irgacure 2959 Monomer solutions for functional hydrogels were prepared by dissolving them in ionized water. The monomer solution was loaded onto the silane-treated glass and then covered with a cover glass (24*30*0.13 mm) to create a uniform monomer solution layer. Slides were irradiated through a photomask for 1.5 s by a 365 nm UV light source ( 80 mW/cm 2 ; OmniCure Series 1000, Lumen Dynamics Group, Lumen Dynamics Group, Luman Dynamics Group, Lusion Dynamics Group, Ontario, Canada), followed by deionized water. After washing with nitrogen gas, it was dried.

2-2 타겟 펩타이드와 하이드로겔의 접합 2-2 Conjugation of target peptide and hydrogel

MMP-2 또는 MMP-9에 대한 기질 특이성을 가지는 타겟 펩타이드 서열로서, Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys-Cys (GPLGMWSRKC) 서열의 펩타이드(GL Biochem, Shanghai, China)에 FRET 수용체/공여체 쌍으로서 FITC 및 DABCYL을 결합시켜, 펩타이드 융합체를 제조하였다 (Dabcyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys (FITC)- Cys-). 상기 펩타이드를 2-1.에서 제조된 하이드로겔과 함께 배양하였다. 하이드로겔 상의 유리된 MAL기(Maleimide group)와 상기 펩타이드의 Cystein기가 서로 티올 공유결합으로 결합하여, 하이드로겔 표면에 상기 펩타이드 융합체가 고정된 형태의 하이드로겔 마이크로 어레이를 제작하였다. As a target peptide sequence having substrate specificity for MMP-2 or MMP-9, a peptide of the Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys-Cys (GPLGMWSRKC) sequence (GL Biochem, Shanghai, China) ) to FITC and DABCYL as a FRET acceptor/donor pair to prepare a peptide fusion (Dabcyl-Gly-Pro-Leu-Gly-Met-Trp-Ser-Arg-Lys (FITC)-Cys-). The peptide was incubated with the hydrogel prepared in 2-1. The free MAL group (Maleimide group) on the hydrogel and the Cystein group of the peptide were bonded to each other by a thiol covalent bond to prepare a hydrogel microarray in which the peptide fusion was fixed on the surface of the hydrogel.

상기 제조 과정을 도 1 및 도 2에 도시하였다. The manufacturing process is shown in FIGS. 1 and 2 .

실시예 3. ELISA를 통한 MMP의 발현 수준 확인Example 3. Confirmation of the expression level of MMP through ELISA

3-1. MMP-2의 발현 수준 확인 3-1. Confirmation of expression level of MMP-2

ELISA 방법을 이용하여 실시예 2에서 제작한 타겟 펩타이드를 이용하여 실시예 1로부터 채취한 시료에 포함되어 있는 MMP-2의 발현 수준을 확인하였다.The expression level of MMP-2 contained in the sample collected from Example 1 was confirmed using the target peptide prepared in Example 2 using the ELISA method.

먼저, PBS 용액에 녹인 MMP 일차 항체를 4

Figure pat00002
에서 밤새 인큐베이션하여 면역 플레이트 상에 고정시켰다. 1차 항체를 코팅시킨 플레이트를 PBS, 0.1 % Tween 20 (PBST)으로 1회 세척하고, 200㎕의 블로킹 용액 (PBS, 2 % BSA, 0.02 % NaN3)을 2시간 동안 실온에서 처리하였다. 삼출물을 코팅된 플레이트에 첨가하고 실온에서 2시간 동안 인큐베이션 하였다. PBST로 플레이트를 3회 세척한 후, 0.1 % BSA로 희석된 MMP 이차 항체를 첨가하고 플레이트를 1시간 30분 동안 인큐베이션 하였다. 이어서, 플레이트를 PBST로 3회 세척하고 PBS에 희석된 스트렙타비딘 퍼옥시다제 (0.3μg/ml) 100 ul를 처리하였다. PBST로 3회 세척 후, 효소 반응 발색을 위해 100 μl의 TMB 용액을 첨가 후 100 μl의 1M H2SO4를 첨가하여 중단시켰다. 흡광도는 450nm에서의 마이크로 플레이트 리더를 사용하여 검출하였다.First, MMP primary antibody dissolved in PBS solution was
Figure pat00002
It was incubated overnight and fixed on an immunoplate. The plate coated with the primary antibody was washed once with PBS, 0.1 % Tween 20 (PBST), and 200 μl of a blocking solution (PBS, 2 % BSA, 0.02 % NaN 3 ) was treated at room temperature for 2 hours. The exudate was added to the coated plate and incubated at room temperature for 2 hours. After washing the plate 3 times with PBST, an MMP secondary antibody diluted with 0.1% BSA was added and the plate was incubated for 1 hour and 30 minutes. Then, the plate was washed 3 times with PBST and treated with 100 ul of streptavidin peroxidase (0.3 μg/ml) diluted in PBS. After washing 3 times with PBST, 100 μl of TMB solution was added for enzymatic color development, and then 100 μl of 1M H 2 SO 4 was added to stop it. Absorbance was detected using a microplate reader at 450 nm.

그 결과, 도 3 A에서 보듯이, 환부로부터 유래한 삼출물을 식염수로 희석하여 측정한 경우 상처의 심화 정도에 따라 각각 0.63, 0.84, 0.40 및 3.80 ng/mL의 농도로 MMP_2 가 검출되었다. 또한, 도 3B에 나타난 바와 같이, 삼출물이 흡수된 거즈에서 직접 채취한 샘플의 경우에는, 1.90, 4.89, 1.25 및 22.19 ng / mL의 농도로 각각 측정되었다. 직접 측정한 경우와 희석하여 측정한 경우 모두 농도의 차이는 있으나, 질환의 정도를 판정하는 것에는 동일한 효과가 있음을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 3A , when the exudate derived from the affected area was diluted with saline and measured, MMP_2 was detected at concentrations of 0.63, 0.84, 0.40, and 3.80 ng/mL, respectively, depending on the severity of the wound. In addition, as shown in FIG. 3B , in the case of a sample directly taken from the gauze in which the exudate was absorbed, concentrations of 1.90, 4.89, 1.25 and 22.19 ng / mL were measured, respectively. Although there was a difference in concentration in both the case of direct measurement and the case of dilution measurement, it was confirmed that there was the same effect in determining the degree of disease.

3-2. MMP-9의 발현 수준 확인 3-2. Confirmation of expression level of MMP-9

상기 3-1과 동일하게, ELISA 방법을 이용하여 실시예 2에서 제작한 타겟 펩타이드를 이용하여 실시예 1로부터 채취한 시료에 포함되어 있는 MMP-9의 발현 수준을 확인하였다In the same manner as in 3-1, the expression level of MMP-9 contained in the sample collected from Example 1 was confirmed using the target peptide prepared in Example 2 using the ELISA method.

그 결과, 도 4A에서 보듯이 환부로부터 유래한 삼출물을 식염수로 희석하여 측정한 경우 상처의 심화 정도에 따라 각각 0.63, 2.75, 19.13 및 32.82 ng/mL의 농도로 검출되었으며, 도 4B 에 나타난 바와 같이, 삼출물이 흡수된 거즈에서 직접 채취한 샘플의 경우에는, 7.55, 7.84, 278.22 및 2987.30 ng/mL의 농도로 각각 측정되었다. As a result, as shown in FIG. 4A, when the exudate derived from the affected area was diluted with saline and measured, concentrations of 0.63, 2.75, 19.13, and 32.82 ng/mL were detected, respectively, depending on the degree of wound deepening, as shown in FIG. 4B. , in the case of samples taken directly from the gauze in which the exudate was absorbed, the concentrations were 7.55, 7.84, 278.22 and 2987.30 ng/mL, respectively.

상기 결과로부터, MMP-9은 창상의 단계 및 심화 정도에 따라서 발현량이 현저히 비례함을 확인하였으며, 특히 MMP-2의 발현량보다 1배 내지 100배 까지 발현량이 증가된다는 점을 확인하였다. From the above results, it was confirmed that the expression level of MMP-9 was remarkably proportional to the stage and severity of the wound, and in particular, it was confirmed that the expression level of MMP-2 was increased by 1 to 100 times than that of MMP-2.

3-3. 냉동된 시료로부터 MMP-2 및 MMP-9의 발현 수준 확인 3-3. Confirmation of expression levels of MMP-2 and MMP-9 from frozen samples

상기 채취된 시료를 각각 동결 보존 후, 상기 3-1 및 3-2와 동일한 방법으로 냉동 보존 전후의 MMP-2, MMP-9의 농도를 측정하였다. 그 결과, 도 5에서 보듯이 환자의 삼출물을 희석한 것과 희석하지 않고 직접 채취한 시료 모두 냉동 보관 후에도 MMP-2 및 MMP-9의 발현량이 보존되는 것을 확인되었다. After cryopreserving each of the collected samples, the concentrations of MMP-2 and MMP-9 before and after cryopreservation were measured in the same manner as in 3-1 and 3-2. As a result, as shown in FIG. 5 , it was confirmed that the expression levels of MMP-2 and MMP-9 were preserved even after freezing storage in both diluted and undiluted samples of the exudate of the patient.

실시예 4. 형광 기반 마이크로패터닝 하이드로겔 바이오센서를 통한 MMP-9의 발현 수준 확인Example 4. Confirmation of expression level of MMP-9 through fluorescence-based micropatterning hydrogel biosensor

상기 실시예 2에서 제조한 하이드로겔 바이오센서를 이용하여, MMP-9의 농도에 따른 형광 세기의 변화를 측정하였다. Using the hydrogel biosensor prepared in Example 2, the change in fluorescence intensity according to the concentration of MMP-9 was measured.

제작된 하이드로겔 바이오 센서에, MMP-9을 작업 완충액 (50 mM Tris-HCl, 1 mM CaCl2, 및 0.05 % Triton X-100; pH 7.5)에 용해하여 각각 0, 0.16, 0.31, 1.25, 2.5, 5 ㎍/ml 의 농도로 각각 20분간 처리하였으며, 형광의 세기를 형광 현미경(Lionheart FX fluorescence microscope (BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT, USA)을 사용하여 측정하였다. 측정 시 여기 파장은 469±35 nm 이며 발광 파장은 525±39 nm로 발광 시 초록색 형광을 나타낸다. 상기 측정에 대한 이미지 분석은 ZEN 소프트웨어(Carl Zeiss Microscopy, Jena, Germany)를 이용하여 하이드로젤 각각의 형광을 시간 별로 측정하였다. In the prepared hydrogel biosensor, MMP-9 was dissolved in working buffer (50 mM Tris-HCl, 1 mM CaCl2, and 0.05% Triton X-100; pH 7.5) to obtain 0, 0.16, 0.31, 1.25, 2.5, Each was treated at a concentration of 5 μg/ml for 20 minutes, The intensity of fluorescence was measured using a fluorescence microscope (Lionheart FX fluorescence microscope (BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT, USA). When measured, the excitation wavelength is 469±35 nm and the emission wavelength is 525±39 nm. Green fluorescence is indicated For the image analysis for the measurement, the fluorescence of each hydrogel was measured over time using ZEN software (Carl Zeiss Microscopy, Jena, Germany).

그 결과, 도 6 및 도 7에서 보듯이, MMP-9의 농도에 따라, 바이오 센서의 형광 세기가, 농도에 비례하여 증가하는 것을 확인하였다. As a result, as shown in FIGS. 6 and 7 , it was confirmed that, according to the concentration of MMP-9, the fluorescence intensity of the biosensor increased in proportion to the concentration.

또한, 처리 시간에 따른 형광의 세기를 관찰하기 위하여, MMP-9을 상기 바이오 센서에 처리한 후, 10분 간격으로 60분 간 형광 세기를 측정하였다. 그 결과, 도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 하이드로겔 바이오 센서를 MMP-9 과 함께 배양하였을 때 형광 세기가 증가하다가 일정 시간(20분)에 이르러 포화되는 현상을 확인할 수 있었다. In addition, in order to observe the intensity of fluorescence according to the treatment time, after treating the biosensor with MMP-9, the fluorescence intensity was measured for 60 minutes at 10-minute intervals. As a result, as shown in FIG. 8, when the hydrogel biosensor of the present invention was incubated with MMP-9, it was confirmed that the fluorescence intensity increased and then saturated at a certain time (20 minutes).

또한, 상기 하이드로겔 바이오 센서를 실시예 1에서 채취한 환자의 삼출물 샘플과 함께 인큐베이션 하여, 동일한 방법으로 시간에 따른 형광의 세기를 측정하였다. 그 결과, 도 9와 같이, 실제 욕창 환자의 삼출물 샘플을 처리한 경우, 형광 세기가 시간이 경과함에 따라 증가되어, 포화 상태에 이르는 것을 확인할 수 있었다. 포화 상태에 이르는 시간은 질환의 정도에 따라 상이하였으나, 욕창 환자의 샘플 대부분이 본 발명의 바이오 센서의 형광 세기를 증가시키는 것을 확인할 수 있었다. 다만 실제 환자의 삼출물을 적용시, 병기가 오래될수록 MMP-9 이외의 다른 물질이 측정 결과에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다.In addition, the hydrogel biosensor was incubated with the exudate sample of the patient collected in Example 1, and the intensity of fluorescence over time was measured in the same manner. As a result, as shown in FIG. 9 , when an exudate sample of an actual pressure ulcer patient was treated, the fluorescence intensity increased over time, and it was confirmed that the saturation state was reached. The time to reach the saturation state was different depending on the severity of the disease, but it was confirmed that most of the samples of bedsore patients increased the fluorescence intensity of the biosensor of the present invention. However, when the exudate of the actual patient is applied, it was confirmed that substances other than MMP-9 may affect the measurement results as the stage becomes longer.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to preferred embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

Claims (17)

메탈로프로테아제-2(MMP-2) 또는 메탈로프로테아제-9(MMP-9)의 타겟 펩타이드를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
A bioprobe for detecting or determining a wound comprising a target peptide of metalloprotease-2 (MMP-2) or metalloprotease-9 (MMP-9).
제1항에 있어서, 상기 바이오 프로브는 검출가능한 표지를 더 포함하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
The bio-probe for detecting or determining a wound according to claim 1, wherein the bio-probe further comprises a detectable label.
제 2항에 있어서, 상기 검출가능한 표지는 발광성 분자, 화학 발광성 분자, 형광색소, 형광성 퀀칭제, 지질, 착색된 분자, 방사성 동위원소, 섬광제, 바이오틴, 아비딘, 스트렙타비딘, 단백질 A, 단백질 G, 항체 또는 이의 단편, 폴리히스티딘, Ni2+, Flag 태그, myc 태그, 중금속, 및 효소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
3. The method of claim 2, wherein the detectable label is a luminescent molecule, a chemiluminescent molecule, a fluorochrome, a fluorescent quencher, a lipid, a colored molecule, a radioactive isotope, a scintillator, biotin, avidin, streptavidin, protein A, protein G, antibody or fragment thereof, polyhistidine, Ni2+, Flag tag, myc tag, heavy metal, and a bioprobe for wound detection or determination, characterized in that at least one selected from the group consisting of enzymes.
제1항에 있어서, 상기 바이오프로브는 상기 타겟 펩타이드에 결합된 형광 발색 물질인 형광 수용체 및 공여체의 복합체를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
The bioprobe for detecting or determining a wound according to claim 1, wherein the bioprobe comprises a complex of a donor and a fluorescent acceptor, which is a fluorescent substance bound to the target peptide.
제 4항에 있어서, 상기 형광 발색 물질은 형광 단백질 또는 유기형광 염료 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
[Claim 5] The bio-probe for detecting or judging a wound according to claim 4, wherein the fluorescent material is selected from a fluorescent protein and an organic fluorescent dye.
제5항에 있어서 상기 형광 단백질은 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(MGFP), 증강된 녹색 형광 단백질(EGFP), 적색 형광 단백질(RFP), 증강된 적색 형광 단백질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP), 및 증강된 남색 형광 단백질(ECFP)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
The method of claim 5, wherein the fluorescent protein is green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein (MGFP), enhanced green fluorescent protein (EGFP), red fluorescent protein (RFP), enhanced red fluorescent protein (ERFP), consisting of blue fluorescent protein (BFP), enhanced blue fluorescent protein (EBFP), yellow fluorescent protein (YFP), enhanced yellow fluorescent protein (EYFP), indigo fluorescent protein (CFP), and enhanced indigo blue fluorescent protein (ECFP) A bioprobe for detecting or judging a wound, characterized in that at least one selected from the group.
제5항에 있어서, 상기 유기형광 염료는 플루오레신(fluorescein), 플루오레신 클로로트리아지닐(fluorescein chlorotriazinyl), 로다민 그린(rhodamine green), 로다민 레드(rhodamine red), 테트라메틸로다민(tetramethylrhodamine), 플루오레세인 이소티오시안산염(FITC, Fluorescein isothiocyanate),오레곤 그린(Oregon green), 알렉사 플루오로(Alexa Fluor), FAM, VIC, JOE, ROX, HEX, NED, PET, LIZ, 텍사스레드(Texas Red), TET, TRITC, TAMRA, 시아닌(Cyanine) 계열 염료 및 씨아디카르보시아닌(thiadicarbocyanine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
According to claim 5, wherein the organic fluorescent dye is fluorescein (fluorescein), fluorescein chlorotriazinyl (fluorescein chlorotriazinyl), rhodamine green (rhodamine green), rhodamine red (rhodamine red), tetramethyl rhodamine ( tetramethylrhodamine), Fluorescein isothiocyanate (FITC, Fluorescein isothiocyanate), Oregon green, Alexa Fluor, FAM, VIC, JOE, ROX, HEX, NED, PET, LIZ, Texas Red (Texas Red), TET, TRITC, TAMRA, cyanine (Cyanine) dyes and thiadicarbocyanine (thiadicarbocyanine) for wound detection or determination bioprobe, characterized in that selected from the group consisting of.
제1항에 있어서, 상기 바이오 프로브는 MMP-2 또는 MMP-9에 의한 타겟 펩타이드 절단 시 형광 공명 에너지 전이(Fluorescence Resonance Energy Transfer;FRET)를 나타내는 것인, 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
According to claim 1, wherein the bio-probe exhibits fluorescence resonance energy transfer (FRET) upon cleavage of the target peptide by MMP-2 or MMP-9, the bio-probe for wound detection or determination.
제 1항에 있어서, 상기 타겟 펩타이드는 GPLGMWSRKC 인 것을 특징으로 하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
The bioprobe for detecting or determining a wound according to claim 1, wherein the target peptide is GPLGMWSRKC.
제 1항에 있어서, 상기 바이오 프로브는 Dabcyl-GPLGMWSRK(FITC)C 인 것을 특징으로 하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
The bio-probe for detecting or determining a wound according to claim 1, wherein the bio-probe is Dabcyl-GPLGMWSRK(FITC)C.
제 1항에 있어서, 상기 창상은 화상, 열상, 표피 창상, 궤양, 외상, 외과적 수술(post-surgical), 출산, 만성 상처(chronic wound), 욕창, 압력성 궤양, 당뇨성 궤양, 피부염(dermatitis)에 의한 손상, 각막 궤양, 각막 상피 박리, 각막염 및 안구건조증으로 인한 손상으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 프로브.
The method of claim 1, wherein the wound is burns, lacerations, epidermal wounds, ulcers, trauma, post-surgical, childbirth, chronic wounds, bedsores, pressure ulcers, diabetic ulcers, dermatitis ( dermatitis) damage, corneal ulcer, corneal epithelial detachment, keratitis, and any one or more selected from the group consisting of damage due to dry eye, a bioprobe for detecting or judging a wound.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 바이오 프로브를 유효 성분으로 포함하는 창상 감지 또는 판정용 조성물.
A composition for detecting or determining a wound comprising the bio-probe according to any one of claims 1 to 11 as an active ingredient.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 바이오 프로브를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 칩.
A biochip for detecting or determining a wound comprising the bioprobe according to any one of claims 1 to 11.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 바이오 프로브를 포함하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 키트.
A bio-kit for detecting or determining a wound comprising the bio-probe according to any one of claims 1 to 11.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오 프로브를 하이드로젤에 접합한 것을 특징으로 하는 창상 감지 또는 판정용 바이오 센서.
The biosensor for detecting or judging a wound according to any one of claims 1 to 11, wherein the bioprobe is bonded to a hydrogel.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 바이오 프로브를 환자의 환부에 접촉하거나 시료에 처리하는 단계; 및
상기 바이오 프로브에 의한 MMP-2 또는 MMP-9 활성을 분석하는 단계를 포함하는 창상에 대한 감지 또는 판정과 관련된 정보를 제공하는 방법.
The method of any one of claims 1 to 11, comprising: contacting the bioprobe according to any one of claims 1 to 11 to the affected part of the patient or treating the sample; and
A method of providing information related to detection or determination of a wound, comprising the step of analyzing MMP-2 or MMP-9 activity by the bio-probe.
제16항에 있어서, 상기 MMP-2 또는 MMP-9의 활성을 분석하는 단계는 상기 바이오 프로브에 포함된 형광 물질의 세기를 측정함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 창상에 대한 감지 또는 판정과 관련된 정보를 제공하는 방법.
The method of claim 16, wherein the analyzing the activity of MMP-2 or MMP-9 is performed by measuring the intensity of a fluorescent material included in the bio-probe. How to provide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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