DE102007017681A1 - Device for determining activity of enzymes in liquid test sample containing enzyme and enzyme inhibitor, comprises chromatography column, which contains substrate and substance bound to substrate - Google Patents

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Abstract

The device comprises a chromatography column (1), which contains a substrate and a substance bound to the substrate. The substance binds an enzyme inhibitor, where temperature-controlled chromatography column is arranged in a module centrally and spatially provided over another module. The latter module comprises a test container as absorption cell, where a measuring device surrounds an absorption cell. Measuring sample storage is formed as a syringe (4), and a column buffer reservoir is formed as another larger syringe (7), where a substrate container is provided as a further syringe.

Description

Es ist eine derartige Vorrichtung und Verfahren aus der WO97/00969 bekannt.It is such a device and method of the WO97 / 00969 known.

Dabei wird die Enzymaktivität gemessen, indem die Messprobe zuvor über eine Durchfluss- oder Durchlaufsäule gegeben wird, auf welcher der Probe die Inhibitoren entzogen werden, die das Enzym binden. Danach wird das inhibitorfreie Enzym in eine Messzelle gegeben, welche den Anstieg der Konzentration mindestens eines Spaltprodukts eines Substrats über der Zeit misst.there the enzyme activity is measured by passing the sample over a flow or flow column is given on which of the sample the inhibitors are deprived of the enzyme tie. Thereafter, the inhibitor-free enzyme is added to a measuring cell, which increases the concentration of at least one cleavage product of a substrate over time.

In der Messzelle wird bei dieser vorbekannten Methode ein Substrat zur Flüssigkeit, die aus der Säule eluiert wird (also möglichst inhibitorfrei und damit der Messung der Gesamtaktivität des Enzyms zugänglich), gegeben. Das solchermaßen freie Enzym spaltet das Substrat und das Spaltprodukt kann gemessen werden, bzw. die Konzentration dieses Spaltprodukts wird zeitlich ermittelt, und der Intensitätszuwachs ermittelt: Dieser ist ein Maß für die Gesamtaktivität des Enzyms, vor allem sobald er zeitlich konstant ist.In the measuring cell is a substrate in this prior art method to the liquid which is eluted from the column (ie as inhibitor-free and thus the measurement of Total activity of the enzyme available). The thus free enzyme cleaves the substrate and the Cleavage product can be measured, or the concentration of this cleavage product is determined in time, and determines the increase in intensity: This is a measure of the overall activity of the enzyme, especially once it is constant over time.

Das o. g. Thema soll insbesondere bei proteolytischen Enzymen, vor allem bei Cystein-Proteinasen, für die Diagnose und auch für die Therapie von malignen Tumoren zum Tragen kommen. In einer Messprobe sind Enzym-Inhibitor-Komplexe, und die proteolytischen Enzyme sind in vivo durch Bindung von Inhibitoren in ihrer Enzymaktivität überwiegend gehemmt.The o. g. Subject should be especially in proteolytic enzymes, especially in cysteine proteinases, for diagnosis and also for the therapy of malignant tumors come to fruition. In a test sample are enzyme-inhibitor complexes, and are the proteolytic enzymes inhibited in vivo by binding of inhibitors in their enzyme activity predominantly.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine Vorrichtung und eine Methode zu finden, die für die Alltagspraxis, z. B. von Arztpraxen bzw. kleinen ärztlichen Labors oder u. U. auch für Notfallsituationen bei relativ einfacher Handhabung ausreichend genaue Messwerte als Prognostikfaktor (für Therapieentscheidungen) oder Marker (für Diagnosezwecke) liefert. Ferner liegt die Aufgabe zugrunde, eingangs genannte Vorrichtung und Methode zu rationalisieren.It Object of the present application, a device and a To find a method that is suitable for everyday practice, eg. B. from Medical practices or small medical laboratories or u. U. also for emergency situations with relatively easy handling sufficiently accurate measured values as a prognostic factor (for Therapy decisions) or markers (for diagnostic purposes) supplies. Furthermore, the object is based, mentioned device and streamline method.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht mit den Mitteln des Anspruchs 1 oder 2 oder 3. Weiterbildungen dienen Maßnahmen, die in den Unteransprüchen definiert sind.The Solution of this task is done with the means of the claim 1 or 2 or 3. trainings serve measures that are defined in the subclaims.

In den 1 und 2 und 3 sind erfindungsgemäße Anordnungen variiert dargestellt, wobei ein beispielsweise quader- oder kubusförmiges Modul A (Vorrichtung für den Inhibitorentzug) speziell in den Figuren räumlich über (im allgemeinen in Durchflussrichtung der Messprobe vor) einem Modul B (das als Messbox ausgestaltet ist) vorgesehen ist. Die 3 hat selbständige Bedeutung.In the 1 and 2 and 3 arrangements according to the invention are shown varied, with an example cuboid or cube-shaped module A (device for inhibitor withdrawal) especially in the figures spatially over (generally in the flow direction of the sample before) a module B (which is designed as a measuring box) is provided. The 3 has independent meaning.

Die 1 zeigt ein erstes einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung.The 1 shows a first simple embodiment of the invention.

Dabei ist eine austauschbare Affinitäts-Chromatographiesäule 1 von einem Thermostaten 2 umgeben, der mindestens ein Peltierelement aufweist. Die Säule 1 besteht im wesentlichen aus einem räumlichen Zylinder, der mit poröser Substanz, einem Träger, ausgefüttert ist, an den eine Substanz gebunden ist, die den Inhibitor des Enzym-Inhibitor-Komplexes stärker bindet als es das Enzym tut, wodurch das Enzym zur Aktivitätsmessung freigesetzt wird. In die obere Öffnung 3 der Säule 1, an deren unterem Ende zweckmäßigerweise ein Sperrventil 6 angebracht ist, ragt die Spitze 8 einer austauschbaren Spritze 4, welche in einem Raum 5 die Messprobe mit dem Enzym-Inhibitor-Komplex enthält.It is a replaceable affinity chromatography column 1 from a thermostat 2 surrounded, having at least one Peltier element. The pillar 1 consists essentially of a spatial cylinder lined with a porous substance, a carrier, to which is bound a substance which binds the inhibitor of the enzyme-inhibitor complex more strongly than does the enzyme, thereby releasing the enzyme for activity measurement , In the upper opening 3 the column 1 , At whose lower end expediently a check valve 6 attached, the top sticks out 8th a replaceable syringe 4 which in a room 5 contains the test sample with the enzyme-inhibitor complex.

Das Volumen 5 wird mit ausgedrückter Spritze 4 faktisch zu Null, und der Inhalt entleert sich in die Säule 1, in der sich vorzugsweise ein fest gepackter Träger befindet.The volume 5 is with syringe expressed 4 virtually to zero, and the contents emptied into the column 1 in which preferably a tightly packed carrier is located.

Ein Elutionspuffer vom ca. 100–103fachen Volumen der Messprobe wird danach mittels einer zweiten Spritze 7 ganz oder teilweise in die Säule 1 eingebracht.An elution buffer of about 100-10 3 times the volume of the test sample is then using a second syringe 7 wholly or partly in the column 1 brought in.

Eine erste Vorgehensweise ist folgende: Man belässt die Messprobe mit einem Teil des Elutionspuffers in der Säule 1 bei wohldefinierter Temperatur (z. B. ca. 4°C) für eine bestimmte Inkubationszeit, in der Praxis ca. 10–18 min. Insbesondere 15 min. dürften optimal sein. Danach wird durch weitere Zugabe von Elutionspuffer mit Hilfe der Spritze 7 das freie Enzym eluiert und die Elutionslösung fließt bei offenem Sperrventil 6 nach unten in Modul B gemäß 1.A first procedure is the following: Leave the sample with a portion of the elution buffer in the column 1 at a well-defined temperature (eg about 4 ° C) for a certain incubation time, in practice about 10-18 min. In particular 15 min. should be optimal. Thereafter, by further adding elution buffer using the syringe 7 the free enzyme elutes and the elution solution flows with the stop valve open 6 down in module B according to 1 ,

Bei der ersten Methode ist das Ventil 6 zunächst offen, bis der Säulenpuffer in die Säule 1 teilweise eingelaufen ist bzw. bis die Messprobe auf der Säulenlänge verteilt ist. Solange kann auch ein Volumen, das zur Messung verworfen wird, abfließen (z. B. wie in 2 beschrieben über den Kanal 28). Nach der Inkubationszeit wird zur Elution dieses Ventil 6 geöffnet, dann jedoch wieder geschlossen, damit ein Restvolumen nicht die Messung verschlechtert. Auch dieses Restvolumen kann über den Kanal 28 entsorgt werden.The first method is the valve 6 first open until the column buffer into the column 1 partially or until the test sample is distributed over the column length. As long as a volume, which is discarded for the measurement, can flow away (eg as in 2 described over the channel 28 ). After the incubation period, this valve is used for elution 6 opened, but then closed again, so that a residual volume does not deteriorate the measurement. Also this residual volume can be over the channel 28 be disposed of.

Eine zweite alternative Maßnahme besteht darin, dass die Messprobe mit Hilfe des zugegebenen Säulenpuffers von oben nach unten durch die Säule wandert mit einer Geschwindigkeit die gewährleistet, dass auf diesem Weg der Inhibitor von allen in der Messprobe enthaltenen Enzym-Inhibitorkomplexen auf die auf der Säule immobilisierte Substanz übergeht, die den Inhibitor stärker bindet als es das Enzym tut. Das ist quasi eine Wanderungsinkubation. Dadurch wird das freie Enzym eluiert und die Elutionslösung fließt nach unten in das Modul B gemäß 1.A second alternative measure is that the sample, with the aid of the added column buffer, passes through the column from top to bottom at a rate which ensures that in this way the inhibitor of all the enzyme-inhibitor complexes present in the sample is immobilized on the column immobilized on the column Substance that binds the inhibitor stronger than the enzyme does. This is a kind of migration incubation. Thereby, the free enzyme is eluted and the elution solution flows down into the module B according to 1 ,

Auch hier wird ein Verwertungsvolumen anfangs (wie in 2 mittels Kanal 28 beschrieben) entsorgt; ebenso geschieht dies nach dem Durchlauf des quasi optimalen Messvolumens.Again, a volume of utilization will initially (as in 2 by channel 28 described) disposed of; This also happens after the passage of the quasi-optimal measurement volume.

Das Modul A in 1 stellt also eine Vorrichtung für den Inhibitorentzug dar, die sich im wesentlichen räumlich über der Messbox Modul B befindet, wobei der Durchlauf von der Säule 1 in das Modul B gemäß der 1 mittels Rohr- oder Schlauchleitung durch einen Deckel 11 hindurch in eine Fluoreszenzküvette 10 zustande kommt. (Der Deckel ist geschwärzt zur Absorption des durch die Messprobe gelangten Laserlichts). Das freie Enzym spaltet gemäß Enzymassay als proteolytisches Enzym aus dem in die Küvette 10 gegebenen Substrat ein Fragment ab, das in freier Form fluoresziert. Aus dem zeitlichen Anstieg dieser Fluoreszenzintensität lässt sich die Enzymaktivität des freigesetzten Enzyms bei definierter Temperatur (welche mit Hilfe von Peltierelementen 19 eingestellt wird) bestimmen. In der unteren Messbox (Modul B) befindet sich eine Laserdiode 13 zur Anregung dieser Fluoreszenz. Die Laserdiode emittiert zweckmäßigerweise Licht der Wellenlänge, die dem Excitationsmaximum des fluoreszierenden Substratfragments entspricht. Das emittierte Fluoreszenzlicht 14 wird senkrecht zur Einstrahlrichtung mit Hilfe einer Fotodiode 17 detektiert. Kan tenfilter 15 und Interferenzfilter 16 filtern nahezu alles Streulicht, das vom Anregungslicht stammt, aus und lassen nur Fluoreszenzlicht auf die Fotodiode 17 fallen.The module A in 1 thus represents a device for inhibitor withdrawal, which is located substantially spatially above the measuring box module B, wherein the passage from the column 1 in the module B according to the 1 by means of pipe or hose line through a lid 11 through into a fluorescence cuvette 10 comes about. (The lid is blackened to absorb the laser light passing through the sample). The free enzyme splits according to the enzyme assay as a proteolytic enzyme from the into the cuvette 10 given substrate from a fragment which fluoresces in free form. From the time increase of this fluorescence intensity, the enzyme activity of the enzyme released at a defined temperature (which by means of Peltier elements 19 is set). In the lower measuring box (module B) there is a laser diode 13 to excite this fluorescence. The laser diode expediently emits light of the wavelength which corresponds to the excitation maximum of the fluorescent substrate fragment. The emitted fluorescent light 14 becomes perpendicular to the direction of irradiation with the help of a photodiode 17 detected. Kan tenfilter 15 and interference filters 16 filter out almost all scattered light, which comes from the excitation light, and leave only fluorescent light on the photodiode 17 fall.

Die Temperierung der Affinitäts-Chromatographiesäule 1 im Modul A erfolgt bei 3–20°C, vorzugsweise bei 4–5°C, da mit der Bindung des Inhibitors an das Affinitäts-Chromatographiesäulen-Material das proteolytische Enzym freigesetzt wird, das sich selbst verdauen kann, d. h. bei höheren Temperaturen greift ein proteolytisches Enzymmolekül das andere an.The temperature of the affinity chromatography column 1 in module A is carried out at 3-20 ° C, preferably at 4-5 ° C, since with the binding of the inhibitor to the affinity chromatography column material, the proteolytic enzyme is released, which can digest itself, ie at higher temperatures intervenes proteolytic enzyme molecule the other.

Die Messung der Enzymaktivität in Modul B erfolgt temperiert bei 37°C (für humanmedizinische Zwecke), (wozu eine Zusatzeinrichtung für die Konstanthaltung der Temperatur zweckmäßigerweise wiederum mittels Peltierelementen dienlich ist: Thermostat 19).The measurement of the enzyme activity in module B is tempered at 37 ° C (for human medical purposes), (including an additional device for keeping the temperature appropriately again by means of Peltier elements is useful: Thermostat 19 ).

Im einfachsten Fall ist auch die Küvette 10 als Wegwerfartikel ausgestaltet. (Sie kann vorher gefüllt sein mit Messpuffer und den Ingredientien gemäß Enzymassay). Jedoch kann auch eine Zufuhr dieser Mischung direkt in die Küvette 10 erfolgen, oder u. U. im Kanal 9 mittels zusätzlichem Ventil und Pumpe, je nach Bedarf auch noch mit einem Messpuffer geeigneter Art versetzt. Nach Abschluss der Elution wird die enzymatische Reaktion durch Zugabe von Substrat gestartet. Diese Kann z. B., wie in 2 dargestellt, aus einem Substratbehälter 18 über das Ventil 26 erfolgen, oder wie gemäß 1, über eine nicht dargestellte Spritze durch den Abschlussdeckel 11 hindurch eingebracht werden.In the simplest case is also the cuvette 10 designed as a disposable item. (It may be previously filled with measuring buffer and the ingredients according to enzyme assay). However, even a supply of this mixture directly into the cuvette 10 done, or u. U. in the channel 9 by means of an additional valve and pump, if necessary also with a measuring buffer of suitable type. After completion of the elution, the enzymatic reaction is started by addition of substrate. This can z. B., as in 2 shown, from a substrate container 18 over the valve 26 carried out, or as according to 1 , via a syringe, not shown, through the end cap 11 be introduced through.

Die Teile 1, 5, 4, 10 können als (billige) Wegwerfartikel ausgestaltet sein. Der Vorteil der austauschbaren Teile liegt darin, dass keinerlei Bestandteile einer Probe eines Patienten mit einer anderen Probe eines anderen Patienten zusammenkommen können! Man muss sich vor Augen halten, dass die Körperflüssigkeit des Patienten als Messprobe auf die Säule 1 gegeben wird und vor allem nur der Enzym-Inhibitor bei der Elution auf der Säule bleibt; es ist aber nicht klar, ob auch andere Bestandteile auf der Säule noch zurückbleiben. Auf jeden Fall enthält die Messprobe in der Fluoreszenzküvette 10 nicht nur das freie Enzym, sondern auch den größten Teil der anderen Bestandteile der ursprünglichen Körperflüssigkeit. Ein weiterer Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass komplizierte mechanische Teile wie Ventile/Pumpen entfallen.The parts 1 . 5 . 4 . 10 can be designed as (cheap) disposable items. The advantage of exchangeable parts is that no part of a sample from one patient can come together with another sample from another patient! One has to keep in mind that the body fluid of the patient as a test sample on the column 1 and above all, only the enzyme inhibitor remains on the column during elution; but it is not clear if other components remain on the column. In any case, the measurement sample contains in the fluorescence cuvette 10 not only the free enzyme, but also most of the other constituents of the original body fluid. Another advantage of this concept is that complicated mechanical parts such as valves / pumps omitted.

Die Verdünnung des Eluats mit Messpuffer kann für ein gutes Messergebnis sehr vorteilhaft, evtl. notwendig sein. Die Kombination von Laserdiode und/oder Fotodiode direkt an der Messküvette führt zu einer hohen Nachweisgrenze. Im einfachsten Fall der 1 kann man auch so verfahren: Die Elution aus der Säule 1 des Moduls A erfolgt gleich mit dem (im Überschuss beigegebenen) Substrat im Messpuffer, und zwar so, dass jedes Enzym-Molekül ein Substrat-Molekül binden kann (Substratsättigung).The dilution of the eluate with measuring buffer can be very advantageous for a good measurement result, possibly necessary. The combination of laser diode and / or photodiode directly on the measuring cuvette leads to a high detection limit. In the simplest case the 1 can one also proceed like this: The elution from the column 1 of the module A is equal to the (added in excess) substrate in the measuring buffer, in such a way that each enzyme molecule can bind a substrate molecule (substrate saturation).

In 2 ist eine gegenüber der 1 in der Funktion erweiterte und quasi halbautomatisierbare Vorrichtung dargestellt, jedoch kann auch die Säule 1 wie oben für 1 mit den zwei Methoden betrieben werden. Daher sind vor und nach der Säule 1 Mehrweg-Ventile 22, 26 vorgesehen. Teile derselben können auch mit einer Anordnung der 1 kombiniert werden.In 2 is one opposite the 1 shown in the function extended and semi-semi-automatic device, but can also be the column 1 as above for 1 be operated with the two methods. Therefore, before and after the pillar 1 Multipath valves 22 . 26 intended. Parts of these can also be ordered with an arrangement of 1 be combined.

In 2 ist ebenfalls eine Affinitäts-Chromatographiesäule 1, welche von einer temperierbaren Einheit 6 (z. B. Peltierelement) umgeben vorzugsweise auf 4°C eingestellt ist. Im Inneren der Säule ist fest gepacktes Material, an welche eine Substanz gebunden ist, die eine höhere Affinität zu den Inhibitoren aufweist als ein hier interessierender Enzyminhibitorkomplex der Messprobe, z. B. ist an das Sepharosegel als Packungsmaterial Papain als Substanz gebunden, und die Messprobe enthält z. B. den Enzym-Inhibitorkomplex von Cathepsin B. Nach Einlass der Messprobe aus inem Behälter über einen Tubus 23, welcher über ein Ventil 22 (durch einen Drehpfeil gekennzeichnet) geschieht, wird aus dem Zufluss 24, wobei das Ventil 22 umgestellt wird, ein Säulenpuffer in die Säule 1 gelassen.In 2 is also an affinity chromatography column 1 that of a temperature-controlled unit 6 (For example, Peltier element) is preferably set to 4 ° C. Inside the column is tightly packed material to which is bound a substance which has a higher affinity for the inhibitors than an enzyme inhibitor complex of interest here, e.g. B. is bound to the Sepharosegel as packing material papain as a substance, and the measurement sample contains z. For example, the enzyme inhibitor complex of cathepsin B. After the sample has been sampled from a container via a tube 23 which has a valve 22 (indicated by a rotary arrow) happens is from the inflow 24 where the valve 22 is converted, a column buffer into the column 1 calmly.

Der Tubus 23 kann ein Wegwerfteil sein oder/und als Zufluss aus einem Behälter dienen, der für weitere Messungen benutzt werden kann. Der Kanal 24 kann als eine weitere austauschbare 2. Spritze als Wegwerfteil aus Kunststoff mit einer bestimmten Dosis Volumen, die im allgemeinen das Vielfache vom Volumen der Messprobe beträgt, ausgestattet sein, oder er kann einfach ein Säulenpufferreservoir sein oder zu einem solchen führen, wobei bei der entsprechenden Stellung des Ventils 22 in den Eingang der Säule 1 der Durchfluss für den Säulenpuffer freigegeben wird.The tube 23 may be a disposable part and / or may serve as an inflow from a container that may be used for further measurements. The channel 24 may be provided as another replaceable second syringe as a plastic disposable part having a certain dose volume, which is generally several times the volume of the sample being measured, or it may simply be or lead to a column buffer reservoir, at the corresponding position of the valve 22 in the entrance of the column 1 the flow for the column buffer is released.

Die Pumpe 25 ist nach dem Ventil 22 angeordnet, um bei Bedarf einen beliebigen Druck (also auch O) zum optimalen Durchlauf durch die Säule zu erzeugen. Das Ventil 22 kann auch so gestellt sein, dass die Messprobe und/oder der Säulenpuffer eine Bypass-Leitung 27 zum unteren Ausgang der Durchflusssäule 1 oder zum Ventil 26 führt. Am Ausgang der Säule 1 ist dieses weitere Ventil 26 vorgesehen (wiederum mit einem Drehpfeil angedeutet), und zwar auch für folgenden Zweck: Wenn die Messprobe durch die Säule 1 läuft, wird ein erster Teil des Volumens verworfen und im Ausgang 28 entsorgt. Sodann wird das Drehventil umgestellt auf Durchflussrichtung 30 zur Messbox B hin, denn dieses weitere Volumen ist dann besser geeignet für eine genaue Messung. Der Rest der Elutionsflüssigkeit wird dann wieder zum Ausgang 28 hin abgeleitet.The pump 25 is after the valve 22 arranged to generate any pressure (also O) if necessary for optimal passage through the column. The valve 22 can also be set so that the sample and / or the column buffer a bypass line 27 to the bottom outlet of the flow column 1 or to the valve 26 leads. At the exit of the column 1 this is another valve 26 provided (again indicated by a rotary arrow), and also for the following purpose: When the test sample through the column 1 runs, a first part of the volume is discarded and in the exit 28 disposed of. Then the rotary valve is switched to the flow direction 30 to the measuring box B, because this additional volume is then better suited for an accurate measurement. The remainder of the elution liquid then becomes the exit again 28 derived.

Für die Ermittlung des Verwertungsvolumens wird die Verdünnung der Probe nach dem Durchlauf durch die Säule 1 ermittelt. Eventuell muss man eine einfache Vorrichtung vorsehen zur Bestimmung des Volumens, das verworfen und über den Kanal 28 abgeleitet wird, daraus lässt sich dann das Volumen der eluierten Messprobe mit dem freien Enzym bestimmen als Differenz zu dem über 24 aufgetragenen Elutionspuffer.For the determination of the recovery volume, the dilution of the sample after passing through the column 1 determined. You may need to provide a simple device for determining the volume that is discarded and over the channel 28 From this, the volume of the eluted measurement sample with the free enzyme can then be determined as the difference to 24 applied elution buffer.

Nach Durchfluss durch den Kanal 30 in einen (z. B. kubusförmigen oder quaderförmigen) Behälter 10 läuft die Messprobe, deren Enzym von Inhibitoren befreit ist, in diesen Behälter 10, welcher zuvor mit Messpuffer und Ingredientien gemäß Enzymassay versehen wurde. Zum Start der Enzym-Reaktion wird die optimale Dosis von Substrat zugegeben aus Vorratsbehälter 18.After flow through the channel 30 in a (eg cube-shaped or cuboid) container 10 runs the test sample whose enzyme is exempt from inhibitors in this container 10 , which was previously provided with measuring buffer and ingredients according to the enzyme assay. To start the enzyme reaction, the optimal dose of substrate is added from reservoir 18 ,

Der Behälter 10 kann ebenfalls für einfachste Bedürfnisse als Wegwerfartikel ausgestaltet sein, indem der Kubus 10 z. B. aus Kunststoff besteht.The container 10 can also be designed for basic needs as a disposable item by the cube 10 z. B. consists of plastic.

Er kann eine Fluoreszenzküvette sein, wobei im Modul B eine Laserdiode 33 vorgesehen ist, die eine Wellenlänge λ = 390 nm aufweist.It can be a fluorescence cuvette, wherein in module B a laser diode 33 is provided, which has a wavelength λ = 390 nm.

Diese Laserstrahlung aus 33 ist etwa senkrecht zur Fallrichtung, d. h. etwa 90° zur Einflussrichtung vom Kanal 29 oder 30. Senkrecht dazu (vom Betrachter aus nach rechts im Winkel von 90°) ist als Reaktion des Spaltprodukts eine Fluoreszenzstrahlung 34 dargestellt, die auf einen Kantenfilter 15, parallel dazu einen Interferenzfilter 16, und weiter parallel dazu auf eine Fotodiode 17 trifft, die an ihrem Ausgang die Intensität der Fluoreszenzstrahlung zu messen gestattet (wie in 1). Die Strahlungen 34, 35 liegen also in einer Ebene, die vorzugsweise senkrecht zur Fallrichtung ist.This laser radiation off 33 is approximately perpendicular to the direction of fall, ie about 90 ° to the direction of influence of the channel 29 or 30 , Perpendicular thereto (from the viewer to the right at an angle of 90 °) is a reaction of the cleavage product fluorescence radiation 34 shown on an edge filter 15 , parallel to an interference filter 16 , and further in parallel to a photodiode 17 which measures at its output the intensity of fluorescence radiation (as in 1 ). The radiations 34 . 35 So lie in a plane that is preferably perpendicular to the direction of fall.

Unterhalb der Fluoreszenzküvette 10 ist ein Magnetrührgerät 44 um die Achse 45 rotierend angedeutet, das die Mischung möglichst homogen machen soll. Fluoreszenz beginnt sofort, nachdem die Partikel der Messprobe auf Substratteile treffen, die Intensität ist proportional der Konzentration des Spaltprodukts und dieses wiederum ist ein proportionales Maß für die Enzymaktivität.Below the fluorescence cuvette 10 is a magnetic stirrer 44 around the axis 45 indicated by rotation, which should make the mixture as homogeneous as possible. Fluorescence begins immediately after the particles of the sample hit substrate parts, the intensity is proportional to the concentration of the cleavage product and this, in turn, is a proportional measure of enzyme activity.

Die Messkurve für die emittierte Fluoreszenzintensität in 4 geht nach einer Anfangsphase in eine Gerade über, und sobald der Kurvenverlauf geradlinig ist, wird deren Anstieg festgestellt und man hat das gewünschte Ergebnis dl/dt. Die 4 ist für alle anderen Figuren repräsentativ.The measured curve for the emitted fluorescence intensity in 4 goes into a straight line after an initial phase, and as soon as the curve is rectilinear, its rise is determined and one has the desired result dl / dt. The 4 is representative of all other figures.

Im einfachsten Fall ist das Modul A eine Wegwert-Chromatographiesäule, in welche oben eine erste Einmalspritze mit der Messprobe eingeführt wird, danach eine 2. Spritze mit dem Säulenpuffer, der Ausgang 9 kann unmittelbar über das Ventil 6 mit der Messbox 10 verbunden werden, wobei diese dann auch eine (wie beschrieben) aufbereitete, billige Wegwerfpackung ist. Das Modul B, auf jeden Fall die Messbox 10, sollte temperiert werden, wozu um die Messbox 10 herum ein weiteres Peltierelement 16 in unmittelbarer Umgebung vorgesehen ist. (Das muss für humanmedizinische Anwendung zweckmäßigerweise auf 37°C eingestellt sein). Alternativ kann also ein Substratbehälter 18 vorgesehen sein, der einen direkten Kanal zur Box 10 hin aufweist. Vorzugsweise erfolgt die Zufuhr zur Box 10 jedoch aus dem Substratbehälter indirekt über den Kanal 9 bzw. 29 bzw. 30.In the simplest case, the module A is a Wegwert-chromatography column, in which above a first disposable syringe with the sample is introduced, then a second syringe with the column buffer, the output 9 can be directly over the valve 6 with the measuring box 10 This is then also a (as described) prepared, cheap disposable package. The module B, in any case the measuring box 10 , should be tempered, what about the measuring box 10 around another Peltier element 16 is provided in the immediate vicinity. (This must be suitably set to 37 ° C for human medical use). Alternatively, therefore, a substrate container 18 be provided, which has a direct channel to the box 10 towards. Preferably, the supply to the box 10 however, indirectly from the substrate container via the channel 9 respectively. 29 respectively. 30 ,

Im einfachsten Fall ist Modul B eine mit Messpuffer und weiteren Ingredientien, wie z. B. ein nicht ionisches Tensid und Dithiothreitol oder Cystein, aufbereitete billige Wegwerfpackung.in the the simplest case is module B with measuring buffer and other ingredients, such as A nonionic surfactant and dithiothreitol or cysteine, recycled cheap disposable pack.

Das Ventil ist dann unerlässlich, wenn man die Messprobe im Durchflussverfahren aus der Säule eluiert, denn dann wird man einen ersten Teil des Eluats verwerfen. Es ist aber auch dann unerlässlich, wenn man die Probe auf der Säule eine Zeit lang inkubiert; denn dazu muss man nach dem Auftragen der Probe auf die Säule danach einen gewissen Teil des Säulenpuffers in die Säule lassen und unten auslassen; dadurch sickert die Messprobe in die Säule ein und die Enzym-Inhibitorkomplexe der Messprobe finden so möglichst alle Kontakt mit der auf der Säule immobilisierten Substanz, die den Inhibitor besser bindet,The valve is essential if you elute the sample from the column in the flow process, because then you will discard a first part of the eluate. It is also essential to incubate the sample on the column for a while; because you have to do this after applying the sample to the column afterwards a certain part leave the column buffer in the column and drain below; As a result, the test sample seeps into the column and the enzyme-inhibitor complexes of the test sample find as much contact as possible with the substance immobilized on the column, which binds the inhibitor better.

Während in der Anordnung gemäß 1 die Laserstrahlung 14 und das emittierte und detektierte Fluoreszenzlicht parallel oder in der Zeichnungsebene bzw. Schnittebene von Modul A verlaufen, liegen diese Strahlungen 34, 35 in 2 in einer Ebene senkrecht zur Schnittebene von Modul A, d. h. im allgemeinen senkrecht zur Fallrichtung oder Durchflussrichtung in Teil 1.While in the arrangement according to 1 the laser radiation 14 and the emitted and detected fluorescent light run parallel or in the plane of the drawing or section of module A, these radiations lie 34 . 35 in 2 in a plane perpendicular to the cutting plane of module A, ie, generally perpendicular to the direction of fall or flow direction in part 1 ,

Dadurch ist unterhalb der Messküvette 10 bzw. des Moduls B ein Mischer zur Homogenisierung für den Inhalt der Küvette 10 räumlich geschickt und für einfache Handhabung vorteilhaft angeordnet, z. B. als magnetisches Rührwerk 44, 45.This is below the cuvette 10 or the module B, a mixer for homogenization of the contents of the cuvette 10 spatially sent and arranged for ease of use advantageous, z. B. as a magnetic agitator 44 . 45 ,

In diesen Figurenbeschreibungen sind identische Ziffern für gleich wirkende oder identische Teile verwendet. Außerdem wird Modul A als ebenes Schnittbild dargestellt, während Modul B in räumlicher Darstellung gezeigt ist.In these figure descriptions are identical numbers for identical or identical parts used. Furthermore Module A is shown as a flat sectional image, while Module B is shown in a spatial representation.

3 stellt eine weitere selbständige Variante der Erfindung dar, bei der Modul A entfällt und die Messfunktion komplett in Modul B verlagert ist. Die Messküvette ist quasi als Messtopf 100 ausgebildet, der einen (wie schon beschrieben) geschwärzten Abschluss 111 aufweist, welcher vorzugsweise Öffnungen für (insbesondere automatisierbare) Zufuhr der notwendigen Substanzen aufweist. Hierbei wird das Affinitätschromatographieadsorbens (z. B. Papain + Trägermaterial) als Gel bereits mit Messpuffer zusammen mit den übrigen Ingredientien des Enzymassays in den Messtopf gegeben, der z. B. wieder als Fluoreszenzküvette ausgestattet ist. Nach Zugabe der biologischen Messprobe wird bei der für die Inkubation optimalen Temperatur von z. B. 5°C, welche mittels Peltierelementen gehalten wird, die optimale Zeit lang inkubiert und dabei sozusagen in situ das vom Inhibitor freie Enzym in der Fluoreszenzküvette freigesetzt. Danach wir dieses Gemisch auf die für den Enzymassay notwendige Temperatur, (die für humanmedizinische Zwecke 37°C beträgt), gebracht und nach Erreichen dieser Temperatur das fluorogene Substrat zugespritzt, sodass die Fluoreszenzintensität und damit die Enzymaktivität des freien proteolytischen Enzyms gemessen werden kann (s. 4). 3 represents a further independent variant of the invention, in which module A is omitted and the measurement function is completely shifted in module B. The measuring cuvette is virtually a measuring pot 100 trained, the one (as already described) blackened conclusion 111 which preferably has openings for (in particular automatable) supply of the necessary substances. In this case, the affinity chromatography adsorbent (eg papain + carrier material) as a gel is already added to the measurement pot together with the measurement buffer together with the other ingredients of the enzyme assay. B. is again equipped as a fluorescence cuvette. After addition of the biological measurement sample is at the optimal temperature for the incubation of z. B. 5 ° C, which is held by Peltier elements, incubated for an optimal period of time, thereby releasing, so to speak in situ, the inhibitor-free enzyme in the fluorescence cuvette. Thereafter, this mixture is brought to the temperature necessary for the enzyme assay (which is 37 ° C for human medical purposes) and injected after reaching this temperature, the fluorogenic substrate, so that the fluorescence intensity and thus the enzyme activity of the free proteolytic enzyme can be measured (s , 4 ).

Das Verfahren, das gemäß 3 arbeitet, sieht also an ortsfester Stelle (im Messtopf 100 Modul B) vor, dass zuerst die Inkubation bei niedrigerer Temperatur geschieht, sodann die Temperatur hochgefahren wird (z. B. 37°C), und dann das Substrat zugegeben wird.The method according to 3 works, so looks in a fixed place (in the measuring pot 100 Module B), first incubate at lower temperature, then raise the temperature (eg, 37 ° C), and then add the substrate.

Gemäß 1/2 verbleibt die Messprobe im oberen Modul A, der bei der niedrigeren Temperatur konstant gehalten wird; und wird dann in den unteren Modul B, der die höhere Temperatur (ebenfalls konstant) hat, zur Messung (unter Hinzufügung der Ingredientien) gegeben.According to 1 / 2 the sample remains in the upper module A, which is kept constant at the lower temperature; and is then placed in the lower module B, which has the higher temperature (also constant) for measurement (with addition of the ingredients).

Eine weitere, hier nicht dargestellte Variante sieht vor, dass im Modul A (in die Säule 1) die Messprobe und anschließend der Säulenpuffer zusammen mit dem Substrat gegeben wird. Dabei würde vermutlich die Selbstverdauung des durch den Inhibitorentzug frei werdenden Enzyms wesentlich vermieden. Wie in 1 z. B. würde der Modul A bei der Temperatur von z. B. 3–10°C thermostatisiert werden.Another variant, not shown here, provides that in module A (in the column 1 ) is added to the sample and then the column buffer together with the substrate. The self-digestion of the enzyme released by the inhibitor withdrawal would probably be substantially avoided. As in 1 z. B. would the module A at the temperature of z. B. 3-10 ° C thermostated.

Bei dieser niedrigen Temperatur würde die an sich unerwünschte Reaktion zwischen Enzym und Substrat noch vernachlässigbar sein, so dass das Substrat schon in Modul A dazugegeben werden könnte. Die Messung könnte wie bei 1 oder 2 oder 3 wieder in der Messküvette (10 z. B.) des Moduls B erfolgen. Modul B hat dabei die konstante höhere Temperatur. Im Unterschied zum Verfahren gemäß 1 oder 2 ist jedoch das Substrat schon in der eluierten Flüssigkeit, die aus Modul A austritt und in Modul B geleitet wird. Dabei kann das Prozedere wie in 2 bezüglich Zuleitung in Modul B angewendet werden.At this low temperature, the intrinsically undesirable reaction between enzyme and substrate would still be negligible, so that the substrate could already be added in module A. The measurement could be like at 1 or 2 or 3 back in the cuvette ( 10 z. B.) of the module B done. Module B has the constant higher temperature. In contrast to the method according to 1 or 2 however, the substrate is already in the eluted liquid exiting Module A and passing into Module B. The procedure can be as in 2 be applied with regard to supply in module B.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 97/00969 [0001] WO 97/00969 [0001]

Claims (6)

Vorrichtung zur Bestimmung der Aktivität von Enzymen in einer flüssigen Messprobe, die wenigstens ein Enzym und wenigstens einen zu dem Enzym korrespondierenden Enzyminhibitor enthält, eine Chromatographiesäule (1), die ein Trägermaterial und eine an das Trägermaterial gebundene Substanz enthält, welche in der Lage ist, den wenigstens einen Enzyminhibitor zu binden, wobei die vorzugsweise temperierbare Chromatographiesäule (1) in einem ersten Modul A zentral räumlich über einem zweiten Modul B angeordnet ist, wobei ein Messprobenspeicher und ein Säulenpufferreservoir vorgesehen sind, wobei Modul B ein Versuchsgefäß als Messküvette (10) ausgebildet enthält, wobei eine die Messküvette umgebende Messvorrichtung mit einer Strahlungsquelle und einer Messeinheit zum Erfassen des Anstiegs der Konzentration zumindest eines Spaltprodukts eines Substrats pro Zeiteinheit vorgesehen ist, wobei das Versuchsgefäß die Messprobe und ggfs. damit gemischtem Puffer und/oder Substrat aufnimmt und temperierbar ist, einen Substratbehälter und/oder einen Messpufferbehälter für das Zudosieren von Substrat und/oder Messpuffer zu eluierter flüssiger Messprobe aus der Chromatographiesäule (1) in die Messküvette (10), wobei die Messküvette (10), vorzugsweise kubischer Form, mindestens zwei, insbesondere zueinander senkrechte, optisch offene Wandflächenseiten aufweist, auf deren Senkrechten die Strahlungsquelle (13, 33) und die Messeinheit (15, 16, 17) zur Intensitätsmessung der Strahlung (z. B. emittierte Strahlung 14, 34) angeordnet sind, wobei vorzugsweise eine Fläche des Kubus' strahlungsundurchlässig ist, wobei der Messprobenspeicher als eine erste Spritze (4) und das Säulenpufferreservoir als eine zweite wesentlich größere Spritze (7) ausgebildet ist, wobei der Substratbehälter als eine weitere Spritze ausgebildet vorgesehen ist.Device for determining the activity of enzymes in a liquid test sample containing at least one enzyme and at least one enzyme inhibitor corresponding to the enzyme, a chromatography column ( 1 ) which contains a carrier material and a substance bound to the carrier material which is capable of binding the at least one enzyme inhibitor, the preferably heatable chromatography column ( 1 ) is arranged centrally above a second module B in a first module A, wherein a sample storage device and a column buffer reservoir are provided, wherein module B is a test vessel as a measurement cuvette ( 10 ), wherein a measuring device surrounding the measuring cuvette is provided with a radiation source and a measuring unit for detecting the increase in the concentration of at least one cleavage product of a substrate per unit time, wherein the test vessel receives the measurement sample and optionally mixed therewith buffer and / or substrate and tempered is a substrate container and / or a measuring buffer container for the metered addition of substrate and / or measuring buffer to be eluted liquid measuring sample from the chromatography column ( 1 ) into the measuring cuvette ( 10 ), whereby the measuring cuvette ( 10 ), preferably cubic form, has at least two, in particular mutually perpendicular, optically open wall surface sides, on the vertical of which the radiation source ( 13 . 33 ) and the measuring unit ( 15 . 16 . 17 ) for measuring the intensity of the radiation (eg emitted radiation 14 . 34 Preferably, one surface of the cube is radiopaque, the sample storage being used as a first syringe (FIG. 4 ) and the column buffer reservoir as a second, much larger syringe ( 7 ), wherein the substrate container is designed as a further syringe. Vorrichtung zur Bestimmung der Aktivität von Enzymen in einer flüssigen Messprobe, die wenigstens ein Enzym und wenigstens einen zu dem Enzym korrespondierenden Enzyminhibitor enthält, eine Chromatographiesäule (1), die ein Trägermaterial und eine an das Trägermaterial gebundene Substanz enthält, welche in der Lage ist, den wenigstens einen Enzyminhibitor zu binden, wobei die vorzugsweise temperierbare Chromatographiesäule (1) in einem ersten Modul A zentral räumlich über einem zweiten Modul B angeordnet ist, wobei ein Messprobenspeicher und ein Säulenpufferreservoir vorgesehen sind, wobei Modul B ein Versuchsgefäß als Messküvette (10) ausgebildet enthält, wobei eine die Messküvette umgebende Messvorrichtung mit einer Strahlungsquelle und einer Messeinheit zum Erfassen des Anstiegs der Konzentration zumindest eines Spaltprodukts eines Substrats pro Zeiteinheit vorgesehen ist, wobei das Versuchsgefäß die Messprobe und ggfs. damit gemischtem Puffer und/oder Substrat aufnimmt und temperierbar ist, einen Substratbehälter und/oder einen Messpufferbehälter für das Zudosieren von Substrat und/oder Messpuffer zu eluierter flüssiger Messprobe aus der Chromatographiesäule (1) in die Messküvette (10), wobei die Messküvette (10), vorzugsweise kubischer Form, mindestens zwei, insbesondere zueinander senkrechte, optisch offene Wandflächenseiten aufweist, auf deren Senkrechten die Strahlungsquelle (13, 33) und die Messeinheit (15, 16, 17) zur Intensitätsmessung der Strahlung (z. B. emittierte Strahlung 14, 34) angeordnet sind, wobei vorzugsweise eine Fläche des Kubus' strahlungsundurchlässig ist, wobei der Messprobenspeicher und das Säulenpufferreservoir mit Zuflusskanälen (23, 24) vor der Säule (1) insbesondere über eine erste Ventilanordnung (22) vorgesehen sind, so dass deren Volumina in die Säule (1) eingebracht werden können, und wobei insbesondere über eine zweite Ventilanordnung (26) nach dem Modul A die Elutionslösung in den Modul B gelangen kann (Kanal 29, 30), wobei an der zweiten Ventilanordnung vorzugsweise zusätzliche Kanäle (27, 28, 18) vorgesehen sind.Device for determining the activity of enzymes in a liquid test sample containing at least one enzyme and at least one enzyme inhibitor corresponding to the enzyme, a chromatography column ( 1 ) which contains a carrier material and a substance bound to the carrier material which is capable of binding the at least one enzyme inhibitor, the preferably heatable chromatography column ( 1 ) is arranged centrally above a second module B in a first module A, wherein a sample storage device and a column buffer reservoir are provided, wherein module B is a test vessel as a measurement cuvette ( 10 ), wherein a measuring device surrounding the measuring cuvette is provided with a radiation source and a measuring unit for detecting the increase in the concentration of at least one cleavage product of a substrate per unit time, wherein the test vessel receives the measurement sample and optionally mixed therewith buffer and / or substrate and tempered is a substrate container and / or a measuring buffer container for the metered addition of substrate and / or measuring buffer to be eluted liquid measuring sample from the chromatography column ( 1 ) into the measuring cuvette ( 10 ), whereby the measuring cuvette ( 10 ), preferably cubic form, has at least two, in particular mutually perpendicular, optically open wall surface sides, on the vertical of which the radiation source ( 13 . 33 ) and the measuring unit ( 15 . 16 . 17 ) for measuring the intensity of the radiation (eg emitted radiation 14 . 34 Preferably, one surface of the cube is radiopaque, the sample storage and the column buffer reservoir having inflow channels (FIGS. 23 . 24 ) in front of the column ( 1 ) in particular via a first valve arrangement ( 22 ) are provided so that their volumes in the column ( 1 ) can be introduced, and wherein in particular via a second valve arrangement ( 26 ) after module A, the elution solution can enter module B (channel 29 . 30 ), wherein at the second valve arrangement preferably additional channels ( 27 . 28 . 18 ) are provided. Vorrichtung zur Bestimmung der Aktivität von Enzymen in einer flüssigen Messprobe, die wenigstens ein Enzym und wenigstens einen zu dem Enzym korrespondierenden Enzyminhibitor enthält, und wobei die Vorrichtung enthält: einen Messtopf (100) mit vorzugsweise hohlzylindrischem Innenraum, in welchem sich ein Trägermaterial befindet, das eine Substanz hält, welche in der Lage ist, den wenigstens einen Enzyminhibitor zu binden, wobei der Messtopf (100) zur Aufnahme von Messprobe und ggf. damit gemischtem Puffer und/oder Substrat vorgesehen ist, wobei der als Versuchsgefäß ausgebildete Messtopf zweistufig temperierbar ist, ferner wenigstens einen Substratbehälter und/oder wenigstens einen Messpufferbehälter für das Zudosieren von Substrat und/oder Messpuffer mit Zugängen zum Messtopf (100) oder diese Zugänge inklusive deren Behälter als Ausgänge unabhängiger Spritzen ausgestaltet sind, wobei der Messtopf (100) innerhalb einer Strahlungs-Messanordnung angeordnet ist, wobei der Messtopf (100) von vorzugsweise kubischer Form zwei optisch offene Wandflächenseiten (113, 114) aufweist, wobei senkrecht zu diesen Wandflächen eine Strahlenquelle (13, 33) und dazu eine Messeinheit (15, 16, 17) zur Messung der Lichtabsorption oder der Lumineszenz (z. B. der emittierten Strahlung 14, 34) angeordnet sind.Device for determining the activity of enzymes in a liquid test sample containing at least one enzyme and at least one enzyme inhibitor corresponding to the enzyme, and the device comprising: a measuring pot ( 100 ) with preferably hollow cylindrical interior, in which there is a carrier material which holds a substance which is capable of binding the at least one enzyme inhibitor, wherein the measuring pot ( 100 ) is provided for receiving sample and optionally mixed therewith buffer and / or substrate, wherein the designed as a test vessel measuring pot is tempered in two stages, further at least one substrate container and / or at least one measuring buffer container for the dosing of substrate and / or measuring buffer with access to Measuring pot ( 100 ) or these accesses including their containers are designed as outputs of independent syringes, wherein the measuring pot ( 100 ) is arranged within a radiation measuring arrangement, wherein the measuring pot ( 100 ) of preferably cubic form two optically open wall surface sides ( 113 . 114 ), wherein perpendicular to these wall surfaces a radiation source ( 13 . 33 ) and a measuring unit ( 15 . 16 . 17 ) for measuring the light absorption or luminescence (eg of the emitted radiation 14 . 34 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Messpufferbehälter als weitere Spritze ausgebildet ist.Apparatus according to claim 1, wherein the measuring buffer container is designed as a further syringe. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei von der ersten Ventilanordnung (22) vor der Säule (1) eine Bypassleitung (27) zur zweiten Ventilanordnung (26) führt.Apparatus according to claim 2, wherein of the first valve arrangement ( 22 ) in front of the column ( 1 ) a bypass line ( 27 ) to the second valve arrangement ( 26 ) leads. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Bodenbereich der Messküvette (10) oder des Messtopfes (100) zentral ein Magnetrührwerk vorgesehen ist und die Strahlen (14, 34) in waagerechter Ebene verlaufen.Device according to one of claims 1 to 5, wherein in the bottom region of the measuring cuvette ( 10 ) or the measuring pot ( 100 ) is provided centrally a magnetic stirrer and the beams ( 14 . 34 ) in a horizontal plane.
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