Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins.
Stand der Technik
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Van einer im fortgeschrittenen Stadium van Diabetes
auftretenden Komplikatian wird die Genesung des Patienten
entscheidend beeinflußt. Deshalb ist die Vermeidung der
Komplikation dieser Krankheit für die Heilung von Diabetes
am wichtigsten.
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Es wird darüber berichtet, daß Protein im Blut eines
Diabetespatienten einer nicht enzymatischen Glykation
unterliegt, wodurch nicht enzymatisches glykiertes Protein
im Blut im Vergleich mit einem gesunden Menschen erhöht
wird, wobei die Beziehung zwischen dem nicht enzymatisch
glykierten Protein und der Krankheit ausführlich studiert
wurde (Biochem. Biophys. Res. Commun., 67, 103 (1975), J.
Biol. Chem., 254,702 (1979), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 78,
2393 (1982), Diabetes, 31,283 (1982), Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 75, 2918 (1978), J. Clinical Pathology, 37, 841 (1984),
Annals of Clinical Biochemistry, 21, 2 (1984)
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Es wird davon ausgegangen, daß nicht enzymatisch glykiertes
Hämoglobin, das eine zufriedenstellende Korrelation zum
Blutzuckerspiegel der vorangegangenen 1-2 Monate zeigt,
zusammen mit dem nüchternen Blutzucker, der den aktuellen
Glykometabolismus wiederspiegelt, als Index der
Blutzuckerkontrolle brauchbar ist, wobei dieser allgemein als
Index der Heilung von Diabetes übernommen wurde. Der
Blutzuckerspiegel unterliegt jedoch in großem Maße einer
tagesmäßigen Präzision, während beim nicht enzymatisch
glykierten Hämoglobin eine lange Zeit erforderlich ist, bis
eine Bestätigung der Heilwirkung auftritt.
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Mit dem Ziel einer schnelleren Bestätigung der Wirkung der
Behandlung wird Fructosamin bestimmt, welches die Kapazität
der Reduktion des nicht enzymatisch glykierten Proteins im
Blut darstellt und den Stand des Blutzuckers für die
vorangegangenen 1-2 Wochen wiederspiegelt, wobei davon bei
der Heilung von Diabetes Gebrauch gemacht wird. In diesem
Fall wirft jedoch der Einfluß von koexistierenden
Reduktionsmaterialien, wie beispielsweise Bilirubin und L-
Ascorbinsäure, Probleme auf (J. Clin. Lab. Inst. Reag., Vol.
13, Nr. 1, Seite 87 (1990)). Als Index kurzeitiger
Blutzuckerkontrolle ist das nicht enzymatisch glykierte
Albumin bekannt, so daß ausgiebige Forschungsarbeiten und
Untersuchungen durchgeführt wurden, um eine einfache Methode
zur Bestimmung dieses Materials zu entwickeln.
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Darüberhinaus handelt es sich beim nicht enzymatisch
glykierten Protein entweder um ein Schiffbasen-Derivat
(instabil) oder ein Ketoamin-Addukt (stabil), das auf eine
Amadori-Umlagerung und Stabilisierung der Schiffbase
zurückzuführen ist ("Rinsho Kensa", Journal of Medical
Technology, Bd. 33, Nr. 8, Seite 893 (1989)).
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Darüberhinaus ist es wichtig geworden, die Amadori-
Umlagerungsprodukte zu bestimmen, was durch kurzzeitige
Blutzuckeränderungen nicht beeinträchtigt wird und den
Blutzuckerspiegel für eine festgelegte vergangene Zeit
zufriedenstellend wiedergibt.
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Als konventionelles Verfahren zur Bestimmung von glykiertem
Protein gibt es die isoelektrische
Fokussierungselektrophorese, Kationenaustausch-Chromatographie,
Spektrophotometrie, kolorimetrische Analyse, HPLC-Analyse,
Minisäuleverfahren und Affinitätschromatographie
(Diabetologia, 31, 627-631 (1988), "Kensa to Gijutsu"
(Modern Medical Laboronatory), Bd. 14, Nr. 11, Seite 1,155
(1986)), wobei die Analyse zur Bestimmung von glykiertem
Protein in Proben (i.e. Testprobelösung) klinisch
umfangreich verwendet wird.
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Von keiner der obigen Verfahren kann jedoch behauptet
werden, daß sie in jeder Hinsicht, wie beispielsweise
Empfindlichkeit der Messung, Funktionskontrollvermögen und
Testprobebehandlungszeit, zufriedenstellend ist, wobei es in
der Praxis Unzulänglichkeiten gibt, die verbessert werden
müssen. Folglich gab es eine Nachfrage danach, ein Verfahren
zu etablieren, das leicht, genau und in einem kurzen
Zeitraum eine Analyse einer großen Anzahl von Testproben
erlaubt.
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Man ging davon aus, sich zur Lösung der obigen Probleme an
die Verwendung von immunologischen Assay zu halten, und es
gibt Berichte darüber, daß die Bestimmung von glykierten
Protein mittels Radioimmunoassay (RIA) durch die Herstellung
eines Antiserums oder eines monoklonales Antikörpers mit
besonderer Affinität zum Glycitol-Lysinrest möglich ist, der
eine der glykierten Stellen des glykierten Proteins
darstellt (J. Clin. Invest., 72,1427 (1983), Jap. J. Clin.
Path., Ergänzung zu Bd. 33, Seite 226 (1985), J. Japan Diab.
Soc., Bd. 29, Seite 581 (1986), Clinica. Chimica. Acta. 153,
293 (1986), J. Japan, Diab. Soc., Bd. 28, Seite 695 (1985)).
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Alle obigen immunologischen Verfahren machen von einem
glykierten Protein-Antikörper vom Anti-Reduktionstyp zur
Herstellung des Amadori-Umlagerungsproduktes des glykierten
Proteins Gebrauch und sind als Verfahren zur Bestimmung des
glykierten Proteins ausgezeichnet. Diese Verfahren haben
jedoch in der Hinsicht Probleme, daß es erforderlich ist,
die gesamte Menge eines bestimmten glykierten Proteins genau
abzutrennen und zu bestimmen, welches eine hohe Signifikanz
hinsichtlich klinischer Analyse aufweist (J. Japan Diab.
Soc., Ergänzung zu Bd. 34, Seite 96(1986)).
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Phenylboronsäure-Affinitätschromatographie, die im Hinblick
auf kleine Schwankungen der Temperatur, des pH oder der
Ionenstärke weniger Beeinflussung unterliegt, ist ein
ausgezeichnetes Verfahren zur Abtrennung von glykiertem
Protein und es wurde von Amicon Corporation und Pierce
Chemical Company etc. eine Ausrüstung für den klinischen
Einsatz entwickelt (UK Patentoffenlegungsschrift Nr. 2 024
829 und US Patent Nr. 4 269 605). Diese Verfahren weisen
jedoch Probleme auf, wie beispielsweise, daß eine
vergleichsweise große Menge einer Probe erforderlich ist und
eine Protein-Mengenbestimmung involviert ist, die nicht
spezifisch ist.
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Desweiteren gibt es ein Verfahren, in welchem das glykierte
Protein mittels immobilisierter Phenylboronsäure abgetrennt
wird, wobei ein markierter Antikörper mit spezifischer
Affinität zu einem bestimmten Protein verwendet wird
(Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 100 660/1987)
Dieses Verfahren hat jedoch in der Hinsicht Probleme, daß
Schwankungen der Prozentgehalte von den unterschiedlichen
Arten des glykierten Proteins beeinträchtigt werden, und daß
es erforderlich ist, die Gesamtmenge eines bestimmten
Proteins einzeln zu messen, um dessen Glykationsprozentsatz
zu bestimmen.
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Desweiteren gibt es ein Verfahren der Analyse eines
glykierten Albumins, das auf Änderungen der
Fluoreszenzwellenlänge beruht, wobei ein fluoreszenzmarkiertes
Boronsäurederivat als Reagens für die Detektion des
glykierten Albumins verwendet wird (Clin. Chem. Acta. 149,
13 (1985)). Dieses Verfahren ist jedoch als Verfahren zur
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins theoretisch ungeeignet, weil das Reagens mit
unbestimmten glykierten Protein reagiert, so daß die
Gesamtmenge des bestimmten Proteins einzeln bestimmt werden
muß, so daß das Verfahren in Bezug auf das bestimmte Protein
als Meßverfahren für Proteine eine geringe Spezifität
aufweist.
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Um diese Probleme zu lösen, wurde ein Verfahren
vorgeschlagen, das in der Japanischen Offenlegungsschrift 16
954/1989 beschrieben ist, in welchem ein bestimmtes Protein
mittels eines immobilisierten Antikörpers abgetrennt wird,
wobei ein monoklonaler Antikörper, der glykierte reduzierte
Stellen, wie beispielsweise Glycitol-Lysin oder Glycitol-
Valinreste, spezifisch erkennen kann, zur Bestimmung der
Menge eines bestimmten Proteins oder dessen
Glykationsprozentsatzes verwendet wird. Dieses Verfahren ist
deshalb ein ausgezeichnetes Verfahren, da der
Glykationsprozentsatz bestimmt werden kann, ohne daß eine
Bestimmung der Gesamtmenge des bestimmten Proteins
erforderlich ist. Es weist jedoch solche Probleme wie
beispielsweise geringe Reproduzierbarkeit oder Linearität
der Standardkurve auf, wobei die erkennbare glykierte Stelle
nur einen Teil der gesamten glykierten Stellen ausmacht und
fünf Stunden oder mehr zur Bestimmung erforderlich sind.
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Außerdem gibt es ein Verfahren, bei welchem ein mit einem
Fluoreszenzfarbstoff markiertes Boronsäurederivat mit
Hämoglobin in der Probe umgesetzt wird, wobei das Hämoglobin
von einem auf einem Träger immobilisierten Antikörper
eingefangen, die Gesamtmenge an Hämoglobin kolorimetrisch
bestimmt und das glykierte Hämoglobin fluorometrisch
bestimmt wird, um den Glykationsprozentsatz des Hämoglobins
zu bestimmen (US Patent Nr. 4 861 728). Dieses Verfahren ist
jedoch in der Hinsicht kein wirtschaftliches Verfahren, da
es ein mit Fluoreszenzfarbstoff markiertes Boronsäurederivat
erfordert, das in einem großen Überschuß zur Gesamtmenge des
in der Probe vorliegenden glykierten Hämoglobins und zur
Menge des auf einem Träger immobilisierten Antikörpers
vorliegt. Außerdem weist es Probleme hinsichtlich des
Operationssteuerungvermögens, Bequemlichkeit sowie
Unbeständigkeit in der Hinsicht auf, daß zwei verschiedene
Messungen, i.e. Kolorimetrie und Fluorometrie, für die
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes erforderlich sind.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der Nachteile,
die die oben diskutierten Verfahren des Standes der Technik
aufweisen, erdacht und es ist ihre Aufgabe, ein
Analyseverfahren zu schaffen, das eine Kombination von
immunologischen Techniken und eines
Affinitätsadsorptionsverfahrens darstellt und die Bestimmung des
Glykationsprozentsatzes eines bestimmten Proteins in einem
leichten Arbeitsvorgang, einer kurzen Zeitdauer und exakt
erlaubt.
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Die Erfinder haben umfangreiche Forschungsarbeiten und
Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, ein einfaches
Verfahren zur Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines
bestimmten Proteins zu realisieren, und sie haben
herausgefunden, daß der Glykationsprozentsatz eines bestimmten
Proteins in einer Probe durch Umsetzung der Probe, i.e.
Testprobelösung, mit einer festen Phase eines Antikörpers
oder dessen aktiven Fragments (i.e. der Teil des
Antikörpers, von welchem das Antigen erkannt wird), das an
einem festen Träger unlöslich anhaftet, leicht bestimmt
werden kann, wobei der Antikörper eine spezifische Affinität
zu dem zu messenden bestimmten Protein aufweist, und zwar
durch Einfangen des bestimmten Proteins auf die feste Phase,
Auftrennen der Flüssigphase (i.e. Probe) und der festen
Phase, Herbeiführung der Reaktion des markierten
Boronsäurederivats mit Affinität zur cis-Diolgruppe, die an
der glykierten Stelle des bestimmten an die feste Phase
gebundenen Proteins vorliegt, wodurch das markierte Material
an die glykierte Stelle gebunden wird und Bestimmung der
Menge des markierten Materials, das an die feste Phase
gebunden oder nicht gebunden ist. Diese Erfindung basiert
auf diesem Befund.
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Insbesondere wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins geschaffen, das die Schritte umfaßt, daß eine
Probe, die das bestimmte Protein enthält, mit einer festen
Phase eines Antikörpers oder dessen aktiven Fragmentes, das
an einem Träger haftet, in Kontakt gebracht wird, wobei der
Antikörper eine spezifische Affinität zu dem bestimmten
Protein aufweist, wodurch das bestimmte Protein an die feste
Phase selektiv gebunden wird, die Probe und die feste Phase
aufgetrennt werden, dann ein markiertes Boronsäurederivat
mit Affinität zu der glykierten Stelle des Proteins mit der
abgetrennten festen Phase in Kontakt gebracht wird, wodurch
eine Markierungssubstanz auf die glykierte Stelle des
bestimmten Proteins, das an die feste Phase gebunden ist,
gebunden wird, die festen und flüssigen Phasen des
umgesetzten Gemisches anschließend aufgetrennt werden und
die Menge der Markierungssubstanz in der abgetrennten festen
oder flüssigen Phase bestimmt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren
zur Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins geschaffen, wie oben erwähnt, worin das
Boronsäurederivat eine Dihydroxyborylgruppe enthält.
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Gemäß der Erfindung wird darüberhinaus ein Verfahren zur
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins geschaffen, wie oben erwähnt, worin eine Probe aus
einer aus extrahiertem Urin, Blut, Plasma und Serum
bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
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Gemäß der Erfindung wird darüberhinaus ein Verfahren zur
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins geschaffen, wie oben erwähnt, worin das markierte
Boronsäure-Derivat durch Markierung mit einem Bestandteil
aus einer Gruppe, die aus einem Isotop, einem Enzym, einem
Co-Enzym, einem Fluoreszenzfarbstoff, einem
Chemilumineszenzmittel und einem spezifischem Bindungsprotein
besteht, erhalten wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Analyseverfahren kann das
Boronsäure-Derivat hauptsächlich das
Amadori-Umlagerungsprodukt (stabil) des glykierten Proteins binden, so daß
keine Entfernung der Schiffbasen-Derivate (instabil) des
glykierten Proteins durch eine Vorbehandlung der Probe
erforderlich ist (Clin. Chem., 28, 10. 2088-2094 (1982)).
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Wie oben gezeigt, wird das einzig gewünschte bestimmte
Protein, wie beispielsweise Albumin oder Hämoglobin,
spezifisch von der Testprobelösung abgetrennt. Zu diesem
Zweck wird das bestimmte Protein an eine feste Phase eines
Antikörpers oder dessen aktiven Fragments, das eine
spezifische Affinität zu dem bestimmten Protein aufweist,
gebunden und durch eine Immunoreaktion des Antikörpers oder
dessen in Bezug auf das bestimmte Protein aktiven Fragments
an einem Träger angebracht und das glykierte Protein in dem
gebundenen bestimmten Protein anschließend mit einem
markierten Boronsäure-Derivat bestimmt (das durch Markierung
mit einem Isotop, einem Enzym oder einem anderen
Markierungsmaterial an das Boronsäure-Derivat erhalten
wurde). So ist es möglich, eine effiziente Bestimmung des
Amadori-Umlagerungsproduktes (das aus der Stabilisierung der
Schiffbasen-Derivate des glykierten Proteins durch die
Amadori-Umlagerung resultiert) vorzunehmen, ohne daß die
Herstellung irgendeines Antikörpers erforderlich ist, der nur
über spezifische Affinität zum glykierten Protein verfügt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Graph, der eine Standardkurve zeigt, die die
Beziehung zwischen der Extinktion, die auf die
Mengenbestimmung des markierten Materials zurückzuführen ist
und des Glykationsprozentsatzes des menschlichen
Serumalbumins darstellt;
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Fig. 2 ist eine Veranschalichung, die ein vereinfachtes
Modell eines Albuminmoleküls zeigt;
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Fig. 3 ist eine Veranschaulichung, die ein vereinfachtes
Modell eines glykierten Albumin-Moleküls zeigt;
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Fig. 4 ist eine Veranschaulichfung, die ein vereinfachtes
Modell eines Antialbumin-Antikörpers zeigt, der an einen
Träger gebunden ist und der das Albumin ungeachtet dessen,
ob es glykiert ist oder nicht, einfängt; und
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Fig. 5 ist eine Veranschaulichung, die ein vereinfachtes
Model eines markierten Boronsäurederivats zeigt, das in
besonderer Weise nur auf die glykierte Stelle des glykierten
Albumins, das von dem in Fig. 4 gezeigten Träger eingefangen
ist, gebunden ist.
Genaue Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird im folgenden genauer beschrieben. Dies
ist jedoch so auszulegen, daß Materialien und
Materialgruppen, die im folgenden angegeben sind, keineswegs
einschränkend sind.
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Der erfindungsgemäß verwendeten Antikörper kann beliebig
hergestellt worden sein. So kann beispielsweise Antiserum
oder Aszites, die von einem Säugetier, wie beispielsweise
einer Maus, einer Ratte oder einem Kaninchen erhalten wurden
und die durch Verabreichung eines bestimmten Proteins
immunisiert wurden oder ein daraus gewonnenes Antigen in
situ oder nach der Verarbeitung zu einem polyklonalen
Antikörper durch ein allgemein bekanntes Verfahren, wie
beispielsweise Aussalzen, Gelfiltration,
Ionenaustauschchromatographie, Elektrophorese und Affinitätschromatographie,
verwendet werden. Außerdem ist es möglich, Antikörper, die
aus Hybridzellen (Hybridomas) von Antikörper-Produktzellen
(wie beispielsweise Milzzellen und Lymphknotenzellen) von
Säugetieren o.a. erhalten und mittels Antigen- und
Myelomazellen sensibilisiert wurden, entweder in situ oder
nach einer allgemein bekannten Reinigungsart, wie
beispielsweise Aussalzen oder unterschiedliche
chromatographische Methoden, zu verwenden.
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Diese Antikörper können in Form ihrer Moleküle verwendet
werden oder es ist möglich, ihre aktiven Fragmente (i.e.
ihren Teil, von dem das Antigen erkannt wird) wie
beispielsweise Fab, Fab'- oder F(ab')2, die durch
enzymatische Behandlung hergestellt wurden, zu verwenden.
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Die Form des festen Trägers kann in Abhängigkeit vom Zweck
passend ausgewählt werden. Beispiele der Form sind
perlenförmig, testplattenförmig, röhrenförmig,
scheibenförmig, sphärisch, stiftenförmig und latexförmig. Das
Material des Trägers kann eines sein, das für Träger
gewöhnlicher Enzym-Immunoassays (EIA) verwendet wird.
Beispiele sind Glas, Polysaccharide (z.B. Cellulose,
Dextran, Stärke und Dextrin) oder dessen Derivate,
Kieselgel, poröse Keramiken, Metalloxide sowie unterschiedliche
synthetische Harze (wie beispielsweise Polymere oder
Copolymere von beispielsweise Propyren, Vinylchlorid,
Vinylacetat, Vinylpropionat, Acrylsäure, Acrylester,
Methacrylsäure, Methacrylester, Styrol, Methylstyrol,
Butadien, Isopren, Acrylamid, Acrylonitril, Methacrylonitril
und andere). Diese Träger werden entweder in situ oder nach
einer Einführung einer reaktiven funktionellen Gruppe, wie
beispielsweise Sulfonylgruppe und Aminogruppe mittels
allgemein bekannter Mittel verwendet.
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Der Antikörper kann am Träger auf eine Weise, wie für
immobilisierte Enzyme, wie beispielsweise physikalisches
Absorptionverfahren, Verfahren der kovalenten Bindung und
Vernetzungverfahren, angebracht werden (siehe beispielsweise
Ichiro Chibata, "Immobilized Enzyme", herausgegeben 20. März
1975 von Kodansha Company, Seiten 9 bis 75).
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Das Boronsäure-Derivat kann eine beliebige Struktur mit
einer Dihydroxybutyl-Gruppe aufweisen. Beispiele sind 1-
Amino-2-Phenylethylboronsäure,
3-[(Aminocarbonyl)amino]phenylboronsäure, 3-Aminophenylboronsäure,
3-(Hydroxy)phenylboronsäure, 2-(Hydroxyamino)phenylboronsäure und das
Hydrochlorid von 4-(Hydroxyamino)phenylboronsäure.
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Besonders geeignet sind Boronsäure-Derivate mit einer
Aminogruppe.
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Als Vernetzungsmittel zur Bindung des Boronsäure-Derivats
mit dem Markierungsmaterial zur Herstellung des markierten
Boronsäure-Derivats kann Glutaraldehyd, Perjodsäure,
Maleimid-Verbindungen (z.B. N-Succinimidyl-2-maleimidoacetat, N-
Succinimidyl-4-maleimidobutyrat,
N-Succinimidyl-4-(N-maleimidomethyl)-cyclohexan-1-carboxylat und
N-Sulfosuccinimidyl-4-(N-maleimidomethyl)-cyclohexan-1-carboxylat) und
Dimaleimid-Verbindungen (z B. N,N'-Oxydimethylendimaleimid
und N,N'-o-Phenylendimaleimid) verwendet werden.
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Als Markierungsmaterial zu Markierung des
Boronsäure-Derivats kann eins verwendet werden, das häufig für
immunologische Assays verwendet wird und vergleichsweise
leicht auf die eine oder die andere Weise detektiert werden
kann. Spezifische Beispiele des Materials sind Isotope,
Enzyme (wie beispielsweise β-Galactosidase, Peroxidase,
basische Phosphatase, Glucose-Oxidase und Glucose-6-
phosphat-Dehydrogenase), Substrate von Enzymen,
Fluoreszenzfarbstoffe (z.B. Fluorescein-Derivate, Rhodamin-
Derivate und Umbelliferon), chemische Lumineszenzmittel
(z.B., Luminol-Derivate und Isoluminol-Derivate), Co-Enzyme
und prosthetische Gruppen (z.B., Biotin, Nicotinamide-
Adenin-Dinucleotide) sowie spezifische Bindungsproteine (wie
beispielsweise Avidin), wobei mit der Bezeichnung
"spezifische Bindung" ein Bindungsvermögen an lediglich
spezifische Verbindungen gemein ist.
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Für das Markieren mit einem Isotop kann ein Verfahren
verwendet werden, das "Jap. J. Clin. Path.", Spezialausgabe
Nr. 53, Seiten 24 bis 25 (1983), herausgegeben am 28.
Februar 1983 von Kanahara Shuppan oder "Kensa to Gijutsu",
Spezialband 16, Nr. 7, Seiten 581 bis 582 (1988)
herausgegeben am 15. Juni 1988 von Igaku Shoin, entspricht.
Andere Markierungsverfahren, die verwendet werden können,
entsprechen Eiji Ishikawa, Tadashi Kawakami und Kiyoshi
Miyai "Enzymeimmunoassay", Nr. 3, Seiten 75 bis 151,
herausgegeben am 15. Mai 1987 von Igaku Shoin oder Ichiro
Chibata "Immobilized Enzym", Seiten 9 bis 75, herausgegeben
am 20. März 1975 von Kodansha Company.
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Die Probe, (z.B. Testprobelösung), die geprüft werden soll,
ist nicht eingeschränkt, solange eine Bestimmung des
glykierten Proteins erforderlich ist. Beispiele sind solche,
die von lebendem Organismus abstammen und glykiertes Protein
enthalten, wie beispielsweise Urin, Blut, Plasma und Serum
und Gemische von Protein und Zucker, wie beispielsweise
Glukose und Glukose-6-Phosphat. Glykiertes Protein ist im
"Jap. J. Clin. Path.", Bd. 33, Nr. 8, Seiten 879 bis 899
(1989) beschrieben.
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Zur Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins in einer Probe ist es wichtig, eine Probe zu
verwenden, die das bestimmte Protein wenigstens in einer
Konzentration enthalten kann, die zur Bindung des bestimmten
Proteins an die gesamte fixierte Menge eines Antikörpers
oder an dessen an einem Träger angebrachten aktiven Fragment
ausreichend ist.
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Zur Bindung des markierten Boronsäure-Derivats an die
glykierte Stelle des glykierten Proteins wird das erstere
normalerweise in Form einer Lösung mit pH 8 bis 9 verwendet,
die durch Verwendung einer Ammoniumacetatpuffer-Lösung,
Morpholin-Salzsäure-Pufferlösung, 2-Amino-2-methyl-propan-
1,3-diol-Salzsäure-Pufferlösung etc. erhalten wurde.
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Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sind in den
Fig. 2 bis 5 als Beispiele vereinfachte Reaktionsmodelle von
Albumin als dem bestimmten Protein gezeigt.
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Fig. 2 zeigt ein Model eines Albuminmoleküls. -NH&sub2; deutet
eine Aminogruppe des Albumins an. Fig. 3 zeigt ein
glykiertes Albumin (welches aus der Amadori-Umlagerung des
an die Aminogruppe des in Fig. 3 gezeigten Albumins
gebundenen Zuckers resultiert). Fig. 4 zeigt einen Zustand,
in welchem der an einem Träger angebrachte Antialbumin-
Antikörper Albumin einfängt, ungeachtet dessen, ob das
Albumin glykiert ist oder nicht. Fig. 5 zeigt einen Zustand,
in welchem ein markiertes Boronsäure-Derivat in besonderer
Weise auf die einzige glykierte Stelle des eingefangenen
glykierten in Fig. 4 gezeigten Albumins gebunden wird. Das *
in Fig. 5 deutet ein Markierungsmaterial an.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Menge des
bestimmten Proteins, das an die feste Phase gebunden ist,
eine festgelegte Menge, weil eine Probe verwendet wird, die
das bestimmte Protein mit mindestens einer Konzentration
enthält, die zur Bindung des bestimmten Proteins an die
gesamte fixierte Menge eines Antikörpers oder dessen an
einem Träger angebrachten aktiven Fragmentes ausreicht. So
kann der Glykationsprozentsatz des bestimmten Proteins durch
die Bestimmung der Menge des markierten Materials, das an
die glykierte Stelle des bestimmten Proteins gebunden ist,
gemessen werden, ohne daß eine separate Bestimmung der
Gesamtmenge des bestimmten Proteins erforderlich ist.
Außerdem erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins exakter, bequemer und in einer kürzeren Zeit im
Vergleich mit dem Verfahren des Stands der Technik.
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Beispiele der Erfindung sind im folgenden gegeben, um das
Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ohne daß dies eine
Einschränkung der Erfindung bedeutet.
Beispiel 1
(1) Herstellung des nicht enzymatisch glykierten Albumins
und nicht glykierten Albumins
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50 mg menschliches Serumalbumin (erhältlich von Sigma
Chemical Company), 50 mg D-Glucose und 4 mg Natriumborhydrid
wurden in 10 mM (wobei M Mol/l ist) Phosphatpuffferlösung mit
pH 8,0 aufgelöst und die entstandene Lösung für 10 Tage bei
37ºC gehalten. Dieses Albumin wurde mittels
Gelfiltrationschromatographie mit "Sephadex G-25"
(erhältlich von Pharmacia Company als
gelfiltrationschromatographisches Medium) und 0,25 M Ammoniumacetat-
Pufferlöung mit pH 9,0 als Eluent entsalzt, gefolgt von
Affinitätschromatographie mit einem Adsorbens mit 3
Amminophenylboronsäure (erhältlich von Aldrich Chemical
Company, Inc.), das daran gebunden ist, und mit 0,25 M
Ammoniumacetatpufferlösung mit pH 9,0 und 0,25 M
Acetatpufferlösung mit pH 4,0 als Eluent. Das Albuminextrakt
mit der 0,25 M Ammoniumpufferlösung mit pH 9,0 als Eluent
wurden als eine nicht glykierte Albuminfraktion abgetrennt,
während das Albuminextrakt mit der 0,25 M
Essigsäurepufferlösung mit pH 4,0 als eine nicht enzymatisch
glykierte Albuminfraktion abgetrennt wurden. Diese
Fraktionen wurden gereinigt.
(2) Herstellung des peroxidasemarkierten
Phenylboronsäurederivates
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4 mg Peroxidase aus dem Meerrettich (von Sigma Company), 16
mg 3-Aminophenylboronsäure und 0,05% Glutaraldehyd wurden
gemischt und bei Raumtemperatur für 48 Stunden umgesetzt.
Anschließend wurden 2 mg Natriumborhydrid zugefügt und das
System für 3 Stunden bei Raumtemperatur belassen.
Anschließend wurde das System mittels
Gelfiltrationschromatographie mit "Sephadex G-25" und einer 0,25 M
Ammoniumacetatpufferlösung mit pH 9,0 als Eluent entsalzt.
Mittels eines Adsorbents, an welches das in (1) hergestellte
nicht enzymatisch glykierte Albumin gebunden war, wurde
Affinitätschromatographie mit einer 0,25 M
Ammoniumacetatpufferlösung mit pH 9,0 und einer 0,25 M
Essigsäurepufferlösung mit pH 4,0 als Eluent durchgeführt. Das
peroxidasemarkierte Phenylboronsäure-Derivatextrakt mit der
0,25 M Essigsäurepufferlöung mit pH 9,0 wurde abgetrennt und
gereinigt.
(3) Herstellung des Trägers mit daran angebrachten
Antimenschlichem-Serum-Antikörper
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Um den Anti-menschlichen-Serumalbumin-Antikörper durch
Aufbringen auf eine festen Phase, i.e. Polystyrol-Kügelchen,
unlöslich zu machen, wurden die Polystyrol-Kügelchen (mit
einem Durchmesser von 6,35 mm) mit einer Lösung von
Antimenschlichem-Serumalbumin-Antikörper (100 bis 200 ug/ml, 10
mM Phosphatpufferlösung mit pH 7,3) imprägniert und über
Nacht bei 4ºC stehengelassen und anschließend in 0,1%-iges
Rinder-Serumalbumin (BSA) getaucht und über Nacht bei 4ºC
stehengelassen, wobei so ein Träger mit einem darauf
angebrachten Anti-menschlichem-Serum-Antikörper (feste Phase)
hergestellt wurde.
(4) Bestimmung des Glykationsprozentsatzes des menschlichen
Serumalbumins
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Nicht glykiertes Albumin und nicht enzymatisch glykiertes
Albumin wurden gemischt, und Proben mit glykierten
Albuminprozentsätzen von 10, 20, 40, 60, 80 und 100% durch
Einstellen der menschlichen Serumalbumin-Konzentration auf 3
g/dl hergestellt, was der Albumin-Konzentration im Serum
eines normalen gesunden Menschen entspricht.
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20 ul jeder Probe wurde mit einer physiologischen Salzlösung
auf das 100-fache verdünnt, wobei so eine verdünnte Probe
erhalten wurde.
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500 ul der verdünnten Probe wurde in ein Teströhrchen
eingebracht und anschließend im Wasserbad für 5 Minuten bei
37ºC erhitzt. Anschließend wurde der Träger mit dem darauf
angebrachten Anti-menschlichem-Serumalbumin-Antikörper in
das Teströhren eingebracht und für 5 Minuten umgesetzt. Dann
wurde der Träger und die flüssige Phase aufgetrennt und der
Träger mit physiologischer Salzlösung gewaschen und mit 400
ul der Lösung des peroxidasemarkierten Boronsäure-Derivats
(0,25 M Ammoniumacetat-Pufferlösung mit pH 9,0) bei 37ºC für
30 Minuten umgesetzt. Dann wurde der Träger mit 0,25 M
Ammoniumacetat-Pufferlösung mit pH 9,0 gewaschen und mit 500
ul einer 1 mg/ml o-Phenylendiamin-Lösung (welche 0,1 M
Phosphat-Citratpufferlösung mit pH 6,0 und 5 mM
Wasserstoffperoxid enthielt) bei 37ºC für 10 Minuten
umgesetzt. Die Reaktion wurde mit 2,0 ml 1 N Schwefelsäure
beendigt und die Extinktion bei 492 nm gemessen.
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Die Ergebnisse der Messung sind in Fig. 1 gezeigt. Die auf
der Ordinate gezeigten ΔA sind Werte, die durch Subtraktion
der Extinktion des Blindwertes korrigiert wurden. Wie in
Fig. 1 gezeigt, kann eine Standardkurve erhalten werden, die
eine Beziehung zwischen der Extinktion und dem Prozentsatz
des glykierten Proteins darstellt. Es hat sich
herausgestellt, daß die Extinktion linear proportional zur
Zunahme des glykierten Proteinprozentsatzes zunimmt, was
eine Möglichkeit einer exakten Bestimmung durch das
erfindungsgemäße Anlayseverfahren andeutet.
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Es hat sich auch herausgestellt, daß die für die Analyse
benötigte Zeit etwa 1 Stunde und die erforderliche
Probenmenge 20 ul betrug, was eine Möglichkeit der
Bearbeitung großer Mengen an Proben in einer kurzen
Zeitdauer andeutet, wobei es einer sehr geringen Probenmenge
bedarf.
Beispiel 2
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Elektrophoretische Auftrennung von Albumin in einer
Serumprobe und Bestimmung des Glykationsprozentsatzes des
extrahierten Albumins
(1) Elektrophoretische Auftrennung von Albumin
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Eine Serumprobe wurde durch Zugabe von 5 g D-Glukose zu 10
ml eines eingestellten Standardserums "Moni-Trol II.X" (von
American Dade Company) und Stehenlassen des entstandenen
Systems für 2 Tage bei 37ºC hergestellt. Ein Teil der
Serumprobe wurde mit 10 (Gew./Gew.-%) Polyacrylamid-Gel
elektrophorisiert und das Gel anschließend für etwa 1 Stunde
in einer wässrigen Trichloressigsäurelösung getaucht, um
einen dem Albumin entsprechenden Teil auszuschneiden. Das
ausgeschnittene Gel wurde anschließend in ein Teströhrchen
gegossen und mit 0,1 M Phosphatpuffer-Lösung mit pH 7,3 bis
zur Neutralität gewaschen. Das Gel wurde dann zerdrückt und
das Albumin durch Zentrifugaltrennung extrahiert.
(2) Bestimmung des Glykationsprozentsatzes von Albumin
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Der Glykationsprozentsatz von Albumin in einer Serumprobe
und von Albumin, das aus dem elektrophoretischen Gel
extrahiert wurde, wurden in einer Weise, wie in Beispiel 1,
bestimmt. Die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 1
unterhalb angegeben.
Tabelle 1
Glykationsprozentsatz (%)
Glykation im Serum
Albumin extrahiert aus Gel
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Der Glykationsprozentsatz von Albumin in der Serumprobe und
derjenige des aus dem Gel extrahierten Albumins waren im
wesentlichen gleich. D.h., daß die Bestimmung des
Glykationsprozentsatzes von Albumin ohne nachteilige
Beeinträchtigung durch koexistente Materialien und
vergleichbar zu dem Fall, wenn das Albumin einzeln durch
Elektrophorese abgetrennt wurde, erhalten werden konnte.
Beispiel 3
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes von menschlichem
Serumalbumin mittels avidinmarkierten Phenylboronsäure-
Derivats und peroxidasemarkiertem Biotin
(1) Herstellung des avidinmarkierten Phenylboronsäure-
Derivats
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2 mg Avidin aus Eiweiß und 8 mg 3-Aminophenylboronsäure
wurden in 2 ml einer 0,5 M Boratpufferlösung mit pH 10,5
gelöst und 1 ul eines 25 (Gew./Gew.-%) Glutaraldehyds zur
Lösung zugegeben und anschließend für 10 Minuten bei
Raumtemperatur belassen. Nach 10 Minuten wurden 500 ul einer
0,25 M Tris-HCl-Pufferlösung zugegeben und die Reaktion
beendigt, wobei das Gemisch anschließend noch für 1 Stunde
bei Raumtemperatur stehengelassen wurde. Avidinmarkiertes
Phenylboronsäure-Derivat wurde in gleicher Weise, wie in
Beispiel 1, gereinigt, wobei sein pH mit 4N-Natriumhydroxid
auf 9,0 eingestellt wurde.
(2) Bestimmung des Glykationsprozentsatzes von menschlichem
Serumalbumin
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Proben menschlichen Serumalbumins mit
Glykationsprozentsätzen von 0, 50 und 100% wurden in gleicher Weise, wie in
Beispiel 1, hergestellt. Das Bestimmungsverfahren für die
mittels einer avidinmarkierten Phenylboronsäure-
Derivatlösung (0,25 M Ammoniumacetatpufferlösung mit pH 9,0)
anstatt des peroxidasemarkierten Phenylboronsäure-Derivats
durchgeführt, wobei so Avidin an die glykierte Stelle des
glykierten Albumins gebunden wurde. Der Träger wurde mit
physiologischer Salzlösung (welche 0,05 (Volumen/Volumen-%)
Polyoxyethylensorbitanmonolaurat enthielt) gewaschen und mit
einer Lösung aus peroxidasemarkiertem Biotin (von Sigma
Company) (2,7 U/ml 0,25 M Ammoniumacetatpufferlösung mit pH
9,0) bei 37ºC für 10 Minuten umgesetzt. Dann wurde die
Enzymaktivität in der Weise, wie in Beispiel 1, bestimmt.
Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Glykationsprozentsatz (%)
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Der Wert nahm proportional zur Zunahme des
Glykationsprozentsatzes (%) zu. Wie gezeigt, war es mittels
der spezifischen und selektiven Eigenschaft von Avidin und
Biotin als besondere Bindungsproteine möglich, den
Glykationsprozentsatz von menschlichem Serumalbumin unter
Verwendung eines avidinmarkierten Phenylboronsäure-Derivats
und peroxidasemarkierten Biotins zu bestimmen.
Beispiel 4
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes von menschlichem
Hämoglobin
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Nicht enzymatisch glykiertes menschliches Hämoglobin und
nicht glykiertes menschliches Hämoglobin wurden in gleicher
Weise, wie in Beispiel 1, hergestellt, aufgetrennt und
gereinigt. Der Glykationsprozentsatz wurde in gleicher
Weise, wie in Beispiel 1, bestimmt, außer, daß ein Träger,
an dem ein Anti-menschlicher-Hämoglobin-Antikörper
angebracht war und eine peroxidasemarkierte
Phenylboronsäurederivat-Lösung (2 U/ml) verwendet wurden. Die
Ergebnisse des Experiments sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Glykationsprozentsatz (%)
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Als Ergebnis der Analysen wurde festgestellt, daß die
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes von Hämoglobin
genauso wie die von Albumin in der Weise, wie in Beispiel 1,
möglich war.
Beispiel 5
Bestimmung des Glykationsprozentsatzes von geringen Mengen
Albumin im Urin
(1) Herstellung einer Standard-Urinprobe
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Urin wurde durch eine Ultrafiltrationmembran (von Toyo Roshi
Company) deproteinisiert. Durch Zugabe eines nicht
enzymatisch glykierten Albumins und nicht glykierten
Albumins, hergestellt in Beispiel 1, zum deproteinisierten
Urin wurden Standard-Urinproben hergestellt.
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Die Albuminkonzentration wurde auf 5 ug/ml, der
Albuminkonzentration eines gesunden Meschen, eingestellt.
(2) Bestimmung des Glykationsprozentsatzes von Albumin in
Urin
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Als Probe wurden 400 ul der Urinprobe in ein Teströhrchen
eingebracht und zu der Probe 100 ul einer 0,25 M
Ammoniumacetat-Pufferlösung mit pH 9,0, welche 2,5
(Gew./Volumen-%) Natriumchlorid und 2,0 (Volumen/Volumen)
Polyoxyethylensorbitanmonolaurat enthielt, zugegeben. Der
Glykationsprozentsatz wurde in der Weise, wie in Beispiel 1,
bestimmt, außer daß die Antigen-Antikörper-Reaktionszeit von
5 Minuten auf 2 Stunden geändert und die Zeit der
enzymatischen Reaktion von 10 Minuten auf 30 Minuten
geändert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Glykationsprozentsatz(%)
Beispiel
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Aus den Standard-Urinproben mit Glykationsprozentsätzen von
0, 25 und 50 % konnten Standardkurven erhalten werden.
Außerdem wurde der Glykationsprozentsatz mit Proben 1 und 2
aus dem Urin eines gesunden Menschen bestimmt, wobei diese
im Bereich von etwa 2 bis 4% lagen.
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Wie oben gezeigt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren
die Bestimmung des Glykationsprozentsatzes eines bestimmten
Proteins in einer Probe exakt, kurzfristig, bequem und
schnell im Vergleich zum Verfahren des Stands der Technik.
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Außerdem wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die
Verwendung einer Probe, welche ein bestimmtes Protein mit
mindestens einer Konzentration enthält, die zum Binden der
gesamten fixierten Menge eines Antikörpers oder dessen an
einem Träger angebrachten aktiven Fragments ausreicht, daß
eine fixierte Menge des bestimmten Proteins an die feste
Phase gebunden wird, wobei es so möglich wird, den
Glykationsprozentsatz des bestimmten Proteins zu bestimmen,
ohne daß eine separate Bestimmung der Gesamtmenge des
bestimmten Proteins erforderlich ist, sondern es wird die
Menge des an die glykierte Stelle des glykierten Proteins
gebundenen oder nicht gebundenen Markierungsmittels durch
Verwendung eines markierten Boronsäure-Derivats bestimmt.
Außerdem muß das markierte Boronsäure-Derivat, daß für die
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estimmung erforderlich ist, lediglich in einer gegenüber
der Menge des bestimmten Proteins, das an die feste Phase
gebunden ist, überschüssigen Menge vorliegen, d.h., daß die
Verwendung einer unnötig großen Menge eines markierten
Boronsäure-Derivats nicht erforderlich ist, was im Hinblick
auf Wirtschaftlichkeit gewünscht wird.