KR20240029314A - Label-free Method for Detecting Exosomal Surface Biomarker Based on Microarray of Polydiacetylene Liposome - Google Patents

Label-free Method for Detecting Exosomal Surface Biomarker Based on Microarray of Polydiacetylene Liposome Download PDF

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Abstract

본 개시 내용의 구체예에 따르면, 시료 내에 다양한 불순물과 함께 존재하는 엑소좀을 분리 및 농축시켜 얻은 엑소좀 시료를 기판 상에 형성된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이 플랫폼에 적용하여 엑소좀 표면 바이오마커를 간편하면서도 높은 정확도로 검출할 수 있는 무표지 방법이 기재된다.According to an embodiment of the present disclosure, an exosome sample obtained by separating and concentrating exosomes present with various impurities in the sample is applied to a microarray platform of polydiacetylene liposomes formed on a substrate to identify exosome surface biomarkers. A label-free method that is simple and can be detected with high accuracy is described.

Description

폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이 기반의 엑소좀 표면 바이오마커의 무표지 검출 방법{Label-free Method for Detecting Exosomal Surface Biomarker Based on Microarray of Polydiacetylene Liposome}Label-free method for detecting Exosomal Surface Biomarker Based on Microarray of Polydiacetylene Liposome}

본 개시 내용은 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이 기반의 엑소좀(세포외 소포체) 표면 바이오마커의 무표지 검출 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 시료 내에 다양한 불순물과 함께 존재하는 엑소좀을 분리 및 농축시켜 얻은 엑소좀 시료를 기판 상에 형성된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이 플랫폼에 적용하여 엑소좀 표면 바이오마커를 간편하면서도 높은 정확도로 검출할 수 있는 무표지 방법에 관한 것이다. The present disclosure relates to a method for label-free detection of exosome (extracellular vesicle) surface biomarkers based on polydiacetylene liposome array. More specifically, the present disclosure provides a simple way to identify exosome surface biomarkers by applying an exosome sample obtained by separating and concentrating exosomes present with various impurities in the sample to a microarray platform of polydiacetylene liposomes formed on a substrate. It is about a label-free method that can detect with high accuracy.

세포는 다양한 크기의 지질 이중 막에 둘러싸여 세포외 소포(Extracellular vesicles)를 분비하는 것으로 알려져 있다. 이러한 세포외 소포는 사이즈에 따라 엑소좀(exosome), 미세소포(microvesicle), 및 대형 온코좀(Large oncosome)으로 구분된다. 이중 엑소좀은 여러 종류의 세포들로부터 분비되는 막 구조의 작은 소낭이다. 엑소좀의 직경은 대략 30 내지 100 nm인 것으로 보고되어 있으며, 전자 현미경을 통한 연구에서 원형질막으로부터 직접 이탈되기보다는 다낭체(multivesicular bodies, MVBs)로 불리는 세포 내 특정 구획으로부터 기원하며 세포 외부로 방출 및 분비되는 점이 관찰되었다. 즉, 다낭체와 원형질막의 융합이 일어날 경우, 이러한 소낭들은 세포 외부의 환경으로 방출되는데, 이를 엑소좀이라고 지칭하고 있다. Cells are known to secrete extracellular vesicles surrounded by lipid double membranes of various sizes. These extracellular vesicles are classified into exosomes, microvesicles, and large oncosomes depending on their size. Among them, exosomes are small vesicles with a membrane structure secreted by various types of cells. The diameter of exosomes is reported to be approximately 30 to 100 nm, and studies using electron microscopy have shown that rather than being released directly from the plasma membrane, they originate from specific intracellular compartments called multivesicular bodies (MVBs) and are released and released outside the cell. A secretion point was observed. In other words, when fusion of the multivesicular body and the plasma membrane occurs, these vesicles are released into the environment outside the cell, and are referred to as exosomes.

상술한 엑소좀이 어떠한 분자적 기작에 의하여 형성되는지는 아직 명확하게 규명되지 않았으나, 적혈구 세포뿐만 아니라, B-림프구, T-림프구, 수지상 세포, 혈소판, 대식 세포 등을 포함한 다양한 종류의 면역 세포들과 종양 세포 등도 살아 있는 상태에서 엑소좀을 생산하여 분비한다는 점이 보고되었다. 엑소좀은 정상 상태 및 병적 상태의 2가지 모두에서 다수의 다른 세포 유형으로부터 분리되어 방출되는 것으로 알려져 있다.Although it has not yet been clearly identified by what molecular mechanism the above-mentioned exosomes are formed, various types of immune cells including not only red blood cells, but also B-lymphocytes, T-lymphocytes, dendritic cells, platelets, macrophages, etc. It has been reported that tumor cells, etc., also produce and secrete exosomes while alive. Exosomes are known to be isolated and released from a number of different cell types under both normal and pathological conditions.

최근, 질병진단 분야에서 새롭게 부상하고 있는 엑소좀은 세포 외로 방출되어 혈액, 침, 오줌 등과 같은 다양한 형태의 체액에 포함되어 있으며, 세포 유래의 다양한 단백질, 유전물질 등을 함유하고 있기 때문에 질병 진단의 매개체로 각광받고 있다. 특히, 엑소좀 표면에 존재하는 바이오마커는 엑소좀의 추가적인 분해 또는 분리 과정 없이도 분석이 가능하며, 복잡한 과정이 요구되지 않기 때문에 높은 잠재성을 갖고 있다. 이와 관련하여, 체액 속에 존재하는 엑소좀을 분석하여 세포 유래의 특정 바이오마커를 확인함으로써 질병을 진단하는 방법이 보고된 바 있다.Recently, exosomes, which are newly emerging in the field of disease diagnosis, are released outside the cells and contained in various types of body fluids such as blood, saliva, urine, etc., and contain various proteins and genetic materials derived from cells, making them useful for disease diagnosis. It is gaining popularity as a medium. In particular, biomarkers present on the surface of exosomes can be analyzed without additional decomposition or separation of exosomes and have high potential because no complicated processes are required. In this regard, a method for diagnosing diseases by analyzing exosomes present in body fluids and identifying specific cell-derived biomarkers has been reported.

일 예로서, 엑소좀은 약제 반응의 지표가 되는 대략 4,500여 종의 단백질, 지방질, 유전 정보(예를 들면, microRNA, mRNA, tRNA, rRNA, DNA 등)를 담고 있는 것으로 알려져 있는 바, 엑소좀 내에 존재하는 다양한 microRNA의 존재 유무 및 존재량을 검출하여 질병을 진단하는 방법(예를 들면, 국내특허공개번호 제2010-0127768호 등), 암으로부터 기인하는 시료(혈액, 타액, 눈물 등) 내 엑소좀을 검출하여, microRNA의 변화량을 측정함으로써, 대조군에 비하여 증가 또는 감소할 경우 특정 질환과의 관련성을 예측하고, 진단하는 방법(예를 들면, WO2009/015357 A 등)이 개발된 바 있다.As an example, exosomes are known to contain approximately 4,500 types of proteins, lipids, and genetic information (e.g., microRNA, mRNA, tRNA, rRNA, DNA, etc.) that are indicators of drug response. Method for diagnosing diseases by detecting the presence or absence and amount of various microRNAs present in the body (e.g., Domestic Patent Publication No. 2010-0127768, etc.), samples resulting from cancer (blood, saliva, tears, etc.) By detecting exosomes and measuring the amount of change in microRNA, a method has been developed to predict and diagnose the relationship with a specific disease when it increases or decreases compared to the control group (e.g., WO2009/015357 A, etc.).

택일적으로, 엑소좀을 체액에서 선택적으로 감지 또는 검출하는 센서가 연구되고 있다. 이러한 엑소좀 탐지 방식은 대부분 엑소좀이 포함된 액체를 통로로 흘려줄 수 있는 칩을 이용하는데, 통로의 표면에 존재하는 수용기와 결합되는 엑소좀을 전기적인 저항, 전류 또는 표면플라즈몬 공명을 이용하여 검출할 수 있다(예를 들면, 국내특허공개번호 제87594호 등). 그러나, 별도의 칩 시스템을 제작해야 하는 과정에서 복잡한 절차 및 공정이 수행되어야 하고, 또한 검출 가능한 시그널을 얻기 위하여는 고가의 장비가 요구되며, 진단을 위하여는 표지 물질을 사용하는 등, 상용성 및 범용성 면에서 불리하다. 특히, 엑소좀 검출을 위한 칩 시스템의 제작은 별도의 고가 제조장비 및 복잡한 절차가 수반되므로 상업적 용도로서 사용이 제한되고, 대량 생산이 곤란하다. 이외에도 엑소좀 포착 신호를 얻기 위하여 사용되는 표면 플라즈몬 공명 기반의 장치는 고가의 장비로서 범용성이 낮다.Alternatively, sensors that selectively detect or detect exosomes in body fluids are being studied. Most of these exosome detection methods use chips that allow liquid containing exosomes to flow into a passage, and exosomes that bind to receptors present on the surface of the passage are detected using electrical resistance, current, or surface plasmon resonance. It can be detected (for example, Korean Patent Publication No. 87594, etc.). However, in the process of producing a separate chip system, complex procedures and processes must be performed, and expensive equipment is required to obtain a detectable signal. For diagnosis, labeling substances are used, etc., making compatibility and It is disadvantageous in terms of versatility. In particular, the production of a chip system for exosome detection involves separate expensive manufacturing equipment and complicated procedures, so its use for commercial purposes is limited and mass production is difficult. In addition, the surface plasmon resonance-based device used to obtain exosome capture signals is an expensive device and has low versatility.

이처럼, 복잡한 진단 시스템의 간편화 및 비용 절감과 관련한 이슈로 인하여, 상용화를 위하여는 간편한 검출 원리가 필수적으로 요구되고 있다. 그러나, 일반적으로, 타겟-특이적인 광 소스, 필터, 프리즘 및 시각화 디바이스와 관련된 형광 및 비색(colorimetric) 원리가 사용되고 있는 바, 이러한 방법들은 복잡한 방법 및 설비를 요구하고 있어 진단 편의성을 개선할 필요성이 있다.As such, due to issues related to simplification and cost reduction of complex diagnostic systems, a simple detection principle is essential for commercialization. However, in general, fluorescence and colorimetric principles involving target-specific light sources, filters, prisms and visualization devices are used, and these methods require complex methods and equipment, creating a need to improve diagnostic convenience. there is.

이에 대하여, 본 발명자들은 엑소좀 표면에 존재하는 바이오마커에 특이적인 수용체가 고정된 폴리다이아세틸렌 리포좀을 이용하여 수계 매질 상에서 엑소좀을 무표지로 검출할 수 있는 기술을 개발한 바 있다(국내특허공개번호 제2021-0067916호). 그러나, 수계 매질을 사용할 경우, 육안으로 관찰 가능한 정도의 광학적 변화를 발생시키기 위하여 높은 농도의 검출 대상을 함유하는 용액이 필요하며, 또한 비교적 많은 량의 시료를 요구하는 점에서 개선 여지가 있다.In response to this, the present inventors have developed a technology that can detect exosomes label-free in an aqueous medium using polydiacetylene liposomes immobilized with receptors specific to biomarkers present on the surface of exosomes (domestic patent) Publication number 2021-0067916). However, when using an aqueous medium, a solution containing a high concentration of the detection target is required to generate an optical change that can be observed with the naked eye, and there is room for improvement in that a relatively large amount of sample is required.

한편, 혈액과 같은 시료의 경우, 이에 존재하는 암, 알츠하이머 등의 특정 질환에 대한 바이오마커의 농도가 상당히 낮기 때문에 통상적인 검출 테크닉에 의하여는 정상인과 환자를 구별하기 곤란하다. 더욱이, 시료 내에는 바이오마커 이외에도 다수의 단백질 등과 같은 간섭 물질이 함유되어 있는 등, 검출 시 비특이적 반응에 의한 감도 저하 현상이 문제시된다. Meanwhile, in the case of samples such as blood, the concentration of biomarkers for specific diseases such as cancer and Alzheimer's present in the samples is quite low, making it difficult to distinguish patients from normal people using conventional detection techniques. Moreover, since the sample contains interfering substances such as many proteins in addition to the biomarker, a decrease in sensitivity due to non-specific reaction during detection is a problem.

따라서, 엑소좀이 시료 내에서 검출이 곤란할 정도로 낮은 농도로 다양한 간섭 물질과 함께 함유되어 있는 경우에도 간편하면서 정확하게 엑소좀, 구체적으로 엑소좀의 표면 바이오마커를 검출할 수 있는 방안이 요구된다.Therefore, there is a need for a method that can easily and accurately detect exosomes, specifically surface biomarkers of exosomes, even when exosomes are contained with various interfering substances in a sample at a concentration so low that detection is difficult.

본 개시 내용에 따른 일 구체예에서는 다양한 종류의 시료에 대하여도 엑소좀의 표면 바이오마커를 간편하면서도 정확하게 검출 또는 진단할 수 있는 방법(또는 플랫폼)을 제공하고자 한다.In one embodiment according to the present disclosure, it is intended to provide a method (or platform) that can easily and accurately detect or diagnose exosome surface biomarkers for various types of samples.

본 개시 내용에 따른 일 구체예에서는 시료 내 엑소좀의 표면 바이오마커를 별도의 표지(labeling) 없이 검출하는 방법을 제공하고자 한다.One embodiment according to the present disclosure seeks to provide a method for detecting surface biomarkers of exosomes in a sample without separate labeling.

본 개시 내용의 제1 면에 따르면,According to the first aspect of the present disclosure,

a) 타겟 엑소좀의 적어도 하나의 표면 바이오마커에 대한 특이적 결합능을 갖는 적어도 하나의 수용체가 부착된 수용체 비드를 제조하는 단계;a) preparing a receptor bead to which at least one receptor having specific binding ability to at least one surface biomarker of the target exosome is attached;

b) 상기 수용체 비드에 대하여 엑소좀-함유 시료를 접촉시켜 비드 상에 엑소좀-수용체 복합체를 형성한 다음, 이로부터 엑소좀을 분리 또는 해리시키는 방식으로 엑소좀을 농축하는 단계;b) contacting the exosome-containing sample with the receptor bead to form an exosome-receptor complex on the bead, and then concentrating the exosomes by separating or dissociating the exosomes from them;

c) 상기 단계 a) 및 b)와 별도로 다이아세틸렌-인지질 리포좀 용액을 제공하는 단계; 및c) providing a diacetylene-phospholipid liposome solution separately from steps a) and b); and

d) 상기 다이아세틸렌-인지질 리포좀 용액을 이용하여 아민-개질된 기판에 다이아세틸렌-인지질 리포좀의 마이크로어레이를 형성하는 단계; 및d) forming a microarray of diacetylene-phospholipid liposomes on an amine-modified substrate using the diacetylene-phospholipid liposome solution; and

e) 상기 다이아세틸렌-인지질 리포좀의 마이크로어레이에 타겟 엑소좀의 적어도 하나의 표면 바이오마커에 대한 특이적 결합능을 갖는 적어도 하나의 수용체를 부착시키는 단계;e) attaching at least one receptor having specific binding ability to at least one surface biomarker of the target exosome to the microarray of the diacetylene-phospholipid liposome;

f) 상기 적어도 하나의 수용체가 부착된 다이아세틸렌-인지질 리포좀을 중합반응시켜 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이를 형성하는 단계; 및f) forming a microarray of modified polydiacetylene liposomes by polymerizing the diacetylene-phospholipid liposomes to which the at least one receptor is attached; and

g) 상기 단계 b)에서 농축된 엑소좀을 함유하는 용액을 폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이에 접촉시킴으로써 농축된 엑소좀과 마이크로어레이 내 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀 간의 리간드-수용체 반응에 의하여 유도되는 광학적 특성 변화를 측정하는 단계;g) Contacting the solution containing the exosomes concentrated in step b) with a microarray of polydiacetylene liposomes, thereby optically induced by a ligand-receptor reaction between the concentrated exosomes and the modified polydiacetylene liposomes in the microarray. measuring characteristic changes;

를 포함하는 시료 내 엑소좀 표면 바이오마커의 검출 방법이 제공된다.A method for detecting exosome surface biomarkers in a sample comprising a is provided.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 a)는 상기 비드 상에 적어도 하나의 수용체와 결합 가능한 기능기를 부착하도록 표면 개질하는 단계를 더 포함하며, 상기 표면 개질된 비드에 상기 적어도 하나의 수용체를 부착시켜 타겟 엑소좀의 수용체 비드를 제조할 수 있다. According to an exemplary embodiment, step a) further includes surface modifying the bead to attach a functional group capable of binding to at least one receptor, and attaching the at least one receptor to the surface-modified bead. Receptor beads for target exosomes can be manufactured.

예시적 구체예에 따르면, 상기 비드는 수지 비드, 금속 비드 및 글라스 비드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the bead may be at least one selected from the group consisting of resin beads, metal beads, and glass beads.

예시적 구체예에 따르면, 상기 비드는 1 내지 100 ㎛ 범위의 입도 범위를 갖고, 그리고According to an exemplary embodiment, the beads have a particle size ranging from 1 to 100 μm, and

구형, 로드 형, 큐빅 형, 육각형, 삼각형, 중공형 및/또는 꽃 형상의 구조형일 수 있다.The structure may be spherical, rod-shaped, cubic-shaped, hexagonal, triangular, hollow and/or flower-shaped.

예시적 구체예에 따르면, 상기비드는 자성 비드로서, 상기 자성 비드는 헤마타이트(α-Fe2O3), 마그헤마이트(γ-Fe2O3) 또는 자철석(마그네타이트, Fe3O4)으로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 산화 철 재질일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the bead is a magnetic bead, and the magnetic bead is hematite (α-Fe 2 O 3 ), maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), or magnetite (magnetite, Fe 3 O 4 ). It may be an iron oxide material selected from the group consisting of at least one.

예시적 구체예에 따르면, 상기 기판은 글라스, 실리콘 웨이퍼 및 투명 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the substrate may be at least one selected from the group consisting of glass, silicon wafer, and transparent plastic.

예시적 구체예에 따르면, 상기 아민 개질된 기판은 기판 표면을 아미노-말단 실란으로 개질한 것일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the amine-modified substrate may have the surface of the substrate modified with amino-terminated silane.

예시적 구체예에 따르면, 상기 아미노-말단 실란은 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane), 3-아미노프로필 트리메톡시실란(3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl triethoxysilane), 3-2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노프로필 트리메톡시실란(3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl trimethoxysilane), 3-2-(2-아미노에틸아미노)에닐아미노프로필 트리에톡시실란(3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl triethoxysilane), 및 3-아미노프로필 메틸디메톡시실란(3-aminopropyl methyldimethoxysilane)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the amino-terminated silane is 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyl trimethoxysilane, N-(2-aminoethyl) -3-Aminopropyl trimethoxysilane (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl triethoxysilane (N-(2-aminoethyl)- 3-aminopropyl triethoxysilane), 3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl trimethoxysilane), 3-2-(2-aminoethylamino)enyl It may be at least one selected from the group consisting of aminopropyl triethoxysilane (3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl triethoxysilane) and 3-aminopropyl methyldimethoxysilane.

예시적 구체예에 따르면, 상기 마이크로어레이는 바둑판 배열의 패턴으로 형성될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the microarray may be formed in a checkerboard pattern.

예시적 구체예에 따르면, 상기 마이크로어레이를 구성하는 개별 폴리다이아세틸렌 리포좀의 사이즈(직경)는 100 내지 600 ㎛의 범위이고, 어레이 사이의 간격은 어레이 직경의 0.1 내지 0.6 배의 범위에서 조절될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the size (diameter) of the individual polydiacetylene liposomes constituting the microarray is in the range of 100 to 600 ㎛, and the spacing between arrays can be adjusted in the range of 0.1 to 0.6 times the array diameter. there is.

예시적 구체예에 따르면, 상기 엑소좀 표면에 복수의 바이오마커가 존재하고, 상기 수용체는 상기 복수의 바이오마커에 특이적인 다중 수용체(multi-receptor)일 수 있다.According to an exemplary embodiment, a plurality of biomarkers are present on the surface of the exosome, and the receptor may be a multi-receptor specific for the plurality of biomarkers.

예시적 구체예에 따르면, 상기 다이아세틸렌 단량체는 PCDA(pentacosadiyonic acid), TCDA(trocosadiyonic acid), HCDA (heneicosadiynoic acid) 및 HDDA(heptadecadiynoic acid)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나이고, 그리고According to an exemplary embodiment, the diacetylene monomer is at least one selected from the group consisting of pentacosadiyonic acid (PCDA), trocosadiyonic acid (TCDA), heneicosadiynoic acid (HCDA), and heptadecadiynoic acid (HDDA), and

상기 인지질은 디미리스토일포스파티딜콜린 (DMPC), 디미리스토일포스파티딜글리세롤 (DMPG), 디팔미토일포스파티딜글리세롤 (DPPG), 디스테아로일포스파티딜콜린 (DSPC), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디올레일포스파티딜에탄올아민 (DOPE), 팔미토일스테아로일포스파티딜콜린 (PSPC), 팔미토일스테아롤포스파티딜 글리세롤 (PSPG), 모노-올레오일-포스파티딜에탄올아민 (MOPE), 디라우로일 에틸포스포콜린 (DLEP), 디미리스토일 에틸포스포콜린 (DMEP), 디팔미토일 에틸포스포콜린 (DPEP) 및 디스테아로일 에틸포스포콜린 (DSEP), 1,2-비스(올레오일옥시)-3-(트리메틸암모니오)프로판 (DOTAP), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디미리스토일포스파티딜산 (DMPA), 디팔미토일포스파티딜산 (DPPA), 디스테아로일포스파티딜산 (DSPA), 디미리스토일포스파티딜이노시톨 (DMPI), 디팔미토일포스파티딜이노시톨 (DPPI), 디스테아로일포스파티딜이노시톨 (DSPI), 디미리스토일포스파티딜세린 (DMPS), 디팔미토일포스파티딜세린 (DPPS), 및 디스테아로일포스파티딜세린 (DSPS)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. The phospholipids include dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG), dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), Dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoylstearoylphosphatidylcholine (PSPC), palmitoylstearoylphosphatidyl glycerol (PSPG), mono-oleoyl-phosphatidylethanolamine (MOPE), dilauroyl ethylphosphocholine ( DLEP), dimyristoyl ethylphosphocholine (DMEP), dipalmitoyl ethylphosphocholine (DPEP) and distearoyl ethylphosphocholine (DSEP), 1,2-bis(oleoyloxy)-3 -(Trimethylammonio)propane (DOTAP), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), dimyristoylphosphatidyl acid (DMPA), dipalmitoylphosphatidyl acid (DPPA), distearoylphosphatidyl acid (DSPA), Dimyristoylphosphatidylinositol (DMPI), dipalmitoylphosphatidylinositol (DPPI), distearoylphosphatidylinositol (DSPI), dimyristoylphosphatidylserine (DMPS), dipalmitoylphosphatidylserine (DPPS), and distearoylphosphatidylinositol (DSPI) It may be at least one selected from the group consisting of thearoylphosphatidylserine (DSPS).

예시적 구체예에 따르면, 단계 c) 중 다이아세틸렌 단량체 : 인지질의 몰 비는 2 내지 10 : 1의 범위일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the molar ratio of diacetylene monomer:phospholipid in step c) may range from 2 to 10:1.

예시적 구체예에 따르면, 상기 수용체는 항체 전체 또는 항원 부착 영역(antigen binding region)을 함유하는 부분항체 및 압타머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the receptor may be a whole antibody or at least one selected from the group consisting of a partial antibody containing an antigen binding region and an aptamer.

예시적 구체예에 따르면, 상기 바이오마커는 테트라스파닌(tetraspanin) 단백질일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the biomarker may be a tetraspanin protein.

예시적 구체예에 따르면, 상기 테트라스파닌 단백질은 CD-9, CD-63, CD-81 및 CD-82로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the tetraspanin protein may be at least one selected from the group consisting of CD-9, CD-63, CD-81, and CD-82.

예시적 구체예에 따르면, 상기 광학적 특성 변화는 육안 또는 측정 장치에 의하여 측정될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the change in optical properties may be measured with the naked eye or a measuring device.

예시적 구체예에 따르면, 상기 광학적 특성 변화의 측정 장치는 UV-Vis 분광기 또는 형광 분광기일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the device for measuring the change in optical properties may be a UV-Vis spectrometer or a fluorescence spectrometer.

본 개시 내용의 구체예에 따른 폴리다이아세틸렌 리포좀 기반의 엑소좀 표면 바이오마커의 검출 방법은 다른 간섭 물질과 함께 저농도로 존재하는 타겟 엑소좀을 함유하는 시료에 대하여도 간편하면서도 높은 정확도로 검출할 수 있고, 특히 무표지 검출을 구현할 수 있다. 더 나아가, 폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이를 기반으로 함으로써 검출시 요구되는 샘플의 양을 줄일 수 있고 마이크로어레이시스템 제작과 신호분석과정이 비교적 쉬우며 복잡하거나 값비싼 분석장비 없이 형광관측기기를 통한 분석이 가능하다는 장점을 구현할 수 있다. The method for detecting exosome surface biomarkers based on polydiacetylene liposomes according to an embodiment of the present disclosure can detect samples containing target exosomes present in low concentrations along with other interfering substances easily and with high accuracy. And, in particular, label-free detection can be implemented. Furthermore, by being based on a microarray of polydiacetylene liposomes, the amount of sample required for detection can be reduced, the microarray system production and signal analysis process are relatively easy, and analysis is performed using a fluorescence observation device without complex or expensive analysis equipment. The advantage of this being possible can be realized.

도 1은 본 개시 내용의 예시적 구체예에 따라 비드를 이용하여 엑소좀을 선별하고, 농축하는 일련의 과정을 개략적으로 보여주는 도면이고;
도 2a는 예시적 구체예에 따른 엑소좀 검출용 폴리다이아세틸렌(PDA) 기반의 어레이 검출 플랫폼을 제조하는 개략적인 도면으로서, (a) 아민-개질된 기판 상에 다이아세틸렌/인지질 리포좀이 EDC/NHS 반응에 의하여 활성화되고 고정되는 과정, 및 (b) 수용체가 PDA 표면에 접합(부착)되어 어레이 검출 플랫폼에 특이성을 부여함으로써 엑소좀을 선택적으로 검출하도록 하는 과정을 도시하며;
도 2b는 예시적 구체예에 따라 리소그래피 테크닉을 이용하여 기판 상에 다이아세틸렌/인지질 리포좀 어레이를 형성하는 과정을 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 3은 분리입자를 이용하여 분리된 엑소좀 샘플의 나노입자추적에세이 (NTA) 결과를 나타내는 그래프이고;
도 4는 실시예에서 제작된 PDA 리포좀 어레이 기판을 보여주는 사진이고;
도 5는 아민-개질된 기판 상에 배열된 PDA 리포좀 어레이의 SEM 사진으로서, (a) 베어 PDA 리포좀 배열, 그리고 (b) 수용체가 도입된 PDA 리포좀에 부착된 엑소좀을 나타내며;
도 6은, PCDA/DMPC 리포좀의 특성화 결과로서, (a) PCDA/DMPC 리포좀의 TEM 사진, (b) PDA 리포좀의 입자 분포, (c) 표면 제타전위, 및 (d) 청색 상태 및 적색 상태의 PDA의 UV-비스 스펙트럼이고;
도 7은 아민-개질된 글라스 기판의 특성화 결과로서, (a) 아민-개질된 글라스 기판의 XPS 스펙트럼, (b) 글라스 기판에 부착된 적색 형태의 PDA의 형광 현미경 사진, 및 (c) 글라스 기판에 따라 표면에 고정되는 PDA 리포좀의 형광 세기(동일 실험 조건 하에서, 부착 후 75 ℃에서 10분 동안 도입함으로써 2개의 그룹이 붉은 빛을 띄는 형태로 변화함);
도 8은 엑소좀의 특성화 결과로서, 엑소좀의 SEM 사진 및 사이즈 분포를 나타내는 그래프이고;
도 9는 효율적인 엑소좀 검출을 위한 수용체 농도의 최적화 실험 결과(수용체의 적절한 결합(linkage) 농도를 결정하기 위하여, 항체 및 압타머는 모두 엑소좀의 CD-63을 타겟으로 함)로서, (a) 항 CD-63 수용체의 농도에 따른 형광 세기(인큐베이션될 항체 및 압타머의 농도는 0.1-1000 ng/mL 범위이고, 각각의 샘플에 1 × 1010 vesicles/mL의 엑소좀을 첨가한 후에 형광을 측정함), 및 (b) 엑소좀 첨가 후 PDA 리포좀의 형광 사진(형광 세기는 560 nm의 여기 파장을 이용한 가장 큰 형광 값을 기초로 하여 측정됨)이고;
도 10은 PDA 리포좀에 바인딩된 수용체의 인큐베이션 농도의 최적화 실험 결과로서, 1 × 1010 vesicles/mL의 엑소좀 농도를 갖는 샘플에 노출된 (a) 항체 및 (b) 압타머로 인큐베이션된 어레이의 형광 사진(항체 농도는 각각 1000 ng/mL, 100 ng/mL, 10 ng/mL, 1 ng/mL 및 0.1 ng/mL이며, 스케일 바는 250 ㎛임)이고;
도 11은 엑소좀 농도에 따른 PDA 리포좀 어레이의 UV-비스 스펙트럼의 변화를 나타내는 그래프로서, (a) 각각의 농도가 1 × 1010 vesicles/mL, 1 × 109 vesicles/mL 및 1 × 108 vesicles/mL인 엑소좀이 CD-63 및 CD-81 항체가 도입된 청색 PDA에 첨가될 경우에 나타나는 PDA 리포좀의 흡수 스펙트럼, 그리고 (b) 엑소좀 인큐베이션 농도에 따른 적색 형태의 PDA의 흡수 스펙트럼(500-550 nm)이고;
도 12는, (a) 엑소좀 농도에 따른 PDA 어레이의 형광 세기, 및 (b) 어레이된 PDA 리포좀과 엑소좀 농도 간의 보정 곡선(형광 세기는 최대 값에서 계산되었고, 여기 파장은 560 nm(n=4)임)이고;
도 13은 형광 세기와 엑소좀 농도 간의 보정 곡선이고;
도 14는 PDA 리포좀 표면 상에 포집된 엑소좀의 정량화 실험 결과로서, (a) 수용체 타입 별 포집된 엑소좀의 비, 및 (b) 수용체 타입 별 형광 엑소좀의 형광 세기를 나타내는 그래프이고;
도 15는 혈장 단백질을 이용하여 엑소좀에 대한 PDA 리포좀 어레이의 특이성 테스트를 수행한 결과를 나타내는 그래프(항 CD-63 및 항 CD-81은 엑소좀 타겟을 위한 항체 및 압타머 각각에 대하여 동시에 함유됨)이고;
도 16은 엑소좀 선별 방식에 따른 PDA 리포좀 어레이의 형광신호 분석 결과를 나타내는 도면이고;
도 17은 엑소좀 농도에 따른 PDA 리포좀 어레이의 형광신호 분석 결과를 나타내는 도면이고;
도 18은 질병 그룹(AD)과 정상인 그룹(NC) 간의 PDA 리포좀 어레이의 형광신호 측정 결과를 대비하는 도면이고;
도 19는 PDA 리포좀 어레이 시스템의 재현성 분석 결과를 나타내는 도면이고;
도 20은 질병 그룹 및 정상인 그룹 각각에 대한 AUC(Area Under the Curve)-ROC(Receiver Operation Characteristic) 곡선이고; 그리고
도 21은 폴리다이아세틸렌 어레이 제작 방식에 따른 형광현미경 이미지로서, 각각 접촉식 어레이(위) 및 리소그래피 기반의 어레이(아래)를 나타낸다.
1 is a diagram schematically showing a series of processes for selecting and concentrating exosomes using beads according to an exemplary embodiment of the present disclosure;
Figure 2A is a schematic diagram of manufacturing a polydiacetylene (PDA)-based array detection platform for exosome detection according to an exemplary embodiment, (a) diacetylene/phospholipid liposomes on an amine-modified substrate are EDC/ It shows the process of activation and immobilization by the NHS reaction, and (b) the process of the receptor being conjugated (attached) to the PDA surface to provide specificity to the array detection platform to selectively detect exosomes;
FIG. 2B schematically illustrates the process of forming a diacetylene/phospholipid liposome array on a substrate using a lithographic technique according to an exemplary embodiment;
Figure 3 is a graph showing the results of nanoparticle tracking assay (NTA) of exosome samples separated using separation particles;
Figure 4 is a photograph showing the PDA liposome array substrate produced in Example;
Figure 5 is an SEM image of a PDA liposome array arrayed on an amine-modified substrate, showing (a) a bare PDA liposome array, and (b) an exosome attached to a receptor-introduced PDA liposome;
Figure 6 shows the characterization results of PCDA/DMPC liposomes, including (a) TEM image of PCDA/DMPC liposomes, (b) particle distribution of PDA liposomes, (c) surface zeta potential, and (d) blue state and red state. is the UV-vis spectrum of PDA;
Figure 7 shows the characterization results of the amine-modified glass substrate, (a) the XPS spectrum of the amine-modified glass substrate, (b) the fluorescence micrograph of the red form of PDA attached to the glass substrate, and (c) the glass substrate. Fluorescence intensity of PDA liposomes immobilized on the surface according to (under the same experimental conditions, two groups change to a reddish form by introduction at 75 ° C for 10 minutes after attachment);
Figure 8 is a graph showing the SEM image and size distribution of exosomes as a result of exosome characterization;
Figure 9 shows the results of an optimization experiment of receptor concentration for efficient exosome detection (to determine the appropriate linkage concentration of the receptor, both antibodies and aptamers target CD-63 of exosomes), (a) Fluorescence intensity depending on the concentration of anti-CD-63 receptor (the concentration of antibodies and aptamers to be incubated ranges from 0.1-1000 ng/mL, and fluorescence was measured after adding 1 × 10 10 vesicles/mL of exosomes to each sample. measured), and (b) a fluorescence picture of PDA liposomes after addition of exosomes (fluorescence intensity was measured based on the largest fluorescence value using an excitation wavelength of 560 nm);
Figure 10 shows the results of an optimization experiment of the incubation concentration of the receptor bound to PDA liposomes, showing the fluorescence of the array incubated with (a) antibody and (b) aptamer exposed to a sample with an exosome concentration of 1 × 10 10 vesicles/mL. In the picture (antibody concentrations are 1000 ng/mL, 100 ng/mL, 10 ng/mL, 1 ng/mL and 0.1 ng/mL, respectively; scale bar is 250 μm);
Figure 11 is a graph showing the change in UV-Vis spectrum of the PDA liposome array according to exosome concentration, (a) each concentration is 1 × 10 10 vesicles/mL, 1 × 10 9 vesicles/mL, and 1 × 10 8 Absorption spectrum of PDA liposomes when vesicles/mL of exosomes are added to blue PDA containing CD-63 and CD-81 antibodies, and (b) absorption spectrum of red form of PDA according to exosome incubation concentration ( 500-550 nm);
Figure 12 shows (a) the fluorescence intensity of the PDA array as a function of exosome concentration, and (b) the calibration curve between arrayed PDA liposomes and exosome concentration (fluorescence intensity was calculated at the maximum value, and the excitation wavelength was 560 nm (n =4) is);
Figure 13 is a calibration curve between fluorescence intensity and exosome concentration;
Figure 14 is a graph showing (a) the ratio of exosomes captured by receptor type, and (b) the fluorescence intensity of fluorescent exosomes by receptor type, as the results of a quantification experiment of exosomes captured on the surface of PDA liposomes;
Figure 15 is a graph showing the results of testing the specificity of the PDA liposome array for exosomes using plasma proteins (anti-CD-63 and anti-CD-81 simultaneously contain antibodies and aptamers for exosome targeting, respectively) is);
Figure 16 is a diagram showing the results of fluorescence signal analysis of the PDA liposome array according to the exosome selection method;
Figure 17 is a diagram showing the results of fluorescence signal analysis of the PDA liposome array according to exosome concentration;
Figure 18 is a diagram comparing the fluorescence signal measurement results of the PDA liposome array between the disease group (AD) and the normal group (NC);
Figure 19 is a diagram showing the results of reproducibility analysis of the PDA liposome array system;
Figure 20 shows the Area Under the Curve (AUC)-Receiver Operation Characteristic (ROC) curves for each of the disease group and the normal group; and
Figure 21 is a fluorescence microscope image according to the polydiacetylene array manufacturing method, showing a contact array (top) and a lithography-based array (bottom), respectively.

본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다. The present invention can be achieved by the following description with reference to the attached drawings. It should be understood that the following description describes preferred embodiments of the present invention, and that the present invention is not necessarily limited thereto.

또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위하여 실제 층의 두께(또는 높이) 또는 다른 층과의 비율에 비하여 다소 과장되게 표현된 것일 수 있으며, 그 의미는 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.In addition, the attached drawings may be somewhat exaggerated compared to the actual thickness (or height) of the layer or the ratio to other layers to aid understanding, and the meaning will be properly understood based on the specific purpose of the related description described later. You can.

본 명세서에서 사용되는 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.Terms used in this specification may be defined as follows.

"결합 또는 바인딩(binding)"은 표면에 공유 또는 비공유 방식으로 결합 또는 연결되는 것을 의미할 수 있다.“Binding or binding” may mean bound or connected to a surface in a covalent or non-covalent manner.

"고정(immobilization)"은 임의의 물질 또는 생활성제가 기재에 공유적 또는 비공유적으로 직접 또는 간접 방식에 의하여 부착되는 것을 의미할 수 있다. “Immobilization” can mean the attachment of any substance or bioactive agent to a substrate, covalently or non-covalently, in a direct or indirect manner.

"어레이"는 광의로는 복수의 요소의 집합을 의미할 수 있으며, 협의로는 소정 패턴(예를 들면, 규칙적인 패턴)으로 정렬 또는 배열된 요소의 집합을 의미할 수 있다. In a broad sense, “array” may mean a set of a plurality of elements, and in a narrow sense it may mean a set of elements arranged or arranged in a predetermined pattern (for example, a regular pattern).

"시료"는 검출하고자 하는 타겟 병원체를 함유할 수 있는 한, 특정 종류 또는 형태로 한정되는 것은 아니다. 예시적으로, 시료는 생물학적 시료, 예를 들면 생물학적 유체(fluid) 또는 생물학적 조직일 수 있다. 생물학적 유체의 예로서, 뇨, 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 정액, 대변, 가래, 뇌척수액, 눈물, 점액, 양수 등을 들 수 있다. 생물학적 조직은 세포의 집합으로서, 대체적으로 인간, 동물, 식물, 세균, 진균 또는 바이러스 구조물의 구조적 물질의 하나를 형성하는 세포 내 물질들과 특정 종류의 집합으로서 연결 조직, 상피 조직, 근육 조직 및 신경 조직 등이 이에 해당될 수 있다. 또한, 생물학적 조직의 예에는 장기, 종양, 림프절, 동맥 및 개별적인 세포(들)도 포함될 수 있다.“Sample” is not limited to a specific type or form, as long as it can contain the target pathogen to be detected. Illustratively, the sample may be a biological sample, such as biological fluid or biological tissue. Examples of biological fluids include urine, blood, plasma, serum, saliva, semen, feces, sputum, cerebrospinal fluid, tears, mucus, and amniotic fluid. Biological tissue is a collection of cells, usually intracellular substances that form one of the structural substances of human, animal, plant, bacterial, fungal or viral structures, as well as specific types of tissue, such as connective tissue, epithelial tissue, muscle tissue and nerves. This may include organizations, etc. Examples of biological tissues may also include organs, tumors, lymph nodes, arteries, and individual cell(s).

"항원"은 특이한 면역 반응을 일으킬 수 있는 임의의 물질(substance)로서, 구체적으로 적어도 하나의 항체에 의하여 인식 가능한 임의의 분자 또는 분자 그룹을 의미할 수 있다. 항원은 적어도 하나의 에피토프(epitope; 항체의 의하여 인식될 수 있는 특정 생화학적 유닛)을 함유한다. 또한, "항체"는 완전한 다클론(또는 폴리클론) 또는 단클론(모노클론) 항체뿐만 아니라, 이의 단편(예를 들면, Fab, Fab', F(ab')2, Fv), 단일사슬 (ScFv), 다이아바디, 항체 단편들로 형성된 다중특이적 항체, 그의 돌연변이, 항체 부분을 포함하는 융합 단백질, 요망되는 특이성의 항체 인식 부위를 포함하는 면역 글로불린 분자의 임의의 기타 변형 배열을 의미할 수 있다. 항체로는 임의의 범주에 해당되는 항체, 예를 들면 IgG, IgA, 또는 IgM (또는 그의 서브클래스), 및 특정 클래스에 속하지 않는 항체를 포함할 수 있다.“Antigen” is any substance that can cause a specific immune response, and may specifically mean any molecule or group of molecules that can be recognized by at least one antibody. An antigen contains at least one epitope (a specific biochemical unit that can be recognized by an antibody). In addition, “antibody” refers not only to a complete polyclonal (or polyclonal) or monoclonal (monoclonal) antibody, but also to fragments thereof (e.g., Fab, Fab', F(ab')2, Fv), single chain (ScFv), ), diabodies, multispecific antibodies formed from antibody fragments, mutations thereof, fusion proteins comprising antibody portions, any other modified arrangement of an immunoglobulin molecule containing an antibody recognition site of the desired specificity. . Antibodies may include antibodies that fall into any category, such as IgG, IgA, or IgM (or subclasses thereof), and antibodies that do not belong to a particular class.

"수용체"는 특정 물질을 인식할 수 있는 분자단 또는 수용기를 의미할 수 있는 바, 이를 도입함으로써 폴리다이아세틸렌의 공액 구조에 의한 독특한 광학적 특성 변화를 유도할 수 있다. “Receptor” can refer to a molecular group or receptor capable of recognizing a specific substance, and by introducing it, a unique optical characteristic change can be induced due to the conjugated structure of polydiacetylene.

"특이적으로 결합한다"는 표현은 결합 시약(reagent), 예를 들면 항체의 특이성을 의미하는 것으로, 정의된 검체 또는 타겟 물질에 우선적으로 결합하는 것을 의미할 수 있다. 다른 잠재적인 타겟의 존재 하에서 특정 검체 또는 타겟 물질의 결합 시약 또는 항체에 의하여 인식되는 것은 이러한 결합의 일 특징일 수 있다. 몇몇 구체예에서, 검체에 특이적으로 결합하는 결합 시약은 검사하고자 하는 샘플 내의 다른 간섭 부분 또는 부분들과의 결합을 회피할 수 있다.The expression “specifically binds” refers to the specificity of a binding reagent, for example, an antibody, and may mean preferentially binding to a defined sample or target substance. Recognition by a binding reagent or antibody of a specific specimen or target substance in the presence of other potential targets may be a characteristic of such binding. In some embodiments, a binding reagent that specifically binds to a sample may avoid binding to other interfering moieties or portions in the sample to be tested.

"상에" 및 "위에"라는 표현은 상대적인 위치 개념을 언급하기 위하여 사용되는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 언급된 층에 다른 구성 요소 또는 층이 직접적으로 존재하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층(중간층) 또는 구성 요소가 개재되거나 존재할 수도 있다. 이와 유사하게, "하측에", "하부에" 및 "아래에"라는 표현 및 "사이에"라는 표현 역시 위치에 대한 상대적 개념으로 이해될 수 있을 것이다. 또한, "순차적으로"라는 표현 역시 상대적인 위치 개념으로 이해될 수 있다. The expressions “on” and “above” may be understood as being used to refer to the concept of relative position. Accordingly, not only may other components or layers be present directly in the mentioned layer, but also other layers (intermediate layers) or components may be interposed or present between them. Similarly, the expressions “below,” “in the lower part,” “below,” and “between” may also be understood as relative concepts of location. Additionally, the expression “sequentially” can also be understood as a relative position concept.

엑소좀의 선별 및 농축Selection and enrichment of exosomes

예시적 구체예에 따라 비드를 이용하여 엑소좀을 선별하고, 농축하는 일련의 과정은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같다.A series of processes for selecting and concentrating exosomes using beads according to an exemplary embodiment are schematically shown in FIG. 1.

상기 도면을 참조하면, 시료 내에서 검출하고자 하는 엑소좀(즉, 타겟 엑소좀) 또는 이의 표면에 존재하는 바이오마커(즉, 엑소좀 표면 바이오마커)를 선별하고 농축시키는 일련의 처리 과정이 수행된다. 이때, 타겟 엑소좀은 하나일 수도 있고, 2 이상일 수도 있다.Referring to the drawing, a series of processing processes are performed to select and concentrate exosomes to be detected in the sample (i.e., target exosomes) or biomarkers present on the surface (i.e., exosome surface biomarkers). . At this time, there may be one target exosome, or there may be two or more target exosomes.

이를 위하여, 먼저 타겟 엑소좀(또는 엑소좀 표면 바이오마커)에 대하여 특이적 결합능을 갖는 수용체가 비드 상에 부착 또는 고정된 수용체 비드를 제조한다.For this purpose, first, prepare a receptor bead on which a receptor having specific binding ability to the target exosome (or exosome surface biomarker) is attached or immobilized on the bead.

예시적 구체예에 따르면, 전술한 비드는 수지, 금속 및 글라스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 재질로 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, 수지를 사용할 경우, 각종 천연수지(예를 들면, 아가로오스) 또는 합성수지(예를 들면, 폴리스티렌)를 사용할 수 있으며, 또한 수지 성형물, 겔 등의 형태로 적용될 수 있다. 또한, 비드는 정형 또는 비정형 형상을 가질 수 있고, 또한 대칭 또는 비대칭 형상을 가질 수 있다. 보다 전형적으로, 비드는 구형, 로드 형, 큐빅 형, 육각형, 삼각형, 중공형 및/또는 꽃 형상의 구조형일 수 있으며, 특정 구체예에서는 도시된 바와 같이 구형의 비드일 수 있다. 이때, 비드의 입도는 비드를 구성하는 재료 또는 제작 환경을 고려하여 조절될 수 있으며, 나노스케일에서 마이크론 스케일 범위일 수 있다. 예시적 구체예에 있어서, 비드의 입도는, 예를 들면 약 1 내지 100 ㎛, 구체적으로 5 내지 80 ㎛, 보다 구체적으로 10 내지 50 ㎛의 범위에서 정하여질 수 있다. 비드의 입도는 입자의 재질, 형상 등에 따라 변화 가능하다. 또한, 수용체 비드의 형성 후 분리 용이성, 안정성등을 고려하여, 비드는 일정 수준 이상의 밀도를 갖는 것이 바람직할 수 있는 바, 예를 들면 약 2 내지 10 g/㎤, 구체적으로 약 4 내지 8 g/㎤, 보다 구체적으로 약 5 내지 7 g/㎤ 범위일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment, the above-described beads may be made of a material selected from the group consisting of resin, metal, and glass. In this regard, when using resin, various natural resins (eg, agarose) or synthetic resins (eg, polystyrene) can be used, and can also be applied in the form of resin moldings, gels, etc. Additionally, the beads may have a regular or irregular shape and may also have a symmetric or asymmetric shape. More typically, the beads may be spherical, rod-shaped, cubic, hexagonal, triangular, hollow and/or flower-shaped, and in certain embodiments may be spherical beads as shown. At this time, the particle size of the bead can be adjusted considering the material constituting the bead or the manufacturing environment, and may range from nanoscale to micron scale. In an exemplary embodiment, the particle size of the beads may be set, for example, in the range of about 1 to 100 ㎛, specifically 5 to 80 ㎛, and more specifically 10 to 50 ㎛. The particle size of the beads can vary depending on the material and shape of the particles. In addition, considering the ease of separation and stability after formation of the receptor beads, it may be desirable for the beads to have a density above a certain level, for example, about 2 to 10 g/cm3, specifically about 4 to 8 g/cm3. ㎤, more specifically, it may be in the range of about 5 to 7 g/㎤, but the present invention is not limited thereto.

특정 구체예에 있어서, 비드는 금속 비드, 구체적으로 자성 비드일 수 있다. 이러한 자성 비드는 강자성 또는 초상자성을 갖는 것일 수 있는데, 예를 들면 철, 코발트, 니켈, 산화철, 수산화철 및/또는 기타 철 합금을 함유하는 자성 입자, 희토류 자성 입자 등을 사용할 수 있다. In certain embodiments, the beads can be metal beads, specifically magnetic beads. These magnetic beads may have ferromagnetic or superparamagnetic properties. For example, magnetic particles containing iron, cobalt, nickel, iron oxide, iron hydroxide and/or other iron alloys, rare earth magnetic particles, etc. may be used.

일 예로서, 자성 비드는 산화 철 재질일 수 있는 바, 구체적으로 헤마타이트(α-Fe2O3), 마그헤마이트(γ-Fe2O3) 또는 자철석(마그네타이트, Fe3O4) 재질일 수 있으며, 선택적으로 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 가돌리늄(Gd)으로부터 적어도 하나를 더 함유할 수도 있다. 이와 같이, 자성 비드를 사용할 경우, 자석과 같은 수단을 이용하여 수용체가 결합된 비드(수용체 비드)를 다른 성분(예를 들면, 부착 또는 고정되지 않은 수용체)으로부터 보다 간편하게 분리할 수 있다. As an example, the magnetic bead may be made of iron oxide, specifically hematite (α-Fe 2 O 3 ), maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), or magnetite (magnetite, Fe 3 O 4 ). It may optionally further contain at least one of manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), and gadolinium (Gd). In this way, when using magnetic beads, the bead to which the receptor is bound (receptor bead) can be more easily separated from other components (for example, receptors that are not attached or fixed) using a means such as a magnet.

한편, 도시된 구체예에서 수용체는 항체, 압타머 등과 같이 리간드-수용체 상호작용(ligand-receptor interaction)이 가능한 물질일 수 있다. 이때, 표적대상은, 예를 들면 엑소좀 표면 바이오마커인 단백질(CD-9, CD-63, CD-81, CD-82 등)을 포함할 수 있고, 또한 다양한 질병에 대한 바이오마커 단백질(CD-44, 베타-아밀로이드, 타우) 등을 포함할 수 있다. 일 예로서, 수용체는 타겟 단백질에 대응하는 항체일 수 있는 바, 예를 들면 타겟 단백질이 CD-63인 경우. 수용체는 항 CD-63 항체일 수 있다. Meanwhile, in the illustrated embodiment, the receptor may be a substance capable of ligand-receptor interaction, such as an antibody or aptamer. At this time, the target may include, for example, an exosome surface biomarker protein (CD-9, CD-63, CD-81, CD-82, etc.), and may also include a biomarker protein for various diseases (CD-82, etc.) -44, beta-amyloid, tau), etc. As an example, the receptor may be an antibody corresponding to a target protein, for example, when the target protein is CD-63. The receptor may be an anti-CD-63 antibody.

이러한 수용체를 비드 상에 부착 또는 결합시키기 위하여, 예를 들면 화학적 기능기에 의한 화학적 방식을 적용하여 활성화할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 비드에 도입 가능한 화학적 기능기의 경우, 비드의 표면에 부착 또는 결합될 수 있는 것으로서 수용체(또는 수용체와 결합된 대응되는 화학적 기능기)와 결합하거나 커플링(예를 들면, 공유결합 등)할 수 있는 한, 다양한 종류로부터 선정될 수 있다. 일 예로서, 화학적 방식은 EDC(N-hydroxysuccinimide)/NHS(N-hydroxysuccinimide) 반응, 아비딘(및/또는 스트렙트아비딘)/바이오틴 결합, 설파이드-말레이미드 등을 이용할 수 있는 바, 구체적으로 아비딘(및/또는 스트렙트아비딘)/바이오틴 결합을 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 아비딘(또는 스트렙트아비딘)으로 비드 표면을 활성화하고, 수용체에 바이오틴을 접합시켜 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 바이오틴은 비타민의 일종으로, 구체적으로 테트라하이드로티오펜 고리와 융합된 우레이도(테트라하이드로이미디잘론) 고리로 이루어지는 B-착체 비타민(hexahydro-2-oxo-lH-thieno[3,4-d]imidazoline-4-valeric acid)으로, 분자량은 약 244 g/mol이며, 테트라하이드로티오펜 고리의 탄소 원자 중 하나에 발레르산 치환기가 부착되어 있다. 바이오틴은 아비딘 또는 스트렙트아비딘과 강한 친화성에 의하여 특이적으로 결합할 수 있는 바, 예를 들면 1개의 스트렙타비딘 분자에 4개의 바이오틴 분자가 결합할 수 있다. 상술한 화학적 방식에 의한 부착은 당업계에서 널리 알려져 있는 만큼, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.In order to attach or bind these receptors to beads, they can be activated, for example, by applying a chemical method using a chemical functional group. According to an exemplary embodiment, in the case of a chemical functional group that can be introduced into a bead, it can be attached or bound to the surface of the bead and binds or couples to a receptor (or a corresponding chemical functional group bound to a receptor) (e.g. , covalent bond, etc.) can be selected from a variety of types. As an example, chemical methods may use EDC (N-hydroxysuccinimide)/NHS (N-hydroxysuccinimide) reaction, avidin (and/or streptavidin)/biotin combination, sulfide-maleimide, etc. Specifically, avidin ( and/or streptavidin)/biotin combination may be used. In this regard, it can be used by activating the bead surface with avidin (or streptavidin) and conjugating biotin to the receptor. In this regard, biotin is a type of vitamin, specifically a B-complex vitamin consisting of a ureido (tetrahydroimidizalone) ring fused to a tetrahydrothiophene ring (hexahydro-2-oxo-lH-thieno[3,4 -d]imidazoline-4-valeric acid), has a molecular weight of about 244 g/mol, and has a valeric acid substituent attached to one of the carbon atoms of the tetrahydrothiophene ring. Biotin can specifically bind to avidin or streptavidin due to its strong affinity. For example, four biotin molecules can bind to one streptavidin molecule. Since attachment by the above-mentioned chemical method is widely known in the art, detailed description will be omitted.

예시적 구체예에 따르면, 타겟 엑소좀이 복수인 경우, 비드에 부착 또는 결합되는 수용체 역시 복수일 수 있다.According to an exemplary embodiment, when there are multiple target exosomes, there may also be multiple receptors attached to or bound to the beads.

예시적 구체예에 있어서, 비드에 수용체를 부착하는 단계는, 예를 들면 4 내지 30 ℃, 구체적으로 상온에서 교반 조건 하에 수행될 수 있다. 수용체와의 부착(반응) 시 비드의 농도는, 예를 들면 약 0.1 내지 1 mg/mL, 구체적으로 약 0.2 내지 0.5 mg/mL의 범위에서 조절될 수 있다. 특정 구체예에서, 비드에 수용체를 부착하는 단계는 상온에서 약 30 내지 60분에 걸쳐 수행될 수 있다. 상술한 비드 수용체 반응이 수행되는 경우를 제외하고는 비드는 대략 4℃에서 보관될 수 있다. In an exemplary embodiment, the step of attaching the receptor to the beads may be performed under stirring conditions, for example, at 4 to 30° C., specifically at room temperature. The concentration of the beads upon attachment (reaction) with the receptor can be adjusted, for example, in the range of about 0.1 to 1 mg/mL, specifically about 0.2 to 0.5 mg/mL. In certain embodiments, attaching the receptor to the beads may be performed at room temperature over about 30 to 60 minutes. Beads may be stored at approximately 4°C except when the bead receptor reaction described above is performed.

또한, 수용체 비드 형성을 위한 반응(또는 처리) 단계가 종료되면, 당업계에서 알려진 후처리, 예를 들면 반응에 참여하지 않은 잔여 수용체의 제거, 세척 등을 수행할 수 있다.In addition, when the reaction (or processing) step for forming receptor beads is completed, post-processing known in the art, such as removal of remaining receptors that did not participate in the reaction, washing, etc., can be performed.

한편, 전술한 바와 같이 비드 상에 타겟 엑소좀에 대한 특이적 결합능을 갖는 수용체가 부착된 비드(즉, 수용체 비드)가 제조되면, 엑소좀-함유 시료를 접촉시키는 단계가 수행될 수 있다. 이때, 수용체 비드는 건조된 상태로 접촉시킬 수도 있으며, 또는 수용체 비드 용액(분산액) 형태로 접촉시킬 수도 있다. Meanwhile, as described above, when beads to which a receptor having specific binding ability to target exosomes is attached (i.e., receptor beads) are prepared, a step of contacting the exosome-containing sample can be performed. At this time, the receptor beads may be contacted in a dry state, or may be contacted in the form of a receptor bead solution (dispersion).

도시된 바와 같이, 엑소좀-함유 시료(예를 들면, 체액일 수 있고, 보다 구체적으로는 혈액 또는 이로부터 분리된 혈청(serum) 등일 수 있음) 내에 수용체 비드를 투입할 수 있다. 이와 관련하여, 상술한 엑소좀-함유 시료(초기 시료 또는 전처리 전 시료) 내 엑소좀의 농도는, 예를 들면 약 108 내지 1012 vesicles/mL, 구체적으로 약 109 내지 5×1011 vesicles/mL, 보다 구체적으로 약 1010 내지 1011 vesicles/mL의 범위일 수 있으며, 경우에 따라서는 체액의 추가적인 희석을 통해 검출 한계 미만의 수준일 수 있다. As shown, receptor beads can be introduced into an exosome-containing sample (for example, it may be a body fluid, and more specifically, it may be blood or serum separated therefrom). In this regard, the concentration of exosomes in the above-described exosome-containing sample (initial sample or sample before pretreatment) is, for example, about 10 8 to 10 12 vesicles/mL, specifically about 10 9 to 5×10 11 vesicles. /mL, more specifically, it may range from about 10 10 to 10 11 vesicles/mL, and in some cases, the level may be below the detection limit through additional dilution of body fluids.

이와 관련하여, 엑소좀-함유 시료 내에 투입되는 수용체 비드의 량은 혼합되는 엑소좀-함유 시료(구체적으로 체액)의 체적을 고려하여 정하여질 수 있는 바, 예를 들면 시료의 10 μL 당 혼합되는 수용체 비드의 량(농도)은, 예를 들면 약 0.2 내지 0.5 mg/mL, 구체적으로 약 0.25 내지 0.45 mg/mL, 보다 구체적으로 약 0.3 내지 0.4 mg/mL의 범위에서 정하여질 수 있다. 또한, 수용체 비드의 체적은, 예를 들면 약 100 내지 300 μL, 구체적으로 약 150 내지 200 μL 일 수 있으나, 이는 예시적 취지로 이해될 수 있다.In this regard, the amount of receptor beads introduced into the exosome-containing sample can be determined by considering the volume of the exosome-containing sample (specifically, body fluid) to be mixed, for example, mixed per 10 μL of the sample. The amount (concentration) of the receptor beads may be, for example, set in the range of about 0.2 to 0.5 mg/mL, specifically about 0.25 to 0.45 mg/mL, and more specifically about 0.3 to 0.4 mg/mL. Additionally, the volume of the receptor beads may be, for example, about 100 to 300 μL, specifically about 150 to 200 μL, but this can be understood as an example.

예시적 구체예에 따르면, 수용체 비드와 엑소좀-함유 시료의 반응 조건은 특별히 한정되는 것은 아니나, 엑소좀-함유 시료와 수용체 비드를 조합한 후에 상대적으로 낮은 온도(예를 들면, 약 1 내지 10 ℃, 구체적으로 약 3 내지 5℃, 보다 구체적으로 약 4℃)에서 약 5 내지 12 시간(구체적으로 약 6 내지 10 시간, 보다 구체적으로 약 7 내지 9 시간)에 걸쳐 반응시킬 수 있다. 택일적으로, 비교적 높은 온도, 예를 들면 약 20 내지 35 ℃, 구체적으로 상온에서 약 0.5 내지 3 시간, 구체적으로 약 0.8 내지 2시간 동안 교반 하에 수행될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the reaction conditions of the receptor beads and the exosome-containing sample are not particularly limited, but after combining the exosome-containing sample and the receptor beads, a relatively low temperature (e.g., about 1 to 10 The reaction may be carried out at ℃, specifically about 3 to 5℃, more specifically about 4℃) for about 5 to 12 hours (specifically, about 6 to 10 hours, more specifically about 7 to 9 hours). Alternatively, it may be carried out at a relatively high temperature, for example about 20 to 35° C., specifically at room temperature, with stirring for about 0.5 to 3 hours, specifically about 0.8 to 2 hours.

상술한 절차에 따라, 시료 내 엑소좀이 비드에 부착된 수용체와 바인딩될 수 있고, 이후 비드 상에 바인딩되어 있는 엑소좀을 해리 또는 분리시키는 단계, 즉 엑소좀과 수용체 비드 간의 결합을 절단하여 엑소좀을 용액 내에서 해리시킴으로써 농축된 엑소좀 용액을 제조하는 단계가 수행될 수 있다.According to the above-mentioned procedure, the exosomes in the sample can bind to the receptor attached to the bead, and then the exosome bound to the bead is dissociated or separated, that is, the bond between the exosome and the receptor bead is cut to form the exosome. A step of preparing a concentrated exosome solution can be performed by dissociating the exosomes in solution.

예시적 구체예에 따르면, 엑소좀과 수용체 비드의 수용체 간의 결합을 절단할 수 있는 한, 당업계에서 알려진 수단(예를 들면, 항원-항체 복합체의 해리 수단)을 적용할 수 있다. 이와 관련하여, 대표적으로 글리신-염산 완충용액(buffer), 시트레이트 완충용액, 아세트산염 완충용액, 인산염 완충용액 등을 이용하는 방법을 예시할 수 있다. 일 예로서, 완충용액의 농도는 엑소좀의 농도 및 분리상태를 고려하여 정하여질 수 있는 바, 예를 들면 약 10 내지 200 mM, 구체적으로 약 50 내지 150 mM, 보다 구체적으로 약 100 내지 200 mM의 범위일 수 있고, 또한 완충용액의 pH는, 예를 들면 약 2.5 내지 4, 구체적으로 약 3 내지 3.5의 범위에서 조절될 수 있다. 특정 구체예에 따르면, 글리신-염산 완충용액을 사용할 수 있는 바, 엑소좀의 해리에 적합한 pH 및 삼투압 환경을 제공하는 점에서 유리할 수 있다. 전술한 완충용액의 농도 및/또는 pH는 엑소좀 및 수용체 각각의 종류, 반응 시간, 반응 온도 등에 따라 변경 가능하다.According to an exemplary embodiment, means known in the art (for example, means for dissociation of an antigen-antibody complex) can be applied as long as they can cleave the bond between the exosome and the receptor of the receptor bead. In this regard, representative examples include methods using glycine-hydrochloric acid buffer, citrate buffer, acetate buffer, and phosphate buffer. As an example, the concentration of the buffer solution can be determined considering the concentration and separation state of exosomes, for example, about 10 to 200 mM, specifically about 50 to 150 mM, more specifically about 100 to 200 mM. It may be in the range of, and the pH of the buffer solution may be adjusted, for example, in the range of about 2.5 to 4, specifically in the range of about 3 to 3.5. According to a specific embodiment, a glycine-hydrochloric acid buffer solution may be used, which may be advantageous in providing a pH and osmotic environment suitable for dissociation of exosomes. The concentration and/or pH of the above-mentioned buffer solution can be changed depending on the type, reaction time, reaction temperature, etc. of each exosome and receptor.

또한, 예시적 구체예에서 완충용액 내 엑소좀-수용체 복합체 비드의 함량(농도)은, 예를 들면 약 2 내지 10 g/㎤, 구체적으로 약 4 내지 8 g/㎤, 보다 구체적으로 약 5 내지 7 g/㎤의 범위에서 조절 가능하나, 이는 예시적 취지로 이해될 수 있다.In addition, in an exemplary embodiment, the content (concentration) of the exosome-receptor complex beads in the buffer solution is, for example, about 2 to 10 g/cm3, specifically about 4 to 8 g/cm3, more specifically about 5 to 5 g/cm3. It can be adjusted in the range of 7 g/cm3, but this can be understood as an example.

전술한 구체예에서 해리 반응은, 예를 들면 약 3 내지 6℃(구체적으로 약 4 내지 5 ℃)에서 약 500 내지 1000분(구체적으로 약 600 내지 900분)에 걸쳐 수행될 수 있다. 택일적으로, 보다 높은 온도 조건, 예를 들면 약 20 내지 30℃(구체적으로 약 23 내지 25℃)에서는 약 20 내지 100분(구체적으로 약 30 내지 60분)에 걸쳐 수행될 수 있다. In the above-described embodiment, the dissociation reaction may be performed, for example, at about 3 to 6°C (specifically, about 4 to 5°C) for about 500 to 1000 minutes (specifically, about 600 to 900 minutes). Alternatively, it may be performed at higher temperature conditions, for example, about 20 to 30° C. (specifically, about 23 to 25° C.) over about 20 to 100 minutes (specifically, about 30 to 60 minutes).

이와 같이, 해리 또는 분리를 통하여 생성된(전처리된) 엑소좀 용액은 초기 엑소좀-함유 시료에 함유되어 있는 각종 간섭 성분 또는 불순물이 실질적으로 제거된 상태에 있을 수 있고, 또한 전처리된 액상 시료 내 엑소좀의 농도는 초기 엑소좀-함유 시료(전처리 전 엑소좀-함유 용액) 대비 엑소좀의 농도가, 예를 들면 적어도 약 50%, 구체적으로 적어도 약 100%, 보다 구체적으로 약 200 내지 500% 증가된 농축 상태에 있을 수 있다. 일 예로서, 엑소좀의 해리 시 첨가되는 완충용액(예를 들면, 글리신-염산 완충용액)의 사용량(체적)을 상대적으로 낮은 수준으로 조절함으로써 엑소좀을 농축시킬 수 있는 바, 후속 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이 플랫폼에서 농축된 상태로 검출에 적용될 수 있다.In this way, the exosome solution generated (pretreated) through dissociation or separation may be in a state in which various interfering components or impurities contained in the initial exosome-containing sample are substantially removed, and also in the pretreated liquid sample. The concentration of exosomes is, for example, at least about 50%, specifically at least about 100%, more specifically about 200 to 500%, compared to the initial exosome-containing sample (exosome-containing solution before pretreatment). May be in a state of increased concentration. As an example, exosomes can be concentrated by adjusting the amount (volume) of the buffer solution (e.g., glycine-hydrochloric acid buffer solution) added during dissociation of exosomes to a relatively low level, and subsequent polydiacetylene It can be applied for detection in a concentrated state on a liposome array platform.

다이아세틸렌-인지질 리포좀의 제조 및 아민-개질된 기판 상에 리포좀의 마이크로어레이 형성Preparation of diacetylene-phospholipid liposomes and microarray formation of liposomes on amine-modified substrates

예시적 구체예에 따른 엑소좀 검출용 폴리다이아세틸렌(PDA) 기반의 마이크로어레이(어레이) 검출 플랫폼을 제조하는 절차는 도 2a에 도시된 바와 같다. 아민-개질된 기판 상에 다이아세틸렌/인지질 리포좀이 EDC/NHS 반응에 의하여 활성화되고 고정되는 과정(a)은 도시된 바와 같다.The procedure for manufacturing a polydiacetylene (PDA)-based microarray (array) detection platform for exosome detection according to an exemplary embodiment is shown in FIG. 2A. The process (a) in which diacetylene/phospholipid liposomes are activated and immobilized on an amine-modified substrate by EDC/NHS reaction is shown.

상기 도면을 참조하면, 전술한 엑소좀의 선별 및 농축 단계와 별도로, 다이아세틸렌-인지질 리포좀을 제조한다.Referring to the drawing, diacetylene-phospholipid liposomes are prepared separately from the selection and concentration steps of exosomes described above.

예시적 구체예에 따르면, 다이아세틸렌 단량체는 다이아세틸렌기를 함유하는 화합물일 수 있는 바, 예를 들면 PCDA(pentacosadiyonic acid), TCDA(trocosadiyonic acid), HCDA (heneicosadiynoic acid) 및 HDDA(heptadecadiynoic acid)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로, 다이아세틸렌 단량체는 PCDA 및/또는 TCDA일 수 있고, 보다 구체적으로 PCDA일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the diacetylene monomer may be a compound containing a diacetylene group, for example, consisting of pentacosadiyonic acid (PCDA), trocosadiyonic acid (TCDA), heneicosadiynoic acid (HCDA), and heptadecadiynoic acid (HDDA). It may be at least one selected from the group. Specifically, the diacetylene monomer may be PCDA and/or TCDA, and more specifically, may be PCDA.

또한, 인지질은, 예를 들면 디미리스토일포스파티딜콜린 (DMPC), 디미리스토일포스파티딜글리세롤 (DMPG), 디팔미토일포스파티딜글리세롤 (DPPG), 디스테아로일포스파티딜콜린 (DSPC), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디올레일포스파티딜에탄올아민 (DOPE), 팔미토일스테아로일포스파티딜콜린 (PSPC), 팔미토일스테아롤포스파티딜 글리세롤 (PSPG), 모노-올레오일-포스파티딜에탄올아민 (MOPE), 디라우로일 에틸포스포콜린 (DLEP), 디미리스토일 에틸포스포콜린 (DMEP), 디팔미토일 에틸포스포콜린 (DPEP) 및 디스테아로일 에틸포스포콜린 (DSEP), 1,2-비스(올레오일옥시)-3-(트리메틸암모니오)프로판 (DOTAP), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디미리스토일포스파티딜산 (DMPA), 디팔미토일포스파티딜산 (DPPA), 디스테아로일포스파티딜산 (DSPA), 디미리스토일포스파티딜이노시톨 (DMPI), 디팔미토일포스파티딜이노시톨 (DPPI), 디스테아로일포스파티딜이노시톨 (DSPI), 디미리스토일포스파티딜세린 (DMPS), 디팔미토일포스파티딜세린 (DPPS), 디스테아로일포스파티딜세린 (DSPS)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로, DMPC 및 DMPA로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있고, 보다 구체적으로는 DMPC일 수 있다. Additionally, phospholipids include, for example, dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG), dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), and distearoylphosphatidylglycerol. Glycerol (DSPG), dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoylstearoylphosphatidylcholine (PSPC), palmitoylstearoylphosphatidyl glycerol (PSPG), mono-oleoyl-phosphatidylethanolamine (MOPE), dilauroyl Ethylphosphocholine (DLEP), dimyristoyl ethylphosphocholine (DMEP), dipalmitoyl ethylphosphocholine (DPEP) and distearoyl ethylphosphocholine (DSEP), 1,2-bis(oleic acid) Oiloxy)-3-(trimethylammonio)propane (DOTAP), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), dimyristoylphosphatidyl acid (DMPA), dipalmitoylphosphatidyl acid (DPPA), distearoylphosphatidyl Acid (DSPA), dimyristoylphosphatidylinositol (DMPI), dipalmitoylphosphatidylinositol (DPPI), distearoylphosphatidylinositol (DSPI), dimyristoylphosphatidylserine (DMPS), dipalmitoylphosphatidylserine ( It may be at least one selected from the group consisting of DPPS) and distearoylphosphatidylserine (DSPS). Specifically, it may be at least one selected from the group consisting of DMPC and DMPA, and more specifically, it may be DMPC.

이와 관련하여, 인지질을 삽입할 경우, 후술하는 폴리다이아세틸렌(PDA)의 감도에 영향을 미칠 수 있는 바, 이를 고려하여 적절한 비율로 조합하는 것이 유리할 수 있다. 예시적으로, 다이아세틸렌 단량체 : 인지질의 몰 비는, 예를 들면 약 2 내지 10 : 1, 구체적으로 약 3 내지 8 : 1, 보다 구체적으로 약 4 내지 6 : 1의 범위일 수 있다. In this regard, inserting phospholipids may affect the sensitivity of polydiacetylene (PDA), which will be described later, so it may be advantageous to take this into account and combine them in an appropriate ratio. Illustratively, the molar ratio of diacetylene monomer:phospholipid may range, for example, from about 2 to 10:1, specifically from about 3 to 8:1, and more specifically from about 4 to 6:1.

예시적 구체예에 따르면, 다이아세틸렌/인지질 리포좀 복합체는 박막 수화법, 주사기입법 등에 의하여 제조될 수 있으며, 구체적으로 박막 수화법을 적용할 수 있다. 일 예로서, 박막 수화법을 적용하는 경우, 먼저 다이아세틸렌 단량체 및 인 지질 각각의 용액을 제조할 수 있고, 이때 용매로서 클로로포름, 테트라하이드로퓨란, 에탄올, 아세톤 등으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다. 또한, 각각의 용액 농도는, 예를 들면 약 5 내지 30 mg/mL, 구체적으로 약 10 내지 25 mg/mL, 보다 구체적으로 약 15 내지 20 mg/mL의 범위에서 조절될 수 있으며, 특히 구체적으로 약 20 mg/mL 부근으로 설정할 수 있다. 이후, 전술한 다이아세틸렌 단량체 : 인지질의 몰 비를 고려하여 2가지 용액을 조합한 후에 비활성 가스(예를 들면, 질소, 아르곤 등)에 의하여 건조시켜 지질 박막을 형성하며, 후속적으로 물을 첨가하는 바, 이때 물의 첨가량은 지질 및 인지질이, 예를 들면 약 0.2 내지 2 mM, 구체적으로 약 0.5 내지 1 mM의 농도 범위에 있도록 조절할 수 있다. 다만, 전술한 조건은 예시적 취지로 이해될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the diacetylene/phospholipid liposome complex can be prepared by a thin film hydration method, a syringe method, etc., and specifically, the thin film hydration method can be applied. As an example, when applying the thin film hydration method, solutions of each diacetylene monomer and phospholipid can be prepared first, and at this time, at least one selected from chloroform, tetrahydrofuran, ethanol, acetone, etc. can be used as a solvent. In addition, the concentration of each solution may be adjusted, for example, in the range of about 5 to 30 mg/mL, specifically about 10 to 25 mg/mL, and more specifically about 15 to 20 mg/mL. It can be set around 20 mg/mL. Afterwards, the two solutions are combined in consideration of the molar ratio of the above-mentioned diacetylene monomer:phospholipid, then dried with an inert gas (e.g., nitrogen, argon, etc.) to form a lipid thin film, and water is subsequently added. In this case, the amount of water added can be adjusted so that the concentration of lipids and phospholipids is in the range of, for example, about 0.2 to 2mM, specifically about 0.5 to 1mM. However, the above-mentioned conditions may be understood as illustrative purposes.

또한, 물의 첨가 후에는 당업계에서 공지된 분산 수단(예를 들면, 소니케이터, 균질화기 등)을 이용하여 균일하게 분산 또는 용해시킬 수 있는 바, 이때 온도는, 예를 들면 약 60 내지 95 ℃, 구체적으로 약 70 내지 90 ℃, 보다 구체적으로 약 75 내지 85 ℃의 범위에서 조절할 수 있다. 후속 단계에서 분산액(또는 용액)을, 예를 들면 약 0 내지 10 ℃, 구체적으로 약 2 내지 8 ℃, 보다 구체적으로 약 3 내지 5 ℃로 냉각시켜 결정화시킴으로써 다이아세틸렌/인지질 리포좀(지질 소포체)이 재조립되도록 유도할 수 있다.In addition, after addition of water, it can be uniformly dispersed or dissolved using a dispersing means known in the art (e.g., sonicator, homogenizer, etc.). At this time, the temperature is, for example, about 60 to 95 degrees Celsius. It can be adjusted in the range of ℃, specifically about 70 to 90 ℃, more specifically about 75 to 85 ℃. In a subsequent step, the dispersion (or solution) is crystallized by cooling to, for example, about 0 to 10° C., specifically about 2 to 8° C., more specifically about 3 to 5° C., thereby forming diacetylene/phospholipid liposomes (lipid vesicles). It can be induced to be reassembled.

일 구체예에 따르면, 다이아세틸렌/인지질 리포좀의 어레이를 형성하기 위하여, 아민-개질된 기판을 제공한다. 이때, 기판의 재질은, 예를 들면 글라스, 실리콘 웨이퍼, 투명 플라스틱 등으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 보다 구체적으로는 글라스 재질의 2차원 평면을 제공하는 기판일 수 있다. According to one embodiment, an amine-modified substrate is provided to form an array of diacetylene/phospholipid liposomes. At this time, the material of the substrate may be, for example, at least one selected from glass, silicon wafer, transparent plastic, etc., and more specifically, it may be a substrate that provides a two-dimensional plane made of glass.

예시적 구체예에 따르면, 아민 개질된 기판은 기판 표면을 아미노-말단 실란으로 개질한 것일 수 있다. 이와 관련하여, 아미노-말단 실란은 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane), 3-아미노프로필 트리메톡시실란(3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl triethoxysilane), 3-2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노프로필 트리메톡시실란(3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl trimethoxysilane), 3-2-(2-아미노에틸아미노)에닐아미노프로필 트리에톡시실란(3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl triethoxysilane), 3-아미노프로필 메틸디메톡시실란(3-aminopropyl methyldimethoxysilane) 등으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 보다 구체적으로는 3-아미노프로필 트리에톡시실란을 사용할 수 있는 바, 폴리다이아세틸렌 리포좀이 표면에 효과적으로 부착될 수 있도록 세척 작용 및 아민그룹을 제공하는 점에서 유리할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the amine-modified substrate may be one in which the surface of the substrate is modified with amino-terminated silane. In this regard, amino-terminated silanes include 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyl trimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)-3-amino Propyl trimethoxysilane (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl triethoxysilane (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl triethoxysilane ), 3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl trimethoxysilane (3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl trimethoxysilane), 3-2-(2-aminoethylamino)enenylaminopropyl triethylene It may be at least one selected from 3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl triethoxysilane, 3-aminopropyl methyldimethoxysilane, etc., and more specifically, 3-aminopropyl triethoxysilane. Toxysilane can be used, which can be advantageous in that it provides a cleaning action and an amine group so that polydiacetylene liposomes can be effectively attached to the surface.

아미노-말단 실란으로 기판 표면을 개질하기 위하여, 아미노실란계 화합물의 용액을 제조할 수 있는 바, 이때 사용 가능한 용매는 지방족 알코올(예를 들면, 메탄올, 에탄올 등과 같은 탄소수 1 내지 3의 지방족 알코올), 방향족 탄화수소(예를 들면, 톨루엔, 벤젠) 등으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 또한, 아미노실란계 화합물 용액의 농도는, 예를 들면 약 0.5 내지 4 중량%, 구체적으로 약 1 내지 3 중량%, 보다 구체적으로 약 2 내지 2.5 중량%의 범위일 수 있다.In order to modify the substrate surface with amino-terminated silane, a solution of an aminosilane-based compound can be prepared, and the solvent that can be used in this case is an aliphatic alcohol (e.g., an aliphatic alcohol with 1 to 3 carbon atoms such as methanol, ethanol, etc.) , aromatic hydrocarbons (eg, toluene, benzene), etc. Additionally, the concentration of the aminosilane compound solution may be, for example, in the range of about 0.5 to 4% by weight, specifically about 1 to 3% by weight, and more specifically about 2 to 2.5% by weight.

이후, 아미노실란계 화합물 용액을 기판 표면에 접촉시켜 개질시킬 수 있는 바, 접촉 온도는, 예를 들면 약 20 내지 30 ℃(구체적으로 약 23 내지 27 ℃)의 범위, 그리고 접촉 시간은, 예를 들면 약 0.5 내지 3 시간(구체적으로 약 1 내지 2 시간)의 범위에서 조절될 수 있다.Thereafter, the aminosilane compound solution can be modified by contacting the substrate surface. The contact temperature is, for example, in the range of about 20 to 30 ° C. (specifically, about 23 to 27 ° C.), and the contact time is, for example, For example, it can be adjusted in the range of about 0.5 to 3 hours (specifically, about 1 to 2 hours).

예시적 구체예에 따르면, 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액을 아민 개질된 기판 상에 접촉시키기 전에 도시된 바와 같이 특정 수용체와 용이하게 결합할 수 있도록 당업계에서 공지된 방식, 예를 들면 EDC/NHS 커플링 반응, 설폰-말레이미드 결합반응, 아비딘-바이오틴 결합반응 등을 구현할 수 있는 화학적 기능기를 이용하여 다이아세틸렌/인지질 리포좀의 표면을 활성화시킬 수 있다. 이러한 화학적 기능기는 지질 소포체의 표면에 부착 또는 결합될 수 있는 것으로 수용체와 결합하거나 커플링(예를 들면, 공유결합 등)할 수 있는 다양한 종류로부터 선정될 수 있다. 보다 구체적으로, EDC/NHS 커플링 반응을 적용할 수 있는 바, 이 경우 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액에 EDC 및 NHS를 첨가할 수 있으며, 이때 EDC 및 NHS의 농도의 합은, 예를 들면 약 10 내지 200 mM, 구체적으로 약 20 내지 100 mM, 보다 구체적으로 약 30 내지 50 mM의 범위에서 조절될 수 있다.According to an exemplary embodiment, prior to contacting the diacetylene/phospholipid liposome solution onto an amine-modified substrate, a method known in the art to facilitate binding to a specific receptor as shown, e.g., the EDC/NHS couple, is used. The surface of diacetylene/phospholipid liposomes can be activated using chemical functional groups that can implement ring reactions, sulfone-maleimide binding reactions, avidin-biotin binding reactions, etc. These chemical functional groups can be attached or bound to the surface of lipid endoplasmic reticulum and can be selected from a variety of types that can bind or couple (for example, covalently bond, etc.) with a receptor. More specifically, the EDC/NHS coupling reaction can be applied, in which case EDC and NHS can be added to the diacetylene/phospholipid liposome solution, where the sum of the concentrations of EDC and NHS is, for example, about 10. It may be adjusted in the range of from 200 mM, specifically about 20 to 100 mM, and more specifically about 30 to 50 mM.

예시적 구체예에 따르면, 상술한 바와 같이 제조된 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액을 이용하여 아민 개질된 기판 상에 어레이시키기 위하여, 예를 들면 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액을 머금고 있는 팁 또는 핀을 통하여 기판에 접촉시킴으로서 어레이를 형성하는 방식, 액적(droplet) 형태의 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액을 기판 상에 떨어뜨려 어레이를 형성하는 비접촉식 방식 등을 채택할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 상술한 바와 같이 형성된 리포좀 어레이(마이크로어레이)는 바둑판 패턴일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the diacetylene/phospholipid liposome solution prepared as described above is used to array on an amine-modified substrate, for example, through tips or pins containing the diacetylene/phospholipid liposome solution. A method of forming an array by contacting a substrate, or a non-contact method of forming an array by dropping a droplet-shaped diacetylene/phospholipid liposome solution on the substrate can be adopted. According to an exemplary embodiment, the liposome array (microarray) formed as described above may be in a checkerboard pattern.

택일적 구체예에 따르면, 상업적 규모의 제조에 유리한 리소그래피 테크닉을 이용하여 어레이시킬 수 있는 바, 도 2b에 개략적으로 도시하였다.According to an alternative embodiment, the array can be made using a lithography technique that is advantageous for commercial scale manufacturing, as schematically shown in FIG. 2B.

상기 도면을 참조하면, 먼저, 기판 상에 포토레지스를 도포한 후에 마스크를 이용하여 자외선을 조사함으로써 폴리다이아세틸렌 리포좀이 부착되는 지점에 패턴을 새기는 한편, 나머지 부분은 현상을 거쳐 제거한다. 이때, 선택적으로(optionally) 기판 표면을 소수성 개질시킬 수 있는 바, 예를 들면 감압 건조기 내 FDTS(Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane) 증기를 이용할 수 있다. 이에 따라, 어레이에 대응되는 부위에만 선택적으로 포토레지스트가 남게 되고, 이외의 부분에 소수성 표면을 갖게 된다. 이후, 전술한 바와 같이, 아민 개질 처리를 수행한 후에 세척액(예를 들면, 탄소수 1 내지 3의 지방족 알코올, 구체적으로 에탄올) 내에 침지시키고, 선택적으로 초음파 조사를 인가하여 세척을 수행할 수 있다. Referring to the drawing, first, photoresist is applied on the substrate and then irradiated with ultraviolet rays using a mask to engrave a pattern at the point where the polydiacetylene liposome is attached, while the remaining portion is removed through development. At this time, the substrate surface can be optionally hydrophobically modified, for example, FDTS (Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane) vapor in a reduced pressure dryer can be used. Accordingly, photoresist is selectively left only in the areas corresponding to the array, and other areas have a hydrophobic surface. Thereafter, as described above, after performing the amine modification treatment, cleaning may be performed by immersing in a cleaning solution (for example, an aliphatic alcohol having 1 to 3 carbon atoms, specifically ethanol) and selectively applying ultrasonic irradiation.

그 다음, 전술한 바와 같이 활성화 처리된 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액을 아민-개질된 기판에 접촉시켜 반응시킨 다음, 세척 과정을 거침으로써 기판 상에 다이아세틸렌/인지질 리포좀 어레이를 형성할 수 있다. Next, the activated diacetylene/phospholipid liposome solution as described above is brought into contact with the amine-modified substrate to react, and then subjected to a washing process to form a diacetylene/phospholipid liposome array on the substrate.

상술한 리소그래피 방식의 경우, 물방울 기반의 어레이 방식(접촉식 또는 비접촉식)이 100 ㎛ 미만의 사이즈(직경)을 갖는 폴리다이아세틸렌 마이크로어레이 제작하는데 한계가 있는 문제점을 해결할 수 있는 만큼, 보다 높은 민감도를 달성할 수 있는 장점을 제공할 수 있다. In the case of the above-mentioned lithography method, the water droplet-based array method (contact or non-contact) can solve the problems that are limited in producing polydiacetylene microarrays with a size (diameter) of less than 100 ㎛, providing higher sensitivity. It can provide achievable advantages.

본 구체예에 있어서, 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액을 아민-개질된 기판 상에 어레이시켜 기판 상에 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액의 마이크로어레이를 형성하고 후속적으로 중합 반응을 수행할 경우, 수계 매질 기반의 폴리다이아세틸렌 리포좀 검출 플랫폼(또는 시스템)에 비하여 측정 시 필요한 샘플의 체적(또는 량)을 줄일 수 있고, 또한 리포좀에 대한 검출 물질의 비율을 높일 수 있기 때문에 검출 민감도를 높일 수 있는 장점을 제공할 수 있다. In this embodiment, when the diacetylene/phospholipid liposome solution is arrayed on an amine-modified substrate to form a microarray of the diacetylene/phospholipid liposome solution on the substrate and the polymerization reaction is subsequently performed, it is based on an aqueous medium. Compared to the polydiacetylene liposome detection platform (or system), the volume (or amount) of sample required for measurement can be reduced and the ratio of detection material to liposome can be increased, providing the advantage of increasing detection sensitivity. can do.

예시적 구체예에 따르면, 다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액은, 예를 들면 아미노실란계 화합물을 이용하여 아민 개질된 기판 상에 다이아세틸렌/인지질 리포좀을 어레이시킬 수 있다. 일 예로서, 후술하는 도 4에 도시된 바와 같이 기판 상에 복수의 반응로 또는 웰(well)이 소정 간격을 두고 배열되고, 개별 반응로 또는 웰 내에 복수의 리포좀 어레이가 형성될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the diacetylene/phospholipid liposome solution may array diacetylene/phospholipid liposomes on an amine-modified substrate using, for example, an aminosilane-based compound. As an example, as shown in FIG. 4, which will be described later, a plurality of reactors or wells may be arranged at predetermined intervals on a substrate, and a plurality of liposome arrays may be formed within individual reactors or wells.

폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이의 형성Formation of polydiacetylene liposome array

일 구체예에 따르면, 기판 상에 다이아세틸렌/인지질 리포좀의 어레이가 형성되면, 리포좀 상에 타겟 바이오마커, 즉 특정 분자(구체적으로, 질병의 진단이나 약물전달의 매개체인 엑소좀의 표면에 존재하는 바이오마커)에 대한 특이적 바인딩 특성 또는 선택성을 갖는 수용체를 도입할 수 있다. According to one embodiment, when an array of diacetylene/phospholipid liposomes is formed on a substrate, a target biomarker, that is, a specific molecule (specifically, present on the surface of exosomes, which are mediators for disease diagnosis or drug delivery), is placed on the liposomes. A receptor with specific binding characteristics or selectivity for a biomarker) can be introduced.

이러한 수용체는 앞서 엑소좀 시료의 선별 및 농축 과정에서 사용된 수용체의 범위에서 선정될 수 있다. 구체적으로, 수용체는 전형적으로 항체 전체 또는 항원 부착 영역(antigen binding region)을 포함하고 있는 부분항체(Fab , F(ab')2 , scFv 등), 압타머 등으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 이때, 압타머는 엑소좀의 바이오마커인 CD-9, CD-63, CD-81, CD-82 등과 같은 단백질을 수용할 수 있는 핵산계열의 수용체로서 기능할 수 있다. 보다 전형적으로는 항체 및/또는 압타머일 수 있다.These receptors can be selected from the range of receptors used previously in the selection and enrichment process of exosome samples. Specifically, the receptor may typically be at least one selected from the entire antibody or a partial antibody (F ab , F (ab')2 , scFv, etc.) containing an antigen binding region, an aptamer, etc. . At this time, the aptamer can function as a nucleic acid receptor that can accommodate proteins such as CD-9, CD-63, CD-81, and CD-82, which are biomarkers of exosomes. More typically, it may be an antibody and/or aptamer.

예시적 구체예에 따르면, 수용체는 엑소좀 중 특정 바이오마커에 대응되거나 특이적인 바이오마커 수용체를 포함하는 단일 수용체일 수 있다. 택일적 구체예에 따르면, 수용체는 엑소좀 중 복수의 바이오마커에 대응되거나 특이적인 2 이상의 다양한 바이오마커 수용체를 포함하는 다중 수용체일 수 있다. 이를 위하여, 다중 수용체 중 임의의 하나를 다이아세틸렌/인지질 리포좀에 먼저 도입 또는 부착한 후, 나머지를 순차적으로 도입 또는 부착할 수 있다. 이와 같이, 다중 수용체를 도입할 경우, 후속 절차에서 제조되는, 다중 수용체로 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀은 엑소좀에 대한 특이성을 나타낼 뿐만 아니라, 보다 효율적인 리간드-수용체 반응을 유도하여 측정 시그널을 증폭할 수 있기 때문에 단일 수용체가 적용된 경우에 비하여 유리할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the receptor may be a single receptor that corresponds to a specific biomarker in exosomes or includes a specific biomarker receptor. According to an alternative embodiment, the receptor may be a multiple receptor containing two or more diverse biomarker receptors that correspond to or are specific for a plurality of biomarkers in exosomes. For this purpose, any one of the multiple receptors can be first introduced or attached to the diacetylene/phospholipid liposome, and then the remaining receptors can be introduced or attached sequentially. In this way, when introducing multiple receptors, polydiacetylene liposomes modified with multiple receptors, prepared in the subsequent procedure, not only show specificity for exosomes, but also induce a more efficient ligand-receptor reaction to amplify the measurement signal. This can be advantageous compared to the case where a single receptor is applied.

수용체가 도입되지 않은 다이아세틸렌/인지질 리포좀의 경우, 이에 부착되어 있는 기능기(예를 들면, 카르복시기)에 의하여 비교적 큰 음 전하(예를 들면, 약 -30 내지 -20 mV)를 나타낼 수 있는 반면, 수용체로 개질된 경우에는 비교적 작은 음 전하(예를 들면, 약 -10 내지 0 mV)를 나타낼 수 있다. In the case of diacetylene/phospholipid liposomes in which no receptors are introduced, they can exhibit a relatively large negative charge (e.g., about -30 to -20 mV) due to the functional group (e.g., carboxyl group) attached thereto. , when modified with an acceptor, it may exhibit a relatively small negative charge (for example, about -10 to 0 mV).

또한, 수용체는 용액 형태로 제조될 수 있고, 이를 리포좀 마이크로어레이의 표면에 도포한 후에 인큐베이션시키는 방식으로 리포좀에 도입 또는 접합(conjugation)시킬 수 있다. 일 예로서, 수용체 용액의 제조를 위한 용매는, 예를 들면 인산염 완충용액, 알부민 용액, 증류수 등으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있고, 이의 수용체의 농도는, 예를 들면 약 0.1 내지 100 ng/mL, 구체적으로 약 0.5 내지 50 ng/mL, 보다 구체적으로 약 1 내지 10 ng/mL의 범위에서 조절될 수 있다. 다만, 수용체의 종류에 따라 용액의 농도는 변경 가능한 바, 예시적으로 수용체가 항체인 경우에는 예를 들면 약 0.1 내지 50 ng/mL(구체적으로 약 0.5 내지 5 ng/mL)일 수 있으며, 또한 수용체가 압타머인 경우에는 예를 들면 약 1 내지 100 ng/mL, 구체적으로 약 5 내지 50 ng/mL의 범위일 수 있으나, 이는 예시적 취지로 이해될 수 있다. Additionally, the receptor can be prepared in solution form and introduced or conjugated to liposomes by applying it to the surface of a liposome microarray and then incubating it. As an example, the solvent for preparing the receptor solution may be at least one selected from, for example, phosphate buffer solution, albumin solution, distilled water, etc., and the receptor concentration thereof is, for example, about 0.1 to 100 ng/mL. , specifically about 0.5 to 50 ng/mL, and more specifically about 1 to 10 ng/mL. However, the concentration of the solution can be changed depending on the type of receptor. For example, when the receptor is an antibody, it may be, for example, about 0.1 to 50 ng/mL (specifically, about 0.5 to 5 ng/mL). When the receptor is an aptamer, it may be in the range of, for example, about 1 to 100 ng/mL, specifically about 5 to 50 ng/mL, but this can be understood as an example.

또한, 인큐베이션 온도는, 예를 들면 약 4 내지 27 ℃(구체적으로 약 22 내지 25 ℃)의 범위일 수 있고, 그리고 인큐베이션 시간은, 예를 들면 약 0.5 내지 8 시간(구체적으로 약 1 내지 2 시간)의 범위에서 조절될 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 수용체(즉, 단일 수용체 또는 다중 수용체)의 고정량은 다이아세틸렌/인지질 리포좀의 전체 몰 농도의 약 0.01 내지 0.5%, 구체적으로 약 0.05 내지 0.3%, 보다 구체적으로 약 0.1 내지 0.2%의 범위에서 정하여질 수 있으나, 이는 예시적 취지로 이해될 수 있다. Additionally, the incubation temperature may range, for example, from about 4 to 27 °C (specifically from about 22 to 25 °C), and the incubation time may range from, for example, about 0.5 to 8 hours (specifically from about 1 to 2 hours). ) can be adjusted within the range. According to an exemplary embodiment, the fixed amount of receptors (i.e., single receptor or multiple receptors) is about 0.01 to 0.5%, specifically about 0.05 to 0.3%, more specifically about 0.1% of the total molar concentration of the diacetylene/phospholipid liposome. It may be set in the range of 0.2%, but this can be understood as an example.

한편, 본 구체예에서는 다이아세틸렌/인지질 리포좀 복합체를 기판 상에 어레이시키고 수용체를 도입한 후에 중합 반응을 수행하여 폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이를 형성하는 점을 주목할 필요가 있다. 미리 중합반응을 수행하여 폴리다이아세틸렌 리포좀을 제조한 후에 어레이시키는 방식과 대비하면, 리포좀 및 수용체는 경쟁적으로 기판에 부착되기 때문에, 리포좀과 수용체가 혼합된 상태로 어레이를 형성하는 경우에 비하여 리포좀을 조밀하게 기판에 부착할 수 있어 유리할 수 있다.Meanwhile, it is worth noting that in this specific example, the diacetylene/phospholipid liposome complex is arrayed on a substrate, a receptor is introduced, and then a polymerization reaction is performed to form a microarray of polydiacetylene liposomes. Compared to the method of preparing polydiacetylene liposomes by performing a polymerization reaction in advance and then arranging them, liposomes and receptors are competitively attached to the substrate, so compared to the case where liposomes and receptors are mixed to form an array, liposomes are This can be advantageous because it can be densely attached to the substrate.

예시적 구체예에 따르면, 아민-개질된 기판 상에 어레이된 다이아세틸렌/인지질 리포좀의 중합 반응은 자외선 조사에 의한 광 중합 반응 또는 감마-선 조사에 의한 중합 반응일 수 있으며, 보다 구체적으로는 자외선 조사를 이용한 중합 반응일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the polymerization reaction of diacetylene/phospholipid liposomes arrayed on an amine-modified substrate may be a photopolymerization reaction by ultraviolet irradiation or a polymerization reaction by gamma-ray irradiation, and more specifically, the polymerization reaction by ultraviolet irradiation. It may be a polymerization reaction using irradiation.

특정 구체예에 따르면, 중합 반응은 자외선 조사에 의한 광 중합 반응일 수 있는 바, 조사되는 자외선 파장은, 예를 들면 약 100 내지 400 nm, 구체적으로 약 150 내지 350 nm, 보다 구체적으로 약 200 내지 300 nm 범위의 파장을 갖는 것일 수 있다. 또한, 자외선 세기는, 예를 들면 약 100 내지 1000 μW/㎠, 구체적으로 약 200 내지 600 μW/㎠, 보다 구체적으로 약 300 내지 500 μW/㎠ 범위 내에서 조절할 수 있다. 이외에도, 자외선 조사 시간은, 예를 들면 약 0.5 내지 10분, 구체적으로 약 1 내지 5분, 보다 구체적으로 약 2 내지 3분의 범위 내에서 선정될 수 있다. 또한, 자외선 조사 에너지는, 예를 들면 약 0.02 내지 0.2 J/㎠, 구체적으로 약 0.05 내지 0.1 J/㎠ 범위 내에서 조절할 수 있다. 전술한 자외선 조사에 의한 중합 조건은 예시적인 취지로 이해될 수 있다.According to a specific embodiment, the polymerization reaction may be a photopolymerization reaction by irradiating ultraviolet rays, and the irradiated ultraviolet ray wavelength is, for example, about 100 to 400 nm, specifically about 150 to 350 nm, more specifically about 200 to 200 nm. It may have a wavelength in the 300 nm range. In addition, the ultraviolet ray intensity can be adjusted within a range of, for example, about 100 to 1000 μW/cm2, specifically about 200 to 600 μW/cm2, and more specifically about 300 to 500 μW/cm2. In addition, the ultraviolet irradiation time may be selected within a range of, for example, about 0.5 to 10 minutes, specifically about 1 to 5 minutes, and more specifically about 2 to 3 minutes. Additionally, the ultraviolet irradiation energy can be adjusted within a range of, for example, about 0.02 to 0.2 J/cm2, specifically about 0.05 to 0.1 J/cm2. The polymerization conditions by ultraviolet irradiation described above may be understood as exemplary.

이와 같이, 중합 반응이 수행됨에 따라 타겟 엑소좀 또는 이에 함유된 바이오마커에 대하여 특이적으로 결합 가능한 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이(마이크로어레이)가 형성된다. 이때, 폴리다이아세틸렌 리포좀은 전술한 바와 같이 바둑판과 유사한 격자 패턴으로 형성될 수 있는 바, 이러한 정렬 패턴의 경우, 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이의 형광 관찰 시 하나의 이미지 상에서 최대한 다수의 어레이를 포함시켜 측정에 필요한 시간을 줄여줄 수 있다. In this way, as the polymerization reaction is performed, a polydiacetylene liposome array (microarray) that can specifically bind to the target exosome or the biomarker contained therein is formed. At this time, as described above, polydiacetylene liposomes can be formed in a grid pattern similar to a checkerboard. In the case of this alignment pattern, when observing the fluorescence of a polydiacetylene liposome array, measurement is made by including as many arrays as possible in one image. It can reduce the time needed.

한편, 폴리다이아세틸렌은 지질층 막(구체적으로 이중층)에 의하여 격리된 내부 공간을 갖는 안정적인 구조를 갖게 된다. 또한, 자외선을 조사하기 전에는 색상을 발현하지 않으나, 중합 이후 최대 흡수 파장이 640 nm인 청색을 발현한다. 이후, 온도, pH, 용매, 분자 인식 등 외부적인 자극에 의하여 흡광스펙트럼이 변화하여 최대 흡수 파장이 540 nm인 적색으로 색 전이가 일어날 수 있다. 이처럼, 기판 상에 어레이된 폴리다이아세틸렌 리포좀은 별도의 표지 없이도 광학적 특성이 변화할 수 있다. On the other hand, polydiacetylene has a stable structure with an internal space isolated by a lipid layer membrane (specifically, a double layer). In addition, it does not develop color before irradiating ultraviolet rays, but after polymerization, it develops a blue color with a maximum absorption wavelength of 640 nm. Afterwards, the absorption spectrum may change due to external stimuli such as temperature, pH, solvent, and molecular recognition, resulting in a color transition to red with a maximum absorption wavelength of 540 nm. In this way, the optical properties of polydiacetylene liposomes arrayed on a substrate can change without a separate label.

예시적 구체예에 따르면, 마이크로어레이를 구성하는 개별 폴리다이아세틸렌 리포좀의 면적은, 예를 들면 약 5000 내지 500000 ㎛2(구체적으로 약 7000 내지 100000 ㎛2, 보다 구체적으로 약 10000 내지 50000 ㎛2)의 범위일 수 있다. 또한, 마크로어레이된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 사이즈(직경; 형광현미경에 의하여 측정될 수 있음)은 다이아세틸렌/인지질 리포좀 어레이에 비하여 다소 감소된 수준일 수 있는 바, 예를 들면 약 100 내지 600 ㎛, 구체적으로 약 200 내지 500 ㎛, 보다 구체적으로 약 250 내지 400 ㎛의 범위일 수 있다(액적 기반의 접촉시 또는 비접촉식 어레이 방식의 경우). According to an exemplary embodiment, the area of the individual polydiacetylene liposomes constituting the microarray is, for example, about 5000 to 500000 μm 2 (specifically about 7000 to 100000 μm 2 , more specifically about 10000 to 50000 μm 2 ). It may be in the range of . In addition, the size (diameter; can be measured by fluorescence microscopy) of the macroarrayed polydiacetylene liposomes may be somewhat reduced compared to the diacetylene/phospholipid liposome array, for example, about 100 to 600 ㎛, Specifically, it may range from about 200 to 500 μm, more specifically about 250 to 400 μm (when droplet-based contact or when using a non-contact array method).

이와 관련하여, 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이의 사이즈가 작을수록 동일 농도 및 체적의 시료에서 폴리다이아세틸렌 리포좀의 반응 비가 증가할 수 있기 때문에 개선된 민감도를 기대할 수 있다. 이와 관련하여, 전술한 리소그래피 방식을 채택할 경우, 예를 들면 약 100 ㎛ 이하, 구체적으로 약 50 ㎛ 이하, 보다 구체적으로 약 10 ㎛ 이하, 특히 구체적으로 약 2 내지 5 ㎛의 사이즈(직경)을 갖는 폴리다이아세틸렌 마이크로어레이를 제작하는데 적용 가능하다.In this regard, improved sensitivity can be expected because the smaller the size of the polydiacetylene liposome array, the higher the reaction ratio of polydiacetylene liposomes in a sample of the same concentration and volume. In this regard, when the above-described lithography method is adopted, a size (diameter) of, for example, about 100 μm or less, specifically about 50 μm or less, more specifically about 10 μm or less, especially about 2 to 5 μm, is obtained. It can be applied to fabricate a polydiacetylene microarray.

또한, 어레이된 폴리다이아세틸렌 리포좀 사이의 간격은, 예를 들면 어레이 직경 대비 약 0.1 내지 0.6배, 구체적으로 약 0.2 내지 0.5 배, 구체적으로 약 0.3 내지 0.4배의 범위에서 조절될 수 있다. 일 예로서, 어레이된 리포좀 사이의 간격은, 예를 들면 약 20 내지 300 ㎛, 구체적으로 약 30 내지 200 ㎛, 보다 구체적으로 약 50 내지 100 ㎛의 범위에서 조절될 수 있다. In addition, the spacing between arrayed polydiacetylene liposomes may be adjusted, for example, in the range of about 0.1 to 0.6 times, specifically about 0.2 to 0.5 times, and specifically about 0.3 to 0.4 times the array diameter. As an example, the spacing between arrayed liposomes may be adjusted, for example, in the range of about 20 to 300 ㎛, specifically about 30 to 200 ㎛, and more specifically about 50 to 100 ㎛.

한편, 도 4에 도시된 구체예에와 같이 형성된 폴리다이아세틸렌 마이크로어레이의 경우, 하나의 반응로의 직경은 예를 들면 약 2 내지 7 mm, 구체적으로 약 3 내지 6 mm, 보다 구체적으로 약 4 내지 5 mm의 범위일 수 있다. 또한, 하나의 반응로에 약 2 내지 10개, 구체적으로 약 4 내지 6개의 폴리다이아세틸렌 어레이가 형성될 수 있다.Meanwhile, in the case of a polydiacetylene microarray formed as in the embodiment shown in FIG. 4, the diameter of one reaction furnace is, for example, about 2 to 7 mm, specifically about 3 to 6 mm, and more specifically about 4 mm. It may range from to 5 mm. Additionally, about 2 to 10 polydiacetylene arrays, specifically about 4 to 6 polydiacetylene arrays, may be formed in one reactor.

이처럼, 어레이(마이크로어레이) 형태로 폴리다이아세틸렌 리포좀을 기판 상에 배열하는 경우, 전술한 바와 같이 수계 매질 상에서 측정 가능한 범위보다 더 낮은 농도의 엑소좀-함유 시료(용액) 및 적은 량의 시료에 대하여도 검출이 가능하다. 특히, 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이의 사이즈(크기)를 낮출 수 있어 높은 감도 특성을 달성할 수 있다. 일 예로서, 하나의 반응로 또는 웰(well)의 경우, 약 3 내지 5 mm의 원 내부에 약 100 내지 600 ㎛ 사이즈를 갖는 어레이를 형성할 경우, 해당 반응로는 약 5 내지 10 ㎕의 시료가 요구된다. 반면, 수계 매질 기반의 폴리다이아세틸렌 리포좀 플랫폼의 경우, 약 20 ㎕의 시료가 요구된다. In this way, when polydiacetylene liposomes are arranged on a substrate in the form of an array (microarray), the exosome-containing sample (solution) at a concentration lower than the measurable range on an aqueous medium and a small amount of sample are used as described above. Detection is also possible. In particular, the size of the polydiacetylene liposome array can be reduced, thereby achieving high sensitivity characteristics. As an example, in the case of one reactor or well, when forming an array with a size of about 100 to 600 ㎛ inside a circle of about 3 to 5 mm, the reactor can store about 5 to 10 ㎕ of sample. is required. On the other hand, in the case of an aqueous medium-based polydiacetylene liposome platform, approximately 20 μl of sample is required.

또한, 수계매질을 이용한 폴리다이아세틸렌 리포좀의 경우, 형광 신호를 이용한 관찰을 위하여는 약 3×108 vesicles/mL의 엑소좀 농도가 요구되는 반면, 본 구체예에 따른 마이크로어레이 기반의 플랫폼에서는 약 1×107 vesicles/mL의 낮은 엑소좀 농도에서도 검출 가능하다. In addition, in the case of polydiacetylene liposomes using an aqueous medium, an exosome concentration of about 3 × 10 8 vesicles/mL is required for observation using a fluorescence signal, whereas the microarray-based platform according to this embodiment requires about Detection is possible even at exosome concentrations as low as 1×10 7 vesicles/mL.

엑소좀의 검출Detection of exosomes

도 2는 수용체가 폴리다이아세틸렌(PDA) 표면에 접합(부착)되어 어레이 검출 플랫폼에 특이성을 부여함으로써 엑소좀을 선택적으로 검출하는 과정(b)을 도시한다.Figure 2 shows the process (b) of selectively detecting exosomes by conjugating (attaching) the receptor to the surface of polydiacetylene (PDA) to provide specificity to the array detection platform.

도시된 바와 같이, 앞서 정제 및 농축된 엑소좀 용액을 시료로 사용하여 기판 상의 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이와 접촉시킴에 따라 엑소좀은 리포좀에 부착되어 있는 수용체(단일 수용체 또는 다중 수용체)와 특이적으로 결합하게 되고, 그 결과 폴리다이아세틸렌 리포좀의 광학적 특성이 변화하게 된다. 이러한 광학적 특성 변화는 육안 또는 당업계에서 범용적으로 이용되는 측정 수단 또는 장치에 의하여 측정되어 시료 내 엑소좀을 정성적 및/또는 정량적으로 검출할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 장치를 이용하여 광학적 특성 변화를 측정할 수 있는 바, 이러한 측정 장치는, 예를 들면 UV-Vis 분광기 또는 형광 분광기일 수 있다. As shown, the purified and concentrated exosome solution was used as a sample and brought into contact with the polydiacetylene liposome array on the substrate, so that the exosomes specifically interact with the receptors (single receptors or multiple receptors) attached to the liposomes. It combines, and as a result, the optical properties of the polydiacetylene liposome change. This change in optical properties can be measured with the naked eye or by a measuring means or device commonly used in the art to qualitatively and/or quantitatively detect exosomes in the sample. According to an exemplary embodiment, changes in optical properties may be measured using a device, and such measuring device may be, for example, a UV-Vis spectrometer or a fluorescence spectrometer.

본 개시 내용이 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 이러한 광학적 특성 변화는 하기와 같이 설명될 수 있다: 엑소좀의 표면에 존재하는 바이오마커와 폴리다이아세틸렌에 고정된 수용체가 특이적으로 결합 또는 바인딩(즉, 리간드-수용체 상호작용)됨에 따라 폴리다이아세틸렌 고분자 표면에 물리적인 자극을 가할 수 있다. 이러한 물리적 자극은 공액(conjugated) 고분자의 주사슬로 전달되고, 공액 사슬이 뒤틀리면서 흡수스펙트럼의 변화 및 형광을 유발하는 것이다. 이때, 리간드-수용체 상호 작용을 통하여 사슬 반응을 유도함으로써 보다 큰 클러스터가 형성될 수 있다. Although the present disclosure is not bound by a particular theory, this change in optical properties can be explained as follows: the biomarker present on the surface of the exosome and the receptor immobilized on polydiacetylene specifically bind or bind ( In other words, physical stimulation can be applied to the surface of the polydiacetylene polymer through ligand-receptor interaction. This physical stimulus is transmitted to the main chain of the conjugated polymer, and as the conjugated chain is twisted, it causes a change in the absorption spectrum and fluorescence. At this time, larger clusters can be formed by inducing a chain reaction through ligand-receptor interaction.

예시적 구체예에 따르면, 엑소좀과 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 바인딩에 의하여 형성된 클러스터의 사이즈는, 예를 들면 약 10 내지 200 nm, 구체적으로 약 20 내지 100 nm, 보다 구체적으로 약 30 내지 50 nm 범위일 수 있다. 다만, 본 개시 내용이 이러한 수치 범위에 한정되는 것은 아니며, 엑소좀의 성상, 종류 등에 따라 변화 가능하다.According to an exemplary embodiment, the size of the cluster formed by binding of the exosome and the modified polydiacetylene liposome is, for example, about 10 to 200 nm, specifically about 20 to 100 nm, more specifically about 30 to 50 nm. It may be in the nm range. However, the present disclosure is not limited to this numerical range, and may vary depending on the nature and type of the exosome.

예시적 구체예에 따르면, 엑소좀 상의 바이오마커는 전형적으로 테트라스파닌(tetraspanin) 단백질일 수 있으며, 이러한 테트라스파닌 단백질은 CD-9, CD-63, CD-81 및 CD-82로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 이러한 바이오마커는 리간드에 해당되며, 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀에 고정된 수용체와 리간드-수용체 상호작용(또는 반응)을 통하여 특이적으로 바인딩될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the biomarker on the exosome may typically be a tetraspanin protein, which tetraspanin protein is a group consisting of CD-9, CD-63, CD-81, and CD-82. It may be at least one selected from. These biomarkers correspond to ligands and can specifically bind to receptors immobilized on modified polydiacetylene liposomes through ligand-receptor interaction (or reaction).

앞서 설명한 바와 같이, 수용체는 단일 수용체 또는 다중 수용체일 수 있으며, 다중 수용체 형태로 고정할 경우에는 엑소좀에 존재하는 복수의 바이오마커에 대한 바인딩을 유도함으로써 폴리다이아세틸렌 리포좀과 엑소좀 간에 보다 많은 리간드-수용체 반응이 이루어지도록 유도하여 시그널의 증폭 효과를 제공할 수 있다. As previously explained, the receptor can be a single receptor or multiple receptors, and when fixed in the form of multiple receptors, more ligands are created between the polydiacetylene liposome and the exosome by inducing binding to multiple biomarkers present in the exosome. -It can provide a signal amplification effect by inducing a receptor response.

본 구체예에 따르면, 엑소좀의 바이오마커와 폴리다이아세틸렌 리포좀의 수용체 간의 특이적 반응은 기판 상에 형성된 리포좀의 마이크로어레이 플랫폼에서 수행되는 바, 이와 같이 리포좀 어레이 기반의 플랫폼을 적용함으로써 다양한 검출물질에 대한 신호를 동시에 관찰할 수 있는 효과, 그리고 검출 과정 및 신호 분석이 비교적 용이한 장점을 제공할 수 있고, 특히 폴리다이아세틸렌 리포좀을 수계 매질 내에서 엑소좀과 결합시켜 검출하는 방식과 대비하면, 측정을 위하여 요구되는 샘플의 량이 적을뿐만 아니라, 리포좀 대비 엑소좀의 반응 비를 증가시킴으로써 보다 높은 민감도를 달성할 수 있다. According to this specific example, the specific reaction between the biomarker of exosomes and the receptor of polydiacetylene liposomes is performed on a microarray platform of liposomes formed on a substrate, and by applying this liposome array-based platform, various detection substances can be detected. It can provide the advantage of being able to observe signals simultaneously and the detection process and signal analysis are relatively easy, especially compared to the method of detecting polydiacetylene liposomes in combination with exosomes in an aqueous medium, Not only is the amount of sample required for measurement small, but higher sensitivity can be achieved by increasing the reaction ratio of exosomes to liposomes.

예시적 구체예에 따르면, 시료(즉, 앞서 선별 및 농축 과정을 거친 엑소좀-함유 수용액)와 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이 간의 접촉 온도는, 예를 들면 약 20 내지 50℃, 구체적으로 약 25 내지 45℃, 보다 구체적으로 약 30 내지 40℃ 범위 내에서 조절할 수 있고, 접촉 시간은, 예를 들면 약 10 내지 120분, 구체적으로 약 20 내지 100분, 보다 구체적으로 약 30 내지 90분의 범위에서 조절할 수 있다. 다만, 전술한 온도 및 시간 조건은 예시적으로 제공되는 것으로, 본 개시 내용이 이에 한정되는 것은 아니다. According to an exemplary embodiment, the contact temperature between the sample (i.e., the exosome-containing aqueous solution previously subjected to the selection and concentration process) and the polydiacetylene liposome array is, for example, about 20 to 50 ° C., specifically about 25 to 45 ° C. ℃, more specifically, can be adjusted within the range of about 30 to 40 ℃, and the contact time can be adjusted, for example, in the range of about 10 to 120 minutes, specifically about 20 to 100 minutes, more specifically about 30 to 90 minutes. You can. However, the temperature and time conditions described above are provided as examples, and the present disclosure is not limited thereto.

한편, 본 구체예에 따른 검출 플랫폼의 경우, 종래의 엑소좀 검출 기술인 칩 기반의 시스템에 비하여 간편하고 직관적인 신호를 제공할 수 있기 때문에 엑소좀 센서로서 유용하다. 특히, 엑소좀-함유 시료를 폴리다이아세틸렌 어레이와 접촉시키는 것만으로도 발현되는 색 변화 및/또는 형광을 측정함으로써 엑소좀의 유무(정성 분석)를 확인할 수 있고, 더 나아가 시료 내 엑소좀의 농도(정량 분석)를 예측할 수 있는 등, 간편하면서도 양호한 신뢰도를 제공한다. Meanwhile, the detection platform according to this embodiment is useful as an exosome sensor because it can provide a simple and intuitive signal compared to a chip-based system, which is a conventional exosome detection technology. In particular, the presence or absence of exosomes (qualitative analysis) can be confirmed by measuring the color change and/or fluorescence expressed simply by contacting the exosome-containing sample with a polydiacetylene array, and further, the concentration of exosomes in the sample. (quantitative analysis) can be predicted, and is simple yet provides good reliability.

예시적 구체예에 따르면, 본 구체예에 따른 전처리(선별 및 농축) 및 엑소좀 검출을 수행한 결과, 초기 시료 내 엑소좀의 검출 한계는, 예를 들면 약 1×107 vesicles/mL 이하일 수 있다. According to an exemplary embodiment, as a result of performing pretreatment (selection and enrichment) and exosome detection according to this embodiment, the detection limit of exosomes in the initial sample may be, for example, about 1×10 7 vesicles/mL or less. there is.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to aid understanding of the present invention, but the following examples are provided to facilitate understanding of the present invention and do not limit the present invention thereto.

실시예Example

본 실시예에서 사용된 물질은 하기와 같다:The materials used in this example are as follows:

- 10,12-pentacosadiyonic acid (PCDA)는 GFS Chemicals (Powell, OH)로부터 구입하였다.- 10,12-pentacosadiyonic acid (PCDA) was purchased from GFS Chemicals (Powell, OH).

- 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC), N-hydroxysuccinimide (NHS) 및 N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC)는 Tokyo Chemical Industry (Tokyo, Japan)으로부터 구입하였다.- 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC), N-hydroxysuccinimide (NHS) and N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) were purchased from Tokyo Chemical Industry (Tokyo, Japan). Purchased it from.

- (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) 및 Tween® 20은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)로부터 구입하였다.- (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and Tween ® 20 were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO).

- 항-CD-9 단클론 항체, 항-CD-63 단클론 항체 및 항-CD-81 단클론 항체는 ThermoFisher Scientific (MA, USA)로부터 구입하였다.- Anti-CD-9 monoclonal antibody, anti-CD-63 monoclonal antibody and anti-CD-81 monoclonal antibody were purchased from ThermoFisher Scientific (MA, USA).

- 항-CD63 압타머 및 항-CD81 압타머는 Aptamer Sciences, Inc.(Gyeonggi-do, Korea)로부터 구입하였다.- Anti-CD63 aptamer and anti-CD81 aptamer were purchased from Aptamer Sciences, Inc. (Gyeonggi-do, Korea).

- PBS 버퍼(pH 7.4)는 Welgene, Inc. (Gyeongsan-si, Korea)로부터 구입하였다. -PBS buffer (pH 7.4) was purchased from Welgene, Inc. (Gyeongsan-si, Korea).

실시예 1Example 1

엑소좀의 선별 및 농축Selection and enrichment of exosomes

- 수용체 비드의 제조- Preparation of receptor beads

스트렙타아비딘으로 표면 개질된 자기 비드 M-270 (invitrogen)를 10 mg/mL 농도에서 균일하게 교반시킨 후, 이중 800 uL를 1.5 mL 튜브에 옮긴 후에 자석 스탠드에서 비드를 10분 동안 침전시켰다. 그 다음, 상층액을 제거한 후 1000 ㎕의 PBS (pH 7.4)에 분산시켰다. 이후, 하기의 비드 세척 과정을 2회 추가 반복한다. Magnetic beads M-270 (invitrogen) surface-modified with streptavidin were stirred uniformly at a concentration of 10 mg/mL, 800 uL of which was transferred to a 1.5 mL tube, and the beads were allowed to settle on a magnetic stand for 10 minutes. Then, the supernatant was removed and dispersed in 1000 μl of PBS (pH 7.4). Thereafter, the bead washing process below is repeated two additional times.

마지막 세척과정을 거친 비드를 160 uL PBS 내에 분산시켰고, 바이오틴이 결합된, 엑소좀 테트라스파닌에 대한 항-CD9 항체, 항-CD63 항체, 및 항-CD81 항체(CD9-biotin, CD63-biotin, CD81-biotin; 1 mg/mL) 용액을 각각 같은 농도 및 체적으로 총 3.3 ㎕ 주입한 후에 아비딘-바이오틴 결합이 일어날 수 있도록 상온에서 30분 동안 충분히 교반하였다. The beads that had undergone the final washing process were dispersed in 160 uL PBS, and biotin-conjugated anti-CD9 antibody, anti-CD63 antibody, and anti-CD81 antibody against exosomal tetraspanin (CD9-biotin, CD63-biotin, A total of 3.3 ㎕ of CD81-biotin (1 mg/mL) solution was injected at the same concentration and volume, and then sufficiently stirred at room temperature for 30 minutes to allow avidin-biotin binding to occur.

자석 스탠드를 이용하여 항체와 비드의 혼합 분산액(용액) 중 수용체가 결합된 비드(수용체 비드)를 침전시키고 상층액을 제거하여 결합되지 않은 잔여 항체를 제거하였다. 침전된 비드는 1000 uL의 0.1% BSA-PBS 용액으로 세척하고 동일한 절차를 1회 더 반복하였다. A magnetic stand was used to precipitate receptor-bound beads (receptor beads) in a mixed dispersion (solution) of antibodies and beads, and the supernatant was removed to remove remaining unbound antibodies. The precipitated beads were washed with 1000 uL of 0.1% BSA-PBS solution and the same procedure was repeated one more time.

- 수용체 비드에 시료 내 엑소좀의 결합- Binding of exosomes in the sample to the receptor beads

세척이 완료된 수용체 비드의 분산액(용액)은 혈청과 혼합하기에 앞서 자석스탠드로 침전시켜 상층액을 제거하였고, 1.5 mL 튜브에서 시린지 필터(0.2 ㎛)를 거친 혈청과 혼합하였다. 버퍼용액으로 희석된 혈청 내 엑소좀의 농도는 1×109 vesicles/mL이었다.The dispersion (solution) of the washed receptor beads was precipitated with a magnetic stand to remove the supernatant prior to mixing with the serum, and then mixed with the serum that had passed through a syringe filter (0.2 ㎛) in a 1.5 mL tube. The concentration of exosomes in serum diluted with buffer solution was 1×10 9 vesicles/mL.

그 다음, 혈청과 수용액 비드 분산액의 혼합액은 엑소좀과 수용체 비드가 결합하도록 4 ℃에서 하룻밤 동안 유지하였다. Next, the mixture of serum and aqueous bead dispersion was maintained at 4°C overnight to allow exosomes and receptor beads to bind.

- 엑소좀의 해리(분리)- Dissociation (separation) of exosomes

엑소좀-수용체 결합을 거친 비드 혼합액은 100 rcf로 1분 동안 원심분리를 수행한 다음, 자석 스탠드로 비드를 가라앉힌 후에 결합되지 않은 혈청 내 단백질 및 상층액을 제거하였다. 이후, 500 ㎕의 0.1% BSA-PBS 용액 내에서 분산시켰고, 동일 량의 완충용액으로 2회의 세척 과정을 추가로 수행하였다.The bead mixture that had undergone exosome-receptor binding was centrifuged at 100 rcf for 1 minute, then the beads were settled with a magnetic stand, and unbound proteins in the serum and supernatant were removed. Afterwards, it was dispersed in 500 ㎕ of 0.1% BSA-PBS solution, and further washed twice with the same amount of buffer solution.

엑소좀이 고정된 비드를 1회 더 가라앉힌 후, 50 ㎕의 50 mM 글리신-HCl (pH 3.0)을 첨가하고 10초 동안 교반시켰고, 4 ℃에서 10분 동안 반응시켜 엑소좀-비드 간의 결합을 절단하여 엑소좀을 용액 내로 해리시켰다.After sinking the exosome-immobilized beads once more, 50 ㎕ of 50 mM glycine-HCl (pH 3.0) was added, stirred for 10 seconds, and reacted at 4°C for 10 minutes to promote the binding between exosomes and beads. By cutting, exosomes were dissociated into solution.

이와 같이 엑소좀이 해리된 용액을 자석 스탠드에서 비드를 침전시키고 상층액을 별도의 용기로 분리한 후에 1M Tris-HCl (pH 8.0) 용액을 1.5 ㎕의 량으로 첨가하였다. 그 다음, 용액을 교반하여 pH를 안정화시켰고, 최종 pH가 7.0 내지 7.6 범위임을 확인하였다. 해리를 거친 용액 내 엑소좀의 농도는 5×109 vesicles/mL이었다.In the solution in which the exosomes were dissociated, the beads were precipitated on a magnetic stand, the supernatant was separated into a separate container, and 1M Tris-HCl (pH 8.0) solution was added in an amount of 1.5 μl. Next, the solution was stirred to stabilize the pH, and the final pH was confirmed to be in the range of 7.0 to 7.6. The concentration of exosomes in the dissociated solution was 5×10 9 vesicles/mL.

폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이 기판 제작Fabrication of polydiacetylene liposome array substrate

- 아민-개질된 기판의 제작- Fabrication of amine-modified substrates

슬라이드글라스를 클로로포름, 아세톤 및 에탄올에 각각 5분씩 배스 소니케이션(bath sonication)으로 세척한 후, 피라나 용액(Piranha solution; H2SO4 : H2O2 = 3 : 1)에서 1시간 동안 침적시켜 표면에 존재하는 유기물을 비롯한 잔류물을 제거하였다. The slide glass was washed with bath sonication in chloroform, acetone, and ethanol for 5 minutes each, and then immersed in Piranha solution (H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3 : 1) for 1 hour. to remove residues, including organic substances, present on the surface.

증류수로 수회에 걸쳐 세척하여 용액과 표면 잔류물을 제거하였고, 건조를 통하여 표면의 수분을 제거하였다. 건조과정이 종료되면, 2 중량%의 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES)-에탄올 용액 내에서 2시간 동안 약하게 교반시키면서 글라스 표면에 실란화가 일어나도록 하였다. 실란화된 글라스를 에탄올로 세척하여 반응하지 않은 APTES를 제거하였고 진공 오븐 내 110 ℃에서 1시간동안 어닐링시켜 실란화 반응을 완결시켰다(아민 개질된 기판 제조). 리포좀 어레이 시스템의 효율성 및 각각의 반응 지점(well)의 구분을 위하여, 슬라이드글라스의 표면에 직경 5 mm 크기의 웰을 여러 개 포함하도록 마스킹 또는 테이핑을 하였다. The solution and surface residues were removed by washing with distilled water several times, and surface moisture was removed through drying. When the drying process was completed, silanization occurred on the glass surface while gently stirring in a 2% by weight 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES)-ethanol solution for 2 hours. The silanized glass was washed with ethanol to remove unreacted APTES, and annealed in a vacuum oven at 110°C for 1 hour to complete the silanization reaction (preparation of amine-modified substrate). In order to improve the efficiency of the liposome array system and distinguish each reaction point (well), the surface of the slide glass was masked or taped to include several wells with a diameter of 5 mm.

- 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이의 형성- Formation of polydiacetylene liposome array

다이아세틸렌/인지질 리포좀 용액에 EDC/NHS를 100 mM 농도가 되도록 첨가하고, 수동식 마이크로어레이 스팟터(manual microarray spotter; Labnext Inc.)로 혼합액을 아민 개질된 글래스 표면에 200 내지 500 ㎛ 크기로 어레이시켰다. 그 다음, 증발이 일어나지 않도록 다습한 환경의 4 ℃ 환경에서 하룻밤 동안 반응시켜 다이아세틸렌/인지질 리포좀이 글라스 기판의 표면에 부착되도록 하였다.EDC/NHS was added to the diacetylene/phospholipid liposome solution to a concentration of 100 mM, and the mixture was arrayed on the amine-modified glass surface with a size of 200 to 500 ㎛ using a manual microarray spotter (Labnext Inc.). . Next, the reaction was performed overnight at 4°C in a humid environment to prevent evaporation, allowing the diacetylene/phospholipid liposome to attach to the surface of the glass substrate.

이와 같이 리포좀이 어레이된 글라스는 증류수 및 0.1 중량% Tween-20 PBS에 의한 2회의 세척을 거쳐 잔류물을 제거하였고, 타겟 바이오마커에 대한 수용체(항체) 용액(항체의 경우 1 ng/mL, 그리고 압타머의 경우 10 ng/mL) 15 ㎕를 어레이 표면에 도포하고, 4 ℃에서 대략 24시간에 걸쳐 인큐베이션시켰다. The glass on which the liposomes were arrayed in this way was washed twice with distilled water and 0.1% by weight Tween-20 PBS to remove residues, and the receptor (antibody) solution for the target biomarker (1 ng/mL for antibodies, and 15 μl (10 ng/mL for aptamer) was applied to the array surface and incubated at 4°C for approximately 24 hours.

그 다음, 증류수 및 완충용액을 이용하여 3회에 걸쳐 세척하여 반응하지 않은 수용체들을 제거하고 건조시킨 후, 254 nm 파장의 UV (400 μW/㎠)를 5분 동안 조사하여 중합반응시켰다.Next, unreacted receptors were removed and dried by washing three times with distilled water and a buffer solution, and then polymerization was performed by irradiating UV light (400 μW/cm2) with a wavelength of 254 nm for 5 minutes.

엑소좀의 검출Detection of exosomes

앞서 제조된 농축 엑소좀 용액 10 ㎕를 폴리다이아세틸렌 어레이에 적가하여 30 ℃에서 약 1시간 동안 인큐베이션시킨 후, 용액을 제거하고 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이의 흡광도 및 형광세기를 각각 측정하여 분석하였다.10 ㎕ of the previously prepared concentrated exosome solution was added dropwise to the polydiacetylene array and incubated at 30°C for about 1 hour, then the solution was removed and the absorbance and fluorescence intensity of the polydiacetylene liposome array were measured and analyzed respectively.

이때, 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이의 색 변화도는 UV-vis 분광기를 통하여 450 내지 700 nm 의 범위 내에서 하기 수학식 1과 같이 계산하였다.At this time, the color change of the polydiacetylene liposome array was calculated using UV-vis spectroscopy as shown in Equation 1 below within the range of 450 to 700 nm.

[수학식 1][Equation 1]

상기 식에서, A는 청색(640 nm) 및 적색(540 nm) 요소에 대한 상대흡수도를 의미하며, PB는 각각 반응 전 및 후를 의미한다.In the above formula, A refers to the relative absorbance for blue (640 nm) and red (540 nm) elements, and PB refers to before and after reaction, respectively.

폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이의 형광 세기는 형광현미경(ZEISS)를 기반으로 하여 여기파장 540 내지 580 nm, 그리고 방출 파장 600 내지 660 nm의 범위를 갖는 필터를 사용하여 측정하였으며, 이때 노출 시간은 3000 ms로 설정하였다. 형광 현미경으로부터 촬영된 사진은 ImageJ 프로그램을 이용하여 픽셀의 세기를 바탕으로 하여 어레이의 강도를 측정하였다. The fluorescence intensity of the polydiacetylene liposome array was measured based on a fluorescence microscope (ZEISS) using a filter with an excitation wavelength of 540 to 580 nm and an emission wavelength of 600 to 660 nm, with an exposure time of 3000 ms. set. In the photos taken from the fluorescence microscope, the intensity of the array was measured based on the intensity of the pixels using the ImageJ program.

결과 및 토의Results and Discussion

- 분리입자를 이용하여 분리된 엑소좀 샘플의 나노입자추적에세이(NTA) 결과를 도 3에 나타내었다.- Nanoparticle tracking assay (NTA) results of exosome samples separated using separated particles are shown in Figure 3.

상기 도면에 따르면, 혈장에서 추출한 엑소좀의 SEM 사진으로서 엑소좀의 크기는 10 nm에서 150 nm 크기의 분포로 존재함을 알 수 있다.According to the figure, the SEM image of exosomes extracted from plasma shows that the size of exosomes ranges from 10 nm to 150 nm.

- 제작된 PDA 리포좀 어레이 기판외 외관을 도 4에 나타내었다.- The external appearance of the manufactured PDA liposome array substrate is shown in Figure 4.

상기 도면을 참조하면, 기판은 슬라이드 글라스 (76 mm x 26 mm)에 다수의 반응로를 3 내지 5 mm의 크기로 설정하였으며, 반응로 내부에 100 내지 500 ㎛ 사이즈 범위를 갖는 복수의 PDA 리포좀 어레이가 바둑판 정렬 패턴으로 형성되어 있음을 알 수 있다.Referring to the drawing, the substrate is a slide glass (76 mm It can be seen that is formed in a checkerboard arrangement pattern.

- 아민-개질된 기판 상에 배열된 PDA 리포좀 어레이의 SEM 사진으로서, (a) 베어 PDA 리포좀 배열, 그리고 (b) 수용체가 도입된 PDA 리포좀에 부착된 엑소좀을 도 5에 나타내었다. 또한, (a) PCDA/DMPC 리포좀의 TEM 사진, (b) PDA 리포좀의 입자 분포, (c) 표면 제타전위, 및 (d) 청색 상태 및 적색 상태의 PDA의 UV-비스 스펙트럼을 도 6에 나타내었다.- SEM images of the PDA liposome array arranged on an amine-modified substrate, (a) bare PDA liposome array, and (b) exosomes attached to the receptor-introduced PDA liposome are shown in Figure 5. In addition, (a) TEM image of PCDA/DMPC liposome, (b) particle distribution of PDA liposome, (c) surface zeta potential, and (d) UV-vis spectrum of PDA in blue state and red state are shown in Figure 6. It was.

상기 도면을 참조하면, PCDA/DMPC 리포좀은 아민-개질된 글라스 기판 상에 EDC-NHS 반응을 통하여 고정되어 있으며, 용액 내 PCDA/DMPC 리포좀의 형상 및 사이즈는 기판 상에 고정된 PCDA/DMPC 리포좀에서와 유사하였다.Referring to the drawing, PCDA/DMPC liposomes are immobilized on an amine-modified glass substrate through EDC-NHS reaction, and the shape and size of PCDA/DMPC liposomes in solution are determined from the PCDA/DMPC liposomes immobilized on the substrate. It was similar to

또한, 도 6b에 따르면 따르면, 제조된 폴리다이아세틸렌 리포좀이 대략 30 내지 400 nm의 사이즈 분포를 갖는다는 점을 지시한다. 이외에도, 도 6c에서는 PDA 리포좀이 음전하를 띄는 점을 나타내고, 도 6d에서는 PDA 리포좀의 변형 전(Blue) 및 변형 후(Red)의 UV-vis 흡수스펙트럼 비교한 결과, 즉 폴리다이아세틸렌의 형상 및 성질을 보여준다. In addition, according to Figure 6b, it indicates that the prepared polydiacetylene liposomes have a size distribution of approximately 30 to 400 nm. In addition, Figure 6c shows that the PDA liposome has a negative charge, and Figure 6d shows the results of comparing the UV-vis absorption spectra of the PDA liposome before (Blue) and after (Red) modification, that is, the shape and properties of polydiacetylene. shows.

- (a) 아민-개질된 글라스 기판의 XPS 스펙트럼, (b) 글라스 기판에 부착된 적색 형태의 PDA의 형광 현미경 사진, 및 (c) 글라스 기판에 따라 표면에 고정되는 PDA 리포좀의 형광 세기 각각을 도 7에 나타내었다. - (a) It is shown in Figure 7.

상기 도면에 따르면, XPS 분석 결과, 아민-개질된 기판에서 실란화가 성공적으로 이루어졌다(도 7a). According to the figure, as a result of XPS analysis, silanization was successfully achieved on the amine-modified substrate (FIG. 7a).

또한, 아민-개질된 글라스 기판 상에 고정된 PDA 어레이는 개질되지 않은 글라스 기판 상에 고정된 PDA 어레이에 비하여 보다 밀집되고 균일하게 분포되어 있는 바, 폴리다이아세틸렌 리포좀이 보다 균일하고 높은 밀도로 부착되어 있음을 알 수 있다(도 7b 및 도 7c). 엑소좀 바이오마커에 대한 수용체가 리포좀(소포체) 상에 도입되어 엑소좀에 대한 선택도 및 반응성을 제공하는 바, PDA 리포좀의 특성(수용체와 엑소좀 간의 상호작용으로부터 기인하는 시그널이 생성됨)으로 인하여 PDA 센서 플랫폼의 감도는 하기 수학식 2로 표시되는 수용체의 엑소좀 포집 효율(단일 웰에 어레이된 단일 PDA 어레이 도트(규준화된 표면적(N))에서 포집된 엑소좀의 농도 비)에 의하여 조절될 수 있음을 알 수 있다.In addition, the PDA array immobilized on the amine-modified glass substrate is more densely and uniformly distributed compared to the PDA array immobilized on the unmodified glass substrate, so the polydiacetylene liposomes are attached more uniformly and at a higher density. It can be seen that (Figures 7b and 7c). Receptors for exosome biomarkers are introduced onto liposomes (endoplasmic reticulum) to provide selectivity and reactivity to exosomes, and due to the characteristics of PDA liposomes (a signal resulting from the interaction between the receptor and exosomes is generated) The sensitivity of the PDA sensor platform is controlled by the exosome capture efficiency of the receptor (concentration ratio of exosomes captured in a single PDA array dot (normalized surface area (N)) arrayed in a single well), expressed by Equation 2 below. You can see that it can be done.

[수학식 2][Equation 2]

상기 식에서, C0은 수용체가 도입되지 않은 PDA 어레이 도트(dot)로부터 회수된 대조군의 엑소좀 회수 농도이고, C1은 수용체가 도입된 PDA 어레이 도트로부터 회수된 잔여 엑소좀 농도이다.In the above formula, C 0 is the concentration of exosomes recovered from the control group from the PDA array dots into which the receptor was not introduced, and C 1 is the concentration of the remaining exosomes recovered from the PDA array dots into which the receptor was introduced.

한편, 엑소좀의 특성화 결과로서, 엑소좀의 SEM 사진 및 사이즈 분포를 도 8에 나타내었다. Meanwhile, as a result of exosome characterization, the SEM image and size distribution of exosomes are shown in Figure 8.

상기 도면으로부터 엑소좀과 수용체 간의 결합을 확인하였다. 특히, 단일 수용체 대신에 다중 엑소좀 리간드를 적용할 경우에는 보다 효율적인 엑소좀 포집을 달성할 수 있는 바, 엑소좀과의 상호작용 확률을 높임으로써 포집 효율을 개선할 수 있다. 특히, 무표지 PDA 어레이 플랫폼을 통하여 엑소좀의 포집을 확인할 수 있고, 이러한 결과로부터 다중 타겟 검출 플랫폼의 감도 개선을 정량화할 수 있는 점은 주목할만하다.From the above figure, the binding between exosomes and receptors was confirmed. In particular, when multiple exosome ligands are applied instead of a single receptor, more efficient exosome capture can be achieved, and capture efficiency can be improved by increasing the probability of interaction with exosomes. In particular, it is noteworthy that the capture of exosomes can be confirmed through the label-free PDA array platform, and the improvement in sensitivity of the multi-target detection platform can be quantified from these results.

- PDA 표면 상의 수용체 밀도의 최적화- Optimization of receptor density on PDA surface

고정된 리포좀과 엑소좀 간의 상호작용을 위하여 수용체로서 단백질계 항체 및 핵산계 압타머를 사용하였다. 리간드-수용체 상호작용은 고정된 리포좀에 혼입된 PDA의 주쇄를 변형하여 PDA의 광학 특성 변화를 유발한다. PDA 주쇄의 공액 결합된 엔-인 결합으로 자극을 효과적으로 전달하도록 PDA 표면 상에 충분한 수용체 밀도가 요구된다. 엑소좀-타겟 수용체의 농도를 최적화할 목적으로, 0.1 ng/mL에서 1000 ng/mL 농도 범위의 수용체 용액에 대하여 평가하였다. 엑소좀 인큐베이션은 동일한 엑소좀 농도(1 x 1010 vesicles/mL)에서 수행하였고, 가장 강한 시그널을 나타내는 수용체 농도를 선정하였다(도 9 참조). 상기 도면의 경우, 수용체(항체 및 앱타머)에 대하여 PDA 리포좀 어레이에 도입된 수용체의 농도에 따른 PDA 리포좀 어레이의 형광 세기를 나타내며, 항체의 경우에는 1 ng/mL, 앱타머의 경우에는 10ng/mL에서 엑소좀에 대하여 가장 양호한 형광신호를 나타냄을 알 수 있다. 즉, 해당 농도에서 PDA 리포좀 어레이가 가장 효율적으로 엑소좀에 대한 신호를 방출함을 지시한다. For the interaction between immobilized liposomes and exosomes, protein-based antibodies and nucleic acid-based aptamers were used as receptors. Ligand-receptor interaction modifies the main chain of PDA incorporated into immobilized liposomes, causing changes in the optical properties of PDA. Sufficient receptor density is required on the PDA surface to effectively transmit stimulation to the conjugated yen-in bonds of the PDA backbone. For the purpose of optimizing the concentration of the exosome-targeting receptor, receptor solutions ranging in concentration from 0.1 ng/mL to 1000 ng/mL were evaluated. Exosome incubation was performed at the same exosome concentration (1 x 10 10 vesicles/mL), and the receptor concentration showing the strongest signal was selected (see Figure 9). In the case of the above figure, the fluorescence intensity of the PDA liposome array is shown according to the concentration of the receptor introduced into the PDA liposome array for the receptors (antibodies and aptamers), 1 ng/mL for antibodies and 10 ng/mL for aptamers. It can be seen that mL shows the best fluorescence signal for exosomes. In other words, it indicates that the PDA liposome array most efficiently releases signals for exosomes at the corresponding concentration.

한편, 수용체 밀도가 지나치게 높은 경우에는 PDA 리포좀의 중합 반응이 원활히 진행되지 않았는 바, 이는 리포좀 상에서 강하게 바인딩된 수용체 분자에 의한 입체 장애가 다이아세틸렌 구조의 자기-조립을 억제하였기 때문으로 볼 수 있다(도 10 참조). On the other hand, when the receptor density was too high, the polymerization reaction of the PDA liposome did not proceed smoothly, which could be attributed to the steric hindrance caused by the receptor molecule strongly bound on the liposome, which inhibited the self-assembly of the diacetylene structure (Figure 10).

역으로, 수용체 밀도가 지나치게 낮으면, 엑소좀과의 상호작용 확률 및 바이딩 효율이 저하된다. 항-CD63 수용체 기반의 PDA 플랫폼을 이용할 경우, PDA의 형광 세기는 1 ng/mL 항체 용액, 그리고 10 ng/mL 압타머 용액에서 가장 강하였다.Conversely, if the receptor density is too low, the probability of interaction with exosomes and binding efficiency decreases. When using the anti-CD63 receptor-based PDA platform, the fluorescence intensity of PDA was strongest at 1 ng/mL antibody solution and 10 ng/mL aptamer solution.

- 엑소좀 상호작용을 통한 PDA 리포좀의 분광전이(Spectrometric transition)- Spectrometric transition of PDA liposomes through exosome interaction

리간드-수용체 상호작용이 수용체-PDA 복합체의 표면 상에서 일어나는 경우, 상호작용 자극은 PDA 주쇄로 전달되어 공액 결합된 엔-인 결합을 교란시킨다. 개질된 공액 결합이 에너지 흡수 스펙트럼을 시프트시켜 PDA 초분자의 색상 변화를 유발하였다(도 11 참조). 아민-개질된 글라스 기판 상에 고정된 청색 PDA 리포좀은 610 nm 주변에서 최대 흡수 피크를 나타내었다(도 11a). 엑소좀이 PDA 표면 상의 수용체에 바인딩되는 경우, 최대 흡수 피크의 세기는 감소하고 새로운 흡수 피크가 540 nm 주변에서 나타났다.If the ligand-receptor interaction occurs on the surface of the receptor-PDA complex, the interaction stimulus is transmitted to the PDA backbone and disrupts the conjugated yen-in bond. The modified conjugate bond shifted the energy absorption spectrum, causing a color change in the PDA supramolecule (see Figure 11). Blue PDA liposomes immobilized on an amine-modified glass substrate showed a maximum absorption peak around 610 nm (Figure 11a). When exosomes bound to receptors on the PDA surface, the intensity of the maximum absorption peak decreased and a new absorption peak appeared around 540 nm.

적색-형태의 변형된 PDA를 지시하는 540 nm 영역에서 엑소좀이 없는 청색 PDA의 흡수 스펙트럼은 베이스라인 스펙트럼으로부터 현저히 벗어나지는 않았다. 그러나, 엑소좀이 도입되는 경우, 스펙트럼은 베이스라인으로부터 벗어나기 시작하고, 엑소좀 농도가 클수록 벗어나는 영역 역시 증가하였다. 풍부한 엑소좀 환경(1 x 1010 vesicles/mL) 하에, 540 nm 영역에서 유의미한 스펙트럼 변화가 관찰되었다(도 11b 참조). The absorption spectrum of blue PDA without exosomes in the 540 nm region, indicating the red-type modified PDA, did not significantly deviate from the baseline spectrum. However, when exosomes were introduced, the spectrum began to deviate from the baseline, and as the exosome concentration increased, the deviation area also increased. Under a rich exosome environment (1 x 10 10 vesicles/mL), significant spectral changes were observed in the 540 nm region (see Figure 11b).

색상 변화 이외에도, 각각의 타입의 엑소좀 농도에 따른 PDA 어레이로부터 유래하는 형광 세기 역시 측정하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었다.In addition to the color change, the fluorescence intensity derived from the PDA array according to the concentration of each type of exosome was also measured. The results are shown in Figure 12.

상기 도면을 참조하면, 수용체가 부착된 PDA 리포좀은 엑소좀 첨가에 의하여 유도된 상호작용에 의하여 적색 형태로 변화할 경우, 640 nm 영역에서 형광 피크를 나타내었다. 엑소좀 농도가 증가할수록 리간드-수용체 상호작용에 의하여 유발된 PDA의 형광 세기는 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 현상은 PDA 어레이 플랫폼이 엑소좀 검출 및 정량화에 적합한 방법임을 뒷받침한다.Referring to the figure, when the PDA liposome to which the receptor is attached changes to a red form due to the interaction induced by the addition of exosomes, it shows a fluorescence peak in the 640 nm region. As the exosome concentration increased, the fluorescence intensity of PDA induced by ligand-receptor interaction tended to increase. This phenomenon supports that the PDA array platform is a suitable method for exosome detection and quantification.

- PDA 어레이 플랫폼의 검출 한계- Detection limits of PDA array platform

다중-타겟으로 인한 PDA 플랫폼의 검출 한계 변화를 확인하기 위하여, 개별 엑소좀 농도에 대한 PDA 시그널을 특성화하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다.In order to confirm the change in detection limit of the PDA platform due to multiple targets, PDA signals were characterized for individual exosome concentrations, and the results are shown in Figure 13.

LOD 계산을 위하여, 백그라운드 및 표면 편차의 3배의 합이 베이스라인으로 설정되었다. LOD는 시그널이 베이스라인을 가로지르기 시작하는 시점에서의 엑소좀 농도에 대응한다. 항체의 경우, 단일 타겟 어레이에서는 CD63 타겟 플랫폼 상에서 LOD가 약 3.5 x 108 vesicles/mL, 그리고 CD81 타겟 플랫폼 상에서 LOD가 약 1.5 x 108 vesicles/mL으로 측정되었다(도 13a 참조). 반면, CD63 및 CD81 다중-타겟 플랫폼에서는 4 x 107 vesicles/mL이 요구되었는 바, 이는 단일 타겟 플랫폼에 비하여 4 내지 8배의 LOD 개선 효과를 달성함을 지시한다. For LOD calculation, the sum of three times the background and surface deviations was set as the baseline. LOD corresponds to the exosome concentration at the point when the signal begins to cross the baseline. In the case of the antibody, in the single target array, the LOD was measured to be about 3.5 On the other hand, the CD63 and CD81 multi -target platform required 4

압타머의 경우, 단일 타겟 어레이에서는 CD63 타겟 플랫폼 상에서 LOD가 약 1.5 x 108 vesicles/mL, 그리고 CD81 타겟 플랫폼 상에서 LOD가 약 2.0 x 108 vesicles/mL으로 측정되었다(도 13b 참조). 반면, CD63 및 CD81 다중-타겟 플랫폼에서는 3.5 x 107 vesicles/mL이 요구되었는 바, 이는 단일 타겟 플랫폼에 비하여 4 내지 6배의 LOD 개선 효과를 달성함을 지시한다.In the case of the aptamer, in the single target array, the LOD was measured to be about 1.5 On the other hand, the CD63 and CD81 multi-target platform required 3.5

- 다중 수용체가 포집 효율에 미치는 영향 분석- Analysis of the effect of multiple receptors on capture efficiency

PDA 리포좀 표면 상에 포집된 엑소좀의 정량화 실험 결과로서, (a) 수용체 타입 별 포집된 엑소좀의 비, 및 (b) 수용체 타입 별 형광 엑소좀의 형광 세기를 도 14에 나타내었다.As a result of the quantification experiment of exosomes captured on the PDA liposome surface, (a) the ratio of captured exosomes by receptor type, and (b) the fluorescence intensity of fluorescent exosomes by receptor type are shown in Figure 14.

상기 도면을 참조하면, 상대적으로 풍부한 엑소좀 환경에서는 엑소좀의 포집 효율은 수용체의 타입 또는 타겟 리간드에 관계없이 유사한 값으로 측정되었다. 그러나, 희박한 엑소좀 환경에서는 회수된 엑소좀의 농도는 동일한 밀도로 수용체가 도입된다 해도 차이점을 나타내었다. 이처럼, 단일 타겟 플랫폼에 비하여 다중 타겟 플랫폼에서 엑소좀 바인딩 효율이 컸다. 다중 타겟 플랫폼에 대한 엑소좀 바인딩 효율은 개별 단일 타겟 플랫폼에 대한 엑소좀 효율의 합에 근사하였다. 놀랍게도 혼합된 수용체 시스템에서 엑소좀 바인딩 효율은 항체 및 압타머 모두에 대하여 증가된 것으로 나타났다. 이는 엑소좀 상의 다중 타겟을 인식하는 PDA 어레이로 인하여 리간드-수용체 상호작용의 가능성이 증가하였기 때문에 볼 수 있으며, PDA 어레이 플랫폼의 장점을 뒷받침한다.Referring to the figure, in a relatively abundant exosome environment, the capture efficiency of exosomes was measured at a similar value regardless of the type of receptor or target ligand. However, in a rare exosome environment, the concentration of recovered exosomes showed differences even if the receptors were introduced at the same density. As such, the exosome binding efficiency was greater in the multi-target platform compared to the single-target platform. Exosome binding efficiencies for multiple target platforms were approximated to the sum of exosome efficiencies for individual single target platforms. Surprisingly, exosome binding efficiency in the mixed receptor system appeared to be increased for both antibodies and aptamers. This can be seen because the possibility of ligand-receptor interaction is increased due to the PDA array recognizing multiple targets on exosomes, supporting the advantages of the PDA array platform.

추가적인 정량화 방법으로서, 형광 염료로 표지화된 엑소좀을 동일한 절차에 따라 인큐베이션시켰고, 형광 현미경을 이용하여 부착된 엑소좀의 바인딩 밀도를 평가하였다.As an additional quantification method, exosomes labeled with a fluorescent dye were incubated following the same procedure, and the binding density of attached exosomes was assessed using fluorescence microscopy.

풍부한 엑소좀 용액에서는 CD63 또는 CD81이 단일 수용체로 존재한다 해도 상대적으로 강한 형광 시그널이 나타났고, 혼합 수용체 시스템으로 인한 형광 세기의 증가는 현저하지 않았다(도 14b 참조). 반면, 낮은 농도의 엑소좀에서는 단일 수용체가 존재할 경우에는 상대적으로 낮은 형광 세기가 관찰되었는 바, 이는 엑소좀이 PDA 어레이의 표면에 충분히 부착되지 않았음을 지시한다. 한편, 다중 타겟 수용체가 존재하는 경우, 엑소좀 형광 시그널은 단일 수용체가 존재하는 경우에 비하여 증가하였고, 고농도의 엑소좀 환경에 비하여 증가는 보다 컸다. 이러한 현상은 압타머 및 항체 기반의 시스템 모두에서 관찰되었다. 즉, 사용된 수용체의 타입에 관계 없이 다중-타겟 플랫폼은 엑소좀 포집 효율을 증가시켰고, 이러한 효과는 낮은 농도 환경에서 현저하였다. 형광 엑소좀의 부착 실험으로부터, 원심분리를 이용하여 혈장으로부터 분리된 엑소좀 역시 PDA 어레이 시스템에 적용 가능하고, 다중 수용체에 의하여 엑소좀 포집 효율은 증가할 수 있음을 예측할 수 있다. 특히, 낮은 바이오마커 농도에서의 적용에서 유리할 것으로 판단된다.In the rich exosome solution, a relatively strong fluorescence signal appeared even if CD63 or CD81 existed as a single receptor, and the increase in fluorescence intensity due to the mixed receptor system was not significant (see Figure 14b). On the other hand, when a single receptor was present at a low concentration of exosomes, a relatively low fluorescence intensity was observed, indicating that the exosomes were not sufficiently attached to the surface of the PDA array. Meanwhile, when multiple target receptors were present, the exosome fluorescence signal increased compared to when a single receptor was present, and the increase was larger compared to a high concentration exosome environment. This phenomenon was observed in both aptamer- and antibody-based systems. That is, regardless of the type of receptor used, the multi-target platform increased exosome capture efficiency, and this effect was significant in low concentration environments. From the attachment experiment of fluorescent exosomes, it can be predicted that exosomes separated from plasma using centrifugation can also be applied to the PDA array system, and that the exosome collection efficiency can be increased by multiple receptors. In particular, it is believed to be advantageous for application at low biomarker concentrations.

- PDA 어레이의 엑소좀 특이성 평가- Evaluation of exosome specificity of PDA array

엑소좀 검출 시 PDA 어레이 플랫폼의 선택성 또는 특이성을 확인하기 위하여, BSA, 면역글로블린 G(IgG) 및 피브리노겐과 같은 혈장 내에 존재하는 다양한 단백질에 대한 PDA의 응답 특성을 평가하였다. 엑소좀 검출을 위한 동일한 프로토콜을 이용하여, 1 x PBS 완충용액, BSA, IgG 및 피브리노겐 용액을 PDA 어레이에 도포하였다. 각각의 혈장 단백질을 엑소좀 없이 20 ㎍/mL의 농도로 어레이 내로 주입하였고, 인큐베이션 후에 PDA 형광을 측정하였다. 엑소좀이 없는 다양한 혈장 단백질에 대한 PDA 형광 시그널은 LOD 근처에서 중대한 편차를 나타내지 않았다(도 15 참조). 이는 혈장 단백질이 PDA 표면 상의 수용체와 상호작용하지 않고, 어레이가 엑소좀 검출에 대한 충분한 선택성을 갖고 있음을 시사한다. To confirm the selectivity or specificity of the PDA array platform in exosome detection, the response characteristics of PDA to various proteins present in plasma, such as BSA, immunoglobulin G (IgG), and fibrinogen, were evaluated. Using the same protocol for exosome detection, 1 x PBS buffer, BSA, IgG and fibrinogen solutions were applied to the PDA array. Each plasma protein was injected into the array at a concentration of 20 μg/mL without exosomes, and PDA fluorescence was measured after incubation. PDA fluorescence signals for various plasma proteins without exosomes did not show significant deviations around the LOD (see Figure 15). This suggests that plasma proteins do not interact with receptors on the PDA surface and that the array has sufficient selectivity for exosome detection.

- 엑소좀 선별 방식에 따른 PDA 리포좀 어레이의 형광 신호 분석 결과를 도 16에 나타내었다. 엑소좀 선별 방식은 CD63 수용체가 도입된 비드를 통하여 선별된 방식 및 SYSTEM BIOSCIENCES 사의 엑소좀 분리키트인 엑소퀵(exoquick®)을 이용하여 엑소좀을 선별하는 방식, 그리고 엑소퀵 및 CD63 수용체를 연속적으로 사용하여 엑소좀을 선별하는 방식으로 구분하였다. 각각의 방식을 통하여 분리된 엑소좀 용액을 아밀로이드베타 수용체가 도입된 폴리다이아세틸렌 리포좀 어레이에 적용시켜 폴리다이아세틸렌 어레이의 형광세기 신호를 분석하였다. - The results of fluorescence signal analysis of the PDA liposome array according to the exosome selection method are shown in Figure 16. The exosome selection method includes a method of selecting exosomes using beads into which the CD63 receptor is introduced, a method of selecting exosomes using exoquick®, an exosome isolation kit from SYSTEM BIOSCIENCES, and a method of selecting exosomes using Exoquick and CD63 receptor sequentially. Exosomes were classified using a method of selection. The exosome solution separated through each method was applied to the polydiacetylene liposome array into which the amyloid beta receptor was introduced, and the fluorescence intensity signal of the polydiacetylene array was analyzed.

상기 도면에 따르면, 엑소좀 선별방식 중에서 엑소퀵 및 CD63을 연속적으로 사용한 엑소좀 선별 방식으로부터 엑소좀 용액에서 폴리다이아세틸렌 어레이의 형광세기 신호가 가장 크게 관찰되었다. 이는 엑소퀵 및 CD63을 연속적으로 사용한 엑소좀 선별방식에서 아밀로이드베타 수용체를 도입한 폴리다이아세틸렌 어레이가 아밀로이드베타를 함유하는 엑소좀과 가장 크게 상호작용을 하고 있음을 의미한다. 더욱이, 본 실시예에 따른 마이크로비드 기반의 엑소좀 분리기술이 폴리다이아세틸렌 어레이 기반의 측정시스템에서 다른 분리 기술과 비교하여 우위를 갖고, 다른 분리 기술과 병용 시 더 큰 효과를 불러일으킬 수 있음을 지시한다. 더 나아가, PDA 리포좀 어레이에 적용하는 엑소좀 분리방법으로 기존의 상업화된 분리방법(exoquick, EQ) 대비 큰 시그널이 측정된 점을 고려하면, 이들과 연계하였을 경우 보다 큰 시너지 효과를 도출할 수 있음을 시사한다.According to the figure, among the exosome selection methods, the highest fluorescence intensity signal of the polydiacetylene array was observed in the exosome solution from the exosome selection method using ExoQuick and CD63 sequentially. This means that in the exosome selection method using Exoquick and CD63 sequentially, the polydiacetylene array incorporating the amyloid beta receptor interacts the most with exosomes containing amyloid beta. Moreover, the microbead-based exosome isolation technology according to this example has an advantage over other separation technologies in a polydiacetylene array-based measurement system, and can bring about a greater effect when used in combination with other separation technologies. Instruct. Furthermore, considering that a larger signal was measured with the exosome isolation method applied to the PDA liposome array compared to the existing commercial separation method (exoquick, EQ), a greater synergy effect can be derived when linked with these. suggests.

- 엑소퀵 및 비드기반 분리기술로 분리한 엑소좀 용액을 각기 다른 엑소좀 농도로 PDA 리포좀 어레이에 적용하여 형광 신호 분석 결과를 도 17에 나타내었다.- The exosome solution separated by ExoQuick and bead-based separation technology was applied to the PDA liposome array at different exosome concentrations, and the results of fluorescence signal analysis are shown in Figure 17.

상기 도면에 따르면, 희석하지 않은 용액을 기점으로 하여 희석하였을 때, 나타나는 어레이의 형광세기는 점차 낮아졌으며 검출 한계는 초기 농도에서 10배 희석된 엑소좀 용액에서도 분별 가능한 신호를 확인하였다. According to the figure, when diluted starting from the undiluted solution, the fluorescence intensity of the array gradually decreased, and the detection limit was confirmed to be a discernable signal even in the exosome solution diluted 10 times from the initial concentration.

- 질병 그룹(AD)과 정상인 그룹(NC) 간의 PDA 리포좀 어레이의 형광신호 측정 결과를 도 18에 나타내었다. 각 실험대상의 혈장을 위와 같은 방식으로 엑소좀용액을 분리하여 아밀로이드베타가 도입된 폴리다이아세틸렌 어레이에 적용시키고 나타나는 형광세기를 표현하였다.- The results of measuring the fluorescence signal of the PDA liposome array between the disease group (AD) and the normal group (NC) are shown in Figure 18. The exosome solution was separated from the plasma of each experimental subject in the same manner as above, applied to a polydiacetylene array into which amyloid beta was introduced, and the resulting fluorescence intensity was expressed.

상기 도면에 따르면, 질병 그룹에서 나타나는 형광 세기는 정상인 그룹에 비하여 약 20% 정도 높게 나타났으며, 질병 그룹과 정상인 그룹에서 겹치는 구역도 일부 존재하였으나, 몇몇 샘플에서는 현저히 큰 형광세기를 보여주는 집단이 관찰되었다. 즉, 정상인 그룹에서 나타나는 형광세기는 약 15에서 33 단위의 세기를 나타내었으나, 질병 그룹에서는 이를 초과하는 지표들도 일부 관찰되었다.According to the figure, the fluorescence intensity in the disease group was approximately 20% higher than that in the normal group, and there were some overlapping areas between the disease group and the normal group, but in some samples, groups showing significantly higher fluorescence intensity were observed. It has been done. In other words, the fluorescence intensity in the normal group was approximately 15 to 33 units, but in the disease group, some indicators exceeding this were observed.

- PDA 리포좀 어레이 시스템의 재현성을 확인하기 위하여 같은 샘플을 다른 환경에서 독립적으로 실시하여 각 실험에서의 형광세기를 나열하였다. 해당 분석 결과를 도 19에 나타내었다.- To confirm the reproducibility of the PDA liposome array system, the same sample was independently performed in different environments and the fluorescence intensity in each experiment was listed. The results of the analysis are shown in Figure 19.

상기 도면에 따르면, 정상인 그룹(위) 및 질병 그룹(아래)에서 독립적으로 어레이의 형광세기를 측정한 결과, 상당수의 샘플에서 독립적으로 반복측정된 어레이 신호가 유사한 점이 관찰되었다. 이를 통하여, PDA 리포좀 어레이 플랫폼의 경우, 각각 다른 환경에서 측정하는 경우에도 큰 오차를 보이지 않고, 전반적으로 측정 대상에 준하는 신호를 발현한다고 볼 수 있다.According to the figure, as a result of independently measuring the fluorescence intensity of the array in the normal group (top) and the disease group (bottom), it was observed that the array signals measured independently and repeatedly were similar in a significant number of samples. Through this, it can be seen that the PDA liposome array platform does not show large errors even when measured in different environments, and overall produces a signal similar to the measurement target.

- 질병 그룹 및 정상인 그룹 각각에 대한 AUC-ROC 곡선을 도 20에 나타내었다. 상기 도면에 따르면, 질병그룹과 정상인그룹을 분류하는 정확도는 0.76 수준으로 예측되었다.- The AUC-ROC curves for each of the disease group and normal group are shown in Figure 20. According to the above figure, the accuracy of classifying the disease group and the normal group was predicted to be at the 0.76 level.

- 폴리다이아세틸렌 어레이 제작 방식에 따른 형광현미경 이미지로서, 접촉식 어레이(위) 및 리소그래피 기반의 어레이(아래) 각각에 따른 결과를 도 21에 나타내었다.- As a fluorescence microscope image according to the polydiacetylene array manufacturing method, the results for the contact array (top) and lithography-based array (bottom) are shown in FIG. 21.

상기 도면에 따르면, 리소그래피 기반의 어레이의 경우, 접촉식 어레이에 비하여 작은 사이즈의 PDA 리포좀 마이크로어레이를 구현할 수 있고, 검출 정확도 역시 양호함을 알 수 있다.According to the figure, in the case of a lithography-based array, a PDA liposome microarray of a smaller size can be implemented compared to a contact array, and detection accuracy is also good.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily used by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.

Claims (20)

a) 타겟 엑소좀의 적어도 하나의 표면 바이오마커에 대한 특이적 결합능을 갖는 적어도 하나의 수용체가 부착된 수용체 비드를 제조하는 단계;
b) 상기 수용체 비드에 대하여 엑소좀-함유 시료를 접촉시켜 비드 상에 엑소좀-수용체 복합체를 형성한 다음, 이로부터 엑소좀을 분리 또는 해리시키는 방식으로 엑소좀을 농축하는 단계;
c) 상기 단계 a) 및 b)와 별도로 다이아세틸렌-인지질 리포좀 용액을 제공하는 단계; 및
d) 상기 다이아세틸렌-인지질 리포좀 용액을 이용하여 아민-개질된 기판에 다이아세틸렌-인지질 리포좀의 마이크로어레이를 형성하는 단계; 및
e) 상기 다이아세틸렌-인지질 리포좀의 마이크로어레이에 타겟 엑소좀의 적어도 하나의 표면 바이오마커에 대한 특이적 결합능을 갖는 적어도 하나의 수용체를 부착시키는 단계;
f) 상기 적어도 하나의 수용체가 부착된 다이아세틸렌-인지질 리포좀을 중합반응시켜 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이를 형성하는 단계; 및
g) 상기 단계 b)에서 농축된 엑소좀을 함유하는 용액을 폴리다이아세틸렌 리포좀의 마이크로어레이에 접촉시킴으로써 농축된 엑소좀과 마이크로어레이 내 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀 간의 리간드-수용체 반응에 의하여 유도되는 광학적 특성 변화를 측정하는 단계;
를 포함하는 시료 내 엑소좀 표면 바이오마커의 검출 방법.
a) preparing a receptor bead to which at least one receptor having specific binding ability to at least one surface biomarker of the target exosome is attached;
b) contacting the exosome-containing sample with the receptor bead to form an exosome-receptor complex on the bead, and then concentrating the exosomes by separating or dissociating the exosomes from them;
c) providing a diacetylene-phospholipid liposome solution separately from steps a) and b); and
d) forming a microarray of diacetylene-phospholipid liposomes on an amine-modified substrate using the diacetylene-phospholipid liposome solution; and
e) attaching at least one receptor having specific binding ability to at least one surface biomarker of the target exosome to the microarray of the diacetylene-phospholipid liposome;
f) forming a microarray of modified polydiacetylene liposomes by polymerizing the diacetylene-phospholipid liposomes to which the at least one receptor is attached; and
g) Contacting the solution containing the exosomes concentrated in step b) with a microarray of polydiacetylene liposomes, thereby optically induced by a ligand-receptor reaction between the concentrated exosomes and the modified polydiacetylene liposomes in the microarray. measuring characteristic changes;
A method for detecting exosome surface biomarkers in a sample comprising a.
제1항에 있어서, 상기 단계 a)는 상기 비드 상에 적어도 하나의 수용체와 결합 가능한 기능기를 부착하도록 표면 개질하는 단계를 더 포함하며, 상기 표면 개질된 비드에 상기 적어도 하나의 수용체를 부착시켜 타겟 엑소좀의 수용체 비드를 제조하는 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 1, wherein step a) further includes surface modifying the bead to attach a functional group capable of binding to at least one receptor, and attaching the at least one receptor to the surface-modified bead to target the bead. A method for detecting exosomes, comprising producing exosome receptor beads. 제1항에 있어서, 상기 비드는 수지 비드, 금속 비드 및 글라스 비드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of detecting exosomes according to claim 1, wherein the beads are at least one selected from the group consisting of resin beads, metal beads, and glass beads. 제1항에 있어서, 상기 비드는 1 내지 100 ㎛ 범위의 입도 범위를 갖고, 그리고
구형, 로드 형, 큐빅 형, 육각형, 삼각형, 중공형 및/또는 꽃 형상의 구조형인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.
The method of claim 1, wherein the beads have a particle size ranging from 1 to 100 μm, and
A method for detecting exosomes, characterized in that they are spherical, rod-shaped, cubic-shaped, hexagonal, triangular, hollow-shaped and/or flower-shaped.
제3항에 있어서, 상기 금속 비드는 자성 비드로서, 상기 자성 비드는 헤마타이트(α-Fe2O3), 마그헤마이트(γ-Fe2O3) 또는 자철석(마그네타이트, Fe3O4)으로 이루어지는 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 산화 철 재질인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 3, wherein the metal bead is a magnetic bead, and the magnetic bead is hematite (α-Fe 2 O 3 ), maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), or magnetite (magnetite, Fe 3 O 4 ). A method for detecting exosomes, characterized in that at least one iron oxide material is selected from the group consisting of. 제1항에 있어서, 상기 기판은 글라스, 실리콘 웨이퍼 및 투명 플라스틱으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of detecting exosomes according to claim 1, wherein the substrate is at least one selected from the group consisting of glass, silicon wafer, and transparent plastic. 제1항에 있어서, 상기 아민 개질된 기판은 기판 표면을 아미노-말단 실란으로 개질한 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method for detecting exosomes according to claim 1, wherein the surface of the amine-modified substrate is modified with amino-terminated silane. 제7항에 있어서, 상기 아미노-말단 실란은 3-아미노프로필 트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane), 3-아미노프로필 트리메톡시실란(3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리메톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필 트리에톡시실란(N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl triethoxysilane), 3-2-(2-아미노에틸아미노)에틸아미노프로필 트리메톡시실란(3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl trimethoxysilane), 3-2-(2-아미노에틸아미노)에닐아미노프로필 트리에톡시실란(3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl triethoxysilane), 및 3-아미노프로필 메틸디메톡시실란(3-aminopropyl methyldimethoxysilane)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 7, wherein the amino-terminated silane is 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyl trimethoxysilane, N-(2-aminoethyl)- 3-Aminopropyl trimethoxysilane (N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl trimethoxysilane), N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl triethoxysilane (N-(2-aminoethyl)-3 -aminopropyl triethoxysilane), 3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl trimethoxysilane (3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl trimethoxysilane), 3-2-(2-aminoethylamino)enylamino Of the exosome, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of propyl triethoxysilane (3-2-(2-aminoethylamino)ethylaminopropyl triethoxysilane) and 3-aminopropyl methyldimethoxysilane (3-aminopropyl methyldimethoxysilane) Detection method. 제1항에 있어서, 상기 마이크로어레이는 바둑판 배열의 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of detecting exosomes according to claim 1, wherein the microarray is formed in a checkerboard pattern. 제1항에 있어서, 상기 마이크로어레이를 구성하는 개별 폴리다이아세틸렌 리포좀의 면적 및 이들 간의 간격은 각각 5000 내지 500000 ㎛2 및 20 내지 300 ㎛의 범위에서 조절되는 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 1, wherein the area of the individual polydiacetylene liposomes constituting the microarray and the distance between them are adjusted in the range of 5000 to 500000 ㎛ 2 and 20 to 300 ㎛, respectively. 제10항에 있어서, 상기 마이크로어레이를 구성하는 개별 폴리다이아세틸렌 리포좀의 사이즈는 약 100 내지 600 ㎛의 범위에서 정하여지는 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 10, wherein the size of individual polydiacetylene liposomes constituting the microarray is set in the range of about 100 to 600 ㎛. 제1항에 있어서, 상기 단계 e) 중 엑소좀 표면에 복수의 바이오마커가 존재하고, 상기 수용체는 상기 복수의 바이오마커에 특이적인 다중 수용체(multi-receptor)인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 1, wherein a plurality of biomarkers are present on the surface of the exosome during step e), and the receptor is a multi-receptor specific for the plurality of biomarkers. method. 제1항에 있어서, 상기 다이아세틸렌 단량체는 PCDA(pentacosadiyonic acid), TCDA(trocosadiyonic acid), HCDA (heneicosadiynoic acid) 및 HDDA(heptadecadiynoic acid)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나이고, 그리고
상기 인지질은 디미리스토일포스파티딜콜린 (DMPC), 디미리스토일포스파티딜글리세롤 (DMPG), 디팔미토일포스파티딜글리세롤 (DPPG), 디스테아로일포스파티딜콜린 (DSPC), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디올레일포스파티딜에탄올아민 (DOPE), 팔미토일스테아로일포스파티딜콜린 (PSPC), 팔미토일스테아롤포스파티딜 글리세롤 (PSPG), 모노-올레오일-포스파티딜에탄올아민 (MOPE), 디라우로일 에틸포스포콜린 (DLEP), 디미리스토일 에틸포스포콜린 (DMEP), 디팔미토일 에틸포스포콜린 (DPEP) 및 디스테아로일 에틸포스포콜린 (DSEP), 1,2-비스(올레오일옥시)-3-(트리메틸암모니오)프로판 (DOTAP), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디미리스토일포스파티딜산 (DMPA), 디팔미토일포스파티딜산 (DPPA), 디스테아로일포스파티딜산 (DSPA), 디미리스토일포스파티딜이노시톨 (DMPI), 디팔미토일포스파티딜이노시톨 (DPPI), 디스테아로일포스파티딜이노시톨 (DSPI), 디미리스토일포스파티딜세린 (DMPS), 디팔미토일포스파티딜세린 (DPPS), 및 디스테아로일포스파티딜세린 (DSPS)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.
The method of claim 1, wherein the diacetylene monomer is at least one selected from the group consisting of pentacosadiyonic acid (PCDA), trocosadiyonic acid (TCDA), heneicosadiynoic acid (HCDA), and heptadecadiynoic acid (HDDA), and
The phospholipids include dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG), dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), Dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoylstearoylphosphatidylcholine (PSPC), palmitoylstearoylphosphatidyl glycerol (PSPG), mono-oleoyl-phosphatidylethanolamine (MOPE), dilauroyl ethylphosphocholine ( DLEP), dimyristoyl ethylphosphocholine (DMEP), dipalmitoyl ethylphosphocholine (DPEP) and distearoyl ethylphosphocholine (DSEP), 1,2-bis(oleoyloxy)-3 -(Trimethylammonio)propane (DOTAP), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), dimyristoylphosphatidyl acid (DMPA), dipalmitoylphosphatidyl acid (DPPA), distearoylphosphatidyl acid (DSPA), Dimyristoylphosphatidylinositol (DMPI), dipalmitoylphosphatidylinositol (DPPI), distearoylphosphatidylinositol (DSPI), dimyristoylphosphatidylserine (DMPS), dipalmitoylphosphatidylserine (DPPS), and distearoylphosphatidylinositol (DSPI) A method for detecting exosomes, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of thearoylphosphatidylserine (DSPS).
제1항에 있어서, 상기 단계 c) 중 다이아세틸렌 단량체 : 인지질의 몰 비는 2 내지 10 : 1의 범위인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of detecting exosomes according to claim 1, wherein the molar ratio of diacetylene monomer:phospholipid in step c) is in the range of 2 to 10:1. 제1항에 있어서, 상기 수용체는 항체 전체 또는 항원 부착 영역(antigen binding region)을 함유하는 부분항체 및 압타머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 1, wherein the receptor is at least one selected from the group consisting of a full antibody, a partial antibody containing an antigen binding region, and an aptamer. 제1항에 있어서, 상기 바이오마커는 테트라스파닌(tetraspanin) 단백질인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of detecting exosomes according to claim 1, wherein the biomarker is a tetraspanin protein. 제16항에 있어서, 상기 테트라스파닌 단백질은 CD-9, CD-63, CD-81 및 CD-82로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 16, wherein the tetraspanin protein is at least one selected from the group consisting of CD-9, CD-63, CD-81, and CD-82. 제1항에 있어서, 상기 광학적 특성 변화는 육안 또는 측정 장치에 의하여 측정되는 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of detecting exosomes according to claim 1, wherein the change in optical properties is measured with the naked eye or a measuring device. 제18항에 있어서, 상기 광학적 특성 변화의 측정 장치는 UV-Vis 분광기 또는 형광 분광기인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 18, wherein the device for measuring changes in optical properties is a UV-Vis spectrometer or a fluorescence spectrometer. 제1항에 있어서, 상기 방법은 표지 없이 수행되는 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of detecting exosomes according to claim 1, wherein the method is performed without labeling.
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