DE10237518A1 - Removing biomolecules from liquid media, useful for purification, product recovery or preparation of vectors, comprises retention on hydrotalcite of controlled particle size - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Schichtdoppelhydroxiden in Verfahren zur An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen, insbesondere zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien sowie eine Zusammensetzung mit einem Schichtdoppelhydroxid und mindestens einem Biomolekül, die insbesondere als anorganischer Vektor oder pharmazeutische Zusammensetzung zum Einbringen von Biomolekülen in Zellen verwendet werden kann.The present invention relates to the use of layered double hydroxides in processes for Storage of biomolecules, especially for enrichment or depletion of biomolecules liquid or fluid media and a composition with a layered double hydroxide and at least one biomolecule, which in particular as an inorganic vector or pharmaceutical composition for the introduction of biomolecules can be used in cells.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung bestimmter Schichtdoppelhydroxide als Anionenaustauscher bzw. -adsorbens bekannt.From the state of the art Use of certain layered double hydroxides as anion exchangers or adsorbent known.
So beschreibt beispielsweise die
Die
Die WO 01/49869 A1 beschreibt Zusammensetzungen mit Nukleinsäuren, die in bilaminare mineralische Teilchen eingelagert sind. Bevorzugt werden Hydrotalcite zur Herstellung eines Medikaments verwendet, das zur Transfektion von Zellen mit den eingelagerten Nukleinsäuren dient.WO 01/49869 A1 describes compositions with nucleic acids, which are embedded in bilaminar mineral particles. Prefers Hydrotalcites are used to make a drug that serves to transfect cells with the embedded nucleic acids.
In ähnlicher Weise beschreibt die
Die Interkalation von Aminosäuren und
Zucker in Schichtdoppelhydroxide ist beispielsweise in Aisawa und
Narita, Zeoraito (
Mit der Verwendung von Schichtdoppelhydroxiden
bzw. Hydrotalciten und Hydrotalcit-ähnlichen Strukturen zur Absorption
bestimmter Anionen beschäftigen
sich weiterhin Ulibarri et al., Applied Clay Science 18 (2001),
Seiten 17–27,
Parker et al., Ind. Eng. Chem. Res. 34 (1995), Seiten 1196–1202, Pavan
et al., Journal of Colloid and Interface Science 229 (2000), Seiten
346–352,
sowie die
Die gemäß Stand der Technik als Anionenadsorptionsmittel verwendeten Schichtdoppelhydroxide sind jedoch insbesondere zur stabilen und reversiblen An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen, z.B. zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien, nicht ausreichend geeignet. So besteht ein ständiger Bedarf an verbesserten Materialien auf diesem Gebiet.According to the prior art as an anion adsorbent Layered double hydroxides used, however, are particularly suitable for stable and reversible attachment or storage of biomolecules, e.g. for the enrichment or depletion of biomolecules from liquid or fluid media, not suitable. So there is a constant need for improved Materials in this field.
Aufgabe der Erfindung war es daher, Schichtdoppelhydroxide bereitzustellen, die eine besonders effiziente An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen, insbesondere zur An- bzw. Abreicherung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien, ermöglichen. Dabei sollen die Nachteile des Standes der Technik vermieden und eine besonders wirkungsvolle Interaktion zwischen dem Schichtdoppelhydroxid und den Biomolekülen je nach Art der Verwendung sichergestellt werden.The object of the invention was therefore to To provide layered double hydroxides, which are particularly efficient Attachment or storage of biomolecules, especially for attachment or Depletion of biomolecules liquid or fluid media. The disadvantages of the prior art are to be avoided and a particularly effective interaction between the layered double hydroxide and the biomolecules depending on the type of use.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Ansprüchen 2 bis 24.This task is done with the procedure according to claim 1 solved. Preferred embodiments can be found in the claims 2 to 24.
Erfindungsgemäß kann dabei ein Schichtdoppelhydroxid, ausgewählt aus der Gruppe der natürlichen und der synthetischen Hydrotalcite und der Hydrotalcit-ähnlichen Verbindungen verwendet werden, wie sie beispielsweise in der Literaturstelle Catalysis today, Vol. 11 (No.2) vom 2. Dezember 1991, Seiten 173 bis 301, be schrieben sind ("hydrotacite-like compounds). Solche Verbindungen weisen eine Hydrotalcit-ähnliche Struktur auf.According to the invention, a layered double hydroxide, selected from the group of natural and synthetic hydrotalcites and hydrotalcite-like ones Compounds are used, such as in the literature Catalysis today, Vol. 11 (No.2) of December 2, 1991, pages 173 to 301, are described ("hydrotacite-like compounds). Such Compounds have a hydrotalcite-like structure.
Zur Herstellung der Hydrotalcite
kann dabei grundsätzlich
jedes dem Fachmann geläufige
Verfahren eingesetzt werden, wie es beispielsweise in der vorstehenden
Literaturstelle Catalysis today (a.a.O.) auf den Seiten 173 bis
301, insbesondere 201 bis 212, in der
Besonders bevorzugt wird dabei ein
Schichtdoppelhydroxid (LDH) der allgemeinen Summenformel
Allgemein kann jedes für Schichtdoppelhydroxide geeignete und dem Fachmann geläufige zweiwertige Metallion oder eine Kombination aus zwei oder mehr solcher Metallionen als M2+ verwendet werden. Insbesondere stellt M2+ ein oder mehrere aus der Gruppe von Mg2+, Ca2+, Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Fe2+, Sr2+, Ba2+ und/oder Cu2+ dar.In general, any divalent metal ion suitable for layered double hydroxides and known to the person skilled in the art or a combination of two or more such metal ions can be used as M 2+ . In particular, M 2+ represents one or more from the group of Mg 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Fe 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ and / or Cu 2+ .
Allgemein kann jedes für Schichtdoppelhydroxide geeignete und dem Fachmann geläufige dreiwertige Kation oder eine Kombination aus zwei oder mehr solcher Kationen als N3+ verwendet werden. Insbesondere stellt N3+ ein oder mehrere aus der Gruppe von Al3+, Mn3+, Co3+, Ni3+, Ni3+, Fe3+, Ga3+, SC3+, B3+ und/oder dreiwertige Kationen von Seltenerdenmetallen dar.In general, any trivalent cation suitable for layered double hydroxides and known to the person skilled in the art or a combination of two or more such cations can be used as N 3+ . In particular, N 3+ represents one or more from the group of Al 3+ , Mn 3+ , Co 3+ , Ni 3+ , Ni 3+ , Fe 3+ , Ga 3+ , SC 3+ , B 3+ and / or trivalent cations of rare earth metals.
Nach einer besonders vorteilhaften
erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist M2+ Magnesium und N3+ Aluminium.
Es können
erfindungsgemäß auch solche
Doppelschichthydroxide (LDHs) verwendet werden, die auch einwertige
Kationen, wie z.B. Li+, enthalten, die die
zweiwertigen Kationen teilweise oder ganz ersetzen können. Somit
sind auch Schichtdoppelhydroxide mit einwertigen Kationen von der
vorliegenden Erfindung erfasst, insbesondere diejenigen mit der
nachstehenden allgemeinen Summenformel:
Das Anion An– ist, in der nicht calcinierten Form des Schichtdoppelhydroxids, ausgewählt aus Carbonat, Nitrat, Halogenid, Sulfat, Phosphat und/oder Arsenat. Besonders bevorzugt ist das Anion An – in der nicht calcinierten Form Carbonat.The anion A n - is, in the non-calcined form of the layered double hydroxide, selected from carbonate, nitrate, halide, sulfate, phosphate and / or arsenate. The anion A n - in the non-calcined form carbonate - is particularly preferred.
Nach einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Schichtdoppelhydroxid ein Hydrotalcit dessen allgemeine Summenformel zwischen [Mg2Al(OH)6](CO3)0,5 und [Mg2,5Al(OH)7](CO3)0,5 liegt und insbesondere der Summenformel der Formel [Mg2,2Al(OH)6,46](CO3)0,5 genügt . Mit diesen Hydrotalciten wurden besonders vorteilhafte Sorptionsmittel für Biomoleküle erhalten.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the layered double hydroxide is a hydrotalcite whose general empirical formula is between [Mg 2 Al (OH) 6 ] (CO 3 ) 0.5 and [Mg 2.5 Al (OH) 7 ] (CO 3 ) 0.5 is and in particular the molecular formula of the formula [Mg 2.2 Al (OH) 6.46 ] (CO 3 ) 0.5 is sufficient. With these hydrotalcites, particularly advantageous sorbents for biomolecules were obtained.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschend gefunden, dass eine besonders vorteilhafte An- bzw. Einlagerung des Biomoleküls erfolgt, wenn das Schichtdoppelhydroxid in calcinierter Form eingesetzt wird. Dabei wird bevorzugt die Fähigkeit der Schichtdoppelhydroxide genutzt, die durch den Prozess der Calcinierung zerstörte Brucit-ähnliche Struktur (Doppelschichtstruktur) erneut auszubilden. Geschieht dies in einer Lösung, werden die darin enthaltenen Anionen eingebaut. Diese Fähigkeit wird allgemein als "memory-effect" bezeichnet. Es wurde überraschend gefunden, dass die Verwendung von calcinierten Schichtdoppelhydroxiden zu einer besonders wirkungsvollen An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen führt.Within the scope of the present invention became surprising found that a particularly advantageous storage or storage of the biomolecule takes place when the layered double hydroxide is used in calcined form becomes. Ability is preferred the layered double hydroxides used by the process of calcination destroyed Brucite-like Form structure (double layer structure) again. This happens in a solution the anions contained therein are incorporated. That ability is commonly referred to as "memory effect". It was surprising found that the use of calcined layered double hydroxides leads to a particularly effective attachment or storage of biomolecules.
Die zur Calcinierung von Schichtdoppelhdroxiden verwendeten Calcinierungsbedingungen sind dem Fachmann geläufig. Allgemein kann die Calcinierung in einem Ofen bei 350 bis 650 Grad Celsius über einen Zeitraum von 0,5 bis 15 Stunden erfolgen. Bevorzugt findet die Calcinierung bei 450 bis 600 Grad Celsius über einen Zeitraum von 0,5 bis 5 Stunden statt.The for calcination of layered double hydroxides calcination conditions used are familiar to the person skilled in the art. Generally can be calcined in an oven at 350 to 650 degrees Celsius over a period of time from 0.5 to 15 hours. Calcination is preferred at 450 to 600 degrees Celsius over one Period of 0.5 to 5 hours.
Nach einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das calcinierte Schichtdoppelhydroxid in trockener Form mit dem das bzw. die Biomolekül (e) enthaltenden flüssigen oder fluiden Medium in Kontakt gebracht, so dass vorzugsweise während der Rekonstituierung der Doppelschichtstruktur die in dem flüssigen bzw. fluiden Medium enthaltenen Biomoleküle an das Schichtdoppelhydroxid gebunden bzw. darin eingelagert und/oder davon umhüllt werden. Ohne auf diesen theoretischen Mechanismus beschränkt zu sein, wird vermutet, dass während der Rekonstituierung der Doppelschichtstruktur neben einer Interkalation in die Schichtzwischenräume auch eine Adsorption der negativ geladenen Biomoleküle an der positiv geladenen Oberfläche des regenerierten Schichtdoppelhydroxids und eine (teilweise) Umhüllung der Biomoleküle stattfindet. Die neu entstehende Doppelschichtstruktur wird dabei durch die Anwesenheit der polyanionischen Biomoleküle in der gewünschten Weise, d.h. zu Gunsten einer schonenden und wirkungsvollen An- bzw. Einlagerung, beeinflusst.According to an advantageous embodiment of the invention the calcined layered double hydroxide in dry form with the biomolecule (s) (e) containing liquid or fluid medium brought into contact, so that preferably during the Reconstitution of the double layer structure in the liquid or fluid medium contained biomolecules to the layered double hydroxide bound or stored therein and / or enveloped by it. Without being limited to this theoretical mechanism, it is believed that while the reconstitution of the double layer structure in addition to an intercalation into the interstices also an adsorption of the negatively charged biomolecules on the positively charged surface of the regenerated layered double hydroxide and a (partial) coating of the biomolecules takes place. The newly emerging double-layer structure is thereby due to the presence of the polyanionic biomolecules in the desired Way, i.e. in favor of a gentle and effective approach or Storage, influenced.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das calcinierte Schichtdoppelhydroxid jedoch auch vor der Kontaktierung mit dem das bzw. die Biomolekül e) enthaltenden flüssigen oder fluiden Medium zumindest teilweise "rekonstituiert" werden, beispielsweise durch Suspendieren des trockenen calcinierten Materials in wasserhaltigen oder wässrigen Medien. Es ist jedoch auch eine Rekonstituierung über die Luftfeuchtigkeit und Kohlendioxid in der Luft denkbar. Es wurde überaschenderweise gefunden, dass auch vor der Verwendung als Sorptionsmittel rekonstituierte Schichtdoppelhydroxide eine vorteilhaftere An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen zeigen, als nicht calcinierte Schichtdoppelhydroxide. Es wird vermutet, dass dies auf die mit der Rekonstituierung der calcinierten Schichtdoppelhydroxide verbundenen Einflüsse auf die Struktur der einzelnen Schichtdoppelhydroxidteilchen zurück zu führen ist.According to a further embodiment according to the invention However, the calcined layered double hydroxide can also be used prior to contacting with which the biomolecule (s) e) containing liquid or fluid medium are at least partially "reconstituted", for example by suspending the dry calcined material in watery or watery Media. However, it is also a reconstitution over humidity and carbon dioxide in the air. Surprisingly, it was found that also reconstituted before use as a sorbent Layered double hydroxides a more advantageous attachment or storage of biomolecules show as non-calcined layered double hydroxides. It is believed that this is due to the reconstitution of the calcined layered double hydroxides related influences is due to the structure of the individual layered double hydroxide particles.
Zusammenfassend wurde gefunden, dass es bei der Verwendung von calcinierten Doppelschichthydroxiden als Sorptionsmittel, gegebenenfalls nach zumindest teilweiser Rekonstituierung der Doppelschichtstruktur, zu einer besonders schonenden und gleichzeitig effizienten An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen an bzw. in das Schichtdoppelhydroxid kommt, wobei auch von einer zumindest teilweisen Umhüllung der Biomoleküle durch das (rekonstituierte) Doppelschichthydroxid ausgegangen wird.In summary, it was found that it when using calcined double layer hydroxides as Sorbent, if necessary after at least partial reconstitution the double-layer structure, to a particularly gentle and at the same time efficient attachment or storage of biomolecules to or in the layered double hydroxide comes, also from an at least partial wrapping of the biomolecules is assumed by the (reconstituted) double layer hydroxide.
Besonders bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Schichtdoppelhydroxid verwendet, das vor der Calcinierung in der Carbonatform vorlag, da hierdurch der "memory-effect" begünstigt wird.A layered double hydroxide is particularly preferred according to the invention used, which was in the carbonate form before the calcination, since this favors the "memory effect".
Erfindungsgemäß wurde weiterhin gefunden, dass eine besonders effiziente und zugleich schonende An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen erzielt wird, wenn das in calcinierter Form eingesetzte Schichtdoppelhydroxid eine mittlere Teilchengröße (D50) von mehr als etwa 1 μm aufweist. Es wird vermutet, dass bei Einhal tung dieser Teilchengröße die An- und Einlagerung der Biomoleküle in das sich rekonstituierende oder rekonstituierte Schichtdoppelhydroxid in dem flüssigem bzw. fluidem Medium begünstigt wird.According to the invention, it was also found that a particularly efficient and at the same time gentle storage and storage of biomolecules is achieved when the layered double hydroxide used in calcined form an average particle size (D50) of more than about 1 μm having. It is assumed that if this particle size is observed the and storage of the biomolecules into the reconstituting or reconstituted layered double hydroxide in the liquid or fluid medium favors becomes.
Es wurde gefunden, dass sich insbesondere größere bzw. langkettige Biomoleküle erfindungsgemäß besonders schonend und effizient an- bzw. einlagern ("verpacken") lassen. Es wird angenommen, dass es bei diesen größeren LDH-Teilchen zu einer An- bzw. Einlagerung nur an ein bzw., wenige Teilchen kommt und vermutlich auch eine besonders vorteilhafte An- bzw. Einlagerung und Umhüllung durch das (rekonstituierte) Schichtdoppelhydroxid ermöglicht wird.It has been found that in particular larger or long chain biomolecules according to the invention particularly have it gently and efficiently stored or stored ("pack"). It is believed that these larger LDH particles become one Accumulation or storage only on one or a few particles comes and probably also a particularly advantageous addition or storage and serving is made possible by the (reconstituted) layered double hydroxide.
Die bei der weiteren Verarbeitung des die Biomoleküle enthaltenen flüssigen bzw. fluiden Mediums, insbesondere bei der Abtrennung der Zusammensetzung mit dem Schichtdoppelhydroxid und den Biomolekülen von dem Medium unvermeidlich auftretenden Scherkräfte, können zu einer Fragmentierung von insbesondere größeren bzw. langkettigen Biomolekülen führen, oder zumindest Teilbereiche dieser Moleküle für enzymatische Spaltungen anfällig machen. Dies wird offenbar bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schichtdoppelhydroxide in calcinierter Form mit der vorstehenden Mindestteilchengröße besonders effizient vermieden.The further processing of the biomolecules contained liquid or fluid medium, especially when separating the composition with the layered double hydroxide and the biomolecules from the medium inevitable occurring shear forces, can lead to fragmentation of, in particular, larger or long-chain biomolecules, or make at least parts of these molecules susceptible to enzymatic cleavages. This becomes evident when using the layered double hydroxides according to the invention especially in calcined form with the above minimum particle size avoided efficiently.
Besonders bevorzugt werden erfindungsgemäß dabei mittlere Teilchengrößen (D50) zwischen etwa 2 μm und 50 μm, insbesondere zwischen 3 μm und 20 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 μm und 15 μm. Die Obergrenze der mittleren Teilchengröße wird dabei durch die jeweilige Verwendung bestimmt, wobei sich Teilchengrößen von mehr als etwa 50 μm bei den meisten Anwendungen als unpraktikabel erwiesen haben Bevorzugt liegt der D10-Wert der Teilchengröße zwischen etwa 1,0 und 5,0 μm, insbesondere zwischen 1,5 und 4,0 μm, und vorzugsweise der D90-Wert der Teilchengröße zwi schen etwa 10 und 45 μm, insbesondere zwischen 15 und 30 μm. Bei Einhaltung dieser Teilchengrößen ergeben sich überraschend besonders vorteilhafte Bindungseigenschaften für Biomoleküle, insbesondere größere Biomoleküle.According to the invention, particular preference is given to this average particle sizes (D50) between about 2 μm and 50 μm, in particular between 3 μm and 20 μm, particularly preferably between 5 μm and 15 μm. The upper limit of the average particle size is determined by the respective Use determined, with particle sizes of more than about 50 microns in the Most applications have proven to be impractical the D10 value of the particle size between about 1.0 and 5.0 μm, in particular between 1.5 and 4.0 μm, and preferably the D90 value the particle size between about 10 and 45 μm, in particular between 15 and 30 μm. If these particle sizes are observed themselves surprising particularly advantageous binding properties for biomolecules, especially larger biomolecules.
Nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das calcinierte Schichtdoppelhydroxid einen mittleren Porendurchmesser von mehr als etwa 10 nm auf.According to a preferred embodiment of the invention the calcined layered double hydroxide has an average pore diameter of more than about 10 nm.
Nach einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 65%, und insbesondere mehr als 75% des Porenvolumens von Poren mit einem Durchmesser von mehr als 10 nm gebildet.According to a further preferred embodiment of the invention will be more than 50%, preferably more than 65%, and in particular more than 75% of the pore volume of pores with a diameter of formed more than 10 nm.
Nach einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist das calcinierte Schichtdoppelhydroxid eine BET-Oberfläche (bestimmt nach DIN 66131) von mindestens 50 m2/g, insbesondere mindestens 100 m2/g, besonders bevorzugt von mindestens 150 m2/g, auf. Durch die hohe Oberfläche wird offenbar die Rekonstitution bzw. die vorteilhafte An- und Einlagerung der Biomoleküle begünstigt.According to a further preferred embodiment of the invention, the calcined layered double hydroxide has a BET surface area (determined in accordance with DIN 66131) of at least 50 m 2 / g, in particular at least 100 m 2 / g, particularly preferably of at least 150 m 2 / g. The high surface area obviously promotes the reconstitution or the advantageous attachment and storage of the biomolecules.
Unter Biomolekül wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Molekül verstanden, das als Bausteine Nukleotide bzw. Nukleoside (Nukleobasen), Aminosäuren, Monosaccharide und/oder Fettsäuren aufweist. Zu dieser Gruppe zählen somit die Mono-, Oligo- und Polymere aus diesen Bausteinen, insbesondere die Oligonukleotide und Nukleinsäuren, Oligopeptide und Proteine, Oligo- und Polysaccharide und/oder die Lipide sowie deren vorstehende Bausteine und jeweiligen Derivate. Unter Derivaten werden dabei alle chemischen Modifikationen der vorstehenden Moleküle verstanden, die weiterhin als Polyanionen an Schichtdoppelhydroxide gebunden werden können. In der Regel wird es sich hierbei um Modifikationen oder Derivatisierungen der funktionellen (Seiten)-Gruppen eines oder mehrerer Bausteine der Biomoleküle handeln. Jedoch sind im Rahmen der Erfindung auch Derivate erfasst, bei denen das "Rückgrat" des Biomoleküls modifiziert ist, wie beispielsweise bei den peptidischen Nukleinsäuren (PNA).Biomolecule is used in the context of the present Invention a molecule understood that as building blocks nucleotides or nucleosides (nucleobases), Amino acids, Monosaccharides and / or fatty acids having. Count in this group thus the mono-, oligo- and polymers from these building blocks, especially the Oligonucleotides and nucleic acids, Oligopeptides and proteins, oligo- and polysaccharides and / or the Lipids as well as their above building blocks and respective derivatives. All chemical modifications of the protruding molecules understood that continue as polyanions on layered double hydroxides can be bound. As a rule, these will be modifications or derivatizations the functional (side) groups of one or more building blocks of the biomolecules act. However, derivatives are also included in the scope of the invention, where the "backbone" of the biomolecule is modified, such as in the case of peptide nucleic acids (PNA).
Nach einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform handelt es sich bei den Biomolekülen um DNA- oder RNA-Moleküle in doppelsträngiger oder einsträngiger Form mit einem oder mehreren Nukleotidbausteinen; Aminosäuren bzw. Oligopeptide und Proteine sowie mono-, oligo- oder polymere Kohlehydrate und Lipide, einschließlich von Glycoproteinen und Glycolipiden, solange diese als (Poly-)Anionen an Schichtdoppelhydroxide an- bzw. eingelagert werden können.According to an advantageous embodiment of the invention the biomolecules are DNA or RNA molecules in double-stranded or more single-stranded Form with one or more nucleotide building blocks; Amino acids or Oligopeptides and proteins as well as mono-, oligo- or polymeric carbohydrates and Lipids, including of glycoproteins and glycolipids, as long as these as (poly) anions can be attached to or incorporated in layered double hydroxides.
Wie vorstehend erwähnt, lassen sich mit Hilfe der vorliegenden Erfindung Biomoleküle besonders schonend an bzw. in die Schichtdoppelhydroxide an- bzw. einlagern. Dieser erfindungsgemäße Vorteil kommt natürlich insbesondere bei größeren bzw. längerkettigen Biomolekülen, wie längerkettigen Oligonukleotiden und Nukleinsäuren oder Oligopeptiden und Proteinen oder langkettigen Sacchariden zur Geltung.As mentioned above, leave biomolecules are particularly gentle with the aid of the present invention attach to or into the layered double hydroxides. This advantage according to the invention comes naturally especially with larger or relatively long biomolecules like longer chain Oligonucleotides and nucleic acids or oligopeptides and proteins or long chain saccharides for Validity.
Ein bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft daher die Verwendung der vorstehend definierten Schichtdoppelhydroxide zur Entfernung bzw. Gewinnung von Biomolekülen aus flüssigen oder fluiden Medien, die mindestens ein größeres oder langkettiges Biomolekül wie nachstehend definiert enthalten. Vorzugsweise weist das größere bzw. langkettige Biomolekül, wenn es sich um ein Oligopeptid oder Protein handelt, mindestens 5 Aminosäuren, vorzugsweise mindestens 50 Aminosäuren und besonders bevorzugt mindestens 100 Aminosäuren auf; wenn es sich um eine Oligonukleotid oder eine Nukleinsäure handelt, mindestens 10 Nukleotidbausteine, vorzugsweise mindestens 100 Nukleotidbausteine und besonders bevor zugt mindestens 1000 Nukleotidbausteine auf; wenn es sich um ein Oligo- oder Polysaccharid handelt, mindestens 3 Monosaccharidbausteine, vorzugsweise mindestens 30 Monosaccharidbausteine und besonders bevorzugt mindestens 100 Monosaccharidbausteine auf.A preferred aspect of the present invention therefore relates to the use of the layered double hydroxides defined above for removing or obtaining biomolecules from liquid or fluid media which contain at least one larger or long-chain biomolecule as defined below. The larger or long-chain biomolecule, if it is an oligopeptide or protein, preferably has at least 5 amino acids, preferably at least 50 amino acids and particularly preferably at least 100 amino acids; if it is an oligonucleotide or a nucleic acid, at least 10 nucleotide building blocks, preferably at least 100 nucleotide building blocks and particularly preferably min at least 1000 nucleotide building blocks; if it is an oligosaccharide or polysaccharide, at least 3 monosaccharide components, preferably at least 30 monosaccharide components and particularly preferably at least 100 monosaccharide components.
Nach einem besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Aspekt enthält die vorstehende Zusammensetzung somit mindestens ein Biomolekül mit einem Molekulargewicht von mindestens 200 D, insbesondere 10 kD, besonders bevorzugt mindestens 100 kD. Der Größe des Biomoleküls sind dabei im Rahmen der Erfindung nach oben keine Grenzen gesetzt, so dass auch sehr große Biomoleküle mit mehr als 500 kD oder mehr als 1 MD besonders vorteilhaft an- bzw. eingelagert werden können.After a particularly beneficial aspect of the invention contains the above composition thus has at least one biomolecule with a Molecular weight of at least 200 D, especially 10 kD, particularly preferably at least 100 kD. The size of the biomolecule are there are no upper limits in the context of the invention, so that also very large biomolecules with more than 500 kD or more than 1 MD or can be stored.
In Bezug auf Aminosäuren ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Verwendung der calcinierten Schichtdoppelhydroxide insbesondere für flüssige oder fluide Medien geeignet, die Peptide bzw. Proteine mit mindestens 5 Aminosäuren, vorzugsweise mindestens 50 Aminosäuren und besonders bevorzugt mindestens 100 Aminosäuren aufweisen.Regarding amino acids the inventive method or the use according to the invention the calcined layered double hydroxides, in particular for liquid or fluid media suitable, the peptides or proteins with at least 5 amino acids, preferably at least 50 amino acids and particularly preferred at least 100 amino acids exhibit.
In Bezug auf Nukleinsäuren ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei flüssigen bzw. fluiden Medien, die Oligonukleotide bzw. Nukleinsäuren mit mindestens 10 Basen(paaren), vorzugsweise mit mindestens 100 Basen (paaren), insbesondere mindestens 1000 Basen (paaren) enthalten.With regard to nucleic acids the inventive method particularly advantageous for liquid or fluid media, the oligonucleotides or nucleic acids with at least 10 bases (pairs), preferably with at least 100 bases (pair), in particular contain at least 1000 bases (pair).
In Bezug auf Kohlenhydrate ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft bei flüssigen bzw. fluiden Medien, die Oligonukleotide bzw. Nukleinsäuren mit mindestens 3 Monosaccharideinheiten, vorzugsweise mit mindestens 30 Monosaccharideinheiten und insbesondere mindestens 100 Monosaccharideinheiten enthalten.In terms of carbohydrates, that is inventive method particularly advantageous for liquid or fluid media, the oligonucleotides or nucleic acids with at least 3 monosaccharide units, preferably with at least 30 monosaccharide units and in particular at least 100 monosaccharide units contain.
Unter flüssigen oder fluiden Medien werden dabei alle Medien verstanden, die ein In-Kontakt-Bringen und somit eine An- bzw. Einlagerung der Biomoleküle in das Schichtdoppelhydroxid ermöglichen. Insbesondere handelt es sich in der Praxis hierbei um wässrige bzw. wasserhaltige Medien in Form einer Lösung, Suspension, Dispersion, kolloidalen Lösung oder Emulsion.Under liquid or fluid media all media are understood, which a contacting and thus a connection or Storage of the biomolecules allow in the layered double hydroxide. In practice, these are in particular aqueous or aqueous media in the form of a solution, suspension, dispersion, colloidal solution or emulsion.
Typische Beispiele sind industrielle oder nicht-industrielle Abwässer, Prozessbrauchwässer, Fermentationsrückstände bzw. – medien, Biomoleküle enthaltende Medien aus der medizinischen oder biologischen Forschung, mit Biomolekülen kontaminierte, flüssige oder fluide Altlasten und dergleichen.Typical examples are industrial or non-industrial wastewater, Process process waters, Fermentation residues or media, biomolecules containing media from medical or biological research, with biomolecules contaminated, liquid or fluid contaminated sites and the like.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst: a) in-Kontakt-Bringen des flüssigen oder fluiden Mediums, enthaltend mindestens ein Biomolekül wie in einem der vorstehenden Ansprüche definiert, mit dem Sorptionsmittel, gegebenenfalls nach zumindest teilweiser Rekonstitution der Doppelschichtstruktur des calcinierten Schichtdoppelhydroxids; b) Ermöglichen der An- bzw. Einlagerung des mindestens einen Biomoleküls an bzw. in das Schichtdoppelhydroxid; c) Abtrennen des an- bzw. eingelagerten Biomoleküls mit dem Schichtdoppelhydroxid; d) gegebenenfalls Abtrennung bzw. Desorption des mindestens einen Biomoleküls von dem Schichtdoppelhydroxid.After another aspect concerns the invention a method comprising the following steps: a) bringing the liquid into contact or fluid medium containing at least one biomolecule as in any of the preceding claims defined, with the sorbent, optionally after at least partial reconstitution of the double layer structure of the calcined Schichtdoppelhydroxids; b) Enable the attachment or storage of the at least one biomolecule to or in the layered double hydroxide; c) separating the attached or stored biomolecule with the layered double hydroxide; d) if necessary separation or Desorption of the at least one biomolecule from the layered double hydroxide.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur An- bzw. Einlagerung von Biomolekülen an bzw. in Schichtdoppelhydroxide kann sowohl zur Anreicherung (d.h. Erhöhung der Konzentration des/der gewünschten Biomoleküle) als auch Abreicherung (d.h. Verringerung der Konzentration des/der gewünschten Biomoleküle) genutzt werden.The method according to the invention for storage or storage of biomolecules on or in layered double hydroxides can be used both for enrichment (i.e. increase the concentration of the desired biomolecules) as well as depletion (i.e. reducing the concentration of the desired biomolecules) be used.
Wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Entfernung oder Entsorgung von Biomolekülen abzielt, kann in einem weiteren Schritt das die Biomoleküle enthaltende Schichtdoppelhydroxid entsorgt werden. Die Entsorgung kann dabei beispielsweise durch thermische Behandlung zur Entfernung des die Biomoleküle enthaltenden Schichtdoppelhydroxids erfolgen, wobei nach der thermischen Desintegration der Biomoleküle das Schichtdoppelhydroxid besonders vorteilhaft entsorgt werden kann.If the method according to the invention aimed at removing or disposing of biomolecules can in one a further step is the layered double hydroxide containing the biomolecules to be disposed of. The disposal can, for example, by thermal treatment for the removal of those containing the biomolecules Layered double hydroxide take place after thermal disintegration of the biomolecules that Layered double hydroxide can be disposed of particularly advantageously.
So ist es nach einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt möglich, Biomoleküle gezielt aus Medien zu entfernen. Dies spielt beispielsweise bei der Abwasseraufbereitung eine große Rolle, da hier in den meisten Staaten strenge gesetzliche Vorschriften zur Entfernung von Biomolekülen aus Abwässern bestehen.So it is according to a first aspect of the invention possible, biomolecules deliberately remove from media. This is an example wastewater treatment plays a big role here in most states strict legal regulations for the removal of biomolecules wastewater consist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann auch die Abreicherung bzw. Entfernung von Biomolekülen aus Kulturmedien durchgeführt werden. So kann es beispielsweise in Bioreaktoren aufgrund der im Medium enthaltenen hohen Konzentration an Biomolekülen, insbesondere hochmolekularen Nukleinsäuren, zu einem unerwünschten Anstieg der Viskosität kommen. Hier kann über das erfindungsgemäße Verfahren eine effiziente und biologisch verträgliche Entfernung der störenden Biomoleküle aus dem Kulturmedium erfolgen. Durch die Zugabe des erfindungsgemäßen Sorptionsmittels zu dem Kulturmedium kann die Viskosität auch auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden.According to a further preferred embodiment The invention can also be the depletion or removal of biomolecules Culture media performed become. For example, in bioreactors due to the im Medium containing high concentration of biomolecules, in particular high molecular nucleic acids, to an undesirable Increase in viscosity come. Here can over the inventive method an efficient and biologically compatible removal of the disruptive biomolecules from the culture medium respectively. By adding the sorbent according to the invention to the Culture medium can reduce the viscosity also to a desired one Dimension set become.
Genauso ist es in vielen Fällen erwünscht, die Konzentration an Biomolekülen in einem Medium zu erhöhen bzw. diese Biomoleküle möglichst in reiner Form zu gewinnen. Beispielsweise fällt die Gewinnung bzw. Aufreinigung gewünschter Proteine, Kohlenhydrate oder Nukleinsäuren aus Lösungen zu den Standardprozeduren in der biologischen und medizinischen Forschung. Dabei kann erfindungsgemäß in einem weiteren Schritt das Biomolekül von dem Schicht doppelhydroxid wieder desorbiert bzw. gewonnen werden, wodurch das Schichtdoppelhydroxid ggf. erneut eingesetzt werden kann.Likewise, in many cases it is desirable that Concentration of biomolecules increase in a medium or these biomolecules preferably to win in pure form. For example, the extraction or purification falls desired Proteins, carbohydrates or nucleic acids from solutions to standard procedures in biological and medical research. According to the invention, in one next step is the biomolecule are desorbed or recovered from the double hydroxide layer, whereby the layered double hydroxide may be used again can.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt können die Schichtdoppelhydroxidteilchen über ein geeignetes Bindemittel zu größeren Agglomeraten, Granulaten bzw. Formkörpern verbunden oder auf einen Träger aufgebracht werden. Die Form und Größe solcher übergeordneter Strukturen, die die primären Schichtdoppelhydroxidteilchen enthalten, richtet sich nach der jeweils gewünschten Anwendung. Es können somit alle dem Fachmann geläufigen und im Einzelfall geeigneten Formen und Größen eingesetzt werden. Beispielsweise können in vielen Fällen Agglomerate mit einem Durchmesser von mehr als 10 μm, insbesondere mehr als 50 μm bevorzugt sein. Bei einer Schüttung für Chromatographiesäulen und dergleichen kann dabei eine Kugelform der Agglomerate vorteilhaft sein. Ein möglicher Träger ist beispielsweise Calciumcarbonat.According to a further aspect according to the invention, the layered double hydroxide particles can be connected to larger agglomerates, granules or shaped bodies by means of a suitable binder or to one Carrier are applied. The shape and size of such superordinate structures, which contain the primary layered double hydroxide particles, depends on the particular application desired. It is therefore possible to use all shapes and sizes familiar to the person skilled in the art and suitable in individual cases. For example, in many cases agglomerates with a diameter of more than 10 μm, in particular more than 50 μm, may be preferred. In the case of a bed for chromatography columns and the like, a spherical shape of the agglomerates can be advantageous. A possible carrier is, for example, calcium carbonate.
Auch kann jedes dem Fachmann geläufige Bindemittel verwendet werden, solange die An- bzw. Einlagerung der Biomoleküle in bzw. an die Schichtdoppelhydroxidteilchen nicht zu stark beeinträchtigt wird bzw. die für die jeweilige Anwendung zu erfordernde Stabilität der Teilchenagglomerate bzw. Formkörper gewährleistet ist. Beispielsweise, ohne hierauf beschränkt zu sein, können als Bindemittel verwendet werden: Agar-Agar, Alginate, Chitosane, Pektine, Gelatinen, Lupinenproteinisolate oder Gluten.Any binder familiar to the person skilled in the art can also be used can be used as long as the biomolecules are deposited or embedded in or to the layered double hydroxide particles is not impaired too much or those for the stability of the particle agglomerates or the required application moldings guaranteed is. For example, without being limited to this, as Binding agents are used: agar-agar, alginates, chitosans, pectins, Gelatins, lupine protein isolates or gluten.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Zusammensetzung mit einem Schichtdoppelhydroxid wie vorstehend definiert und mindestens einem Biomolekül wie vorstehend definiert.Another aspect of the present The invention relates to a composition with a layered double hydroxide as defined above and at least one biomolecule as above Are defined.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
als anorganische Vektoren zum Einbringen von Biomolekülen in Zellen
oder als pharmazeutische Zusammensetzung, insbesondere als Reservoir
zur Speicherung und kontrollierten Freisetzung von Biomolekülen, bevorzugt
von Nukleinsäuren.
So wurde überraschenderweise
gefunden, dass die schonende und wirkungsvolle An- bzw. Einlagerung
der Biomoleküle
in bzw. an die Schichtdoppelhydroxide, die durch in-Kontakt-Bringen
des die Biomoleküle
enthaltenen flüssigen
oder fluiden Mediums mit dem calcinierten bzw. (teilweise) rekonstituierten
Schichtdoppelhydroxid erhalten werden kann, auch zu einer besonders
effizienten Einschleusung dieser Biomoleküle in prokaryontische oder
eukaryontische Zellen dienen kann. Offenbar lassen sich nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren
Biomoleküle,
insbesondere Nukleinsäuren,
in besonders vorteilhafter Weise zur Einschleusung in Zellen verpacken.
Der prinzipielle Mechanismus einer solchen Einschleusung von DNA-LDH-Nanohybriden
ist beispielsweise in der Literaturstelle Choy et al., Angew. Chem. 2000,
112 (22), Seiten 4207–4211,
sowie in der
Die vorliegend angegebenen BET-Oberflächen wurden nach DIN 66131 bestimmt.The BET surfaces specified here were determined according to DIN 66131.
Die angegebenen (mittleren) Porendurchmesser, -volumina und -flächen wurden unter Verwendung eines vollautomatischen Stickstoff-Adsorptionsmessgerätes (ASAP 2000, Firma Micrometrics) nach dem Standardprogramm des Herstellers (BET, BJH, t-plot und DFT) bestimmt. Die prozentualen Angaben zum Anteil bestimmter Porengrößen beziehen sich auf das Gesamtporenvolumen an Poren zwischen 1,7 und 300 nm Durchmesser (BJH Adsorption Pore Distribution Report).The specified (average) pore diameters, -volumes and areas were measured using a fully automatic nitrogen adsorption meter (ASAP 2000, Micrometrics) according to the manufacturer's standard range (BET, BJH, t-plot and DFT). The percentages of the Proportion of certain pore sizes the total pore volume of pores between 1.7 and 300 nm in diameter (BJH Adsorption Pore Distribution Report).
Die Erfindung wird nun anhand der nachstehenden nichtbeschränkenden Beispiele näher erläutert.The invention is now based on the the following non-limiting Examples closer explained.
Es wurden die nachstehenden Hydrotalcite als Ausgangsmaterialien verwendet, wobei die Herstellung entsprechender Schichtdoppelhydroxide auch nach dem Fachmann geläufigen Verfahren (siehe oben) leicht möglich ist. Die Einstellung der Porosimetrie und der Oberflächen der Schichtdoppelhydroxide kann dabei insbesondere durch routinemäßige Versuche zur hydrothermalen Nachbehandlung und zur Calcinierung leicht erfolgen.There were the following hydrotalcites used as starting materials, the production of corresponding Layered double hydroxides also by methods familiar to the person skilled in the art (see above) easily possible is. The setting of the porosimetry and the surfaces of the Layered double hydroxides can in particular be carried out through routine tests easy for hydrothermal after-treatment and for calcination.
- 1. HT-696, erhältlich von der Firma Süd-Chemie AG unter CERA-TOFIX®NA (HT-696), ist ein nicht-calcinierter Mg/Al-Hydrotalcit in der Carbonatform.1. HT-696, available from Sud-Chemie AG CERA TOFIX ® NA (HT-696), a non-calcined Mg / Al hydrotalcite is carbonate.
- 2. HT-701, erhältlich von der Firma Süd-Chemie AG unter CERA-TOFIX®NA (HT-701), ist ein Mg/Al-Hydrotalcit in calcinierter Form.2. HT-701, available from Sud-Chemie AG CERA TOFIX ® NA (HT-701) is a Mg / Al hydrotalcite in calcined form.
- 3. HT-16, erhältlich unter dem Handelsnamen CERATOFIX®NA (HT-16) von der Firma Süd-Chemie AG, ist ein nichtcalcinierter Mg/Al-Hydrotalcit in der Nitratform.3. HT-16, available under the trade name NA CERATOFIX ® (HT-16) by Sud-Chemie AG is a nichtcalcinierter Mg / Al hydrotalcite in the nitrate form.
Die calcinierten Hydrotalcite wurden entweder direkt zu dem die Biomoleküle enthaltenden flüssigen Medium gegeben, oder zuvor in Wasser suspendiert, um die Hydroxidform zu erzeugen.The calcined hydrotalcites were either directly to the liquid medium containing the biomolecules given, or previously suspended in water to the hydroxide form produce.
Zur vergleichsweisen Aktivierung von HT-696 mit Säure wurden zu 0,1 g des Hydrotalcits in Form einer 10%igen Suspension in destilliertem Wasser 28,6 μl 99,8%ige Essigsäure gegeben, gründlich gemischt und anschließend 10 min mit 2500 UpM zentrifugiert. Der Rückstand wurde zum Entfernen der Säurereste in 5 ml Tris-Puffer (10 mM Tris/HCl, pH 8,0) suspendiert und erneut zentrifugiert.For comparative activation of HT-696 with acid became 0.1 g of the hydrotalcite in the form of a 10% suspension in distilled water 28.6 μl 99.8% acetic acid given, thoroughly mixed and then Centrifuged at 2500 rpm for 10 min. The residue was removed the acid residue suspended in 5 ml Tris buffer (10 mM Tris / HCl, pH 8.0) and again centrifuged.
Als weiterer Vergleich wurde der Hydrotalcit HT-16 von der Nitratform in die Chloridform überführt, indem 0,1 g des trockenen Materials in 5 ml Pufferlösung (10mM Tris/HCl, 1M NaCl, pH 8,0) gewaschen, abzentrifugiert und zur Entfernung von verbliebenem NaCl in 5 ml Tris-Puffer (siehe oben) gewaschen und erneut abzentrifugiert wurden (siehe Tab. I und II; HT-16, gewaschen).As a further comparison, the Hydrotalcite HT-16 converted from the nitrate form to the chloride form by 0.1 g of the dry material in 5 ml buffer solution (10mM Tris / HCl, 1M NaCl, pH 8.0), centrifuged and to remove any remaining Washed NaCl in 5 ml Tris buffer (see above) and centrifuged again were washed (see Tables I and II; HT-16).
1. Bestimmung der DNA-Bindungskapazität1. Determination the DNA binding capacity
Es werden jeweils 0,1 g der vorstehenden Hydrotalcitproben zu 5 ml DNA-Lösung Heringssperma-DNA-Natriumsalz bzw -Säure, Firma Sigma, Schnelldorf) bekannter Konzentration (2,5 mg/ml) hinzugegeben und solange gemischt, bis eine gleichmäßige Suspension entsteht. Die Probe wird anschließend 1 h bzw. 16 h mit 250 UpM bei Raumtemperatur geschüttelt. Es wird 15 min bei 2500 UpM zentrifugiert (der Rückstand wird nachstehend bei den Elutionsversuchen verwendet) und der Überstand sterilfiltriert. Enthält der verwendete Puffer kein EDTA, so werden 10 μl 0,5 M EDTA-Lösung hinzugegeben, um die Proben vor DNase-Kontamination zu schützen. Die DNA-Konzentration des Überstandes wird photometrisch anhand der UV-Absorption bei 260 nm bestimmt (Sambrook et al., "Molecular Cloning – A Laboratory Manual", Band III, Seite Cl, Cold Spring Harbour Laboratory Press, 2nd Edition (1989). Aus der Konzentrationsdifferenz wird die Bindungskapazität berechnet.0.1 g of the above hydrotalcite samples are added to 5 ml DNA solution of herring sperm-DNA sodium salt or acid, Sigma, Schnelldorf) of known concentration (2.5 mg / ml) and mixed until a uniform suspension is formed , The sample is then shaken at 250 rpm for 1 h or 16 h at room temperature. It is centrifuged at 2500 rpm for 15 min (the residue is used below in the elution experiments) and the supernatant is sterile filtered. If the buffer used does not contain EDTA, 10 μl 0.5 M EDTA solution is added to protect the samples from DNase contamination. The DNA concentration of the supernatant is determined photometrically on the basis of UV absorption at 260 nm (Sambrook et al., "Molecular Cloning - A Laboratory Manual", Volume III, page Cl, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2 nd Edition (1989) The binding capacity is calculated from the concentration difference.
Es wurden für die eingangs beschriebenen Hydrotalcitproben die statischen Bindungskapazitäten sowohl für die DNA-Säure als auch für das DNA-Salz (siehe oben) bestimmt.It was described for the above Hydrotalcite samples the static binding capacities for both the DNA acid and also for the DNA salt (see above) is determined.
Als Puffer zur Herstellung der DNA-Lösungen wurden sowohl ein Tris-Puffer (10mM Tris/HCl, pH 8) als auch ein TE-Puffer (10mM Tris/HCl, 1mM EDTA, pH 8) verwendet. Die ermittelten Kapazitäten waren für beide Puffersysteme identisch.As a buffer for the preparation of the DNA solutions both a Tris buffer (10mM Tris / HCl, pH 8) and a TE buffer (10mM Tris / HCl, 1mM EDTA, pH 8) was used. The capacities determined were for both Buffer systems identical.
Die Kapazitäten sind immer auf das Gewicht des eingesetzten Materials bezogen. Bei der Aktivierung mit Säure ist das Gewicht der unaktivierten, trockenen Form angegeben.The capacities are always based on weight of the material used. When activated with acid the weight of the inactivated, dry form is given.
Alle Versuche wurden dreimal durchgeführt, als Ergebnis ist der Mittelwert der drei Messungen in den nachstehenden Tabellen I und II angegeben.All experiments were carried out three times as The result is the average of the three measurements in the following Tables I and II given.
Tabelle I: Bindungskapazitäten verschiedener Hydrotalcite und der Vergleichssysteme für DNA-Säure Table I: Binding capacities of various hydrotalcites and the comparison systems for DNA acid
Tabelle II: Bindungskapazität verschiedener Hydrotalcite und der Vergleichssysteme für DNA-Salz Table II: Binding capacity of various hydrotalcites and the comparison systems for DNA salt
Es zeigt sich, dass bei Einsatz des erfindungsgemäß verwendeten calcinierten Hydrotalcits die Bindungskapazitäten für DNA sowohl in der Säureform als auch der Salzform erheblich höher liegen als dies bei nicht aktivierten oder säureaktivierten Hydrotalciten sowie Hydrotalcit in der Nitratform bzw. in der Chloridform der Fall ist.It turns out that when using the used according to the invention calcined hydrotalcits binding capacities for DNA both in the acid form as well as the salt form are considerably higher than not activated or acid activated Hydrotalcites and hydrotalcite in the nitrate form or in the chloride form of Case is.
Die mittlere Teilchengröße (D50) von calciniertem HT-701 lag bei 8,2 μm, die D10 bei 2,7 μm und die D90 bei etwa 20 μm. Zum Vergleich wurde die mittlere Teichengröße von HT-701 durch einen dynamischen Sichtungsprozess mit Hilfe eines Sichtrades fraktioniert. Durch Einstellung der Drehzahl und der Luftgeschwindigkeit ist es möglich, beliebige mittlere Teichchengrößen einzustellen. Die statischen Bindungskapazitäten so hergestellter Teilchengrößenfraktionen von HT-701 wurden nach dem vorstehenden Verfahren bestimmt. Es zeigte sich, dass bei einem mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 1 μm eine erheblich schlechtere Bindungskapazität für DNA-Salz bzw. -Säure erhalten wurde. Ein Optimum der Bindungskapazität zeigte sich bei mittleren Teichengrößen (D50) im Bereich zwischen 2 μm und 50 μm, insbesondere zwischen 3 μm und 20 μm. Die höchsten Bindungskapazitäten wurden bei D50-Werten zwischen 5 μm und 15 μm erzielt.The mean particle size (D50) of calcined HT-701 was 8.2 μm, the D10 2.7 μm and the D90 at around 20 μm. For comparison, the average pond size of HT-701 was fractionated by a dynamic classifying process using a classifying wheel. By adjusting the speed and the air speed, it is possible to set any medium pond sizes. The static binding capacities of particle size fractions of HT-701 thus prepared were determined by the above method. It was found that with an average particle diameter of less than 1 μm, a considerably poorer binding capacity for DNA salt or acid was obtained. The optimum binding capacity was found for medium pond sizes (D50) in the range between 2 μm and 50 μm, in particular between 3 μm and 20 μm. The highest binding capacities were achieved at D50 values between 5 μm and 15 μm.
2. Elution der gebundenen DNA:2. Elution of the bound DNA:
Vor der Elution wird der jeweilige Rückstand (siehe Punkt 1. oben) mit 5 ml Tris-Puffer (10mM Tris/HCl, pH 8) gewaschen, dann wird das angegebene Volumen des nachstehenden Elutionspuffers hinzugefügt und 16 h mit 250 UpM geschüttelt. Es wird 15 min mit 2500 UpM zentrifugiert und der Überstand sterilfiltriert. Die DNA-Konzentration der Elutionsfraktion wird photometrisch bestimmt und die Wiederfindungsrate berechnet.Before the elution, the respective Residue (see point 1. above) with 5 ml Tris buffer (10mM Tris / HCl, pH 8) washed, then the indicated volume of the elution buffer below added and shaken at 250 rpm for 16 h. It is centrifuged for 15 min at 2500 rpm and the supernatant sterile. The DNA concentration of the elution fraction becomes determined photometrically and the recovery rate calculated.
Zur Elution der DNA von dem Schichtdoppelhydroxid wurde der folgende Puffer eingesetzt: 0,5 M Na3PO4, pH 7,3 mit Na3P O4 eingestellt (Elutionspuffer). Mit diesem Puffer konnte bei einem relativen Elutionsvolumen von 500ml/g der überwiegende Teil der DNA vom erfindungsgemäß verwendeten LDH eluiert und im Überstand photometrisch nachgewiesen werden.For elution of the DNA from the layered double hydroxide the following buffer was used: 0.5 M Na3PO4, pH 7.3 with Na3P O4 set (elution buffer). With this buffer, a relative elution volume of 500ml / g the predominant Part of the DNA from the used according to the invention LDH eluted and in the supernatant be detected photometrically.
Somit ist eine reversible Bindung der DNA an den Hydrotalcit gewährleistet und eine Gewinnung des gewünschten Biomoleküls in Reinform möglich. Das abgetrennte Schichtdoppelhydroxid kann, gegebenenfalls nach erneuter Calcinierung, erneut eingesetzt werden.This is a reversible bond the DNA to the hydrotalcite and obtaining the desired one biomolecule in pure form possible. The separated double layer hydroxide can, if necessary, after Calcination again, can be used again.
3. Bindung von Proteinen am Beispiel von BSA3. Binding of Proteins using the example of BSA
Als Modellprotein wurde BSA (Fraktion V, Firma Sigma) verwendet.BSA (fraction V, Sigma) used.
Es wurden jeweils 0,1 g der eingangs angegebenen Hydrotalcitproben zu 5 ml BSA-Lösung in TE-Puffer (c = 2 mg⋅ml–1) gegeben und für 16 h mit 250 UpM geschüttelt. Nach dem Abzentrifugieren für 10 min mit 2500 UpM wurde die Proteinkonzentration im Überstand photometrisch durch Messung der Absorption bei 280 nm bestimmt. Auch dieser Versuch wurde dreimal durchgeführt.In each case 0.1 g of the hydrotalcite samples specified at the outset were added to 5 ml of BSA solution in TE buffer (c = 2 mg⋅ml −1 ) and shaken at 250 rpm for 16 h. After centrifuging for 10 min at 2500 rpm, the protein concentration in the supernatant was determined photometrically by measuring the absorption at 280 nm. This experiment was also carried out three times.
Auch hier zeigte sich, dass bei Einsatz der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten calcinierten Hydrotalcite die Bindungskapazitäten für Protein erheblich höher liegen als dies bei nicht aktivierten oder säureaktivierten Hydrotalciten sowie Hydrotalcit in der Nitratform bzw. Chloridform der Fall ist.Here too it was shown that when used the calcined used in the present invention Hydrotalcite's binding capacities for protein significantly higher are as this with non-activated or acid-activated hydrotalcites and hydrotalcite in the nitrate or chloride form is the case.
4. Transfektion von NIH-3T3-Zellen mit Hydrotalcit als anorganischem Vektor4. Transfection of NIH-3T3 cells with hydrotalcite as an inorganic vector
a) Zellkultivierung:a) Cell cultivation:
Für die Transfektionsexperimente wird die Zellinie NIH-3T3 verwendet. Hierbei handelt es sich um adhärent wachsende Mausembryo-Fibroblasten. Die Verdoppelungszeit beträgt ca. 20 h. Die Zellen werden in dem Standardmedium DMEM (mit 4,5 g⋅l–1 Glukose) mit 10% NCS kultiviert. Die Kultivierung erfolgt in einem Brutschrank bei 37°C unter humidizierter 5%iger CO2-Atmosphäre.The NIH-3T3 cell line is used for the transfection experiments. These are adherently growing mouse embryo fibroblasts. The doubling time is approximately 20 hours. The cells are cultivated in the standard medium DMEM (with 4.5 g⋅l -1 glucose) with 10% NCS. The cultivation takes place in an incubator at 37 ° C under a humidified 5% CO 2 atmosphere.
Zum Ansetzen der Stammkultur wird die aufgetaute Zellsuspension in eine Monolayerflasche (25 cm2) mit 10 ml Medium gegeben. Eine direkte Zellzahlbestimmung ist bei adhärent wachsenden Zellen nicht möglich, eine Kontrolle der Wachstumsrate erfolgt über den Bedeckungsgrad des Kulturgefäßes. Bei ca. 90%iger Konfluenz – i.d.R. nach 3–4 Tagen – wird die Kultur umgesetzt, um das Überwachsen der Zellen (Fokibildung) zu vermeiden. Dazu wird das Medium abdekantiert, Trypsin-Lösung hinzugegeben und 10 min im Brutschrank inkubiert. Die abgelöste Zellsuspension wird mit ca. 15 ml serumhaltigen Medium vermischt, um das Trypsin zu blockieren. Die abzentrifugierten Zellen werden in frischem Medium resuspendiert und in einer Verdünnung von 1:10 neu ausgesät.To prepare the stock culture, the thawed cell suspension is placed in a monolayer bottle (25 cm 2 ) with 10 ml medium. A direct cell number determination is not possible with adherently growing cells; the growth rate is controlled via the degree of coverage of the culture vessel. At approx. 90% confluency - usually after 3-4 days - the culture is implemented in order to avoid the overgrowth of the cells (focal formation). For this purpose, the medium is decanted off, trypsin solution is added and incubated in the incubator for 10 min. The detached cell suspension is mixed with approximately 15 ml of serum-containing medium in order to block the trypsin. The centrifuged cells are resuspended in fresh medium and sown again at a dilution of 1:10.
b) Transfektion:b) Transfection:
Als anorganischer Vektor für die Transfektion von NIH-3T3-Zellen wurden die eingangs angegebenen Hydrotalcitproben vor der Transfektion mit dem Plasmid pQBI25-fC1 (Firma Qbiogene, Heidelberg) "beladen". Dafür wurden 10 mg der jeweiligen Hydrotalcitprobe eingewogen und zum Sterilisieren mit Ethanol gewaschen. Anschließend wurden 2 ml steriles, destilliertes Wasser hinzugegeben, kurz gevortext und 3 min bei 5000 UpM zentrifugiert. Zu dem Rückstand wurde 1,5ml sterile Plasmid-DNA der Konzentration 1,45 ml⋅ml–1 gegeben und 16 h bei Raumtemperatur mit 250 UpM geschüttelt.As an inorganic vector for the transfection of NIH-3T3 cells, the hydrotalcite samples mentioned at the outset were "loaded" with the plasmid pQBI25-fC1 (company Qbiogene, Heidelberg) before the transfection. For this, 10 mg of the respective hydrotalcite sample were weighed out and washed with ethanol for sterilization. Then 2 ml of sterile, distilled water were added, vortexed briefly and centrifuged for 3 min at 5000 rpm. 1.5 ml of sterile plasmid DNA with a concentration of 1.45 ml-ml- 1 was added to the residue and shaken at 250 rpm for 16 h at room temperature.
Das DNA-Hydrotalcit-Hybrid wurde in 10 ml destilliertem, sterilen Wasser suspendiert. Die Transfektion mit Hydrotalcit als Vektor wurde jeweils mit zwei verschiedenen Konzentrationen von DNA-Hydrotalcit-Hybrid durchgeführt. Die NIH-3T3-Zellen wurden 24 h vor der Transfektion mit einer Dichte von 1–2⋅105 Zellen⋅cm–2 in 6-Loch-Platten ausgesät und im Brutschrank bei 37°C unter humidifizierter 5%-iger CO2-Atmosphäre inkubiert. Die angegebenen Mengen beziehen sich jeweils auf ein Loch der 6-Loch-Platte. Die Analyse erfolgte 48 h nach Beginn der Transfektion mit dem Fluoreszenzmikroskop. Transfizierte Zellen erkennt man an der GFP-Produktion, bei Anregung mit 474 nm leuchten sie bei Betrachtung im Fluroreszenzmikroskop grün.The DNA hydrotalcite hybrid was suspended in 10 ml of distilled, sterile water. The transfecti on with hydrotalcite as a vector was carried out with two different concentrations of DNA-hydrotalcite hybrid. The NIH-3T3 cells were seeded 24 h before the transfection with a density of 1–2⋅10 5 cells⋅cm –2 in 6-hole plates and in the incubator at 37 ° C with humidified 5% CO 2 - Atmosphere incubated. The stated quantities refer to one hole in the 6-hole plate. The analysis was carried out 48 hours after the start of the transfection with the fluorescence microscope. Transfected cells can be recognized by the GFP production, when excited with 474 nm they glow green when viewed under a fluorescence microscope.
Variante 1:Version 1:
Direkt vor dem Versuch wurde das Medium abgenommen und 1,5 ml neues Medium hinzugegeben. 25 bzw. 100 μl der DNA-Hydrotalcit-Suspension wurden hinzugefügt und es wurde 3 h im Brutschrank inkubiert. Anschließend wurde das Medium gewechselt und weitere 45 h inkubiert.That was right before the experiment Medium removed and 1.5 ml of new medium added. 25 or 100 μl of DNA hydrotalcite suspension was added and it was incubated for 3 h incubated. Subsequently the medium was changed and incubated for a further 45 h.
Variante 2
Direkt vor dem Versuch wurde das Medium abgenommen und 1,5 ml neues Medium hinzugegeben. 25 bzw. 100 μl der Suspension wurden hinzugegeben und es wurde 24 h inkubiert. Anschließend wurde das Medium gewechselt und weitere 24 h inkubiert.That was right before the experiment Medium removed and 1.5 ml of new medium added. 25 or 100 μl of Suspension was added and incubated for 24 hours. Then was the medium was changed and incubated for a further 24 h.
Bei Verwendung des Hybrids mit dem (rekonstituierten) calcinierten Hydrotalcit (3., vgl. oben) konnten gegenüber der Verwendung der Vergleichsmaterialien erheblich mehr erfolgreich transfizierte Zellen anhand der Fluoreszenz nachgewiesen werden, so dass sich die erfindungsgemäßen DNA-Hydrotalcit-Hybride als anorganische Vektoren eignen.When using the hybrid with the (Reconstituted) calcined hydrotalcite (3rd, see above) could be compared to the Using the comparison materials significantly more successfully transfected cells are detected using fluorescence, so that the DNA hydrotalcite hybrids according to the invention are suitable as inorganic vectors.
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