EP1451558A1 - Surface plasmon resonance (spr) sensor surface support - Google Patents

Surface plasmon resonance (spr) sensor surface support

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Publication number
EP1451558A1
EP1451558A1 EP02787742A EP02787742A EP1451558A1 EP 1451558 A1 EP1451558 A1 EP 1451558A1 EP 02787742 A EP02787742 A EP 02787742A EP 02787742 A EP02787742 A EP 02787742A EP 1451558 A1 EP1451558 A1 EP 1451558A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
areas
spr sensor
spr
measuring
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02787742A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver Hill
Klaus Burkert
Stefan Dickopf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Graffinity Pharmaceuticals GmbH
Original Assignee
Graffinity Pharmaceuticals GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10220593A external-priority patent/DE10220593A1/en
Application filed by Graffinity Pharmaceuticals GmbH filed Critical Graffinity Pharmaceuticals GmbH
Publication of EP1451558A1 publication Critical patent/EP1451558A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/251Colorimeters; Construction thereof
    • G01N21/253Colorimeters; Construction thereof for batch operation, i.e. multisample apparatus
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

Definitions

  • the present application relates to an SPR
  • SPR Surface Plasmon Resonance
  • Sensor surface support is known for example from WO 01/63256 AI.
  • the present application further relates to a
  • WO 01/63256 describes a structured SPR sensor surface carrier which consists of a glass substrate on which a multiplicity of SPR sensor surfaces are arranged in a two-dimensional grid lying in one plane, radiation for excitation of surface plasmons being guided through the substrate becomes. Separating means are also provided in order to separate the individual SPR sensor areas from the respectively adjacent SPR sensor areas. The sensor areas are formed, for example, by a gold layer on the substrate, and the release agents, for example, by a lacquer or silicon on the substrate, so that no surface plasmon resonance occurs in the area of the release agents. Likewise, according to an example shown, the separating means are raised compared to the SPR sensor surfaces, so that the separating means form a respective cavity for each SPR sensor surface.
  • the SPR sensor surface support described provides a means for simultaneously measuring a large number of sensor surfaces. The object of the present invention is to improve such an SPR sensor surface carrier.
  • the SPR sensor surface carrier is divided into a multiplicity of measuring ranges, one measuring range each comprising one or more (e.g. four) SPR sensor surfaces, and at least one of these measuring ranges from one
  • Is surrounded insulation area which does not include a release agent, and is designed to accommodate a sealing element in order to form, together with a volume element to be placed on the measurement area, a space isolated from adjacent measurement areas above this given measurement area.
  • an SPR sensor surface carrier is created, which gives the possibility of creating a volume over one or more measuring regions, which is isolated from neighboring measuring regions, in order, for example, to carry out further measurements on samples directly on the SPR sensor surface carrier respective SPR sensor surfaces.
  • La-lc show perspective views of SPR sensor surface carriers according to the invention.
  • FIG. 2 shows a sectional perspective view and an enlarged section of an SPR sensor surface carrier according to the invention and a volume element;
  • FIG 3 shows a sectional view and a perspective view of a measuring area and associated sealing element.
  • FIG. 1 a A first embodiment of the invention is shown in FIG. 1 a, in which a multiplicity of measurement areas 110, each comprising four SPR sensor surfaces 100 in the example shown, are arranged on a prism 4, which in this example serves as the substrate of the SPR sensor surface carrier serves. Also shown is a cell border 9, which preferably surrounds the overall arrangement of measurement areas 110 is attached. Also shown is a light beam 6 which is guided through the prism 4 (the SPR sensor surface support) in order to excite surface plasmon resonance in the SPR sensor surfaces 100.
  • FIG. 1b shows a further embodiment of the invention, in which a plate-shaped substrate 5 carries the SPR sensor surfaces 100 and the measuring areas 110. Similar to the embodiment in FIG. 1 a, a cell border 9 is also provided.
  • this SPR sensor surface carrier it is applied to a surface 7 of a prism 4, so that light (more generally: SPR-exciting radiation) 6 can be guided through the prism 4 and the plate 5 to the SPR sensor surfaces 100 , This is preferably done by using an index liquid 8 between the prism 4 and the plate 5, so that the light 6 irradiated under SPR conditions is not reflected at the interface of the surface 7 at the air gap in front of the plate 5.
  • an index liquid is oleic acid or a mixture containing oleic acid.
  • any material that is transparent for SPR-capable radiation and onto which a SPR-capable material can be applied in the SPR sensor areas 100 can be used as the material for the prism 4 or the plate 5.
  • the substrate 4 or 5 can be made of glass, and the SPR sensor surfaces can be formed by a metal coating, in particular by a gold layer.
  • the measuring areas 110 can be addressed in two dimensions.
  • the term "addressable" in this context means that individual measuring ranges by means of a corresponding Identification or address can be distinguished from one another, so that corresponding samples can also be addressed accordingly. This creates the advantage that a very large number of measuring areas 110 can be exposed and evaluated simultaneously. However, it is also possible within the scope of the invention to arrange the measuring ranges in one dimension in an addressable manner.
  • the measuring areas 110 are arranged in a Cartesian grid, as shown in FIG. 1, the addressability then being given most simply by Cartesian coordinates.
  • the present invention is in no way limited to this, and the measuring ranges can be distributed in any grid or even completely disordered, and can be addressed according to any coordinates (e.g. polar coordinates) regardless of their specific arrangement.
  • the carrier 5 is shown schematically, on which a gold layer 51 is located.
  • the measuring area 110 comprises four SPR sensor areas 100.
  • a measuring area can also include more or fewer SPR sensor areas 100.
  • the measuring area 110 is formed by suitable separating means 105 (examples of which are described later) which, as shown in FIG.
  • SPR sensor areas 100 are formed in which the gold layer is applied to the carrier 5 (possibly with an intermediate layer for promoting adhesion between the gold layer 51 and the carrier 5) and release agent regions in which the release agent 105 on the carrier or substrate 5 (also possibly with an adhesion-promoting agent Intermediate layer) are applied.
  • the separating means are designed such that no surface resonance occurs there , so that the SPR sensor surfaces are clearly separated from one another by the structuring of the surface of the carrier 5.
  • the measuring area 110 shown is surrounded by an insulating area 120.
  • the insulating area 120 is designed to accommodate a sealing element 130 in order to form an insulated space over this measuring area together with a volume element 11 to be placed on the measuring area 110 shown (see FIG. 3 above).
  • the insulating region 120 does not comprise any separating means 105. This ensures that the sealing element 130 can provide a good seal.
  • the insulating region 120 on the surface facing away from the substrate 5 is preferably of the same nature as the SPR sensor surfaces. This can be seen in FIG. 3 above, since both the SPR sensor area and the insulating area 120 present the gold area 51. According to a preferred embodiment, not only are the surfaces made the same, but the SPR sensor surfaces and insulation areas are made the same overall, i.e. have the same layer sequence from the substrate 5 to the surface. In other words, the SPR sensor surfaces 100 and the insulating regions 120 are preferably produced by the same method steps, so that no separate method steps are necessary for the respective production.
  • the insulating region 120 may be different on the surface facing away from the substrate 5 is configured as the SPR sensor areas 100.
  • an isolation region 120 may be formed by an exposed substrate surface.
  • an insulating region 120 it is possible for an insulating region 120 to have a seal-demanding layer on its surface, which consists of a material that is matched to the sealing elements 130, for example silicone. This seal-promoting layer can be applied in any desired or practical way, for example by means of a mask, by means of a robot which controls the individual insulation areas, or also by hand.
  • the separating means 105 are raised not only with respect to the SPR sensor areas in order to form respective cavities on the SPR sensor areas, but also with respect to the insulating area 120, as shown in FIG. 3. With suitable dimensioning of the insulating region 120 and the sealing element 130, it is thus possible for the separating means 105, which form the circumference of the measuring region 110, to serve as a guide for the sealing element 130. The placement of the sealing elements 130 is thus facilitated.
  • the measuring areas 110 and the associated sealing elements 130 are preferably round or oval. However, it should be noted that the invention can be applied to any geometric shapes of the outer circumference of measuring areas and sealing elements.
  • FIG. 3 shows a single measuring area 110 with an associated insulating area 120.
  • FIG. 1 shows a plurality of measurement areas (as shown in FIG. 1) and only one or a few of these measurement areas are surrounded by associated isolation areas, it is preferred that each of the plurality of measurement areas 110 of a given SPR- Sensor surface carrier is surrounded by an associated insulating area 120. This gives the advantage that by putting on a corresponding volume element and volume element over any measurement area 110, a volume can be formed in order to carry out further measurements and analyzes.
  • a method for producing an SPR sensor surface carrier according to the above-described embodiments is now set out. This is preferably done by forming or applying the release agent 105 on the respective substrate, e.g. of the plate 5 or the prism 4, so that free areas are created between the separating means 105, which define SPR sensor areas 110 and insulating areas 120, and then application of an SPR-suitable material at least in the free areas, which define SPR sensor areas 100.
  • an SPR sensor area carrier is created in which the insulating areas are characterized by the exposed substrate or the layer directly below the gold layer. If the SPR-suitable material is also applied in the free areas which define insulating areas, an SPR sensor surface carrier is produced, as is shown in FIG. 3, namely in which the SPR-suitable layer both in the SPR sensor surfaces 100 and in the isolation areas 120 is presented.
  • SPR-suitable material e.g. gold
  • a seal-demanding layer e.g. silicone
  • the step for forming the release agent 105 can be carried out, for example, by applying a polymer to the surface of the substrate 4 or 5.
  • This preferably comprises the steps of applying a photostructurable polymer to the entire surface of the substrate 4 or 5, exposing the applied polymer layer with a mask defining areas associated with the release means 105, areas associated with the SPR sensor areas 100 and areas associated with the isolation areas 120, and processing the exposed polymer layer to include in the areas belonging to the SPR sensor areas 100 and the isolation areas 120 to expose the substrate surface.
  • An alternative in applying a polymer for the release agent is to apply a polymer to the surface of the substrate 4 or 5 in a two-dimensional grid that defines the release agent 105, the SPR sensor surfaces 100 and the insulating regions 120, and the curing of the Polymers.
  • the polymer is preferably applied using a screen printing technique.
  • the release agent can also be formed by a structurable silicon layer.
  • the step for applying the SPR-suitable material is preferably carried out by depositing a metal, an adhesion-promoting layer possibly being applied prior to the deposition of the metal. It is particularly preferred that the metal is evaporated on the entire surface of the structured substrate, so that it then also covers the release agents, as shown schematically in FIG. 3 above.
  • the SPR sensor surface support according to the invention is designed in such a way that the insulating area 120 can accommodate a sealing element 130 in order to form an insulated space above the measuring area together with a volume element 11.
  • the volume element 11 can be provided in any suitable or desired manner, for example as cylindrical single element which is connected to a single sealing element 130.
  • several volume elements 11 are provided as part of a volume element carrier 10, as shown for example in FIG. 2.
  • 2 shows a measuring device which consists of an SPR sensor surface carrier 5 and a volume element carrier 10, which interact with one another in such a way that spaces are formed over the respective measuring regions 110.
  • the volume element carrier 10 is a body in which the volume elements 11 are formed as bores or recesses.
  • the volume element carrier 10 can e.g. by machining (e.g. milling or drilling), from a plastic (e.g. Teflon) or metal (e.g. aluminum).
  • Thermoplastics e.g. polystyrene or polypropylene
  • the volume element carrier 10 can be a body in which the volume elements 11 are formed as bores or recesses.
  • the volume element carrier 10 can e.g. by machining (e.g. milling or drilling), from a plastic (e.g. Teflon) or metal (e.g. aluminum).
  • Thermoplastics e.g. polystyrene or polypropylene
  • the volume element carrier 10 can be considered as alternative plastics, even if they are less suitable for machining than
  • Volume element carriers can also be brought into the desired shape using a casting process (e.g. injection molding).
  • a casting process e.g. injection molding
  • any suitable, moldable or solidifying material is suitable, e.g. the above-mentioned thermoplastic elastomers, such as polystyrene or polypropylene, or castable metals.
  • the volume element carrier is to be used repeatedly in processes in which viruses, bacteria or other potentially infectious biological entities are used, preference is given to materials which are resistant to chemical sterilization (for example treatment with citric acid, NaOH / SDS).
  • a material is, for example, PolyChloroTriFluoroEthylen (PCTFE).
  • PCTFE PolyChloroTriFluoroEthylen
  • the sealing elements 130 are components of the volume element carrier 10.
  • the sealing elements 130 can be connected to the volume element carrier 10 in a fixed or detachable manner. Grooves in which the sealing elements 130 are placed are preferably provided on the side of the body forming the volume element carrier around the openings which define volume elements 11. In this case, the sealing elements are preferably O-rings.
  • sealing elements and the volume element carrier may be formed in one piece. This is e.g. possible if the volume element carrier is injection molded from a suitable plastic, which is sufficient flexibility for the
  • the sealing elements can be formed on the side of the volume element carrier as protruding beads in a shape matched to the measuring areas (e.g. as ring beads for round or oval measuring areas).
  • soft material seals are suitable as sealing elements, e.g. made of plastic, rubber, silicone, Teflon or similar, which can be used in ring, lamella or mat design. Vacuum seals can also be used.
  • the SPR sensor surface support and the volume element support 10 have respective adjustment elements, e.g. Dowel pins and guides 13 (see Figure 2), so that
  • Sealing elements 130 can be aligned with the assigned insulating areas 120.
  • the tolerances for the dowel pins and guides are matched to the dimensions of the measuring areas or insulating areas and sealing elements, so that the desired accuracy of fit between the sealing elements and insulating areas can be achieved.
  • the accuracy of fit of the dowel pins and guides is preferably on the order of 20 ⁇ m or less.
  • the SPR sensor surface carrier and the volume element carrier have respective fastening elements 15 in order to firmly connect the SPR sensor surface carrier and the volume element carrier to one another.
  • the fastening elements 15 are preferably such that the connection can also be released again.
  • the connecting elements 15 can e.g. be a pressure connection, such as a screw or clamp connection.
  • the fasteners can e.g. Be guides in which a metal clip is inserted to connect the SPR sensor surface support and the volume element support together.
  • the connecting elements can be internally threaded bores into which an outer screw is screwed in order to connect the SPR sensor surface support and the volume element support to one another.
  • Fasteners 15 are identical, e.g. would be possible in the example of the threaded holes given above, since screwing in the outer screw on the one hand connects the SPR sensor surface support and the volume element support, and on the other hand brings about an adjustment by the alignment of the holes.
  • the tolerances must create the required accuracy of fit. It is therefore preferred that the adjusting elements 13 and the fastening elements 15 are separate, since then the requirements for the tolerances in the fastening elements can be lower.
  • a method for the selection and identification of peptide or protein molecules by means of a phage display is now described, which is a preferred application of the SPR sensor surface carrier described above and that of SPR- Sensor surface support, sealing elements and volume elements existing measuring device.
  • Phage display screening systems follow this approach.
  • the combination of in vitro gene expression techniques and traditional biochemical techniques used follow this approach.
  • genes coding for non-viral proteins or peptides are incorporated into the viral genome in such a way that fusion proteins are generated between the desired non-viral protein or peptide and a viral coat protein.
  • the fusion protein is presented on the surface of the virus.
  • a typical phage display library a large number of DNA fragments which code for non-viral proteins or peptides are inserted into the viral genome. This is how viral particles are generated that present a multitude of proteins or peptides on the surface.
  • This phage display library is then brought into contact with a sample immobilized on a support. In the subsequent washing step, viruses that
  • fusion proteins that interact with the immobilized sample to form a bond on which Retain carriers, whereas viruses that present non-interacting fusion proteins are washed away.
  • the interacting viruses are eluted and amplified by infection of a host culture. Repeated rounds of amplification and selection may be required to obtain a relatively homogeneous virus population that binds to the immobilized sample with high affinity.
  • the inserted DNA sections are then sequenced from individual virus clones and the amino acid sequences of the interacting proteins or peptides are derived therefrom.
  • the immobilization of an interaction partner is necessary to enable the separation of the virus-ligand complexes from the non-interacting viruses. It also facilitates process management, e.g. performing washing steps and, in conjunction with a suitable detection method, can provide information about the presence and the strength of the interactions between the interaction partners.
  • Spherical beads (cross-linked polymers in particle form) are often used as carriers for virus selection. Beads can, for example, be stacked up to form affinity columns. A big disadvantage with the
  • a carrier for virus selection which immobilizes a large number of Ligands and a universal / simple handling guaranteed and thus enables automation and miniaturization of the process.
  • the geometry of the carrier used for virus selection plays an important role in the automation and miniaturization of the method. It is advantageous for this if the interaction partners immobilized on the carrier are arranged in a regular grid and positionally addressable. For the automation and miniaturization of the method, it would also be very advantageous if both the selection and the detection of binding events could be carried out on the identical surface. In order to enable the easy use of powerful robots for pipetting or the like, the containers should also be open at the top.
  • Microtiter plates or a planar support e.g. a membrane
  • a planar support e.g. a membrane
  • WO01 / 02554 describes a parallelized method for identifying interaction partners using phage
  • a major disadvantage of using microtiter plates as an incubation vessel is that the cavities only have a relatively small sample volume (e.g. 0.2 - 1.2 ml volume per well for standard 96-well microtiter plates; 20-60 ⁇ l Allow 384 microtiter plates) for the selection. Due to this volume limitation of the cavities, it is often necessary to enrich the viruses before screening. For example, phage titers between lx 10 10 - lx 10 11 pfu / ml (plaque forming units) are usually achieved with lysates of bacteriophage T7.
  • a method is more advantageous in which the culture supernatants / lysates resulting from the multiplication of the phage library can be used directly in the screening process. This is made possible by using incubation vessels with a larger sample volume than the cavities of microtiter plates allow.
  • Another disadvantage is that a competing, simultaneous selection of structurally similar ligands against the phage library is excluded due to the separate volumes, since only one ligand can be immobilized per cavity.
  • a selection of the in a common sample volume is advantageous Interaction partners in which the immobilized interaction partners are arranged in a position-addressable, two-dimensional array. Suitable for this are planar supports (eg membranes) which are incubated in suitable large-volume vessels (dishes or tubes) or which are themselves a vessel.
  • Hawlisch et al. (Analytical Biochemistry 293, 142-145 (2001) describe a method for the selection of epitope-specific scFv fragments using an M13-based virus system. For the selection, a peptide array synthesized on cellulose membranes was used, which contains part of the primary sequence of the human C3a receptor in Form of fifty in sequence overlapping 15mer peptides represented.
  • Binding partners to the individual affinity ligands of the array used for the selection were carried out by further ELISA-based assays. For this purpose, the entire array was brought into contact with a single virus clone and the assignment of the virus clone to one or more affinity ligands of the array was made via the position of the binding signal. For every virus clone a separate assay must therefore be carried out against all affinity ligands contained in the array. The viral clones were assigned to the individual affinity ligands immobilized in the array in a further binding assay (ELISA) which was carried out on the array.
  • ELISA binding assay
  • a disadvantage of this method is that a common ELISA for the identification of interacting viral clones is only possible when using peptidic affinity ligands which are derived from a common protein / polypeptide sequence.
  • a binding assay must be performed for each affinity ligand used in the array.
  • a disadvantage of using membranes as the surface is that the local concentration of the ligand can only be controlled with great effort. This can lead to the formation of unspecific virus-ligand complexes due to local avidity effects.
  • a very great disadvantage of the above-mentioned prior art method is that the spatial information of the array with respect to the ligands is lost during the selection because the interacting viruses i) cannot be detected on the array and ii) do not elute from the array in a location-specific manner can be.
  • a measurement system is required with which the binding of the viruses can be detected during the selection, and ii) a method by means of which bound viruses are required location-specific can be eluted from the array.
  • the selection and detection of the selection success must be able to be carried out in the same measuring system.
  • the binding assay on which the selection is based is limited in its execution to the conditions of the labeling reaction, so that a variation of the binding assay which is advantageous for the selection, e.g. B. Changing the pH, the ionic strength or the use of detergents is not possible.
  • marker-based detection method used in the above-mentioned method is that the viruses identified in the selection process cannot be used for the further method steps.
  • marker molecules e.g. antibodies, streptavidin
  • these require a physical interaction between the ligand-virus complexes and the labeling reagent. This physical interaction can lead to a change in the binding between the ligand and the virus (weakening or strengthening) or to an impairment of the host-virus interaction (loss of infectivity).
  • marker-based detection methods it is to be expected that insoluble aggregates will form, so that the viruses contained therein are not available for further process steps.
  • a label-free detection method such as surface plasmon resonance (SPR)
  • SPR surface plasmon resonance
  • This also has the advantage that the direct binding of the peptide or protein presented on the virus to the ligand can be demonstrated.
  • the proteins used as ligands were each covalently coupled to the dextran matrix of a sensor chip in three different approaches and a limited volume of a phage library was passed over the sensor surface in a continuous flow.
  • the viruses were then eluted from the surface using a mobile phase with continuous flow and the eluate was collected in a fractional manner.
  • the course of the selection carried out on the sensor surface was observed by means of time-resolved SPR measurement in a BIAcore TM device.
  • the viruses contained in the eluate were separated and multiplied.
  • the primary selection success was the increase in the ratio of bindings to non-binders of the virus clones contained in the eluate, as determined by ELISA. Subsequently, the antibodies encoded by the interacting viruses were produced recombinantly and their dissociation constant compared to the ligand immobilized on the sensor chip was determined.
  • a very big disadvantage of this method is that a flow system is used. As a result, the arrangement of the sensor surfaces in a one-dimensional direction is predetermined (one-dimensional array).
  • the disadvantage here is that a two-dimensional sample arrangement (two-dimensional array) and its miniaturization is impossible, particularly through the use of a flow system.
  • the method now to be described therefore aims to provide a highly parallelizable method for the selection and identification of peptide or protein molecules which can specifically interact with certain other molecules to form a bond, while avoiding or reducing the disadvantages of the prior art.
  • the ligands are shown in a two-dimensional array as shown in FIG. 1, on the specifically designed
  • Solid phase carrier or sensor surface carrier immobilized immobilized, the marker-free detection of interaction partners enabled by SPR.
  • the selection and detection of the selection success can be carried out in one measuring system.
  • the detected interacting viruses can be treated further in subsequent process steps and, if necessary, increased, using either all bound viruses or only those bound to surface fields selected for the respective selection.
  • Another advantage of a label-free detection method is that the direct binding between the ligand and the peptide or protein presented on the virus is detected. This is not the case when using marker-based detection methods.
  • this advantageous method in conjunction with a suitable measuring system also enables parallel detection with a high integration density.
  • This provides a highly miniaturized and parallelized phage display method, so that the detection for several or all ligands can take place in parallel.
  • the culture supernatants / lysates resulting from the multiplication of the phage library can be used directly in the screening process and thus the time-consuming enrichment of the viruses from the culture supernatants / lysate is not necessary. It is also advantageous that the selection takes place in a common sample volume and thus a competitive, simultaneous selection against a large number of ligands can be carried out.
  • Steps (a) and (c) are preferably carried out on the same surface of the solid phase support, the ligands being immobilized in a Cartesian grid (array) on the surface of the solid phase support so that the position each ligand can be determined by its x and y coordinates on the array.
  • a large number of position-addressable surface fields, also referred to as ligand fields, can also be provided on the solid phase support, whereupon the ligands are immobilized.
  • the viruses not bound in step (a) are preferably removed in step (b) by elution.
  • the solid phase support contains a polymer-free surface on which the ligands are immobilized. Due to the very high protein adsorption resistance of this polymer-free surface, it is possible to have relatively weak interactions, i.e. To observe the binding between the ligand and the protein or peptide molecule presented by the virus, which in particular enables the use of low molecular weight ligands.
  • the host cells are preferably infected by the viruses bound to the surface of the solid phase support. This has the advantage that the binding between ligand and virus-presented peptide or protein does not have to be broken.
  • the method allows the selection and identification of one or more representatives of peptide or
  • Protein molecules from a large number of such molecules are represented by “representative” means that each different peptide or protein molecule does not usually occur as a single molecule in the multitude of molecules, but is present in the protein mixture in a more or less large amount.
  • the principle of selection and identification is then based on the fact that the peptide or protein molecule sought can interact with one or more previously selected “selection molecules” while forming a bond.
  • selection molecules are not particularly restricted in their nature and can be of any structure as long as they are in at all have such a test handled and capable of forming a bond. Here, they are simply referred to as "molecules".
  • the term “ligand” is also used in the context of the present description for those molecules that are immobilized on the surface of the solid phase support.
  • a peptide or protein molecule that is capable of interaction, ie binding to the ligand and can be selected and identified in this way, is also referred to as an “interaction partner”.
  • identification * and “selection” in connection with the present description mean an enrichment, preferably an individualization of “interaction partners”. Consequently, both the identification of interaction partners in a large number or population of any number of different interaction partners, as well as the selection of individual ones in a previously enriched population are included.
  • the interaction between the interaction partner and the ligand which manifests itself in the form of a bond between the partners, can be characterized, for example, with a “key and lock principle”.
  • the interaction partner (peptide or protein) and the selection molecule (ligand) have structures or motifs that fit each other specifically, e.g. an antigenic determinant (epitope) that interacts with the antigen binding site of an antibody. Knowing the structure of one of the binding partners enables conclusions to be drawn about possible preferred structures or specific ones
  • the interaction partners on the surface of viruses are presented as peptides or proteins.
  • all peptides or proteins are encompassed, the coding nucleotide sequences of which are in one Virus genome can be inserted. It is preferred that the expression of these peptides or proteins as part of the virus envelope allows this envelope to be assembled and thus the virus to be propagated.
  • the propagated virus is preferably infectious.
  • peptides or proteins encompasses both natural and synthetic peptides or proteins.
  • natural proteins include antibodies, antibody fragments, receptors that interact with their specific ligands, peptide ligands that interact with their specific receptors or peptide domains that interact with specific substrates , including proteins and coenzymes, and other peptides or enzymes, etc.
  • proteins or peptides are also included.
  • natural peptides accordingly include, among other things, fragments of the proteins described above, which interact with specific ligands, synthetic proteins or peptides comprise both pseudogenes or fragments thereof expressed as well as proteins or peptides with a random amino acid sequence
  • the peptides and proteins are thus preferably part of a library consisting of viruses, the Viruses, preferably integrated into their genome, contain a nucleic acid sequence which encodes the corresponding peptide or protein.
  • This nucleic acid sequence is typically present in such a way that, when expressed, it leads to the synthesis of the peptide or protein as part of a fusion protein which consists of a coat protein of the virus or a part thereof and of the peptide or protein.
  • This fusion protein then has the ability to be localized on the surface of the virus and consequently to present the peptide or protein.
  • ligand in connection with the method or measuring system described here describes molecules or compounds that are on the surface of a solid phase support be immobilized.
  • the term encompasses macromolecules as well as "small organic molecules”.
  • structural elements are generally referred to as ligands which, due to their structural peculiarities, presented interactions with viruses
  • Peptides or proteins can enter. By knowing the structure of the ligands, conclusions can be drawn about the possible structure or special structural elements of the molecule presented on the virus.
  • macromolecules is understood to mean molecules with a high molecular complexity or a high molecular weight. These are preferably biomolecules, e.g. Biopolymers, especially proteins, oligo- or polypeptides, but also DNA, RNA, oligo- or polynucleotides, isoprenoids, lipids, carbohydrates (glycosides), and their modifications, as well as synthetic molecules.
  • biomolecules e.g. Biopolymers, especially proteins, oligo- or polypeptides, but also DNA, RNA, oligo- or polynucleotides, isoprenoids, lipids, carbohydrates (glycosides), and their modifications, as well as synthetic molecules.
  • receptors in particular come into consideration, but also proteins or peptides which represent epitopes or antigenic determinants of proteins.
  • the proteins can also be fusion proteins.
  • small molecules or “low-molecular molecules” is understood to mean molecules which are of less molecular complexity than the macromolecules defined above.
  • the term “small molecules” or “low molecular weight molecules” is not used uniformly.
  • WO 89/03041 and WO 89/03042 describe molecules with molecular weights of up to 7000 g / mol as small molecules. Usually, however, molecular weights between 50 and 3000 g / mol are given, but more often between 75 and 2000 g / mol and mostly in the range between 100 and 1000 g / mol.
  • small organic molecules is used for molecules with a
  • small molecules include oligomers or small organic molecules, such as oligopeptides, oligonucleotides, carbohydrates (glycosides),
  • One aspect of the method or measuring system used here relates to the provision of a two-dimensional array with a large number of ligands on an SPR sensor surface carrier according to the invention.
  • the ligands in the array are arranged such that the identity of each ligand can be determined by its x and y coordinates on the array.
  • the spatial structure of the resulting array is predetermined by a mechanical structuring of the carriers, which therefore preferably have a large number of regularly arranged, position-addressable fields (ligand fields).
  • ligand fields contain one or more cavities (sensor fields), on the bottom of which the ligands are immobilized.
  • the cavities preferably have a depth of 20-100 ⁇ m.
  • ligand fields preferably differ in each case in the type of interaction partner immobilized on their sensor fields, it being possible for a single ligand field to present both a single ligand and also several identical or different ligands. In one In a typical example, four interaction partners are immobilized per ligand field.
  • the cavities are preferably arranged in such a way that a regular, preferably Cartesian, grid of columns and strips is formed on the carrier.
  • the size and shape of the carrier can be chosen as desired and easily adapted to the detection system used.
  • the spacing of the fields from one another should preferably be adapted to the microtiter format used or the format of the spotting device used.
  • the number of fields on the solid phase support can also exceed the number of subunits of the microtiter plate, i.e. the density of the sensor fields on the solid phase support can be many times higher than the density of the subunits of the microtiter plate.
  • a rectangular solid phase support may have 6144 fields, which can be filled with four conventional 1536 microtiter plates using a spotting robot.
  • ligands In order to increase the throughput during screening, it is advantageous to immobilize as large a number of ligands as possible.
  • a number of at least 10, preferably 96, particularly preferably 384, very particularly preferably 1536, still more preferably 4608, most preferably 9216 different representatives of ligands can be immobilized.
  • immobilize the same ligand several times This can be useful, for example, for multiple determinations of the ligand-virus interaction in order to assess the quality of the selection process.
  • the figures given therefore only take into account the ligands which differ from one another. It must also be taken into account that different sites of the ligand can be used to immobilize the ligands.
  • the ligand thus has a different orientation on the surface and can sometimes show a different binding behavior. According to the invention, different orientations of a ligand are also understood as “different” ligands for simplification.
  • the sensor fields can be structured in a cost-effective way by not using the sensor itself (preferably a prism) as a solid phase support and structuring it directly (see Fig. La), but instead one separate sample carrier is used as a solid phase carrier for ligand immobilization, which is placed on the sensor, see Fig. lb and associated description.
  • SPR surface plasmon resonance
  • the ligand can be immobilized directly or indirectly on the solid phase support. There are several ways of attaching ligands to a solid surface. A covalent, ionic or adsorptive bond can be mentioned here as an example. The covalent attachment of the ligand to the support is particularly preferred since this chemical bond is so stable that it permits complete denaturation of adhering proteins without impairing the surface properties.
  • the ligand can be used unchanged or chemically modified. Chemical modification involves changing existing reactivities, such as activating existing functional groups or adding another molecule that enables direct or indirect attachment to the surface. Simple addition or substitution reactions can be used for this.
  • a self-assembling monolayer (SAM) is often used here, which avoids adsorption of the ligand on the support.
  • SAM self-assembling monolayer
  • Self-assembly into a dense film is usually accomplished through the hydrophobic interaction of long chain hydrocarbons at one end of which there is a functional group that allows attachment to the support and at the other end that contains a functional group that enables ligand binding.
  • connections that include these functional building blocks are also called anchors.
  • the anchor can have a spacer portion, which preferably contains ethylene glycol units, which ensure low non-specific protein adsorption.
  • diluent molecules are advantageously also added to the anchor molecules mentioned in order to control the concentration on the surface.
  • a too dense surface concentration can be disadvantageous due to steric hindrance.
  • Thinner molecules are structurally adapted to the anchor molecules, but they do not have a head group for the binding of the ligand, since this should be avoided. Furthermore, they are usually shorter than the anchor molecules in order to avoid impairing the accessibility of the ligand for the peptide or protein presented on the virus.
  • a polymer such as dextran
  • a polymer-free surface is preferred.
  • Another advantage of a polymer-free surface is that, due to the low non-specific protein binding, there is no need to use blocking reagents in the selection process. This is particularly advantageous because of this Blocking reagents also have non-specific protein binding, which is thus avoided.
  • Another advantage of polymer-free surfaces is that they can be regenerated very easily. For this purpose, reagents can be used which make it possible to regenerate the surface in a one-step process (eg SDS-containing solutions or methanol-trifluoroacetic acid mixtures).
  • SAMs can be generated by chemisorbing alkylthiols onto a metal surface (e.g. gold).
  • a metal surface e.g. gold
  • the long-chain molecules pack themselves onto the solid phase as SAM, with the gold atoms being complexed by the sulfur functions.
  • Another example is the silanization of glass or silicon with reactive silanes containing epoxy or amino groups, followed by acylation of the amino groups, for example with nucleoside derivatives
  • the application of the ligands to be immobilized is not limited to special processes. For more precise localization of the active sites on the surface, conventional pipetting or spotting devices, for example, but also stamping or ink-jet processes can be applied.
  • the non-interacting viruses according to step (b) of the method according to the invention can be removed by conventional methods known to the person skilled in the art. The non-interacting viruses are preferred by
  • non-interacting viruses encompasses viruses which do not interact with the immobilized affinity ligand (s), ie do not bind to the ligand.
  • An elution process is, for example, a washing process.
  • the surface can be treated, for example, with suitable solutions, the composition of which ensures that the interaction of the interaction partner with the target molecule is not resolved.
  • differently stringent elution conditions are also included, in which, for example, low-affinity interactions are dissolved and thus there is an enrichment or identification of high-affinity interaction partners.
  • Such examples are known from the prior art, zBzB ® in T7Select System Manual, Fa. Novagen, Madison (USA) (TB1 78 06/00), p. 14ff.
  • step (b) the sequence of steps (a), (b) is repeated one or more times before the detection step (c) is carried out.
  • step (c) it is preferred to carry out the further treatment and multiplication steps one or more times, ie after step (b), the sequence of steps (d), (e), (a), (b) is repeated one or more times before the detection step (c) he follows.
  • step (c) can be carried out before step (d). The repetition of these sequence of steps ensures a selective enrichment of viruses that present interaction partners of the immobilized ligands on their surface.
  • step (c) of the method according to the invention can be carried out using conventional detection methods known to the person skilled in the art. which guarantee that viruses that were detected in the selection process can be used in the further process steps. This is the case when using label-free detection methods.
  • the label-free detection of the interaction between the ligands and the interaction partners presented by the viruses in step (c) is based on surface plasmon resonance (SPR).
  • a label-free detection method means that the same surface can be used both for the selection process and for the detection of binding events, which only requires a one-time surface evaluation and also enables an identical ligand presentation.
  • the sensor fields are imaged on a spatially resolving detector.
  • Each of the sensor fields can be used as a separate measurement surface, i.e. the binding of
  • Phage particles can be detected separately for each sensor field.
  • the detector should be able to record all binding events in parallel and the detection itself should be done in parallel.
  • the detector is advantageously a CCD camera.
  • An advantage of the parallel selection is that it promotes the comparability of the individual measurement results with one another.
  • the light arriving at the intermediate regions of the ligand fields should be absorbed as much as possible, scattered away or directed away in a direction other than the detection direction. This is ensured by the separating means 105 in the SPR sensor surface carriers according to the invention. It is this contrast between the sensor field and the boundary that allows an assignment of the pixel areas in the image to a sensor field.
  • the pixels of an area in the image are summed up during data acquisition, so that if the intermediate areas are well absorbed, the spectra for the sensor fields also become more meaningful.
  • the further processing step (d) can comprise one of the following steps: (dl) elution of all bound viruses;
  • step (d3) adding host cells to the entire surface; (d4) Adding host cells to selected surface fields In step (dl), the interacting viruses are removed from the
  • step (d3) host cells are added to the entire surface and infected by the interacting viruses, followed by elution of the infected host cells from the surface.
  • steps (d2) and (d4) only viruses are eluted that have interacted with the ligands immobilized on certain selected sensor fields.
  • This is preferably achieved by the specifically designed volume element carrier 10, which is designed for this purpose as a body with recesses or bores as a grid mask, which is applied to the ligand field which contains the interacting ligand (s).
  • the recesses of the grid mask are aligned in the same two-dimensional grid as the ligand fields on the carrier.
  • the adjustment of both grids is achieved by the adjustment device (e.g. dowel pins) in the grid mask (volume carrier) and the carrier holder.
  • step (d2) an eluence is given into those recesses of the grid mask which enclose ligand fields which contain interaction partners interacting with viruses on their sensor fields, followed by the elution of the interacting viruses from the surface.
  • step (d4) host cells are placed in the recesses of the grid mask which contain sensor fields with which viruses have interacted, followed by the elution of the infected host cells from the surface.
  • step (d2) or (d4) the interacting viruses or infected host cells of several recesses are propagated together.
  • the method further comprises a multiplication step (e) which is carried out after step (d):
  • the virus is propagated by diluting the infected cells in a pre-culture of the host strain and then growing the culture until lysis.
  • Conditions for propagating the interacting viruses by infection of a host are well known to those skilled in the art, for example ® in T7Select System Manual, Fa. Novagen, Madison (USA) (TB178 06/00), page 18 et seq.
  • the method further comprises a characterization step (f) which is carried out either after step (c) or after step (e):
  • any type of assay which is suitable for characterizing a binding can be considered as an assay.
  • Such an assay is preferably a solid phase assay.
  • Methods known in the literature are, for example, ELISA (enzyme-linked immunosorbent assays), RIA (radioimmunoassay) and surface plasmon resonance (SPR) or vibration resonance methods (Butler, J.E., METHODS 22, 4-23 (2000).
  • the binding is characterized in step (f) on the same or identical surface on which the virus population and the individual virus clones originating from this virus population have been identified and selected.
  • a preferred embodiment of the method further comprises the isolation and sequencing step (g):
  • Suitable methods are known to the person skilled in the art from the prior art which enable him to isolate and analyze the DNA sequences inserted into these, which code for the corresponding peptides or proteins, after the isolation of individual virus clones.
  • the method further comprises the recombinant expression and isolation or the chemical synthesis of the peptide or protein identified / selected as interaction partner of the ligand.
  • Expression systems and thus methods for the expression of isolated nucleic acid sequences and for the isolation of the encoded peptides and proteins are known. These expression systems include prokaryotic and eukaryotic systems. (See also Chapter 9.4 Expression Systems in: Mühlhardt, The Experimentator: Molecular Biology, Gustav Fischer Verlag 1999).
  • the method further comprises characterizing the binding of the recombinantly expressed or chemically synthesized peptide or protein to individual ligands based on the selection of the ligands initially used in an assay.
  • the same assays are advantageously used as are used for checking the virus clones. This is useful to get one from the virus demonstrate independent binding of the selected interaction partner.
  • this characterization takes place on the same surface that was used for the identification / selection of the corresponding virus.
  • the interaction partners presented by the viruses are encoded by DNA fragments inserted into the virus genome, which form a DNA library.
  • the DNA library contains at least 10 2 , preferably 10 3 , even more preferably 10 4 , particularly preferably 10 5 , very particularly preferably 10 6 and most preferably 10 7 DNA fragments.
  • the inserted DNA fragments are isolated from cDNA or genomic DNA (gDNA) or are synthetic oligo- or polynucleotides.
  • the inserted cDNA or inserted gDNA preferably originates from a prokaryotic or eukaryotic organism.
  • the eukaryotic organism is preferably a fungus, a plant or an animal organism, preferably a mammal.
  • the mammal is preferably a mouse, a rat or a human.
  • the cDNA is from a differentiated tissue or a differentiated one
  • Cell population isolated Isolation of the cDNA from liver, brain, heart or breast tissue or cells is preferred.
  • the tissues or cells preferably come from a healthy organism.
  • the tissues or cells come from a diseased organism.
  • Prefers is the disease or suffering of the organism selected from the group consisting of cancer, hypertrophy and inflammation.
  • the viruses forming the virus system can include wild-type viruses and genetically modified viruses.
  • the virus system comprises a virus which uses eukaryotes as the host.
  • the virus system comprises a virus that uses prokaryotes as the host.
  • the virus can have single-stranded DNA (ssDNA viruses), or can preferably be selected from the group of viruses with double-stranded DNA (dsDNA viruses).
  • This dsDNA virus is more preferably selected from the group of bacteriophages.
  • the bacteriophage is preferably selected from the group of the bacteriophages with tail, even more preferably selected from the group consisting of Myoviridae, Podoviridae or Siphoviridae.
  • the bacteriophage is a bacteriophage specific for Escherichia coli.
  • the bacteriophage can also be a filamentous bacteriophage and is preferably selected from M13, fl and fd phage.
  • a virus system comprising a lytic phage is also preferred.
  • This lytic phage preferably has a polyhedral, in particular an icosahedral, capsid.
  • the lytic phage is a ⁇ phage, a T3 phage, a T4 phage or a T7 phage.
  • the method can be used, for example, for epitope mapping or for peptide lead structure identification. Furthermore, the procedure is an ideal method to Identify ligands that make purification steps more efficient.

Abstract

The invention relates to a surface plasmon resonance (SPR) sensor surface support comprising a multitude of SPR sensor surfaces (100) that are parallelly arranged in a plane on a substrate (4, 5). Radiation for exciting surface plasmons can be directed through the substrate (4, 5) in order to be reflected by the SPR sensor surfaces. The sensor surface support also comprises separating means (105) for separating the individual SPR sensor surfaces from the respectively adjacent SPR sensor areas, whereby the separating means for each SPR sensor surface form a respective cavity. The sensor surface support is additionally provided with a multitude of measuring areas (110), whereby each measuring area contains one or more SPR sensor surfaces, and at least one measuring area is surrounded by an insulating area (120), which does not contain any separating means (105) and is configured for accommodating a sealing element (130) in order to form, together with a volume element (11) to be placed on the measuring area, a space over at the at least one measuring area, said space being isolated from adjacent measuring areas.

Description

SPR-Sensorflächenträger SPR sensor surface support
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen SPR-The present application relates to an SPR
Sensorflächenträger (SPR = Surface Plasmon Resonance, d.h.Sensor surface support (SPR = Surface Plasmon Resonance, i.e.
Oberflächenplasmonenresonanz) mit den Merkmalen desSurface plasmon resonance) with the characteristics of
Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Ein solcher SPR-Preamble of claim 1. Such an SPR
Sensorflächenträger ist zum Beispiel aus WO 01/63256 AI bekannt. Die vorliegende Anmeldung betrifft weiterhin einSensor surface support is known for example from WO 01/63256 AI. The present application further relates to a
Verfahren zur Herstellung eines solchen SPR-Process for producing such an SPR
Sensorflächenträgers, sowie eine Messeinrichtung, welche einen solchen SPR-Sensorflächenträger enthält.Sensor surface carrier, and a measuring device which contains such an SPR sensor surface carrier.
Betreffend eine allgemeine Darstellung des technischen Hintergrunds der SPR-Spektroskopie wird auf die oben erwähnte WO 01/63256 AI hingewiesen, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme vollkommen in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung übernommen wird.With regard to a general representation of the technical background of SPR spectroscopy, reference is made to the above-mentioned WO 01/63256 AI, the content of which is hereby incorporated by reference in the disclosure content of the present application.
In WO 01/63256 wird ein strukturierter SPR- Sensorflächenträger beschrieben, welcher aus einem Glassubstrat besteht, auf dem eine Vielzahl von SPR- Sensorflachen in einem in einer Ebene liegenden zwei- dimensionalen Raster angeordnet sind, wobei Strahlung zur Anregung von Oberflachenplasmonen durch das Substrat geführt wird. Ebenso sind Trennmittel vorgesehen, um die einzelnen SPR-Sensorflachen von den jeweils benachbarten SPR- Sensorflachen zu trennen. Die Sensorflächen werden z.B. durch eine Goldschicht auf dem Substrat gebildet, und die Trennmittel z.B. durch einen Lack oder Silizium auf dem Substrat, so dass im Bereich der Trennmittel keine Oberflächenplasmonenresonanz auftritt. Ebenso sind gemäß eines gezeigten Beispiels die Trennmittel gegenüber den SPR- Sensorflachen erhaben, so dass die Trennmittel für jede SPR- Sensorflache eine jeweilige Kavitat bilden. Der beschriebene SPR-Sensorflächenträger schafft ein Mittel zur gleichzeitigen Ausmessung einer Vielzahl von Sensorflächen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung eines solchen SPR-Sensorflächenträgers .WO 01/63256 describes a structured SPR sensor surface carrier which consists of a glass substrate on which a multiplicity of SPR sensor surfaces are arranged in a two-dimensional grid lying in one plane, radiation for excitation of surface plasmons being guided through the substrate becomes. Separating means are also provided in order to separate the individual SPR sensor areas from the respectively adjacent SPR sensor areas. The sensor areas are formed, for example, by a gold layer on the substrate, and the release agents, for example, by a lacquer or silicon on the substrate, so that no surface plasmon resonance occurs in the area of the release agents. Likewise, according to an example shown, the separating means are raised compared to the SPR sensor surfaces, so that the separating means form a respective cavity for each SPR sensor surface. The SPR sensor surface support described provides a means for simultaneously measuring a large number of sensor surfaces. The object of the present invention is to improve such an SPR sensor surface carrier.
Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, sowie durch das Verfahren nach Patentanspruch 13 und die Messeinrichtung nach Patentanspruch 24. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.This object is achieved by the characterizing part of patent claim 1, and by the method according to patent claim 13 and the measuring device according to patent claim 24. Advantageous refinements are described in the dependent patent claims.
Erfindungsgemäß ist der SPR-Sensorflächenträger in eine Vielzahl von Messbereichen aufgeteilt, wobei ein Messbereich jeweils ein oder mehr (z.B. vier) SPR-Sensorflachen umfasst, und mindestens einer dieser Messbereiche von einemAccording to the invention, the SPR sensor surface carrier is divided into a multiplicity of measuring ranges, one measuring range each comprising one or more (e.g. four) SPR sensor surfaces, and at least one of these measuring ranges from one
Isolierbereich umgeben ist, welcher keine Trennmittel umfasst, und ausgebildet ist ein Dichtungselement aufzunehmen, um zusammen mit einem auf den Messbereich aufzusetzenden Volumenelement einen gegenüber benachbarten Messbereichen isolierten Raum über diesem gegebenen Messbereich zu bilden.Is surrounded insulation area, which does not include a release agent, and is designed to accommodate a sealing element in order to form, together with a volume element to be placed on the measurement area, a space isolated from adjacent measurement areas above this given measurement area.
Mit der Erfindung wird ein SPR-Sensorflächenträger geschaffen, welcher die Möglichkeit gibt, über einem oder mehreren Messbereichen ein Volumen zu schaffen, welches von benachbarten Messbereichen isoliert ist, um beispielsweise direkt auf dem SPR-Sensorflächenträger weitere Messungen an Proben vorzunehmen, die sich auf den jeweiligen SPR- Sensorflachen befinden.With the invention, an SPR sensor surface carrier is created, which gives the possibility of creating a volume over one or more measuring regions, which is isolated from neighboring measuring regions, in order, for example, to carry out further measurements on samples directly on the SPR sensor surface carrier respective SPR sensor surfaces.
Bei dem SPR-Sensorflächenträger nach WO 01/63256 AI ist zwar eine Anordnung gegeben, bei welcher über jeder SPR- Sensorflache eine Kavitat gebildet ist, in welcher eine geringe Flüssigkeitsmenge gehalten werden kann, diese Menge ist jedoch sehr begrenzt, und im allgemeinen ungeeignet, um weitergehende Analysen vorzunehmen, z.B. Viren zu vermehren, welche an einem auf einer SPR-Sensorflache angebrachten Liganden gebunden wurden, wobei die Bindung mittels SPR festgestellt wurde. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Volumenelement auf den SPR- Sensorflächenträger zu setzen, so dass über einem oder mehr Messbereichen jeweilige Volumina entstehen, welche ausreichend groß sind, um gewünschte weitere Messungen und Analysen vorzunehmen. Dies schafft den bedeutenden Vorteil, dass solche weiteren Mess- und Analyseschritte direkt auf dem SPR-Sensorflächenträger stattfinden können, was die Durchführung der Messungen stark vereinfacht und den apparativen Gesamtaufwand verringert, da keine getrennten Messvolumina vorgesehen werden müssen.In the case of the SPR sensor surface support according to WO 01/63256 AI there is an arrangement in which a cavity is formed over each SPR sensor surface in which a small amount of liquid can be held, but this amount is very limited and generally unsuitable, in order to carry out further analyzes, eg to multiply viruses that are attached to an SPR sensor surface Ligands were bound, the binding was determined by means of SPR. With the help of the present invention, it is possible to place a volume element on the SPR sensor surface carrier, so that respective volumes are created over one or more measuring ranges which are sufficiently large to carry out desired further measurements and analyzes. This creates the significant advantage that such further measurement and analysis steps can take place directly on the SPR sensor surface carrier, which greatly simplifies the implementation of the measurements and reduces the overall apparatus expenditure, since no separate measurement volumes have to be provided.
Weitere Vorteile und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungen besser verständlich, welche Bezug nehmen auf die Figuren, bei welchenFurther advantages and aspects of the present invention will be better understood from the following detailed description of preferred embodiments, which refer to the figures, in which
Fig. la-lc Perspektivansichten von erfindungsgemäßen SPR- Sensorflächenträgern zeigen;La-lc show perspective views of SPR sensor surface carriers according to the invention;
Fig. 2 eine geschnittene Perspektivansicht und einen vergrößerten Abschnitt eines erfindungsgemäßen SPR-Sensorflächenträgers und eines Volumenelements zeigt; und2 shows a sectional perspective view and an enlarged section of an SPR sensor surface carrier according to the invention and a volume element; and
Fig. 3 eine Schnittansicht und eine Perspektivansicht eines Messbereichs und zugehörigen Dichtungselements zeigt .3 shows a sectional view and a perspective view of a measuring area and associated sealing element.
In Fig. la ist eine erste Ausführung der Erfindung gezeigt, bei welcher eine Vielzahl von Messbereichen 110, welche in dem gezeigten Beispiel jeweils vier SPR-Sensorflachen 100 umfassen, auf einem Prisma 4 angeordnet sind, welches in diesem Beispiel als Substrat des SPR-Sensorflächenträgers dient. Ebenfalls abgebildet ist eine Küvettenumrandung 9, welche vorzugsweise um die Gesamtanordnung von Messbereichen 110 angebracht ist. Ebenfalls abgebildet ist ein Lichtstrahl 6, welcher durch das Prisma 4 (den SPR-Sensorflächenträger) geführt wird, um eine Oberflächenplasmonenresonanz in den SPR-Sensorflachen 100 anzuregen.A first embodiment of the invention is shown in FIG. 1 a, in which a multiplicity of measurement areas 110, each comprising four SPR sensor surfaces 100 in the example shown, are arranged on a prism 4, which in this example serves as the substrate of the SPR sensor surface carrier serves. Also shown is a cell border 9, which preferably surrounds the overall arrangement of measurement areas 110 is attached. Also shown is a light beam 6 which is guided through the prism 4 (the SPR sensor surface support) in order to excite surface plasmon resonance in the SPR sensor surfaces 100.
Fig. lb zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung, bei welcher ein plattenförmiges Substrat 5 die SPR-Sensorflachen 100 und die Messbereiche 110 trägt. Ähnlich wie in der Ausführung der Fig. la ist auch eine Küvettenumrandung 9 vorgesehen. Um mit diesem SPR-Sensorflächenträger eine Messung durchzuführen, wird dieser auf eine Oberfläche 7 eines Prismas 4 aufgebracht, so dass Licht (allgemeiner: SPR- anregende Strahlung) 6 durch das Prisma 4 und die Platte 5 zu den SPR-Sensorflachen 100 geführt werden kann. Vorzugsweise geschieht dies durch Einsatz einer Indexflüssigkeit 8 zwischen dem Prisma 4 und der Platte 5, damit das unter SPR- Bedingungen eingestrahlte Licht 6 nicht an der Grenzfläche der Oberfläche 7 am Luftspalt vor der Platte 5 reflektiert wird. Somit dringt das Licht durch die Indexflüssigkeit 8 in den darüber befindlichen lichtdurchlässigen Probenträger 5 ein und wird erst an der mit SPR-fähigem Material beschichteten Seite der SPR-Sensorflachen 100 reflektiert. Ein Beispiel für eine Indexflüssigkeit ist Ölsäure oder eine Ölsäure enthaltende Mischung.1b shows a further embodiment of the invention, in which a plate-shaped substrate 5 carries the SPR sensor surfaces 100 and the measuring areas 110. Similar to the embodiment in FIG. 1 a, a cell border 9 is also provided. In order to carry out a measurement with this SPR sensor surface carrier, it is applied to a surface 7 of a prism 4, so that light (more generally: SPR-exciting radiation) 6 can be guided through the prism 4 and the plate 5 to the SPR sensor surfaces 100 , This is preferably done by using an index liquid 8 between the prism 4 and the plate 5, so that the light 6 irradiated under SPR conditions is not reflected at the interface of the surface 7 at the air gap in front of the plate 5. The light thus penetrates through the index liquid 8 into the transparent sample carrier 5 located above and is only reflected on the side of the SPR sensor surfaces 100 coated with SPR-capable material. An example of an index liquid is oleic acid or a mixture containing oleic acid.
Als Material für das Prisma 4 bzw. die Platte 5 kommt jedes für SPR-fähige Strahlung transparente Material in Frage, auf dem ein SPR-fähiges Material in den SPR-Sensorflachen 100 aufgebracht werden kann. Zum Beispiel kann das Substrat 4 oder 5 aus Glas bestehen, und die SPR-Sensorflachen können durch eine Metallbeschichtung gebildet sein, insbesondere durch eine Goldschicht.Any material that is transparent for SPR-capable radiation and onto which a SPR-capable material can be applied in the SPR sensor areas 100 can be used as the material for the prism 4 or the plate 5. For example, the substrate 4 or 5 can be made of glass, and the SPR sensor surfaces can be formed by a metal coating, in particular by a gold layer.
Wie in den Figuren la bis lc abgebildet, wird bevorzugt, dass die Messbereiche 110 in zwei Dimensionen adressierbar sind. Der Begriff "adressierbar" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass einzelne Messbereiche mittels einer entsprechenden Identifizierung bzw. Adresse voneinander unterschieden werden können, so dass dementsprechend auch damit in Beziehung stehende Proben adressiert werden können. Dies schafft den Vorteil, dass eine sehr große Zahl von Messbereichen 110 gleichzeitig belichtet und ausgewertet werden können. Es ist jedoch innerhalb des Umfangs der Erfindung auch möglich, die Messbereiche in einer Dimension adressierbar anzuordnen.As shown in FIGS. 1 a to 1 c, it is preferred that the measuring areas 110 can be addressed in two dimensions. The term "addressable" in this context means that individual measuring ranges by means of a corresponding Identification or address can be distinguished from one another, so that corresponding samples can also be addressed accordingly. This creates the advantage that a very large number of measuring areas 110 can be exposed and evaluated simultaneously. However, it is also possible within the scope of the invention to arrange the measuring ranges in one dimension in an addressable manner.
Es wird besonders bevorzugt, dass die Messbereiche 110 in einem kartesischen Raster angeordnet sind, wie in Fig. 1 abgebildet, wobei die Adressierbarkeit dann am einfachsten durch kartesische Koordinaten gegeben ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keinesfalls darauf beschränkt, und die Messbereiche können in einem beliebigen Raster oder auch vollkommen ungeordnet verteilt sein, und können unabhängig von ihrer speziellen Anordnung nach beliebigen Koordinaten (z.B. nach Polarkoordinaten) adressiert werden.It is particularly preferred that the measuring areas 110 are arranged in a Cartesian grid, as shown in FIG. 1, the addressability then being given most simply by Cartesian coordinates. However, the present invention is in no way limited to this, and the measuring ranges can be distributed in any grid or even completely disordered, and can be addressed according to any coordinates (e.g. polar coordinates) regardless of their specific arrangement.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 ausführlicher die Struktur eines einzelnen, beispielhaften Messbereichs 110 und eines zugehörigen Isolierbereichs 120 beschrieben. In Figur 3 unten ist schematisch der Träger 5 gezeigt, auf dem sich eine Goldschicht 51 befindet. Der Einfachheit halber ist nur ein Messbereich 110 abgebildet. Der Messbereich 110 umfasst in dem gezeigten Beispiel vier SPR-Sensorflachen 100. Es sei jedoch bemerkt, dass ein Messbereich auch mehr oder weniger SPR-Sensorflachen 100 umfassen kann. Der Messbereich 110 wird durch geeignete Trennmittel 105 (wofür Beispiele später beschrieben sind) gebildet, welche wie in Figur 3 oben in Schnittansicht dargelegt, auf dem Träger 5 aufgebracht sind, und die Goldschicht 51 von Träger trennen, so dass SPR- Sensorflachen 100 gebildet werden, in welchen die Goldschicht auf dem Träger 5 aufgebracht ist (möglicherweise mit einer dazwischenliegenden Schicht zur Haftungsvermittlung zwischen der Goldschicht 51 und dem Träger 5) und Trennmittelbereiche, bei welchen die Trennmittel 105 auf dem Träger bzw. Substrat 5 (ebenfalls möglicherweise mit einer haftungsvermittelnden Zwischenschicht) aufgebracht sind. Somit, wenn Licht von unten durch den Träger 5 auf die obere Oberfläche auftrifft, kann in den SPR-Sensorflachen 100 bei geeigneten Winkel- und Wellenlängenbedingungen der eingestrahlten SPR-Strahlung einer Oberflächenresonanz auftreten, während die Trennmittel so beschaffen sind, dass dort keine Oberflächenresonanz auftritt, so dass die SPR-Sensorflachen durch die Strukturierung der Oberfläche des Trägers 5 klar voneinander getrennt sind.The structure of a single exemplary measurement area 110 and an associated isolation area 120 will now be described in more detail with reference to FIG. 3. In Figure 3 below, the carrier 5 is shown schematically, on which a gold layer 51 is located. For the sake of simplicity, only one measuring range 110 is shown. In the example shown, the measuring area 110 comprises four SPR sensor areas 100. However, it should be noted that a measuring area can also include more or fewer SPR sensor areas 100. The measuring area 110 is formed by suitable separating means 105 (examples of which are described later) which, as shown in FIG. 3 above in a sectional view, are applied to the carrier 5 and separate the gold layer 51 from the carrier, so that SPR sensor areas 100 are formed in which the gold layer is applied to the carrier 5 (possibly with an intermediate layer for promoting adhesion between the gold layer 51 and the carrier 5) and release agent regions in which the release agent 105 on the carrier or substrate 5 (also possibly with an adhesion-promoting agent Intermediate layer) are applied. Thus, when light strikes the upper surface from below through the carrier 5, surface resonance can occur in the SPR sensor areas 100 under suitable angle and wavelength conditions of the radiated SPR radiation, while the separating means are designed such that no surface resonance occurs there , so that the SPR sensor surfaces are clearly separated from one another by the structuring of the surface of the carrier 5.
Erfindungsgemäß wird der gezeigte Messbereich 110 von einem Isolierbereich 120 umgeben. Der Isolierbereich 120 ist ausgebildet ein Dichtungselement 130 aufzunehmen, um zusammen mit einem auf dem gezeigten Messbereich 110 aufzusetzenden Volumenelement 11 (siehe Fig. 3 oben) einen isolierten Raum über diesen Messbereich zu bilden.According to the invention, the measuring area 110 shown is surrounded by an insulating area 120. The insulating area 120 is designed to accommodate a sealing element 130 in order to form an insulated space over this measuring area together with a volume element 11 to be placed on the measuring area 110 shown (see FIG. 3 above).
Man erkennt, dass der Isolierbereich 120 keine Trennmittel 105 umfasst. Damit ist sichergestellt, dass eine gute Abdichtung durch das Dichtungselement 130 erfolgen kann.It can be seen that the insulating region 120 does not comprise any separating means 105. This ensures that the sealing element 130 can provide a good seal.
Vorzugsweise ist der Isolierbereich 120 an der dem Substrat 5 abgewandten Oberfläche gleich beschaffen wie die SPR- Sensorflachen. Dies ist in Fig. 3 oben erkennbar, da sowohl die SPR-Sensorflache als auch der Isolierbereich 120 die Goldfläche 51 präsentieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind nicht nur die Oberflächen gleich beschaffen, sondern die SPR-Sensorfl chen und Isolierbereiche sind insgesamt gleich beschaffen, d.h. weisen die gleiche Schichtfolge vom Substrat 5 bis zur Oberfläche auf. In anderen Worten, vorzugsweise werden die SPR-Sensorflächen 100 und die Isolierbereiche 120 durch dieselben Verfahrensschritte hergestellt, so dass keine gesonderten Verfahrensschritte zur jeweiligen Herstellung notwendig sind.The insulating region 120 on the surface facing away from the substrate 5 is preferably of the same nature as the SPR sensor surfaces. This can be seen in FIG. 3 above, since both the SPR sensor area and the insulating area 120 present the gold area 51. According to a preferred embodiment, not only are the surfaces made the same, but the SPR sensor surfaces and insulation areas are made the same overall, i.e. have the same layer sequence from the substrate 5 to the surface. In other words, the SPR sensor surfaces 100 and the insulating regions 120 are preferably produced by the same method steps, so that no separate method steps are necessary for the respective production.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass der Isolierbereich 120 an der dem Substrat 5 abgewandten Oberfläche anders beschaffen ist als die SPR-Sensorflächen 100. Zum Beispiel kann ein Isolierbereich 120 durch eine freiliegende Substratoberfläche gebildet sein. Als weitere Alternative ist es möglich, dass ein Isolierbereich 120 an seiner Oberfläche eine dichtungsfordernde Schicht aufweist, welche aus einem auf die Dichtungselemente 130 abgestimmtes Material besteht, z.B. Silikon. Diese dichtungsfördernde Schicht kann auf jede gewünschte oder praktische Art aufgebracht werden, z.B. mittels einer Maske, mittels eines Roboters, der die einzelnen Isolierbereiche ansteuert, oder auch von Hand.However, it is also possible for the insulating region 120 to be different on the surface facing away from the substrate 5 is configured as the SPR sensor areas 100. For example, an isolation region 120 may be formed by an exposed substrate surface. As a further alternative, it is possible for an insulating region 120 to have a seal-demanding layer on its surface, which consists of a material that is matched to the sealing elements 130, for example silicone. This seal-promoting layer can be applied in any desired or practical way, for example by means of a mask, by means of a robot which controls the individual insulation areas, or also by hand.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind die Trennmittel 105 nicht nur gegenüber dem SPR-Sensorbereichen erhaben, um somit jeweilige Kavitäten an den SPR-Sensorflächen zu bilden, sondern auch gegenüber dem Isolierbereich 120, wie in Figur 3 abgebildet . Somit ist es bei geeigneter Dimensionierung des Isolierbereichs 120 und des Dichtungselements 130 möglich, dass die Trennmittel 105, welche den Umfang des Messbereichs 110 bilden, als Führung für das Dichtungselement 130 dienen. Damit wird die Platzierung der Dichtungselemente 130 erleichtert .According to a preferred embodiment, the separating means 105 are raised not only with respect to the SPR sensor areas in order to form respective cavities on the SPR sensor areas, but also with respect to the insulating area 120, as shown in FIG. 3. With suitable dimensioning of the insulating region 120 and the sealing element 130, it is thus possible for the separating means 105, which form the circumference of the measuring region 110, to serve as a guide for the sealing element 130. The placement of the sealing elements 130 is thus facilitated.
Wie es in Figur 3 abgebildet ist, sind die Messbereiche 110 und die zugehörigen Dichtungselemente 130 bevorzugt rund oder oval ausgebildet. Es sei jedoch bemerkt, dass die Erfindung auf beliebige geometrische Formen des Außenumfangs von Messbereichen und Dichtungselementen angewendet werden kann.As shown in FIG. 3, the measuring areas 110 and the associated sealing elements 130 are preferably round or oval. However, it should be noted that the invention can be applied to any geometric shapes of the outer circumference of measuring areas and sealing elements.
In Figur 3 ist ein einzelnen Messbereich 110 mit zugehörigem Isolierbereich 120 gezeigt. Obwohl es grundsätzlich möglich ist, dass eine Vielzahl von Messbereichen vorgesehen wird (wie in Fig. 1 gezeigt) , und nur einer oder einige wenige dieser Messbereiche von zugehörigen Isolierbereichen umgeben werden, wird bevorzugt, dass jeder der Vielzahl von Messbereichen 110 eines gegebenen SPR-Sensorflächenträgers von einem zugehörigen Isolierbereich 120 umgeben wird. Damit erreicht man den Vorteil, dass durch Aufsetzen eines entsprechenden Dichtungselements und Volumenelements über jedem beliebigen Messbereich 110 ein Volumen gebildet werden kann, um weitere Messungen und Analysen vorzunehmen.FIG. 3 shows a single measuring area 110 with an associated insulating area 120. Although it is generally possible to provide a plurality of measurement areas (as shown in FIG. 1) and only one or a few of these measurement areas are surrounded by associated isolation areas, it is preferred that each of the plurality of measurement areas 110 of a given SPR- Sensor surface carrier is surrounded by an associated insulating area 120. This gives the advantage that by putting on a corresponding volume element and volume element over any measurement area 110, a volume can be formed in order to carry out further measurements and analyzes.
Nun wird ein Verfahren zur Herstellung eines SPR- Sensorflächenträgers nach den oben beschriebenen Ausführungen dargelegt. Vorzugsweise geschieht dies durch Bilden bzw. Aufbringen der Trennmittel 105 auf dem jeweiligen Substrat, z.B. der Platte 5 oder dem Prisma 4, so dass zwischen den Trennmitteln 105 freie Bereiche entstehen, welche SPR- Sensorflächen 110 und Isolierbereiche 120 definieren, und danach Aufbringen eines SPR-geeigneten Materials zumindest in den freien Bereichen, welche SPR-Sensorflächen 100 definieren.A method for producing an SPR sensor surface carrier according to the above-described embodiments is now set out. This is preferably done by forming or applying the release agent 105 on the respective substrate, e.g. of the plate 5 or the prism 4, so that free areas are created between the separating means 105, which define SPR sensor areas 110 and insulating areas 120, and then application of an SPR-suitable material at least in the free areas, which define SPR sensor areas 100.
Wird das SPR-geeignete Material (z.B. Gold) nur in den freien Bereichen aufgebracht, welche SPR-Sensorflächen definieren, dann entsteht ein SPR-Sensorflächenträger, bei dem die Isolierbereiche durch das freiliegende Substrat bzw. die direkt unter der Goldschicht liegende Schicht gekennzeichnet sind. Wird das SPR-geeignete Material auch in den freien Bereichen aufgebracht, welche Isolierbereiche definieren, so entsteht ein SPR-Sensorflächenträger, wie er in Figur 3 abgebildet ist, nämlich bei welchem die SPR-geeignete Schicht sowohl in den SPR-Sensorflächen 100 als auch in den Isolierbereichen 120 präsentiert wird.If the SPR-suitable material (e.g. gold) is only applied in the free areas that define SPR sensor areas, an SPR sensor area carrier is created in which the insulating areas are characterized by the exposed substrate or the layer directly below the gold layer. If the SPR-suitable material is also applied in the free areas which define insulating areas, an SPR sensor surface carrier is produced, as is shown in FIG. 3, namely in which the SPR-suitable layer both in the SPR sensor surfaces 100 and in the isolation areas 120 is presented.
Als ergänzenden Schritt, egal ob das SPR-geeignete Material auf die Isolierbereiche aufgebracht wurde oder nicht, kann eine dichtungsfordernde Schicht (z.B. Silikon) auf den Isolierbereichen angebracht werden.As a supplementary step, regardless of whether the SPR-compatible material has been applied to the insulation areas or not, a seal-demanding layer (e.g. silicone) can be applied to the insulation areas.
Der Schritt zur Bildung der Trennmittel 105 kann z.B. durchgeführt werden durch Aufbringen eines Polymers auf der Oberfläche des Substrats 4 oder 5. Vorzugsweise umfasst dies die Schritte des Aufbringens eines photostrukturierbaren Polymers auf der gesamten Oberfläche des Substrats 4 oder 5, das Belichten der aufgebrachten Polymerschicht mit einer Maske, welche Bereiche definiert, die zu den Trennmitteln 105 gehören, Bereiche, die zu den SPR-Sensorflächen 100 gehören, und Bereiche, die zu den Isolierbereichen 120 gehören, und das Bearbeiten der belichteten Polymerschicht, um in den Bereichen, die zu den SPR-Sensorflächen 100 und den Isolierbereichen 120 gehören, die Substratoberfläche freizulegen.The step for forming the release agent 105 can be carried out, for example, by applying a polymer to the surface of the substrate 4 or 5. This preferably comprises the steps of applying a photostructurable polymer to the entire surface of the substrate 4 or 5, exposing the applied polymer layer with a mask defining areas associated with the release means 105, areas associated with the SPR sensor areas 100 and areas associated with the isolation areas 120, and processing the exposed polymer layer to include in the areas belonging to the SPR sensor areas 100 and the isolation areas 120 to expose the substrate surface.
Eine Alternative bei der Aufbringung eines Polymers für die Trennmittel ist das Aufbringen eines Polymers auf der Oberfläche des Substrats 4 oder 5 in einem zwei-dimensionalen Raster, das die Trennmittel 105, die SPR-Sensorflächen 100 und die Isolierbereiche 120 definiert, und das Aushärten des Polymers . Bei dieser Alternative wird das Polymer vorzugsweise mittels einer Siebdrucktechnik aufgebracht.An alternative in applying a polymer for the release agent is to apply a polymer to the surface of the substrate 4 or 5 in a two-dimensional grid that defines the release agent 105, the SPR sensor surfaces 100 and the insulating regions 120, and the curing of the Polymers. In this alternative, the polymer is preferably applied using a screen printing technique.
Als Alternative zur Bildung der Trennmittel durch ein Polymer, können die Trennmittel auch durch eine strukturierbare Siliziumschicht gebildet werden.As an alternative to the formation of the release agent by a polymer, the release agent can also be formed by a structurable silicon layer.
Bei allen oben dargelegten Herstellungsverfahren geschieht der Schritt zur Aufbringung des SPR-geeigneten Materials vorzugsweise durch Abscheiden eines Metalls, wobei möglicherweise vor der Abscheidung des Metalls eine haftungsvermittelnde Schicht aufgebracht wird. Besonders bevorzugt wird, dass das Metall auf der gesamten Oberfläche des strukturierten Substrats aufgedampft wird, so dass es dann auch die Trennmittel bedeckt, wie in Fig. 3 oben schematisch dargestellt.In all of the manufacturing processes set out above, the step for applying the SPR-suitable material is preferably carried out by depositing a metal, an adhesion-promoting layer possibly being applied prior to the deposition of the metal. It is particularly preferred that the metal is evaporated on the entire surface of the structured substrate, so that it then also covers the release agents, as shown schematically in FIG. 3 above.
Wie bereits beschrieben, ist der SPR-Sensorflächenträger nach der Erfindung so ausgebildet, dass der Isolierbereich 120 ein Dichtungselement 130 aufnehmen kann, um zusammen mit einem Volumenelement 11 einen isolierten Raum über dem Messbereich zu bilden. Das Volumenelement 11 kann auf jede geeignete oder gewünschte Art und Weise bereitgestellt werden, z.B. als zylindrisches Einzelelement, welches mit einem einzelnen Dichtungselement 130 verbunden wird. Vorzugsweise werden jedoch mehrere Volumenelemente 11 als Teil eines Volumenelementträgers 10 vorgesehen, wie z.B. in Figur 2 gezeigt. Genauer gesagt zeigt Figur 2 eine Messeinrichtung, welche aus einem SPR-Sensorflächenträger 5 und einem Volumenelementträger 10 besteht, die so miteinander wechselwirken, dass über den jeweiligen Messbereichen 110 Räume gebildet sind.As already described, the SPR sensor surface support according to the invention is designed in such a way that the insulating area 120 can accommodate a sealing element 130 in order to form an insulated space above the measuring area together with a volume element 11. The volume element 11 can be provided in any suitable or desired manner, for example as cylindrical single element which is connected to a single sealing element 130. Preferably, however, several volume elements 11 are provided as part of a volume element carrier 10, as shown for example in FIG. 2. 2 shows a measuring device which consists of an SPR sensor surface carrier 5 and a volume element carrier 10, which interact with one another in such a way that spaces are formed over the respective measuring regions 110.
Obwohl es möglich ist, dass die einzelnen Volumenelemente lösbare Bestandteile eines Volumenelementträgers 10 sind, wird bevorzugt, dass der Volumenelementträger 10 ein Körper ist, in dem die Volumenelemente 11 als Bohrungen bzw. Ausnehmungen gebildet sind. Der Volumenelementträger 10 kann z.B. durch spanende Bearbeitung (z.B. Fräsen oder Bohren) hergestellt werden, aus einem Kunststoff (z.B. Teflon) oder Metall (z.B. Aluminium). Als alternative Kunststoffe kommen Thermoplaste (z.B. Polystyrol oder Polypropylen) in Frage, auch wenn sich diese für eine spanende Bearbeitung weniger eignen als z.B. metallische Werkstoffe. Neben der spanenden Bearbeitung eines Materialblocks kann derAlthough it is possible for the individual volume elements to be detachable components of a volume element carrier 10, it is preferred that the volume element carrier 10 is a body in which the volume elements 11 are formed as bores or recesses. The volume element carrier 10 can e.g. by machining (e.g. milling or drilling), from a plastic (e.g. Teflon) or metal (e.g. aluminum). Thermoplastics (e.g. polystyrene or polypropylene) can be considered as alternative plastics, even if they are less suitable for machining than e.g. metallic materials. In addition to machining a block of material, the
Volumenelementträger auch mittels eines Gussverfahrens (z.B. Spritzguss) in die gewünschte Form gebracht werden. Bei Einsatz von Spritzguss ist jedes dafür geeignete, formbare oder sich verfestigende Material geeignet, z.B. die oben erwähnten thermoplastischen Elastomere, wie Polystyrol oder Polypropylen, oder auch gussfähige Metalle.Volume element carriers can also be brought into the desired shape using a casting process (e.g. injection molding). When using injection molding, any suitable, moldable or solidifying material is suitable, e.g. the above-mentioned thermoplastic elastomers, such as polystyrene or polypropylene, or castable metals.
Wenn der Volumenelementträger wiederholt in Verfahren eingesetzt werden soll, bei denen Viren, Bakterien oder andere potentiell ansteckende biologische Entitäten verwendet werden, werden bevorzugt Materialien gewählt, die resistent sind gegen eine chemische Sterilisation (z.B. Behandlung mit Zitronensäure, NaOH/SDS) . Ein solches Material ist beispielsweise PolyChloroTriFluoroEthylen (PCTFE) . Vorzugsweise, wie in Figur 2 gezeigt und auch in Figur 3 oben angedeutet, sind die Dichtungselemente 130 Bestandteile des Volumenelementträgers 10. Die Dichtungselemente 130 können hierbei fest oder lösbar mit dem Volumenelementträger 10 verbunden sein. Vorzugsweise sind an der Seite des den Volumenelementträger bildenden Körpers um die Öffnungen, welche Volumenelemente 11 definieren, Nuten vorgesehen, in welcher die Dichtungselemente 130 platziert werden. In diesem Fall sind die Dichtungselemente vorzugsweise O-Ringe.If the volume element carrier is to be used repeatedly in processes in which viruses, bacteria or other potentially infectious biological entities are used, preference is given to materials which are resistant to chemical sterilization (for example treatment with citric acid, NaOH / SDS). Such a material is, for example, PolyChloroTriFluoroEthylen (PCTFE). Preferably, as shown in FIG. 2 and also indicated in FIG. 3 above, the sealing elements 130 are components of the volume element carrier 10. The sealing elements 130 can be connected to the volume element carrier 10 in a fixed or detachable manner. Grooves in which the sealing elements 130 are placed are preferably provided on the side of the body forming the volume element carrier around the openings which define volume elements 11. In this case, the sealing elements are preferably O-rings.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Dichtungselemente und der Volumenelementträger einstückig ausgebildet sind. Dies ist z.B. möglich, wenn der Volumenelementträger durch Spritzguß aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt wird, welcher eine hinreichende Flexibilität für dieHowever, it is also possible for the sealing elements and the volume element carrier to be formed in one piece. This is e.g. possible if the volume element carrier is injection molded from a suitable plastic, which is sufficient flexibility for the
Dichtungselemente hat. In diesem Fall können die Dichtungselemente als vorstehende Wulste in einer auf die Messbereiche abgestimmten Form (z.B. als Ringwulste für runde oder ovale Messbereiche) auf der Seite des Volumenelementträgers gebildet werden, welche auf den SPR-Has sealing elements. In this case, the sealing elements can be formed on the side of the volume element carrier as protruding beads in a shape matched to the measuring areas (e.g. as ring beads for round or oval measuring areas).
Sensorflächenträger aufzusetzen ist.Sensor surface support is to be put on.
Allgemein sind als Dichtungselemente Weichstoffdichtungen geeignet, z.B. aus Kunststoff, Kautschuk, Silikon, Teflon, oä., die in Ring-, Lamellen- oder Mattenausführung einsetzbar sind. Desweiteren können Vakuumdichtungen eingesetzt werden.In general, soft material seals are suitable as sealing elements, e.g. made of plastic, rubber, silicone, Teflon or similar, which can be used in ring, lamella or mat design. Vacuum seals can also be used.
Vorzugsweise haben der SPR-Sensorflächenträger und der Volumenelementträger 10 jeweilige Justierelemente, z.B. Passstifte und Führungen 13 (siehe Figur 2) , damit diePreferably, the SPR sensor surface support and the volume element support 10 have respective adjustment elements, e.g. Dowel pins and guides 13 (see Figure 2), so that
Dichtungselemente 130 mit den zugeordneten Isolierbereichen 120 ausgerichtet werden können. Die Toleranzen für die Passstifte und Führungen sind auf die Dimensionen der Messbereiche bzw. Isolierbereiche und Dichtungselemente abgestimmt, damit die gewünschte Passgenauigkeit zwischen den Dichtungselementen und Isolierbereichen erzielt werden kann. Vorzugsweise ist die Passgenauigkeit der Passstifte und Führungen in der Größenordnung von 20 μm oder weniger.Sealing elements 130 can be aligned with the assigned insulating areas 120. The tolerances for the dowel pins and guides are matched to the dimensions of the measuring areas or insulating areas and sealing elements, so that the desired accuracy of fit between the sealing elements and insulating areas can be achieved. The accuracy of fit of the dowel pins and guides is preferably on the order of 20 μm or less.
Weiterhin wird bevorzugt, dass der SPR-Sensorflächenträger und der Volumenelementträger jeweilige Befestigungselemente 15 aufweisen, um den SPR-Sensorflächenträger und den Volumenelementträger fest miteinander zu verbinden. Vorzugsweise sind die Befestigungselemente 15 so, dass die Verbindung auch wieder gelöst werden kann. Die Verbindungselemente 15 können z.B. eine Druckverbindung sein, wie eine Schraub- oder Klemmverbindung. In anderen Worten, die Befestigungselemente können z.B. Führungen sein, in welche eine Metallklammer eingeschoben wird, um den SPR- Sensorflächenträger und den Volumenelementträger miteinander zu verbinden. Alternativ können die Verbindungselemente mit Innengewinde versehene Bohrungen sein, in welche eine äußere Schraube eingedreht wird, um den SPR-Sensorflächenträger und den Volumenelementträger miteinander zu verbinden.It is further preferred that the SPR sensor surface carrier and the volume element carrier have respective fastening elements 15 in order to firmly connect the SPR sensor surface carrier and the volume element carrier to one another. The fastening elements 15 are preferably such that the connection can also be released again. The connecting elements 15 can e.g. be a pressure connection, such as a screw or clamp connection. In other words, the fasteners can e.g. Be guides in which a metal clip is inserted to connect the SPR sensor surface support and the volume element support together. Alternatively, the connecting elements can be internally threaded bores into which an outer screw is screwed in order to connect the SPR sensor surface support and the volume element support to one another.
Möglich ist auch, dass die Justierelemente 13 und dieIt is also possible that the adjusting elements 13 and
Befestigungselemente 15 identisch sind, was z.B. bei dem oben angegebenen Beispiel der Gewinde-Bohrungen möglich wäre, da das Eindrehen der äußeren Schraube zum einen den SPR- Sensorflächenträger und den Volumenelementträger verbindet, und andererseits durch die Ausrichtung der Bohrungen ein Justierung bewirkt. Man beachte allerdings, dass die Toleranzen die erforderliche Passgenauigkeit schaffen müssen. Daher wird bevorzugt, dass die Justierelemente 13 und die Befestigungselemente 15 separat sind, da dann die Anforderungen an die Toleranzen bei den Befestigungselementen geringer sein können.Fasteners 15 are identical, e.g. would be possible in the example of the threaded holes given above, since screwing in the outer screw on the one hand connects the SPR sensor surface support and the volume element support, and on the other hand brings about an adjustment by the alignment of the holes. However, it should be noted that the tolerances must create the required accuracy of fit. It is therefore preferred that the adjusting elements 13 and the fastening elements 15 are separate, since then the requirements for the tolerances in the fastening elements can be lower.
Nun wird ein Verfahren zur Selektion und Identifizierung von Peptid- oder Proteinmolekülen mittels Phage Display beschrieben, welches eine bevorzugte Anwendung des oben beschriebenen SPR-Sensorflächenträgers und der aus SPR- Sensorflächenträger, Dichtungselementen und Volumenelementen bestehenden Messeinrichtung ist.A method for the selection and identification of peptide or protein molecules by means of a phage display is now described, which is a preferred application of the SPR sensor surface carrier described above and that of SPR- Sensor surface support, sealing elements and volume elements existing measuring device.
Selektion- und Identifikationsverfahren haben zum Verständnis vieler biologischer Prozesse geführt. Die üblichen experimentellen Ansätze waren dabei bisher zeilbasiertes Screening und Affinitätschromatographie. Obwohl beide Techniken bei der Entdeckung von Peptid- oder Protein olekülen hilfreich sind, ist eine Methode, welche die Proteinidentifikation mit der Genisolierung koppelt, sehr wünschenswert .Selection and identification procedures have led to the understanding of many biological processes. So far, the usual experimental approaches have been line-based screening and affinity chromatography. Although both techniques are helpful in the discovery of peptide or protein molecules, a method that couples protein identification to gene isolation is very desirable.
Diesen Ansatz verfolgen Phage Display Screeningsysteme . Die dabei angewandte Kombination von in vi tro- Genexpressionstechniken mit traditionellen biochemischenPhage display screening systems follow this approach. The combination of in vitro gene expression techniques and traditional biochemical techniques used
Ansätzen wie z.B. der Affinitätschro atographie bietet die Möglichkeit der funktionellen Genselektion, indem eine direkte Verbindung zwischen der natürlichen Produktaffinität und der Genstruktur hergestellt wird.Approaches such as Affinity chrootography offers the possibility of functional gene selection by establishing a direct connection between the natural affinity for the product and the gene structure.
Beim Phage Display werden Gene, die für nicht-virale Proteine oder Peptide codieren, so in das virale Genom inkorporiert, dass Fusionsproteine zwischen dem gewünschten nicht-viralen Protein oder Peptid und einem viralen Hüllprotein generiert werden. Dadurch wird bei der Replikation des Virus im Wirt das Fusionsprotein an der Oberfläche des Virus präsentiert. In einer typischen Phage Display Bibliothek wird eine Vielzahl von DNA Fragmenten, die für nicht-virale Proteine oder Peptide codiert, in das virale Genom insertiert. So werden virale Partikel, die eine Vielzahl von Proteinen oder Peptiden an der Oberfläche präsentieren generiert.In phage display, genes coding for non-viral proteins or peptides are incorporated into the viral genome in such a way that fusion proteins are generated between the desired non-viral protein or peptide and a viral coat protein. As a result, when the virus replicates in the host, the fusion protein is presented on the surface of the virus. In a typical phage display library, a large number of DNA fragments which code for non-viral proteins or peptides are inserted into the viral genome. This is how viral particles are generated that present a multitude of proteins or peptides on the surface.
Diese Phage Display Bibliothek wird dann mit einer auf einem Träger immobilisierten Probe in Kontakt gebracht. Beim darauffolgenden Waschschritt werden Viren, dieThis phage display library is then brought into contact with a sample immobilized on a support. In the subsequent washing step, viruses that
Fusionsproteine präsentieren, welche mit der immobilisierten Probe unter Ausbildung einer Bindung interagieren, auf dem Träger zurückbehalten, wohingegen Viren, die nicht interagierende Fusionsproteine präsentieren, weggewaschen werden. Die interagierenden Viren werden eluiert und durch Infektion einer Wirtskultur amplifiziert . Wiederholte Amplifizierungs- und Selektionsrunden können erforderlich sein, um eine verhältnismäßig homogene Virenpopulation zu erhalten, die an die immobilisierte Probe mit hoher Affinität bindet. Anschließend werden von einzelnen Virenklonen die insertierten DNA Abschnitte sequenziert und daraus die Aminosäuresequenzen der interagierenden Proteine oder Peptide abgeleitet.Present fusion proteins that interact with the immobilized sample to form a bond on which Retain carriers, whereas viruses that present non-interacting fusion proteins are washed away. The interacting viruses are eluted and amplified by infection of a host culture. Repeated rounds of amplification and selection may be required to obtain a relatively homogeneous virus population that binds to the immobilized sample with high affinity. The inserted DNA sections are then sequenced from individual virus clones and the amino acid sequences of the interacting proteins or peptides are derived therefrom.
Die Immobilisierung eines Interaktionspartners (Liganden) ist notwendig, um die Separation der Viren-Ligand-Komplexe von den nicht interagierenden Viren zu ermöglichen. Außerdem erleichtert sie die Prozeßführung, wie z.B. das Durchführen von Waschschritten, und vermag in Verbindung mit einem geeigneten Detektionsverfahren Auskunft über das Vorhandensein und die Stärke der Wechselwirkungen zwischen den Interaktionspartnern zu geben.The immobilization of an interaction partner (ligand) is necessary to enable the separation of the virus-ligand complexes from the non-interacting viruses. It also facilitates process management, e.g. performing washing steps and, in conjunction with a suitable detection method, can provide information about the presence and the strength of the interactions between the interaction partners.
Häufig werden sphärische Beads (quervernetzte Polymere in Partikelform) als Träger für die Virenselektion verwendet. Beads können beispielsweise zu Affinitätssäulen aufgeschichtet werden. Ein grosser Nachteil bei derSpherical beads (cross-linked polymers in particle form) are often used as carriers for virus selection. Beads can, for example, be stacked up to form affinity columns. A big disadvantage with the
Verwendung dieser Bead-Affinitätssäulen ist, dass keine räumliche Zuordnung der Beads möglich ist. Dies stellt ein erhebliches Problem bei der Automatisierung und Miniaturisierung von Bead-basierten Phage Display Verfahren dar. Weiterhin nachteilig ist die aufwendige Handhabung der Beads, z.B. bei der Durchführung von Waschschritten. Von Nachteil ist zudem, dass sich zwischen den sphärischen Beads Zwischenräume bilden, in denen sich Totvolumina an Virensuspension ansammeln.The use of these bead affinity columns is that no spatial assignment of the beads is possible. This represents a considerable problem in the automation and miniaturization of bead-based phage display processes. Another disadvantage is the complex handling of the beads, e.g. when performing washing steps. Another disadvantage is that spaces form between the spherical beads, in which dead volumes of virus suspension accumulate.
Vorteilhafter wäre es daher, einen Träger zur Virenselektion zu verwenden, der die Immobilisierung einer Vielzahl von Liganden sowie eine universelle/einfache Handhabung gewährleistet und somit eine Automatisierung und Miniaturisierung des Verfahrens ermöglicht. Für die Automatisierung und Miniaturisierung des Verfahrens spielt die Geometrie des für die Virenselektion verwendeten Trägers eine wichtige Rolle. Vorteilhaft hierfür ist es, wenn die auf dem Träger immobilisierten Interaktionspartner in einem regelmäßigen Raster und positionsadressierbar angeordnet sind. Für die Automatisierung und Miniaturisierung des Verfahrens wäre es weiterhin sehr vorteilhaft, wenn sowohl die Selektion als auch die Detektion von Bindungsereignissen auf der identischen Oberfläche durchgeführt werden könnten. Um den einfachen Einsatz leistungsstarker Roboter zum Pipettieren oder ähnlichem zu ermöglichen, sollten die Behältnisse außerdem nach oben hin offen sein. EineIt would therefore be more advantageous to use a carrier for virus selection which immobilizes a large number of Ligands and a universal / simple handling guaranteed and thus enables automation and miniaturization of the process. The geometry of the carrier used for virus selection plays an important role in the automation and miniaturization of the method. It is advantageous for this if the interaction partners immobilized on the carrier are arranged in a regular grid and positionally addressable. For the automation and miniaturization of the method, it would also be very advantageous if both the selection and the detection of binding events could be carried out on the identical surface. In order to enable the easy use of powerful robots for pipetting or the like, the containers should also be open at the top. A
Mikrotiterplatte oder ein planarer Träger (z.B. eine Membran) erfüllen beispielsweise diese Voraussetzungen.Microtiter plates or a planar support (e.g. a membrane) meet these requirements, for example.
In WO01/02554 wird ein parallelisiertes Verfahren zur Identifizierung von Interaktionspartnern mittels PhageWO01 / 02554 describes a parallelized method for identifying interaction partners using phage
Display beschrieben, in dem magnetische Partikel für die Immobilisierung der Liganden verwendet werden. Alle Selektionen werden in räumlich getrennten Volumen zeitgleich in Mikrotiterplatten vorgenommen. Der notwendige Transfer der magnetischen Partikel erfolgt automatisiert mittels eines speziellen Magnetarrays . Hierbei werden die magnetischen Partikel mit den Ligand-Virenkomplexen an die Magnete des Arrays gebunden und zwischen den Gefäßen transferiert. Die Diskriminierung zwischen interagierenden und nicht interagierenden Viren wird mit einem ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) basiertem Verfahren in einem der Selektion nachgeschalteten Prozess durchgeführt.Display described in which magnetic particles are used for the immobilization of the ligands. All selections are made in spatially separated volumes simultaneously in microtiter plates. The necessary transfer of the magnetic particles takes place automatically using a special magnetic array. The magnetic particles with the ligand-virus complexes are bound to the magnets of the array and transferred between the vessels. The discrimination between interacting and non-interacting viruses is carried out with an ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) based procedure in a process following the selection.
Ein großer Nachteil an der Verwendung von Mikrotiterplatten als Inkubationsgefäß ist, dass die Kavitäten nur ein relativ kleines Probenvolumen (z. B. 0,2 - 1,2 ml Volumen pro Kavitat bei handelsüblichen 96er-Mikrotiterplatten; 20-60 μl bei 384er Mikrotiterplatten) für die Selektion zulassen. Durch diese Volumenlimitierung der Kavitäten ist es oft notwendig, vor dem Screening die Viren anzureichern. So werden beispielsweise bei Lysaten des Bakteriophagen T7 üblicherweise Phagentiter zwischen lx 1010 - lx 1011 pfu/ml (Plaque Forming Units) erzielt. Für ein erfolgreiches Screening kann es jedoch notwendig sein, eine Gesamtanzahl von Phagen zwischen 1 x 1010 -1 x 1011 pfu/ml oder größer mit dem Affinitätsliganden in Kontakt zu bringen, so dass vor dem Mikrotiterplatten basiertem Screening aufgrund des limitierten Probenvolumens der einzelnen Kavitäten (siehe oben) die Aufkonzentrierung der Viren aus dem Lysat nicht vermeidbar ist (T7Select® System Manual, Fa. Novagen, Madison (USA) (TB178 06/00), S.6 ff). Üblicherweise geschieht dies durch Polyethylenglykol vermittelte Fällung der Viren aus dem Kulturüberstand und nachfolgender Sedimentation des Präzipitats. Nachteilig hieran ist, das die sich hierbei bildenden Virenpräzipitate oft nur schwer wieder in Lösung bringen lassen. Der Screeningprozess wird somit durch das Löslichkeitsverhalten der im Präzipitat befindlichen Viren negativ beeinflusst. Weiterhin sind die mit der Fällung der Viren verbundenen Arbeitsschritte zeitintensiv und schwer automatisierbar .A major disadvantage of using microtiter plates as an incubation vessel is that the cavities only have a relatively small sample volume (e.g. 0.2 - 1.2 ml volume per well for standard 96-well microtiter plates; 20-60 μl Allow 384 microtiter plates) for the selection. Due to this volume limitation of the cavities, it is often necessary to enrich the viruses before screening. For example, phage titers between lx 10 10 - lx 10 11 pfu / ml (plaque forming units) are usually achieved with lysates of bacteriophage T7. For successful screening, however, it may be necessary to bring a total number of phages between 1 x 10 10 -1 x 10 11 pfu / ml or larger into contact with the affinity ligand, so that screening based on microtiter plates is due to the limited sample volume of the individual Cavities (see above) the concentration of viruses from the lysate is unavoidable (T7Select ® System Manual, Novagen, Madison (USA) (TB178 06/00), p.6 ff). This is usually done by polyethylene glycol-mediated precipitation of the viruses from the culture supernatant and subsequent sedimentation of the precipitate. The disadvantage of this is that the virus precipitates that form here can often only be brought back into solution with difficulty. The screening process is thus negatively influenced by the solubility behavior of the viruses in the precipitate. Furthermore, the work steps associated with the precipitation of the viruses are time-consuming and difficult to automate.
Vorteilhafter ist ein Verfahren, bei dem die aus der Vermehrung der Phagenbibliothek resultierenden Kulturüberstände/Lysate unmittelbar in dem Screeningprozess verwendet werden können. Dies wird durch die Verwendung von Inkubationsgefäßen mit einem größeren Probenvolumen als es die Kavitäten von Mikrotiterplatten zulassen, ermöglicht.A method is more advantageous in which the culture supernatants / lysates resulting from the multiplication of the phage library can be used directly in the screening process. This is made possible by using incubation vessels with a larger sample volume than the cavities of microtiter plates allow.
Weiterhin nachteilig ist, dass eine konkurrierende, zeitgleiche Selektion strukturell ähnlicher Liganden gegen die Phagenbibliothek durch die getrennten Volumina ausgeschlossen ist, da pro Kavitat nur ein Ligand immobilisiert werden kann. Vorteilhaft ist eine in einem gemeinsamen Probenvolumen stattfindende Selektion der Interaktionspartner, bei der die immobilisierten Interaktionspartner in einem positionsadressierbaren, zweidimensionalen Array angeordnet sind. Geeignet hierfür sind planare Träger (z.B. Membranen), die in dafür geeigneten großvolumigen Gefäßen (Schalen oder Röhren) inkubiert werden oder selber ein Gefäß darstellen.Another disadvantage is that a competing, simultaneous selection of structurally similar ligands against the phage library is excluded due to the separate volumes, since only one ligand can be immobilized per cavity. A selection of the in a common sample volume is advantageous Interaction partners in which the immobilized interaction partners are arranged in a position-addressable, two-dimensional array. Suitable for this are planar supports (eg membranes) which are incubated in suitable large-volume vessels (dishes or tubes) or which are themselves a vessel.
Um eine gleichmäßige Verteilung der Phagenpopulation über die gesamte Trägeroberfläche zu erreichen, ist es vorteilhaft, eine gleichmäßige Durchmischung der Probenflüssigkeit zu gewährleisten. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass das den Träger beinhaltende oder bildende Gefäß mittels einer Kippvorrichtung bewegt wird.In order to achieve a uniform distribution of the phage population over the entire surface of the support, it is advantageous to ensure uniform mixing of the sample liquid. This can be accomplished, for example, by moving the vessel containing or forming the carrier by means of a tilting device.
Hawlisch et al . (Analytical Biochemistry 293, 142-145 (2001) beschreiben ein Verfahren zur Selektion Epitop-spezifischer scFv-Fragmente mittels eines M13 basierten Virensystems. Für die Selektion wurde ein auf Cellulosemembranen synthetisierter Peptidarray verwendet, der einen Teil der Primärsequenz des humanen C3a-Rezeptors in Form von fünfzig in der Sequenz überlappenden, 15meren Peptiden repräsentiert.Hawlisch et al. (Analytical Biochemistry 293, 142-145 (2001) describe a method for the selection of epitope-specific scFv fragments using an M13-based virus system. For the selection, a peptide array synthesized on cellulose membranes was used, which contains part of the primary sequence of the human C3a receptor in Form of fifty in sequence overlapping 15mer peptides represented.
Alle mit dem Array interagierenden Viren wurden nach jeder Selektionsrunde gemeinsam eluiert und gemeinsam vermehrt. Die Identifizierung interagierender Viren erfolgte in einem separaten Bindungsassay (ELISA) mit der kompletten Proteindomäne als Ligand. Hierfür wurde ein Teil der selektierten Viren nach der vierten Selektionsrunde klonal vereinzelt, 92 Klone separat vermehrt und in dem Bindungsassay analysiert. Als Selektionserfolg wurde die Zunahme ELISA-positiver gegenüber ELISA-negativen Viren gewertet. Eine Zuordnung ELISA-positiver Viren alsAll viruses interacting with the array were eluted and propagated together after each round of selection. Interacting viruses were identified in a separate binding assay (ELISA) with the complete protein domain as ligand. For this purpose, part of the selected viruses were clonally separated after the fourth round of selection, 92 clones were propagated separately and analyzed in the binding assay. The increase in ELISA-positive versus ELISA-negative viruses was considered a selection success. An assignment of ELISA-positive viruses as
Bindungspartner gegenüber den individuellen Affinitätsliganden des für die Selektion verwendeten Arrays erfolgte durch weitere ELISA-basierte Assays. Hierfür wurde der gesamte Array mit einem einzelnen Virenklon in Kontakt gebracht und über die Position des Bindungssignals die Zuordnung des Virenklons zu einem oder mehreren Affinitätsliganden des Arrays getroffen. Für jeder Virenklon muß also ein separater Assay gegen alle im Array enthaltenen Affinitätsliganden durchgeführt werden. Die Zuordnung der Virenklone zu den einzelnen, im Array immoblisierten Affinitätsliganden erfolgte in einem weiteren Bindungsassay (ELISA), der auf dem Array durchgeführt wurde.Binding partners to the individual affinity ligands of the array used for the selection were carried out by further ELISA-based assays. For this purpose, the entire array was brought into contact with a single virus clone and the assignment of the virus clone to one or more affinity ligands of the array was made via the position of the binding signal. For every virus clone a separate assay must therefore be carried out against all affinity ligands contained in the array. The viral clones were assigned to the individual affinity ligands immobilized in the array in a further binding assay (ELISA) which was carried out on the array.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, das ein gemeinsamer ELISA zur Identifizierung interagierender Virenklone nur bei der Verwendung peptidischer Affinitätsliganden, die sich aus einer gemeinsamen Protein/Polypeptidsequenz ableiten, möglich ist. Bei Verwendung von nicht-peptidischen Affinitätsliganden, die eine kombinatorische Vielfalt darstellen, muss für jeden im Array verwendeten Affinitätsliganden ein Bindungsassay durchgeführt.A disadvantage of this method is that a common ELISA for the identification of interacting viral clones is only possible when using peptidic affinity ligands which are derived from a common protein / polypeptide sequence. When using non-peptide affinity ligands that represent combinatorial diversity, a binding assay must be performed for each affinity ligand used in the array.
Nachteilig bei der Verwendung von Membranen als Oberfläche ist, daß die lokale Konzentration des Liganden nur aufwendig kontrollierbar ist. Dies kann durch lokale Aviditätseffekte zur Bildung unspezifischer Viren-Ligand-Komplexe führen.A disadvantage of using membranes as the surface is that the local concentration of the ligand can only be controlled with great effort. This can lead to the formation of unspecific virus-ligand complexes due to local avidity effects.
Ein sehr großer Nachteil am obengenannten Verfahren des Standes der Technik ist, dass die räumliche Information des Arrays in Bezug auf die Liganden bei der Selektion verlorengeht, da die interagierenden Viren i) nicht auf dem Array nachgewiesen werden können und ii) nicht ortspezifisch vom Array eluiert werden können.A very great disadvantage of the above-mentioned prior art method is that the spatial information of the array with respect to the ligands is lost during the selection because the interacting viruses i) cannot be detected on the array and ii) do not elute from the array in a location-specific manner can be.
Um die räumliche Anordnung der Liganden in einem zweidimensionalen Raster zur Identifizierung von mit Viren interagierenden Liganden zu nutzen, ist i) ein Messsystem erforderlich, mit dem die Bindung der Viren während der Selektion nachgewiesen werden kann sowie ii) eine Methode erforderlich, mittels derer gebundene Viren ortspezifisch vom Array eluiert werden können. Um Interaktionen der Viren mit den immobilisierten Liganden während der Selektion nachweisen zu können, müssen die Selektion und Detektion des Selektionserfolges in demselben Messsystem durchführbar sein. Werden Marker-basierte Nachweismethoden (z.B. ELISA-Assays) eingesetzt, wird der der Selektion zugrunde liegende Bindungsassay in der Ausführung auf die Konditionen der Markierungsreaktion eingeschränkt, so dass eine für die Selektion vorteilhafte Variation des Bindungsassays, z. B. Änderung des pH-Wertes, der Ionenstärke oder die Verwendung von Detergentien, nicht möglich ist.In order to use the spatial arrangement of the ligands in a two-dimensional grid to identify ligands interacting with viruses, i) a measurement system is required with which the binding of the viruses can be detected during the selection, and ii) a method by means of which bound viruses are required location-specific can be eluted from the array. In order to be able to detect interactions of the viruses with the immobilized ligands during the selection, the selection and detection of the selection success must be able to be carried out in the same measuring system. If marker-based detection methods (eg ELISA assays) are used, the binding assay on which the selection is based is limited in its execution to the conditions of the labeling reaction, so that a variation of the binding assay which is advantageous for the selection, e.g. B. Changing the pH, the ionic strength or the use of detergents is not possible.
Ein großer Nachteil der im obengenannten Verfahren verwendeten Marker-basierten Nachweismethode ist weiterhin, dass die im Selektionsprozess identifizierten Viren nicht für die weiteren Verfahrensschritte verwendet werden können. Werden Markermoleküle (z.B. Antikörper, Streptavidin) verwendet, setzen diese eine physische Wechselwirkung zwischen den Ligand-Virenkomplexen und dem Markierungsreagenz voraus. Diese physische Wechselwirkung kann zu einer Veränderung der Bindung zwischen dem Liganden und dem Virus (Abschwächung oder Verstärkung) oder aber zu einer Beeinträchtigung der Wirt-Virus-Wechselwirkung (Verlust der Infektiösität) führen. Bei Verwendung von Marker-basierten Nachweisverfahren ist zu erwarten, dass sich unlösliche Aggregate bilden, so dass die darin enthaltenen Viren für weitere Verfahrensschritte nicht verfügbar sind.Another major disadvantage of the marker-based detection method used in the above-mentioned method is that the viruses identified in the selection process cannot be used for the further method steps. If marker molecules (e.g. antibodies, streptavidin) are used, these require a physical interaction between the ligand-virus complexes and the labeling reagent. This physical interaction can lead to a change in the binding between the ligand and the virus (weakening or strengthening) or to an impairment of the host-virus interaction (loss of infectivity). When using marker-based detection methods, it is to be expected that insoluble aggregates will form, so that the viruses contained therein are not available for further process steps.
Um die Selektion und die Detektion in demselben Meßsystem durchführen zu können und identifizierte Viren in den weiteren Verfahrensschritten verwenden zu können, sollte folglich ein markierungsfreies Detektionsverfahren (wie z.B. die Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) ) verwendet werden. Dies hat zudem den Vorteil, dass die direkte Bindung des auf dem Viren präsentierten Peptids oder Proteins mit dem Liganden nachgewiesen werden kann. Ein Verfahren, bei dem Bindungsereignisse während des Selektionsprozesses mittels einer markierungsfreien Detektionsmethode, nämlich der Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) nachgewiesen werden, wurde von Malmborg et al . (J. Immuno1. Methods 198: 51-57 (1996)) für die Selektion von M13-Viren-basierten Antikörperbibliotheken gegen einen auf einem BIAcore™ Biosensor immobili-sierten Liganden beschrieben. Hierfür wurden in drei unterschiedlichen Ansätzen die als Liganden verwendeten Proteine (Lysozym, HM90-5, pB-1) jeweils kovalent an die Dextranmatrix eines Sensorchips gekoppelt und ein begrenztes Volumen einer Phagenbibliothek im kontinuierlichen Fluss über die Sensoroberfläche geleitet. Nachfolgend wurden die Viren mit einem Laufmittel bei kontinuierlichem Fluss von der Oberfläche eluiert und das Eluat zeitlich fraktioniert gesammelt. Der Verlauf der auf der Sensoroberflache durchgeführten Selektion wurde mittels zeitaufgelöster SPR- Messung in einem BIAcore™-Gerät beobachtet. Die im Eluat enthaltenen Viren wurden vereinzelt und vermehrt.. Als primärer Selektionserfolg wurde die Zunahme des mittels ELISA ermittelten Verhältnisses von Binden zu Nichtbindern der im Eluat enthaltenden Virenklone gewertet. Nachfolgend wurden die durch die interagierenen Viren kodierten Antikörper rekombinant hergestellt und deren Dissoziationskonstante gegenüber dem auf dem Sensorchip immobilisierten Ligand ermittelt.In order to be able to carry out the selection and detection in the same measuring system and to be able to use identified viruses in the further process steps, a label-free detection method (such as surface plasmon resonance (SPR)) should therefore be used. This also has the advantage that the direct binding of the peptide or protein presented on the virus to the ligand can be demonstrated. A method in which binding events during the selection process are detected using a label-free detection method, namely surface plasmon resonance (SPR), was described by Malmborg et al. (J. Immuno1. Methods 198: 51-57 (1996)) for the selection of M13 virus-based antibody libraries against a ligand immobilized on a BIAcore ™ biosensor. For this purpose, the proteins used as ligands (lysozyme, HM90-5, pB-1) were each covalently coupled to the dextran matrix of a sensor chip in three different approaches and a limited volume of a phage library was passed over the sensor surface in a continuous flow. The viruses were then eluted from the surface using a mobile phase with continuous flow and the eluate was collected in a fractional manner. The course of the selection carried out on the sensor surface was observed by means of time-resolved SPR measurement in a BIAcore ™ device. The viruses contained in the eluate were separated and multiplied. The primary selection success was the increase in the ratio of bindings to non-binders of the virus clones contained in the eluate, as determined by ELISA. Subsequently, the antibodies encoded by the interacting viruses were produced recombinantly and their dissociation constant compared to the ligand immobilized on the sensor chip was determined.
Ein sehr großer Nachteil dieses Verfahrens ist, dass ein Durchflusssystem verwendet wird. Dadurch ist die Anordnung der Sensoroberflächen in eindimensionaler Richtung vorgegeben ist (eindimensionaler Array) . Nachteilig hierbei ist, dass gerade durch die Verwendung eines Durchflusssystems eine zweidimensionale Probenanordnung (zweidimensionaler Array) und deren Miniaturisierung unmöglich ist.A very big disadvantage of this method is that a flow system is used. As a result, the arrangement of the sensor surfaces in a one-dimensional direction is predetermined (one-dimensional array). The disadvantage here is that a two-dimensional sample arrangement (two-dimensional array) and its miniaturization is impossible, particularly through the use of a flow system.
Weiterhin ist die konkurrierende Affinitätsselektion in einem Durchflusssystem nur umständlich zu realisieren . Außerdem lässt sich die markierungsfreie Selektion einer Vielzahl von Virenklσnen, die das Resultat eines massiv parallelen Screeningansatzes im Ergebnis mit sich bringt, mit der verfügbaren Technik nicht bewerkstelligen.Furthermore, the competing affinity selection in a flow system is difficult to implement. Moreover the label-free selection of a large number of virus clusters, which the result of a massively parallel screening approach results in, cannot be accomplished with the available technology.
Das nun zu beschreibende Verfahren hat daher das Ziel, ein hochparallelisierbares Verfahren zur Selektion und Identifizierung von Peptid- oder Proteinmolekülen, die spezifisch mit bestimmten anderen Molekülen unter Ausbildung einer Bindung interagieren können, wobei die Nachteile des Standes der Technik vermieden oder verringert werden.The method now to be described therefore aims to provide a highly parallelizable method for the selection and identification of peptide or protein molecules which can specifically interact with certain other molecules to form a bond, while avoiding or reducing the disadvantages of the prior art.
Dies wird erreicht durch ein Verfahren zur Selektion und Identifizierung von mindestens einem Vertreter (Interaktionspartner) aus einer Vielzahl von Peptid- oder Proteinmolekülen, der spezifisch mit mindestens einem Vertreter aus einer Vielzahl von Molekülen unter Ausbildung einer Bindung interagieren kann, umfassend die Schritte:This is achieved by a method for the selection and identification of at least one representative (interaction partner) from a large number of peptide or protein molecules, which can interact specifically with at least one representative from a large number of molecules to form a bond, comprising the steps:
(a) Inkontaktbringen eines Virensystems aus einer Vielzahl von Viren, von denen jedes Virus jeweils mindestens einen Vertreter aus der Vielzahl der Peptid- oder Proteinmoleküle an seiner Oberfläche präsentiert, mit der Vielzahl von in einem zweidimensionalen Raster positionsadressierbar auf der Oberfläche eines Festphasenträgers immobilisierten Molekülen (Liganden) ;(a) bringing a virus system from a plurality of viruses, each virus of which at least one representative from the multitude of peptide or protein molecules presents on its surface, into contact with the large number of molecules immobilized in a two-dimensional grid on the surface of a solid phase support ( Ligands);
(b) Entfernen von nicht gebundenen Viren von der Oberfläche; und(b) removing unbound viruses from the surface; and
(c) Identifizieren des Interaktionspartners durch Nachweis und Positionsbestimmung der Bindung zwischen immobilisiertem Ligand und dem vom Virus präsentierten(c) Identifying the interaction partner by detecting and determining the position of the bond between the immobilized ligand and the one presented by the virus
Interaktionspartner mit Hilfe eines markierungsfreien Detektionsverfahrens .Interaction partners with the help of a label-free detection method.
Hierbei werden die Liganden in einem zweidimensionalen Array wie in Fig. 1 gezeigt, auf dem spezifisch ausgestaltetenHere, the ligands are shown in a two-dimensional array as shown in FIG. 1, on the specifically designed
Festphasenträger bzw. Sensorflächenträger immobilisiert, der eine markierungsfreie Detektion von Interaktionspartnern mittels SPR ermöglicht. Dadurch können die Selektion und Detektion des Selektionserfolges in einem Meßsystem durchgeführt werden. Die detektierten, interagierenden Viren können in sich anschließenden Verfahrensschritten weiterbehandelt und gegebenenfalls vermehrt werden, wobei man hierzu entweder alle gebundenen Viren oder nur solche, die an für die jeweilige Selektion ausgewählten Oberflächenfelder gebunden haben, verwendet. Weiterhin vorteilhaft an einem markierungsfreien Detektionsverfahren ist, dass die direkte Bindung zwischen Ligand und auf dem Viren präsentierten Peptid oder Protein nachgewiesen wird. Dies ist bei der Verwendung von Marker-basierten Detektionsmethoden nicht der Fall.Solid phase carrier or sensor surface carrier immobilized, the marker-free detection of interaction partners enabled by SPR. In this way, the selection and detection of the selection success can be carried out in one measuring system. The detected interacting viruses can be treated further in subsequent process steps and, if necessary, increased, using either all bound viruses or only those bound to surface fields selected for the respective selection. Another advantage of a label-free detection method is that the direct binding between the ligand and the peptide or protein presented on the virus is detected. This is not the case when using marker-based detection methods.
Da die Vielzahl von Liganden in einem zweidimensionalen Raster immobilisiert wird, ermöglicht dieses vorteilhafte Verfahren in Verbindung mit einem geeigneten Meßsystem zudem eine parallele Detektion mit hoher Integrationsdichte. Dadurch wird ein in hohem Maße miniaturisiertes und parallelisiertes Phage Display Verfahren bereitgestellt, so dass die Detektion für mehrere oder alle Liganden parallel erfolgen kann.Since the large number of ligands is immobilized in a two-dimensional grid, this advantageous method in conjunction with a suitable measuring system also enables parallel detection with a high integration density. This provides a highly miniaturized and parallelized phage display method, so that the detection for several or all ligands can take place in parallel.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die aus der Vermehrung der Phagenbibliothek resultierenden Kulturüberstände/Lysate unmittelbar in dem Screeningprozess verwendet werden können und somit die zeitintensive Anreicherung der Viren aus dem Kulturüberstände/Lysat nicht notwendig ist. Von Vorteil ist zudem, dass die Selektion in einem gemeinsamen Probenvolumen stattfindet und somit eine konkurrierende, zeitgleiche Selektion gegen eine Vielzahl von Liganden durchgeführt werden kann.It is also advantageous that the culture supernatants / lysates resulting from the multiplication of the phage library can be used directly in the screening process and thus the time-consuming enrichment of the viruses from the culture supernatants / lysate is not necessary. It is also advantageous that the selection takes place in a common sample volume and thus a competitive, simultaneous selection against a large number of ligands can be carried out.
Bevorzugt werden Schritt (a) und (c) auf derselben Oberfläche des Festphasenträgers durchgeführt, wobei die Liganden in einem kartesischem Raster (Array) auf der Oberfläche des Festphasenträgers immobilisiert sind, so dass die Position eines jeden Liganden durch seine x- und y-Koordinaten auf dem Array bestimmbar ist. Man kann auch eine Vielzahl positionsadressierbarer Oberflächenfelder, auch als Ligandfelder bezeichnet, auf dem Festphasenträger vorsehen, worauf die Liganden immobilisiert werden. Die in Schritt (a) nicht gebundenen Viren werden in Schritt (b) bevorzugt durch Elution entfernt.Steps (a) and (c) are preferably carried out on the same surface of the solid phase support, the ligands being immobilized in a Cartesian grid (array) on the surface of the solid phase support so that the position each ligand can be determined by its x and y coordinates on the array. A large number of position-addressable surface fields, also referred to as ligand fields, can also be provided on the solid phase support, whereupon the ligands are immobilized. The viruses not bound in step (a) are preferably removed in step (b) by elution.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens enthält der Festphasenträger eine polymerfreie Oberfläche, auf der die Liganden immobilisiert werden. Aufgrund der sehr hohen Proteinadsorptionsresistenz dieser polymerfreien Oberfläche ist es möglich, relativ schwache Wechselwirkungen, d.h. Bindung zwischen Ligand und vom Virus präsentiertes Protein- oder Peptidmolekül zu beobachten, was insbesondere die Verwendung von niedermolekularen Liganden ermöglicht.In a further embodiment of the method, the solid phase support contains a polymer-free surface on which the ligands are immobilized. Due to the very high protein adsorption resistance of this polymer-free surface, it is possible to have relatively weak interactions, i.e. To observe the binding between the ligand and the protein or peptide molecule presented by the virus, which in particular enables the use of low molecular weight ligands.
Bevorzugt erfolgt für die Vermehrung der Viren die Infektion der Wirtszellen durch die an die Oberfläche des Festphasenträgers gebundenen Viren. Dies hat den Vorteil, dass die Bindung zwischen Ligand und Viren-präsentiertem Peptid oder Protein nicht aufgehoben werden muss.For the multiplication of the viruses, the host cells are preferably infected by the viruses bound to the surface of the solid phase support. This has the advantage that the binding between ligand and virus-presented peptide or protein does not have to be broken.
Das Verfahren erlaubt die Selektion und Identifizierung von einem oder auch mehreren Vertretern von Peptid- oderThe method allows the selection and identification of one or more representatives of peptide or
Proteinmolekülen aus einer Vielzahl derartiger Moleküle. "Vertreter" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass jedes unterschiedliche Peptid- oder Proteinmolekül in der Molekülvielzahl üblicherweise nicht als Einzelmolekül vorkommt, sondern in der Proteinmischung in mehr oder weniger großer Menge vorhanden ist. Das Selektions- und Identifizierungsprinzip beruht dann darauf, dass das gesuchte Peptid- oder Proteinmolekül unter Ausbildung ein Bindung mit einem oder mehreren vorher ausgewählten "Selektionsmolekülen" interagieren kann. Diese Selektionsmoleküle sind hinsichtlich ihrer Natur nicht besonders eingeschränkt und können von beliebiger Struktur sein, so lange sie sich überhaupt in einem derartigen Test handhaben lassen und zur Ausbildung einer Bindung in der Lage sind. Hier werden sie daher einfach auch als "Moleküle" bezeichnet. Für diejenigen Moleküle auf der Oberfläche des Festphasenträgers immobilisiert sind, wird im Kontext der vorliegenden Beschreibung auch der Begriff "Ligand" verwendet. Ein Peptid- oder Proteinmolekül, dass zur Interaktion, d.h. Bindung and den Liganden in der Lage ist und auf diese Weise selektiert und identifiziert werden kann, wird auch als "Interaktionspartner" bezeichnet.Protein molecules from a large number of such molecules. In this context, “representative” means that each different peptide or protein molecule does not usually occur as a single molecule in the multitude of molecules, but is present in the protein mixture in a more or less large amount. The principle of selection and identification is then based on the fact that the peptide or protein molecule sought can interact with one or more previously selected “selection molecules” while forming a bond. These selection molecules are not particularly restricted in their nature and can be of any structure as long as they are in at all have such a test handled and capable of forming a bond. Here, they are simply referred to as "molecules". The term “ligand” is also used in the context of the present description for those molecules that are immobilized on the surface of the solid phase support. A peptide or protein molecule that is capable of interaction, ie binding to the ligand and can be selected and identified in this way, is also referred to as an “interaction partner”.
Unter den Begriffen „Identifizierung* und „Selektion wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung eine Anreicherung, vorzugsweise eine Individualisierung von "Interaktionspartnern" verstanden. Folglich ist sowohl die Identifizierung von Interaktionspartnern in einer großen Vielzahl oder Population beliebig unterschiedlicher Interaktionspartner, als auch die Selektion einzelner in einer vorher bereits angereicherten Population umfasst.The terms “identification *” and “selection” in connection with the present description mean an enrichment, preferably an individualization of “interaction partners”. Consequently, both the identification of interaction partners in a large number or population of any number of different interaction partners, as well as the selection of individual ones in a previously enriched population are included.
Die Interaktion zwischen Interaktionspartner und Ligand, die sich in Form einer Bindung zwischen den Partnern manifestiert, kann beispielsweise mit einem „Schlüssel- Schloß-Prinzip* charakterisiert werden. Der Interaktionspartner (Peptid oder Protein) und das Selektionsmolekül (Ligand) , besitzen Strukturen oder Motive, die spezifisch zueinander passen, wie z.B. eine antigene Determinante (Epitop) , die mit der Antigen-Bindungstelle eines Antikörpers interagiert. Durch die Kenntnis der Struktur eines der Bindungspartner lassen sich Rückschlüsse auf mögliche bevorzugte Strukturen bzw. auf spezielleThe interaction between the interaction partner and the ligand, which manifests itself in the form of a bond between the partners, can be characterized, for example, with a “key and lock principle”. The interaction partner (peptide or protein) and the selection molecule (ligand) have structures or motifs that fit each other specifically, e.g. an antigenic determinant (epitope) that interacts with the antigen binding site of an antibody. Knowing the structure of one of the binding partners enables conclusions to be drawn about possible preferred structures or specific ones
Strukturelemente eines geeigneten damit interagierenden Partners ziehen.Draw structural elements from a suitable interacting partner.
In dem hier beschriebenen Verfahren und Meßsystem werden die Interaktionspartner an der Oberfläche von Viren als Peptide oder Proteine präsentiert. Hierbei werden alle Peptide oder Proteine umfasst, deren codierenden Nucleotidsequenzen in ein Virengenom insertiert werden können. Bevorzugt ist, dass die Expression dieser Peptide oder Proteine als Teil der Virenhülle eine Assemblierung dieser Hülle und damit eine Propagierung des Virus erlaubt. Vorzugsweise ist das propagierte Virus infektiös.In the method and measuring system described here, the interaction partners on the surface of viruses are presented as peptides or proteins. Here, all peptides or proteins are encompassed, the coding nucleotide sequences of which are in one Virus genome can be inserted. It is preferred that the expression of these peptides or proteins as part of the virus envelope allows this envelope to be assembled and thus the virus to be propagated. The propagated virus is preferably infectious.
Der Begriff Peptide oder Proteine" umfasst sowohl natürliche als auch synthetische Peptide oder Proteine. Beispiele für natürliche Proteine umfassen u.a. Antikörper, Antikörperfragmente, Rezeptoren, die mit ihren spezifischen Liganden interagieren, peptidische Liganden, die mit ihren spezifischen Rezeptoren oder Peptiddomänen, die mit spezifischen Substraten, einschließlich Proteinen und Coenzymen, und anderen Peptiden oder Enzymen etc. interagieren. Ebenfalls umfasst sind hiermit rekombinant hergestellte Formen der vorgenannten Proteine oder Peptide. Natürliche Peptide umfassen entsprechend unter anderem Fragmente der oben beschriebenen Proteine, die mit spezifischen Liganden interagieren. Synthetische Proteine oder Peptide umfassen sowohl zur Expression gebrachte Pseudogene oder Fragmente davon, als auch Proteine oder Peptide mit einer zufälligen Aminosäuresequenz. Die Peptide und Proteine sind somit vorzugsweise Bestandteil einer aus Viren bestehenden Bibliothek, wobei die Viren, vorzugsweise in ihr Genom integriert, eine Nucleinsäuresequenz enthalten, die das entsprechende Peptid bzw. Protein codiert. Dabei liegt diese Nucleinsäuresequenz typischerweise so vor, dass sie bei Expression zur Synthese des Peptids bzw. Proteins als Bestandteil eines Fusionsproteins führt, das aus einem Hüllprotein des Virus oder einem Teil davon besteht und aus dem Peptid bzw. Protein. Dieses Fusionsprotein hat dann die Fähigkeit, auf der Oberfläche des Virus lokalisiert zu sein und folglich das Peptid bzw. Protein zu präsentieren.The term "peptides or proteins" encompasses both natural and synthetic peptides or proteins. Examples of natural proteins include antibodies, antibody fragments, receptors that interact with their specific ligands, peptide ligands that interact with their specific receptors or peptide domains that interact with specific substrates , including proteins and coenzymes, and other peptides or enzymes, etc. Also included are recombinantly produced forms of the aforementioned proteins or peptides, and natural peptides accordingly include, among other things, fragments of the proteins described above, which interact with specific ligands, synthetic proteins or peptides comprise both pseudogenes or fragments thereof expressed as well as proteins or peptides with a random amino acid sequence The peptides and proteins are thus preferably part of a library consisting of viruses, the Viruses, preferably integrated into their genome, contain a nucleic acid sequence which encodes the corresponding peptide or protein. This nucleic acid sequence is typically present in such a way that, when expressed, it leads to the synthesis of the peptide or protein as part of a fusion protein which consists of a coat protein of the virus or a part thereof and of the peptide or protein. This fusion protein then has the ability to be localized on the surface of the virus and consequently to present the peptide or protein.
Der Begriff „Ligand" beschreibt im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen Verfahren bzw. Meßsystem Moleküle oder Verbindungen, die auf der Oberfläche eines Festphasenträgers immobilisiert werden. Der Begriff umfasst Makromoleküle als auch "kleine organische Moleküle". Weiter werden im Kontext der vorliegenden Erfindung als Ligand allgemein Strukturelemente bezeichnet, die aufgrund ihrer strukturellen Eigenarten Wechselwirkungen mit auf Viren präsentiertenThe term “ligand” in connection with the method or measuring system described here describes molecules or compounds that are on the surface of a solid phase support be immobilized. The term encompasses macromolecules as well as "small organic molecules". Furthermore, in the context of the present invention, structural elements are generally referred to as ligands which, due to their structural peculiarities, presented interactions with viruses
Peptiden oder Proteinen eingehen können. Durch die Kenntnis der Struktur der Liganden lassen sich so unter anderem Rückschlüsse auf die mögliche Struktur bzw. auf spezielle Strukturelemente des auf dem Viren präsentierten Moleküls ziehen.Peptides or proteins can enter. By knowing the structure of the ligands, conclusions can be drawn about the possible structure or special structural elements of the molecule presented on the virus.
Unter dem Begriff "Makromoleküle" werden Moleküle mit einer hohen molekularen Komplexität oder einem hohen Molekulargewicht verstanden. Vorzugsweise sind dies Biomoleküle, wie z.B. Biopolymere, insbesondere Proteine, Oligo- oder Polypeptide, aber auch DNA, RNA, Oligo- oder Polynucleotide, Isoprenoide, Lipide, Kohlenhydrate (Glycoside) , sowie deren Modifikationen, sowie auch synthetische Moleküle. Im Zusammenhang mit Proteinen kommen insbesondere Rezeptoren in Betracht, aber auch Proteine oder Peptide, die Epitope oder antigene Determinanten von Proteinen repräsentieren. Ferner können die Proteine auch Fusionsproteine sein.The term "macromolecules" is understood to mean molecules with a high molecular complexity or a high molecular weight. These are preferably biomolecules, e.g. Biopolymers, especially proteins, oligo- or polypeptides, but also DNA, RNA, oligo- or polynucleotides, isoprenoids, lipids, carbohydrates (glycosides), and their modifications, as well as synthetic molecules. In connection with proteins, receptors in particular come into consideration, but also proteins or peptides which represent epitopes or antigenic determinants of proteins. The proteins can also be fusion proteins.
Unter dem Begriff "kleine Moleküle" oder "niedermolekulare Moleküle" werden Moleküle verstanden, die von geringerer molekularer Komplexität sind, als die oben definierten Makromoleküle. In der Literatur wird der Begriff "kleine Moleküle" ("small molecules") oder "niedermolekulare Moleküle" ("low olecular weight molecules") nicht einheitlich verwendet. In WO 89/03041 und WO 89/03042 werden Moleküle mit Molekülmassen bis 7000 g/mol als kleine Moleküle beschrieben. Üblicherweise werden jedoch Molekülmassen zwischen 50 und 3000 g/mol, häufiger aber zwischen 75 und 2000 g/mol und meistens im Bereich zwischen 100 und 1000 g/mol angegeben. Beispiele sind dem Fachmann aus den Schriften WO86/02736, W097/31269, US-A-5928868, US-A-5242902, US-A-5468651, US-A-5547853, US-A-5616562, US-A-5641690, US-A-4956303 und US-A-5928643 bekannt.The term “small molecules” or “low-molecular molecules” is understood to mean molecules which are of less molecular complexity than the macromolecules defined above. In the literature, the term “small molecules” or “low molecular weight molecules” is not used uniformly. WO 89/03041 and WO 89/03042 describe molecules with molecular weights of up to 7000 g / mol as small molecules. Usually, however, molecular weights between 50 and 3000 g / mol are given, but more often between 75 and 2000 g / mol and mostly in the range between 100 and 1000 g / mol. Examples are known to those skilled in the art from WO86 / 02736, WO97 / 31269, US-A-5928868, US-A-5242902, US-A-5468651, US-A-5547853, US-A-5616562, US-A-5641690, US-A-4956303 and US-A-5928643.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird die Bezeichnung "kleine organische Moleküle" für Moleküle mit einemIn the context of the present description, the term “small organic molecules” is used for molecules with a
Molekulargewicht unter 3000 g/mol, bevorzugt unter 1000 g/mol, am meisten bevorzugt unter 750 g/mol verwendet. Als Beispiele für solche kleinen Moleküle können Oligomere oder auch kleine organische Moleküle angeführt werden, wie Oligopeptide, Oligonucleotide, Kohlenhydrate (Glycoside) ,Molecular weight below 3000 g / mol, preferably below 1000 g / mol, most preferably below 750 g / mol. Examples of such small molecules include oligomers or small organic molecules, such as oligopeptides, oligonucleotides, carbohydrates (glycosides),
Isoprenoide, Lipidstrukturen oder Haptene. In der Literatur stellt zumeist das Molekulargewicht die Definitionsgrundlage für solche kleinen organischen Moleküle dar.Isoprenoids, lipid structures or haptens. In the literature, molecular weight is mostly the basis for the definition of such small organic molecules.
Ein Aspekt des hier beschriebenen Verfahrens bzw. verwendeten Meßsystems betrifft die Bereitstellung eines zweidimensionalen Arrays mit einer Vielzahl von Liganden auf einem erfindungsgemäßen SPR-Sensorflächenträger . Dabei werden die Liganden in dem Array derart angeordnet, dass die Identität eines jeden Liganden durch seine x-und y- Koordinaten auf dem Array bestimmbar ist.One aspect of the method or measuring system used here relates to the provision of a two-dimensional array with a large number of ligands on an SPR sensor surface carrier according to the invention. The ligands in the array are arranged such that the identity of each ligand can be determined by its x and y coordinates on the array.
Die räumliche Struktur des entstehenden Arrays wird durch eine mechanische Strukturierung der Träger vorgegeben, welche daher bevorzugt eine Vielzahl regelmässig angeordneter, positionsadressierbarer Felder (Ligandfeider) aufweisen. Diese Ligandfeider enthalten eine oder mehrere Kavitäten (Sensorfelder) , auf deren Boden die Liganden immobilisiert werden. Vorzugsweise besitzen die Kavitäten eine Tiefe von 20-100 μm.The spatial structure of the resulting array is predetermined by a mechanical structuring of the carriers, which therefore preferably have a large number of regularly arranged, position-addressable fields (ligand fields). These ligand fields contain one or more cavities (sensor fields), on the bottom of which the ligands are immobilized. The cavities preferably have a depth of 20-100 μm.
Bevorzugt unterscheiden sich diese Ligandfeider jeweils in der Art der auf ihren Sensorfeldern immobilisierten Interaktionspartner, wobei ein einzelnes Ligandfeld sowohl einen einzigen Liganden als auch mehrere gleiche oder unterschiedliche Liganden präsentieren kann. In einem typischen Beispiel werden pro Ligandfeld vier Interaktionspartner immobilisiert .These ligand fields preferably differ in each case in the type of interaction partner immobilized on their sensor fields, it being possible for a single ligand field to present both a single ligand and also several identical or different ligands. In one In a typical example, four interaction partners are immobilized per ligand field.
Bevorzugt sind die Kavitäten derart angeordnet, dass auf dem Träger ein regelmässiges, vorzugsweise kartesisches Raster von Spalten und Streifen entsteht. Die Grosse und Form des - Trägers kann beliebig gewählt und leicht an das verwendete Detektionssystem angepasst werden. Bei Verwendung von Spottingrobotern für die Immobilisierung der Liganden und/oder bei Vorliegen der Liganden in Mikrotiterplatten ist der Abstand der Felder zueinander bevorzugt dem verwendeten Mikrotiterformat oder dem Format der verwendeten Spottingeinrichtung anzupassen. Die Anzahl der Felder auf dem Festphasenträger kann die Anzahl der Untereinheiten der Mikrotiterplatte auch überschreiten, d.h. die Dichte der Sensorfelder auf dem Festphasenträger kann ein Vielfaches höher sein als die Dichte der Untereinheiten der Mikrotiterplatte. So kann beispielsweise ein rechteckiger Festphasenträger 6144 Feldern besitzen, die mittels eines Spottingroboters aus vier konventionellen 1536er Mikrotiterplatten belegt werden können.The cavities are preferably arranged in such a way that a regular, preferably Cartesian, grid of columns and strips is formed on the carrier. The size and shape of the carrier can be chosen as desired and easily adapted to the detection system used. When using spotting robots for immobilizing the ligands and / or when the ligands are present in microtiter plates, the spacing of the fields from one another should preferably be adapted to the microtiter format used or the format of the spotting device used. The number of fields on the solid phase support can also exceed the number of subunits of the microtiter plate, i.e. the density of the sensor fields on the solid phase support can be many times higher than the density of the subunits of the microtiter plate. For example, a rectangular solid phase support may have 6144 fields, which can be filled with four conventional 1536 microtiter plates using a spotting robot.
Um den Durchsatz beim Screening erhöhen zu können, ist es vorteilhaft, eine möglichst große Anzahl an Liganden zu immobilisieren. Hierbei kann eine Anzahl von mindestens 10, bevorzugt 96, besonders bevorzugt 384, ganz besonders bevorzugt 1536, noch mehr bevorzugt 4608, am meisten bevorzugt 9216 verschiedenen Vertretern von Liganden immobilisiert werden. Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens ist es auch möglich, gleiche Liganden mehrfach zu immobilisieren. Dies kann zum Beispiel für Mehrfachbestimmungen der Ligand-Viren-Interaktion sinnvoll sein, um die Qualität des Selektionsprozesses zu beurteilen. Die angegebenen Zahlen berücksichtigen somit nur die untereinander unterschiedlichen Liganden. Ebenfalls muß berücksichtigt werden, daß zur Immobilisierung der Liganden verschiedene Stellen des Liganden benutzt werden können. Somit erhält der Ligand auf der Oberfläche eine andere Orientierung und kann mitunter ein anderes Bindungsverhalten zeigen. Erfindungsgemäß werden vereinfachend auch unterschiedliche Orientierungen eines Liganden als „unterschiedliche" Liganden verstanden.In order to increase the throughput during screening, it is advantageous to immobilize as large a number of ligands as possible. Here, a number of at least 10, preferably 96, particularly preferably 384, very particularly preferably 1536, still more preferably 4608, most preferably 9216 different representatives of ligands can be immobilized. In the context of the present method, it is also possible to immobilize the same ligand several times. This can be useful, for example, for multiple determinations of the ligand-virus interaction in order to assess the quality of the selection process. The figures given therefore only take into account the ligands which differ from one another. It must also be taken into account that different sites of the ligand can be used to immobilize the ligands. The ligand thus has a different orientation on the surface and can sometimes show a different binding behavior. According to the invention, different orientations of a ligand are also understood as “different” ligands for simplification.
Da Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) zum Nachweis von - Interaktionen verwendet wird, ist eine kostengünstige Strukturierung der Sensorfelder dadurch zu erreichen, dass nicht der Sensor selbst (vorzugsweise ein Prisma) als Festphasenträger verwendet und direkt strukturiert wird (siehe Fig. la) , sondern stattdessen eine separater Probenträger als Festphasenträger zur Ligandimmobilisierung verwendet wird, welcher auf den Sensor gelegt wird, siehe Fig. lb und zugehörige Beschreibung.Since surface plasmon resonance (SPR) is used to detect interactions, the sensor fields can be structured in a cost-effective way by not using the sensor itself (preferably a prism) as a solid phase support and structuring it directly (see Fig. La), but instead one separate sample carrier is used as a solid phase carrier for ligand immobilization, which is placed on the sensor, see Fig. lb and associated description.
Die Immobilisierung des Liganden kann direkt oder indirekt auf dem Festphasenträger erfolgen. Es gibt mehrere Möglichkeiten der Anbindung von Liganden an eine feste Oberfläche. Hierbei sind beispielhaft eine kovalente, ionische oder adsorptive Anbindung zu nennen. Besonders bevorzugt ist die kovalente Anbindung des Liganden auf dem Träger, da diese chemische Bindung so stabil ist, dass sie eine vollständige Denaturierung anhaftender Proteine ohne Beeinträchtigung der Oberflächeneigenschaften zulässt.The ligand can be immobilized directly or indirectly on the solid phase support. There are several ways of attaching ligands to a solid surface. A covalent, ionic or adsorptive bond can be mentioned here as an example. The covalent attachment of the ligand to the support is particularly preferred since this chemical bond is so stable that it permits complete denaturation of adhering proteins without impairing the surface properties.
Der Ligand kann unverändert oder chemisch modifiziert eingesetzt werden. Chemische Modifikation umfasst das Verändern vorhandener Reaktivitäten, etwa das Aktivieren vorhandener funktioneller Gruppen oder das Hinzufügen eines weiteren Moleküls, das die direkte oder indirekte Anknüpfung an die Oberfläche ermöglicht. Hierzu können einfache Additions- oder Substitutionsreaktionen dienen.The ligand can be used unchanged or chemically modified. Chemical modification involves changing existing reactivities, such as activating existing functional groups or adding another molecule that enables direct or indirect attachment to the surface. Simple addition or substitution reactions can be used for this.
Um häufig auftretende ungewünschte unspezifische Anbindung des Liganden an die Oberfläche des Trägers, insbesondere wenn dieser aus einer Kunststoff- oder Metalloberfläche besteht, zu vermeiden oder zu vermindern, ist eine organische Zwischenschicht vorteilhaft. Häufig wird hier eine selbstassemblierende Monoschicht (SAM) verwendet, die eine Adsorption des Liganden auf dem Träger vermeidet. Die Selbstorganisation zu einem dichten Film erfolgt normalerweise durch hydrophobe Wechselwirkung langkettiger Kohlenwasserstoffe an deren einem Ende eine funktionelle Gruppe vorhanden ist, die die Anbindung an den Träger ermöglicht und deren anderes Ende eine funktionelle Gruppe enthält, die die Bindung des Liganden ermöglicht.In order to avoid frequently occurring, undesired, non-specific binding of the ligand to the surface of the carrier, in particular if it consists of a plastic or metal surface, To avoid or reduce an organic intermediate layer is advantageous. A self-assembling monolayer (SAM) is often used here, which avoids adsorption of the ligand on the support. Self-assembly into a dense film is usually accomplished through the hydrophobic interaction of long chain hydrocarbons at one end of which there is a functional group that allows attachment to the support and at the other end that contains a functional group that enables ligand binding.
Verbindungen, die diese funktioneilen Bausteine umfassen (Kopf-, Fußgruppe, hydrophober Teil) , werden auch Anker genannt. Weiterhin kann der Anker einen Spaceranteil besitzen, der bevorzugt Ethylenglykoleinheiten enthält, die eine geringe unspezifische Proteinadsorption gewährleisten.Connections that include these functional building blocks (head, foot group, hydrophobic part) are also called anchors. Furthermore, the anchor can have a spacer portion, which preferably contains ethylene glycol units, which ensure low non-specific protein adsorption.
Vorteilhafterweise werden zu den erwähnten Ankermolekülen noch sogenannte Verdünnermoleküle zugemischt, um die Konzentration auf der Oberfläche zu steuern. Eine zu dichte Oberflächenkonzentration kann durch sterische Hinderung nachteilig sein. Verdünnermoleküle sind strukturell den Ankermolekülen angepaßt, jedoch besitzen sie keine Kopfgrupe für die Anbindung des Liganden, da dieses vermieden werden soll. Weiterhin sind sie üblicherweise kürzer als die Ankermoleküle, um eine Beeinträchtigung der Erreichbarkeit des Liganden für das auf dem Virus präsentierte Peptid oder Protein zu vermeiden.So-called diluent molecules are advantageously also added to the anchor molecules mentioned in order to control the concentration on the surface. A too dense surface concentration can be disadvantageous due to steric hindrance. Thinner molecules are structurally adapted to the anchor molecules, but they do not have a head group for the binding of the ligand, since this should be avoided. Furthermore, they are usually shorter than the anchor molecules in order to avoid impairing the accessibility of the ligand for the peptide or protein presented on the virus.
Im Stand der Technik wird häufig zusätzlich auf die organische Zwischenschicht ein Polymer, wie z.B. Dextran, aufgebracht. Wegen der möglichen unerwünschten Wechselwirkung zwischen diesem Polymer und dem Liganden ist eine polymerfreie Oberfläche bevorzugt. Vorteilhaft an einer polymerfreien Oberfläche ist weiterhin, dass aufgrund der geringen unspezifischen Proteinbindung auf den Einsatz von Blockierungsreagenzien beim Selektionsprozess verzichtet werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da diese Blockierungsreagenzien ebenfalls unspezifische Proteinbindung aufweisen, welche somit vermieden wird. Ein weiterer Vorteil von polymerfreien Oberflächen ist, dass sie sehr einfach regeneriert werden können. Dazu können Reagenzien, die eine Regeneration der Oberfläche in einem Einstufenverfahren ermöglichen (z.B. SDS-haltige Lösungen oder Methanol- Trifluoressigsäuremischungen) , verwendet werden.In the prior art, a polymer, such as dextran, is often additionally applied to the organic intermediate layer. Because of the possible undesirable interaction between this polymer and the ligand, a polymer-free surface is preferred. Another advantage of a polymer-free surface is that, due to the low non-specific protein binding, there is no need to use blocking reagents in the selection process. This is particularly advantageous because of this Blocking reagents also have non-specific protein binding, which is thus avoided. Another advantage of polymer-free surfaces is that they can be regenerated very easily. For this purpose, reagents can be used which make it possible to regenerate the surface in a one-step process (eg SDS-containing solutions or methanol-trifluoroacetic acid mixtures).
Einstufenverfahren können zur Regeneration der im Stand der Technik verwendeten Polymeroberflächen nicht eingesetzt werden, da die dabei eingesetzten Reagenzien die Struktur der Polymere verändern, zerstören oder zur Ablösung der Polymere vom Träger führen. Auf einer polymerfreien Oberfläche hingegen ist man in der Auswahl der Regenerationsmittel lediglich hinsichtlich der Stabilität des Liganden eingeschränkt .One-step processes cannot be used for the regeneration of the polymer surfaces used in the prior art, since the reagents used change, destroy, or lead to the detachment of the polymers from the support. On a polymer-free surface, on the other hand, the choice of regeneration agents is restricted only to the stability of the ligand.
Beispielsweise können SAMs durch Chemisorption von Alkylthiolen auf einer Metalloberfläche (z.B. Gold) erzeugt werden. Die langkettigen Moleküle packen sich als SAM auf die Festphase, wobei die Goldatome von den Schwefelfunktionen komplexiert werden. Ein weiteres Beispiel ist die Silanisierung von Glas oder Silizium mit reaktiven Epoxid- oder Aminogruppen-haltigen Silanen, anschließende Acylierung der Aminogruppen, beispielsweise mit NukleosidderivatenFor example, SAMs can be generated by chemisorbing alkylthiols onto a metal surface (e.g. gold). The long-chain molecules pack themselves onto the solid phase as SAM, with the gold atoms being complexed by the sulfur functions. Another example is the silanization of glass or silicon with reactive silanes containing epoxy or amino groups, followed by acylation of the amino groups, for example with nucleoside derivatives
(Maskos und Southern, Nucl. Acids Res . 20 (1992) 1679-84).(Maskos and Southern, Nucl. Acids Res. 20 (1992) 1679-84).
Zur Synthese von Anker und Verdünnermolekülen sei auf WO 00/73796 A2 und DE 100 27 397.1 verwiesen, auf deren Offenbarungsgehalt hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.For the synthesis of anchors and diluent molecules, reference is made to WO 00/73796 A2 and DE 100 27 397.1, the full disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Das Aufbringen der zu immobilisierenden Liganden beschränkt sich nicht auf spezielle Verfahren. Zur genaueren Lokalisierung der aktiven Stellen auf der Oberfläche können z.B. herkömmliche Pipettier- oder Spottingvorrichtungen, aber auch Stempel- oder Ink-Jet-Verfahren aufbebracht werden. Das Entfernen der nicht interagierenden Viren gemäß Schritt (b) des erfindungsgemässen Verfahrens kann nach herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Bevorzugt werden die nicht interagierenden Viren durchThe application of the ligands to be immobilized is not limited to special processes. For more precise localization of the active sites on the surface, conventional pipetting or spotting devices, for example, but also stamping or ink-jet processes can be applied. The non-interacting viruses according to step (b) of the method according to the invention can be removed by conventional methods known to the person skilled in the art. The non-interacting viruses are preferred by
Elution von der Oberfläche entfernt. Entsprechend der oben definierten „Interaktion" werden durch den Ausdruck „nicht interagierende Viren" solche Viren umfaßt, die nicht mit dem/den immobilisierten Affinitätsligand (en) in Wechselwirkung treten, d.h. keine Bindung mit dem Ligand eingehen. Ein Elutionsverfahren ist z.B. ein Waschverfahren. Hierbei kann die Oberfläche z.B. mit geeigneten Lösungen behandelt werden, deren Zusammensetzung gewährleistet, daß die Wechselwirkung des Interaktionspartners mit dem Zielmolekül nicht aufgelöst wird. In diesem Zusammenhang sind auch unterschiedlich stringente Elutionsbedingungen umfaßt, bei denen beispielsweise niederaffine Wechselwirkungen aufgelöst werden und es somit zu einer Anreicherung oder Identifikation von hochaffinen Interaktionspartnern kommt. Solche Beispiele sind aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. z.B. in T7Select® System Manual, Fa . Novagen, Madison (USA) (TB1 78 06/00) , S . 14ff.Elution removed from the surface. According to the “interaction” defined above, the expression “non-interacting viruses” encompasses viruses which do not interact with the immobilized affinity ligand (s), ie do not bind to the ligand. An elution process is, for example, a washing process. Here, the surface can be treated, for example, with suitable solutions, the composition of which ensures that the interaction of the interaction partner with the target molecule is not resolved. In this context, differently stringent elution conditions are also included, in which, for example, low-affinity interactions are dissolved and thus there is an enrichment or identification of high-affinity interaction partners. Such examples are known from the prior art, zBzB ® in T7Select System Manual, Fa. Novagen, Madison (USA) (TB1 78 06/00), p. 14ff.
Weiterhin ist bevorzugt, dass man nach Schritt (b) die Schrittfolge (a) , (b) ein oder mehrfach wiederholt bevor der Nachweisschritt (c) erfolgt. Insbesondere ist es bevorzugt, die Weiterbehandlung- und Vermehrungsschritte ein oder mehrfach durch zuführen, d.h. man wiederholt nach Schritt (b) die Schrittfolge (d) , (e) , (a) , (b) ein oder mehrfach bevor der Nachweisschritt (c) erfolgt. Um zu überprüfen, dass wirklich Bindung stattgefunden hat und die entsprechenden Ligandfelder auszuwählen, kann man vor Schritt (d) den Schritt (c) durchführen. Durch die Wiederholung dieser Schrittfolgen wird eine selektive Anreicherung von Viren gewährleistet, die Interaktionspartner der immobilisierten Liganden an ihrer Oberfläche präsentieren. Der Nachweis der Wechselwirkung zwischen den Liganden und den von den Viren präsentierten Interaktionspartnern gemäß Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Detektionsmethoden . erfolgen, bei denen gewährleistet ist, dass Viren, die im Selektionsprozess detektiert wurden, in den weiteren Verfahrensschritten verwendet werden können. Dies ist bei der Verwendung von markierungsfreien Detektionsmethoden der Fall.It is further preferred that after step (b) the sequence of steps (a), (b) is repeated one or more times before the detection step (c) is carried out. In particular, it is preferred to carry out the further treatment and multiplication steps one or more times, ie after step (b), the sequence of steps (d), (e), (a), (b) is repeated one or more times before the detection step (c) he follows. In order to check that binding really has taken place and to select the corresponding ligand fields, step (c) can be carried out before step (d). The repetition of these sequence of steps ensures a selective enrichment of viruses that present interaction partners of the immobilized ligands on their surface. The detection of the interaction between the ligands and the interaction partners presented by the viruses according to step (c) of the method according to the invention can be carried out using conventional detection methods known to the person skilled in the art. which guarantee that viruses that were detected in the selection process can be used in the further process steps. This is the case when using label-free detection methods.
Bei der Verwendung eines in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen SPR-Sensorflächenträgers in dem Selektions/Identifizierungs-Verfahren beruht der markierungsfreie Nachweis der Wechselwirkung zwischen den Liganden und den von den Viren präsentierten Interaktionspartnern in Schritt (c) auf Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) .When using an SPR sensor surface carrier described in connection with FIGS. 1 to 3 in the selection / identification method, the label-free detection of the interaction between the ligands and the interaction partners presented by the viruses in step (c) is based on surface plasmon resonance (SPR).
Sehr vorteilhaft ist der Umstand, dass aufgrund der Verwendung einer markierungsfreien Detektionsmethode sowohl für den Selektionsprozess als auch für den Nachweis von Bindungsereignissen dieselbe Oberfläche verwendet werden kann, was nur eine einmalige Oberflächenevaluation erfordert und ausserdem eine identische Ligandpräsentation ermöglicht.It is very advantageous that the use of a label-free detection method means that the same surface can be used both for the selection process and for the detection of binding events, which only requires a one-time surface evaluation and also enables an identical ligand presentation.
Zum Nachweis von Wechselwirkungen zwischen den auf denTo demonstrate interactions between the
Sensorfeldern immobilisierten Liganden und den auf den Viren präsentierten Interaktionspartnern mittels SPR werden die Sensorfelder auf einen ortsauflösenden Detektor abgebildet wird. Dabei kann jedes einzelne der Sensorfelder als separate Messoberfläche genutzt werden, d.h. die Bindung derLigands immobilized in sensor fields and the interaction partners presented on the viruses by means of SPR, the sensor fields are imaged on a spatially resolving detector. Each of the sensor fields can be used as a separate measurement surface, i.e. the binding of
Phagenpartikel kann für jedes Sensorfeld separat detektiert werden. Der Detektor sollte zur parallelen Erfassung aller Bindungsereignisse in der Lage sein und die Detektion selbst sollte parallel erfolgen. Vorteilhafterweise ist der Detektor eine CCD-Kamera. Vorteilhaft an der parallelen Selektion ist, dass sie die Vergleichbarkeit der einzelnen Meßergebnisse untereinander fördert. Damit auf dem detektierten Bild die Sensorfelder mit gutem Kontrast sichtbar werden, sollte das an den Zwischenbereichen der Ligandfelder ankommende Licht in möglichst starkem Maß absorbiert, weggestreut oder in eine andere Richtung als die Detektionsrichtung weggeleitet werden. Dies wird in den erfindungsgemäßen SPR-Sensorflächenträgern durch die Trennmittel 105 gewährleistet. Erst dieser Kontrast zwischen Sensorfeld und Berandung erlaubt es, eine Zuordnung der Pixelbereiche im Bild zu einem Sensorfeld zu definieren. Über die Pixel eines Bereichs im Bild wird während der Datenaufnahme summiert, so dass bei guter Absorption der Zwischenbereiche auch die Spektren für die Sensorfelder aussagekräftiger werden.Phage particles can be detected separately for each sensor field. The detector should be able to record all binding events in parallel and the detection itself should be done in parallel. The detector is advantageously a CCD camera. An advantage of the parallel selection is that it promotes the comparability of the individual measurement results with one another. In order for the sensor fields to be visible with good contrast on the detected image, the light arriving at the intermediate regions of the ligand fields should be absorbed as much as possible, scattered away or directed away in a direction other than the detection direction. This is ensured by the separating means 105 in the SPR sensor surface carriers according to the invention. It is this contrast between the sensor field and the boundary that allows an assignment of the pixel areas in the image to a sensor field. The pixels of an area in the image are summed up during data acquisition, so that if the intermediate areas are well absorbed, the spectra for the sensor fields also become more meaningful.
Eine Justierung des Systems ist auf einfache Weise möglich, da zunächst die Sensoranordnung (mit oder ohne Proben auf den Sensorfeldern) in das Messsystem eingelegt wird, und dann eine Abbildung mit Strahlung einer beliebigen Einstrahlungsbedingung) gemacht wird, wobei der Kontrast eineAn adjustment of the system is possible in a simple manner, since first the sensor arrangement (with or without samples on the sensor fields) is inserted into the measuring system, and then an image with radiation of any irradiation condition is made, the contrast being a
Unterscheidung der einzelnen Sensorfelder voneinander, bzw. der Sensorfelder von den Trennmitteln gestattet. Verschiedene Möglichkeiten der Eliminierung des Lichts an den nicht gewünschten Stellen mittels Trennmitteln sowie ein Messsystem zur parallelen Detektion werden in der bereits erwähnten WO 01/63256 beschrieben.Differentiation of the individual sensor fields from one another, or the sensor fields from the separating means permitted. Various options for eliminating the light at the undesired points by means of separating means and a measuring system for parallel detection are described in the already mentioned WO 01/63256.
Der Weiterbehandlungsschritt (d) kann einen der folgenden Schritte umfassen: (dl) Elution aller gebundenen Viren;The further processing step (d) can comprise one of the following steps: (dl) elution of all bound viruses;
(d2) Elution der Viren, die an Liganden ausgewählter(d2) Elution of viruses selected on ligands
Oberflächenfelder gebunden sind; (d3) Zugabe von Wirtszellen auf die gesamte Oberfläche; (d4) Zugabe von Wirtszellen auf ausgewählte Oberflächenfelder In Schritt (dl) werden die interagierenden Viren von derSurface fields are bound; (d3) adding host cells to the entire surface; (d4) Adding host cells to selected surface fields In step (dl), the interacting viruses are removed from the
Oberfläche eluiert und zur Infektion einer Wirtszellkultur zugegeben. In Schritt (d3) werden Wirtszellen auf die gesamte Oberfläche zugegeben und durch die interagierenden Viren infiziert, gefolgt von der Elution der infizierten Wirtszellen von der Oberfläche. Vorteilhaft an der Infektion auf der Oberfläche ist, dass die Ligand-Viren-Komplexe nicht aufgelöst werden müssen.Surface eluted and added to a host cell culture for infection. In step (d3), host cells are added to the entire surface and infected by the interacting viruses, followed by elution of the infected host cells from the surface. An advantage of surface infection is that the ligand-virus complexes do not have to be dissolved.
In Schritt (d2) und (d4) werden nur Viren eluiert, die mit den auf bestimmten ausgewählten Sensorfeldern immobilisierten Liganden interagiert haben. Dies wird bevorzugt durch den spezifisch ausgestalteten Volumenelementträger 10 erreicht, der hierfür als Körper mit Ausnehmungen bzw. Bohrungen als Gittermaske ausgestaltet ist, die auf dasjenige Ligandfeld aufgebracht wird, welches den/die interagierenden Liganden enthält. Die Ausnehmungen der Gittermaske sind in demselben zweidimensionalen Raster wie die Ligandfeider auf dem Träger ausgerichtet. Der Abgleich beider Raster wird durch die Justierungsvorrichtung (z.B. Passstifte) in der Gittermaske (Volumenträger) und dem Trägerhalter erreicht.In steps (d2) and (d4), only viruses are eluted that have interacted with the ligands immobilized on certain selected sensor fields. This is preferably achieved by the specifically designed volume element carrier 10, which is designed for this purpose as a body with recesses or bores as a grid mask, which is applied to the ligand field which contains the interacting ligand (s). The recesses of the grid mask are aligned in the same two-dimensional grid as the ligand fields on the carrier. The adjustment of both grids is achieved by the adjustment device (e.g. dowel pins) in the grid mask (volume carrier) and the carrier holder.
In Schritt (d2) wird ein Eluenz in diejenigen Aussparungen der Gittermaske gegeben, welche Ligandfelder umschliessen, die mit Viren interagierende Interaktionpartner auf ihren Sensorfeldern enthalten, gefolgt von der Elution der interagierenden Viren von der Oberfläche.In step (d2) an eluence is given into those recesses of the grid mask which enclose ligand fields which contain interaction partners interacting with viruses on their sensor fields, followed by the elution of the interacting viruses from the surface.
In Schritt (d4) werden Wirtszellen in die Aussparungen der Gittermaske gegeben, welche Sensorfelder enthalten, mit welchen Viren interagiert haben, gefolgt von der Elution der infizierten Wirtszellen von der Oberfläche.In step (d4), host cells are placed in the recesses of the grid mask which contain sensor fields with which viruses have interacted, followed by the elution of the infected host cells from the surface.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in Schritt (d2) oder (d4) die interagierenden Viren oder infizierten Wirtszellen mehrerer Aussparungen gemeinsam vermehrt. In einer bevorzugten Aus führungsform umfaßt das Verfahren ferner einen Vermehrungsschritt (e) , der im Anschluß an Schritt (d) ausgeführt wird:In a preferred embodiment, in step (d2) or (d4) the interacting viruses or infected host cells of several recesses are propagated together. In a preferred embodiment, the method further comprises a multiplication step (e) which is carried out after step (d):
(e) Vermehren der interagierenden Viren durch Infektion eines Wirts.(e) multiplying interacting viruses by infection of a host.
Die Vermehrung der Viren erfolgt durch eine Ausverdünnung der infizierten Zellen in einer Vorkultur des Wirtsstammes und dem anschließenden Wachstum der Kultur bis zur Lyse. Bedingungen für eine Vermehren der interagierenden Viren durch Infektion eines Wirts sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. in T7Select® System Manual, Fa. Novagen, Madison (USA) (TB178 06/00), S. 18ff.The virus is propagated by diluting the infected cells in a pre-culture of the host strain and then growing the culture until lysis. Conditions for propagating the interacting viruses by infection of a host are well known to those skilled in the art, for example ® in T7Select System Manual, Fa. Novagen, Madison (USA) (TB178 06/00), page 18 et seq.
In einer anderen bevorzugten Ausführungs form umfaßt das Verfahren ferner einen Charakterisierungsschritt (f) der entweder im Anschluß an Schritt (c) oder im Anschluß an Schritt (e) ausgeführt wird:In another preferred embodiment, the method further comprises a characterization step (f) which is carried out either after step (c) or after step (e):
(f) Charakterisierung der Bindung der selektierten Virenpopulationen sowie einzelner aus diesen Virenpopulationen stammender Virenclone an den für die Selektion verwendeten Liganden in einem Assay.(f) Characterization of the binding of the selected virus populations and individual virus clones originating from these virus populations to the ligands used for the selection in an assay.
Als Assay kommt hierbei jede Art von Assay in Betracht, die geeignet ist, eine Bindung zu charakterisieren. Bevorzugt ist ein solcher Assay ein Festphasenassay . In der Literatur bekannte Verfahren sind beispielsweise ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assays) , RIA (Radioimmuno-Assay) sowie Oberflächen-plasmonenresonanz (SPR)- oder Schwingungsresonanz-Verfahren (Butler, J.E., METHODS 22, 4-23 (2000) .Any type of assay which is suitable for characterizing a binding can be considered as an assay. Such an assay is preferably a solid phase assay. Methods known in the literature are, for example, ELISA (enzyme-linked immunosorbent assays), RIA (radioimmunoassay) and surface plasmon resonance (SPR) or vibration resonance methods (Butler, J.E., METHODS 22, 4-23 (2000).
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Charakterisierung der Bindung in Schritt (f) auf der gleichen oder identischen Oberfläche, auf der die Virenpopulation sowie die einzelnen aus dieser Virenpopulation stammenden Virenclone identifiziert und selektiert wurden. Darüber hinaus umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ferner den Isolierungs- und Sequenzierungsschritt (g) :In a preferred embodiment, the binding is characterized in step (f) on the same or identical surface on which the virus population and the individual virus clones originating from this virus population have been identified and selected. In addition, a preferred embodiment of the method further comprises the isolation and sequencing step (g):
(g) Isolierung und Sequenzierung des für das Peptid oder Protein des Interaktionspartner codierenden DNA-Abschnittes einzelner Virenclone.(g) Isolation and sequencing of the DNA section coding for the peptide or protein of the interaction partner of individual virus clones.
Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik geeignete Verfahren bekannt, die es ihm ermöglichen, nach der Isolierung einzelner Virenclone die in diese insertierten DNA-Sequenzen, die die entsprechenden Peptide bzw. Proteine codieren, zu isolieren und zu analysieren.Suitable methods are known to the person skilled in the art from the prior art which enable him to isolate and analyze the DNA sequences inserted into these, which code for the corresponding peptides or proteins, after the isolation of individual virus clones.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren darüber hinaus die rekombinante Expression und Isolierung oder die chemische Synthese des als Interaktionspartner des Liganden identifizierten/selektionierten Peptids oder Proteins.In a further preferred embodiment, the method further comprises the recombinant expression and isolation or the chemical synthesis of the peptide or protein identified / selected as interaction partner of the ligand.
Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik verschiedeneThose skilled in the art are different from the prior art
Expressionssysteme und damit Verfahren zur Expression von isolierten Nucleinsäuresequenzen und zur Isolierung der codierten Peptide und Proteine bekannt. Diese Expressionssysteme schließen prokaryontische und eukaryontische Systeme ein. (Siehe hierzu u.a. Kapitel 9.4 Expressionssysteme in: Mühlhardt, Der Experimentator: Molekularbiologie, Gustav Fischer Verlag 1999) .Expression systems and thus methods for the expression of isolated nucleic acid sequences and for the isolation of the encoded peptides and proteins are known. These expression systems include prokaryotic and eukaryotic systems. (See also Chapter 9.4 Expression Systems in: Mühlhardt, The Experimentator: Molecular Biology, Gustav Fischer Verlag 1999).
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren darüber hinaus die Charakterisierung der Bindung des rekombinant exprimierten oder chemisch synthetisierten Peptids oder Proteins gegenüber einzelnen Liganden basierend auf der Auswahl der initial verwendeten Liganden in einem Assay. Hierbei werden vorteilhafterweise wegen der Vergleichbarkeit der Ergebnisse die gleichen Assays verwendet, wie sie bei der Überprüfung der Virenclone zum Einsatz kommen. Dies ist sinnvoll, um eine vom Virus unabhängige Bindung des selektionierten Interaktionspartners nachzuweisen.In another preferred embodiment, the method further comprises characterizing the binding of the recombinantly expressed or chemically synthesized peptide or protein to individual ligands based on the selection of the ligands initially used in an assay. Here, because of the comparability of the results, the same assays are advantageously used as are used for checking the virus clones. This is useful to get one from the virus demonstrate independent binding of the selected interaction partner.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens erfolgt diese Charakterisierung auf der gleichen Oberfläche die zur Identifizierung/Selektionierung des entsprechenden Virus verwendet wurde.In a further preferred embodiment of this method, this characterization takes place on the same surface that was used for the identification / selection of the corresponding virus.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens und Meßsystems werden die durch die Viren präsentierten Interaktionspartner codiert von in das Virengenom insertierten DNA-Fragmenten, die eine DNA-Bibliothek bilden. Dabei enthält die DNA-Bibliothek mindestens 102, bevorzugt 103, noch mehr bevorzugt 104, besonders bevorzugt 105, ganz besonders bevorzugt 106 und am meisten bevorzugt 107 DNA- Fragmente .In a preferred embodiment of the method and measuring system, the interaction partners presented by the viruses are encoded by DNA fragments inserted into the virus genome, which form a DNA library. The DNA library contains at least 10 2 , preferably 10 3 , even more preferably 10 4 , particularly preferably 10 5 , very particularly preferably 10 6 and most preferably 10 7 DNA fragments.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform werden die insertierten DNA-Fragmente aus cDNA oder genomischer DNA (gDNA) isoliert oder sind synthetische Oligo- oder Polynucleotide. Darüber hinaus bevorzugt stammt die insertierte cDNA oder insertierte gDNA von einem prokaryontischen oder eukaryontischen Organismus.In a likewise preferred embodiment, the inserted DNA fragments are isolated from cDNA or genomic DNA (gDNA) or are synthetic oligo- or polynucleotides. In addition, the inserted cDNA or inserted gDNA preferably originates from a prokaryotic or eukaryotic organism.
Der eukaryontische Organismus ist dabei bevorzugt ein Pilz, eine Pflanze oder ein tierischer Organismus, vorzugsweise ein Säuger. Bevorzugt ist der Säuger eine Maus, eine Ratte oder ein Mensch.The eukaryotic organism is preferably a fungus, a plant or an animal organism, preferably a mammal. The mammal is preferably a mouse, a rat or a human.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die cDNA aus einem differenzierten Gewebe oder einer differenziertenIn another preferred embodiment, the cDNA is from a differentiated tissue or a differentiated one
Zellpopulation isoliert. Hierbei bevorzugt ist die Isolierung der cDNA aus Leber, Gehirn-, Herz- oder Brustgewebe oder - zellen. Die Gewebe oder Zellen stammen dabei vorzugsweise aus einem gesunden Organismus.Cell population isolated. Isolation of the cDNA from liver, brain, heart or breast tissue or cells is preferred. The tissues or cells preferably come from a healthy organism.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform stammen die Gewebe oder Zellen aus einem kranken Organismus. Bevorzugt ist die Krankheit oder das Leiden des Organismus ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Krebs, Hypertrophie und Entzündung.In an alternative preferred embodiment, the tissues or cells come from a diseased organism. Prefers is the disease or suffering of the organism selected from the group consisting of cancer, hypertrophy and inflammation.
Die das Virensystem bildende Viren können Wildtypviren und gentechnisch modifizierte Viren umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfaßt das Virensystem einen Virus, der Eukaryonten als Wirt nutzt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Virensystem einen Virus, der Prokaryonten als Wirt nutzt. Das Virus kann einzelstängige DNA (ssDNA Viren) aufweisen, oder bevorzugt aus der Gruppe der Viren mit doppelsträngiger DNA (dsDNA-Viren) ausgewählt sein. Weiter bevorzugt ist dieses dsDNA-Virus ausgewählt aus der Gruppe der Bakteriophagen. Darüber hinaus bevorzugt ist der Bakteriophage ausgewählt aus der Gruppe der Bakteriophagen mit Schwanz, noch weiter bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Myoviridae, Podoviridae oder Siphoviridae . In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Bakteriophage ein für Escherichia coli spezifischer Bakteriophage .The viruses forming the virus system can include wild-type viruses and genetically modified viruses. In a preferred embodiment of the method, the virus system comprises a virus which uses eukaryotes as the host. In another preferred embodiment, the virus system comprises a virus that uses prokaryotes as the host. The virus can have single-stranded DNA (ssDNA viruses), or can preferably be selected from the group of viruses with double-stranded DNA (dsDNA viruses). This dsDNA virus is more preferably selected from the group of bacteriophages. In addition, the bacteriophage is preferably selected from the group of the bacteriophages with tail, even more preferably selected from the group consisting of Myoviridae, Podoviridae or Siphoviridae. In a further preferred embodiment, the bacteriophage is a bacteriophage specific for Escherichia coli.
Der Bakteriophage kann auch ein filamentöser Bakteriophage sein, und ist vorzugsweise ausgewählt aus M13-, fl- und fd- Phage.The bacteriophage can also be a filamentous bacteriophage and is preferably selected from M13, fl and fd phage.
Ebenfalls bevorzugt ist ein Virensystem, umfassend einen lytischen Phagen. Bevorzugt besitzt dieser lytische Phage ein polyedrisches, insbesondere ein icosaedrisches Capsid. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der lytische Phage ein λ-Phage, ein T3-Phage, ein T4-Phage oder ein T7- Phage.A virus system comprising a lytic phage is also preferred. This lytic phage preferably has a polyhedral, in particular an icosahedral, capsid. In a further preferred embodiment, the lytic phage is a λ phage, a T3 phage, a T4 phage or a T7 phage.
Das Verfahren können beispielsweise zum Epitope Mapping oder zur Peptid-Leitstruktur-Identifizierung eingesetzt werden. Desweiteren ist das Verfahren eine ideale Methode, um Liganden zu identifizieren, die Aufreinigungsschritte effizienter machen.The method can be used, for example, for epitope mapping or for peptide lead structure identification. Furthermore, the procedure is an ideal method to Identify ligands that make purification steps more efficient.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des Verfahrens und Messsystems zur Identifizierung von kleinen organischenThe use of the method and measuring system for the identification of small organic is particularly advantageous
Molekülen, die mit Targetproteinen oder Targetpeptiden aus dem humanem Proteom interagieren (Proteom Mapping) . Die hierbei generierte Information kann vorteilhaft für die Entwicklung von "Kleinen Molekül '-Wirkstoffen verwendet werden. Molecules that interact with target proteins or target peptides from the human proteome (proteome mapping). The information generated in this way can be used advantageously for the development of "small molecule" active ingredients.

Claims

Ansprüche Expectations
1. SPR-Sensorflächenträger mit1. SPR sensor surface support with
- einer Vielzahl von SPR-Sensorflächen (100) , welche auf einem Substrat (4, 5) parallel in einer Ebene angeordnet sind, wobei Strahlung zur Anregung von- A plurality of SPR sensor surfaces (100), which are arranged on a substrate (4, 5) in parallel in one plane, with radiation for excitation of
Oberflachenplasmonen durch das Substrat (4, 5) geführt werden kann, um von den SPR-Sensorflächen reflektiert zu werden, undSurface plasmons can be passed through the substrate (4, 5) to be reflected by the SPR sensor surfaces, and
- Trennmitteln (105) zur Trennung der einzelnen SPR- Sensorflächen von den jeweils benachbarten SPR- Sensorbereichen, wobei die Trennmittel für jede SPR- Sensorflache eine jeweilige Kavit t bilden, und- Separating means (105) for separating the individual SPR sensor areas from the respectively adjacent SPR sensor areas, the separating means forming a respective cavity for each SPR sensor area, and
gekennzeichnet durchmarked by
- eine Vielzahl von Messbereichen (110) , wobei ein Messbereich jeweils ein oder mehr SPR-Sensorflächen umfasst, und mindestens ein Messbereich von einem Isolierbereich (120) umgeben ist, welcher keine Trennmittel (105) umfasst und ein Dichtungselement (130) aufnehmen kann, um zusammen mit einem auf dena multiplicity of measuring areas (110), one measuring area each comprising one or more SPR sensor areas, and at least one measuring area being surrounded by an insulating area (120) which does not include any separating means (105) and can accommodate a sealing element (130), to be together with one on the
Messbereich aufzusetzenden Volumenelement (11) einen gegenüber benachbarten Messbereichen isolierten Raum über dem mindestens einen Messbereich zu bilden.Volume element (11) to be placed on the measurement area to form a space isolated from adjacent measurement areas above the at least one measurement area.
2. SPR-Sensorflächenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierbereiche an der dem Substrat (4, 5) abgewandten Oberfläche gleich beschaffen sind wie die SPR-Sensorflächen.2. SPR sensor surface support according to claim 1, characterized in that the insulating areas on the surface facing away from the substrate (4, 5) are of the same nature as the SPR sensor surfaces.
3. SPR-Sensorflächenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die SPR-Sensorflächen und Isolierbereiche gleich beschaffen sind. 3. SPR sensor surface support according to claim 1 or 2, characterized in that the SPR sensor surfaces and insulating areas are of the same nature.
4. SPR-Sensorflächenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierbereiche an der dem Substrat (4, 5) abgewandten Oberfläche anders beschaffen sind als die SPR-Sensorflächen.4. SPR sensor surface carrier according to claim 1, characterized in that the insulating areas on the surface facing away from the substrate (4, 5) are of a different nature than the SPR sensor surfaces.
5. SPR-Sensorflächenträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierbereiche durch freiliegende Substratoberflächenbereiche gebildet sind.5. SPR sensor surface carrier according to claim 4, characterized in that the insulating regions are formed by exposed substrate surface regions.
6. SPR-Sensorflächenträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierbereiche mit einer dichtungsfordernden Schicht bedeckt sind.6. SPR sensor surface support according to claim 4, characterized in that the insulating areas are covered with a seal-demanding layer.
7. SPR-Sensorflächenträger nach einem der vorangehenden7. SPR sensor surface support according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmittel (105) des mindestens einen Messbereichs, der von einem Isolierbereich (120) umgeben wird, gegenüber den SPR- Sensorflächen (100) und dem mindestens einen Isolierbereich (120) erhaben sind.Claims, characterized in that the separating means (105) of the at least one measuring area, which is surrounded by an insulating area (120), are raised opposite the SPR sensor surfaces (100) and the at least one insulating area (120).
8. SPR-Sensorflächenträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmittel des mindestens einen Messbereichs, der von einem Isolierbereich (120) umgeben wird, eine Führung für ein Dichtungselement (130) bilden.8. SPR sensor surface carrier according to claim 7, characterized in that the separating means of the at least one measuring area, which is surrounded by an insulating area (120), form a guide for a sealing element (130).
9. SPR-Sensorflächenträger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messbereich, der von einem Isolierbereich (120) umgeben wird, einen runden oder ovalen Umfang hat.9. SPR sensor surface support according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one measuring area, which is surrounded by an insulating area (120), has a round or oval circumference.
10. SPR-Sensorflächenträger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Vielzahl von Messbereiche (110) von einem zugehörigen Isolierbereich (120) umgeben wird. 10. SPR sensor surface support according to one of the preceding claims, characterized in that each of the plurality of measuring areas (110) is surrounded by an associated insulating area (120).
11. SPR-Sensorflächenträger nach einem der vorangehenden11. SPR sensor surface support according to one of the preceding
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbereiche (110) in zwei Dimensionen adressierbar angeordnet sind.Claims, characterized in that the measuring areas (110) are arranged addressably in two dimensions.
12. SPR-Sensorflächenträger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbereiche (110) in einem kartesischen Raster angeordnet sind.12. SPR sensor surface support according to claim 11, characterized in that the measuring areas (110) are arranged in a Cartesian grid.
13. Verfahren zur Herstellung eines SPR-Sensorflächenträgers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:13. A method for producing an SPR sensor surface carrier according to claim 1, characterized by:
- Bilden bzw. Aufbringen der Trennmittel auf dem Substrat, so dass zwischen den Trennmitteln freie Bereiche entstehen, welche SPR-Sensorflächen und Isolierbereiche definieren, und - Aufbringen eines SPR-geeigneten Materials zumindest in den freien Bereichen, welche SPR-Sensorflächen definieren.- Forming or applying the release agent on the substrate, so that free areas arise between the release agents, which define SPR sensor areas and insulating areas, and - Application of an SPR-suitable material at least in the free areas, which define SPR sensor areas.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das SPR-geeignete Material auch in den freien Bereichen aufgebracht wird, welche Isolierbereiche definieren.14. The method according to claim 13, characterized in that the SPR-suitable material is also applied in the free areas which define insulating areas.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Isolierbereiche eine dichtungsfördernde Schicht aufgebracht wird.15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that a seal-promoting layer is applied to the insulating areas.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bildung der Trennmittel den Schritt umfasst ein Polymer auf der Oberfläche des Substrats aufzubringen.16. The method according to any one of claims 13 to 15, characterized in that the step of forming the release agent comprises the step of applying a polymer to the surface of the substrate.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bildung der Trennmittel die Schritte umfasst:17. The method according to claim 16, characterized in that the step of forming the release agent comprises the steps:
Aufbringen eines fotostrukturierbaren Polymers auf der gesamten Oberfläche des Substrats, Belichten der aufgebrachten Polymerschicht mit einer Maske, welche Bereiche definiert, die zu den Trennmitteln gehören, Bereiche, die zu den SPR- Sensorflächen gehören, und Bereiche, die zu den Isolierbereichen gehören, undApplying a photostructurable polymer to the entire surface of the substrate, Exposing the applied polymer layer with a mask which defines areas which belong to the separating means, areas which belong to the SPR sensor areas and areas which belong to the isolation areas, and
Bearbeiten der belichteten Polymerschicht, um in den Bereichen, die zu den SPR-Sensorflächen und den Isolierbereichen gehören, die Substratoberfläche freizulegen.Processing the exposed polymer layer to expose the substrate surface in the areas belonging to the SPR sensor areas and the isolation areas.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bildung der Trennmittel die Schritte umfasst:18. The method according to claim 16, characterized in that the step of forming the release agent comprises the steps:
Aufbringen eines Polymers auf der Oberfläche des Substrats in einem zwei-dimensionalen Raster, das die Trennmittel, die SPR-Sensorflächen und die Isolierbereiche definiert, undApplying a polymer to the surface of the substrate in a two-dimensional raster that defines the release agent, the SPR sensor areas and the isolation areas, and
Aushärten des Polymers .Curing of the polymer.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer mit einer Siebdrucktechnik aufgebracht wird.19. The method according to claim 18, characterized in that the polymer is applied with a screen printing technique.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bildung der Trennmittel den Schritt umfasst eine strukturierbare Siliziumschicht auf das Substrat aufzubringen.20. The method according to any one of claims 13 to 15, characterized in that the step of forming the release means comprises the step of applying a structurable silicon layer to the substrate.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Aufbringung des SPR-geeigneten Materials den Schritt des Abscheidens eines Metalls umfasst. 21. The method according to any one of claims 13 to 20, characterized in that the step of applying the SPR-suitable material comprises the step of depositing a metal.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Abscheiden des Metalls eine haftungsvermittelnde Schicht aufgebracht wird.22. The method according to claim 21, characterized in that an adhesion-promoting layer is applied before the metal is deposited.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall auf der gesamten Oberfläche des strukturierten Substrats aufgedampft wird.23. The method according to any one of claims 21 or 22, characterized in that the metal is evaporated on the entire surface of the structured substrate.
24. Messeinrichtung mit24. Measuring device with
- einem SPR-Sensorflächenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 12,an SPR sensor surface carrier according to one of claims 1 to 12,
- Dichtungselementen (130) , welche auf Isolierbereiche (120) aufsetzbar sind, und- Sealing elements (130) which can be placed on insulating areas (120), and
- Volumenelementen (11) , welche auf Messbereiche (110) aufsetzbar sind.- Volume elements (11) which can be placed on measuring areas (110).
25. Messeinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenelemente Bestandteile eines Volumenelementträgers (10) sind, welcher auf den SPR-Sensorflächenträger aufsetzbar ist.25. Measuring device according to claim 24, characterized in that the volume elements are components of a volume element carrier (10) which can be placed on the SPR sensor surface carrier.
26. Messeinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenelementträger (10) ein Körper ist, in welchem Ausnehmungen als Volumenelemente gebildet sind.26. Measuring device according to claim 25, characterized in that the volume element carrier (10) is a body in which recesses are formed as volume elements.
27. Messeinrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungselemente Bestandteile des Volumenelementträgers sind.27. Measuring device according to claim 25 or 26, characterized in that the sealing elements are components of the volume element carrier.
28. Messeinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite des Körpers um die Öffnungen der Bohrungen Nuten vorgesehen sind, in welchen die Dichtungselemente platziert sind. 28. Measuring device according to claim 26, characterized in that grooves are provided on one side of the body around the openings of the bores, in which grooves the sealing elements are placed.
29. Messeinrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtungselemente O-Ringe sind.29. Measuring device according to claim 28, characterized in that sealing elements are O-rings.
30. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungselemente und der Volumenelementträger einstückig ausgebildet sind.30. Measuring device according to one of claims 27 to 29, characterized in that the sealing elements and the volume element carrier are formed in one piece.
31. Messeinrichtung nach Anspruch 25 oder einem von Anspruch 25 abhängigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der31. Measuring device according to claim 25 or one of claim 25 dependent claim, characterized in that the
SPR-Sensorflächenträger und der Volumenelementträger jeweilige Justierelemente (13) aufweisen, welche ineinander eingreifen, um Dichtungselemente (130) mit zugeordneten Isolierbereichen (120) auszurichten.The SPR sensor surface support and the volume element support have respective adjustment elements (13) which engage in one another in order to align sealing elements (130) with assigned insulation areas (120).
32. Messeinrichtung nach Anspruch 25 oder einem von Anspruch 25 abhängigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der SPR-Sensorflächenträger und der Volumenelementträger jeweilige Befestigungselemente (15) aufweisen, um den SPR-Sensorflächenträger und den Volumenelementträger fest miteinander zu verbinden.32. Measuring device according to claim 25 or any claim dependent on claim 25, characterized in that the SPR sensor surface carrier and the volume element carrier have respective fastening elements (15) in order to firmly connect the SPR sensor surface carrier and the volume element carrier to one another.
33. Messeinrichtung nach Anspruch 31 und 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierelemente (13) und die Befestigungselemente (15) identisch sind.33. Measuring device according to claim 31 and 32, characterized in that the adjusting elements (13) and the fastening elements (15) are identical.
34. Verwendung eines SPR-Sensorflächenträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder der Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 33 in einem Verfahren zur Selektion und Identifizierung von mindestens einem Vertreter34. Use of an SPR sensor surface carrier according to one of claims 1 to 12 or the measuring device according to one of claims 24 to 33 in a method for the selection and identification of at least one representative
(Interaktionspartner) aus einer Vielzahl von Peptid- oder Proteinmolekülen, der spezifisch mit mindestens einem Vertreter aus einer Vielzahl von Zielmolekülen unter Ausbildung einer Bindung interagieren kann, welches Verfahren die Schritte umfasst:(Interaction partner) from a large number of peptide or protein molecules, which can specifically interact with at least one representative from a large number of target molecules with the formation of a bond, which method comprises the steps:
(a) Inkontaktbringen eines Virensystems aus einer(a) contacting a virus system from a
Vielzahl von Viren, von denen jedes Virus jeweils mindestens einen Vertreter aus der Vielzahl der Peptid- oder Proteinmoleküle an seiner Oberfläche präsentiert, mit der Vielzahl von in einem zweidimensionalen Raster positionsadressierbar auf der Oberfläche eines Festphasenträgers immobilisierten Zielmolekülen (Liganden) ;Variety of viruses, each virus each at least one representative of the large number of peptide or protein molecules is presented on its surface, with the large number of target molecules (ligands) immobilized on the surface of a solid phase support in a two-dimensional grid;
(b) Entfernen von nicht gebundenen Viren von der Oberfläche; und(b) removing unbound viruses from the surface; and
(c) Identifizieren des Interaktionspartners durch Nachweis und Positionsbestimmung der Bindung zwischen immobilisiertem Ligand und dem vom Virus präsentierten Interaktionspartner mit Hilfe von Oberflächenplasmonenresonanz . (c) Identifying the interaction partner by detecting and determining the position of the bond between the immobilized ligand and the interaction partner presented by the virus using surface plasmon resonance.
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