DE19511940A1 - Verfahren zur Stabilisierung von hydrolyseempfindlichen Molekülen oder Molekülteilen - Google Patents
Verfahren zur Stabilisierung von hydrolyseempfindlichen Molekülen oder MolekülteilenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung von hydroly
se-empfindlichen Molekülen oder Molekülteilen. Insbesondere betrifft die Erfin
dung ein Verfahren zur Stabilisierung von hydrolyseempfindlichen Labeln bzw.
Label-haltigen Tracern in wäßrigen Lösungen.
Immunologische Nachweisverfahren haben in der in vitro Diagnostik eine hohe
Bedeutung erlangt. Ursache dafür ist, daß sie hochspezifisch und äußerst
empfindlich sind. Zudem zeichnen sich diese Verfahren durch eine einfache
Handhabung aus. Die Nachweisverfahren beruhen auf der immunologischen
Wechselwirkung zwischen dem nachzuweisenden Analyten und seinem Bin
dungspartner bzw. seinen Bindungspartnern.
Im Falle der "Sandwich-Assays" wird der Analyt von zwei verschiedenen Anti
körpern sandwichartig gebunden. Einer der beiden Antikörper trägt eine Mar
kierung, wodurch seine Konzentration und damit die des Sandwichkomplexes
bestimmt werden kann. Im Falle kleiner Analyte scheidet das Sandwich-Verfah
ren aus, da aus sterischen Gründen nicht gleichzeitig zwei verschiedene Anti
körper am Analyten binden können. Hier finden in der Regel die kompetitiven
Assays Anwendung. Dabei konkurrieren der Analyt und ein synthetisches Deri
vat des Analyten um die Bindungsstellen des Antikörpers. Markiert wird in der
Regel entweder das Analytderivat (klassisch kompetitives Verfahren) oder der
Antikörper.
Gebräuchliche Markierungen sind z. B. radioaktive Isotope oder lumineszieren
de (fluoreszierende, phosphoreszierende, chemilumineszierende, biolumines
zierende usw.) oder zur Absorption befähigte Substanzen. Das markierte Rea
gens (Antikörper, Analytderivat) wird im folgenden als Tracer bezeichnet.
Die Aufbewahrung des Tracers erfolgt häufig in einer für den Anwender ge
brauchsfertigen wäßrigen Lösung. Da es sich in vielen Fällen bei den Labeln
um nicht hydrolyseresistente Substanzen handelt, bedeutet die Aufbewahrung
in wäßriger Lösung in der Regel eine ungewollte Begrenzung der Haltbarkeit.
Diese äußert sich vor allem in einer mit zunehmender Lagerzeit abnehmenden
Signalhöhe bei der Messung. Als Konsequenz wird häufig die Haltbarkeits
dauer des gesamten Kits verringert.
Der vorliegenden Erfindung lag somit das technische Problem zugrunde, ein
Verfahren bereitzustellen, das die Hydrolyseempfindlichkeit von Molekülen,
Molekülteilen und insbesondere als Label in immunologischen Nachweisver
fahren verwendeten Substanzen herabsetzt.
Die Lösung dieses technischen Problems erfolgt durch die Bereitstellung der in
den Patentansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen. Es wurde über
raschenderweise festgestellt, daß der Zusatz von gegen die zu stabilisierenden
Moleküle, Molekülteile oder Label gerichteten Antikörpern die Hydrolyseemp
findlichkeit der genannten Substanzen beträchtlich herabsetzt. Die Schutzwir
kung vor der Hydrolyse beruht vermutlich darauf, daß der Angriff hydrophiler
Teilchen (H₂O, OH-, H₃O⁺) aus sterischen Gründen und/oder durch Schaffung
einer hydrophoben Umgebung erschwert wird. Eine derartige Schutzwirkung
vor Hydrolyse erstreckt sich also grundsätzlich auf sämtliche hydrolyseemp
findlichen Moleküle, Molekülteile oder Label, vorausgesetzt, daß gegen diese
Substanzen Antikörper erzeugt werden können, um das erfindungsgemäße
Verfahren ausführen zu können.
Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Stabilisierung von hydrolyseemp
findlichen Molekülen oder Molekülteilen in wäßriger Lösung, das dadurch ge
kennzeichnet ist, daß der wäßrigen Molekül- oder Molekülteillösung gegen die
Moleküle oder Molekülteile gerichtete Antikörper zugesetzt werden. Unter dem
Begriff "Stabilisierung" ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
eine Verhinderung oder Verlangsamung der Hydrolyse eines Moleküls, Mole
külteils oder Labels zu verstehen. Unter dem Begriff "Molekül" ist ein durch
chemische Bindungen zusammengehaltenes Teilchen zu verstehen, das zwei
oder mehrere gleichartige oder ungleichartige Atome umfaßt. Im Zusammen
hang mit der vorliegenden Erfindung fallen auch Ionen oder Radikale der Mole
küle unter diese Bezeichnung. Unter dem Begriff "Molekülteil" sind Teile dieses
Moleküls zu verstehen, die durch Abspaltung von dem gesamten Molekül ent
stehen können. Der Begriff "hydrolyseempfindlich" bezeichnet im Zusammen
hang mit der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit einer Verbindung, hier eines
Moleküls, Molekülteils, eines Labels oder Tracers, eine chemische Reaktion
unter Beteiligung von H₂O und/oder H₃O⁺ und/oder OH⁻ einzugehen, die zu
einem unerwünschten, d. h. einem nicht mehr signalfähigen oder eingeschränkt
signalfähigen Produkt führt.
Unter dem Begriff "Antikörper" sind monoklonale oder polyklonale Antikörper zu
verstehen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung fallen auch chi
märe Antikörper, bispezifische Antikörper, Antikörperfragmente (z. B. (Fab′)₂,
Fab, Fv) (semi)synthetische und chemisch modifizierte Antikörper oder Anti
körperfragmente unter diesen Begriff.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine beträchtliche Erhöhung der
Stabilität in wäßriger Lösung von hydrolyseempfindlichen Molekülen oder Mo
lekülteilen, gegen die Antikörper gerichtet werden können.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Stabilisierung von in im
munologischen Nachweisverfahren verwendeten Labeln. Unter dem Begriff
"Label" wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Markie
rung, ein Marker bzw. ein Signalgeber in Molekülform verstanden. Dieses Label
kann eine zur Lumineszenz, Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Chemilumines
zenz, Biolumineszenz oder Elektrolumineszenz befähigte Gruppe sein. Insbe
sondere ist ein Label ein Acridiniumester, ein Acridiniumacylsulfonamid, ein
Luminol oder dessen Derivate, ein Isoluminol oder dessen Derivate, ein Dioxe
tan, ein Luciferin, ein Oxalsäureester oder ein Oxalsäureamid. Das erfindungs
gemäße Verfahren ermöglicht so eine beträchtliche Erhöhung der Stabilität mit
einem Label markierter Tracer, die beispielsweise in Nachweisverfahren insbe
sondere in immunologischen Nachweisverfahren Verwendung finden können.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Kit enthaltend ein hydrolyseempfindli
ches Molekül oder einen hydrolyseempfindlichen Molekülteil und einen dage
gen gerichteten stabilisierenden Antikörper. Insbesondere betrifft die Erfindung
einen Kit, wobei der zu stabilisierende Molekülteil ein Label bzw. das zu stabi
lisierende Molekül ein Tracer ist. Der erfindungsgemäße Kit kann vorzugsweise
in einem immunologischen Nachweisverfahren verwendet werden. In einer be
sonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen Kit zum
Ausführen eines kompetitiven immunologischen Nachweisverfahrens, umfas
send ein Analytderivat und einen Antikörper, wobei entweder das Analytderivat
oder der Antikörper mit einem Label markiert ist und einen gegen das Label ge
richteten Antikörper. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungs
form betrifft die Erfindung einen Kit zur Durchführung eines Sandwichtests,
umfassend zwei gegen den Analyten gerichteten Antikörper, die unterschied
liche Epitope des Analyten binden und wobei einer der Antikörper mit einem
Label markiert ist sowie einen gegen das Label gerichteten Antikörper.
Die gegen den Analyten gerichteten Antikörper können polyklonalen, monoklo
nalen, chimären, synthetischen oder semisynthetischen Ursprungs sein.
Schließlich betrifft die Erfindung einen wie vorstehend definierten Kit, wobei der
gegen das Molekül, das Molekülteil oder das Label gerichtete Antikörper, ein
monoklonaler Antikörper, ein polyklonaler Antikörper, ein chimärer Antikörper
ein, synthetischer oder semisynthetischer, ein Antikörperfragment, ein che
misch modifizierter Antikörper oder ein chemisch modifiziertes Antikörperfrag
ment ist.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Für die Herstellung monoklonaler Antikörper wurden BALB/c-Mäuse subcutan
oder intraperitoneal mit 10 µg Acridiniumacylsulfonamid-BSA injiziert, das in
komplettem Freund′s Adjuvans emulgiert war. Es folgten 4 bis 5 zusätzliche
Immunisierungen ohne Adjuvans (im Abstand von jeweils vier Wochen). Die
letzten vier Tage vor der Fusion wurden die Mäuse intravenös nachimmunisiert
(10 µg pro Tag).
Zur Herstellung von Hybridomen wurden die immunisierten Tiere mittels cervi
kaler Luxation getötet. Die Milz wurde aseptisch entfernt und auseinanderge
zupft, um eine Einzelzellsuspension von Milzzellen in serumfreiem, nach
Dulbecco modifiziertem Eagle Medium (DMEM) zu erhalten. Die Zellen wurden
mittels Zentrifugation (5 Min.; 1800 UpM.) gesammelt und einmal in DMEM ge
waschen. Die Gesamtzellanzahl wurde durch Hämocytometer-Zählung unter
Verwendung der Trypanblau-Exklusionstechnik bestimmt. Die als Fusions
parameter verwendeten Maus-Myelomzellen (Sp2/0) wurden zweimal in serum
freiem DMEM gewaschen, mittels Zentrifugation gesammelt (10 Min., 1000
UpM.) und gezählt wie vorstehend für die Milzzellen beschrieben.
Etwa 108 Milzzellen wurden mit 2 × 10⁷ Sp2/O Maus-Myelomzellen gemischt.
Nach 10-minütiger Zentrifugation bei 1000 UpM. wurde der Überstand entfernt
und 1 ml Polyethylenglycol (PEG 4000, Firma Merck, 50%) in das Gefäß mit
dem Pellet gegeben. Das Pellet wurde dann unter leichtem Klopfen resuspen
diert und 1 Minute bei 37°C inkubiert. 10 ml serumfreies DMEM wurden trop
fenweise unter leichtem Klopfen zugegeben und das Gemisch 2 bis 4 Minuten
inkubiert. Die fusionierten Zellen wurden anschließend 10 Minuten bei 1000
UpM. zentrifugiert. Das erhaltene Zellpellet wurde in 20% fötalem Kälberserum
(FCS) und HAT (Hypoxanthin 0,1 mM; Aminopterin 0,4 µM; Thymidin 16 µM)
enthaltendem DMEM suspendiert und auf Kulturplatten (Nunc) mit 24 Vertie
fungen mit einer näherungsweisen Konzentration von 5 × 10⁴ - 10⁶ Zellen pro
Vertiefung ausplattiert. Nach 2 bis 3 Wochen wurden einzelne Zellkolonien aus
den einzelnen Vertiefungen entnommen und in Vertiefungen einer neuen Kul
turplatte kultiviert.
Die Kulturüberstände wurden auf antigenspezifische Antikörper mittels der EIA-
Technik abgesucht. Jede mit Acridinium-BSA (3 µg/ml) beschichtete Vertiefung
einer Microtiterplatte wurde mit 100 µl des Überstands gefüllt und 1 Stunde bei
Raumtemperatur inkubiert. Nach dem Waschen wurden 100 µl eines Kanin
chen-anti-Maus-Antikörper-POD-Konjugats für eine zusätzliche Stunde bei
Raumtemperatur zugegeben. Nach 30 Minuten Inkubation mit dem Substrat
wurde die Farbentwicklung bei 492 nm auf einem Behring-ELISA-Prozessor
(BEP) abgelesen. Hybridome, die Antikörper mit einer geeigneten Antigen
spezifität herstellen, wurden ausgewählt und unter Verwendung eines Einzel
zellmanipulators cloniert. Zur Herstellung großer Mengen monoklonaler Anti
körper wurden die Clone in Massenkultur vermehrt. Die anschließende Reini
gung der einzelnen monoklonalen Antikörper wurde mittels Protein A-Chro
matographie durchgeführt.
Es wurde der Tracer des lumineszenten PSA Kits (Fa. B.R.A.H.M.S
Diagnostica GmbH, Bestell. Nr. OCNR) verwendet wobei die Tracerlösung auf
einen pH von 7.4 eingestellt wurde.
Tracer-Lösung A: Zur Stabilisierung wurden der Tracer-Lösung (Schritt 2) anti-
Label-Antikörper (BW 90-91016, erhalten in Schritt 1, DSM ACC 2183) in einer
Konzentration von 1 µg/ml zugesetzt.
Tracer-Lösung B: Bei der Vergleichslösung wurde kein anti-Label-Antikörper
zugesetzt.
Nach fünfwöchiger Lagerung der Tracer-Lösung A und B bei 37°C blieb die
Anfangssignalaktivität im Falle von Tracer-Lösung A praktisch unverändert und
sank im Falle von Tracer-Lösung B um 87% (Fig. 1).
Dieser monoklonale Antikörper wurde nach dem in Schritt 1 des Beispiels 1
erläuterten Verfahren hergestellt.
0,1 mg anti-T3-MAK, ein gegen das Schilddrüsenhormon Triiodthyronin (T3)
gerichteter monoklonaler Antikörper (ImmunoGen International Ltd., Best. Nr.
13-3 D8-38, Gateshead, UK), wurde in 0,7 ml 0,1 molaren Phosphatpuffer
(pH 8,0) gelöst. Zu dieser Lösung wurde 5 µl einer Markierungslösung (1,0 mg
Acridiniumacylsulfonamid (mit N-Succinimidyl-Reaktivgruppe) pro ml Acetoni
tril) pipettiert und die Reaktionslösung 15 Minuten bei Raumtemperatur inku
biert. Anschließend wurden 0,3 ml einer wäßrigen Lysin-Lösung (10 mg/ml)
zugegeben und weitere 15 Minuten inkubiert. Der Tracer wurde gelchromato
graphisch (Sephadex G 25) gereinigt.
Der gereinigte Tracer (Schritt 2) wurde in einer Konzentration von 90 ng/ml in
einem 0,05 M Tris/HCl-Puffer (pH 7,4; 2 g Rinderserumalbumin, 8,8 g NaGl,
0,25 g ANS (8-Anilino-naphthalin-1-sulfonsäure) und 0,5 g Natriumazid pro Li
ter) gelöst.
Tracer-Lösung A: Zur Stabilisierung wurden der Tracer-Lösung (Schritt 3) anti-
Label-Antikörper (BW 90-91016, DSM ACG 2183, Schritt 1) in einer Konzentra
tion von 1 µg/ml zugesetzt.
Tracer-Lösung B: Bei der Vergleichslösung wurde kein anti-Label-Antikörper
zugesetzt.
Fig. 2 zeigt Standardkurven, die mit den beiden Tracern nach vierwöchiger
Lagerung bei 37°C erhalten wurden. Die Signalhöhe liegt im Falle der Tracer-
Lösung A deutlich über der von Tracer-Lösung B.
Dieser monoklonale Antikörper (Bezeichnung, wurde nach dem in Schritt 1 des
Beispiels 1 erläuterten Verfahren hergestellt.
40 mg Kaninchen-IgG wurden in 8 ml PBS-Puffer, pH 7,2, gelöst. Es wurden 8
ml 0,2 M LiBO₃-Lösung (Wasser mit 20% Dioxan) und 0,22 ml GMBS-Lösung
(10 mg gamma-Maleinimidobutansäure-N-succinimidylester/ml Dioxan) zuge
setzt. Nach 1 Stunde bei Raumtemperatur wurde über eine Biogel P2-Säule
entsalzt. Das resultierende Eluat ("Lösung 1") hatte ein Volumen von etwa 20 ml.
6,9 mg Triiodthyronin (T3) wurden in 0,69 ml DMSO gelöst. Es wurden 10 µl N-
Ethylmorpholin und 2,1 mg SAMSA (S-Acetylmercaptobernsteinsäureanhydrid),
gelöst in 0,1 ml DMSO, zugegeben. Nach 30 Minuten wurden 0,1 ml 1 M wäß
rige Hydroxylamin-Lösung zupipettiert. Die Lösung ("Lösung 2") wird 15 Minu
ten bei Raumtemperatur inkubiert. Lösung 1 und Lösung 2 wurden gemischt
und 3 ml DMSO zugegeben. Nach 2 Stunden wurde mittels Biogel P6 entsalzt
und das Konjugat lyophilisiert.
0,1 mg des IgG-T3-Konjugats wurden in 0,7 ml 0,1 molaren Phosphatpuffer (pH
8,0) gelöst. Zu dieser Lösung wurden 10 µl einer Markierungslösung (0,1 mg
Acridiniumacylsulfonamid (mit N-Succinimidyl-Reaktivgruppe) pro ml Acetonitril)
pipettiert und die Reaktionslösung 15 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert.
Anschließend wurden 0,3 ml einer wäßrigen Lysin-Lösung (10 mg/ml) zugege
ben und weitere 15 Minuten inkubiert. Der Tracer wurde gelchromatographisch
(Sephadex G 25) gereinigt.
Der gereinigte Tracer (Schritt 2) wurde in einer Konzentration von 30 ng/ml in
einem 0,05 M Tris/HCl Puffer (pH 7,4; 2 g Rinderserumalbumin, 8,8 g NaCl,
0,25 g ANS und 0,5 g Natriumazid pro Liter) gelöst.
Tracer-Lösung A: Zur Stabilisierung wurden der Tracer-Lösung (Schritt 3) anti-
Label-Antikörper (BW 90-91016, DSM AACC 2183, Schritt 1) in einer Konzen
tration von 1 µg/ml zugesetzt.
Tacer-Lösung B: Bei der Vergleichslösung wurde kein anti-Label-Antikörper
zugesetzt.
Fig. 3 zeigt Standardkurven, die mit den beiden Tracern nach 4-wöchiger
Lagerung bei 37°C erhalten wurden. Die Signalhöhe liegt im Falle der Tracer-
Lösung A deutlich über der von Tracer-Lösung B.
Die untersuchten anti-Label-Antikörper zeigten zum Teil ein sehr unterschiedli
ches Verhalten bezüglich ihrer Fähigkeit, Tracer zu stabilisieren (Fig. 4a) und
bezüglich der Kinetik der Lichtemission. Fig. 4b zeigt die Lichtausbeute der
verschiedenen anti-Label-Antikörper in Abhängigkeit von der Meßzeit.
Das nachfolgend aufgeführte Hybridom wurden bei der DSM in Braunschweig
hinterlegt. Die Bezeichnung des von diesem Hybridom produzierten Anti
körpers entspricht der des Hybridoms.
Die Figuren zeigen
Fig. 1 Signalstabilität des anti-PSA-Tracers nach Lagerung bei 37°C; mit und
ohne Zusatz von anti-Label-Antikörpern; RLU bedeutet relative Licht
einheiten.
Fig. 2 T3-SPALT (solid phase antigen luminescence technique; Festpha
senantigen-Lumineszenzverfahren)-Assays, Durchführung mit 4 Wo
chen bei 37°C gelagerten Tracern. Der SPALT-Assay ist ein kompeti
tiver Lumineszenzimmuntest, bei dem ein markiertes Analytderivat
(=Analyttracer) mit dem zu bestimmenden Analyten um die Bindungs
stellen eines markierten Antikörpers (Antikörpertracers) konkurriert.
Fig. 3 T3-LIAs (Lumineszenzimmuntest), Durchführung mit 4 Wochen bei
37°C gelagerten Tracern. Der LIA ist ein kompetitiver Lumineszenzim
muntest, bei dem ein markiertes Analytderivat (=Analyttracer) mit dem
zu bestimmenden Analyten um die Bindungsstellen eines (hier fest
phasengebundenen) Antikörpers konkurriert.
Fig. 4a Unterschiedliche Stabilisierungswirkung verschiedener anti-Label-
Antikörper.
Fig. 4b Lichtausbeuten eines anti-PSA-Tracers in Abhängigkeit vom zuge
setzten monoklonalen anti-Label Antikörper.
Claims (11)
1. Verfahren zur Stabilisierung von hydrolyseempfindlichen Molekülen oder
Molekülteilen in wäßriger Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß der wäß
rigen Molekül- oder Molekülteillösung gegen die Moleküle oder Molekül
teile gerichtete Antikörper zugesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydroly
seempfindliche Molekül oder der hydrolyseempfindliche Molekülteil ein in
immunologischen Nachweisverfahren verwendetes Label ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Label eine
zur Lumineszenz, Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Chemilumineszenz,
Biolumineszenz, Absorption oder Elektrolumineszenz befähigte Gruppe
ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Label ein
Acridiniumester, ein Acridiniumacylsulfonamid, ein Luminol, ein Isoluminol
oder deren Derivate, ein Dioxetan, ein Luciferin, ein Oxalsäureester oder
ein Oxalsäureamid ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der gegen das Molekül, das Molekülteil oder das Label gerichtete
Antikörper ein monoklonaler Antikörper, ein polyklonaler Antikörper, ein
chimärer Antikörper, ein (semi)synthetischer Antikörper, ein Antikörper
fragment oder ein chemisch modifizierter Antikörper oder ein chemisch
modifiziertes Antikörperfragment ist.
6. Kit enthaltend ein hydrolyseempfindliches Molekül oder einen hydrolyse
empfindlichen Molekülteil und einen dagegen gerichteten stabilisierenden
Antikörper.
7. Kit nach Anspruch 6, wobei das zu stabilisierende Molekülteil ein Label
ist.
8. Kit nach Anspruch 7, wobei der Kit zur Verwendung in einem immunologi
schen Nachweisverfahren dient.
9. Kit nach Anspruch 8, wobei das immunologische Nachweisverfahren ein
kompetitives immunologisches Nachweisverfahren ist, umfassend ein
Analytderivat und einen Antikörper, wobei entweder das Analytderivat
oder der Antikörper mit einem Label markiert ist, und einen gegen das
Label gerichteten Antikörper.
10. Kit nach Anspruch 8, wobei das immunologische Nachweisverfahren ein
Sandwichtest ist, umfassend zwei gegen den Analyten gerichtete Antikör
per, die unterschiedliche Epitope des Analyten binden und einer der Anti
körper mit einem Label markiert ist, und einen gegen das Label gerichte
ten Antikörper.
11. Kit nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der gegen das Molekül,
den Molekülteil oder das Label gerichtete Antikörper ein monoklonaler
Antikörper, ein polyklonaler Antikörper, ein chimärer Antikörper, ein
(semi)synthetischer Antikörper, ein Antikörperfragment oder ein chemisch
modifizierter Antikörper oder ein chemisch modifiziertes Antikörperfrag
ment ist.
Priority Applications (11)
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