DE102011051723A1 - Marker zum optischen Nachweis von Biomolekülen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Marker (1) zum optischen Nachweis von Biomolekülen. Um ein verstärktes optisches Signal zu liefern und eine höhere Messgenauigkeit zu ermöglichen wir vorgeschlagen, dass der Marker (1) ein Polymer (2), an dem mehrere Chromophore (3) und eine reaktive Kopplungsgruppe (4) gebunden sind, umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Marker zum optischen Nachweis der Bindung eines Biomoleküls an eine Bindungsstelle.
  • Ein wichtiges Ziel der medizinischen Diagnostik ist der Nachweis von Bindungen eines Biomoleküls an eine Bindungsstelle. Eine beispielhafte Anwendung ist der „Enzyme Linked Immunosorbent Assay” (ELISA), der für zahlreiche medizinischdiagnostische Verfahren eingesetzt wird, z. B. zum Nachweis von Antigenen aus Blutproben im Nachweis verschiedener Erreger, Autoimmunkrankheiten oder der Quantifizierung von Blutbestandteilen. Hierbei wird eine Antigen-Antikörper-Bindung im Assay in ein colorimetrisches oder fluoreszentes Signal umgewandelt, um ein nachweisbares Messsignal zu erhalten.
  • Ein kommerzielles System zur Verstärkung des Fluoreszenzsignals der Antigen-Antikörper-Bindung ist der O-Link-Assay. Hierbei ist an einem Antikörper eine kurze Nukleinsäure gebunden, an die erst eine weitere Nukleinsäure hybridisiert wird. Durch eine Polymerase wird in einer „Rolling Circle Amplifikation” dieser Strang verlängert. An den verlängerten Strang können dann viele Oligonukleotide gebunden werden, die jeweils mit einem Fluorophor markiert sind. So kann ein verstärktes Fluoreszenzsignal erzeugt und gemessen werden. Hierfür ist allerdings sowohl die Fixierung der Zellen als auch verschiedene Wasch-, Polymerisations- und Hybridierungsschritte notwendig. Diese Nachweismethode ist daher sehr zeitaufwendig und kostenintensiv.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Marker zum optischen Nachweis der Bindung eines Biomoleküls an eine Bindungsstelle vorzuschlagen, der ein verstärktes optisches Signal liefert und somit einen höheren Messgenauigkeit ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Marker ein Polymer umfasst, an dem mehrere Chromophore und eine reaktive Kopplungsgruppe gebunden sind. Die reaktive Kopplungsgruppe bindet dabei spezifisch an Biomoleküle beispielsweise wie Proteine oder Nukleinsäuren, die optisch nachgewiesen werden soll. Die für den Nachweis der Bindung notwendige Verstärkung des optischen Signals erfolgt dadurch, dass nicht ein sondern mehrere Chromophore an das Polymer gebunden sind. Hierdurch wird eine stärkeres und besseres Signal geliefert als bei lediglich einem Chromophor.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
  • Als besonders geeignete Polymere haben sich Dendrimere erwiesen. Dendrimere sind Kaskadenpolymere, die ausgehend von einem Verzweigungskern repetitive Molekülketten aufweisen. Es kann eine Verzweigung zu zwei oder auch mehr Verknüpfungsstellen geben. Durch die baumartige Struktur können sehr viele Chromophore in günstiger räumlicher Anordnung an die Molekülketten des Dendrimers gebunden werden.
  • Die reaktive Kopplungsgruppe kann über einen Linker am Polymer bzw. Dendrimer gebunden sein. Hierdurch wird die Bindung der reaktiven Kopplungsgruppe an das nachzuweisenden Biomolekül sterisch erleichtert.
  • Wenn die Chromophore als Fluorophore ausgebildet sind, kann als optischer Nachweis dass Fluoreszenzsignal des Farbstoffes verwendet werden.
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
  • Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
  • 1 ein nach dem Stand der Technik bekanntes Dendrimer; und
  • 2 eine schematische Ansicht eines Markers.
  • 1 zeigt ein nach dem Stand der Technik bekanntes Dendrimer 2. Dies sind Kaskadenpolymere mit sich verzweigenden, repetitiven Molekülketten. Es kann eine Verzweigung zu zwei oder auch mehr Verknüpfungsstellen geben. Durch die baumartige Struktur können sehr viele Chromophore in günstiger räumlicher Anordnung an die Molekülketten des Dendrimers gebunden werden.
  • 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Markers 1. Ein Marker 1 im Sinne dieser Erfindung ist eine optische Sonde zum Nachweis von Biomolekülen wie etwa Proteinen oder Nukleinsäuren. Der Marker 1 weist als Basis ein zentrales Dendrimer 2 auf. Dieses ist schematisch als Kreis dargestellt. An den (nicht dargestellten) Aminogruppen des Dendrimers 2 sind zahlreiche hydrophile Fluorophore 3 gebunden. Fluorophore 3 sind Farbstoffe, die zur Fluoreszenz angeregt werden können. Der Anzahl nach sind mindestens zwei vorgesehen, bevorzugt sind zehn bis hundert Fluorophore 3 oder mehr.
  • Der Marker 1 weist außerdem eine reaktive Kopplungsgruppe 4 auf, die spezifisch an das nachzuweisende Biomolekül (nicht gezeigt) bindet. Die Kopplungsgruppe 4 kann beispielsweise einen Maleimid- oder N-Hydroxysuccinimidesterrest aufweisen, der an eine Thiol- oder Aminogruppe des Biomoleküls bindet. Die Kopplungsgruppe 4 ist über einen Linker 5 am Dendrimer 2 gebunden. Der Linker 5 fungiert als Abstandshalter zwischen dem Dendrimer 2 und der Kopplungsgruppe 4. Hierdurch wird einerseits die Bindung an ein Biomolekül sterisch erleichtert und andererseits ein eventuelles Quenching des Fluoreszenzsignals durch das Biomolekül vermieden.
  • Zum Nachweis eines Biomoleküls wird es einer Lösung bzw. Suspension ausgesetzt, die den Marker 1 enthält. Der Marker 1 bindet über seine Kopplungsgruppe 4 an die spezifische Bindungsstelle des Biomoleküls. Nicht gebundener Marker wird ausgewaschen und das Biomolekül kann über die Fluoreszenz des Markers 1 nachgewiesen werden.
  • Durch die mögliche große Anzahl an Fluorophoren 3 wird das Fluoreszenzsignal für jedes nachzuweisende Biomolekül um einen Faktor verstärkt, der ungefähr der Anzahl der Fluorophore 3 entspricht. Hierdurch ist der Nachweis auch bei kleinen Mengen von Biomolekülen bei verbesserter Messqualität möglich.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Marker
    2
    Polymer
    3
    Fluorophor
    4
    Kopplungsgruppe
    5
    Linker

Claims (4)

  1. Marker (1) zum optischen Nachweis von Biomolekülen, umfassend ein Polymer (2), an dem mehrere Chromophore (3) und eine reaktive Kopplungsgruppe (4) gebunden sind.
  2. Marker (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Dendrimer (2) ist.
  3. Marker (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Kopplungsgruppe (4) über einen Linker (5) am Polymer bzw. Dendrimer (2) gebunden ist.
  4. Marker (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromophore als Fluorophor (3) ausgebildet sind.
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