DE19800294A1 - Inductively heatable polymer encapsulated magnetic particles for coupling bio-ligands - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft induktiv aufheizbare Partikel, die dadurch gekennzeichnet sind, daß fein verteilte Magnetteilchen in einer funktionellen polymeren Matrix eingekapselt sind, die in der Lage ist, Biomoleküle, Zellen, Bakterien, Toxine, Pilze oder Viren zu binden.The invention relates to inductively heatable particles, which are characterized in that fine distributed magnetic particles are encapsulated in a functional polymeric matrix, which in the It is able to bind biomolecules, cells, bacteria, toxins, fungi or viruses.
Magnetische Kolloide, die vorwiegend aus Magnetit (Fe₃O₄), Eisenoxid (Fe₂O₃) oder Eisenoxyhydroxid (FeOOH) bestehen und eine Partikelgröße von 5-100 nm aufweisen und u. a. als Kontrastmittel in der NMR-Diagnostik, als Informationsspeichermedien, Abdicht- oder Dämpfmittel Verwendung finden, sind aus folgenden Veröffentlichungen allgemein bekannt: US- PS 5,492,814; USPS 4,827,945; DE-OS 38 08 000, US-PS 3,215,572, DE-OS 39 33 210, US-PS 3,917,538, DE-OS 39 33 210, US-PS 4,329,241, PCT/EP 0 275 285, EP 0 586 052. In der Regel werden dabei Eisen(III) und Eisen(II)-Salzlösungen mit variierenden molaren Verhältnissen (2 : 1, 0,5 : 1 bis 4 : 1) durch Zugabe von Basen oder durch Hitzezufuhr in entsprechend kolloidale Magnetdispersionen ("Magnetkolloide") überführt. Um ein besonders durch die Van der Waals Kräfte bedingtes Agglomerieren der Magnetkolloide zu verhindern, werden diesen oberflächenaktive Stoffe zugesetzt, die allgemein unter der Bezeichnung "Tenside", "Emulgatoren", "Stabilisatoren", "Komplexbildner", "surfactants" oder "dispersants" bekannt sind und im folgenden durchweg als "Stabilisatoren" bezeichnet werden, die ein Absetzen des Kolloids in wäßriger Dispersion praktisch verhindert. Solche stabilisierten kolloidalen Dispersionen sind auch unter der Bezeichnung "Ferrofluide" bekannt (vgl. Kaiser und Miskolczy, J. Appl. Phys., 413, 1064. 1970). Sie werden heute auch kommerziell angeboten (Ferrofluidics Corp., USA, Advanced Magnetics, USA, Taibo Co., Japan, Liquids Research Ltd, Wales, BASF, Deutschland, Schering AG, Deutschland). Die verwendeten Stabilisatoren sind entweder kationischer oder anionischer Natur oder nicht-ionisch. Geeignete Verbindungen hierfür sind z. B.: Alkylarylpolyäthersulfate, Laurylsulfonat, Alkylarylpolyäthersulfonate, Phosphatester, Alkoholäthersulfate, Zitrate, Ölsäure, Alkylnaphthalensulfonate, Polystyrolsulfonsäure oder Petroliumsulfonate als anionische Substanzen, Dodecyltrimethylammoniumchlorid als kationische Tenside sowie Nonylphenoxypolyglycidol, Kerosin, Alkylaryloxypolyäthoxyäthanole, Nonylphenol oder Polyäthylenglykole als nichtionische Substanzen. Eine weitere Stoffklasse, die sich als Kolloidstabilisatoren bewährt haben, sind: Polysaccharide und synthetische Polymere wie Polyvinylalkohol, Polyoxyäthylene oder Proteine (vgl. US-PS 3,917,538, PCT/WO 89/11154, US-PS 4,827,945).Magnetic colloids, consisting predominantly of magnetite (Fe₃O₄), iron oxide (Fe₂O₃) or Iron oxyhydroxide (FeOOH) exist and have a particle size of 5-100 nm and u. a. as a contrast agent in NMR diagnostics, as information storage media, sealing or Damping agents are used are generally known from the following publications: PS 5,492,814; USPS 4,827,945; DE-OS 38 08 000, US-PS 3,215,572, DE-OS 39 33 210, US-PS 3,917,538, DE-OS 39 33 210, US-PS 4,329,241, PCT / EP 0 275 285, EP 0 586 052. As a rule, iron (III) and iron (II) salt solutions with varying molar Ratios (2: 1, 0.5: 1 to 4: 1) by adding bases or by applying heat in accordingly colloidal magnetic dispersions ("magnetic colloids") transferred. To be a special one to prevent agglomeration of the magnetic colloids caused by the Van der Waals forces, are added to these surfactants, commonly called "Surfactants", "emulsifiers", "stabilizers", "complexing agents", "surfactants" or "dispersants" are known and are hereinafter referred to as "stabilizers", which practically prevents the colloid from settling in aqueous dispersion. Such stabilized colloidal dispersions are also known under the name "ferrofluids" (cf. Kaiser and Miskolczy, J. Appl. Phys., 413, 1064. 1970). They are also offered commercially today (Ferrofluidics Corp., USA, Advanced Magnetics, USA, Taibo Co., Japan, Liquids Research Ltd, Wales, BASF, Germany, Schering AG, Germany). The stabilizers used are either cationic or anionic in nature or non-ionic. Suitable connections for this are e.g. For example: alkylaryl polyether sulfates, lauryl sulfonate, alkylaryl polyether sulfonates, Phosphate esters, alcohol ether sulfates, citrates, oleic acid, alkylnaphthalene sulfonates, Polystyrene sulfonic acid or petroleum sulfonates as anionic substances, Dodecyltrimethylammonium chloride as cationic surfactants and nonylphenoxypolyglycidol, Kerosene, alkylaryloxypolyäthoxyäthanole, nonylphenol or polyethylene glycols as non-ionic Substances. Another class of substances that have proven themselves as colloid stabilizers, are: polysaccharides and synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyoxyethylene or Proteins (see U.S. Patent 3,917,538, PCT / WO 89/11154, U.S. Patent 4,827,945).
Die Teilchengrößen der mit Hilfe der vorgenannten Präparationsweisen dargestellten Magnetkolloide hängen erfahrungsgemäß von der Konzentration der Base, der Art der Base, der Temperatur sowie dem Salzverhältnis und der Ionenkonzentration ab.The particle sizes shown with the help of the aforementioned preparation methods Experience has shown that magnetic colloids depend on the concentration of the base, the type of base, the Temperature as well as the salt ratio and the ion concentration.
Ein neues Verfahren zur Herstellung stabiler kolloidaler Dispersionen aus Magnetit und γ-Fe₂O₃ ohne Anwendung irgendwelcher Stabilisatoren wurde kürzlich von Kang et. al, Chem. Mater., 8, 2209-2211, 1996, veröffentlicht. Dabei wird eine Eisen(II)/Eisen(III)-Lösung mit einem molaren Verhältnis von 0,5 bei pH 11-12 unter Sauerstoffausschluß ausgefällt, die zu <10 nm großen Magnetitteilchen führt.A new process for the preparation of stable colloidal dispersions from magnetite and γ-Fe₂O₃ without the use of any stabilizers, Kang et. al, Chem. Mater., 8, 2209-2211, 1996. This is an iron (II) / iron (III) solution with a molar Ratio of 0.5 precipitated at pH 11-12 with the exclusion of oxygen, the <10 nm large Leads magnetite particles.
Neben den oben erwähnten Einsatzgebieten werden Magnetkolloide auch im Bereich der medizinischen Diagnostik, der Analytik, der molekularbiologischen Analytik sowie in der Therapie eingesetzt. Dazu werden die Kolloide mit verschiedenen funktionellen Polymersubstraten oder Proteinen (Matrix) beschichtet, die zwei grundsätzliche Funktionen zu erfüllen haben. Zum einen sollen durch eine möglichst biokompatible Beschichtung unter weitestgehender Umgehung des reticulo-endothelialen Systems (RES) die Bluthalbwertszeiten verlängert werden, zum anderen können an die Matrix Bioliganden z. B. in Form von Antikörpern, Antigenen, Rezeptoren, Lektinen, Oligosacchariden, Aminosäuren, Proteinen oder DNA/RNA-Fragmenten chemisch gebunden werden. Diese Ligandenkopplung ermöglicht gemäß dem Affinitätsprinzip die Bindung zu den Bioliganden komplementären Analyten, wie z. B. Antigene, Antikörper, Proteine, DNA-Fragmente, Zellen, Viren oder Bakterien, deren Bestimmung in der biochemischen oder molekularbiologischen Analytik, der Diagnose und der Therapie eine wichtige Rolle spielt. Matrizes, die für solche Zwecke beschrieben wurden, sind z. B. Dextran, Dextrin, Albumin, Silicagel, Polystyrol, Gelatine, Polyglutaraldehyd, Liposome, Polyethylenimin, Polyvinylalkohol, Polyacrolein; sie sind aus den Patentschriften PCT WO 90/07380, PCT WO 89/11154 sowie den US-PS 4,628,037, 3,970,518, 4,230,685, 4,654,267, 4,452,773, 4,369,226, 4,267,234, 3,652,761, 4,675,173 allgemein bekannt. Eine Übersicht über die diversen Magnetpartikel und deren Anwendung sind in "Scientific und Clinical Applications of Magnetic Carriers", Häfeli et al. Hrsg., Plenum Press, New York, 1997, beschrieben. Allen vorgenannten Produkten ist gemeinsam, daß sie ihre Funktion aus der komplementären Wechselwirkung eines auf der Matrix gebundenen Bioliganden mit dem zu analysierenden Analyten ableiten. Ihre Einsatzgebiete beschränken sich somit auf die bekannten Felder der Auftrennung und Analyse von Biomolekülen oder der Markierung bestimmter Zellen unter Ausnutzung des klassischen Affinitätsprinzips. Allen vorgenannten Magnetpartikeln ist gemeinsam, daß sie über einen niedrigen Magnetkolloidgehalt durchweg in Form von Magnetit oder Eisenoxiden und somit über eine niedrige Sättigungsmagnetisierung verfügen, die ein effizientes Aufheizen der Partikel in einem magnetischen Wechselfeld weitestgehend ausschließen und daher nur in den üblichen Analysensektoren eingesetzt werden können.In addition to the areas of application mentioned above, magnetic colloids are also used in the area of medical diagnostics, analytics, molecular biological analytics and in Therapy used. To do this, the colloids with different functional Polymer substrates or proteins (matrix) coated, which have two basic functions have to fulfill. On the one hand, the coating should be as biocompatible as possible largely bypassing the reticulo-endothelial system (RES) the blood half-lives can be extended, on the other hand to the matrix bioligands z. B. in the form of Antibodies, antigens, receptors, lectins, oligosaccharides, amino acids, proteins or DNA / RNA fragments are chemically bound. This ligand coupling enables according the principle of affinity binding to the bioligands complementary analytes, such as. B. Antigens, antibodies, proteins, DNA fragments, cells, viruses or bacteria, their Determination in biochemical or molecular biological analysis, diagnosis and Therapy plays an important role. Matrices that have been described for such purposes are e.g. B. dextran, dextrin, albumin, silica gel, polystyrene, gelatin, polyglutaraldehyde, liposomes, Polyethyleneimine, polyvinyl alcohol, polyacrolein; they are from the PCT WO patents 90/07380, PCT WO 89/11154 and US Pat. Nos. 4,628,037, 3,970,518, 4,230,685, 4,654,267, 4,452,773, 4,369,226, 4,267,234, 3,652,761, 4,675,173 generally known. An overview of the various magnetic particles and their application are in "Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers ", Haefeli et al. ed., Plenum Press, New York, 1997. Allen The aforementioned products have in common that they function from the complementary Interaction of a bioligand bound on the matrix with the one to be analyzed Derive analytes. Your areas of application are thus limited to the known fields of Separation and analysis of biomolecules or the labeling of certain cells under Exploitation of the classic principle of affinity. All of the aforementioned magnetic particles common that they consistently have a low magnetic colloid content in the form of magnetite or iron oxides and thus have a low saturation magnetization, the one efficient heating of the particles as far as possible in an alternating magnetic field exclude and can therefore only be used in the usual analysis sectors.
In den US-PS 4,735,796 und 4,662,359 werden Magnetpartikel beschrieben, die speziell für die Tumortherapie anwendbar sind, derart, daß die vom Tumorgewebe aufgenommenen Magnetpartikel mittels eines äußeren hochfrequenten magnetischen Wechselfeldes induktiv auf Temperaturen oberhalb von 40°C aufgeheizt werden und so zum selektiven Absterben der Tumorzellen führen sollen. Der Nachteil der vorgenannten Mittel und Verfahren für die Tumortherapie ist jedoch, daß sie weder praktikable Methoden zur Beschichtung mit solchen Polymersubstraten enthalten, die eine eindeutige Beschichtung mit Bioliganden bzw. Antikörpern, so wie sie für den Einsatz in der Diagnostik der Analytik Voraussetzung sind, darlegen noch grundsätzliche Techniken zur Kopplung der erforderlichen Bioliganden aufzeigen.In US Pat. Nos. 4,735,796 and 4,662,359, magnetic particles are described that are specific to the Tumor therapy can be used in such a way that those absorbed by the tumor tissue Magnetic particles inductively by means of an external high-frequency alternating magnetic field Temperatures above 40 ° C are heated and so to selectively die Tumor cells. The disadvantage of the above means and procedures for Tumor therapy, however, is that they have neither viable methods of coating with such Contain polymer substrates that have a clear coating with bioligands or Antibodies, as they are a prerequisite for use in diagnostic analysis, still demonstrate basic techniques for coupling the required biological ligands.
Im Gegensatz zu den vorgenannten Mitteln können die erfindungsgemäßen Magnetpartikel aufgrund der kombinatorischen Anwendung des Separationsprinzips und der induktiven Aufheizung erstmals für diagnostische, analytische und therpeutische Zwecke sowie zur Dekontamination eingesetzt werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, die biochemische und vor allem molekularbiologische Analytik sowie die medizinische Diagnostik effizienter als bisher zu gestalten.In contrast to the aforementioned means, the magnetic particles according to the invention can due to the combinatorial application of the separation principle and the inductive Heating for the first time for diagnostic, analytical and therapeutic purposes as well as for Decontamination can be used. This opens up the possibility of being biochemical and pre molecular biological analysis and medical diagnostics more efficiently than before shape.
Das Wirkprinzip der erfindungsgemäßen Mittel besteht darin, auf die Oberfläche einer funktionellen Polymermatrix, in die die induktiv aufheizbaren magnetischen Kolloide bzw. fein dispersen Magnetteilchen eingekapselt sind, Biomoleküle adsorptiv oder kovalent zu binden, die in der Lage sind, Analyten wie z. B. DNA/RNA-Sequenzen, Antikörper, Antigene, Proteine, Zellen, Bakterien, Viren oder Pilzesporen gemäß dem komplementären Affinitätsprinzip zu binden. Nach der Bindung der Analyten auf der Matrix können die Magnetpartikel in einem hochfrequenten magnetischen Wechselfeld auf die für die Analytik, Diganostik und Therapie relevanten Temperaturen von vorzugsweise 40-120°C aufgeheizt werden. The principle of action of the agents according to the invention is to apply a functional polymer matrix into which the inductively heatable magnetic colloids or fine disperse magnetic particles are encapsulated to bind biomolecules adsorptively or covalently are able to analyze such as. B. DNA / RNA sequences, antibodies, antigens, proteins, Cells, bacteria, viruses or fungal spores according to the complementary principle of affinity tie. After the analytes have been bound to the matrix, the magnetic particles can be combined in one high-frequency magnetic alternating field to those for analysis, diganostics and therapy relevant temperatures of preferably 40-120 ° C are heated.
Um die vorgenannten Verbindungen und Legierungen auf die für die Bioanalytik relevanten Temperaturen aufheizen zu können, bedarf es einer speziellen Auslegung des Magnetfeldes in bezug auf die Magnetfeldstärke sowie die Frequenzen.In order to make the aforementioned compounds and alloys relevant for bioanalytics To be able to heat temperatures requires a special design of the magnetic field in in relation to the magnetic field strength and the frequencies.
Dazu werden in der Regel stromdurchflossene Spulen benutzt, die von einem Hochfrequenzgenerator gespeist werden. Solche Spulensysteme und Hochfrequenzgeneratoren sind allgemeiner Stand der Technik und werden kommerziell angeboten. Die Abmessung der Spulen richten sich nach den jeweiligen Probengrößen; sie weisen allgemein einen Durchmesser von 1-10 cm und eine Länge von 2-30 cm auf. Die erfoderliche Ausgangsleistung der HF- Generatoren liegt normalerweise zwischen 0,5 und 1,5 kW. Zum Aufheizen der Magnetproben können grundsätzlich zwei Generatoreinstellungen gewählt werden: a) hohe Frequenz im Bereich von 5-80 MHz und niedrige Magnetfeldstärke von 100-500 A/m oder b) niedrige Frequenz von 0,2-5 MHz in Verbindung mit einer hohen Magnetfeldstärke von 500-15000 A/m. Beide Feldparameterkombinationen gewährleisten eine ausreichende Energieabsorption der Magnetpartikel innerhalb eines kurzen Applikationszeitraumes (<5 Minuten).As a rule, current-carrying coils are used by one High frequency generator can be fed. Such coil systems and high frequency generators are general state of the art and are offered commercially. The dimension of the Coils depend on the respective sample sizes; they generally have a diameter of 1-10 cm and a length of 2-30 cm. The required output power of the HF Generators are usually between 0.5 and 1.5 kW. For heating up the magnetic samples basically two generator settings can be selected: a) high frequency in the range of 5-80 MHz and low magnetic field strength of 100-500 A / m or b) low frequency of 0.2-5 MHz in connection with a high magnetic field strength of 500-15000 A / m. Both Field parameter combinations ensure sufficient energy absorption by the Magnetic particles within a short application period (<5 minutes).
Da die Energieabsorption der magnetischen Kolloide und demzufolge die Aufheizung der magnetischen Polymerpartikel von verschiedenen Substanzparametern wie Kolloiddispersität, Kolloidzusammensetzung, Kolloidkonzentration sowie der Art der Wärmekapazität der Polymermatrix abhängt, müssen zur Einstellung einer konkreten Temperatur die Induktionsbedingungen an die jeweiligen Proben adaptiert werden. So absorbieren größere Magnetteilchen durchweg weniger Energie pro Masse als feinere Teilchen mit derselben Zusammensetzung. Demzufolge sind für die induktive Aufheizung grobdisperser Kolloide (<1 µm) hohe magnetische Feldamplituden von <8 kA/m notwendig, um eine signifikante Energieaufnahme bei einer Frequenz von <1000 kHz zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu reichen bei feindispersen Kolloiden mit einer Partikelgröße <200 nm bereits Feldstärken von 2-5 kA/m bei einer Frequenz von <1000 kHz für ein effizientes Aufheizung aus. Neben den auf die jeweiligen Proben anzupassenden Induktionsparametern spielt bei der Aufheizung die Zeitdauer der Induktion bei vorgegebener Magnetfeldeinstellung sowie die Spulenauslegung (Spulenradius, Länge der Spule, Spulenwindungen) im Verhältnis zum Volumen der zu behandelnden Probe eine wesentliche Rolle.Because the energy absorption of the magnetic colloids and consequently the heating of the magnetic polymer particles of various substance parameters such as colloidal dispersity, Colloid composition, colloid concentration and the type of heat capacity of the Polymer matrix depends on the setting of a specific temperature Induction conditions can be adapted to the respective samples. So absorb bigger ones Magnetic particles consistently have less energy per mass than finer particles with the same Composition. Accordingly, for the inductive heating of coarsely dispersed colloids (<1 µm) high magnetic field amplitudes of <8 kA / m are necessary to achieve a significant To ensure energy consumption at a frequency of <1000 kHz. In contrast to For finely dispersed colloids with a particle size <200 nm, field strengths of 2-5 kA / m at a frequency of <1000 kHz for efficient heating. In addition to those on the Induction parameters to be adapted to the respective samples play the duration during the heating the induction for a given magnetic field setting and the coil design (coil radius, Length of the coil, coil turns) in relation to the volume of the sample to be treated an essential role.
Als magnetische Teilchen für die erfindungsgemäßen Mittel kommen generell alle Verbindungen in Frage, die in einem magnetischen Wechselfeld induktiv aufheizbar sind, d. h. die über eine spontane Magnetisierung verfügen. Verbindungen, die solche Eigenschaften im besonderen Maße besitzen, fallen unter die Kategorie der Ferro-, Ferri- und Superparamagneten. Bezüglich der Klassifizierungen wird auf die Ausführungen von Bean und Livington, J. Appl. Phys. 30, 1205, 1959 sowie Chagnon et al., US-PS 4,628,037, verwiesen. Zu dieser Substanzklasse gehören z. B. alle Eisen(II) und Eisen(III)-Oxide der Formel FeO, Fe₂O₃ sowie Eisenmischoxide der Formel Fe₃O₄. Weitere Verbindungen, die ebenfalls ferromagnetischer Natur sind und grundsätzlich die Bedingungen der induktiven Aufheizbarkeit erfüllen, sind Nickel, Cobalt, Gadolinium sowie die Seltenerdenmetalle Dysprosium, Holmium und Terbium sowie ferromagnetische Legierungen aus nicht-ferromagnetischen Elementen. Verbindungen dieser Art, die auch unter der Bezeichnung "Heuslersche Legierungen" allgemein bekannt sind, weisen beispielsweise die Zusammensetzung Cu₂AlMn oder Cu₂SnMn auf. Auch Legierungen aus Eisen, Nickel, Kobalt, Aluminium, Kupfer, Neodym und Bor, die wegen ihrer teilweise sehr hohen Koerzitifkraft als hartmagnetische Werktstoffe zum Einsatz kommen, erfüllen grundsätzlich die oben geforderten Voraussetzungen. Um die oben bezeichneten Werkstoffe in den erfindungsgemäßen Mitteln und Verfahren einsetzen zu können, sollte diese eine Teilchengröße von 0.0052-2 µm, vorzugsweise eine solche von 0,01-1 µm aufweisen. Dadurch ist gewährleistet, daß die Magnetkolloide bei der anschließenden Einkapselung durch ein funktionelles Polymer in fein disperser Form in der Polymermatrix vorliegen.In general, all compounds come as magnetic particles for the agents according to the invention in question, which can be inductively heated in an alternating magnetic field, d. H. the one have spontaneous magnetization. Compounds that have such properties in particular own, fall under the category of ferro, ferri and superparamagnets. Regarding the Classifications are based on the statements by Bean and Livington, J. Appl. Phys. 30, 1205, 1959 and Chagnon et al., U.S. Patent 4,628,037. This class of substances include e.g. B. all iron (II) and iron (III) oxides of the formula FeO, Fe₂O₃ and mixed iron oxides of the formula Fe₃O₄. Other connections, which are also ferromagnetic in nature and basically the The conditions of inductive heatability are nickel, cobalt, gadolinium and Rare earth metals dysprosium, holmium and terbium as well as ferromagnetic alloys non-ferromagnetic elements. Connections of this type, which are also called "Heusler alloys" are generally known, for example Composition Cu₂AlMn or Cu₂SnMn. Alloys made of iron, nickel, cobalt, Aluminum, copper, neodymium and boron, which because of their sometimes very high coercive force Hard magnetic materials are used, basically meet the above requirements Requirements. To the above-mentioned materials in the agents and To be able to use methods, it should preferably have a particle size of 0.0052-2 μm have one of 0.01-1 µm. This ensures that the magnetic colloids at the subsequent encapsulation by a functional polymer in finely dispersed form in the Polymer matrix are present.
Die Herstellung entsprechend feindisperser Magnetkolloide bzw. Ferrofluide ist allgemeiner Stand der Technik und erfolgt generell entweder durch naßchemische Fällungsverfahren oder durch einen pulvermetallurgischen Prozeß, bei dem die Magnetteilchen in einer Kugelmühle über einen längeren Zeitraum gemahlen werden (vgl. US-PS 4,329,241, 4,827,945, 4,628,037, 3,917,538).The production of correspondingly finely dispersed magnetic colloids or ferrofluids is more general State of the art and generally takes place either by wet chemical precipitation processes or through a powder metallurgical process in which the magnetic particles are in a ball mill are ground over a longer period of time (see US Pat. Nos. 4,329,241, 4,827,945, 4,628,037, 3,917,538).
Es hat sich nun gezeigt, daß das induktive Aufheizen sehr viel einfacher dadurch gestaltet werden kann, daß man ferromagnetische Verbindungen wählt, die eine Curie-Temperatur (nachstehend als "Tc" bezeichnet) von <250°C, vorzugsweise eine solche von 40-120°C besitzen.It has now been shown that inductive heating is made much easier as a result can choose ferromagnetic compounds that have a Curie temperature (hereinafter referred to as "Tc") of <250 ° C, preferably 40-120 ° C.
Ferromagnetische Substanzen sind besonders dadurch charakterisiert, daß ihr Ferromagnetismus am Curie-Punkt unmittelbar in den Paramagnetismus übergeht. Diese spezielle Eigenschaft kann nun überraschenderweise zu einer raschen und genauen Temperatureinstellung der Magnetpartikel genutzt werden, indem sich paramagnetische Stoffe infolge des drastischen Abfalls der magnetischen Suszeptibilität in dem hier verwendeten hochfrequenten Wechselfeldbereich nicht mehr induktiv aufheizen lassen. Das bedeutet konkret, die Temperatur des Magnetkolloids oszilliert bei eingeschaltetem Magnetfeld nach kurzer Aufheizperiode exakt um den Curie-Punkt, der allein durch die Zusammensetzung des Kolloids festgelegt ist. Unter Anwendung dieses Curie-Punkt-Prinzips spielt daher die genaue Einstellung des äußeren Magnetfeldes sowie die Zeitdauer der Induktion innerhalb der dargelegten grundsätzlich erforderlichen Basisleistung und -frequenz weitestgehend eine untergeordnete Rolle.Ferromagnetic substances are particularly characterized in that their ferromagnetism passes directly into paramagnetism at the Curie point. This special property can now surprisingly to a quick and precise temperature setting of the Magnetic particles can be used by changing paramagnetic substances due to the drastic Decrease in magnetic susceptibility in the high frequency used here Do not let the alternating field area heat up inductively. Specifically, that means the temperature of the magnetic colloid oscillates exactly after a short heating-up period when the magnetic field is switched on around the Curie point, which is determined solely by the composition of the colloid. Under Applying this Curie point principle therefore plays the exact setting of the outside Magnetic field as well as the duration of the induction within the stated principle required basic power and frequency largely a subordinate role.
Die Festlegung der jeweiligen Temperaturen wird in erster Linie durch die Anwendung im Rahmen der Bioanalytik oder medizinischen Applikation bestimmt.The determination of the respective temperatures is primarily through the application in Determined within the framework of bioanalytics or medical application.
Als magnetische Substanzen für den Tc-Bereich <120°C kommen eine Reihe von Verbindungen in Frage. Dazu gehören gemischte Ferrite der allgemeinen Formel Me1-xZnxFe₂P₄, wobei Me Kobalt, Nickel oder Mangan sein können. Durch sukzessive Substitution des Zinks durch die vorgenannten Elemente können sämtliche Tc im Bereich von 40-250°C abgedeckt werden.A number of compounds can be used as magnetic substances for the Tc range <120 ° C. These include mixed ferrites of the general formula Me 1-x Zn x Fe₂P₄, where Me can be cobalt, nickel or manganese. By successively substituting the zinc with the aforementioned elements, all Tc in the range of 40-250 ° C can be covered.
Speziell für die auf dem Sektor der DNA-Analytik bzw. -Sequenzierung relevanten Temperaturen von <90°C, 70-75°C und 40-60°C, entsprechend der Denaturierung der DNA, der Primer-Elongationsreaktion sowie der Hybridisierung der Sequenzierprimer ("annealing") sind folgende Mischferrite geeignet: für den Bereich von <90°C Ni0,73Zn0,27Fe₂O₄ oder Co0,45Zn0,55Fe₂O4, für den Temperaturbereich 70-75°C Co0,62Zn0,38Fe₂O₄ und für den Bereich 40-60°C z. B. Ni0,75Zn0,25Fe₂O₄, Co0,39Zn0,61Fe₂O₄ oder Mn0,4Zn0,38Fe2O4. Weitere Verbindungen, die die oben geforderten Bedingungen erfüllen, sind: Li-Fe-Cr-Oxide der allgemeinen Zusammensetzung FexLiyCr₂O₄ (x = 0,1-0,9, y = 0,5), Chromspinelle wie MnCr₂O₄ (Tc: 77°C) sowie MnFe2-xCrxO und MgCrFeO₄ (Tc: 50°C). Grundsätzlich in Frage kommen auch Selten-Erd/Übergangsmetell- Legierungen aus der 2 : 17 Serie, speziell Pr₂Fe₁₇ und Er₂Fe₁₇. Eine Feinabstimmung in Richtung höherer Tc kann dabei in der Weise vorgenommen werden, daß ein Teil des Eisens durch Kobalt ersetzt werden kann. Auch die als Heuslersche Legierungen bekannten Verbindungen aus z. B. Mangan, Zinn, Arsen, Antimon, Bor, Wismut mit Zusätzen von Kupfer erfüllen die geforderten Bedingungen.Specifically for the temperatures of <90 ° C, 70-75 ° C and 40-60 ° C relevant in the field of DNA analysis and sequencing, corresponding to the denaturation of the DNA, the primer elongation reaction and the hybridization of the sequencing primer ( "annealing") the following mixed ferrites are suitable: for the range of <90 ° C Ni 0.73 Zn 0.27 Fe₂O₄ or Co 0.45 Zn 0.55 Fe₂O 4 , for the temperature range 70-75 ° C Co 0.62 Zn 0.38 Fe₂O₄ and for the range 40-60 ° C z. B. Ni 0.75 Zn 0.25 Fe₂O₄, Co 0.39 Zn 0.61 Fe₂O₄ or Mn 0.4 Zn 0.38 Fe 2 O 4 . Other compounds that meet the conditions required above are: Li-Fe-Cr oxides of the general composition Fe x Li y Cr₂O₄ (x = 0.1-0.9, y = 0.5), chromium spinels such as MnCr₂O₄ (Tc : 77 ° C) and MnFe 2-x Cr x O and MgCrFeO₄ (Tc: 50 ° C). In principle, there are also rare earth / transition metal alloys from the 2:17 series, especially Pr₂Fe₁₇ and Er₂Fe₁₇. A fine adjustment in the direction of higher Tc can be carried out in such a way that part of the iron can be replaced by cobalt. Also known as the Heusler alloys from z. B. manganese, tin, arsenic, antimony, boron, bismuth with additions of copper meet the required conditions.
Die Herstellung solcher Verbindungen oder Legierungen mit niedriger Tc erfolgt naßchemisch mit Hilfe der Koprezipitation einer entsprechenden Salzlösung, der Sprühtrocknung, der Gefriertrocknung, des Sol-Gel-Verfahrens oder der Precurser-Methode. Alternativ lassen sich diese Verbindungen auch durch einen mehrtägigen Mahlprozeß in einer Kugelmühle herstellen. Beide Herstellungsweisen wie auch die Einstellung der Teilchengrößen der vorgenannten Verbindungen sind allgemeiner Stand der Technik (vgl. R. Valenzuela, "Magnetic Ceramics", Cambridge University Press, 1994, J. Smit und H. P. J. Wijn, "Ferrits", Wiley, New York, 1959).Such compounds or alloys with low Tc are produced by wet chemistry with the help of the co-precipitation of an appropriate saline solution, spray drying, the Freeze drying, the sol-gel process or the precurser method. Alternatively, you can these connections can also be produced by a grinding process in a ball mill lasting several days. Both methods of production as well as the adjustment of the particle sizes of the aforementioned Connections are general state of the art (cf. R. Valenzuela, "Magnetic Ceramics", Cambridge University Press, 1994, J. Smit and H.P. J. Wijn, "Ferrits", Wiley, New York, 1959).
Neben den magnetischen Eigenschaften der Kolloide und dem daraus resultierenden Induktionsverhalten, spielt für die Anwendung der Magnetpartikel die Art der Polymermatrix, in die diese eingekapselt sind, eine wesentliche Rolle. Die Polymermatrix muß folgende Bedingungen erfüllen: a) chemische Funktionalität und b) Biokompatibilität. Die chemische Funktionalität ermöglicht die chemische Kopplung von Bioliganden z. B. in Form von Zellrezeptoren, Antikörpern oder Nukleinsäurefragmenten gemäß den bekannten Verfahren zur Bindung von Liganden an Trägermedien. Die Biokompatibilität erfüllt die Voraussetzung für den Einsatz der Magnetpartikel vor allem im diagnostischen und therapeutischen Bereich.In addition to the magnetic properties of the colloids and the resulting Induction behavior, the type of polymer matrix plays a role in the application of the magnetic particles which are encapsulated play an essential role. The polymer matrix must do the following Fulfill conditions: a) chemical functionality and b) biocompatibility. The chemical Functionality enables the chemical coupling of bioligands e.g. B. in the form of Cell receptors, antibodies or nucleic acid fragments according to the known methods for Binding of ligands to carrier media. Biocompatibility meets the requirements for the Use of the magnetic particles primarily in the diagnostic and therapeutic area.
Polymere, die diesen Anforderungen genügen, gehören in der Regel der Klasse der Hydrogele an, deren Biokompatibilität sich in erster Linie aus dem hohen Wassergehalt (<80%) ableitet. Basis zur Festlegung der Biokompatibilität, die im biochemischen Bereich nicht genau definiert ist, sind die cytotoxischen Eigenschaften der eingekapselten Magnetkolloide. Dazu werden die Magnetpartikel über einen Zeitraum von 24 Stunden mit HeLa- und Endothelzellsuspensionen bei 37°C inkubiert. Nach erfolgter Inkubation wird die Zellintegrität und Zellmorphologie durch Anfärben mit Ethidiumbromid/Acridinorange sowie mit Hilfe mikroskopischer Methoden ermittelt (vgl. Warring, Antibiotics III 141, Springer Verlag, 1975, Darzynkiewicz und Kapuscinski, Flow Cytometry and Sorting , Melamed et al. Hrsg., Wiley, S. 291, 1990). Als Maßgabe für die Auswahl der betreffenden Polymermatrizes wurde eine <95%ige Erhaltung der Zellintegrität und Zellmorphologie zugrunde gelegt. Polymere, die die obigen Kriterien erfüllen, sind vorzugsweise Poly- und Oligosaccharide, Polysaccharid- Abkömmlinge, wie Hyaluronate, Alginate, Dextran, Agarose, Dextrin, Stärke, Heparin, Hydroxyäthylzellulose, weiterhin synthetische Polymere wie Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Polyurethane, Polyoxyäthylene, Polylactid, Polyglycolid, Polycyanoacrylate, Polyhydroxyäthylmethacrylat sowie Copolymere dieser Substanzen. Ferner kommen Proteine wie z. B. Gelatine, Casein, Collagen, Albumin, Fibrinogen oder Polyaminsäuren in Frage.Polymers that meet these requirements usually belong to the class of hydrogels whose biocompatibility is primarily derived from the high water content (<80%). Basis for determining biocompatibility, which is not accurate in the biochemical field is defined, the cytotoxic properties of the encapsulated magnetic colloids. To the magnetic particles are exposed to HeLa and endothelial cell suspensions over a period of 24 hours incubated at 37 ° C. After incubation, the cell integrity and Cell morphology by staining with ethidium bromide / acridine orange and with the help microscopic methods determined (see Warring, Antibiotics III 141, Springer Verlag, 1975, Darzynkiewicz and Kapuscinski, Flow Cytometry and Sorting, Melamed et al. Ed., Wiley, P. 291, 1990). As a requirement for the selection of the relevant polymer matrices, a <95% maintenance of cell integrity and cell morphology used as a basis. Polymers that fulfill the above criteria, are preferably poly- and oligosaccharides, polysaccharide Derivatives, such as hyaluronates, alginates, dextran, agarose, dextrin, starch, heparin, Hydroxyethyl cellulose, further synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, Polyurethanes, polyoxyethylene, polylactide, polyglycolide, polycyanoacrylates, Polyhydroxyethyl methacrylate and copolymers of these substances. Proteins also come such as B. gelatin, casein, collagen, albumin, fibrinogen or polyamic acids in question.
Zur Einkapselung der magnetischen Kolloide mit den Polymeren sind grundsätzlich solche Verfahren anwendbar, die die Magnetkolloide vollständig einzukapseln vermögen und entsprechend isolierte nano- oder mikropartikuläre Magnetpartikel ergeben. Vorteilhafterweise kommen hierfür die allgemein bekannten Verfahren wie Suspensionsvernetzung ("suspension- crosslinking"), Emulsionspolymerisation, Suspensionspolymerisation oder Präzipitationsverfahren ("Solvent-Evaporations-Prozeß") aus organischer Phase zu Anwendung. Die Differenzierung zwischen Emulsion und Suspension bezieht sich im folgenden durchweg auf die verschiedenen Partikelgrößen: Emulsion für Partikelgrößen <1 µm und Suspension für solche <1 µm.To encapsulate the magnetic colloids with the polymers, there are basically those Methods applicable which are able to completely encapsulate the magnetic colloids and result in appropriately isolated nano- or microparticulate magnetic particles. Advantageously come the generally known methods such as suspension crosslinking ("suspension crosslinking "), emulsion polymerization, suspension polymerization or precipitation process ("Solvent Evaporation Process") from the organic phase. The Differentiation between emulsion and suspension in the following refers to the Different particle sizes: emulsion for particle sizes <1 µm and suspension for those <1 µm.
Beim Suspensionsvernetzungsverfahren wird eine wäßrige Polymerlösung, in der das magnetische Kolloid dispergiert ist, in einer mit Wasser nicht mischbaren Phase (organische Phase) suspendiert und anschließend mit einem geeigneten bi- oder trifunktionellen Vernetzter vernetzt (vgl. US-PS 4,345,588 und PCT Anmeldung EP 96/0239). Wasserlösliche Polymere, die für dieses Verfahren vorzugsweise in Frage kommen, sind z. B. Serumalbumin, Proteoglycane, Glykoproteine, Polyvinylalkohol, Zellulose, Agarose, Dextran, Alginate, Hyaluronate, Stärke, Polyhydroxyäthylmethacrylat. Als organische Phase eignen sich Öle wie Paraffinöle, Pflanzenöle, Siliconöle, Baumwollsaatöl oder organische Lösungsmittel wie Chloroform, Butanol, Heptanol, Toluol, Benzol, Essigester, Hexan, Heptan, Octan sowie Mischungen derselben. Um die Tröpfchengröße bei dem Suspensionsprozeß in Richtung der für die analytischen Zwecke bevorzugten kleinen Partikelgrößen von 0,5-5 µm zu verschieben, werden der Dispergierphase in der Regel 0,3-15 Gew.-% Stabilisatoren, die bevorzugt der Gruppe der Polyoxyäthylenaddukte, Polyoxyäthylensorbitolester, Polyäthylenpropylenoxid- Blockcopolymeren, Alkylphenoxypolyäthoxyäthanole, Fettalkoholglycoläther- Phosphorsäureester, Sorbitan-Fettsäureester, Polyoxyäthylenalkohole, Polyoxyäthylensorbitanfettsäureester, oder Polyoxyäthylensäuren angehören, zugegeben. Die Volumenverhältnisse von organischer Phase zur Polymer/Magnetkolloid-Phase variieren dabei zwischen 10 : 1 und 60 : 1, die der Polymer-Phase zur Kolloid-Phase in der Regel zwischen 1 : 0,5 und 1 : 4, vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 1 : 3, wobei das Polymer-/Magnetkolloid-Verhähltnis durch die jeweilige Menge des Festkörperanteiles im Kolloid bestimmt wird. Dieser liegt in der Regel zwischen 1 und 10 Gew.-% Der Magnetfestkörperanteil im Polymeren beträgt vorteilhafterweise 20 bis 60 Gew.-%. Dieser hohe Magnetkolloidanteil, durch den sich die erfindungsgemäßen Mittel grundlegend von den herkömmlichen magnetischen Polymerträgern unterscheiden, wird deswegen gewäht, da neben der magnetischen Suszeptibilität die Effizienz des induktiven Aufheizens, d. h. die bei vorgegebenen Induktionsbedingungen erzielte Aufheizung bzw. Aufheizrate direkt von der Menge des Magnetanteils in den Partikeln bestimmt wird. Geeignete Vernetzer für die Polymermatrix sind di- und trifunktionelle Substanzen, die mit den funktionellen Gruppen der Matrix (z. B. Hydroxyl-, Carboxyl-, Aminogruppen) reagieren können. Geeignete Beispiele, die hierfür in Frage kommen, sind: Alkyldihalogenide, Glutaraldehyd, Di- und Triisocyanate, Divinylsulfon, Bromcyan, Triallylisocyanurat, Divinyläthylenharnstoff, Epichlohydrin, 2-Chlor-1-methylpyridiniumiodid, 1,4-Butandioldivinyläther, Divinylsuccinat, Divinylglutarat, Divinyladipat. Die Menge des Vernetzers, die in erster Linie durch die Feinheit des Magnetkolloids festgelegt wird, beträgt in der Regel 0,5-10 Mol.-%, bezogen auf den Polymeranteil. Durchweg höhere Vernetzungsgrade sind erforderlich, um im Falle sehr feiner Kolloide ein Herausdiffundieren aus der Matrix zu verhindern.In the suspension crosslinking process, an aqueous polymer solution in which the magnetic colloid is dispersed in a water-immiscible phase (organic Phase) suspended and then with a suitable bifunctional or trifunctional crosslinker networked (see US Pat. No. 4,345,588 and PCT application EP 96/0239). Water-soluble polymers which are preferably suitable for this process are e.g. B. serum albumin, proteoglycans, Glycoproteins, polyvinyl alcohol, cellulose, agarose, dextran, alginates, hyaluronates, starch, Polyhydroxyethyl methacrylate. Suitable organic phases are oils such as paraffin oils, Vegetable oils, silicone oils, cottonseed oil or organic solvents such as chloroform, Butanol, heptanol, toluene, benzene, ethyl acetate, hexane, heptane, octane and mixtures the same. To determine the droplet size in the suspension process in the direction of that for the preferred small particle sizes of 0.5-5 µm for analytical purposes the dispersion phase usually 0.3-15 wt .-% stabilizers, which preferably belongs to the group of Polyoxyethylene adducts, polyoxyethylene sorbitol esters, polyethylene propylene oxide Block copolymers, alkylphenoxypolyethoxyethanols, fatty alcohol glycol ether Phosphoric acid esters, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene alcohols, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, or belong to polyoxyethylene acids added. The volume ratios of organic phase to polymer / magnetic colloid phase vary between 10: 1 and 60: 1, that of the polymer phase to the colloid phase generally between 1: 0.5 and 1: 4, preferably between 1: 1 and 1: 3, whereby the polymer / magnetic colloid ratio by the respective Amount of solid content in the colloid is determined. This is usually between 1 and 10% by weight of the solids content in the polymer is advantageously 20 to 60 % By weight. This high magnetic colloid content, through which the agents according to the invention fundamentally different from the conventional magnetic polymer carriers chosen because, in addition to the magnetic susceptibility, the efficiency of the inductive Heating, d. H. the heating or heating achieved under given induction conditions Heating rate is determined directly by the amount of magnetic content in the particles. Suitable crosslinkers for the polymer matrix are difunctional and trifunctional substances which are compatible with the functional groups of the matrix (z. B. hydroxyl, carboxyl, amino groups) can react. Suitable examples for this are: alkyl dihalides, glutaraldehyde, di- and triisocyanates, divinyl sulfone, cyanogen bromide, triallyl isocyanurate, divinyl ethylene urea, Epichlohydrin, 2-chloro-1-methylpyridinium iodide, 1,4-butanediol divinyl ether, divinyl succinate, Divinyl glutarate, divinyl adipate. The amount of crosslinker, primarily due to the fineness of the magnetic colloid is usually 0.5-10 mol%, based on the Polymer content. Consistently higher levels of crosslinking are required in the case of very fine Colloids to prevent diffusion out of the matrix.
Analog zum Vernetzungsverfahren in Suspension bietet auch die Suspensionspolymerisation die Möglichkeit, die Magnetkolloide in definierter Weise einzukapseln. Dazu wird ein wasserlösliches Vinylmonomer in einer mit dem Monomeren nicht mischbaren organischen Phase suspendiert und anschließend unter Zugabe geeigneter Stabilisatoren radikalisch polymerisiert. Verfahren dieser Art sind aus der Literatur bekannt (vgl. Paine et al., Macromolecules, 23, 3104, 1990, Tuncel et al., J. Appl. Polym. Sci., 50, 303, 1993, Takahashi et al., J Polymer Sci., Part A: Polymer Chem., 34, 175-182, 1996). Als Monomere kommen wasserlösliche Monomere wie z. B. Vinylpyrrolidon, Acrylamid, 2-Hydroxyäthyl-methacrylat, Hydroxyäthylacrylat, Acrylsäure, Methacrylsäure sowie Mischungen derselben in Frage. Die Dispergierphasen entsprechen durchweg den bei der Suspensionsvernetzung angegebenen organischen, nicht mit Wasser mischbaren Phasen. Als Suspensionsstabilisatoren kommen in der Regel dieselben Stabilisatoren zur Anwendung wie beim vorgenannten Vernetzungsverfahren. Innerhalb dieser Verfahrenstechnik hat sich für die Einkapselung vor allem 2-Hydroxyäthylmethacrylat als vorteilhaft erwiesen, da das Polymere einerseits die Voraussetzungen eines Hydrogels erfüllt, andererseits aufgrund seiner chemischen Struktur hochfunktionell ist. Für die Einkapselung mit diesem Polymeren haben sich überraschenderweise Stabilisatoren in Form von synthetischen Polymersystemen wie z. B. Polymethylmethacrylat, Methacryloyl-Endgruppen enthaltendes Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polystyrolderivate oder Polybutadienderivate als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Mengenverhältnisse von Polymer zu Magnetkolloid sind analog zu denen im vorgenannten Vernetzungsverfahren.Analogous to the crosslinking process in suspension, suspension polymerization also offers the Possibility to encapsulate the magnetic colloids in a defined way. To do this, a water-soluble vinyl monomer in an organic immiscible with the monomer Phase suspended and then radical with the addition of suitable stabilizers polymerized. Methods of this type are known from the literature (cf. Paine et al., Macromolecules, 23, 3104, 1990, Tuncel et al., J. Appl. Polym. Sci., 50, 303, 1993, Takahashi et al., J Polymer Sci., Part A: Polymer Chem., 34, 175-182, 1996). Coming as monomers water-soluble monomers such. B. vinyl pyrrolidone, acrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate, Hydroxyethyl acrylate, acrylic acid, methacrylic acid and mixtures thereof in question. The Dispersion phases consistently correspond to those given for suspension crosslinking organic phases that are not miscible with water. As suspension stabilizers come in the Usually the same stabilizers for use as in the aforementioned crosslinking process. Within this process technology, 2-hydroxyethyl methacrylate has become the main encapsulation proven to be advantageous since the polymer on the one hand meets the requirements of a Hydrogels fulfilled, on the other hand is highly functional due to its chemical structure. For the Encapsulation with this polymer has surprisingly been found in the form of stabilizers synthetic polymer systems such. B. polymethyl methacrylate, methacryloyl end groups containing polymethyl methacrylate, polystyrene, polystyrene derivatives or polybutadiene derivatives proven to be particularly advantageous. The proportions of polymer to magnetic colloid are analogous to those in the aforementioned networking process.
Eine weitere Methode zur Einkapselung der Magnetkolloide leitet sich aus den bekannten Verfahren zur Herstellung von Polymerpartikeln mit Hilfe der Emulsionspolymerisation ab, wie sie für Styrol, Methylmethacrylat und Glycidylmethacrylat beschrieben wurde (vgl. Woods et al., J. Paint Techn., 40, 541-548, 1968, Smigol et al, Angew. Makromol. Chem., 195, 151-164, 1992, Okubo und Shiozaki, Polymer Int., 30, 469-474), 1993). Diese wird vorteilhafterweise entweder durch Zugabe anionischer Tenside wie Polyacrylsäure oder Dodecylbenzylsulfonat, nichtionischer Tenside wie Alkylphenylpolyäthylenglykole oder Polyäthylenglykoltrimethylnonyläther, kombinierte Zugabe anionischer und nicht-ionischer Tenside oder aber unter emulgatorfreien Bedingungen durchgeführt, wobei letztere Verfahrensweise wahlweise in Gegenwart von Natriumchlorid erfolgen kann.Another method for encapsulating the magnetic colloids is derived from the known Process for the preparation of polymer particles by means of emulsion polymerization as they for styrene, methyl methacrylate and glycidyl methacrylate (see Woods et al., J. Paint Techn., 40, 541-548, 1968, Smigol et al, Angew. Macromol. Chem., 195, 151-164, 1992, Okubo and Shiozaki, Polymer Int., 30, 469-474), 1993). This will advantageously either by adding anionic surfactants such as polyacrylic acid or dodecylbenzyl sulfonate, nonionic Surfactants such as alkylphenyl polyethylene glycols or polyethylene glycol trimethylnonyl ether, combined addition of anionic and non-ionic surfactants or under emulsifier-free conditions carried out, the latter procedure optionally in Presence of sodium chloride can take place.
Unter Zugrundelegung dieser Verfahrenstechnik konnte nun überraschenderweise gezeigt werden, daß durch Zugabe von lipophilen oder semi-lipophilen Tensiden stabilisierte Magnetkolloide zur Emulsionspolymerisationsansatz diese in die sich bildenden Polymerpartikel eingekapselt werden. Geeignete oberflächenaktive Substanzen sind solche, die einen HLB-Wert (Hydrophilic-Lipophilic-Balance, siehe Griffin, J. Soc. Cosmetic Chemists, 5, 249-255, 1954) von 1-12 aufweisen. Beispiele hierfür sind: Polyäthylenpropylenoxid-Blockcopolymere, Alkylphenoxypolyäthoxyäthanole, Polyoxyäthylenalkohole, Polyoxyäthylen-sorbitanfettsäurester, Sorbitanfettsäureester.Using this process technology as a basis, it has now surprisingly been possible to show that magnetic colloids stabilized by the addition of lipophilic or semi-lipophilic surfactants encapsulated in the polymer particles which form for the emulsion polymerization batch become. Suitable surfactants are those that have an HLB value (Hydrophilic-lipophilic balance, see Griffin, J. Soc. Cosmetic Chemists, 5, 249-255, 1954) have from 1-12. Examples include: polyethylene propylene oxide block copolymers, Alkylphenoxypolyethoxyethanols, polyoxyethylene alcohols, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, Sorbitan fatty acid esters.
Folgende Reaktionsansätze haben sich als geeignet erwiesen: Monomerkonzentration 0,7-5,2 Mol/Liter, Initiatorkonzentration 1-10 mMol/Liter, Stabilisatorkonzentration 0,1-80 mMol/Liter; die Natriumchlorid-Konzentration kann wahlweise bis zu 20 mMol/Liter betragen. Diese Ansätze liefern Magnetpartikel mit Partikelgrößen zwischen 0,4 und 8 µm.The following reaction batches have proven to be suitable: monomer concentration 0.7-5.2 mol / liter, Initiator concentration 1-10 mmol / liter, stabilizer concentration 0.1-80 mmol / liter; the sodium chloride concentration can optionally be up to 20 mmol / liter. This Approaches provide magnetic particles with particle sizes between 0.4 and 8 µm.
Zur Herstellung der Magnetpartikel nach dem Solvent-Evaporations-Prozeß, der eine spezielle Methode innerhalb der Präzipitationstechnologie darstellt, geht man in der Regel von einem Zweiphasensystem aus, das aus einer mit Wasser nicht mischbaren organischen Polymerphase und einem wäßrigen Dispersionsmittel besteht. Dabei wird die lipophile Polymerphase, in der zunächst das Magnetkolloid dispergiert wird, unter definierten Rührbedingungen in der wäßrigen Phase suspendiert. Durch den Kontakt mit der wäßrigen Phase fällt das Polymere unter Verdampfen des Lösungsmittels in Form isolierter Partikel aus. Erfahrungsmäßig können mit Hilfe der Rührgeschwindigkeit sowie durch Zugabe von oberflächenaktiven Substanzen sowohl zur organischen als auch zur Dispersionsphase die Partikelgrößen im Bereich von 1-250 µm variiert werden. Alternativ läßt sich die organische Polymerphase auch mit Hilfe einer Sprühvorrichtung in die hydrophile Phase eintragen. Sprühsysteme und Verfahren dieser Art sind allgemeiner Stand der Technik (vgl. Iwata und McGinity, J. Microencapsulation, 9, 201-214, 1992; Thoma und Schlütermann, Pharmazie, 47, 115-119, 1991). Polymere, die sich für ein solches Herstellungsverfahren eignen, sind grundsätzlich solche Polymere, die in organischen Lösungsmitteln, nicht aber in wäßrigem Milieu löslich sind. Beispiele hierfür sind: Polystyrol, Poly(lactid-co-glycolid), Polymethacrylat, Polyamide, Polyester, Polyvinyläther, Polyvinylacetale, Polyvinylketone, Polyvinylhalogenide, Polyvinylester oder Polycarbonate. Geeignete Lösungsmittel für diese Polymeren sind erfahrungsgemäß z. B.: Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Trifluoressigsäure, Trifluoräthanol, Phosphorsäuretrisdimethylamid, Dioxan, Tetrahydrofuran, Ester, Pyridin, halogenierte Kohlenwasserstoffe sowie aromatische, halogenierte und nicht halogenierte Verbindungen. Die Volumenverhältnisse der wäßrigen Phase zu der organischen Polymerphase, die in der Regel 1-10 Gew.-% Polymer enthält, beträgt durchweg 10-30 : 1.To produce the magnetic particles using the solvent evaporation process, which is a special As a method within precipitation technology, one generally starts from one Two-phase system consisting of a water-immiscible organic polymer phase and an aqueous dispersant. The lipophilic polymer phase in which the magnetic colloid is first dispersed in the aqueous under defined stirring conditions Phase suspended. The polymer falls through contact with the aqueous phase Evaporation of the solvent in the form of isolated particles. Experience has shown that With the help of the stirring speed as well as by adding surface-active substances both for the organic as well as the dispersion phase the particle sizes in the range of 1-250 µm can be varied. Alternatively, the organic polymer phase can also be carried out using a Enter the spray device in the hydrophilic phase. Spray systems and processes of this type are general state of the art (cf. Iwata and McGinity, J. Microencapsulation, 9, 201-214, 1992; Thoma and Schluetermann, Pharmazie, 47, 115-119, 1991). Polymers that are suitable for a Such manufacturing processes are basically those polymers that are used in organic Solvents, but not soluble in an aqueous medium. Examples include: polystyrene, Poly (lactide-co-glycolide), polymethacrylate, polyamides, polyester, polyvinyl ether, Polyvinyl acetals, polyvinyl ketones, polyvinyl halides, polyvinyl esters or polycarbonates. Experience has shown that suitable solvents for these polymers are, for. E.g. dimethylformamide, Dimethyl sulfoxide, trifluoroacetic acid, trifluoroethanol, phosphoric acid tris dimethyl amide, dioxane, Tetrahydrofuran, esters, pyridine, halogenated hydrocarbons and aromatic, halogenated and non-halogenated compounds. The volume ratios of the aqueous phase to the organic polymer phase, which usually contains 1-10% by weight of polymer consistently 10-30: 1.
Die umgekehrte Verfahrensweise, ein im wäßrigen Medium lösliches Polymer durch Dispergieren in einer lipophilen Phase (vorzugsweise Öle oder chlorierte Kohlenwasserstoffe) und anschließende Zugabe eines organischen, mit Wasser mischbaren Nicht-Lösemittels (z. B. Aceton, Methanol, Äthanol) auszufällen, führt in Analogie zur vorgenannten Verfahrensweise auch zu definierten Kolloid-Einkapselungen. Geeignete Polymersysteme, die hierfür in Frage kommen, sind 1-10%ige wäßrige Lösungen aus beispielsweise Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Polysacchariden, Polysaccharidderivaten, Polyhydroxyäthylmethacrylat oder Proteinen.The reverse procedure, a polymer soluble in an aqueous medium Dispersion in a lipophilic phase (preferably oils or chlorinated hydrocarbons) and then adding an organic, water-miscible non-solvent (e.g. Precipitation of acetone, methanol, ethanol) leads in analogy to the aforementioned procedure also for defined colloid encapsulations. Suitable polymer systems in question come, are 1-10% aqueous solutions of, for example, polyvinyl alcohol, Polyacrylic acid, polysaccharides, polysaccharide derivatives, polyhydroxyethyl methacrylate or Proteins.
Die Kopplung der für die Bioanalytik relevanten Liganden wie Oligosaccharide, Glykoproteine, Avidin, Biotin, Lektine, Antikörper, Antigene, DNA- oder RNA-Fragmente an die polymerbeschichteten Magnetkolloide erfolgt nach den bekannten Verfahren zur Immobilisierung von Bioliganden an polymere Träger (vgl. "Methods in Enzymology", Mosbach Hrsg, Vol 135 Part B, Academic Press, 1987, S. 3-169). Als Kopplungsmedien kommen solche Agenzien in Frage, die sich bei der Präparation von Affinitätsharzen bewährt haben wie z. B. Bromcyan, Carbodiimide, Hexamethylendiisocyanat, Tosylchlorid, Tresylchlorid, 2-Fluor-1-methyl- pyridinium-toluol-4-sulfonat, Epichlohydrin, N-Hydroxysuccinimid, Chlorcarbonat, Isonitril, Hydrazid, Glutaraldehyd, 1,1'-Carbonyl-diimidazol, 1,4-Butandiol-diglycidyläther. Besonders günstig sind darüber hinaus die Kopplungen der Bioliganden über sogenannte Spacer-Moleküle, hetero-bifunktionelle, reaktive Verbindungen, die sowohl mit den funktionellen Gruppen der Matrix (Carboxyl-, Hydroxyl-, Sulfhydryl-, Aminogruppen) als auch mit dem Bioliganden eine chemische Bindung eingehen können. Beispiele hierfür sind: Succinimidyl-4-(N-maleiimidomethyl)- cyclohexan-1-carboxylat, 4-Succinimidyloxycarbonyl-α-(2-pyridyldithio)toluol, Succinimidyl-4-(p-maleimidophenyl)butyrat, N-γ-Maleimidobutyryloxysuccinimidester, 3-(2- Pyridyldithio)propionylhydrazid, Sulfosuccinimidyl-2-(p-azidosalicylamido)äthyl-1,3'- dithiopropionat (vgl. Ullmanns Encyclopädie der Technischen Chemie, 4. Auf., Bd. 10, und G.T. Hermanson, "Bioconjugate Techniques", Academic Press, San Diego, 1996).The coupling of the ligands relevant for bioanalytics such as oligosaccharides, glycoproteins, Avidin, biotin, lectins, antibodies, antigens, DNA or RNA fragments to the polymer-coated magnetic colloids are carried out according to the known methods of immobilization of biological ligands to polymeric supports (cf. "Methods in Enzymology", Mosbach ed., Vol 135 Part B, Academic Press, 1987, pp. 3-169). Such agents come in as coupling media Question that has proven itself in the preparation of affinity resins such as B. cyanogen bromide, Carbodiimide, hexamethylene diisocyanate, tosyl chloride, tresyl chloride, 2-fluoro-1-methyl pyridinium toluene-4-sulfonate, epichlohydrin, N-hydroxysuccinimide, chlorocarbonate, isonitrile, Hydrazide, glutaraldehyde, 1,1'-carbonyl-diimidazole, 1,4-butanediol diglycidyl ether. Especially In addition, the coupling of the bioligands via so-called spacer molecules is favorable, hetero-bifunctional, reactive compounds that interact with both the functional groups of the Matrix (carboxyl, hydroxyl, sulfhydryl, amino groups) as well as with the bioligand can form a chemical bond. Examples include: succinimidyl-4- (N-maleiimidomethyl) - cyclohexane-1-carboxylate, 4-succinimidyloxycarbonyl-α- (2-pyridyldithio) toluene, Succinimidyl 4- (p-maleimidophenyl) butyrate, N-γ-maleimidobutyryloxysuccinimide ester, 3- (2- Pyridyldithio) propionyl hydrazide, sulfosuccinimidyl-2- (p-azidosalicylamido) ethyl-1,3'- dithiopropionate (cf. Ullmann's Encyclopedia of Technical Chemistry, 4th ed., vol. 10, and G.T. Hermanson, "Bioconjugate Techniques," Academic Press, San Diego, 1996).
Aus dem den erfindungsgemäßen Mitteln zugrundeliegenden kombinatorischen Prinzip der Affinitätsbindung und des induktiven Aufheizens, eröffnen sich Anwendungen, deren Breite den herkömmlichen Mitteln durchweg verschlossen bleibt. Dies betreffen vor allem die Dekontamination von Pathogenen bzw. infektiösen Keimen in biologischen Flüssigkeiten (z. B. Blut, Plasma, Serum, Blutkonserven). Es lassen sich so Viren, z. B. Hepatitis-Viren oder das "Human Immunodeficiency Virus" (HIV), darüber hinaus Bakterien, Pilzsporen oder auch tierische Proteine, die im Zuge einer Impfserumentwicklung grundsätzlich mitanfallen und zu allergischen Reaktionen führen können, selektiv entfernen, indem die Magnetpartikel nach Bindung der Pathogene induktiv auf vorzugsweise 70-100°C aufgeheizt werden, die die betreffenden Keime abtöten bzw. weitestgehend inaktivieren. Im Bereich der medizinischen Therapie ergibt sich ferner die Möglichkeit, Medikamente in die polymeren Magnetpartikel miteinzukapseln ("drug-depot"), die, im Körper verabreicht, durch die induktive Aufheizung kontrolliert in den Körper abgegeben werden können, indem die Polymermatrix auf Temperaturen oberhalb der Glastemperatur aufgeheizt werden, aus der eine verstärkte Medikamentenfreigabe resultiert.From the combinatorial principle on which the agents according to the invention are based Affinity binding and inductive heating open up applications whose breadth the conventional means remains closed. This mainly affects the Decontamination of pathogens or infectious germs in biological fluids (e.g. Blood, plasma, serum, stored blood). Viruses, e.g. B. hepatitis viruses or that "Human Immunodeficiency Virus" (HIV), in addition bacteria, fungal spores or animal proteins, which in the course of a vaccine serum development also coincide and increase Allergic reactions can result in selective removal by following the magnetic particles Binding of the pathogens are inductively heated to preferably 70-100 ° C, which the kill the affected germs or inactivate them as far as possible. In the field of medical Therapy also gives the opportunity to add medication to the polymeric magnetic particles miteinkapseln ("drug depot"), which, administered in the body, by inductive heating can be released into the body in a controlled manner by applying the polymer matrix Temperatures above the glass temperature are heated, from which a reinforced Drug release results.
Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemäßen Mittel besteht darin, die eingekapselten Magnetkolloide mit Hilfe eines äußeren Magnetfeldes auf definierte Temperaturen im Bereich von vorzugsweise 40-120°C aufzuheizen. Ziel dabei ist es, bestimmte auf der Polymermatrix immobilisierte Biomoleküle bzw. Bioliganden im Rahmen spezieller Umsetzungen oder bioanalytischer Verfahren in eine aktive Form zu überführen, die bei Normaltemperatur nicht oder nur bedingt realisiert werden kann. Beispiele für solche Umsetzungen bzw. Anwendungen, die bei höheren Temperaturen ablaufen bzw. möglich sind, sind die Isomerisierung von Glucose- Syrup zu Glucose und Fructose mittels Glucoseisomerase, eine Reaktion, die erst merklich bei 60°C abläuft sowie die DNA-Sequenzierung mit Hilfe der Taq DNA-Polymerase, einem hochprozessiven Enzym des Bakteriums thermus aquaticus, das erst oberhalb 70°C aktiv wird. Ein weiteres Beispiel ist die Auftrennung von DNA-Doppelsträngen bei <90°C (Denaturierung), eine Methode, die ebenfalls zur DNA-Sequenzierung z. B. im Rahmen der medizinischen Diagnostik zur Bestimmung von Krankheitserregern (Viren, Bakterien, Pilzsporen) eine zunehmend wichtige Rolle spielt.The essential feature of the agent according to the invention is the encapsulated Magnetic colloids with the help of an external magnetic field to defined temperatures in the area heating preferably from 40-120 ° C. The goal here is to determine certain on the polymer matrix immobilized biomolecules or bioligands in the context of special implementations or to convert bioanalytical processes into an active form that is not at normal temperature or can only be realized to a limited extent. Examples of such implementations or applications, which take place or are possible at higher temperatures are the isomerization of glucose Syrup to glucose and fructose using glucose isomerase, a reaction that is noticeable only at 60 ° C and DNA sequencing using Taq DNA polymerase, a highly processing enzyme of the bacterium thermus aquaticus, which only becomes active above 70 ° C. Another example is the separation of DNA double strands at <90 ° C (denaturation), a method that is also used for DNA sequencing e.g. B. in the context of medical Diagnostics for the determination of pathogens (viruses, bacteria, fungal spores) plays an increasingly important role.
Aufgrund der Kombination einer affinen Bindung und des induktiven Aufheizens lassen sich die erfindungsgemäßen Mittel überraschenderweise im klinisch-medizinischen Bereich einsetzen, um z. B. pathogene Keime im potentiell infektiösen Stoffen zu beseitigen. Zu diesem Zweck werden an die Magnetpartikel Rezeptormoleküle bzw. Bioliganden gekoppelt, die mit dem Pathogen eine komplementäre Bindung eingehen können. Nach der Bindung des Pathogens an die Magnetpartikel werden diese in einem externen, hochfrequenten Magnetfeld induktiv auf solche Temperaturen aufgeheizt, die das Abtöten des jeweiligen Infektionskeimes vermögen. Durch die spezifische Bindung Magnetpartikel-Pathogen ist gewährleistet, daß die Erhitzung auf die Magnetpartikel und demzufolge auf die von den Magnetpartikeln gebundenen pathogenen Substanzen beschränkt bleibt. Die übrigen Bestandteile der Flüssigkeit werden dabei praktisch nicht mitaufgeheizt. Die vorgenannte Verfahrensweise kann beispielsweise zur Beseitigung bestimmter Viren im Blut oder Blutkonserven, z. B. Hepatitis-Viren, HI-Viren (Human Immunodeficiency Virus) genutzt werden. Dazu werden virusspezifische Antikörper an die Magnetpartikel chemisch gekoppelt. Der Magnetpartikel-Pathogen-Komplex wird anschließend induktiv auf 80-120°C für kurze Zeitintervalle (< eine Minute) erhitzt, eine Behandlung, die zur weitgehenden Inaktivierung der entsprechenden Viren geeignet ist. Due to the combination of an affine bond and inductive heating, the surprisingly use the agents according to the invention in the clinical-medical field, at z. B. eliminate pathogenic germs in potentially infectious substances. To this end receptor molecules or bioligands are coupled to the magnetic particles Pathogen can enter into a complementary bond. After binding the pathogen to the Magnetic particles become inductive to them in an external, high-frequency magnetic field Temperatures heated up that can kill the respective infection germ. Through the Specific binding magnetic particle pathogen ensures that the heating on the Magnetic particles and consequently on the pathogens bound by the magnetic particles Substances remains limited. The remaining components of the liquid become practical not heated up. The aforementioned procedure can be used, for example, for elimination certain viruses in the blood or stored blood, e.g. B. hepatitis viruses, HI viruses (Human Immunodeficiency Virus) can be used. For this purpose, virus-specific antibodies are sent to the Magnetic particles chemically coupled. The magnetic particle-pathogen complex then becomes inductively heated to 80-120 ° C for short time intervals (<one minute), a treatment which is used for extensive inactivation of the corresponding viruses is suitable.
Ein weiteres Einsatzgebiet für die induktiv aufheizbaren Magnetpartikel stellt das Gebiet der Separationstechnologie dar, hier im besonderen die Affinitätstrenntechnik. Bei dieser Art der Auftrennung spielt neben der Auswahl geeigneter Affinitätsliganden, die die Selektivität des Verfahrens bestimmt, vor allem auch das Elutionsverhalten des Affinitätsmediums eine entscheidende Rolle für die Effizienz der Separation. In der Regel werden hierfür bestimmte Pufferlösungen häufig unter Zugabe eines chaotropen Salzes, z. B. Natriumrhodanid, verwendet, deren Molarität und pH-Werte sorgfältig ausgewählt werden müssen, um eine weitgehend vollständige Elution des Analyten unter Beibehaltung der biologischen Aktivität ermöglichen zu können. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Magnetpartikel eröffnet hier überraschenderweise eine neue Perspektive, die Elution der Analyten sehr viel effizienter zu gestalten. Infolge der induktiven Aufheizung der Magnetpartikel kommt es zu einer Schwächung der Bioliganden- Analyt-Bindung, die unter Vermeidung der sonst rigiden Elutionsbedingungen eine leichtes Ablösen des Analyten von der stationären Phase bedingen. Dieses neuartige Elutionsprinzip ist besonders vorteilhaft im Bereich der Avidin bzw. Streptavidin-Biotin-Technik anwendbar. Die hohe Affinität zwischen Avidin und Biotin wird in zunehmendem Maße in der biochemischen und molekularbiologischen Analytik genutzt, um beispielsweise im Bereich der DNA- Sequenzierung, DNA-Detektion, des Hybridisierungsassays, der Zellseparation oder des Enzymassays durchzuführen. Hierbei wird die extrem hochaffine Bindung zwischen Avidin und Biotin (Kd<10-15) in der Weise genutzt, daß an die Avidin-gekoppelte Festphase biotinylierte Analyten z. B. in Form von DNA-Sonden bzw. Oligonukleotiden gebunden werden, die sich in einfacher Weise aus einem Substanzgemisch isolieren lassen. Das grundsätzliche Problem bei allen Avidin-Biotin-Separationen ist, daß aufgrund der extrem hohen Bindungskonstanten eine Elution des Biotin-Analyten ohne Desaktivierung des Avidins und des Analyten praktisch nicht möglich ist. Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß durch induktives Aufheizen der Avidin-gekoppelten Magnetpartikel eine Elution der biotinylierten Analyten möglich wird. Dazu werden die Magnetpartikel in der Regel auf 50-70°C induktiv aufgeheizt und simultan mit einem 0.5-1 M NaCl und/oder 40-60% Äthylenglykol enthaltenden 0.1 M Glycin-NaOH-Puffer, pH 8.5-10, z. B. eluiert.Another area of application for the inductively heatable magnetic particles is the field of separation technology, in particular affinity separation technology. In this type of separation, in addition to the selection of suitable affinity ligands, which determines the selectivity of the process, the elution behavior of the affinity medium also plays a decisive role in the efficiency of the separation. As a rule, certain buffer solutions are often added with the addition of a chaotropic salt, e.g. As sodium rhodanide, the molarity and pH values of which must be carefully selected in order to enable a largely complete elution of the analyte while maintaining the biological activity. The use of the magnetic particles according to the invention surprisingly opens up a new perspective here of making the elution of the analytes much more efficient. As a result of the inductive heating of the magnetic particles, there is a weakening of the bioligand analyte bond, which requires the analyte to be easily detached from the stationary phase while avoiding the otherwise rigid elution conditions. This novel elution principle can be used particularly advantageously in the field of avidin or streptavidin-biotin technology. The high affinity between avidin and biotin is increasingly used in biochemical and molecular biological analysis, for example in the field of DNA sequencing, DNA detection, hybridization assay, cell separation or enzyme assay. Here, the extremely high affinity bond between avidin and biotin (K d <10 -15 ) is used in such a way that biotinylated analytes z. B. in the form of DNA probes or oligonucleotides that can be easily isolated from a mixture of substances. The fundamental problem with all avidin-biotin separations is that, owing to the extremely high binding constants, elution of the biotin analyte is practically impossible without deactivating the avidin and the analyte. It has now surprisingly been found that the induction heating of the avidin-coupled magnetic particles makes it possible to elute the biotinylated analytes. For this purpose, the magnetic particles are generally inductively heated to 50-70 ° C. and simultaneously with a 0.1 M glycine-NaOH buffer, pH 8.5-10, containing 0.5-1 M NaCl and / or 40-60% ethylene glycol. B. eluted.
In eine analoge Richtung wie die Pathogenbeseitigung zielt eine andere Anwendung, bei der es darum geht, Impfseren, die aus Tieren gewonnen werden, in höherer Reinheit zu gewinnen. Das generelle Ziel ist dabei, die nach der Immunisierung der Tiere gewonnenen Antiseren möglichst weitgehend von tierischen Begleitsubstanzen wie Antikörpern zu befreien, die potentiell allergen wirken können. Zur Entfernung speziell tierischer Antikörper werden gegen das Fc-Fragment des Antikörpers gerichtete Sekundärantikörper an die Magnetpartikel gekoppelt. Nach entsprechender Inkubation der anti-Fc-IgG beschichteten Magnetpartikel über einen Zeitraum von, je nach Serumvoloumen, 15-30 Minuten werden die Magnetpartikel in Intervallen (< eine Minute) induktiv gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren über einen Gesamtzeitraum von 10 Minuten auf Temperaturen von 60-80% aufgeheizt. Diese Behandlung reicht in der Regel aus, um <90% der Nebenbestandteile tierischen Ursprungs zu inaktivieren.In a direction analogous to the elimination of pathogens, another application is aimed at: is about obtaining vaccine sera, which are obtained from animals, in a higher purity. The The general aim is to use the antisera obtained after the animals have been immunized largely free of animal accompanying substances such as antibodies, which are potentially allergenic can work. To remove specifically animal antibodies, the Fc fragment of the Antibody-directed secondary antibodies coupled to the magnetic particles. After appropriate incubation of the anti-Fc-IgG coated magnetic particles over a period of time of, depending on the serum volume, 15-30 minutes the magnetic particles are in intervals (<one Minute) inductively according to the inventive method over a total period of 10 Minutes heated to temperatures of 60-80%. This treatment is usually sufficient to inactivate <90% of minor components of animal origin.
Die erfindungsgemäßen Mittel und Verfahren werden im folgenden anhand einiger Beispiele näher erläutert. The agents and methods according to the invention are described below with the aid of a few examples explained in more detail.
Mit 4,5 g Vinylacetat, dem 0,01 g Polyäthylenoxid (Molmasse 3000), 0,15 g Triallylisocyanurat, 0,05 g Benzoylperoxid und 3 ml Magnetit Kolloid DHYS1 (Liquids Research, Wales) zugesetzt sind, wird in 50 ml Wasser, das 25 Gew.-% NaCl enthält, unter Stickstoff-Atmosphäre 12 h bei 60°C eine Suspensionspolymerisation durchgeführt. Es fallen magnetische, perlförmige Polymere mit einem Teilchendurchmesser von 4-8 µm und einem Magnetit-Gehalt von 32 Gew.-% an. Das Produkt wird nach entsprechendem Zentrifugationsschritt mehrfach mit Wasser gewaschen. Die anschließende 20stündige Hydrolyse zum Polyvinylalkohol erfolgt mittels 20%iger NaOH bei Raumtemperatur, der mehrere Waschschritte mit Wasser folgen. 0,1 g des anfallenden, getrockneten Produktes werden mit 2 ml 3 M NaOH und 1 ml Epichlorhydrin versetzt und 2 h bei 60°C aktiviert. Anschließend wird das Produkt abwechselnd mit Wasser und Aceton mehrfach gewaschen; dem folgt die Trocknung im Vakuum. Das Epoxidäquivalent beträgt 183 µMol/g Träger (ermittelt nach Sundberg und Porath, J. Chromatogr., 90, 89, 1974). 0,05 g des Epoxyträgers werden mit 0,5 ml 0,1 M Bicarbonat-Puffer, pH 9,8, in der 10 µg DNA (850 bp), die zuvor nach einem von Chu und Orgel, DNA, 4, 327, 1985, beschriebenen Verfahren am 5'- Ende amino-modifiziert wurde, für 24 h bei 35°C inkubiert. Die Probe wird anschließend mehrfach mit Wasser gewaschen. Die Kopplungsausbeute beträgt 43% (photometrisch im Überstand gemessen). Um die gekoppelte DNA nach den bekannten Methoden (siehe "Advances in Biomagnetic Separation", Uhlen et al. Hrsg, Eaton Publishing Co., 1994) für die Genanalyse nutzen zu können, werden die Magnetpartikel in einem Magnetfeld (5 Spulenwindungen, Spulendurchmesser 5 cm, Spulenträger 12 cm) bei einer Frequenz von 500 kHz und einer Magnetfeldstärke von 11 kA/m für 2 Minuten induktiv aufgeheizt. Die hybridisierte, immobilisierte DNA wird hierdurch in die beiden Doppelstränge aufgetrennt, die durch Anlegen eines Neodym-Eisen-Bor-Handmagneten abgetrennt werden kann. Die weiteren Analysenschritte erfolgen entsprechend den bekannten Verfahren für die DNA- bzw. Genanalytik.With 4.5 g vinyl acetate, the 0.01 g polyethylene oxide (molecular weight 3000), 0.15 g triallyl isocyanurate, 0.05 g of benzoyl peroxide and 3 ml of magnetite colloid DHYS1 (Liquids Research, Wales) were added are in 50 ml of water containing 25 wt .-% NaCl, under nitrogen atmosphere for 12 h 60 ° C carried out a suspension polymerization. Magnetic, pearl-shaped polymers fall with a particle diameter of 4-8 µm and a magnetite content of 32% by weight. The After a corresponding centrifugation step, the product is washed several times with water. The Subsequent hydrolysis to polyvinyl alcohol for 20 hours is carried out using 20% NaOH Room temperature, which is followed by several washing steps with water. 0.1 g of the resulting dried product are mixed with 2 ml of 3 M NaOH and 1 ml of epichlorohydrin and at 2 h 60 ° C activated. Then the product is alternated with water and acetone several times washed; this is followed by drying in a vacuum. The epoxy equivalent is 183 µmol / g Carrier (determined according to Sundberg and Porath, J. Chromatogr., 90, 89, 1974). 0.05 g of Epoxy carriers are mixed with 0.5 ml 0.1 M bicarbonate buffer, pH 9.8, in the 10 µg DNA (850 bp), the methods previously described according to a method described by Chu and Organ, DNA, 4, 327, 1985, on the 5'- End amino-modified, incubated at 35 ° C for 24 h. The sample is then washed several times with water. The coupling yield is 43% (photometric in Supernatant measured). To the coupled DNA according to the known methods (see "Advances in Biomagnetic Separation ", Uhlen et al. Ed., Eaton Publishing Co., 1994) for genetic analysis to be able to use the magnetic particles in a magnetic field (5 coil turns, Coil diameter 5 cm, coil carrier 12 cm) at a frequency of 500 kHz and a magnetic field strength of 11 kA / m inductively heated for 2 minutes. The hybridized immobilized DNA is thereby separated into the two double strands, which are created of a neodymium-iron-boron hand magnet can be separated. The further analysis steps are carried out in accordance with the known methods for DNA or gene analysis.
Eine Mischung bestehend aus 45 ml 2-Butanol und Toluol (55 : 45 Gew.-%), 9,6 ml unter Stickstoff destilliertem 2-Hydroxyäthyl-methacrylat, 0,95 g Polymethylmethacrylat (MW 2.2 × 10⁵), 4,2 ml mit Polyvinylpyrrolidon (MW 20,000) stabilisiertes Magnetit-Kolloid (hergestellt nach Tiefenauer et al., Bioconjugate Chem., 4, 347-352, 1993) und 0,18 g 2,2'-Azobis(isobutyronitril) wird über einen Zeitraum von 30 Minuten durch einen Stickstoffstrom entlüftet. Anschließend wird das Gemisch unter Eiskühlung und Stickstoffatmosphäre für 4 Minuten mit UIltraschall behandelt (Bandelin Sonoplus Homogenisator GM 200, 200 W, 20 kHz). Danach erfolgt die Polymerisation unter Rühren (250 U/min) bei 70°C über einen Zeitraum von 7 Stunden. Das Polymerisat wird sodann vom Überstand magnetisch abgetrennt und mehrfach mit Toluol, Aceton und schließlich mit Wasser gewaschen. Es fallen Polymerperlen mit einer Korngröße von 3-5 µm an; der Magnetitanteil beträgt 36 Gew.-%. Eine 40 Gew.-%ige wäßrige Suspension dieser Partikel wird in einem Magnetfeld gemäß Beispiel 1 in vier Minuten auf 65°C aufgeheizt.A mixture consisting of 45 ml of 2-butanol and toluene (55: 45 wt .-%), 9.6 ml under Nitrogen-distilled 2-hydroxyethyl methacrylate, 0.95 g polymethyl methacrylate (MW 2.2 × 10⁵), 4.2 ml magnetite colloid stabilized with polyvinylpyrrolidone (MW 20,000) (prepared according to Tiefenauer et al., Bioconjugate Chem., 4, 347-352, 1993) and 0.18 g of 2,2'-azobis (isobutyronitrile) is vented through a stream of nitrogen over a period of 30 minutes. The mixture is then mixed with ice-cooling and under a nitrogen atmosphere for 4 minutes Ultrasonic treated (Bandelin Sonoplus homogenizer GM 200, 200 W, 20 kHz). After that the polymerization is carried out with stirring (250 rpm) at 70 ° C. over a period of 7 Hours. The polymer is then magnetically separated from the supernatant and repeated several times Toluene, acetone and finally washed with water. Polymer beads with a drop Grain size of 3-5 µm; the magnetite content is 36% by weight. A 40 wt .-% aqueous Suspension of these particles is in a magnetic field according to Example 1 in four minutes at 65 ° C. heated up.
0,2 g des über P₂O₅ im Vakuum getrockneten Produktes werden mit je einem ml absolutem Dimethylformamid, in dem 0,6 mMol 4-Dimethylaminopyridin und 0,5 mMol 2-Fluor-1-methyl- pyridinium-toluol-4-sulfonat, gelöst sind, versetzt und 45 min bei Raumtemperatur aktiviert. Das Produkt wird mehrfach abwechselnd mit Dimethylformamid und Aceton gewaschen sowie zweimal mit 0,05 M Bicarbonat-Puffer, pH 9,2. 100 µg anti-Tumor Necrose Faktor α (TNFα) Antikörper, gelöst in einem ml des Waschpuffers, werden sodann durch Inkubation über einen Zeitraum von 24 h bei Raumtemperatur an den Träger gebunden. Kopplungsausbeute 64%. Zur Desaktivierung wird der Träger mehrfach mit 0,1 M Tris-HCl-Puffer, pH 8,4, gewaschen und anschließend 12 h in 0,1 M Tris-HCl-Puffer/5% Glycerin, pH 7,5, inkubiert.0.2 g of the product dried over P₂O₅ in a vacuum with one ml of absolute Dimethylformamide, in which 0.6 mmol of 4-dimethylaminopyridine and 0.5 mmol of 2-fluoro-1-methyl pyridinium toluene-4-sulfonate, are dissolved, added and activated for 45 min at room temperature. The Product is washed several times alternately with dimethylformamide and acetone as well twice with 0.05 M bicarbonate buffer, pH 9.2. 100 µg anti-tumor necrosis factor α (TNFα) Antibodies, dissolved in one ml of the wash buffer, are then incubated over a Bound to the support for a period of 24 h at room temperature. Coupling yield 64%. For Deactivation, the carrier is washed several times with 0.1 M Tris-HCl buffer, pH 8.4 and then incubated for 12 h in 0.1 M Tris-HCl buffer / 5% glycerol, pH 7.5.
Der so gewonnene Träger wird zur Inaktivierung von TNFα, einem Pathogen, das ein starker Mediator für den septischen Schock ist, verwendet, indem der Träger mit Blut oder Serum in Kontakt gebracht wird und nach Bildung des TNFα durch einminütige Induktionsintervalle über einen Zeitraum von 10 min. induktiv aufgeheizt wird.The carrier thus obtained is used to inactivate TNFα, a pathogen that is a strong one Mediator for septic shock is used by the carrier with blood or serum in it Is brought in contact and after formation of the TNFα through one-minute induction intervals a period of 10 min. is heated inductively.
0,1 g induktiv aufheizbare Magnetpartikel, die gemäß Beispiel 2 hergestellt wurden, werden mit 0,1 g Bromcapronsäure, das in 2 ml 3 N NaOH gelöst ist, für 2 h bei 70% umgesetzt. Es folgt mehrfaches Waschen mit Wasser unter Zuhilfenahme eines jeweils magnetischen Abtrennschrittes. Der Träger wird sodann zweimal mit 0,005 M HCl gewaschen und anschließend mit 1 ml 0,1 M Morpholino-äthansulfonsäure-Puffer (MES), pH 4,2, in dem 20 mg N-Cyclohexyl-N'-(2-morpholinoäthyl)-carbodiimid-methyl-p-toluolsulfonat gelöst sind, für 30 min. inkubiert. Nach der Aktivierung wird der Träger fünfmal mit Eiswasser gewaschen und sodann mit einem ml 0,05 M Bicarbonat-Puffer, pH 8,6, der 0,03 mg gelöstes Streptavidin enthält, über 24 h bei Raumtemperatur inkubiert. Die Kopplungsausbeute 31% (ermitttelt) nach Lowry et al, Biol. Chem., 193, 2654, 1951).0.1 g of inductively heatable magnetic particles, which were produced according to Example 2, with 0.1 g of bromcaproic acid, which is dissolved in 2 ml of 3 N NaOH, reacted at 70% for 2 h. It follows repeated washing with water with the help of a magnetic one Separation step. The support is then washed twice with 0.005 M HCl and then with 1 ml of 0.1 M morpholino-ethanesulfonic acid buffer (MES), pH 4.2, in which 20 mg N-Cyclohexyl-N '- (2-morpholinoethyl) carbodiimide-methyl-p-toluenesulfonate are dissolved for 30 min. incubated. After activation, the carrier is washed five times with ice water and then with a ml of 0.05 M bicarbonate buffer, pH 8.6, the 0.03 mg of dissolved streptavidin contains, incubated for 24 h at room temperature. The coupling yield 31% (determined) according to Lowry et al, Biol. Chem., 193, 2654, 1951).
Der so gewonnene Träger ist in der Lage, biotinylierte DNA-Einzel- oder Doppelstränge zu binden, die nach den bekannten Methoden in der Genanalytik zur Sequenzierung benutzt werden können.The carrier obtained in this way is capable of producing biotinylated DNA single or double strands bind, which are used for the sequencing according to the known methods in gene analysis can.
2 ml einer 20 Gew.-%igen wäßrigen Gelatinelösung werden mit 150 mg Ni0,24Zn0,76Fe₂O₄ (Teilchengröße 30-80 nm, Tc = 75°C) versetzt und die Dispersion in 60 ml einer 5 Gew.-% enthaltenden Sorbitan-monooleat enthaltenen Toluol/Chloroform Mischung (40 : 60 Gew.-%) eingetragen. Nachdem durch Einleiten eines Argonstromes für 10 min. der Luftsauerstoff entfernt wurde, wird die Mischung unter Eiskühlung 2 min. gemäß Beispiel 2 mit Ultraschall behandelt und anschließend in einer 350 ml vorgekühlten Toluol/Chloroform/Sorbitan-monooelat Mischung entsprechend obiger Zusammensetzung unter Rühren (1000 U/min) eingetragen. Die Vernetzung der Gelatine-Ferrit-Tröpfchen geschieht durch anschließende Zugabe von 50 ml Glutaraldehyd-gesättigtem Toluol. Die Vernetzung wird unter Rühren bei 0°C über einen Zeitraum von 4 h durchgeführt. Danach wird mehrfach mit Isopropanol, 50%iger wäßriger Acetonlösung und schließlich dreimal mit 0,1 M Kaliumphosphat-Puffer pH 7,5, gewaschen. Es werden Magnetpartikel mit einer Teilchengröße von 2-5 µm und einem Magnetkolloidanteil von 33 Gew.-% erhalten. Die gewonnenen Teilchen lassen sich in dem gemäß Beispiel 1 beschriebenen Magnetfeld innerhalb einer Minute auf konstant 75°C aufheizen.2 ml of a 20% by weight aqueous gelatin solution are mixed with 150 mg of Ni 0.24 Zn 0.76 Fe₂O₄ (particle size 30-80 nm, Tc = 75 ° C) and the dispersion in 60 ml of 5% by weight containing sorbitan monooleate containing toluene / chloroform mixture (40: 60 wt .-%). After by introducing a stream of argon for 10 min. the atmospheric oxygen was removed, the mixture is cooled with ice for 2 min. treated with ultrasound according to Example 2 and then introduced into a 350 ml pre-cooled toluene / chloroform / sorbitan monooelate mixture corresponding to the above composition with stirring (1000 rpm). The gelatin-ferrite droplets are crosslinked by subsequently adding 50 ml of toluene saturated with glutaraldehyde. The crosslinking is carried out with stirring at 0 ° C. over a period of 4 h. Then it is washed several times with isopropanol, 50% aqueous acetone solution and finally three times with 0.1 M potassium phosphate buffer pH 7.5. Magnetic particles with a particle size of 2-5 μm and a magnetic colloid content of 33% by weight are obtained. The particles obtained can be heated to a constant 75 ° C. in the magnetic field described in Example 1 within one minute.
Die Aktivierung der Magnetpartikel mit 2 ml 0,1 M Kalium-Phosphat-Puffer, pH 8, der 12% Glutaraldehyd enthält, erfolgt für 4 h bei Raumtemperatur, der sich intensive Waschprozesse mit Wasser über einen Zeitraum von ca. einer Stunde anschließen.Activation of the magnetic particles with 2 ml 0.1 M potassium phosphate buffer, pH 8, the 12% Contains glutaraldehyde, takes place for 4 h at room temperature, which involves intensive washing processes Connect water for about an hour.
An die Glutaraldehyd aktivierten Träger können nach den bekannten Verfahren spezifische, gegen Viren gerichtete Antikörper durch mehrstündige Inkubation in einem 0,05 M Kalium-Phosphat- Puffer, pH 7,5-8,5, kovalent gebunden werden. Induktives Aufheizen der Magnetpartikel über einen Zeitraum von 10 min. bei 75°C führt zur Inaktivierung der Viren.Carriers activated to the glutaraldehyde can be counteracted by the known methods Virus-directed antibodies by incubation for several hours in a 0.05 M potassium phosphate Buffer, pH 7.5-8.5, are covalently bound. Inductive heating of the magnetic particles over a period of 10 min. at 75 ° C leads to inactivation of the viruses.
In eine gemäß Beispiel 4 hergestellte Gelatine-Suspension werden 140 mg eines Nickel-Zink- Ferrites mit der Zusammensetzung Ni0,73Zn0,27Fe₂O₄ (Teilchengröße 40-70 nm, Tc = 95°C) eingetragen und anschließend mit Glutaraldehyd vernetzt. Die so erhaltenen Magnetpartikel lassen sich unter den in Beispiel 1 dargelegten magnetischen Wechselfeldbedingungen innerhalb einer Minute auf konstant 95°C aufheizen. 50 mg des so erhaltenen Trägers werden entsprechend obigem Beispiel mit 12%iger Glutaraldehyd-Lösung umgesetzt und anschließend mit Wasser gewaschen. An den aktivierten Träger werden durch zehnstündige Inkubation bei 30°C 5 µg am 5'-Ende amino-modifizierte DNA, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, gekoppelt. Die Ausbeute beträgt 46%.140 mg of a nickel-zinc ferrite with the composition Ni 0.73 Zn 0.27 Fe 2 O 4 (particle size 40-70 nm, Tc = 95 ° C.) are introduced into a gelatin suspension prepared according to Example 4 and then crosslinked with glutaraldehyde. The magnetic particles thus obtained can be heated to a constant 95 ° C. within one minute under the magnetic alternating field conditions set out in Example 1. 50 mg of the carrier thus obtained are reacted with 12% glutaraldehyde solution according to the above example and then washed with water. 5 ug at the 5 'end amino-modified DNA, which was prepared according to Example 1, are coupled to the activated carrier by incubation for ten hours at 30 ° C. The yield is 46%.
Die immobilisierten DNA-Doppelstränge lassen sich durch dreiminütige Induktion bei 95°C gemäß Beispiel 1 in die Einzelstränge auftrennen, die sodann der herkömmlichen, weiteren Genanalyse zugänglich sind.The immobilized DNA double strands can be induction at 95 ° C for three minutes separate according to Example 1 into the single strands, which then the conventional, further Genetic analysis are accessible.
Ein von Pulfer und Gallo (In: "Scientific and Clinical Application of Magnetic Carriers", Häfeli et al. Hrsg., Plenum Press, New York, S. 445, 1997) beschriebenes Verfahren zur Herstellung von magnetischen Trägern wird in modifizierter Weise wie folgt benutzt: 4 ml einer 25 Gew.-%igen wäßrigen Dextranlösung (mittlere Molmasse 40.000) wird mit 1,2 ml 10 M NaOH versetzt und 3 ml einer wäßrigen MnZnFerrit-Emulsion (BASF, Teilchengröße ca. 12 nm) zugesetzt. Die Mischung wird für 2 min. gemäß Beispiel 2 unter Eiskühlung mit Ultraschall behandelt. Die Mischung wird sodann mittels einer Spritze in 80 ml herkömmlichem Baumwollsaatöl, das 0,3 g Polyoxyäthylen-Sorbitan-Monooleat enthält, eingespritzt und nochmals für 3 min. bei 0°C ultrabeschallt. Unter Rühren (2000 U/min) werden 200 ml Äther, in dem 4 g Bromcyan gelöst sind, zugegeben. Nach 15 min. werden die Magnetpartikel kurz abzentrifugiert und mehrfach mit Äther und Äthanol abwechselnd gewaschen. Die gewonnenen Partikel weisen eine Größe von 2-5 µm und einen Magnetanteil von 26 Gew.-% auf. Durch Anlegen des magnetischen Wechselfeldes gemäß Beispiel 1 können die Magnetpartikel innerhalb von 2 min. auf Temperaturen <100°C aufgeheizt werden.One by Pulfer and Gallo (In: "Scientific and Clinical Application of Magnetic Carriers", Häfeli et al. Ed., Plenum Press, New York, p. 445, 1997) of magnetic carriers is used in a modified manner as follows: 4 ml of a 25 wt .-% aqueous dextran solution (average molecular weight 40,000) with 1.2 ml of 10 M NaOH and 3 ml of an aqueous MnZnFerrit emulsion (BASF, particle size approx. 12 nm) added. The mixture is for 2 min. according to Example 2 under ice cooling with ultrasound treated. The mixture is then made into a conventional 80 ml syringe Cottonseed oil containing 0.3 g polyoxyethylene sorbitan monooleate is injected and again for 3 min. sonicated at 0 ° C. With stirring (2000 rpm), 200 ml of ether, in the 4 g of cyanogen bromide are added. After 15 min. the magnetic particles become short centrifuged and washed several times alternately with ether and ethanol. The won Particles have a size of 2-5 µm and a magnetic component of 26% by weight. By Applying the alternating magnetic field according to Example 1, the magnetic particles can within from 2 min. be heated to temperatures <100 ° C.
0,1 g der erhaltenen Dextranpartikel werden anschließend mit 2 ml 0,2 M Bicarbonat-Puffer, pH 11,3, in dem 10% Bromcyan gelöst sind, für 15 min. aktiviert. Nach mehrmaligem Waschen mit Wasser und dem Aktivierungs-Puffer wird der Träger für 10 h in 2 ml 0,2 M Bicarbonat-Puffer, pH 9,0, der 20 Gew.-% Aminocapronsäure enthält, bei 4°C inkubiert. Der mehrfach mit Wasser gewaschene, carboxylierte Träger wird zweimal in 0,005 M HCl inkubiert, einmal mit Wasser nachgewaschen und sodann mit 2 ml 20 mg N-Cyclohexyl-N'-(2-morpholinoäthyl)-carbodiimidmethyl- p-toluolsulfonat enthaltendem 0,1 MES Puffer, pH 4,2, für 30 min. bei Raumtemperatur aktiviert. Es wird fünfmal mit Eiswasser gewaschen, gefolgt von einer 24stündigen Inkubation eines 2 ml 10 µg Streptavidin enthaltenden 0,05 M Phosphat-Puffers, pH 8,5. Die Kopplungsausbeute beträgt 67%.0.1 g of the dextran particles obtained are then mixed with 2 ml of 0.2 M bicarbonate buffer, pH 11.3, in which 10% cyanogen bromide are dissolved, for 15 min. activated. After washing several times Water and the activation buffer, the carrier for 10 h in 2 ml of 0.2 M bicarbonate buffer, pH 9.0, which contains 20 wt .-% aminocaproic acid, incubated at 4 ° C. The multiple times with water washed, carboxylated carrier is incubated twice in 0.005 M HCl, once with water washed and then with 2 ml of 20 mg of N-cyclohexyl-N '- (2-morpholinoethyl) carbodiimide methyl 0.1 MES buffer pH 4.2 containing p-toluenesulfonate for 30 min. at room temperature activated. It is washed five times with ice water, followed by a 24 hour incubation a 0.05 M phosphate buffer, pH 8.5, containing 2 ml of 10 μg streptavidin. The coupling yield is 67%.
Der so gewonnene Träger bindet biotinylierte DNA-Fragmente, die mit Hilfe eines 1 M NaCl enthaltenden 0,1 M Glycin-NaOH-Puffers, pH 9,0 in Verbindung mit mehrmaligem, kurzem induktivem Aufheizens (<1 min.) weitgehend quantitativ eluiert werden können.The carrier obtained in this way binds biotinylated DNA fragments, which are removed using a 1 M NaCl containing 0.1 M glycine-NaOH buffer, pH 9.0 in combination with repeated, short inductive heating (<1 min.) can be eluted largely quantitatively.
0,05 g nach Beispiel 6 hergestellter Dextran-Träger werden mit Bromcyan und N-Cyclohexyl- N'-(2-morpholinoäthyl)-carbodiimid-methyl-p-toluolsulfonat gemäß obiger Darstellungsweise akiviert und mit 1 ml 0,05 M Phosphat-Puffer, pH 8,5, in dem 10 µg eines gegen das Bakterium Mycobacterium Tuberculosis gerichteten Antikörpers gelöst sind, 30 h bei 4°C inkubiert. Die beschichteten Träger sind in der Lage, Tuberkulose Bakterien zu binden, die anschließend durch eine dreiminütige Induktion gemäß Beispiel 1 inaktiviert werden.0.05 g of dextran carrier prepared according to Example 6 are mixed with cyanogen bromide and N-cyclohexyl N '- (2-morpholinoethyl) carbodiimide-methyl-p-toluenesulfonate according to the above representation activated and with 1 ml 0.05 M phosphate buffer, pH 8.5, in which 10 µg one against the bacterium Mycobacterium tuberculosis-directed antibody are dissolved, incubated at 4 ° C. for 30 h. The Coated carriers are able to bind tuberculosis bacteria, which are subsequently caused by a three minute induction can be inactivated according to Example 1.
20 ml einer 2%igen wäßrigen Na-Alginatlösung (MW 70.000), die 0,1%ige Polyvinylalkohol (MW 22.000) enthält, werden mit 150 mg Magnetit (Teilchengröße 8-15 nm), das nach der Vorschrift von Kang et al. (Chem. Mater., 8, 2209, 1996) hergestellt wurden, versetzt und 3 min. unter Eiskühlung mit Ultraschall behandelt. Nach einem zweiminütigem Intervall unter ständiger Kühlung werden 50 µg Insulin (MW 5777, 25 E/mg) zu der Suspension gegeben, die sodann nochmal für zwei min. unter Kühlung beschallt wird. Die Mischung wird sodann in 220 ml Siliconöl (Viskosität20°C : 100 mPa.s), in dem 10 Vol.-% Polyäthylenpolypropylen- Blockcopolymeres (Pluronic® 6200) gelöst sind, unter kurzem Rühren eingetragen und danach dreimal für je eine Minute mit jeweils einer Minute Intervall unter ständigem Kühlen beschallt. Die Mischung wird danach intensiv gerührt (3000 U/min). Nach 10 Sekunden werden 40 ml einer 0,2 M CaCl₂-Lösung zugetropft und die Suspension nach erfolgter Zugabe der CaCl₂-Lösung für eine Minute weitergerührt. Der Polymerträger wird sodann durch kurzes Abzentrifugieren von der Dispergierlösung abgetrennt. Dem folgt mehrmaliges Waschen mit einer 10%igen NaCl-Lösung und einer Phosphat-gepufferten Salzlösung, pH 7,2. Es werden 4-12 µm große Magnetpartikel erhalten, die eine Insulin-Einkapselungsausbeute von <60% aufweisen. Eine 50 Gew.-%ige wäßrige Suspension der Teilchen läßt sich innerhalb von 10 min. in dem in Beispiel 1 beschriebenen Hochfrequenzfeld auf Temperaturen von <50°C aufheizen.20 ml of a 2% aqueous Na alginate solution (MW 70,000) containing 0.1% polyvinyl alcohol (MW 22,000) are mixed with 150 mg of magnetite (particle size 8-15 nm), which according to the instructions of Kang et al. (Chem. Mater., 8, 2209, 1996) were prepared, added and 3 min. treated with ultrasound under ice cooling. After a two-minute interval with constant cooling, 50 µg insulin (MW 5777, 25 U / mg) are added to the suspension, which is then again for two minutes. is sonicated with cooling. The mixture is then introduced into 220 ml of silicone oil (viscosity 20 ° C .: 100 mPa.s) in which 10% by volume of polyethylene-polypropylene block copolymer (Pluronic® 6200) are dissolved, with brief stirring, and then three times for one minute each sonicated at one minute intervals with constant cooling. The mixture is then stirred vigorously (3000 rpm). After 10 seconds, 40 ml of a 0.2 M CaCl₂ solution are added dropwise and the suspension is stirred for a minute after the addition of the CaCl₂ solution. The polymer carrier is then separated from the dispersing solution by centrifuging briefly. This is followed by repeated washing with a 10% NaCl solution and a phosphate-buffered saline solution, pH 7.2. Magnetic particles with a size of 4-12 μm are obtained, which have an insulin encapsulation yield of <60%. A 50 wt .-% aqueous suspension of the particles can be within 10 min. heat to temperatures of <50 ° C in the high-frequency field described in Example 1.
Die Magnetpartikel können als Medikamentendepot verwendet werden, wobei sich durch das induktive Aufheizen die Insulinabgabe in Abhängigkeit von der Temperatur und Heizdauer um den Faktor 1,5-2 beschleunigen läßt.The magnetic particles can be used as a medication depot Inductive heating up the insulin release depending on the temperature and heating time accelerates the factor 1.5-2.
10 ml einer 10%igen Stärkelösung werden bei 90°C mit 350 mg Polyvinylpyrrolidon (MW 15 000) stabilisiertem MnCr₂O₄ (Teilchengröße 30-85 nm, Tc = 77°C) versetzt und 3 min. mit Ultraschall gemäß Beispiel 2 behandelt. Die Mischung wird sodann in 100 ml auf 80°C vorgeheiztes Pflanzenöl, das 4 ml eines Polyäthylenpolypropylen-Blockcopolymeren (Pluronic® 6100) enthält, eingerührt (2000 U/min). Nach 2 min. wird die Mischung mit Hilfe eines Eisbades unter Rühren abgekühlt. Es fallen feste 1-4 µm große Partikel mit einem Magnetanteil von 31% an, die durch abwechselndes Suspendieren in Eiswasser und 50% wäßriger Acetonlösung mehrfach gewaschen werden. Das im Vakuum getrocknete Produkt wird anschließend mit 3 ml Epichlorhydrin und 5 ml 4 M NaOH für 2 h bei 55°C vernetzt. Dem schließt sich intensives, abwechselndes Waschen mit Wasser und wäßriger Acetonlösung an. Um restliche Oxirangruppen zu entfernen, erfolgt eine 24stündige Inkubation des Trägers in 0,1 M Tris-HCl-Puffer, pH 8,5. Nach mehrmaligem Waschen mit Wasser und 0,1 M Bicarbonat-Puffer, pH 11,3, werden 100 mg der zuvor im Vakuum getrockneten Magnetpartikel durch eine 15minütige Umsetzung mit 30 mg Bromcyan in 2 ml 0,1 M Bicarbonat-Puffer, pH 11,3, bei Raumtemperatur aktiviert. Nach mehrmaligem Waschen mit dem Aktivierungspuffer und Wasser wird durch zwölfstündige Inkubation von 1,5 ml 20 µg anti-CEA-Antikörper (Carcinoembryonales Antigen) enthaltendem 0,1 M Bicarbonat-Puffer, pH 8,5, bei 4°C ein Träger gewonnen, der in der Lage ist, CEA tragende Tumorzellen spezifisch zu binden. Durch vierminütiges induktives Aufheizen gemäß Beispiel 1 lassen sich die Tumorzellen gänzlich inaktiviert.10 ml of a 10% starch solution are mixed with 350 mg polyvinylpyrrolidone (MW 15,000) stabilized MnCr₂O₄ (particle size 30-85 nm, Tc = 77 ° C) and 3 min. With Ultrasound treated according to Example 2. The mixture is then in 100 ml at 80 ° C. preheated vegetable oil containing 4 ml of a polyethylene polypropylene block copolymer (Pluronic® 6100) contains, stirred in (2000 rpm). After 2 min. the mixture is made using an ice bath cooled with stirring. Solid 1-4 µm particles with a magnetic content of 31% fall by alternately suspending in ice water and 50% aqueous acetone solution be washed several times. The product dried in vacuo is then 3 ml Epichlorohydrin and 5 ml 4 M NaOH crosslinked at 55 ° C for 2 h. This includes intense alternate washing with water and aqueous acetone solution. For remaining oxirane groups to remove, the carrier is incubated for 24 hours in 0.1 M Tris-HCl buffer, pH 8.5. After washing several times with water and 0.1 M bicarbonate buffer, pH 11.3 100 mg of the magnetic particles previously dried in a vacuum by reaction for 15 minutes 30 mg cyanogen bromide in 2 ml 0.1 M bicarbonate buffer, pH 11.3, activated at room temperature. After Repeated washing with the activation buffer and water is done by twelve hours Incubate 1.5 ml containing 20 µg anti-CEA antibody (Carcinoembryonic Antigen) 0.1 M bicarbonate buffer, pH 8.5, obtained at 4 ° C a carrier that is able to CEA specifically bind supporting tumor cells. By induction heating for four minutes in accordance with Example 1, the tumor cells can be completely inactivated.
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