DE4433980C2 - Process and biosensor hit for investigating the interaction of biomolecules by means of surface plasma resonance - Google Patents

Process and biosensor hit for investigating the interaction of biomolecules by means of surface plasma resonance

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Untersuchung der biospezifischen Wechselwirkung von Molekülen.The invention relates to the study of biospecific interaction of molecules.

Die Analyse intermolekularer Wechselwirkungen von Makromolekülen, z. B. (Poly)Peptid-(Poly)Peptid- oder (Poly)-Peptid-DNA-Interaktionen wurde in der Vergangenheit im allgemeinen unter Gleichgewichtsbedingungen statt. Die Untersuchung kinetischer Parameter konnte bis vor kurzem, mit wenigen Ausnahmen, nicht oder nur mit Schwierigkeiten durchgeführt werden, weil sie größere Mengen und einen höheren Reinheitsgrad der Makromoleküle erforderte bzw. weil die vorhandenen Methoden, wie die Affinitätschromatographie oder immunologische Methoden, nicht schnell genug sind, um biospezifische Wechselwirkungen zu verfolgen.The analysis of intermolecular interactions of Macromolecules, e.g. B. (poly) peptide (poly) peptide or (Poly) peptide-DNA interactions have been demonstrated in the Past in general under Equilibrium conditions take place. The investigation until recently, kinetic parameter could be with few exceptions, not or only with difficulty be carried out because they are larger quantities and one a higher degree of purity of the macromolecules required or because the existing methods like that Affinity chromatography or immunological methods, are not fast enough to be biospecific To track interactions.

Eine kürzlich entwickelte Methode beruht auf dem optischen Phänomen der Oberflächen-Plasmon-Resonanz ("Surface Plasmon Resonance", SPR). Die Auswertung von optischen Signalen, die mit Veränderungen des Brechungsindex an der biospezifischen Grenzfläche korrelieren und die bei Konzentrationsänderungen der Makromoleküle, hervorgerufen z. B. durch Bindung der Reaktionspartner aneinander, erhalten werden, ermöglicht nunmehr, diese Analyse in Echtzeit durchzuführen. Dabei kann mit geringeren Mengen an Makromolekülen ohne radioaktive oder fluoreszierende Markierungen gearbeitet werden, und es werden auch an die Reinheit des Makromoleküls weniger hohe Anforderungen gestellt. Diese Methode wurde u. a. in den PCT-Anmeldungen WO 90/05295 und WO 90/05303 geoffenbart.A recently developed method is based on the optical phenomenon of surface plasmon resonance ("Surface Plasmon Resonance", SPR). The evaluation of optical signals with changes in the Refractive index at the biospecific interface correlate and that with changes in concentration of the Macromolecules, e.g. B. by binding the Reactants to each other, are obtained now enables this analysis in real time perform. This can be done with smaller amounts Macromolecules without radioactive or fluorescent Markings will be worked, and there will be too the purity of the macromolecule is less high Requirements. This method has been used. a. in the PCT applications WO 90/05295 and WO 90/05303 revealed.

Das am weitesten verbreitete System, das auf der "Surface Plasmon Resonance"-Methode beruht und kommerziell erhältlich ist (BIACoreTM, Pharmacia Biosensor), weist als eines der Hauptelemente neben dem optischen System und den Probentransporteinrichtungen eine Biosensoreinheit in Form eines sog. Biosensor- Chips auf. Dieser besteht aus einem Glasträger, der auf einer Seite eine Goldschicht aufweist, an welche über eine mit Linkergruppen versehene Sperrschicht kovalent eine Hydrogelmatrix aus Carboxymethyl-Dextran gebunden ist. Die Hydrogelmatrix dient einerseits der Immobilisierung eines der Reaktionspartner, andererseits der Bereitstellung des für die Analyse der biospezifischen Wechselwirkung des immoblisierten Makromoleküls mit seinem Reaktionspartner erforderlichen Milieus (Stenberg et al., 1991).The most widespread system, which is based on the "surface plasmon resonance" method and is commercially available (BIACore TM , Pharmacia Biosensor), has as one of the main elements, in addition to the optical system and the sample transport devices, a biosensor unit in the form of a so-called biosensor. Chips on. This consists of a glass carrier which has a gold layer on one side, to which a hydrogel matrix made of carboxymethyl-dextran is covalently bound via a barrier layer provided with linker groups. The hydrogel matrix serves on the one hand to immobilize one of the reaction partners and on the other hand to provide the environment required for the analysis of the biospecific interaction of the immobilized macromolecule with its reaction partner (Stenberg et al., 1991).

Zur Immobilisierung eines der Reaktionspartner, der im allgemeinen ein (Poly)Peptid ist, an die Hydrogelmatrix wurden bisher die folgenden Methoden verwendet:To immobilize one of the reaction partners, which is in the is generally a (poly) peptide attached to the hydrogel matrix So far, the following methods have been used:

  • 1. Direkte, irreversible Immobilisierung an die Hydrogel-Oberfläche des Biosensorchips mittels chemischer Methoden.1. Direct, irreversible immobilization to the Hydrogel surface of the biosensor chip by means of chemical methods.
  • 2. Direkte, irreversible Immobilisierung des biotinylierten Reaktionspartners an hydrogelgebundenes Streptavidin oder Avidin.2. Direct, irreversible immobilization of the biotinylated reactant hydrogel-bound streptavidin or avidin.
  • 3. Indirekte, reversible Immobilisierung durch Bindung über einen hydrogelgebundenen Antikörper des Reaktionspartners.3. Indirect, reversible immobilization by binding via a hydrogel-bound antibody of Reaction partner.

Diese Verfahren weisen jedoch verschiedene Nachteile auf: Verfahren 1) ist von dem Risiko behaftet, daß aufgrund der nicht-gerichteten chemischen Reaktion zwischen hydrogelbildender Substanz und dem (Poly)Peptid, die, in Abhängigkeit der verwendeten Methode, bevorzugt an primären Aminogruppen, Kohlenhydratgruppen oder freien Thiolgruppen des (Poly)Peptids stattfindet, dessen biologische und/oder biophysikalische Eigenschaften in einer nicht oder nur schwer definierbaren Weise beeinflußt werden. Das kann zur Folge haben, daß das immobilisierte (Poly)Peptid nicht bzw. nicht vollständig in seiner nativen, biologisch aktiven Form vorliegt, weil z. B. der Abschnitt des Moleküls, der mit dem Reaktionspartner interagieren soll, durch eine chemische Gruppierung blockiert oder aufgrund einer Konformationsänderung des Moleküls unzugänglich geworden ist. Da für die Biotinylierung von Makromolekülen grundsätzlich ähnliche Methoden wie für die Kopplung von (Poly)Peptiden verwendet werden, treffen diese Nachteile und somit die Beschränkungen des Verfahrens auch auf das unter 2) angeführte Verfahren zu. Beide Verfahren weisen den zusätzlichen Nachteil auf, daß eine Regeneration der Hydrogeloberfläche, die eine wesentliche Vereinfachung des Verfahrens bei der Durchführung von Serienanalysen mit demselben (Poly)peptid darstellen würde, unter Beibehaltung der biologischen und biophysikalischen Aktivität sehr schwierig ist.However, these methods have several disadvantages on: Procedure 1) is fraught with the risk that due to the non-directed chemical reaction between hydrogel-forming substance and the (Poly) peptide, which, depending on the used Method, preferably on primary amino groups, Carbohydrate groups or free thiol groups of  (Poly) peptide takes place, its biological and / or biophysical properties in a non or only difficult to define. That can result in the immobilized (poly) peptide not or not completely in its native, biologically active form because z. B. the Section of the molecule associated with the reactant to interact through a chemical grouping blocked or due to a change in the conformation of the Molecule has become inaccessible. As for the Fundamentally biotinylation of macromolecules Similar methods as for the coupling of (Poly) peptides are used to meet these Disadvantages and thus the limitations of the procedure also to the procedure mentioned under 2). Both Methods have the additional disadvantage that a regeneration of the hydrogel surface, the one essential simplification of the procedure at Carrying out series analyzes with the same Would represent (poly) peptide while maintaining the biological and biophysical activity very much is difficult.

Diese Nachteile können durch Verwendung von Antikörpern (Verfahren 3) umgangen werden, wobei prinzipiell dieselben Verfahren angewendet werden, wie bei Sandwich-Immunoassays, z. B. in der ELISA (Enzyme linked Immuno-sorbent Assay)-Technik. Die Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch durch das Erfordernis der Verfügbarkeit von monoklonalen, hochaffinen Antikörpern mit Spezifität für das (Poly)Peptid eingeschränkt. Eine weitere Beschränkung besteht darin, daß die Antikörper nicht mit Epitopen interagieren dürfen, die für die Wechselwirkung mit den zu untersuchenden Reaktionspartnern von Bedeutung sind.These drawbacks can be overcome by using antibodies (Procedure 3) are avoided, in principle the same procedures are used as for Sandwich immunoassays, e.g. B. in the ELISA (enzyme linked Immunosorbent Assay) technique. The application of this However, the procedure is required by the Availability of monoclonal, high affinity antibodies restricted with specificity for the (poly) peptide. A another limitation is that the antibodies are not allowed to interact with epitopes for which Interaction with those to be examined Reaction partners are important.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und verbesserte Mittel zur Untersuchung der Wechselwirkung von (Poly)Peptiden mit Reaktionspartnern mittels SPR bereitzustellen.The present invention was based on the object an improved method and means for studying the interaction of (Poly) peptides with reactants using SPR to provide.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 17 gelöst.This object is solved by the features of claims 1 and 17, respectively.

Es stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, Proteine, deren Sequenz aufgeklärt ist, unter Verwendung gentechnischer Methoden als Fusionsproteine mit Sequenzabschnitten, die hohe Affinität für einen Liganden aufweisen (sog. Affinitätspeptiden) herzustellen. Die immobilisierte Metallchelat- Affinitätschromatographie (IMAC) ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Reinigung von Proteinen und Peptiden, bei dem derartige Fusionsproteine mittels Affinitätspeptid an immobilisierte Metallchelate gebunden werden. Unter den verschiedenen Chelatbildnern aus der Gruppe der Iminodiessigsäurederivate zeigen Nitrilotriessigsäurederivate besonders vorteilhafte Eigenschaften, zu denen die extrem hohe Affinität für bestimmte Metallionen, z. B. Cu2+, Ni2+ oder Zn2+ gehört. Breite Anwendung fand bislang dieses Verfahren unter Verwendung von Nickel als Metallion und Nitrilotriessigsäure als Komplexbildner in der Reinigung rekombinanter Fusionsproteine, die ein Affinitätspeptid mit mindestens einem Histidinrest direkt oder indirekt gebunden aufweisen. Derartige Reinigungsverfahren rekombinanter Proteine wurden unter anderem in den europäischen Patentanmeldungen Nr. 184 355 (wobei Iminodiessigsäure als Komplexbildner verwendet wird) und Nr. 282 042 (wobei Nitrilotriessigsäure und Proteine mit einem Affinitätspeptid mit mindestens zwei benachbarten Histidinresten beschrieben werden) geoffenbart. There are various methods available for producing proteins whose sequence has been elucidated using genetic engineering methods as fusion proteins with sequence segments which have high affinity for a ligand (so-called affinity peptides). Immobilized metal chelate affinity chromatography (IMAC) is a widely used method for the purification of proteins and peptides, in which such fusion proteins are bound to immobilized metal chelates by means of affinity peptide. Among the various chelating agents from the group of iminodiacetic acid derivatives, nitrilotriacetic acid derivatives show particularly advantageous properties, to which the extremely high affinity for certain metal ions, e.g. B. Cu 2+ , Ni 2+ or Zn 2+ heard. So far, this method has been widely used using nickel as metal ion and nitrilotriacetic acid as complexing agent in the purification of recombinant fusion proteins which have an affinity peptide bound directly or indirectly to at least one histidine residue. Such purification methods of recombinant proteins have been disclosed, inter alia, in European patent applications No. 184 355 (using iminodiacetic acid as a complexing agent) and No. 282 042 (describing nitrilotriacetic acid and proteins with an affinity peptide with at least two adjacent histidine residues).

Zur Lösung der im Rahmen der vorliegenden Erfindung gestellten Aufgabe wurde von der Überlegung ausgegangen, das von der Metallchelat- Affinitätschromatographie bekannte Prinzip für die SPR- Methode auszunutzen.To solve the problem within the scope of the present invention task was posed by consideration assumed that the metal chelate Affinity chromatography known principle for the SPR Method to exploit.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Untersuchung der Wechselwirkung eines (Poly)Peptids mit einem Reaktionspartner mittels einer Biosensoreinheit, in welcher die durch die Wechselwirkung ausgelöste Oberflächen-Plasmon-Resonanz in einer metallischen Schicht an der Grenzfläche zweier für elektromagnetische Strahlung durchlässiger Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex bestimmt wird, wobei das Medium mit geringerem Brechungsindex ein wässeriges Medium ist, in welchem das (Poly)Peptid in immobilisierter Form vorliegt und mit dem Reaktionspartner in Berührung gebracht wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das (Poly)Peptid über ein Metallchelat immobilisiert ist.The present invention thus relates to a method to study the interaction of a (poly) peptide with a reactant using a Biosensor unit, in which the through the Interaction triggered surface plasmon resonance in a metallic layer at the interface of two media permeable to electromagnetic radiation is determined with a different refractive index, the medium with a lower refractive index is aqueous medium in which the (poly) peptide in immobilized form and with the Reaction partner is brought into contact. The The method is characterized in that the (Poly) peptide is immobilized via a metal chelate.

Die Erfindung betrifft zur Verwendung in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem weiteren Aspekt eine Biosensoreinheit für die Untersuchung der Wechselwirkung eines (Poly)Peptids mit einem Reaktionspartner mittels Bestimmung der Oberflächen- Plasmon-Resonanz in einer metallischen Schicht an der Grenzfläche zweier für elektromagnetische Strahlung durchlässiger Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex, wobei das Medium mit geringerem Brechungsindex ein wässeriges Medium ist. Die Biosensoreinheit ist dadurch gekennzeichnet, daß an seine dem wässerigen Medium zugewandte Oberfläche ein Chelatbildner gebunden ist. The invention relates to use in the method according to a of claims 1 to 8 in a further aspect Biosensor unit for the investigation of Interaction of a (poly) peptide with one Reaction partner by determining the surface Plasmon resonance in a metallic layer on the Interface two for electromagnetic radiation permeable media with different Refractive index, the medium being lower Refractive index is an aqueous medium. The Biosensor unit is characterized in that its surface facing the aqueous medium Chelating agent is bound.  

In einem bevorzugten Aspekt ist die wässerige Phase eine biokompatible poröse Matrix, insbesondere ein Hydrogel. Hinsichtlich der Hydrogelbildner besteht grundsätzlich keine Beschränkung, sofern ihre Eignung für das SPR-Verfahren, insbesondere im Hinblick auf die erforderliche Diffusion der Biomoleküle in der Hydrogelmatrix, grundsätzlich gegeben ist. Beispiele für geeignete Hydrogelbildner sind Polysaccharide, wie Agarose, Dextran, Carragen, Alginate, Stärke, Zellulose bzw. Derivate dieser Polysaccharide, wie z. B. Carboxymethylderivate, oder wasserquellbare organische Polymere, wie Polyvinylalkohol, Polyacrylsäure, Polyacrylamid oder Polyethylenglycol.In a preferred aspect, the aqueous phase a biocompatible porous matrix, especially a Hydrogel. With regard to the hydrogel formers basically no restriction, provided their suitability for the SPR process, especially with regard to the required diffusion of the biomolecules in the Hydrogel matrix, is basically given. Examples suitable hydrogel formers are polysaccharides, such as Agarose, dextran, carragen, alginates, starch, cellulose or derivatives of these polysaccharides, such as. B. Carboxymethyl derivatives, or water-swellable organic Polymers, such as polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, Polyacrylamide or polyethylene glycol.

Ein besonders geeignetes Hydrogel besteht aus Dextran, welches im Hinblick auf die kovalente Bindung des (Poly)Peptids mit reaktiven Gruppen, z. B. Hydroxyl-, Carboxyl-, Amino-, Aldehyd-, Carbonyl-, Epoxy- oder Vinylgruppen, versehen ist. Die Ausführung der Hydrogelschicht und deren Bindung an die Metallschicht, welche gegebenenfalls über eine organische Sperrschicht erfolgt, wurde u. a. in der PCT-Anmeldung WO 90/05303 sowie von Löfas und Johnsson, 1990, beschrieben. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Chelatbildner an die reaktiven Gruppen des Hydrogels gebunden.A particularly suitable hydrogel consists of dextran, which with regard to the covalent bond of the (Poly) peptide with reactive groups, e.g. B. hydroxyl, Carboxyl, amino, aldehyde, carbonyl, epoxy or Vinyl groups, is provided. The execution of the Hydrogel layer and its binding to the metal layer, which may have an organic barrier layer was done u. a. in PCT application WO 90/05303 as well as by Löfas and Johnsson, 1990. In the preferred embodiment of the invention is the Chelating agents to the reactive groups of the hydrogel bound.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Hydrogelbildner ein Dextran, das als reaktive Gruppen Carboxymethylgruppen aufweist.In a particularly preferred embodiment, the Hydrogel former is a dextran that acts as reactive groups Has carboxymethyl groups.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das (Poly)Peptid ein Fusions-(Poly)Peptid, das neben seinem biologisch aktiven Abschnitt ein Affinitätspeptid aufweist, das mindestens zwei benachbarte Histidinreste enthält. In diesem Fall ist der Chelatbildner ein Nitrilotriessigsäure(NTA)-Derivat der allgemeinen Formel Y-R-CH(COOH)-N(CH₂COO-)₂, wobei R eine aliphatische oder aromatische Gruppe oder eine Oxyethylengruppe sein kann und dahingehend ausgewählt wird, daß einerseits die Komplexierungsfähigkeit im Vergleich zum ungebundenen NTA möglichst wenig beeinflußt und andererseits der Abstand zur Oberfläche der Biosensoreinheit genügend gering ist, um die SPR- Phänomene nicht zu irritieren. Y ist eine reaktive Gruppe, mit der der Chelatbildner an die Oberfläche der Biosensoreinheit, insbesondere an die in der Hydrogelmatrix enthaltenen reaktiven Gruppen, gebunden wird. Die reaktive Gruppe des Chelatbildners wird somit auf die reaktiven Gruppen Oberfläche der Biosensoreinheit, insbesondere der Hydrogelmatrix abgestellt; besonders bevorzugt ist als reaktive Gruppe Y eine NH₂-Gruppe, die an die modifizierten Carboxymethylgruppen des Dextrans bindet. Andere reaktive Gruppen Y, die zur kovalenten Bindung geeignet sind, sind SH-Gruppen, die in eine stabile Thioetherbindung überführt werden können. Diese Thioetherbindung ist der Disulfidbindung unter Berücksichtigung der Stabilität in Gegenwart reduzierender Agenzien, wie z. B. Mercaptoethanol, das häufig in der Reinigung oder Synthese von (Poly)Peptiden verwendet wird, überlegen.In a further preferred embodiment, this is (Poly) peptide is a fusion (poly) peptide that is next to its biologically active section an affinity peptide has at least two adjacent histidine residues contains. In this case the chelating agent is on  Nitrilotriacetic acid (NTA) derivative of the general Formula Y-R-CH (COOH) -N (CH₂COO-) ₂, where R is a aliphatic or aromatic group or a May be oxyethylene group and selected accordingly is that on the one hand the ability to complex in As little as possible compared to the unbound NTA influenced and on the other hand the distance to the surface the biosensor unit is sufficiently small to prevent the SPR Not to irritate phenomena. Y is a reactive one Group with which the chelating agent reaches the surface of the Biosensor unit, in particular to those in the Hydrogel matrix containing reactive groups, bound becomes. The reactive group of the chelating agent thus becomes on the reactive groups surface of the Biosensor unit, in particular the hydrogel matrix switched off; is particularly preferred as a reactive group Y is an NH₂ group that the modified Carboxymethyl groups of dextran binds. Other reactive groups Y, which are suitable for covalent bonding are, SH groups are in a stable Thioether bond can be transferred. These Thioether bond is below the disulfide bond Taking into account stability in the present reducing agents, such as. B. mercaptoethanol, the often in the purification or synthesis of (Poly) peptides used is superior.

Der Chelatbildner kann über seine reaktiven Gruppen mittels für die Kopplung von (Poly)Peptiden bekannter Methoden, z. B. mittels N-Hydroxysuccinimid (NHS) und N-Ethyl-N′-(dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDC) (s. z. B. Cuatrecasas und Parikh, 1972), an das Hydrogel gebunden werden.The chelating agent can be via its reactive groups known for the coupling of (poly) peptides Methods, e.g. B. using N-hydroxysuccinimide (NHS) and N-ethyl-N ′ - (dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) (see e.g. B. Cuatrecasas and Parikh, 1972) to the hydrogel be bound.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Chelatbildner sind in der US-A-4,877,830, der EP-A 253 303, der WO 90/12803 sowie in den Arbeiten von Hochuli und Piesecki, 1992, und Yokoyama et al., 1993, beschrieben. Bevorzugt ist als Metallion Nickel, es kommen jedoch als Metallionen auch Kobalt-, Mangan- oder Kupferionen in Frage.Suitable in the context of the present invention Chelating agents are described in US-A-4,877,830  EP-A 253 303, WO 90/12803 and in the work of Hochuli and Piesecki, 1992, and Yokoyama et al., 1993, described. Nickel as the metal ion is preferred However, cobalt and manganese or copper ions in question.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist als NTA-Derivat die von Hochuli et al., 1987, beschriebene N-(5-Amino-1-carboxypentyl) iminodiessigsäure und als damit komplexiertes Metallion Nickel.Particularly within the scope of the present invention the preferred NTA derivative is that of Hochuli et al., 1987, N- (5-amino-1-carboxypentyl) described iminodiacetic acid and as a complexed metal ion Nickel.

Bezüglich der Herstellung der Fusions-(Poly)Peptide, die im Hinblick auf die Bindungsfähigkeit an das bevorzugte Metallchelat mindestens zwei benachbarte Histidinreste aufweisen und auf die die vorliegende Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform angewendet wird (sog. "His-Tag-Proteine"), wird auf die europäische Patentanmeldung EP-A-282 042 verwiesen; Beispiele dafür sind (His)₆-Proteine, in denen das Affinitätspeptid sechs Histidinreste nebeneinander aufweist.Regarding the production of the fusion (poly) peptides, with regard to the ability to bind to the preferred metal chelate at least two adjacent Histidine residues and to which the present Invention in its preferred embodiment is applied (so-called "His-Tag proteins"), is applied to the European patent application EP-A-282 042; Examples of this are (His) ₆ proteins in which the Affinity peptide six histidine residues side by side having.

Im Prinzip ist auch eine direkte Kopplung des Chelatbildners an die Metalloberfläche des Biosensorchips, gegebenenfalls über eine reaktive Gruppen aufweisende organische Sperrschicht, möglich. Bezüglich solcher Sperrschichten wird auf die Offenbarung der WO 90/05303 verwiesen.In principle, a direct coupling of the Chelating agent on the metal surface of the Biosensor chips, possibly via a reactive one Group-containing organic barrier layer possible. With regard to such barrier layers, reference is made to the Disclosure of WO 90/05303 referenced.

Die Immobilisierung des (Poly)Peptids in der Hydrogelmatrix ist jedoch generell bevorzugt, vor allem deshalb, weil sie aufgrund ihrer Struktur eine den physiologischen Verhältnissen im Zellinneren recht ähnliche Struktur darstellt und dadurch für die Untersuchung der Wechselwirkung von Biomolekülen die natürliche Umgebung angenähert wird. Immobilization of the (poly) peptide in the However, hydrogel matrix is generally preferred, especially because because of their structure they physiological conditions inside the cell represents a similar structure and thus for the Investigation of the interaction of biomolecules natural environment is approximated.  

Die vorliegende Erfindung weist den entscheidenden Vorteil auf, daß die Biosensoroberfläche vollständig regenerierbar ist. Damit ist es möglich, Serienversuche unter vergleichbaren Bedingungen durchzuführen.The present invention has the crucial point Advantage in that the biosensor surface is complete is regenerable. This makes it possible to carry out series tests to be carried out under comparable conditions.

Die erfindungsgemäße Biosensoreinheit erfüllt die folgenden, an die Regenerierung gestellten Bedingungen:The biosensor unit according to the invention fulfills the following conditions for regeneration:

  • 1. Das an das Metallchelat gebundene (Poly)Peptid kann vollständig entfernt werden.1. The (poly) peptide bound to the metal chelate can be completely removed.
  • 2. Bei neuerlicher Beladung verliert die Oberfläche der Biosensoreinheit keine Bindungskapazität für ein zu immobilisierendes (Poly)Peptid.2. When reloaded, the surface of the Biosensor unit no binding capacity for one too immobilizing (poly) peptide.
  • 3. Die Bindungseigenschaften des immobilisierten (Poly)Peptids werden nicht beeinflußt.3. The binding properties of the immobilized (Poly) peptides are not affected.

Zur Regeneration einer metalliongesättigten Chelat- Oberfläche, die einen Liganden, z. B. ein His(₆)- Protein, gebunden hat, stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Einerseits kann der Ligand durch Säurebehandlung (z. B. 10 mM Essigsäure) entfernt werden, wobei die Metallionbeladung, abhängig vom verwendeten Metallion, größtenteils stabil bleibt. Falls erforderlich, kann das gebundene Protein zusammen mit dem Metallion durch Zugabe eines weiteren, starken Chelatbildners, wie z. B. 100 mM EDTA, aus der immobiliserten Chelatbindung entfernt werden. Die Stabilität der Metallionenbindung an den Chelatbildner muß im Einzelfall bestimmt werden und ist u. a. von der Stabilität des Liganden-Metallionenkomplexes abhängig. Das Verfahren zur Regeneration der Chelatoberfläche mit anderen Chelatbildnern ist, mit Rücksichtnahme auf die Reproduzierbarkeit des Verfahrens, der ersten Methode vorzuziehen. For the regeneration of a metal ion-saturated chelate Surface containing a ligand, e.g. B. a His (₆) - Protein has bound, there are several options Available. On the one hand, the ligand can pass through Acid treatment (e.g. 10 mM acetic acid) removed be, the metal ion loading, depending on used metal ion, remains largely stable. If necessary, the bound protein can be put together with the metal ion by adding another strong one Chelating agents such as B. 100 mM EDTA, from the immobilized chelation are removed. The Stability of the metal ion bond to the chelating agent must be determined in individual cases and is u. a. of the Stability of the ligand-metal ion complex dependent. The procedure for regeneration of the chelate surface with other chelating agents, with due regard to the Reproducibility of the process, the first method preferable.  

Im Einzelfall ist ebenfalls zu überprüfen, ob die Regeneration einer sandwichartigen Oberfläche, z. B. Metallchelat-Ligand I-Ligand 2 (wobei Ligand 1 ein (Poly)Peptid mit hoher Affinität zur Metallchelatoberfläche darstellt und Ligand 2 ein Makromolekül mit Affinität zu Ligand 1, jedoch nicht zur Metallchelatoberfläche), unter Bedingungen erreicht werden kann, die die Entfernung des Liganden 2 ermöglichen, ohne die Bindung von Ligand 1 an die Chelatoberfläche zu beeinflussen. Insbesondere können hierfür Lösungen mit hohen Salzkonzentrationen verwendet werden, wie sie in der klassischen Affinitätschromatographie angewendet werden.In individual cases it should also be checked whether the regeneration of a sandwich-like surface, e.g. B. Metal Chelate Ligand I Ligand 2 (where Ligand 1 is a (poly) peptide with high affinity for the metal chelate surface and Ligand 2 is a macromolecule with affinity for Ligand 1 but not for the metal chelate surface), under conditions that remove of ligand 2 without affecting the binding of ligand 1 to the chelate surface. In particular, solutions with high salt concentrations can be used for this, as are used in classic affinity chromatography.

Die vorliegende Erfindung kann neben den klassischen Anwendungsgebieten der SPR-Methode vorteilhaft für biochemische Reinigungen eingesetzt werden, um Fraktionen, die das gesuchte Protein enthalten, zu verifizieren. Dieses Verfahren ist den klassischen Reinigungsverfahren nicht nur hinsichtlich der Präzision und Geschwindigkeit sondern auch hinsichtlich der Einfachheit um ein Vielfaches überlegen.The present invention can be used in addition to the classic Areas of application of the SPR method advantageous for biochemical cleanings are used to Fractions containing the protein searched for to verify. This procedure is classic Cleaning procedures not only in terms of Precision and speed but also regarding superior to simplicity many times over.

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt einen Biosensor-Kit für die Untersuchung der Wechselwirkung eines (Poly)Peptids mit einem Reaktionspartner mittels SPR. Der Kit enthält in einem ersten Behälter eine SPR- Biosensoreinheit, in einem weiteren Behälter einen Chelatbildner, in einem weiteren Behälter ein Salz eines zur Komplexierung mit dem Chelatbildner geeigneten Metalls, in einem oder mehreren weiteren Behältern die Reagenzien für die Aktivierung der Oberfläche der Biosensoreinheit. In a further aspect, the invention relates to a Biosensor kit for the study of the interaction a (poly) peptide with a reactant SPR. The kit contains an SPR in a first container Biosensor unit, one in another container Chelating agent, salt in another container one for complexation with the chelating agent suitable metal, in one or more other Contain the reagents for activation of the Surface of the biosensor unit.  

Zweckmäßig enthält der Kit in weiteren Behältern ein Reagenz zur Deaktivierung der Oberfläche, ein Reagenz zur Regenerierung der Oberfläche sowie ein oder mehrere Vergleichsproteine.The kit expediently contains a reagent in further containers to deactivate the surface, a reagent to regenerate the Surface as well as one or more comparison proteins.

Vorzugsweise ist eine Oberfläche der Biosensoreinheit eine Hydrogelschicht.A surface of the biosensor unit is preferred a hydrogel layer.

Zweckmäßig liegt der Chelatbildner in Form einer tiefgefrorenen Lösung vor, wobei Konzentration und Pufferlösung im Hinblick auf die Kopplung an die Oberfläche der Biosensoreinheit abgestellt sind. Bevorzugte Chelatbildner sind Nitrilotriessigsäure- Derivate, insbesondere N-(5-Amino-1-carboxypentyl) iminodiessigsäure.The chelating agent is expediently in the form of a frozen solution, taking concentration and Buffer solution with regard to the coupling to the Surface of the biosensor unit are turned off. Preferred chelating agents are nitrilotriacetic acid Derivatives, especially N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid.

Bevorzugt ist das Metallsalz Nickelsulfat, vorzugsweise in Form einer Stammlösung, die im Hinblick auf den gewünschten Beladungsgrad der Oberfläche verdünnt werden kann.The metal salt is preferably nickel sulfate, preferably in the form of a stock solution designed for the desired degree of loading of the surface diluted can be.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Oberfläche der Biosensoreinheit aus einem Hydrogel mit reaktiven Gruppen, insbesondere aus einem carboxymethyliertem Dextran, besteht, sind die Reagenzien zur Aktivierung der Biosensoroberfläche N-Hydroxysuccinimid und N-Ethyl-N′-(dimethylaminopropyl)carbodiimid, die vorzugsweise in Form tiefgefrorener Lösungen vorliegen, die hinsichtlich Konzentration und Pufferlösung zur Aktivierung geeignet sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Reagens zur Deaktivierung der nach Kopplung des (Poly)Peptids verbleibenden N- Hydroxysuccinimid-Gruppen an der Biosensoroberfläche Ethanolamin in geeigneter Konzentration und Pufferlösung, vorzugsweise ebenfalls in tiefgefrorener Form. In the preferred embodiment of the invention, at one surface of the biosensor unit from one Hydrogel with reactive groups, especially from one carboxymethylated dextran, there are Reagents to activate the biosensor surface N-hydroxysuccinimide and N-ethyl-N ′ - (dimethylaminopropyl) carbodiimide, the preferably in the form of frozen solutions, with regard to concentration and buffer solution Activation are suitable. In the preferred The embodiment is the reagent for deactivating the after coupling of the (poly) peptide remaining N- Hydroxysuccinimide groups on the biosensor surface Ethanolamine in suitable concentration and Buffer solution, preferably also in frozen Shape.  

Das Reagens zur Regenerierung der Biosensor-Oberfläche ist vorzugsweise ein Chelatbildner, insbesondere EDTA.The reagent to regenerate the biosensor surface is preferably a chelating agent, especially EDTA.

Die gegebenenfalls in weiteren Behältern vorhandenen Testproteine weisen vorzugsweise ein Affinitätspeptid mit mehreren Histidinresten auf und liegen als Standardlösungen in Konzentrationen und Pufferlösungen vor, die zur Überprüfung der Beladung der Biosensor- Oberfläche geeignet sind.Any existing in other containers Test proteins preferably have an affinity peptide with several histidine residues and lie as Standard solutions in concentrations and buffer solutions to check the loading of the biosensor Surface are suitable.

In den im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Versuchen wurde gemäß der bevorzugten Ausführungsform sowie der Einfachheit halber die Kopplung in der Hydrogelmatrix vorgenommen, weil die kommerziell erhältlichen Biosensoreinheiten von sich aus eine Dextranmatrix aufweisen und die für die direkte Kopplung notwendige Entfernung dieser Hydrogelschicht aus der Biosensoreinheit in einer reproduzierbaren Art und Weise nur schwer durchführbar erscheint.In the context of the present invention experiments carried out according to the preferred Embodiment and for the sake of simplicity Coupling made in the hydrogel matrix because of the commercially available biosensor units by themselves have a dextran matrix and for the direct coupling necessary removal of this Hydrogel layer from the biosensor unit in one reproducible way difficult to carry out appears.

Zur Bindung des Chelatbildners N-(5-Amino-1-carboxypentyl)iminodiessigsäure an die Biosensor-Hydrogeloberfläche wurde die Kopplungsmethode mittels N-Hydroxysuccinimid verwendet. Dabei wurde der Chelatbildner, der eine freie, primäre Aminogruppe enthält, an die modifizierte Dextran-Hydrogeloberfläche einer kommerziell erhältlichen Biosensoreinheit (BIACore) kovalent gekoppelt. Als Chelatbildner wurde ein Derivat von Nitrilotriessigsäure synthetisiert, das direkt zur Immobilisierung verwendet werden kann. Die Synthese des Derivats entspricht weitgehend der publizierten Methode (Hochuli et al., 1987; und Europäische Patentschrift 339 389), mit dem Unterschied, daß zur Abspaltung der Schutzgruppe anstelle der beschriebenen Hydrierung mit Pd/C als Katalysator eine Säurespaltung mit Trifluoressigsäure/Trifluormethansulfonsäure vorgenommen wurde. Das so erhaltene Material kann, da es weitgehend frei von anorganischen Verunreinigungen ist, direkt zur Kopplung an die Oberfläche der Biosensoreinheit eingesetzt werden.For binding the chelating agent N- (5-Amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid to the Biosensor hydrogel surface became the coupling method used with N-hydroxysuccinimide. The Chelating agent, which is a free, primary amino group contains, to the modified dextran hydrogel surface a commercially available biosensor unit (BIACore) covalently coupled. As a chelator synthesized a derivative of nitrilotriacetic acid, the can be used directly for immobilization. The Synthesis of the derivative largely corresponds to that published method (Hochuli et al., 1987; and European Patent 339 389) with which Difference that to split off the protecting group instead of the described hydrogenation with Pd / C as  Catalyst with an acid cleavage Trifluoroacetic acid / trifluoromethanesulfonic acid was made. The material obtained in this way can it is largely free of inorganic contaminants is directly for coupling to the surface of the Biosensor unit can be used.

Die Immobilisierung des Chelatbildners wurde nach dem vom Hersteller der Biosensorchips empfohlenen Verfahren durchgeführt. Da aufgrund des sehr geringen relativen Molekulargewichts des Nitrilotriessigsäurederivats (Mr 295) eine direkte Bestimmung der immobilisierten Menge instrumentenbedingt nicht möglich ist, wurde die relative Menge indirekt über die Bestimmung der Bindungskapazität für ein Protein nachgewiesen. Dazu erwies sich kommerziell erhältliches Rinderserumalbumin (BSA) als geeignet.The chelating agent was immobilized according to the method recommended by the manufacturer of the biosensor chips. Since the very low relative molecular weight of the nitrilotriacetic acid derivative (M r 295) means that it is not possible to determine the immobilized amount directly due to the instrument, the relative amount was detected indirectly by determining the binding capacity for a protein. Commercially available bovine serum albumin (BSA) has proven suitable for this.

Es wurde festgestellt, daß die Affinität des Test- (Poly)Peptids für die Nickel-freie, mit Chelatbildner modifizierte Biosensorchipoberfläche sehr gering ist, es war keine Bindung an die modifizierte Oberfläche zu beobachten. Die Bindungskapazität der Oberfläche für das Testprotein ist, wie in Beispiel 4 dargestellt, direkt korreliert mit der Nickelionenkonzentration, die zur Beladung verwendet wird. Die Einstellung der Nickelionenkonzentration ermöglicht eine einfache Abstimmung der Bindungskapazität auf die experimentellen Erfordernisse.It was found that the affinity of the test (Poly) peptide for the nickel-free, with chelating agent modified biosensor chip surface is very small, there was no bond to the modified surface too observe. The binding capacity of the surface for the test protein is, as shown in Example 4, correlates directly with the nickel ion concentration, the is used for loading. The setting of the Nickel ion concentration enables easy Matching the binding capacity to the experimental requirements.

FigurenübersichtFigure overview

Fig. 1 Immobilisierung von N-(5-Amino-1- carboxypentyl)iminodiessigsäure an die Dextranoberfläche einer Biosensoreinheit, Fig. 1 Immobilization of N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid to the dextran surface of a biosensor,

Fig. 2 Indirekte Bestimmung der Beladung der Dextranoberfläche mit N-(5-Amino-1- carboxypentyl)iminodiessigsäure mittels Rinderserumalbumin, Fig. 2 Indirect determination of the loading of the dextran with N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid by means of bovine serum albumin,

Fig. 3 Regenerierung der mit Rinderserumalbumin beladenen Biosensor-Oberfläche mittels EDTA, Fig. 3 regeneration of the laden with bovine serum albumin biosensor surface by means of EDTA,

Fig. 4 Bestimmung der unspezifischen Bindung eines Proteins an die Biosensor-Oberfläche, Fig. 4 determine the nonspecific binding of a protein to the biosensor surface,

Fig. 5 Bestimmung der Bindungsfähigkeit eines Proteins an die Biosensor-Oberfläche in Abhängigkeit der Nickelkonzentration, Fig. 5 Determination of the binding ability of a protein to the biosensor surface as a function of the nickel concentration,

Fig. 6: Bindungsfähigkeit verschiedener Proteine an die mit N-(5-Amino-1-carboxypentyl) iminodiessigsäure/Nickel beladene Biosensor- Oberfläche. Fig. 6: Binding ability of various proteins to the loaded N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid / nickel biosensor surface.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert:The invention is illustrated by the following examples explains:

Beispiel 1example 1 Synthese von N-(5-Amino-1-carboxypentyl) iminodiessigsäureSynthesis of N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid

4.17 g Bromessigsäure (Aldrich) wurden in 15 ml 2M NaOH gelöst und auf 0°C gekühlt. Zu dieser Lösung wurden unter Rühren eine Lösung von 4.2 g N-Benzyloxycarbonyl- L-Lysin (Fluka) in 22.5 ml 2 M NaOH langsam zugetropft. Nach 2 Stunden wurde die Lösung auf Raumtemperatur erwärmt und über Nacht weitergerührt. Anschließend wurde die Lösung 2 Stunden auf 50°C erwärmt und dann langsam mit 45 ml 1 M HCl versetzt. Der entstandene Niederschlag wurde abzentrifugiert, mit 0.1 M HCl gewaschen und getrocknet (5 g Produkt, theoretische Ausbeute 5.9 g).4.17 g of bromoacetic acid (Aldrich) were dissolved in 15 ml of 2M NaOH dissolved and cooled to 0 ° C. To this solution with stirring, a solution of 4.2 g of N-benzyloxycarbonyl L-Lysine (Fluka) in 22.5 ml of 2 M NaOH was slowly added dropwise. After 2 hours the solution was at room temperature warmed and stirred overnight. Subsequently the solution was heated to 50 ° C for 2 hours and then slowly added 45 ml of 1 M HCl. The resulting one Precipitate was centrifuged off with 0.1 M HCl  washed and dried (5 g product, theoretical Yield 5.9 g).

0.87 g des oben erhaltenen Derivates wurden in 10 ml Trifluoressigsäure (Merck) gelöst. Zur klaren Lösung wurde auf Eis 1 ml Trifluormethansulfonsäure (Merck) langsam zugetropft und 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Der gebildete Niederschlag wurde abgetrennt, die Lösung wurde mit 30 ml Wasser versetzt und fast bis zur Trockene eingeengt. Ein Aliquot dieser Lösung wurde auf einer PD10-Säule (Pharmacia) mit Wasser als Laufmittel aufgetrennt. Die Ninhydrin-positiven, neutralen Fraktionen wurden vereinigt und lyophilisiert.0.87 g of the derivative obtained above were in 10 ml Trifluoroacetic acid (Merck) dissolved. For a clear solution 1 ml of trifluoromethanesulfonic acid (Merck) slowly added dropwise and for 1 hour at room temperature touched. The precipitate formed was separated off, the solution was mixed with 30 ml of water and almost to evaporated to dryness. An aliquot of this solution was made on a PD10 column (Pharmacia) with water as Solvent separated. The ninhydrin positive, neutral fractions were pooled and lyophilized.

Beispiel 2Example 2 Kopplung von N-(5-Amino-1-carboxypentyl) iminodiessigsäure an die Dextran-Oberfläche einer SPR- BiosensoreinheitCoupling of N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid to the dextran surface of an SPR Biosensor unit

Alle Schritte der Immobilisierung wurden in dem BIAcoregerät (Pharmacia) mit HBS-Puffer (10 mM HEPES, 150 mM NaCl und 5 mM MgCl₂, pH 7.4) bei 25°C durchgeführt.All steps of immobilization were carried out in the BIAcorgerät (Pharmacia) with HBS buffer (10 mM HEPES, 150 mM NaCl and 5 mM MgCl₂, pH 7.4) at 25 ° C carried out.

Zur Immobilisierung wurden ein Biosensorchip CM5 (Pharmacia Biosensor, Certified Grade) verwendet. (Diese Biosensoreinheit weist eine Hydrogeloberfläche aus carboxymethyliertem Dextran auf.) Die Aktivierung der Hydrogeloberfläche wurde mittels Injektion von 35 µl einer 0.05 M N-Hydroxysuccininimid (NHS)/0.2 M N- Ethyl-N′-(dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDC)-Lösung (Flußrate 5 ml/min) durchgeführt. Zur Kopplung der in Beispiel 1 beschriebenen N-(5-Amino-1- carboxypentyl)iminodiessigsäure an die aktivierte Oberfläche wurden 35 µl einer Lösung von 15 mg/ml N-(5- Amino-1-carboxypentyl)iminodiessigsäure in 1 M NaOH bei einer Flußrate von 3 µl/min injiziert. Nicht abgesättigte Bindungsstellen der Oberfläche wurden durch Injektion von 35 µl einer 1 M Lösung von Ethanolamin (pH 8.5) abgesättigt (Flußrate 5 µl/min). Zur Konditionierung der Oberfläche wurden 10 µl einer 100 mM EDTA-Lösung (pH 8 mit NaOH eingestellt) injiziert und die Oberfläche mit 4 µl einer 0.1 M NiSO₄/0.2 M CH₃-COONa-Lösung beladen (Flußrate 5 µl/min). Der Verlauf dieser Immobilisierung ist in Fig. 1 anhand der Änderung der Oberflächen-Plasmon- Resonanz dargestellt. Die einzelnen Schritte der Immobilisierung sind in der Figur gekennzeichnet. Da aufgrund seiner geringen relativen Molmasse (Mr 295) die Beladung der Oberfläche mit dem Chelatbildner nicht direkt bestimmt werden kann, wurde die Beladung indirekt bestimmt, indem unter konstanten Fluß (5 µl/min) 35 µl einer Lösung von 1 g Rinderserumalbumin (BSA, Sigma) in 100 ml Laufpuffer injiziert wurde. Das Sensorgramm (Fig. 2) zeigt signifikante Bindung des Proteins an die Oberfläche. Anhand von Serienversuchen mit einer standardisierten Lösung dieses Proteins wurde die Reproduzierbarkeit der Oberflächenmobilisierung bestätigt.A CM5 biosensor chip (Pharmacia Biosensor, Certified Grade) was used for immobilization. (This biosensor unit has a hydrogel surface made of carboxymethylated dextran.) The activation of the hydrogel surface was carried out by injecting 35 μl of a 0.05 M N-hydroxysuccininimide (NHS) /0.2 M N-ethyl-N ′ - (dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) solution (Flow rate 5 ml / min). To couple the N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid described in Example 1 to the activated surface, 35 μl of a solution of 15 mg / ml N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid in 1 M NaOH were added at a flow rate of 3 µl / min. Unsaturated binding sites on the surface were saturated by injecting 35 µl of a 1 M solution of ethanolamine (pH 8.5) (flow rate 5 µl / min). To condition the surface, 10 μl of a 100 mM EDTA solution (pH 8 adjusted with NaOH) were injected and the surface was loaded with 4 μl of a 0.1 M NiSO₄ / 0.2 M CH₃-COONa solution (flow rate 5 μl / min). The course of this immobilization is shown in FIG. 1 on the basis of the change in the surface plasmon resonance. The individual steps of immobilization are identified in the figure. Since, due to its low relative molar mass (M r 295), the loading of the surface with the chelating agent cannot be determined directly, the loading was determined indirectly by 35 µl of a solution of 1 g bovine serum albumin (BSA.) Under constant flow (5 µl / min) , Sigma) was injected into 100 ml running buffer. The sensorgram ( Fig. 2) shows significant binding of the protein to the surface. The reproducibility of the surface mobilization was confirmed on the basis of series tests with a standardized solution of this protein.

Beispiel 3Example 3 Regenerierbarkeit der N-(5-Amino-1- carboxypentyl)iminodiessigsäure-OberflächeRegenerability of the N- (5-amino-1- carboxypentyl) iminodiacetic acid surface

Um die Regenerierbarkeit der N-(5-Amino-1- carboxypentyl)iminodiessigsäure-Oberfläche zu untersuchen, wurden zwanzigmal in Folge die Oberfläche unter konstantem Fluß (5 µl/min), wie in Beispiel 2 beschrieben, mit Ni2+ beladen, 35 µl einer Lösung von 1 g Rinderserumalbumin (BSA, Sigma) in 100 ml Laufpuffer injiziert und mit EDTA regeneriert. Zur Berechnung der in Fig. 3 dargestellten Daten (Basislinie, Injektionsmaximum und gebundenes Protein t=1) wurde die Resonanz 30 sec vor Injektion des Rinderserumalbumins (Basislinie), 30 sec vor Ende der Injektion des Rinderserumalbumins (Injektionsmaximum) und 30 sec nach Injektion des Rinderserumalbumins (Gebundenes Protein t=1) bestimmt.In order to investigate the regenerability of the N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid surface, the surface was loaded with Ni 2+ twenty times in succession under constant flow (5 μl / min), as described in Example 2, 35 µl of a solution of 1 g bovine serum albumin (BSA, Sigma) injected in 100 ml running buffer and regenerated with EDTA. To calculate the data shown in Fig. 3 (baseline, injection maximum and bound protein t = 1), the resonance was 30 sec before injection of bovine serum albumin (baseline), 30 sec before the end of injection of bovine serum albumin (injection maximum) and 30 sec after injection of Bovine serum albumin (bound protein t = 1) determined.

Zur Entfernung des gebundenen Proteins erwies sich EDTA (100 mM, pH 8) als am besten geeignet. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann weder ein Aktivitätsverlust der Oberfläche bei neuerlicher Beladung (Injektionsmaximum, gebundenes Protein t=1) noch ein Verbleiben des gebundenen Proteins nach Regeneration (Basislinie) festgestellt werden. Da EDTA das chelatgebundene Nickel entfernt, muß nach der Regenerierung der Oberfläche eine erneute Beladung mit Ni2+ erfolgen.EDTA (100 mM, pH 8) was found to be the most suitable for removing the bound protein. As shown in FIG. 3, neither a loss of activity of the surface when reloaded (injection maximum, bound protein t = 1) nor a persistence of the bound protein after regeneration (baseline) can be determined. Since EDTA removes the chelated nickel, Ni 2+ must be loaded again after the surface has been regenerated.

Beispiel 4Example 4 Effekt der Ni2+-Konzentration auf die Protein- BindungsfähigkeitEffect of Ni 2+ concentration on protein binding ability

Zur Bestimmung der unspezifischen Bindung des Proteins an die Oberfläche wurden die in Beispiel 1 beschriebene Oberfläche mit EDTA regeneriert, wie in Beispiel 3 beschrieben, und 20 µl einer Testprotein-Lösung bei einer Flußrate von 5 µl/min injiziert. Nach erneuter Regeneration der Oberfläche mit EDTA und Beladung mit 4 µl einer 0,1 M NiSO₄/0.2 M CH₃-COONa-Lösung (Flußrate 5 µl/min) wurden abermals 20 µl der Testprotein-Lösung injiziert. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist in Abwesenheit von Ni2+ keine Bindung an die Oberfläche zu beobachten, nach Beladung der Oberfläche mit Ni²+ kann eine Absättigung der Oberfläche mit Testprotein festgestellt werden.To determine the non-specific binding of the protein to the surface, the surface described in Example 1 was regenerated with EDTA, as described in Example 3, and 20 μl of a test protein solution were injected at a flow rate of 5 μl / min. After renewed regeneration of the surface with EDTA and loading with 4 ul of a 0.1 M NiSO₄ / 0.2 M CH₃-COONa solution (flow rate 5 ul / min) again 20 ul of the test protein solution were injected. As shown in FIG. 4, no binding to the surface can be observed in the absence of Ni 2+ ; after loading the surface with Ni 2+, a saturation of the surface with test protein can be found.

Um die Bindungsfähigkeit der Oberfläche in Abhängigkeit der Ni2+-Konzentration zu bestimmen, wurde die in Beispiel 1 beschriebene Ni2+-N-(5-Amino-1- carboxypentyl)iminodiessigsäure Oberfläche mit EDTA wie in Beispiel 3 beschrieben regeneriert und mit jeweils 4 µl einer Ni2+-Lösung (0,1 M NiSO₄/0.2 M CH₃-COONa, Flußrate 5 µl/min) der angegebenen Konzentrationen beladen. Nach der Beladung mit Nickel wurde Protein injiziert und die Resonanz an t=1 bestimmt. Die Auftragung der gemessenen Resonanz gegen die Konzentration der Nickellösung (Fig. 5) zeigt, daß eine vollständige Beladung der Oberfläche mit 4 µl einer 100 µM Ni2+-Lösung erreicht wird. Geringere Konzentrationen zeigen in Abhängigkeit der Konzentration nur unvollständige Beladung der Oberfläche.In order to determine the binding capacity of the surface as a function of the Ni 2+ concentration, the Ni 2+ -N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid surface described in Example 1 was regenerated with EDTA as described in Example 3 and with each Load 4 µl of a Ni 2+ solution (0.1 M NiSO₄ / 0.2 M CH₃-COONa, flow rate 5 µl / min) of the given concentrations. After loading with nickel, protein was injected and the resonance at t = 1 was determined. The plot of the measured resonance against the concentration of the nickel solution ( FIG. 5) shows that a complete loading of the surface with 4 μl of a 100 μM Ni 2+ solution is achieved. Depending on the concentration, lower concentrations only show incomplete loading of the surface.

Beispiel 5Example 5 Bindungsfähigkeit verschiedener Proteine an die N-(5- Amino-1-carboxypentyl)iminodiessigsäure-OberflächeBinding ability of various proteins to the N- (5- Amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid surface

Zur Untersuchung des unterschiedlichen Bindungsverhaltens verschiedener Proteine wurden jeweils 40 µl von Lösungen (10 µg/ml in Laufpuffer) eines Hühnerproteins der im Sequenzprotokoll dargestellten Sequenz, modifiziert mit His(₆) ((His)₆- SCF), von Rinderserumalbumin (Sigma) und von Lysozym aus Eiklar (Sigma) auf eine gemäß Beispiel 2 synthetisierte Biosensoroberfläche injiziert. (Herstellung und Reinigung des Hühnerproteins erfolgten nach Expression in einem kommerziell erhältlichen Expressionvektor (pQE5O, Diagen GmbH] nach dem vom Hersteller des Systems vorgegebenen Reinigungsschema (The QIAexpressionist, Diagen GmbH, Protocol 3, S. 35 sowie Protocol 7, S. 45). Zur weiteren Reinigung wurde das Protein über eine Anionenaustauschersäule vom Typ HQ/M (Perseptive Biosystems, Freiburg) gereinigt und die Proteinkonzentration mittels Bradford-Protein-Assay [BioRad) bestimmt). Das Bindungsverhalten der einzelnen Proteine ist in Fig. 6 dargestellt: Lysozym (Mr 14300) sowie Rinderserumalbumin (Mr 68000) zeigen eine, trotz der relativ hohen Konzentration, geringe Resonanz; das His(6)-modifizierte Hühnerprotein (Mr 22000) hingegen bindet um ein vielfaches stärker an die Oberfläche. Desweiteren ist zu erkennen, daß Lysozym und Rinderserumalbumin, im Gegensatz zu dem His(₆)- modifizierten Hühnerprotein, eine Sättigung der Oberfläche erreichen. Die mit dem His(6)-modifizierten Hühnerprotein zur Sättigung beladene Oberfläche kann zur Suche nach mit diesem Protein interagierenden Proteinen, aus z. B. Zellkulturüberständen von Hühnerzellinien, verwendet werden, indem Zellkulturüberstände verschiedener Zellinien injiziert werden. Die Bindung eines interagierenden Partners kann durch die Verstärkung der Resonanz nach der Injektion nachgewiesen werden. To investigate the different binding behavior of different proteins, 40 µl of solutions (10 µg / ml in running buffer) of a chicken protein of the sequence shown in the sequence listing, modified with His (₆) ((His) ₆-SCF), bovine serum albumin (Sigma) and of lysozyme from egg white (Sigma) injected onto a biosensor surface synthesized according to Example 2. (The chicken protein was produced and purified after expression in a commercially available expression vector (pQE5O, Diagen GmbH) according to the cleaning scheme specified by the manufacturer of the system (The QIAexpressionist, Diagen GmbH, Protocol 3, p. 35 and Protocol 7, p. 45). For further purification, the protein was purified on an HQ / M anion exchange column (Perseptive Biosystems, Freiburg) and the protein concentration was determined using the Bradford protein assay [BioRad). The binding behavior of the individual proteins is shown in FIG. 6: lysozyme (M r 14300) and bovine serum albumin (M r 68000) show a low resonance, despite the relatively high concentration; the His (6) -modified chicken protein (M r 22000), however, binds to the surface many times more. Furthermore, it can be seen that lysozyme and bovine serum albumin, in contrast to the His (₆) - modified chicken protein, achieve a saturation of the surface. The surface loaded with the His (6) -modified chicken protein for saturation can be used to search for proteins interacting with this protein, e.g. B. cell culture supernatants from chicken cell lines can be used by injecting cell culture supernatants from different cell lines. The binding of an interacting partner can be demonstrated by increasing the resonance after the injection.

Literaturliterature

Cuatrecasas, P. and Parikh, 1972, I. Biochemistry 11, 2291.
Hochuli, E., H. Döbel und Schacher, A., 1987, J. Chromatography 411, 177-184.
Hochuli, E. und Piesecki, S., 1992, Methods 4 (San Diego), 66-72.
Löfas, S. and Johnsson, B., 1990, J. Chem Soc., Chem. Communications 1526.
Stenberg, E. et al., 1991, L. of Colloid and Interface Science, 143, 513.
Yokoyama, T., Sigeko, A. und Masatoshi, K., 1993, Chem. Lett. 2, 383-386.
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SEQUENZPROTOKOLL SEQUENCE LOG

Claims (20)

1. Verfahren zur Untersuchung der Wechselwirkung eines (Poly)Peptids mit einem Reaktionspartner mittels einer Biosensoreinheit, in welcher die durch die Wechselwirkung ausgelöste Oberflächen-Plasmon- Resonanz in einer metallischen Schicht an der Grenzfläche zweier für elektromagnetische Strahlung durchlässiger Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex bestimmt wird, wobei das Medium mit geringerem Brechungsindex ein wässeriges Medium ist, in welchem das (Poly)Peptid in immobilisierter Form vorliegt und mit dem Reaktionspartner in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das (Poly)Peptid durch ein Metallchelat immobilisiert ist.1. Method for investigating the interaction of a (poly) peptide with a reaction partner by means of a biosensor unit, in which the surface-plasmon resonance triggered by the interaction is determined in a metallic layer at the interface of two media with a different refractive index that are permeable to electromagnetic radiation, wherein the medium with a lower refractive index is an aqueous medium in which the (poly) peptide is in immobilized form and is brought into contact with the reactant, characterized in that the (poly) peptide is immobilized by a metal chelate. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wässerige Medium eine biokompatible poröse Matrix, insbesondere ein Hydrogel, ist.2. The method according to claim 1, characterized in that that the aqueous medium is a biocompatible porous Matrix, especially a hydrogel. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatbildner über reaktive Gruppen des Hydrogels an die Oberfläche der Biosensoreinheit gebunden ist.3. The method according to claim 2, characterized in that that the chelating agent has reactive groups of the Hydrogels to the surface of the biosensor unit is bound. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrogel ein Dextran ist.4. The method according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the hydrogel is a dextran. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dextran als reaktive Gruppen Carboxymethylgruppen aufweist.5. The method according to claim 4, characterized in that the dextran as reactive groups Has carboxymethyl groups. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das (Poly)Peptid ein Fusions-(Poly)Peptid ist, das neben seinem biologisch aktiven Abschnitt ein Affinitätspeptid mit mindestens einem Histidinrest aufweist und der Chelatbildner ein Iminodiessigsäurederivat ist.6. The method according to any one of the preceding claims characterized in that the (poly) peptide Fusion (poly) peptide is next to its  biologically active section an affinity peptide having at least one histidine residue and the Chelating agent is an iminodiacetic acid derivative. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das (Poly)Peptid ein Affinitätspeptid mit mindestens zwei benachbarten Histidinresten aufweist und der Chelatbildner ein Nitrilotriessigsäure-Derivat der allgemeinen Formel Y-R-CH(COOH)-N(CH₂COO-)₂ ist, worin R eine aliphatische oder aromatische Gruppe oder eine Oxyethylengruppe und Y eine reaktive Gruppe, insbesondere eine NH₂- oder eine SH-Gruppe, ist.7. The method according to claim 6, characterized in that the (poly) peptide has an affinity peptide with at least two adjacent histidine residues and the chelating agent Nitrilotriacetic acid derivative of the general formula Y-R-CH (COOH) -N (CH₂COO-) ₂, wherein R is a aliphatic or aromatic group or a Oxyethylene group and Y is a reactive group, in particular an NH₂ or an SH group. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrilotriessigsäure-Derivat N-(5-Amino-1- carboxypentyl)iminodiessigsäure und das Metall Nickel ist.8. The method according to claim 7, characterized in that that the nitrilotriacetic acid derivative N- (5-amino-1- carboxypentyl) iminodiacetic acid and the metal Is nickel. 9. Biosensoreinheit zur Verwendung in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Untersuchung der Wechselwirkung eines (Poly)Peptids mit einem Reaktionspartner mittels Bestimmung der Oberflächen-Plasmon-Resonanz in einer metallischen Schicht an der Grenzfläche zweier für elektromagnetische Strahlung durchlässiger Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex, wobei das Medium mit geringerem Brechungsindex ein wässeriges Medium ist, dadurch gekennzeichnet, daß an die dem wässerigen Medium zugewandte Oberfläche der Biosensoreinheit ein Chelatbildner gebunden ist.9. Biosensor unit for use in the method according to one of claims 1 to 8 for the investigation of Interaction of a (poly) peptide with one Reaction partner by determining the Surface plasmon resonance in a metallic Layer at the interface of two for electromagnetic radiation from permeable media with different refractive index, the Medium with a lower refractive index is an aqueous one Medium is characterized in that to the surface facing the aqueous medium Biosensor unit bound to a chelating agent is. 10. Biosensoreinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatbildner an die reaktiven Gruppen einer biokompatiblen porösen Matrix, insbesondere eines Hydrogels, gebunden ist.10. Biosensor unit according to claim 9, characterized characterized in that the chelating agent to the  reactive groups of a biocompatible porous Matrix, in particular a hydrogel, is bound. 11. Biosensoreinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrogel ein Dextran ist.11. Biosensor unit according to claim 10, characterized characterized in that the hydrogel is a dextran. 12. Biosensoreinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Dextran als reaktive Gruppen Carboxymethylgruppen aufweist.12. Biosensor unit according to claim 11, characterized characterized in that the dextran as reactive Has groups carboxymethyl groups. 13. Biosensoreinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatbildner ein Iminodiessigsäurederivat ist.13. Biosensor unit according to one of claims 9 to 12, characterized in that the chelating agent is a Iminodiacetic acid derivative. 14. Biosensoreinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Chelatbildner ein Nitrilotriessigsäure-Derivat der allgemeinen Formel Y-R-CH(COOH)-N(CH₂COO-)₂ ist, worin R eine aliphatische oder aromatische Gruppe oder eine Oxyethylengruppe und Y eine reaktive Gruppe, insbesondere eine NH₂- oder eine SH-Gruppe, ist.14. Biosensor unit according to claim 13, characterized characterized that a chelating agent Nitrilotriacetic acid derivative of the general formula Y-R-CH (COOH) -N (CH₂COO-) ₂, wherein R is a aliphatic or aromatic group or a Oxyethylene group and Y is a reactive group, in particular an NH₂ or an SH group. 15. Biosensoreinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrilotriessigsäure- Derivat N-(5-Amino-1- carboxypentyl) iminodiessigsäure ist.15. Biosensor unit according to claim 14, characterized characterized in that the nitrilotriacetic acid Derivative N- (5-amino-1- carboxypentyl) iminodiacetic acid. 16. Biosensoreinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Chelatbildner in mit einem Metallion komplexester Form vorliegt.16. Biosensor unit according to one of claims 9 to 15, characterized in that the chelating agent in with a metal ion of the most complex form. 17. Biosensor-Kit für die Untersuchung der Wechselwirkung eines (Poly)Peptids mit einem Reaktionspartner mittels SPR, enthaltend in einem ersten Behälter eine SPR-Biosensoreinheit, in einem weiteren Behälter einen Chelatbildner, in einem weiteren Behälter ein Salz eines zur Komplexierung mit dem Chelatbildner geeigneten Metalls, sowie in einem oder mehreren weiteren Behältern Reagenzien für die Aktivierung der Oberfläche der Biosensoreinheit.17. Biosensor kit for the investigation of Interaction of a (poly) peptide with one Reaction partner by means of SPR, contained in one first container an SPR biosensor unit, in one another container a chelating agent, in one another container a salt one for complexation with the chelating agent suitable metal, as well as in one or more other containers of reagents  for the activation of the surface of the Biosensor unit. 18. Biosensor-Kit nach Anspruch 17, enthaltend in einem weiteren Behälter ein Reagens zur Deaktivierung der Oberfläche.18. Biosensor kit according to claim 17, comprising in one another container a reagent to deactivate the Surface. 19. Biosensor-Kit nach Anspruch 16 oder 17 enthaltend in einem weiteren Behälter ein Reagens zur Regenerierung der Oberfläche.19. Biosensor kit according to claim 16 or 17 containing in another container a reagent for Regeneration of the surface. 20. Biosensor-Kit nach einem der Ansprüche 16 bis 19, enthaltend in einem oder mehreren weiteren Behältern ein oder mehrere Vergleichsproteine.20. biosensor kit according to one of claims 16 to 19, containing one or more others Containers of one or more reference proteins.
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