EP1642130A1 - Device and method for the direct quantitative in vitro determination of a substance that is contained in a sample - Google Patents

Device and method for the direct quantitative in vitro determination of a substance that is contained in a sample

Info

Publication number
EP1642130A1
EP1642130A1 EP04740874A EP04740874A EP1642130A1 EP 1642130 A1 EP1642130 A1 EP 1642130A1 EP 04740874 A EP04740874 A EP 04740874A EP 04740874 A EP04740874 A EP 04740874A EP 1642130 A1 EP1642130 A1 EP 1642130A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
emitter
substance
antibody
sample
fluorescence
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Withdrawn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
EP04740874A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Schirner
Kai Licha
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.)
Bayer Pharma AG
Original Assignee
Schering AG
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
Application filed by Schering AG filed Critical Schering AG
Publication of EP1642130A1 publication Critical patent/EP1642130A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/536Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase
    • G01N33/542Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with immune complex formed in liquid phase with steric inhibition or signal modification, e.g. fluorescent quenching

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for the direct quantitative in vitro determination of a substance contained in a sample.
  • the device according to the invention comprises means for substance detection immobilized on a surface, free substance-emitter conjugate, and means for detection of the emitter immobilized on a surface.
  • the emitter of the device used comprises a part which responds to an interaction with the means for detecting the emitter with a change in the emission properties.
  • substances selected from antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight or antibodies or their fragments can be quantified directly in e.g. Whole blood samples are determined.
  • peptides, proteins, antibodies or oligonucleotides are based, which have a high affinity for a substance to be determined.
  • proteins and peptides are preferably used and particularly preferably antibodies and antibody fragments.
  • the anti-substance antibodies used serve different purposes. On the one hand they are used for the separation of the substance to be determined from the sample, on the other hand they also perform the task of localizing or positioning different signal transmitters used on the substance to be examined. For the detection of, for example, an antibody in a sample, optical and radioactive measurement methods in particular have become established, but also acoustic [see, for example, Cooper MA, et al. Direct and sensitive detection of a human virus by rupture event scanning. Nat Biotechnol. 2001 Sep; l 9 (9): 833 -7.] And magnetic measuring methods are known. Optical measuring proceedings acquired [Nakamura, RM, Dito, WR, Tucker, ES (Eds.). Immunoassays: Clinical Laboratory Techniques for the 1980s. AR Liss, New York. Edwards, R. (ed.). Immunoassays: Essential Data, 1996, Wiley Europe].
  • Antibodies and peptides directed against molecules of small molecular weight are already known. This also includes antibodies and peptides against dye molecules [Simeonov A. et al., Science 2000, 290, 307-313; Watt R.M. et al., Immunochemistry 1977, 14, 533-541; Rozinov M.N. et al., Chem. Biol. 1998, 5, 713-728]. Furthermore, antibodies against various dyes are already commercially available, e.g. B. against fluorescein, tetramethylrhodamine, Texas Red, Alexa Fluor 488, BODIPY FL, Lucifer yellow and Cascade Blue, Oregon Green (Molecular Probes, Inc., USA). However, these are polyclonal IgG antibodies for bioanalytical purposes, some of which have uncontrollable cross-reactivities and have not resulted from a strict selection process.
  • Certain in vitro diagnostic procedures such as The electrochemiluminescence is based on the combination of different antibodies against the substance to be determined, one antibody being used to separate the substance to be determined from the test sample and the other antibody carrying the diagnostically proven signal molecule.
  • the labeled antibody is optically detected [Grayeski, M. L., Anal. Chem. 1987, 59, 1243].
  • light-induced phosphorescence and fluorescence can also be used as the optical property of molecules for diagnostic measurement processes.
  • fluorescence in particular as the optical property of molecules offers the advantage of high detection sensitivity and high linearity of the measurement signal over a large dynamic range.
  • Other detection methods are based on a change in the polarization level or the detection of phosphorescence.
  • the anti-substance antibody is labeled with a fluorophore. This marking takes place through specific and non-specific chemical coupling.
  • the labeled antibody is added in excess to the test sample. This is necessary to bind all substance molecules to be examined.
  • the fluorescence intensity as the most sensitive measurement parameter of fluorophores, however, it must be taken into account that the unbound, labeled anti-substance antibody also emits a fluorescence signal. For this reason, it is necessary to separate the anti-substance antibody specifically bound to the substance from the unbound portion.
  • This method is further generally based on the fact that the one anti-substance antibody is used to separate the substance to be examined and the second anti-substance antibody, which recognizes another binding site of the test substance, is labeled with a signaling molecule. In this way, falsification of the measurement result by the unbound, but signaling antibody can be avoided.
  • this procedure is associated with increased methodological and technical effort and higher costs.
  • the high technical effort which prevents this method from being established for rapid diagnostics, proves to be particularly disadvantageous.
  • Newer fluorescence-based measurement methods e.g. Fluorescence polarization and fluorescence resonance energy transfer (FRET) are methods which make it possible to determine the content of the specifically bound anti-substance antibodies without separating the proportion of unbound, fluorophore-labeled antibodies.
  • FRET Fluorescence polarization and fluorescence resonance energy transfer
  • FRET is also a method that can be used to detect the specifically bound, fluorophore-labeled antibodies without separation steps, although in contrast to fluorescence polarization the fluorescence intensity is recorded as a measurement signal, application to a whole blood sample or serum sample is also not possible.
  • the reason for this lies in the strong absorption and autofluorescence of the measurement sample at the wavelengths which are currently used for the fluorescence resonance energy transfer measurement method (visible spectral range up to approx. 550 nm) [Mathis, G., J. Clin. Ligand Assay, 1997, 20, 141; Mathis, G., Clin. Chem. 1995, 41, 1391; Mathis, G., et. al., Clin. Chem. 1993, 39, 1251 Clarke, EE 5 et. al., J. Neuroscience Methods 2000, 102, 61; Leblanc, V., et. al., Anal. Biochem. 2002, 308, 247].
  • a device (1) for the direct quantitative in vitro determination of a substance (3) contained in a sample comprising: a) agents for immobilizing substances on a surface (6) Detection (5), b) free substance-emitter conjugate (2), and c) means immobilized on a surface for detection of the emitter (4), the emitter used being a Part comprises, which reacts to an interaction with the means for detecting the emitter (4) with a change in the emission properties.
  • the device according to the invention for the direct quantitative in / tro determination of a substance contained in a sample preferably further comprises d) means for measuring the change in the emission properties of the emitter.
  • a device according to the invention is preferred, the substance being selected from antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight, in particular sugars, dyes or other compounds with a molecular weight of less than 500 Daltons.
  • antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight, in particular sugars, dyes or other compounds with a molecular weight of less than 500 Daltons.
  • a device according to the invention is further preferred, the substance being an antibody or antibody fragment.
  • a device (10) according to the invention is used for the direct quantitative in-v / tro determination of an antibody or antibody fragment (13) contained in a sample, comprising: a) antigen (15) immobilized on a surface (16), b) free antibody (or antibody fragment) emitter conjugate (12), and c) means for immobilizing the emitter (14) immobilized on a surface, the emitter used comprising a part which interacts with the means for recognition of the emitter reacts with a change in the emission properties.
  • this device according to the invention for direct quantitative in vitro determination of an antibody or antibody fragment contained in a sample further comprises means for measuring the change in the emission properties of the emitter.
  • a device according to the invention is further preferred, the change in the emission properties of the part of the emitter being selected from a change in the polarization plane, the fluorescence intensity, the phosphorescence intensity, the fluorescence lifetime and a bathochromic shift in the absorption maximum and / or the fluorescence maximum.
  • the invention is not restricted to these special phenomena; the term “change in emission properties” in the context of the present invention is intended to encompass all physical phenomena or effects in which the energy-rich radiation striking the emitter is changed in its properties and this change is thereby changed by the binding / non-binding of the substance-emitter conjugate with its emitter binding partner and the substance is quantitatively dependent
  • the device according to the invention is the substance, for example, a peptide, protein, oligonucleotide and in particular an antibody or an antibody fragment.
  • the antibody fragments are fragments which comprise at least the antigen-binding regions which contain the so-called "complementarity-determining regions"("CDRs").
  • the antigen-binding regions preferably comprise the complete variable chains VH and VL.
  • the antibody or the antibody fragment is selected from polyclonal or monoclonal antibodies, humanized antibodies, Fab fragments, in particular monomeric Fab fragments, scFv fragments, synthetic and recombinant antibodies, scTCR- Chains and mixtures thereof.
  • the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment of a device of the present invention optimally has a higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter.
  • this affinity is chosen such that the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has an antigen binding affinity which is at least twice as high as that of the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment for the emitter. It is further preferred that the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has at least ten times higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment for the emitter.
  • a binding affinity of the antibodies of less than 50 nM is preferred and more preferably less than 10 nM.
  • the sensitivity of the test can be optimally selected by choosing the affinities. For this purpose, it is favorable that the optimal setting can be determined directly by means of conventional test series, without the need for expensive removal steps. The same applies to the second embodiment of the test of the invention, in which an adjustment is then made using the amount of components.
  • the anti-emitter antibody immobilized on the surface can be present in a molar excess over the anti-substance antibody or over the immobilized antigen, the ratio preferably being from 1: 2 to 1:50.
  • the emitter comprising a dye which has at least one absorption maximum and / or fluorescence maximum within the spectral range from 700 to 1000 ⁇ m, preferably at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 750 to 900 nm ,
  • the bathochromic shift of the dye is chosen such that the shift of the absorption and / or fluorescence maximum to higher wavelengths after interaction with the means for recognizing the emitter is greater than 15 nm, preferably greater than 25 nm, and most preferably approximately 30 nm takes place.
  • a shift that is a property of the dye need not necessarily be considered as such.
  • the shift would be measured as a change in an emission value adapted to the dye, that is to say at a certain singular wavelength.
  • the device according to the invention is preferably provided, for example, with suitable optical means for measurement which are known to the person skilled in the art. This also applies to the measurement of the change in the polarization plane, the fluorescence intensity, the phosphorescence intensity, the fluorescence lifetime and a bathochromic shift in the absorption maximum and / or the fluorescence maximum.
  • the emitter used comprises a dye which is selected from the group of polymethine dyes, such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, indotricarbocyanine, merocyanine, styryl, squarilium and oxonol dyes and Rhodamine dyes, phenoxazine or phenothiazine dyes.
  • the emitter of the substance-emitter conjugate of the device according to the invention can be a cyanine dye of the general formula (I)
  • R 1 and R 2 independently represent a Ci-C 4 sulfoalkyl chain, a saturated or unsaturated, branched or straight-chain d-Cso-alkyl chain, optionally with from 0 to 15 oxygen atoms and / or from 0 to 3
  • Carbonyl groups is interrupted and / or can be substituted with 0 to 5 hydroxyl groups, means R 3 and R 4 independently of one another for the group -COOE 1 , -CONE !
  • Suitable structural components of the conjugates according to the invention include Dyes which have at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 600 to 1200 nm. Dyes with at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 700 to 1000 nm are preferred.
  • Dyes that meet these criteria are, for example, those from the following classes: polymethine dyes, such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, merocyanine and oxonol dyes, rhodamine dyes, phenoxazine or phenothiazine dyes, tetrapyrrole dyes, in particular benzoporphyrins, chlorines, bacteriochlorides, pheophores Bacteriopheophorbide, Purpurine and Phthalocyanine.
  • polymethine dyes such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, merocyanine and oxonol dyes, rhodamine dyes, phenoxazine or phenothiazine dyes, tetrapyrrole dyes, in particular benzoporphyrins, chlorines, bacteriochlorides, pheophores Bacteriopheophorbide, Purpurine and
  • Preferred dyes are the cyanine dyes with absorption maxima between 750 and 900 nm, with particular advantage indotricarbocyanines.
  • Structural components of the conjugates according to the invention are also the substances whose concentration is to be determined using the method according to the invention.
  • antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds fertilize low molecular weight, especially sugars, dyes or other compounds with a molecular weight of less than 500 daltons.
  • the substance-recognizing agent-emitter conjugates are those of the general formula
  • Suitable structural components of the conjugates according to the invention include Dyes which have at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 600 to 1200 nm. Dyes with at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 700 to 1000 nm are preferred.
  • Dyes that meet these criteria are, for example, those from the following classes: polymethine dyes, such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, merocyanine and oxonol dyes, rhodamine dyes, phenoxazine or phenothiazine dyes, tetra pyrrole dyes, in particular benzoporphyrins, chlorines, bacteriochlorins, pheophorbide, bacterophorbides, Purpurins and phthalocyanines.
  • polymethine dyes such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, merocyanine and oxonol dyes, rhodamine dyes, phenoxazine or phenothiazine dyes, tetra pyrrole dyes, in particular benzoporphyrins, chlorines, bacteriochlorins, pheophorbide, bacterophor
  • Preferred dyes are the cyanine dyes with absorption maxima between 750 and 900 nm, with particular advantage indotricarbocyanines.
  • the structural components of the conjugates according to the invention are also the substance-recognizing agents, the concentration of which is to be determined by means of the method according to the invention.
  • peptides selected, for example, from peptides, proteins, oligonucleotides and in particular antibodies or antibody fragments.
  • the dyes contain structural elements via which the covalent coupling to the substance structures or the substance-recognizing structures takes place. These are e.g. B. Linkers with carboxy groups, amino groups, hydroxy groups.
  • B. Linkers with carboxy groups, amino groups, hydroxy groups are e.g. B. Linkers with carboxy groups, amino groups, hydroxy groups.
  • the conjugate of the substance to be examined and the emitter has a binding affinity on the one hand to the antibody against the substance to be examined and on the other hand to the antibody against the emitter part (eg fluorophore).
  • the absorption and / or fluorescence maximum is shifted.
  • the absorption and fluorescence maximum is preferably shifted to higher wavelengths by a value greater than 15 nm. This value is particularly preferably greater than 25 nm.
  • the agents and / or the antigen (substance) are present directly or indirectly on a surface, randomly or randomly immobilized.
  • "Indirect” immobilization is understood here to mean the coupling of the means via a suitable "linker".
  • linkers are e.g. widely used in the art of biological "chips” and are well known to the person skilled in the art.
  • the general function of the linker is the fixation and optional exact positioning of the agents on the surface. The fixation can take place covalently or non-covalently.
  • linker is on
  • the link between the substance to be detected and the immobilized agent is not involved.
  • linkers range from, for example, PNA oligomers, silane-containing groups and succinimide groups to groups which form peptide bonds.
  • the "direct" immobilization on the surface takes place without further ado Intermediate groups, for example by an activated terminal group of the agent.
  • Such chemically activated groups are also well known to those skilled in the art.
  • the distribution of the agents on the surface can be statistically random or directed.
  • Directional immobilization allows, for example, the application of various means of detection to a surface and thus e.g. the production of a surface that can be suitable for several tests at the same time.
  • the device comprises a membrane, ball (pearl or "bead”) or solid flat surface, these supports made of nylon, cellulose and their derivatives, resin matrices, silicon, glass, polystyrene, aluminum, steel, iron, copper, nickel, silver or gold, which are conventional materials for such surfaces that are easy to manufacture.
  • Another aspect of the present invention then relates to a method for the direct quantitative in vt 'tro-determination of a substance contained in a sample (3), comprising the steps of, a) providing a device (1) comprising, i) a surface (6) immobilized agent for substance detection (5), ii) free substance emitter Conjugate (2), and iii) immobilization means for detecting the emitter (4) immobilized on a surface, the emitter used comprising a part which reacts to an interaction with the means for recognizing the emitter with a change in the emission properties, b) in Contacting the device with a sample containing a substance to be quantified and c) measuring the change in the emission properties of the emitter.
  • a further aspect of the present invention then relates to a method for the direct quantitative determination in v tr ⁇ of a substance-recognizing agent present in the sample, comprising the steps of, a) providing a device (10), comprising, i) on a surface (16) immobilized substance (15), ii) free substance-recognizing agent-emitter conjugate (12), and iii) on a surface immobilized agent for recognizing the emitter (14), the emitter used comprising a part which responding to an interaction with the emitter detection means with a change in emission properties, b) contacting the device with a sample containing a substance to be quantified or a substance-detecting agent, and c) measuring the change in emission properties of the emitter.
  • the device preferably further comprises means for measuring the change in the emission properties of the emitter.
  • a method according to the invention for quantitative in-vitro determination of a substance contained in a sample is preferred, which further comprises d) quantifying the substance contained in the sample or the substance-recognizing agent by means of the measured change in the emission properties of the emitter.
  • the measurement method according to the invention is based on the use of a conjugate (2) consisting of the substance to be determined and an emitter (in particular fluorophore) in combination with two antibodies (4, 5), one of which is the antibody substance to be determined binds as antigen (anti-substance antibody, 5) and the other antibody binds the emitter as antigen (anti-emitter antibody, 4).
  • the conjugate (2) according to the invention from the substance to be determined and the emitter competes with the free substance (3) to be determined in the sample for the binding sites of the substance-binding antibody (5).
  • the anti-emitter antibody (5) is characterized in that the spectral properties of the emitter change characteristically due to the binding of the emitter in the antigen binding pocket of the antibody. This makes it possible to determine the proportion of the substance-emitter conjugate (2) which is bound to the anti-emitter antibody (4), using the spectral difference from the proportion which is bound to the anti-substance antibody (5) to determine separately.
  • the substance-emitter conjugate (2) competes with the substance to be examined (3) for the binding sites on the antibody which is directed against the substance to be examined (5). Increasing concentrations of the substance to be examined (3) in the test sample shift the binding of the conjugate towards the antibody (4), which is directed against the emitter.
  • the measuring method according to the invention is based on the use of a conjugate (12) consisting of a certain substance-recognizing agent, e.g. an antibody, and an emitter (especially fluorophore) in combination with an antibody and antigen (13, 14), the antigen being the particular substance, e.g. Antibody binds (anti-substance antibody, 13) and the antibody binds the emitter as an antigen (anti-emitter antibody, 14).
  • the conjugate of the substance-recognizing agent and the emitter competes with the free antibody (13) to be determined in the sample for the immobilized substance (15). The higher the content of the substance-recognizing agent to be determined, e.g.
  • the anti-emitter antibody (14) is characterized in that the spectral properties of the emitter change characteristically due to the binding of the emitter in the antigen-binding pocket of the antibody. This makes it possible to determine the proportion of the substance-recognizing agent (for example antibody) -emitter conjugate (12) which is bound to the anti-emitter antibody (14), using the spectral difference from the proportion which is in the substance ( 15) is bound to determine separately.
  • the substance-recognizing agent for example antibody
  • the substance-recognizing-agent-emitter conjugate (12) competes with the substance-recognizing-agent to be examined (13) for the binding sites on the substance (5). Rising concentrations of the substance-recognizing agent to be examined (13) in the test sample shift the binding of the conjugate towards the antibody (14), which is directed against the emitter.
  • the substance to be determined being selected from antigens, such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight, in particular sugars, dyes or other compounds with a molecular weight of below 500 daltons.
  • antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight, in particular sugars, dyes or other compounds with a molecular weight of below 500 daltons.
  • the substance-recognizing agents are selected, for example, from peptides, proteins, oligonucleotides and in particular antibodies or antibody fragments.
  • a method according to the invention is further preferred, the change in the emission properties of the part of the emitter being selected from a change in the polarization plane, the fluorescence intensity, the phosphorescence intensity, the fluorescence lifespan and a bathochromic shift in the absorption maximum and / or the fluorescence maximum.
  • the term “change in emission properties” in the context of the present invention is intended to encompass all physical phenomena or effects in which the energy-rich radiation striking the emitter is changed in its properties and this change is thereby changed by the binding / non-binding of the substance-emitter conjugate or substance-recognizing agent-emitter conjugate with its emitter binding partner and the substance is quantitatively dependent
  • the substance is for example a peptide, protein, oligonucleotide and in particular an antibody or an antibody fragment.
  • an optical measurement this can be done in different ways and depends mainly on the type of characteristic change in the spectral properties of the emitter (eg fluorophore). It is generally preferred to detect the shift in the absorption wavelength and emission wavelength or to measure the absorption and / or fluorescence intensity at a wavelength which for the most part detects the portion of the emitter bound to the antibody. Depending on the change in the spectral properties of the antibody-bound emitter, other properties, such as. B. the photon lifetime, the polarization and the fading behavior can be used for optical measurement.
  • the particular advantage of fluorophores in the spectral range of near-infrared light lies in the low coverage by components of the blood. This enables deep penetration without the signal to be detected being disproportionately changed.
  • a method according to the invention is preferred in which peptides, proteins and in particular antibodies or antibody fragments are brought into contact with the sample as the substance-recognizing agent.
  • the antibody or the antibody fragment is selected from polyclonal or monoclonal antibodies, humanized antibodies, Fab fragments, in particular monomeric Fab fragments, scFv fragments, synthetic and recombinant antibodies, scTCR chains and mixtures thereof.
  • the antibodies used can be bivalent total immunoglobulins, but monomeric Fab fragments are preferably used in the test system. After blocking free binding sites on the solid phase, the system is calibrated with a constant substance fluorophore concentration with a saturating concentration and increasing substance concentration. The sample to be determined is either diluted, but preferably used undiluted for the measurement.
  • Antibodies which are directed against substances to be examined are already known. Anti-substance antibodies with a high affinity for the substance are preferred according to the invention.
  • Simeonov A. et al. describe antibodies against stilbenes ("blue-fluorescent antibodies") in Science 2000, 290, 307-313. The antibodies catalyze specifically photochemical isomerization processes and lead to red-shifted absorption and fluorescence maxima in the UV-VIS spectral range (absorption shift maximum 12 nm, fluorescence shift 22 nm)
  • Simeonov A. et al. Give no indication of a red shift while preserving the fluorescence quantum yield for cyanine dyes in the wavelength range from 600-1200 nm.
  • Watt RM et al. (Immunochemistry 1977, 14, 533-541) describe the spectral properties of the already known anti-fluorescein antibody construct. After binding of the fluorescein, the antibody causes a shift in the absorption and fluorescence max murns in the visible spectral range, but only around 12 nm or 5 nm. In addition, the fluorescence quantum yield is greatly reduced (by approx. 90%).
  • the red shifts of the antibody-dye constructs used according to the invention are> 15 nm in the NIR spectral range while maintaining the fluorescence quantum yield.
  • Rozinov M.N. et al. (Chem. Biol 1998, 5, 713-728) recently describe the selection of 12-mer peptides from phage libraries which bind the dyes Texas Red, Rhodamine Red, Oregon Green 514 and fluorescein. A red shift in absorption and fluorescence was observed for Texas Red, but only around 2.8 nm and 1.4 nm, respectively.
  • Rozinov et al. do not, however, suggest that antibodies against cyanine dyes lead to larger shifts in the preservation of the fluorescence quantum yield and are therefore suitable for the process according to the invention.
  • the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment in the process of the present invention optimally has a higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter.
  • this affinity is chosen such that the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has an antigen binding affinity which is at least twice as high as that of the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment for the emitter. It is further preferred that the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has at least ten times higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter.
  • a binding affinity of the antibodies of less than 50 nM is preferred and more preferably less than 10 nM.
  • the sensitivity of the test can be optimally selected by choosing the affinities. For this purpose, it is favorable that the optimal setting can be determined directly by means of conventional test series without the need for complex separation reached. The same applies to the second embodiment of the test of the invention, in which an adjustment is then made using the amount of components.
  • the measurement method according to the invention thus preferably uses anti-substance antibodies which have a higher antigen binding affinity than the anti-fluorophore antibody. Preference is given to anti-substance antibodies with an at least twice higher binding affinity than the anti-fluorophore antibody. Anti-substance antibodies with a binding affinity that is more than ten times higher are particularly preferred.
  • the anti-fluorophore antibodies are preferably directed against fluorophores which absorb and emit in the spectral range of the near-infrared light and whose spectral properties are changed by the binding to the antibody in such a way that the emission signal of the antibody bound is changed Portion of the fluorophore spectrally separated from the free portion of the fluorophore.
  • the anti-emitter antibody immobilized on the surface can be in a molar excess compared to the anti-substance antibody or to the immobilized antigen, the ratio preferably being from 1: 2 to 1:50.
  • Another aspect of the present invention relates to the use of a device according to the invention for in vitro diagnostics. Yet another aspect relates to the use of a substance-emitter conjugate or emitter-recognizing agent, in particular a substance-fluorophore conjugate or anti-fluorophore antibody for in vitro diagnostics.
  • the device according to the invention can also be present in a diagnostic kit in which the components of the device, optionally together with other auxiliaries, are made available together or in separate containers.
  • a further possibility consists in a first kit that provides the basic elements of the device of the invention (eg suitable surface and antibodies and / or substance coupled to it), which then together with the ingredients of a second kit (containing substance for calibration and / or other antibodies) is "specialized" for the respective application.
  • a second kit could, for example, Emitter conjugate included. All of these kits can also contain special instructions and documents (e.g. calibration curves, instructions for quantification, etc.).
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device of the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the device of the invention
  • FIG. 3 shows the absorption spectrum (left) and fluorescence spectrum of the dye without and in the presence of antibody MOR02965 in PBS from Example 2.
  • Example 1 Selection, production and characterization of emitter-binding antibodies: Selection of HuCAL GOLD antibody fragments against the cyanine dye Fuji 6-4 (ZK203468) [trisodium-3,3-dimethyl-2- ⁇ 4-methyl-7 - [3,3-dimethyl-5-sulfonato-l- (2-sulfonatoethyl) -3H-indohum-2-yl] hepta-2,4,6-trien-l-ylidene ⁇ -l- (2-sulfonatoethyl) -2,3-dihydro-lH-indole-5-sulfonate, inner Sak]
  • HuCAL GOLD is a fully synthetic, modular human antibody library in Fab antibody fragment format. HuCAL GOLD is based on the HuCAL consensus antibody genes which have been described for the HuCAL-scFvl library (WO 97/08320; Knappik, (2000), J. Mol. Biol 296, 57-86; Krebs et al. J Immunol Me - thods. 2001 Aug l; 254 (l-2): 67-84). In HuCAL GOLD all six CDR areas are diversified through the use of so-called trinucleotide mutagenesis (Virnekals et al. (1994) Nucleic Acids Res.
  • HuCAL also found GOLD a modified screening method use, the so-called CysDisplay (WO 01/05950). V ⁇ positions 1 and 2.
  • the original HuCAL master genes were constructed with their authentic N-termini: VL ⁇ l: QS (CAGAGC), VL ⁇ 2: QS (CAGAGC), and VL ⁇ 3: SY (AGCTAT). These sequences can be found in WO 97/08320.
  • the infected cells were pelleted and resuspended in 2xYT / 34 ⁇ g / ml chloramphenicol / 10 ⁇ g / ml tetracycline / 50 ⁇ g / ml kanamycin / 0.25 mM IPTG and cultivated at 22 ° C. overnight.
  • the phages were precipitated twice from the supernatant with PEG and harvested by centrifugation (Ausubel (1998) Current protocols in molecular biology. John Wiley Sons, Inc., New York, USA).
  • the phages were resuspended in PBS / 20% glycerin and stored at -80 ° C.
  • the phagemid amplification between the individual selection rounds was carried out as follows: log phase E. coli TG 1 cells were infected with the selected phages and plated on LB agar plates with 1% glucose / 34 ⁇ g / ml chloramphenicol. After overnight incubation, the bacterial colonies were scraped off, re-cultivated and infected with VCSM13 Helfe ⁇ hagen. Primary selection of antibodies against the Fuji 6-4 dye (ZK203468)
  • the purified and concentrated phagemids from the HuCAL GOLD Antikö ⁇ er library were used in a standard selection process.
  • ZA203468 or transferrin-coupled ZK203468 were used alternately as antigens.
  • the antigens were taken up in PBS and applied in concentrations of 50 ⁇ g / ml to Maxiso ⁇ TM Mikrotite ⁇ latten F96 (Nunc).
  • the Maxiso ⁇ plates were incubated at 4 ° C. overnight ("coating"). After blocking the Maxiso ⁇ plates with 5% milk powder in PBS, approx. 2E + 13 HuCAL GOLD phages were added to the antigen-loaded, blocked spots and incubated there overnight or for two hours at room temperature.
  • bound phages were eluted with 20 mM DTT or 100 ⁇ M unconjugated ZK203468. A total of three successive selection rounds were carried out, the phage amplification taking place between the selection rounds, as described above.
  • the Fab-coding inserts of the isolated HuCAL clones were sub-cloned into the expression vector pMORPHX9_MS in order to facilitate the subsequent expression of the Fab fragments.
  • the purified plasmid DNA of the selected HuCAL Fab clones was digested with the restriction enzymes Xbal and EcoRI.
  • the Fab-coding inserts were purified and ligated into the correspondingly digested vector pMORPHX9_MS. This cloning step leads to the Fab-expressing vector pMORPHX9_Fab_MS.
  • Fab fragments that are expressed by this vector carry two C-terminal tags (Myc-Tag and Strep-Tag II) for purification and detection.
  • Example 2 Photophysical characterization of the dye-antibody complexes and determination of the spectral shifts / fluorescence quantum yields.
  • Dye-antibody complexes based on antibodies with the indotricarbocyanine dye trisodium-3,3-dimethyl-2- ⁇ 4-methyl-7- 7- [3,3-dimethyl-5-sulfonato-1 - (2-sulfonatoethyl) -3H-indolium-2-yl] hepta-2,4,6-triene-1-ylidene ⁇ - 1 - (2-sulfonatoethyl) - 2,3-dihydro-lH-indole-5-sulfonate, inner salt examined (see Example 1).
  • Example 3 Synthesis of the conjugate from substance-recognizing agent and emitter: anti-ED-B fibronectin antibody / indotricarbocyanine conjugate
  • Antibodies to the highly pure recombinant ED-B domain of fetal fibronectin are preferably used as scFv, Fab, (Fab) 2 or as total IgG.
  • a Fab with a C-terminal cysteine tag is used and with a linker-modified derivative of the indotricarbocyanine dye trisodium-3,3-dimethyl-2- ⁇ 4-methyl-7- [3,3-dimethyl-5-sulfonato - 1 - (2-sulfonatoethyl) -3H-indolium-2-yl] hepta-2,4,6-triene-1-ylidene ⁇ - 1 - (2-sulfonatoethyl) -2,3-dihydro-1H-indole- 5-sulfonate, inner salt covalently conjugated.
  • the following work steps are carried out:
  • the conjugate is purified by gel chromatography on a NAP-5 column (eluent: PBS / 10% glycerin).
  • the immunoreactivity of the conjugate solution is determined by means of affinity chromatography (ED-B fibronectin resin) (JImmunol Meth 1999, 231, 239) and is ⁇ 75%.
  • Example 4 In vitro assay for the quantification of embryonic fibronectin (ED-B fibronectin) in human serum
  • the quantification of circulating fetal fibronectin (ED-B - fibronectin) (Curr Opin Drug Discov Devel. 2002, 5, 204) is based on ELISA techniques. For this purpose, transparent 96-well Immunosorb ELISA plates, but preferably white Immunosorb ELISA plates (Nunk, Denmark) are used for chemiluminescence detection. The following work steps are carried out:
  • the highly pure recombinant ED-B domain of fetal fibronectin (ED-B-FN) is used as an antigen together with the highly pure anti-emitter antibody (see Example 1), which is preferably called scFv, Fab, (Fab ) or as total IgG, immobilized on the surface of the ELISA plates.
  • PBS but preferably alkaline coupling buffer, is used as the coupling buffer. This consists of a mixture of 17 ml of a 0.2 M Na 2 CO 3 solution and 8 ml of a NaHCO 3 solution, which is made up to 100 ml with bidistilled water. Add the ready-to-use coupling buffer to water.
  • concentrations of recombinant antigen and anti-emitter antibodies are in the range of 1-10 ⁇ g / ml, the optimal molar ratio of recombinant antigen and anti-emitter antibodies having to be determined empirically. However, ratios in the range from 1: 5 to 1: 100 are preferred selected.
  • the coupling takes place either for 2 hours at 37 ° C or at 4 ° C overnight in a volume of 100 ⁇ l per well.
  • a calibration series of the high-purity ED-B-FN is pipetted into human serum.
  • an ED-B-FN sample with a concentration of 10 ⁇ g / ml is serially diluted in 1: 2 steps, each sample having a constant concentration of anti-substance antibody labeled with emitter (anti-ED-B FN Fab-indotricarbocyanine conjugate from Example 3) contains. According to the test system, this can range from 0.1 ⁇ g / ml to 10 ⁇ g / ml.
  • the samples are measured in a spectral fluorometer with two monochromators (SPEX-Fluorog, Jobin Yvon).
  • the wavelength of the excitation light and the detection wavelength for the emitted fluorescence can be chosen freely.
  • the samples are examined in an ELISA plate module.
  • the present example is chosen as the excitation wavelength 790 nm.
  • the fluorescence is detected in a bandpass of 805 - 860 nm. This causes the increase in the fluorescence signal at the red-shifted wavelength (see illustration) due to the increase in the proportion of anti-substance-emitter conjugate, which is immobilized via the dye to immobilized anti-emitter -Antikö ⁇ er binds, recorded. typically, one finds a sigmoid curve, the linear measuring range of the calibration series being used for the quantitative determination of the measuring samples.
  • Example 5 Antibodies against ED-B fibronectin Antibodies against ED-B fibronectin were generated analogously to the procedure described in Example 1 from the HuCAL GOLD antibody library against ED-B fibronectin as antigen.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

The invention relates to a device and a method for the direct quantitative in vitro determination of a substance that is contained in a sample. The inventive device comprises agents, immobilized on a surface, for identifying the substance, a free substance/emitter conjugate, and agents, immobilized on a surface, for identifying the emitter. The emitter used in the device comprises a portion that reacts to an interaction with the agents for identifying the emitter by changing its emission properties. The inventive device allows the direct quantitative determination in e.g. full blood samples of substances, selected from antigens, such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceutical agents and low molecular compounds or, in a different embodiment, substance-identifying agents, such as antibodies or the fragments thereof.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur direkten quantitativen in viϊro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz Device and method for the direct quantitative determination in viϊro of a substance contained in a sample
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur direkten quantitativen in v tro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Substanz-Erkennung, frei- es Substanz-Emitter-Konjugat, und auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Erkennung des Emitters. Der verwendete Emitter der Vorrichtung umfaßt einen Teil, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert. Mittels der erfϊndungsgemäßen Vorrichtung können Substanzen, ausgewählt aus Antigenen, wie Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren, Oligonukleotiden, Blutkom- ponenten, Serumkomponenten, Lipiden, Pharmaka und Verbindungen niederen Molekulargewichts oder Antikörper oder deren Fragmente direkt quantitativ in z.B. Vollblutproben bestimmt werden.The present invention relates to a device and a method for the direct quantitative in vitro determination of a substance contained in a sample. The device according to the invention comprises means for substance detection immobilized on a surface, free substance-emitter conjugate, and means for detection of the emitter immobilized on a surface. The emitter of the device used comprises a part which responds to an interaction with the means for detecting the emitter with a change in the emission properties. By means of the device according to the invention, substances selected from antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight or antibodies or their fragments can be quantified directly in e.g. Whole blood samples are determined.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Für den diagnostischen Nachhweis von Substanzen und deren Konzentrationsbestimmung werden heute in vielen Fällen in-vitro diagnostische Meßverfahren angewendet, die auf biologischen Molekülen, wie z. B. Peptiden, Proteinen, Antikörpern oder Oligonukleotiden, beruhen, die eine hohe Affinität für eine zu bestimmende Substanz haben. Bevorzugt werden hier- für Proteine und Peptide und besonders bevorzugt Antikörper und Antikörperfragmente verwendet.For the diagnostic detection of substances and their concentration determination in-vitro diagnostic measuring methods are used in many cases today, which are based on biological molecules, such as. B. peptides, proteins, antibodies or oligonucleotides are based, which have a high affinity for a substance to be determined. For this purpose, proteins and peptides are preferably used and particularly preferably antibodies and antibody fragments.
Dabei erfüllen die verwendeten Anti-Substanz-Antikörper unterschiedliche Zwecke. Einerseits werden sie für die Abtrennung der zu bestimmenden Substanz aus der Probe verwendet, andererseits erfüllen sie aber auch die Aufgabe der Lokalisierung bzw. Positionierung unterschiedlicher verwendeter Signalgeber an der zu untersuchenden Substanz. Zum Nachweis z.B. eines Antikörpers in einer Probe haben sich vor allem optische und radioaktive Meßverfahren etabliert, aber auch akustische [siehe z.B. Cooper MA, et al. Direct and sensitive detec- tion of a human virus by rupture event scanning. Nat Biotechnol. 2001 Sep;l 9(9): 833 -7.] und magnetische Meßverfahren sind bekannt. Die größte Verbreitung haben die optischen Meß- verfahren erlangt [Nakamura, R. M., Dito, W. R., Tucker, E. S. (Eds.). Immunoassays: Clini- cal Laboratory Techniques for the 1980s. A. R. Liss, New York. Edwards, R. (ed.). Immunoassays: Essential Data, 1996, Wiley Europe].The anti-substance antibodies used serve different purposes. On the one hand they are used for the separation of the substance to be determined from the sample, on the other hand they also perform the task of localizing or positioning different signal transmitters used on the substance to be examined. For the detection of, for example, an antibody in a sample, optical and radioactive measurement methods in particular have become established, but also acoustic [see, for example, Cooper MA, et al. Direct and sensitive detection of a human virus by rupture event scanning. Nat Biotechnol. 2001 Sep; l 9 (9): 833 -7.] And magnetic measuring methods are known. Optical measuring proceedings acquired [Nakamura, RM, Dito, WR, Tucker, ES (Eds.). Immunoassays: Clinical Laboratory Techniques for the 1980s. AR Liss, New York. Edwards, R. (ed.). Immunoassays: Essential Data, 1996, Wiley Europe].
Antikörper und Peptide, die gegen Moleküle kleinen Molekulargewichts gerichtet sind, sind bereits bekannt. Darunter fallen auch Antikörper und Peptide gegen Farbstoffmoleküle [Si- meonov A. et al., Science 2000, 290, 307-313; Watt R. M. et al., Immunochemistry 1977, 14, 533-541; Rozinov M. N. et al., Chem. Biol. 1998, 5, 713-728]. Des weiteren sind Antikörper gegen verschiedene Farbstoffe bereits kommerziell erhältlich, z. B. gegen Fluorescein, Tetra- methylrhodamin, Texas Red, Alexa Fluor 488, BODIPY FL, Lucifer yellow and Cascade Blue, Oregon Green (Fa. Molecular Probes, Inc., USA). Hierbei handelt es sich jedoch um polyklonale IgG Antikörper für bioanalytische Zwecke, die zum Teil unkontrollierbare Kreuzreaktivitäten aufweisen und nicht aus einem strikten Selektionsprozess hervorgegangen sind.Antibodies and peptides directed against molecules of small molecular weight are already known. This also includes antibodies and peptides against dye molecules [Simeonov A. et al., Science 2000, 290, 307-313; Watt R.M. et al., Immunochemistry 1977, 14, 533-541; Rozinov M.N. et al., Chem. Biol. 1998, 5, 713-728]. Furthermore, antibodies against various dyes are already commercially available, e.g. B. against fluorescein, tetramethylrhodamine, Texas Red, Alexa Fluor 488, BODIPY FL, Lucifer yellow and Cascade Blue, Oregon Green (Molecular Probes, Inc., USA). However, these are polyclonal IgG antibodies for bioanalytical purposes, some of which have uncontrollable cross-reactivities and have not resulted from a strict selection process.
Bestimmte in vitro diagnostische Verfahren, wie z.B. die Elektrochemiluminienz basieren auf der Kombination verschiedener Antikörper gegen die zu bestimmende Substanz, wobei der eine Antikörper für die Abtrennung der zu bestimmenden Substanz aus der Untersuchungsprobe dient und der andere Antikörper das diagnostisch nachgewiesene Signalmolekül trägt. Im Falle des diagnostischen Verfahrens der Elektrochemolummeszenz wird der markierte Antikörper optisch detektiert [Grayeski, M. L., Anal. Chem. 1987, 59, 1243].Certain in vitro diagnostic procedures, such as The electrochemiluminescence is based on the combination of different antibodies against the substance to be determined, one antibody being used to separate the substance to be determined from the test sample and the other antibody carrying the diagnostically proven signal molecule. In the case of the diagnostic method of electrochemical luminescence, the labeled antibody is optically detected [Grayeski, M. L., Anal. Chem. 1987, 59, 1243].
Neben der Elektrolumineszenz kann auch die lichtinduzierte Phosphoreszenz und die Fluoreszenz als optische Eigenschaft von Molekülen für diagnostische Meßverfahren verwendet wer- den. Gegenüber der Elektrolumineszenz und Phosphoreszenz bietet insbesondere die Fluoreszenz als optische Eigenschaft von Molekülen den Vorteil der hohen Nachweisempfindlichkeit und eine hohe Linearität des Meßsignals über einen großen dynamischen Bereich hinweg.In addition to electroluminescence, light-induced phosphorescence and fluorescence can also be used as the optical property of molecules for diagnostic measurement processes. Compared to electroluminescence and phosphorescence, fluorescence in particular as the optical property of molecules offers the advantage of high detection sensitivity and high linearity of the measurement signal over a large dynamic range.
Zum Nachweis der Fluoreszenz eines Fluorophors wurden verschiedene Meßverfahren ent- wickelt, die unterschiedliche Prinzipien innerhalb der Fluoreszenzprozesse ausnutzen. Etablierte Meßverfahren nutzen z. B. die Abschwächung polarisierten Lichtes (Fluoreszenzpolarisierung - FP), die Messung der Photonenlebensdauer (Fluoreszenzlebensdauermessung - FLM), die Ausbleicheigenschaften (Fluoreszence-Photobleaching Recovery - FPR) und den Energietransfer zwischen verschiedenen Fluorophoren (Fluoreszenz-Resonanz-Energie- Transfer - FRET) [Williams, A. T., et ab, Methods Immunol. Anal. 1993, 1, 466;Youn, H. J. et al., Anal. Biochem. 1995 Oswald, B. et al., Anal. Biochem. 2000, 280, 272; Szollosi, J. et. al., Cytometry 1998, 34, 159].To measure the fluorescence of a fluorophore, various measuring methods have been developed that use different principles within the fluorescence processes. Established measuring methods use e.g. B. the attenuation of polarized light (fluorescence polarization - FP), the measurement of the photon lifetime (fluorescence lifetime measurement - FLM), the bleaching properties (fluorescence photobleaching recovery - FPR) and the energy transfer between different fluorophores (fluorescence resonance energy) Transfer - FRET) [Williams, AT, et ab, Methods Immunol. Anal. 1993, 1, 466; Youn, HJ et al., Anal. Biochem. 1995 Oswald, B. et al., Anal. Biochem. 2000, 280, 272; Szollosi, J. et. al., Cytometry 1998, 34, 159].
Andere Nachweisverfahren basieren auf einer Veränderung der Polarisationsebene oder dem Nachweis einer Phosphoreszenz.Other detection methods are based on a change in the polarization level or the detection of phosphorescence.
Bei der Mehrzahl der bereits verfügbaren Meßverfahren wird der Anti-Substanz-Antikörper mit einem Fluorophor markiert. Diese Markierung erfolgt durch spezifische und unspezifische chemische Kopplung. Der markierte Antikörper wird im Überschuß zu der Untersuchungsprobe zugegeben. Dies ist erforderlich, um alle zu untersuchenden Substanzmoleküle zu binden. Bei der Messung der Fluoreszenzintensität als sensitivstem Meßparameter von Fluo- rophoren muß jedoch bedacht werden, daß auch der ungebundene, markierte Anti-Substanz- Antikörper ein Fluoreszenzsignal abgibt. Aus diesem Grund ist eine Trennung des an die Sub- stanz spezifisch gebundenen Anti-Substanz-Antikörpers von dem nicht gebundenen Anteil erforderlich.In most of the measurement methods already available, the anti-substance antibody is labeled with a fluorophore. This marking takes place through specific and non-specific chemical coupling. The labeled antibody is added in excess to the test sample. This is necessary to bind all substance molecules to be examined. When measuring the fluorescence intensity as the most sensitive measurement parameter of fluorophores, however, it must be taken into account that the unbound, labeled anti-substance antibody also emits a fluorescence signal. For this reason, it is necessary to separate the anti-substance antibody specifically bound to the substance from the unbound portion.
Diesen Verfahren liegt weiterhin allgemein zu Grunde, daß der eine Anti-Substanz- Antikörper der Abtrennung der zu untersuchenden Substanz dient und der zweite Anti- Substanz-Antikörper, der an einer anderen Bindundungsstelle der Untersuchungssubstanz erkennt, mit einem signalgebenden Molekül markiert ist. Auf diese Weise kann eine Verfälschung des Messergebnisses durch den nicht gebundenen, aber signalgebenden Antikörper vermieden werden. Diese Verfahrensweise ist jedoch, bedingt durch den Abtrennungsschritt, mit einem erhöhten methodischen und technischen Aufwand und höheren Kosten verbunden. Besonders nachteilig erweist sich jedoch der hohe technische Aufwand, der eine Etablierung dieses Verfahrens für die Schnelldiagnostik verhindert.This method is further generally based on the fact that the one anti-substance antibody is used to separate the substance to be examined and the second anti-substance antibody, which recognizes another binding site of the test substance, is labeled with a signaling molecule. In this way, falsification of the measurement result by the unbound, but signaling antibody can be avoided. However, due to the separation step, this procedure is associated with increased methodological and technical effort and higher costs. However, the high technical effort, which prevents this method from being established for rapid diagnostics, proves to be particularly disadvantageous.
Neuere fluoreszenzbasierte Meßverfahren, wie z.B. die Fluoreszenzpolarisierung und der Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfer (FRET) sind Methoden, die es ermöglichen, ohne Ab- trennung des Anteils der nicht gebundenen, Fluorophormarkierten Antikörper den Gehalt der spezifisch gebundenen Anti-Substanz- Antikörper zu bestimmen.Newer fluorescence-based measurement methods, e.g. Fluorescence polarization and fluorescence resonance energy transfer (FRET) are methods which make it possible to determine the content of the specifically bound anti-substance antibodies without separating the proportion of unbound, fluorophore-labeled antibodies.
Hierdurch wird in einem Schritt die Messung des Gehaltes einer zu bestimmenden Substanz unbekannter Konzentration ermöglicht. Beide hier genannte Methoden weisen jedoch auch entscheidende Nachteile aufweisen, die eine weite Verbreitung in der in- vitro Diagnostik verhindern. So weist die Fluoreszenz-Polarisation eine im Vergleich zur Fluoreszenzintensitätsmessung hohe Nachweisgrenze auf und ist damit nicht in der Lage, sehr geringe Mengen einer unbekannten Substanz zu bestimmen. Ein weiterer Nachteil ist, daß das Meßverfahren nicht störquellenfrei in einer Vollblutprobe oder Serumprobe angewendet werden kann, da das Polarisationslicht durch eine Vielzahl von Proteinen beeinflußt wird und somit die Durch- leutung einer Blutprobe nicht fehlerfrei möglich ist.This enables the content of a substance of unknown concentration to be determined to be measured in one step. However, both methods mentioned here also point have decisive disadvantages that prevent widespread use in in vitro diagnostics. The fluorescence polarization thus has a high detection limit in comparison to the fluorescence intensity measurement and is therefore not able to determine very small amounts of an unknown substance. A further disadvantage is that the measurement method cannot be used in a whole blood sample or serum sample without interference sources, since the polarization light is influenced by a large number of proteins and the blood sample cannot therefore be read without errors.
FRET ist ebenfalls ein Verfahren, das zum Nachweis der spezifisch gebundenen, Fluorophor- markierten Antikörper ohne Trennschritte angewendet werden kann, obwohl im Unterschied zur Fluoreszenzpolarisation die Fluoreszenzintensität als Meßsignal erfaßt wird, ist die Anwendung an einer Vollblutprobe oder Serumprobe ebenfalls nicht möglich. Die Ursache hierfür liegt in der starken Absorption und Autofluoreszenz der Meßprobe bei den Wellenlängen, die z.Z. für das Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer-Meßverfahren verwendet werden (sichtbarer Spektralbereich bis ca. 550 nm) [Mathis, G., J. Clin. Ligand Assay, 1997, 20, 141; Mathis, G., Clin. Chem. 1995, 41, 1391; Mathis, G., et. al., Clin. Chem. 1993, 39, 1251 Clarke, E. E.5 et. al., J. Neuroscience Methods 2000, 102, 61; Leblanc, V., et. al., Anal. Biochem. 2002, 308, 247].FRET is also a method that can be used to detect the specifically bound, fluorophore-labeled antibodies without separation steps, although in contrast to fluorescence polarization the fluorescence intensity is recorded as a measurement signal, application to a whole blood sample or serum sample is also not possible. The reason for this lies in the strong absorption and autofluorescence of the measurement sample at the wavelengths which are currently used for the fluorescence resonance energy transfer measurement method (visible spectral range up to approx. 550 nm) [Mathis, G., J. Clin. Ligand Assay, 1997, 20, 141; Mathis, G., Clin. Chem. 1995, 41, 1391; Mathis, G., et. al., Clin. Chem. 1993, 39, 1251 Clarke, EE 5 et. al., J. Neuroscience Methods 2000, 102, 61; Leblanc, V., et. al., Anal. Biochem. 2002, 308, 247].
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein optisches Meßverfahren für die hierfür notwendigen Nachweisreagenzien zur Bestimmung des Gehalts einer unbekannten Substanz ohne Trennschritt bereitzustellen, welches unter anderem auch für die quantitative Bestimmung in einer Vollblutprobe verwendet werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a device and an optical measuring method for the detection reagents necessary for this purpose for determining the content of an unknown substance without a separation step, which can also be used for the quantitative determination in a whole blood sample.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das erfindungsgemäße Meßverfahren und der Bereitstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens gemäß der unabhängigen Ansprüche 1, 18 und 19 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.This object is achieved according to the invention by the measurement method according to the invention and by the provision of a device for carrying out the measurement method according to the invention according to independent claims 1, 18 and 19. Appropriate configurations are listed in the dependent claims.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird somit eine Vorrichtung (1) zur direkten quantitativen in v tro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz (3) zur Verfügung gestellt, umfassend, a) auf einer Oberfläche (6) immobilisierte Mittel zur Substanz-Erkennung (5), b) freies Substanz-Emitter-Konjugat (2), und c) auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Erkennung des Emitters (4), wobei der verwendete Emitter einen Teil umfaßt, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters (4) mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert. Bevorzugterweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur direkten quantitativen in v/tro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz weiterhin d) Mittel zur Messung der Veränderung der Emissionsei- genschaften des Emitters.According to a first aspect of the present invention, there is thus provided a device (1) for the direct quantitative in vitro determination of a substance (3) contained in a sample, comprising: a) agents for immobilizing substances on a surface (6) Detection (5), b) free substance-emitter conjugate (2), and c) means immobilized on a surface for detection of the emitter (4), the emitter used being a Part comprises, which reacts to an interaction with the means for detecting the emitter (4) with a change in the emission properties. The device according to the invention for the direct quantitative in / tro determination of a substance contained in a sample preferably further comprises d) means for measuring the change in the emission properties of the emitter.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Substanz ausgewählt ist aus Antigenen, wie Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren, Oligonukleotiden, Blutkomponenten, Serumkomponenten, Lipiden, Pharmaka und Verbindungen niederen Molekulargewichts, insbesondere Zuckern, Farbstoffen oder anderen Verbindungen mit einem Molekulargewicht von unter 500 Dalton.A device according to the invention is preferred, the substance being selected from antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight, in particular sugars, dyes or other compounds with a molecular weight of less than 500 Daltons.
Weiter bevorzugt ist ein erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Substanz ein Antikörper oder Antikörperfragment ist. Dabei wird eine erfmdungsgemäße Vorrichtung (10) zur direk- ten quantitativen in v/tro-Bestimmung eines in einer Probe enthaltenen Antikörpers oder Antikörperfragments (13) verwendet, umfassend, a) auf einer Oberfläche (16) immobilisiertes Antigen (15), b) freies Antikörper- (oder Antikörperfragment)-Emitter-Konjugat (12), und c) auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Erkennung des Emitters (14), wobei der verwendete Emitter einen Teil umfaßt, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erken- nung des Emitters mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert. Bevorzugterweise umfaßt auch diese erfindungsgemäße Vorrichtung zur direkten quantitativen in vitro- Bestimmung eines in einer Probe enthaltenen Antikörpers oder Antikörperfragments weiterhin Mittel zur Messung der Veränderung der Emissionseigenschaften des Emitters.A device according to the invention is further preferred, the substance being an antibody or antibody fragment. A device (10) according to the invention is used for the direct quantitative in-v / tro determination of an antibody or antibody fragment (13) contained in a sample, comprising: a) antigen (15) immobilized on a surface (16), b) free antibody (or antibody fragment) emitter conjugate (12), and c) means for immobilizing the emitter (14) immobilized on a surface, the emitter used comprising a part which interacts with the means for recognition of the emitter reacts with a change in the emission properties. Preferably, this device according to the invention for direct quantitative in vitro determination of an antibody or antibody fragment contained in a sample further comprises means for measuring the change in the emission properties of the emitter.
Weiter bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Veränderung der Emissionseigenschaften des Teils des Emitters ausgewählt ist aus einer Veränderung der Polarisationsebene, der Fluoreszenzintensität, der Phosphoreszenzintensität, der Fluoreszenzlebensdauer und einer bathochromen Verschiebung des Absorptionsmaximums und/oder des Fluoreszenzmaximums. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese speziellen Phänomene beschränkt, der Begriff „Veränderung der Emissionseigenschaften" im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll alle physikalischen Phänomene oder Effekte umfassen, bei dem die auf den Emitter treffende energiereiche Strahlung in ihrer Eigenschaft verändert wird und diese Veränderung dabei von der Bindung/nicht-Bindung des Substanz-Emitter-Konjugats mit seinem Emitter- Bindungspartner und der Substanz quantitativ abhängig ist. In einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Substanz zum Beispiel ein Peptid, Protein, Oligo- nukleotid und insbesondere ein Antikörper oder ein Antikörperfragment. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Antikörperfragmenten um Fragmente, die zumindest die Antigen-bindenden Bereiche umfassen, die die sogenannten "complementarity- determining regions" ("CDRs") enthalten. Bevorzugterweise umfassen die Antigen-bindenden Bereiche dabei die vollständigen variablen Ketten VH und VL.A device according to the invention is further preferred, the change in the emission properties of the part of the emitter being selected from a change in the polarization plane, the fluorescence intensity, the phosphorescence intensity, the fluorescence lifetime and a bathochromic shift in the absorption maximum and / or the fluorescence maximum. However, the invention is not restricted to these special phenomena; the term “change in emission properties” in the context of the present invention is intended to encompass all physical phenomena or effects in which the energy-rich radiation striking the emitter is changed in its properties and this change is thereby changed by the binding / non-binding of the substance-emitter conjugate with its emitter binding partner and the substance is quantitatively dependent The device according to the invention is the substance, for example, a peptide, protein, oligonucleotide and in particular an antibody or an antibody fragment. In the context of the present invention, the antibody fragments are fragments which comprise at least the antigen-binding regions which contain the so-called "complementarity-determining regions"("CDRs"). The antigen-binding regions preferably comprise the complete variable chains VH and VL.
In einem besonders bevorzugten Aspekt der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Antikörper oder das Antikörperfragment ausgewählt aus polyklonalen oder monoklo- nalen Antikörpern, humanisierten Antikörpern, Fab-Fragmenten, insbesondere monomeren Fab-Fragmenten, scFv-Fragmenten, synthetischen und rekombinanten Antikörpern, scTCR- Ketten und Gemischen davon.In a particularly preferred aspect of the device according to the present invention, the antibody or the antibody fragment is selected from polyclonal or monoclonal antibodies, humanized antibodies, Fab fragments, in particular monomeric Fab fragments, scFv fragments, synthetic and recombinant antibodies, scTCR- Chains and mixtures thereof.
Der anti-Substanz-Antikörper oder das anti-Substanz-Antikörperfragment einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist optimalerweise eine höhere Antigenbindungsaffinität auf, als der anti-Emitter-Antikörper oder das anti-Emitter-Antikö erfragment zum Emitter. Diese Affinität ist erfindungsgemäß so gewählt, daß der anti-Substanz-Antikörper oder das antiSubstanz-Antikörperfragment eine mindestens zweifach höhere Antigenbindungsaffinität aufweist, als der anti-Emitter-Antikörper oder das anti-Emitter-Antikörperfragment zum Emitter. Weiter bevorzugt ist, daß der anti-Substanz-Antikörper oder das anti-Substanz- Antikörperfragment eine mindestens zehnfach höhere Antigenbindungsaffinität aufweist, als der anti-Emitter-Antikörper oder das anti-Emitter-Antikörperfragment zum Emitter. So ist eine Bindungsaffinität der Antikörper von kleiner als 50 nM bevorzugt und weiter bevorzugt kleiner als 10 nM. Mittels der Wahl der Affinitäten kann die Empfindlichkeit des Tests opti- mal gewählt werden. Dazu ist es günstig, daß die optimale Einstellung mittels herkömmlicher Testreihen direkt ermittelt werden kann, ohne das Erfordernis von aufwendigen Abtreimschritten. Gleiches gilt für die zweite Ausführungsform des Tests der Erfindung, bei der dann eine Einstellung mittels der Menge der Komponenten vorgenommen wird.The anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment of a device of the present invention optimally has a higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter. According to the invention, this affinity is chosen such that the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has an antigen binding affinity which is at least twice as high as that of the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment for the emitter. It is further preferred that the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has at least ten times higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment for the emitter. A binding affinity of the antibodies of less than 50 nM is preferred and more preferably less than 10 nM. The sensitivity of the test can be optimally selected by choosing the affinities. For this purpose, it is favorable that the optimal setting can be determined directly by means of conventional test series, without the need for expensive removal steps. The same applies to the second embodiment of the test of the invention, in which an adjustment is then made using the amount of components.
So kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der auf der Oberfläche immobilisierte antiEmitter-Antikörper im molaren Überschuß gegenüber dem anti-Substanz-Antikörper oder gegenüber dem immobilisierten Antigen vorliegen, wobei das Verhältnis vorzugsweise von 1:2 bis 1:50 beträgt. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei der Emitter einen Farbstoff umfaßt, der mindestens ein Absorptionsmaximum und/oder Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 700 bis 1000 um, bevorzugt mindestens ein Absorptionsmaximum und Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 750 bis 900 nm aufweist. Die bathochrome Verschiebung des Farbstoffs ist so gewählt, daß die Verschiebung des Absorptions- und/oder Fluoreszenzmaximums zu höheren Wellenlängen nach Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters um einen Wert von größer 15 nm, bevorzugt größer 25 nm, und am meisten bevorzugt um ungefähr 30 nm erfolgt. Dabei muß nicht unbedingt eine Verschiebung als solche betrachtet werden, die eine Eigenschaft des Farbstoffs ist. Üblicherweise würde die Verschiebung als Veränderung eines an den Farbstoff angepaßten Emissionswertes gemessen werden, also bei einer bestimmten singulären Wellenlänge. Dafür ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt z.B. mit geeigneten optischen Mitteln zur Messung versehen, die dem Fachmann bekannt sind. Dies gilt ebenfalls für die Messung der Veränderung der Polarisationsebene, der Fluoreszenzintensität, der Phosphoreszenzintensität, der Fluoreszenzlebensdauer und einer bathochromen Verschiebung des Absorptionsmaximums und/oder des Fluoreszenzmaximums.Thus, in the device according to the invention, the anti-emitter antibody immobilized on the surface can be present in a molar excess over the anti-substance antibody or over the immobilized antigen, the ratio preferably being from 1: 2 to 1:50. A further aspect of the present invention relates to a device according to the invention, the emitter comprising a dye which has at least one absorption maximum and / or fluorescence maximum within the spectral range from 700 to 1000 μm, preferably at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 750 to 900 nm , The bathochromic shift of the dye is chosen such that the shift of the absorption and / or fluorescence maximum to higher wavelengths after interaction with the means for recognizing the emitter is greater than 15 nm, preferably greater than 25 nm, and most preferably approximately 30 nm takes place. A shift that is a property of the dye need not necessarily be considered as such. Usually, the shift would be measured as a change in an emission value adapted to the dye, that is to say at a certain singular wavelength. For this purpose, the device according to the invention is preferably provided, for example, with suitable optical means for measurement which are known to the person skilled in the art. This also applies to the measurement of the change in the polarization plane, the fluorescence intensity, the phosphorescence intensity, the fluorescence lifetime and a bathochromic shift in the absorption maximum and / or the fluorescence maximum.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es bevorzugt, daß der verwendete Emitter einen Farbstoff umfaßt, der ausgewählt ist aus der Gruppe von Polymethinfarbstoffen, wie Dicarbo- cyanin-, Tricarbocyanin-, Indotricarbocyanin-, Merocyanin-, Styryl-, Squarilium- und Oxo- nolfarbstoffen und Rhodaminfarbstoffen, Phenoxazin- oder Phenothiazinfarbstoffen. Allgemein kann der Emitter des Substanz-Emitter-Konjugats der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Cyaninfarbstoff der allgemeinen Formel (I)For the device according to the invention it is preferred that the emitter used comprises a dye which is selected from the group of polymethine dyes, such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, indotricarbocyanine, merocyanine, styryl, squarilium and oxonol dyes and Rhodamine dyes, phenoxazine or phenothiazine dyes. In general, the emitter of the substance-emitter conjugate of the device according to the invention can be a cyanine dye of the general formula (I)
umfassen, in der D für einen Rest (II) oder (III) in which D represents a radical (II) or (III)
steht, wobei die mit dem Stern markierte Position die Verknüpfungsstelle mit dem Rest B bedeutet und für die Gruppe (IV), (V), (VI), (VII) oder (VIII)stands, the position marked with the asterisk being the point of attachment to the radical B and for group (IV), (V), (VI), (VII) or (VIII)
(VIII) (VIII)
stehen kann, in denen R1 und R2 unabhängig voneinander eine Ci-C4-Sulfoalkylkette, eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder geradekettige d-Cso-Alkylkette darstellt, die gegebenenfalls mit von 0 bis 15 Sauerstoffatomen und/oder von 0 bis 3 Carbonylgruppen unterbrochen ist und/oder mit 0 bis 5 Hydroxygruppen substituiert sein kann, bedeutet, R3 und R4 unabhängig voneinander für die Gruppe -COOE1, -CONE!E2 5 -NHCOE1, -NHCONHE1, - NE^2, -OE1, -OSOsE1, -SO3E1, -SO2NHE1 oder -E1 stehen, wobei E1 und E2 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine CrC-i-Sulfoalkylkette, eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder geradekettige Ci-Cso-Alkylkette darstellt, die gegebenenfalls von 0 bis 15 Sauer Stoffatomen und/oder von 0 bis 3 Carbonylgruppen unterbrochen ist und/oder mit 0 bis 5 Hydroxygruppen substituiert ist, R5 für ein Wasserstoffatom, eine Methyl-, Ethyl- oder Pro- pylgruppe oder ein Fluor- Chlor, Brom- oder Jodatom steht, b die Zahl 2 oder 3 bedeutet, und X und y unabhängig voneinander für O, S, =C(CH3)2 oder-(CH=CH)- stehen, sowie Salze und Solvate dieser Verbindungen. Überraschenderweise konnte gefunden werden, daß nach hochaffiner Bindung eines Antikörpers an einen Cyaninfarbstoff mit Absorption und Fluoreszenz im nahinfraroten Spektralbereich (> 750 nm) eine Verschiebung des Absorptionsmaximums und Fluoreszenzmaximums um ca. 30 nm zu höheren Wellenlängen erfolgte (bathochrome Verschiebung). Unter Ausnutzung dieses Prinzips ist es somit zum Beispiel möglich, über einen großen Konzentrationsbereich ein Signal aus einer Vollblutprobe direkt und spektral getrennt zu detektieren, wobei sich das Signal linear zur Konzentration der zu bestimmenden Substanz verhält.may be in which R 1 and R 2 independently represent a Ci-C 4 sulfoalkyl chain, a saturated or unsaturated, branched or straight-chain d-Cso-alkyl chain, optionally with from 0 to 15 oxygen atoms and / or from 0 to 3 Carbonyl groups is interrupted and / or can be substituted with 0 to 5 hydroxyl groups, means R 3 and R 4 independently of one another for the group -COOE 1 , -CONE ! E 2 5 -NHCOE 1 , -NHCONHE 1 , - NE ^ 2 , -OE 1 , -OSOsE 1 , -SO 3 E 1 , -SO 2 NHE 1 or -E 1 , where E 1 and E 2 are independent of each other Hydrogen atom, a CrC-i-sulfoalkyl chain, a saturated or unsaturated, branched or straight-chain Ci-Cso-alkyl chain, which is optionally interrupted by 0 to 15 acidic atoms and / or by 0 to 3 carbonyl groups and / or with 0 to 5 hydroxyl groups is substituted, R 5 represents a hydrogen atom, a methyl, ethyl or propyl group or a fluorine, chlorine, bromine or iodine atom, b represents the number 2 or 3, and X and y independently of one another represent O, S, = C (CH 3 ) 2 or - (CH = CH) -, and salts and solvates of these compounds. Surprisingly, it was found that after high-affinity binding of an antibody to a cyanine dye with absorption and fluorescence in the near infrared spectral range (> 750 nm), the absorption maximum and fluorescence maximum were shifted by approximately 30 nm to higher wavelengths (bathochromic shift). Using this principle, it is thus possible, for example, to detect a signal from a whole blood sample directly and spectrally separated over a large concentration range, the signal being linear with the concentration of the substance to be determined.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden als Substanz-Emitter-Konjugate solche der allgemeinen FormelIn the context of the present invention, those of the general formula are used as substance-emitter conjugates
S-ES-E
verwendet, worin S für eine zu untersuchende Substanz und E für einen Emitter steht, der einen Teil umfaßt, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert. Als struktureller Bestandteil der erfindungsgemäßen Konjugate eignen sich u.a. Farbstoffe, die mindestens ein Absorptionsmaximum und Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 600 bis 1200 nm besitzen. Bevorzugt sind dabei Farbstoffe mit mindestens ein Absorptionsmaximum und Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 700 bis 1000 nm besitzen. Farbstoffe, die diese Kriterien erfüllen, sind beispielsweise solche aus folgenden Klassen: Poly- methinfarbstoffe, wie Dicarbocyanin-, Tricarbocyanin-, Merocyanin- und Oxonolfarbstoffe, Rhodaminfarbstoffe, Phenoxazin- oder Phenothiazinfarbstoffe, Tetrapyrrolfarbstoffe, insbe- sondere Benzoporphyrine, Chlorine, Bacteriochlorine, Pheophorbide, Bacteriopheophorbide, Purpurine und Phthalocyanine.used, wherein S stands for a substance to be investigated and E for an emitter which comprises a part which reacts to an interaction with the means for detecting the emitter with a change in the emission properties. Suitable structural components of the conjugates according to the invention include Dyes which have at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 600 to 1200 nm. Dyes with at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 700 to 1000 nm are preferred. Dyes that meet these criteria are, for example, those from the following classes: polymethine dyes, such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, merocyanine and oxonol dyes, rhodamine dyes, phenoxazine or phenothiazine dyes, tetrapyrrole dyes, in particular benzoporphyrins, chlorines, bacteriochlorides, pheophores Bacteriopheophorbide, Purpurine and Phthalocyanine.
Bevorzugte Farbstoffe sind die Cyaninfarbstoffe mit Absorptionsmaxima zwischen 750 und 900 nm, mit besonderem Vorteil Indotricarbocyanine. Struktureller Bestandteil der erfin- dungsgemäßen Konjugate sind auch die Substanzen, deren Konzentrationsbestimmung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen soll.Preferred dyes are the cyanine dyes with absorption maxima between 750 and 900 nm, with particular advantage indotricarbocyanines. Structural components of the conjugates according to the invention are also the substances whose concentration is to be determined using the method according to the invention.
Diese sind beispielsweise ausgewählt aus Antigenen, wie Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren, Oligonukleotiden, Blutkomponenten, Serumkomponenten, Lipiden, Pharmaka und Verbin- düngen niederen Molekulargewichts, insbesondere Zuckern, Farbstoffen oder anderen Verbindungen mit einem Molekulargewicht von unter 500 Dalton.These are selected, for example, from antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds fertilize low molecular weight, especially sugars, dyes or other compounds with a molecular weight of less than 500 daltons.
Analog dazu werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden als Substanz- erkennendes Mittel-Emitter-Konjugate solche der allgemeinen FormelAnalogously, within the scope of the present invention, the substance-recognizing agent-emitter conjugates are those of the general formula
SEM-ESEM-E
verwendet, worin SEM für ein zu untersuchendes Substanz-erkennendes Mittel und E für ei- nen Emitter steht, der einen Teil umfaßt, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert. Als struktureller Bestandteil der erfindungsgemäßen Konjugate eignen sich u.a. Farbstoffe, die mindestens ein Absorptionsmaximum und Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 600 bis 1200 nm besitzen. Bevorzugt sind dabei Farbstoffe mit mindestens ein Ab- sorptionsmaximum und Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 700 bis 1000 nm besitzen. Farbstoffe, die diese Kriterien erfüllen, sind beispielsweise solche aus folgenden Klassen: Polymethinfarbstoffe, wie Dicarbocyanin-, Tricarbocyanin-, Merocyanin- und Oxonolfarbstoffe, Rhodaminfarbstoffe, Phenoxazin- oder Phenothiazinfarbstoffe, Tetra- pyrrolfarbstoffe, insbesondere Benzoporphyrine, Chlorine, Bacteriochlorine, Pheophorbide, Bacteriopheophorbide, Purpurine und Phthalocyanine.used, in which SEM stands for a substance-recognizing agent to be investigated and E for an emitter which comprises a part which reacts to an interaction with the means for recognizing the emitter with a change in the emission properties. Suitable structural components of the conjugates according to the invention include Dyes which have at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 600 to 1200 nm. Dyes with at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 700 to 1000 nm are preferred. Dyes that meet these criteria are, for example, those from the following classes: polymethine dyes, such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, merocyanine and oxonol dyes, rhodamine dyes, phenoxazine or phenothiazine dyes, tetra pyrrole dyes, in particular benzoporphyrins, chlorines, bacteriochlorins, pheophorbide, bacterophorbides, Purpurins and phthalocyanines.
Bevorzugte Farbstoffe sind die Cyaninfarbstoffe mit Absorptionsmaxima zwischen 750 und 900 nm, mit besonderem Vorteil Indotricarbocyanine. Struktureller Bestandteil der erfindungsgemäßen Konjugate sind auch die Substanz-erkennenden Mittel, deren Konzentrations- bestimmung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen soll.Preferred dyes are the cyanine dyes with absorption maxima between 750 and 900 nm, with particular advantage indotricarbocyanines. The structural components of the conjugates according to the invention are also the substance-recognizing agents, the concentration of which is to be determined by means of the method according to the invention.
Diese sind beispielsweise ausgewählt aus Peptiden, Proteinen, Oligonukleotiden und insbesondere Antikörpern oder Antikörperfragmenten.These are selected, for example, from peptides, proteins, oligonucleotides and in particular antibodies or antibody fragments.
Die Farbstoffe enthalten Strukturelemente, über welche die kovalente Kopplung an die Sub- stanzstrukuren oder die Substanz-erkennenden Strukturen erfolgt. Dieses sind z. B. Linker mit Carboxygruppen, Aminogruppen, Hydroxygruppen. Im Falle einer Antigen-Antikörper- Bindung weist das Konjugat aus der zu untersuchenden Substanz und dem Emitter eine Bindungsaffinität einerseits zu dem Antikörper gegen die zu untersuchende Substanz und ande- rerseits zu dem Antikörper gegen den Emitter-Teil (z.B. Fluorophor) auf. Nach Bindung des Anti-Fluorophor-Antikörpers an das Fluorophor erfolgt eine Verschiebung des Absorptionsund/oder Fluoreszenzmaximums. Bevorzugt erfolgt in diesem Fall eine Verschiebung des Absorptions- und Fluoreszenzmaximums zu höheren Wellenlängen um einen Wert größer 15 nm. Besonders bevorzugt ist dieser Wert größer 25 nm.The dyes contain structural elements via which the covalent coupling to the substance structures or the substance-recognizing structures takes place. These are e.g. B. Linkers with carboxy groups, amino groups, hydroxy groups. In the case of an antigen-antibody binding, the conjugate of the substance to be examined and the emitter has a binding affinity on the one hand to the antibody against the substance to be examined and on the other hand to the antibody against the emitter part (eg fluorophore). After the anti-fluorophore antibody has bound to the fluorophore, the absorption and / or fluorescence maximum is shifted. In this case, the absorption and fluorescence maximum is preferably shifted to higher wavelengths by a value greater than 15 nm. This value is particularly preferably greater than 25 nm.
In einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen die Mittel und/oder das Antigen (Substanz) direkt oder indirekt auf einer Oberfläche statistisch zufällig oder gerichtet immobilisiert vor. Unter „indirekter" Immobilisierung wird hier die Kopplung der Mittel über einen geeigneten „Linker" verstanden. Solche Linker sind z.B. in der Technik der biologischen „Chips" breit verwendet und sind dem Fachmann gut bekannt. Die generelle Funktion des Linkers ist die Fixierung und optionale genaue Positionierung der Mittel auf der Oberfläche. Die Fixierung kann dabei kovalent oder nicht kovalent erfolgen. Üblicherweise ist der Linker an der Bindung zwischen der nachzuweisenden Substanz und dem immobilisierten Mittel nicht beteiligt. Beispiele für Linker reichen von z.B. PNA-Oligomeren, Silan-haltigen Gruppen und Succinimid-Gruppen bis zu Gruppen, die Peptidbindungen ausbilden. Die „direkte" Immobilisierung auf der Oberfläche erfolgt ohne weitere Zwischengruppen, zum Beispiel durch eine aktivierte endständige Gruppe des Mittels. Solche chemischen aktivierten Gruppen sind dem Fachmann ebenfalls gut bekannt. Mittels der vorstehend genannten immo- bilisierenden Gruppen kann die Verteilung der Mittel auf der Oberfläche statistisch zufällig oder gerichtet erfolgen. Die gerichtete Immobilisierung erlaubt zum Beispiel die Aufbringung von verschiedenen Nachweismitteln auf eine Oberfläche und somit z.B. die Herstellung einer Oberfläche, die für mehrere Tests gleichzeitig geeignet sein kann.In a further aspect of the device according to the invention, the agents and / or the antigen (substance) are present directly or indirectly on a surface, randomly or randomly immobilized. "Indirect" immobilization is understood here to mean the coupling of the means via a suitable "linker". Such linkers are e.g. widely used in the art of biological "chips" and are well known to the person skilled in the art. The general function of the linker is the fixation and optional exact positioning of the agents on the surface. The fixation can take place covalently or non-covalently. Usually the linker is on The link between the substance to be detected and the immobilized agent is not involved.Examples of linkers range from, for example, PNA oligomers, silane-containing groups and succinimide groups to groups which form peptide bonds. The "direct" immobilization on the surface takes place without further ado Intermediate groups, for example by an activated terminal group of the agent. Such chemically activated groups are also well known to those skilled in the art. By means of the above-mentioned immobilizing groups, the distribution of the agents on the surface can be statistically random or directed. Directional immobilization allows, for example, the application of various means of detection to a surface and thus e.g. the production of a surface that can be suitable for several tests at the same time.
Erfindungsgemäß umfaßt die Vorrichtung eine Membran, Kugel (Perle oder „Bead") oder feste ebene Oberfläche, wobei diese Träger aus Nylon, Cellulose und deren Derivaten, Harzmatrizes, Silizium, Glas, Polystyrol, Aluminium, Stahl, Eisen, Kupfer, Nickel, Silber oder Gold bestehen können. Dies sind herkömmliche Materialien für solche Oberflächen, die leicht herzustellen sind.According to the invention, the device comprises a membrane, ball (pearl or "bead") or solid flat surface, these supports made of nylon, cellulose and their derivatives, resin matrices, silicon, glass, polystyrene, aluminum, steel, iron, copper, nickel, silver or gold, which are conventional materials for such surfaces that are easy to manufacture.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft dann ein Verfahren zur direkten quantitativen in vt'tro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz (3), umfassend die Schritte von, a) zur Verfügung stellen einer Vorrichtung (1), umfassend, i) auf einer Oberfläche (6) immobilisierte Mittel zur Substanz-Erkennung (5), ii) freies Substanz-Emitter- Konjugat (2), und iii) auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Erkennung des Emitters (4), wobei der verwendete Emitter einen Teil umfaßt, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert, b) in Kontakt bringen der Vorrichtung mit einer Probe, die eine zu quantifizierende Substanz enthält, und c) Messen der Veränderung der Emissionseigenschaften des Emitters.Another aspect of the present invention then relates to a method for the direct quantitative in vt 'tro-determination of a substance contained in a sample (3), comprising the steps of, a) providing a device (1) comprising, i) a surface (6) immobilized agent for substance detection (5), ii) free substance emitter Conjugate (2), and iii) immobilization means for detecting the emitter (4) immobilized on a surface, the emitter used comprising a part which reacts to an interaction with the means for recognizing the emitter with a change in the emission properties, b) in Contacting the device with a sample containing a substance to be quantified and c) measuring the change in the emission properties of the emitter.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft dann ein Verfahren zur direkten quantitativen in v trσ-Bestimmung eines in der Probe vorhandenen Substanz-erkennenden Mittels, umfassend die Schritte von, a) zur Verfügung stellen einer Vorrichtung (10), umfas- send, i) auf einer Oberfläche (16) immobilisierte Substanz (15), ii) freies Substanzerkennendes Mittel-Emitter-Konjugat (12), und iii) auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Erkennung des Emitters (14), wobei der verwendete Emitter einen Teil umfaßt, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert, b) in Kontakt bringen der Vorrichtung mit einer Probe, die eine zu quantifizierende Substanz oder ein Substanz-erkennendes Mittel enthält, und c) Messen der Veränderung der Emissionseigenschaften des Emitters. Bevorzugterweise umfaßt auch hier die Vorrichtung weiterhin Mittel zur Messung der Veränderung der Emissionseigenschaften des Emitters.A further aspect of the present invention then relates to a method for the direct quantitative determination in v trσ of a substance-recognizing agent present in the sample, comprising the steps of, a) providing a device (10), comprising, i) on a surface (16) immobilized substance (15), ii) free substance-recognizing agent-emitter conjugate (12), and iii) on a surface immobilized agent for recognizing the emitter (14), the emitter used comprising a part which responding to an interaction with the emitter detection means with a change in emission properties, b) contacting the device with a sample containing a substance to be quantified or a substance-detecting agent, and c) measuring the change in emission properties of the emitter. Here too, the device preferably further comprises means for measuring the change in the emission properties of the emitter.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur quantitativen in vztro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz, das weiterhin ein d) Quantifizieren der in der Probe enthaltenen Substanz oder des Substanz-erkennenden Mittels mittels der gemessenen Veränderung der Emissionseigenschaften des Emitters umfaßt.A method according to the invention for quantitative in-vitro determination of a substance contained in a sample is preferred, which further comprises d) quantifying the substance contained in the sample or the substance-recognizing agent by means of the measured change in the emission properties of the emitter.
Das erfindungsgemäße Meßverfahren beruht in einer bevorzugten Ausführungsform (siehe Figur 1) auf der Verwendung eines Konjugats (2) bestehend aus der zu bestimmenden Substanz und einem Emitter (insbesondere Fluorophor) in Kombination mit zwei Antikörpern (4, 5), wobei der eine Antikörper die zu bestimmende Substanz als Antigen bindet (AntiSubstanz-Antikörper, 5) und der andere Antikörper den Emitter als Antigen bindet (Anti- Emitter-Antikörper, 4). Das erfindungsgemäße Konjugat (2) aus der zu bestimmenden Substanz und dem Emitter konkurriert mit der zu bestimmenden freien Substanz (3) in der Probe um die Bindungsstellen des Substanz-bindenden Antikörpers (5). Je höher der Gehalt der zu bestimmenden Substanz (3) in der Untersuchungsprobe ist, desto stärker wird das Konjugat (2) aus der Antigenbindungsstelle des Anti-Substanz-Antikörpers verdrängt und bindet in steigender Konzentration am Anti-Emitter-Antikörper (4) (siehe Figur 1). Der Anti-Emitter- Antikörper (5) zeichnet sich dadurch aus, daß sich durch die Bindung des Emitters in die An- tigenbindungstasche des Antikörpers die spektralen Eigenschaften des Emitters charakteristisch verändern. Hierdurch wird es möglich, den Anteil des Substanz-Emitter-Konjugates (2), der am Anti-Emitter- Antikörper (4) gebunden ist, unter Ausnutzung der spektralen Differenz vom Anteil, der am Anti-Substanz-Antikörper (5) gebunden ist, getrennt zu bestimmen.In a preferred embodiment (see FIG. 1), the measurement method according to the invention is based on the use of a conjugate (2) consisting of the substance to be determined and an emitter (in particular fluorophore) in combination with two antibodies (4, 5), one of which is the antibody substance to be determined binds as antigen (anti-substance antibody, 5) and the other antibody binds the emitter as antigen (anti-emitter antibody, 4). The conjugate (2) according to the invention from the substance to be determined and the emitter competes with the free substance (3) to be determined in the sample for the binding sites of the substance-binding antibody (5). The higher the content of the substance (3) to be determined in the test sample, the more the conjugate (2) is displaced from the antigen binding site of the anti-substance antibody and binds in increasing concentration on the anti-emitter antibody (4) (see FIG. 1). The anti-emitter antibody (5) is characterized in that the spectral properties of the emitter change characteristically due to the binding of the emitter in the antigen binding pocket of the antibody. This makes it possible to determine the proportion of the substance-emitter conjugate (2) which is bound to the anti-emitter antibody (4), using the spectral difference from the proportion which is bound to the anti-substance antibody (5) to determine separately.
Das Substanz-Emitter-Konjugat (2) kompetitiert mit der zu untersuchenden Substanz (3) um die Bindungsstellen an dem Antikörper, der gegen die zu untersuchende Substanz gerichtet ist (5). Steigende Konzentrationen der zu untersuchenden Substanz (3) in der Untersuchungsprobe verschieben die Bindung des Konjugates in Richtung des Antikörpers (4), der gegen den Emitter gerichtet ist.The substance-emitter conjugate (2) competes with the substance to be examined (3) for the binding sites on the antibody which is directed against the substance to be examined (5). Increasing concentrations of the substance to be examined (3) in the test sample shift the binding of the conjugate towards the antibody (4), which is directed against the emitter.
Das erfindungsgemäße Meßverfahren beruht in einer anderen bevorzugten Ausführungsform (siehe Figur 2) auf der Verwendung eines Konjugats (12) bestehend aus einem bestimmten Substanz-erkennenden Mittel, z.B. einem Antikörper, und einem Emitter (insbesondere Fluorophor) in Kombination mit einem Antikörper und Antigen (13, 14), wobei das Antigen die bestimmte Substanz, z.B. Antikörper, bindet (Anti-Substanz- Antikörper, 13) und der Antikörper den Emitter als Antigen bindet (Anti-Emitter-Antikörper, 14). Das Konjugat aus dem Substanz-erkennenden Mittel und dem Emitter konkurriert mit dem zu bestimmenden freien Antikörper (13) in der Probe um die immobilisierte Substanz (15). Je höher der Gehalt des zu bestimmenden Substanz-erkennenden Mittels, z.B. Antikörpers (13) in der Untersuchungsprobe ist, desto stärker wird das Konjugat aus der Antigenbindungsstelle des Anti-Substanz- Antikörpers (13) verdrängt und bindet in steigender Konzentration am Anti-Emitters- Antikörper (14) (Figur 2). Der Anti-Emitter- Antikörper (14) zeichnet sich dadurch aus, daß sich durch die Bindung des Emitters in die Antigenbindungstasche des Antikörpers die spektralen Eigenschaften des Emitters charakteristisch verändern. Hierdurch wird es möglich, den Anteil des Substanz-erkennenden Mittel (z.B. Antikörper)-Emitters-Konjugates (12), der am Anti-Emitter- Antikörper (14) gebunden ist, unter Ausnutzung der spektralen Differenz vom Anteil, der an der Substanz (15) gebunden ist, getrennt zu bestimmen.In another preferred embodiment (see FIG. 2), the measuring method according to the invention is based on the use of a conjugate (12) consisting of a certain substance-recognizing agent, e.g. an antibody, and an emitter (especially fluorophore) in combination with an antibody and antigen (13, 14), the antigen being the particular substance, e.g. Antibody binds (anti-substance antibody, 13) and the antibody binds the emitter as an antigen (anti-emitter antibody, 14). The conjugate of the substance-recognizing agent and the emitter competes with the free antibody (13) to be determined in the sample for the immobilized substance (15). The higher the content of the substance-recognizing agent to be determined, e.g. Antibody (13) in the test sample, the more the conjugate is displaced from the antigen binding site of the anti-substance antibody (13) and binds to the anti-emitter antibody (14) in increasing concentration (FIG. 2). The anti-emitter antibody (14) is characterized in that the spectral properties of the emitter change characteristically due to the binding of the emitter in the antigen-binding pocket of the antibody. This makes it possible to determine the proportion of the substance-recognizing agent (for example antibody) -emitter conjugate (12) which is bound to the anti-emitter antibody (14), using the spectral difference from the proportion which is in the substance ( 15) is bound to determine separately.
Das Substanz-erkennende-Mittel-Emitter-Konjugat (12) kompetitiert mit dem zu untersuchenden Substanz-erkennenden-Mittel (13) um die Bindungsstellen an der Substanz (5). Steigende Konzentrationen des zu untersuchenden Substanz-erkennenden-Mittels (13) in der Un- tersuchungsprobe verschieben die Bindung des Konjugates in Richtung des Antikörpers (14), der gegen den Emitter gerichtet ist.The substance-recognizing-agent-emitter conjugate (12) competes with the substance-recognizing-agent to be examined (13) for the binding sites on the substance (5). Rising concentrations of the substance-recognizing agent to be examined (13) in the test sample shift the binding of the conjugate towards the antibody (14), which is directed against the emitter.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Verfahren, wobei die zu bestimmende Substanz ausge- wählt ist aus Antigenen, wie Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren, Oligonukleotiden, Blutkomponenten, Serumkomponenten, Lipiden, Pharmaka und Verbindungen niederen Molekulargewichts, insbesondere Zuckern, Farbstoffen oder anderen Verbindungen mit einem Molekulargewicht von unter 500 Dalton. Die Substanz-erkennenden Mittel sind beispielsweise ausgewählt aus Peptiden, Proteinen, Oligonukleotiden und insbesondere Antikörpern oder Anti- körperfragmenten.A method according to the invention is preferred, the substance to be determined being selected from antigens, such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight, in particular sugars, dyes or other compounds with a molecular weight of below 500 daltons. The substance-recognizing agents are selected, for example, from peptides, proteins, oligonucleotides and in particular antibodies or antibody fragments.
Weiter bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Veränderung der Emissionseigenschaften des Teils des Emitters ausgewählt ist aus einer Veränderung der Polarisationsebene, der Fluoreszenzintensität, der Phosphoreszenzintensität, der Fluoreszenzlebensdau- er und einer bathochromen Verschiebung des Absorptionsmaximums und/oder des Fluoreszenzmaximums. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese speziellen Phänomene beschränkt, der Begriff „Veränderung der Emissionseigenschaften" im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll alle physikalischen Phänomene oder Effekte umfassen, bei dem die auf den Emitter treffende energiereiche Strahlung in ihrer Eigenschaft verändert wird und diese Veränderung dabei von der Bindung/nicht-Bindung des Substanz-Emitter-Konjugats oder Substanzerkennendes Mittel-Emitter-Konjugat mit seinem Emitter-Bindungspartner und der Substanz quantitativ abhängig ist. In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Substanz zum Beispiel ein Peptid, Protein, Oligonukleotid und insbesondere ein Antikörper oder ein Antikörperfragment.A method according to the invention is further preferred, the change in the emission properties of the part of the emitter being selected from a change in the polarization plane, the fluorescence intensity, the phosphorescence intensity, the fluorescence lifespan and a bathochromic shift in the absorption maximum and / or the fluorescence maximum. However, the invention is not restricted to these special phenomena; the term “change in emission properties” in the context of the present invention is intended to encompass all physical phenomena or effects in which the energy-rich radiation striking the emitter is changed in its properties and this change is thereby changed by the binding / non-binding of the substance-emitter conjugate or substance-recognizing agent-emitter conjugate with its emitter binding partner and the substance is quantitatively dependent In one embodiment of the device according to the invention the substance is for example a peptide, protein, oligonucleotide and in particular an antibody or an antibody fragment.
Im Falle einer optischen Messung kann diese in unterschiedlicher Weise erfolgen und richtet sich hauptsächlich nach der Art der charakteristischen Veränderung der spektralen Eigenschaften des Emitters (z.B. Fluorophors). Generell bevorzugt ist eine Erfassung der Verschiebung der Absorptionswellenlänge und Emissionswellenlänge oder die Messung der Absorpti- on und / oder Fluoreszenzintensität bei einer Wellenlänge, die zum größten Teil den am Antikörper gebundenen Anteil des Emitters erfaßt. Je nach Veränderung der spektralen Eigenschaften des antikörpergebundenen Emitters können auch andere Eigenschaften, wie z. B. die Photonenlebensdauer, die Polarisation und das Ausbleichverhalten zur optischen Messung verwendet werden. Der besondere Vorteil von Fluorophoren im spektralen Bereich des nahinfraroten Lichtes liegt in der geringen Überdeckung durch Bestandteile des Blutes. Hierdurch wird eine Tiefen- eindringung ermöglicht, ohne daß das zu detektierende Signal unverhältnismäßig stark verän- dert wird.In the case of an optical measurement, this can be done in different ways and depends mainly on the type of characteristic change in the spectral properties of the emitter (eg fluorophore). It is generally preferred to detect the shift in the absorption wavelength and emission wavelength or to measure the absorption and / or fluorescence intensity at a wavelength which for the most part detects the portion of the emitter bound to the antibody. Depending on the change in the spectral properties of the antibody-bound emitter, other properties, such as. B. the photon lifetime, the polarization and the fading behavior can be used for optical measurement. The particular advantage of fluorophores in the spectral range of near-infrared light lies in the low coverage by components of the blood. This enables deep penetration without the signal to be detected being disproportionately changed.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren wobei als die Substanz-erkennenden Mittel Peptide, Proteine und insbesondere Antikörper oder Antikörperfragmente mit der Probe in Kontakt gebracht werden. In einem besonders bevorzugten Aspekt des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Antikörper oder das Antikörperfragment ausgewählt aus po- lyklonalen oder monoklonalen Antikörpern, humanisierten Antikörpern, Fab-Fragmenten, insbesondere monomeren Fab-Fragmenten, scFv-Fragmenten, synthetischen und rekombinan- ten Antikörpern, scTCR-Ketten und Gemischen davon.A method according to the invention is preferred in which peptides, proteins and in particular antibodies or antibody fragments are brought into contact with the sample as the substance-recognizing agent. In a particularly preferred aspect of the method according to the present invention, the antibody or the antibody fragment is selected from polyclonal or monoclonal antibodies, humanized antibodies, Fab fragments, in particular monomeric Fab fragments, scFv fragments, synthetic and recombinant antibodies, scTCR chains and mixtures thereof.
Die eingesetzten Antikörper können bivalente Gesamt-lmmunglobuline sein, bevorzugt werden jedoch monomere Fab-Fragmente im Testsystem eingesetzt. Nach Blockierung freier Bindungsstellen an der Festphase wird das System bei konstanter Substanz- Fluorophorkonzentration bei sättigender Konzentration und steigender Substanzkonzentration geeicht. Die zu bestimmende Probe wird entweder verdünnt, vorzugsweise aber unverdünnt zur Messung eingesetzt.The antibodies used can be bivalent total immunoglobulins, but monomeric Fab fragments are preferably used in the test system. After blocking free binding sites on the solid phase, the system is calibrated with a constant substance fluorophore concentration with a saturating concentration and increasing substance concentration. The sample to be determined is either diluted, but preferably used undiluted for the measurement.
Antikörper, die gegen zu untersuchende Substanzen gerichtet sind (Anti-Substanz- Antikörper), sind bereits bekannt. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Anti-Substanzantikörper mit einer hohen Affinität zur Substanz. Simeonov A. et al. beschreiben in Science 2000, 290, 307-313 Antikörper gegen Stilbene („Blue-fluorescent antibodies"). Die Antikörper katalysieren spezifisch photochemische Isomerierungsvorgänge und fuhren zu rotverschobenen Ab- sorptions- und Fluoreszenzmaxima im UV-VIS Spektralbereich (Absorptionsverschiebung maximal 12 nm, Fluoreszenzverschiebung 22 nm). Simeonov A. et al. geben keinerlei Hinweis auf eine Rotverschiebung unter Erhalt der Fluoreszenzquantenausbeute bei Cyaninfarb- Stoffen im Wellenlängenbereich von 600-1200 nm.Antibodies which are directed against substances to be examined (anti-substance antibodies) are already known. Anti-substance antibodies with a high affinity for the substance are preferred according to the invention. Simeonov A. et al. describe antibodies against stilbenes ("blue-fluorescent antibodies") in Science 2000, 290, 307-313. The antibodies catalyze specifically photochemical isomerization processes and lead to red-shifted absorption and fluorescence maxima in the UV-VIS spectral range (absorption shift maximum 12 nm, fluorescence shift 22 nm) Simeonov A. et al. Give no indication of a red shift while preserving the fluorescence quantum yield for cyanine dyes in the wavelength range from 600-1200 nm.
Watt R. M. et al. (Immunochemistry 1977, 14, 533-541) beschreiben die spektralen Eigenschaften des bereits bekannten anti-Fluorescein-Antikörperkonstrukts. Der Antikörper bewirkt nach Bindung des Fluoresceins eine Verschiebung des Absorptions- und Fluoreszenzmaxi- murns im sichtbaren Spektralbereich, jedoch nur um 12 nm bzw. 5 nm. Zusätzlich erfolgt eine starke Verringerung der Fluoreszenzquantenausbeute (um ca. 90%). Die Rotverschiebungen der erfindungsgemäß verwendeten Antikörper-Farbstoff-Konstrukte betragen > 15 nm im NIR Spektralbereich unter Erhalt der Fluoreszenzquantenausbeute.Watt RM et al. (Immunochemistry 1977, 14, 533-541) describe the spectral properties of the already known anti-fluorescein antibody construct. After binding of the fluorescein, the antibody causes a shift in the absorption and fluorescence max murns in the visible spectral range, but only around 12 nm or 5 nm. In addition, the fluorescence quantum yield is greatly reduced (by approx. 90%). The red shifts of the antibody-dye constructs used according to the invention are> 15 nm in the NIR spectral range while maintaining the fluorescence quantum yield.
Rozinov M. N. et al. (Chem. Biol 1998, 5, 713-728) beschreiben zuletzt die Selektion 12- merer Peptide aus Phagenbibliotheken, die die Farbstoffe Texas Red, Rhodamine Red, Oregon Green 514 und Fluorescein binden. Für Texas Red wurde eine Rotverschiebung der Absorption und Fluoreszenz beobachtet, jedoch nur um 2.8 nm bzw. 1.4 nm. Rozinov et al. schlagen jedoch nicht vor, daß Antikörper gegen Cyaninfarbstoffe zu größeren Verschiebungen bei Erhalt der Fluoreszenzquantenausbeute führen und daher für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind.Rozinov M.N. et al. (Chem. Biol 1998, 5, 713-728) recently describe the selection of 12-mer peptides from phage libraries which bind the dyes Texas Red, Rhodamine Red, Oregon Green 514 and fluorescein. A red shift in absorption and fluorescence was observed for Texas Red, but only around 2.8 nm and 1.4 nm, respectively. Rozinov et al. do not, however, suggest that antibodies against cyanine dyes lead to larger shifts in the preservation of the fluorescence quantum yield and are therefore suitable for the process according to the invention.
Dem Fachmann sind darüber hinaus auch bereits Antikörper gegen Fluorophore bekannt, die in der Lage sind, nach Bindung des Fluorophors dessen spektrale Eigenschaften im UV- Bereich zu verändern. Durch Bindung eines Fluorophors in die Antigenbindungstasche eines Antikörpers können vor allem die Fluoreszenzintensität, das Absorptionsmaximum, das Emissionsmaximum, und die Photonenlebensdauer verändert werden [Simeonov A., et al., Science (2000) 307-313]. Diese bekannten Antikörper sind jedoch gegen Emitter (Fluoropho- re) gerichtet, die ihre Absorption und Fluoreszenzemission im sichtbaren und UV-Bereich des Lichts haben.In addition, the person skilled in the art is also already aware of antibodies against fluorophores which are capable of changing its spectral properties in the UV range after binding the fluorophore. By binding a fluorophore in the antigen binding pocket of an antibody, the fluorescence intensity, the absorption maximum, the emission maximum, and the photon lifetime can be changed [Simeonov A., et al., Science (2000) 307-313]. However, these known antibodies are directed against emitters (fluorophores), which have their absorption and fluorescence emission in the visible and UV range of light.
Der anti-Substanz-Antikörper oder das anti-Substanz-Antikörperfragment im Verfahren der vorliegenden Erfindung weist optimalerweise eine höhere Antigenbindungsaffinität auf, als der anti-Emitter-Antikörper oder das anti-Emitter-Antiköφerfragment zum Emitter. Diese Affinität ist erfindungsgemäß so gewählt, daß der anti-Substanz-Antikörper oder das anti- Substanz-Antikörperfragment eine mindestens zweifach höhere Antigenbindungsaffinität aufweist, als der anti-Emitter-Antikörper oder das anti-Emitter-Antikörperfragment zum Emitter. Weiter bevorzugt ist, daß der anti-Substanz-Antikörper oder das anti-Substanz- Antikörperfragment eine mindestens zehnfach höhere Antigenbindungsaffinität aufweist, als der anti-Emitter-Antikörper oder das anti-Emitter-Antiköφerfragment zum Emitter. So ist eine Bindungsaffinität der Antiköφer von kleiner als 50 nM bevorzugt und weiter bevorzugt kleiner als 10 nM. Mittels der Wahl der Affinitäten kann die Empfindlichkeit des Tests optimal gewählt werden. Dazu ist es günstig, daß die optimale Einstellung mittels herkömmlicher Testreihen direkt ermittelt werden kann, ohne das Erfordernis von aufwendigen Abtrenn- schritten. Gleiches gilt für die zweite Ausführungsform des Tests der Erfindung, bei der dann eine Einstellung mittels der Menge der Komponenten vorgenommen wird.The anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment in the process of the present invention optimally has a higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter. According to the invention, this affinity is chosen such that the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has an antigen binding affinity which is at least twice as high as that of the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment for the emitter. It is further preferred that the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has at least ten times higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter. A binding affinity of the antibodies of less than 50 nM is preferred and more preferably less than 10 nM. The sensitivity of the test can be optimally selected by choosing the affinities. For this purpose, it is favorable that the optimal setting can be determined directly by means of conventional test series without the need for complex separation reached. The same applies to the second embodiment of the test of the invention, in which an adjustment is then made using the amount of components.
Das erfindungsgemäße Meßverfahren verwendet somit bevorzugt Anti-Substanz-Antiköφer, die eine höhere Antigenbindungsaffinität haben, als der Anti-Fluorophor-Antiköφer. Bevorzugt sind Anti-Substanz-Antiköφer mit einer mindestens zweifach höheren Bindungsaffinität gegenüber dem Anti-Fluorophor-Antiköφer. Besonders bevorzugt sind Anti-Substanz- Antiköφer mit einer mehr als zehnfach höheren Bindungsaffinität. Die Anti-Fluorophor- Antiköφer richten sich bevorzugt gegen Fluorophore, die im spektralen Bereich des nahinfra- roten Lichtes absorbieren und emittieren und deren spektralen Eigenschaften durch die Bindung an den Antiköφer in der Weise verändert wird, das sich das Emissionssignal des Anti- köφer-gebundenen Anteils des Fluorophors von dem freien Anteil des Fluorophors spektral getrennt erfassen läßt.The measurement method according to the invention thus preferably uses anti-substance antibodies which have a higher antigen binding affinity than the anti-fluorophore antibody. Preference is given to anti-substance antibodies with an at least twice higher binding affinity than the anti-fluorophore antibody. Anti-substance antibodies with a binding affinity that is more than ten times higher are particularly preferred. The anti-fluorophore antibodies are preferably directed against fluorophores which absorb and emit in the spectral range of the near-infrared light and whose spectral properties are changed by the binding to the antibody in such a way that the emission signal of the antibody bound is changed Portion of the fluorophore spectrally separated from the free portion of the fluorophore.
So kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren der auf der Oberfläche immobilisierte anti- Emitter-Antiköφer im molaren Überschuß gegenüber dem anti-Substanz-Antiköφer oder gegenüber dem immobilisierten Antigen vorliegt, wobei das Verhältnis vorzugsweise von 1 :2 bis 1:50 beträgt.Thus, in the process according to the invention, the anti-emitter antibody immobilized on the surface can be in a molar excess compared to the anti-substance antibody or to the immobilized antigen, the ratio preferably being from 1: 2 to 1:50.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die in vitro Diagnostik. Ein noch weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines Substanz-Emitter-Konjugats oder Emitter-erkennenden Mittels, insbesondere eines Substanz-Fluorophor-Konjugats oder Anti-Fluorophor-Antiköφers für die in vitro Diagnostik.Another aspect of the present invention relates to the use of a device according to the invention for in vitro diagnostics. Yet another aspect relates to the use of a substance-emitter conjugate or emitter-recognizing agent, in particular a substance-fluorophore conjugate or anti-fluorophore antibody for in vitro diagnostics.
Zu diesem Zweck kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in einem diagnostischen Kit vorliegen, in dem die Komponenten der Vorrichtung, gegebenenfalls zusammen mit anderen Hilfsstoffen, gemeinsam oder in getrennten Behältern zur Verfügung gestellt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in einem ersten Kit, daß die Grundelemente der Vorrichtung der Erfindung zur Verfugung stellt (z.B. geeignete Oberfläche und daran gekoppelte Antiköφer und/oder Substanz), was dann zusammen mit den Inhaltsstoffen eines zweiten Kits (enthaltend Substanz zur Eichung und/oder weitere Antiköφer) für die jeweilige Anwendung „spezialisiert" wird. Ein solcher zweiter Kit könnte zum Beispiel ein bestimmtes Substanz- Emitter-Konjugat enthalten. Alle diese Kits können weiterhin spezielle Instruktionen und Unterlagen (z.B. Eichkurven, Anweisung zur Quantifizierung, usw) enthalten.For this purpose, the device according to the invention can also be present in a diagnostic kit in which the components of the device, optionally together with other auxiliaries, are made available together or in separate containers. A further possibility consists in a first kit that provides the basic elements of the device of the invention (eg suitable surface and antibodies and / or substance coupled to it), which then together with the ingredients of a second kit (containing substance for calibration and / or other antibodies) is "specialized" for the respective application. Such a second kit could, for example, Emitter conjugate included. All of these kits can also contain special instructions and documents (e.g. calibration curves, instructions for quantification, etc.).
Die Erfindung soll nun im folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beige- fugten Figuren näher beschrieben werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigt:The invention will now be described in more detail below by means of examples with reference to the attached figures, without, however, being restricted thereto. It shows:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung, Figur 2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung, und Figur 3 das Absoφtionspektrum (links) und Fluoreszenzspektrum vom Farbstoff ohne und in Gegenwart von Antiköφer MOR02965 in PBS aus Beispiel 2.1 shows a first embodiment of the device of the invention, FIG. 2 shows a second embodiment of the device of the invention, and FIG. 3 shows the absorption spectrum (left) and fluorescence spectrum of the dye without and in the presence of antibody MOR02965 in PBS from Example 2.
Beispiele:Examples:
Beispiel 1: Selektionierung, Herstellung und Charakterisierung von Emitter-bindenden Antikörpern: Selektion von HuCAL GOLD Antikörper-Fragmenten gegen den Cyanin- Farbstoff Fuji 6-4 (ZK203468) [Trinatrium-3,3-dimethyl-2-{4-methyl-7-[3,3-dimethyl-5- sulfonato-l-(2-sulfonatoethyl)-3H-indohum-2-yl]hepta-2,4,6-trien-l-yliden}-l-(2- sulfonatoethyl)-2,3-dihydro-lH-indol-5-sulfonat, inneres Sak]Example 1: Selection, production and characterization of emitter-binding antibodies: Selection of HuCAL GOLD antibody fragments against the cyanine dye Fuji 6-4 (ZK203468) [trisodium-3,3-dimethyl-2- {4-methyl-7 - [3,3-dimethyl-5-sulfonato-l- (2-sulfonatoethyl) -3H-indohum-2-yl] hepta-2,4,6-trien-l-ylidene} -l- (2-sulfonatoethyl) -2,3-dihydro-lH-indole-5-sulfonate, inner Sak]
HuCAL GOLD Antikβrperbibliothek:HuCAL GOLD Antibody Library:
Antiköφerbibliothek HuCAL GOLD. HuCAL GOLD ist eine vollsynthetische, modulare humane Antiköφerbibliothek im Fab Antiköφerfragmentformat. HuCAL GOLD basiert auf den HuCAL-Konsensus-Antiköφergenen, die für die Bibliothek HuCAL-scFvl beschrieben wurden (WO 97/08320; Knappik,(2000), J. Mol. Biol 296, 57-86; Krebs et al. J Immunol Me- thods. 2001 Aug l;254(l-2):67-84). In HuCAL GOLD sind alle sechs CDR-Bereiche durch den Einsatz der sogenannten Trinukleotidmutagenese (Virnekäs et al. (1994) Nucleic Acids Res. 1994 Dec 25;22(25):5600-7) entsprechend der Zusammensetzung dieser Bereiche in menschlichen Antiköφern diversifiziert, während in früheren HuCAL-Bibliotheken (HuCAL- scFvl und HuCAL-Fabl lediglich die CDR3-Bereiche in VH und VL entsprechend der natür- liehen Zusammensetzung (s. Knappik et al., 2000) diversifiziert worden waren. Darüber hinaus findet in HuCAL GOLD auch ein abgewandeltes Screening- Verfahren Verwendung, das sogenannte CysDisplay (WO 01/05950). Vλ Positionen 1 and 2. Die ursprünglichen HuCAL Mastergene wurden mit ihren authentischen N-Termini konstruiert: VLλl: QS (CAGAGC), VLλ2: QS (CAGAGC), und VLλ3: SY (AGCTAT). Diese Sequenzen finden sich in WO 97/08320. Bei der Herstellung der HuCAL- scFvl -Bibliothek wurden diese beiden Aminosäurereste in "DI" geändert, um das Klonieren zu erleichtern (EcoRI site). Diese Reste wurden bei der Herstellung von HuCAL-Fabl und HuCAL GOLD beibehalten. Daher enthalten alle HuCAL-Bibliotheken VLλ-Gene mit derE- coR -Schnittstelle GATATC (DI) am 5 '-Ende. Alle HuCAL kappa Gene (Mastergene und alle Gene in den Bibliotheken) enthalten ohnehin DI am 5 '-Ende, da dies die authentischen N- Termini darstellen (WO 97/08320).Antibody library HuCAL GOLD. HuCAL GOLD is a fully synthetic, modular human antibody library in Fab antibody fragment format. HuCAL GOLD is based on the HuCAL consensus antibody genes which have been described for the HuCAL-scFvl library (WO 97/08320; Knappik, (2000), J. Mol. Biol 296, 57-86; Krebs et al. J Immunol Me - thods. 2001 Aug l; 254 (l-2): 67-84). In HuCAL GOLD all six CDR areas are diversified through the use of so-called trinucleotide mutagenesis (Virnekäs et al. (1994) Nucleic Acids Res. 1994 Dec 25; 22 (25): 5600-7) according to the composition of these areas in human antibodies, whereas in earlier HuCAL libraries (HuCAL-scFvl and HuCAL-Fabl only the CDR3 areas in VH and VL had been diversified according to the natural composition (see Knappik et al., 2000). In addition, HuCAL also found GOLD a modified screening method use, the so-called CysDisplay (WO 01/05950). Vλ positions 1 and 2. The original HuCAL master genes were constructed with their authentic N-termini: VLλl: QS (CAGAGC), VLλ2: QS (CAGAGC), and VLλ3: SY (AGCTAT). These sequences can be found in WO 97/08320. When the HuCAL scFvl library was produced, these two amino acid residues were changed to "DI" in order to facilitate cloning (EcoRI site). These residues were retained in the production of HuCAL-Fabl and HuCAL GOLD. Therefore, all HuCAL libraries contain VLλ genes with the EcoR interface GATATC (DI) at the 5 'end. All HuCAL kappa genes (master genes and all genes in the libraries) contain DI at the 5 'end anyway, since these represent the authentic N-termini (WO 97/08320).
VH Position 1. Die ursprünglichen HuCAL-Mastergene wurden mit ihren authentischen N- termini hergestellt: VH1A, VH1B, VH2, VH4, und VH6 mit Q (=CAG) als erstem Aminosäurerest und VH3 sowie VH5 mit E (=GAA). Die entsprechenden Sequenzen finden sich in WO 97/08320. Bei der Klonierung der HuCAL-Fabl sowie der HuCAL GOLD Bibliothek wurde an dieser Position 1 die Aminosäure Q (CAG) in allen VH-Genen eingebaut.VH position 1. The original HuCAL master genes were produced with their authentic N-termini: VH1A, VH1B, VH2, VH4, and VH6 with Q (= CAG) as the first amino acid residue and VH3 and VH5 with E (= GAA). The corresponding sequences can be found in WO 97/08320. When the HuCAL-Fabl and the HuCAL GOLD library were cloned, the amino acid Q (CAG) was inserted in this position 1 in all VH genes.
Phagemid-ProduktionPhagemid production
Durch Infektion von E. coli TOP 10F '-Zellen aus der HuCAL GOLD Antiköφer-Bibliothek bzw. aus den Maturierungsbibliotheken mittels Helfeφhagen wurden große Mengen an Pha- gemiden produziert und angereichert. Dazu wurden die HuCAL GOLD bzw. die Maturierungsbibliotheken (in den TOP 10F '-Zellen) in 2xYT-Medium mit 34 μg/ml Chlorampheni- col/ 10 μg/ml Tetrazyklin/ 1% Glucose bei 37°C bis zu einer OD6oo von 0.5 kultiviert. Anschließend erfolgte die Infektion mit VCSM13 Helfeφhagen bei 37°C. Die infizierten Zellen wurden pelletiert und in 2xYT/ 34 μg/ml Chloramphenicol/ 10 μg/ml Tetrazyklin/ 50 μg/ml Kanamycin/ 0.25 mM IPTG resuspendiert und bei 22°C über Nacht kultiviert. Aus dem Überstand wurden die Phagen 2x mit PEG ausgefällt und durch Zentrifugation geerntet (Ausubel (1998) Current protocols in molecular biology. John Wiley Sons, Inc., New York, USA). Die Phagen wurden in PBS/ 20% Glyzerin resuspendiert und bei -80°C gelagert.Infection of E. coli TOP 10F 'cells from the HuCAL GOLD Antiköφer library or from the maturation libraries using Helfeφhagen produced and enriched large amounts of phagemids. For this purpose, the HuCAL GOLD and the maturation libraries (in the TOP 10F 'cells) in 2xYT medium with 34 μg / ml chloramphenicol / 10 μg / ml tetracycline / 1% glucose at 37 ° C up to an OD 6 oo cultivated by 0.5. The infection was then carried out with VCSM13 Helfeφhagen at 37 ° C. The infected cells were pelleted and resuspended in 2xYT / 34 μg / ml chloramphenicol / 10 μg / ml tetracycline / 50 μg / ml kanamycin / 0.25 mM IPTG and cultivated at 22 ° C. overnight. The phages were precipitated twice from the supernatant with PEG and harvested by centrifugation (Ausubel (1998) Current protocols in molecular biology. John Wiley Sons, Inc., New York, USA). The phages were resuspended in PBS / 20% glycerin and stored at -80 ° C.
Die Phagemid-Amplifikation zwischen den einzelnen Selektionsrunden erfolgte folgendermaßen: log-Phase E. coli TG 1 -Zellen wurden mit den selektionierten Phagen infiziert und auf LB-Agar-Platten mit 1% Glucose/ 34 μg/ml Chloramphenicol ausplattiert. Nach Inkubation über Nacht wurden die Bakterienkolonien abgekratzt, neu kultiviert und mit VCSM13 Helfeφhagen infiziert. Primäre Selektion von Antikörpern gegen den Farbstoff Fuji 6-4 (ZK203468)The phagemid amplification between the individual selection rounds was carried out as follows: log phase E. coli TG 1 cells were infected with the selected phages and plated on LB agar plates with 1% glucose / 34 μg / ml chloramphenicol. After overnight incubation, the bacterial colonies were scraped off, re-cultivated and infected with VCSM13 Helfeφhagen. Primary selection of antibodies against the Fuji 6-4 dye (ZK203468)
Die gereinigten und aufkonzentrierten Phagemide der HuCAL GOLD Antiköφer-Bibliothek wurden in ein Standard-Selektionsverfahren eingesetzt. Als Antigene wurden BSA- bzw. Transferrin-gekoppeltes ZK203468 alternierend verwendet. Die Antigene wurden in PBS aufgenommen und in Konzentrationen von 50 μg/ml auf Maxisoφ™ Mikrotiteφlatten F96 (Nunc) aufgebracht. Die Maxisoφ-Platten wurden über Nacht bei 4°C inkubiert ("coating"). Nach Abblocken der Maxisoφ-Platten mit 5% Milchpulver in PBS wurden ca. 2E+13 HuCAL GOLD-Phagen in die Antigen-beladenen, abgeblockten Tüpfeln gegeben und dort über Nacht bzw. zwei Stunden bei Raumtemperatur inkubiert. Nach mehreren Waschschritten, die mit fortschreitenden Selektionsrunden stringenter wurden, wurden gebundene Phagen mit 20 mM DTT bzw. 100 μM unkonjugiertem ZK203468 eluiert. Insgesamt wurden drei aufeinanderfolgende Selektionsrunden durchgeführt, wobei die Phagenamplifikation zwischen den Selektionsrunden erfolgte, wie oben beschrieben.The purified and concentrated phagemids from the HuCAL GOLD Antiköφer library were used in a standard selection process. ZA203468 or transferrin-coupled ZK203468 were used alternately as antigens. The antigens were taken up in PBS and applied in concentrations of 50 μg / ml to Maxisoφ ™ Mikrotiteφlatten F96 (Nunc). The Maxisoφ plates were incubated at 4 ° C. overnight ("coating"). After blocking the Maxisoφ plates with 5% milk powder in PBS, approx. 2E + 13 HuCAL GOLD phages were added to the antigen-loaded, blocked spots and incubated there overnight or for two hours at room temperature. After several washing steps, which became more stringent as the selection rounds progressed, bound phages were eluted with 20 mM DTT or 100 μM unconjugated ZK203468. A total of three successive selection rounds were carried out, the phage amplification taking place between the selection rounds, as described above.
Sub-Klonierung selektionierter Fab-Fragmente zur ExpressionSub-cloning of selected Fab fragments for expression
Nach der drei Runden umfassenden Antiköφer-Selektion wurden die Fab-codierenden Inserts der isolierten HuCAL-Klone in den Expressionsvektor pMORPHX9_MS sub-kloniert, um die anschließende Expression der Fab-Fragmente zu erleichtern. Dazu wurde die gereinigte Plas- mid-DNA der selektionierten HuCAL Fab-Klone mit den Restriktionsenzymen Xbal und EcoRI verdaut. Die Fab-codierenden Inserts wurde aufgereinigt und in den entsprechend verdauten Vektor pMORPHX9_MS ligiert. Dieser Klonierungsschritt führt zu dem Fab- exprimierenden Vektor pMORPHX9_Fab_MS. Fab-Fragmente, die von diesem Vektor ex- primiert werden, tragen zwei C-terminale Tags (Myc-Tag und Strep-Tag II) zur Aufreinigung und Detektion.After the three-round antibody selection, the Fab-coding inserts of the isolated HuCAL clones were sub-cloned into the expression vector pMORPHX9_MS in order to facilitate the subsequent expression of the Fab fragments. For this purpose, the purified plasmid DNA of the selected HuCAL Fab clones was digested with the restriction enzymes Xbal and EcoRI. The Fab-coding inserts were purified and ligated into the correspondingly digested vector pMORPHX9_MS. This cloning step leads to the Fab-expressing vector pMORPHX9_Fab_MS. Fab fragments that are expressed by this vector carry two C-terminal tags (Myc-Tag and Strep-Tag II) for purification and detection.
Sereening mmά Charakterisierung von E-20346δ-bindenden Fab-Fragmenten Mehrere tausend Klone wurden nach der Selektion und Sub-Klonierung vereinzelt und mittels ELISA im 384-well-Format auf spezifische Erkennung der im Panning verwendeten Antigene ZK203468-BSA und -Transferrin getestet. Hierbei identifizierte Klone wurden in einem In- hibitions-ELISA auf effiziente Bindung des unkonjugierten Farbstoffs untersucht. Dies führte zu den parenteralen Fab-Fragmenten MOR02628 (Proteinsequenzen SEQ-ID NO: 1 (VH-CH) und SEQ-ID NO: 2 (VL-CL); DNA-Sequenzen SEQ-ID NO: 3 (VH-CH) und SEQ-ID NO: 4 (VL-CL)), MOR02965 (Proteinsequenzen SEQ-ID NO: 5 (VH-CH) und SEQ-ID NO: 6 (VL- CL); DNA-Sequenzen SEQ-ID NO: 7 (VH-CH) und SEQ-ID NO: 8 (VL-CL)) und MOR02977 (Proteinsequenzen SEQ-ID NO: 9 (VH-CH) und SEQ-ID NO: 10 (VL-CL); DNA-Sequenzen SEQ-ID NO: 11 (VH-CH) und SEQ-ID NO: 12 (VL-CL)), die den nicht- konjugierten Farbstoff ZK203468 effizient binden.Sereening mmά Characterization of E-20346δ-binding Fab Fragments Several thousand clones were isolated after the selection and sub-cloning and tested by ELISA in 384-well format for specific recognition of the antigens ZK203468-BSA and transferrin used in the panning. Clones identified here were examined in an inhibition ELISA for efficient binding of the unconjugated dye. This resulted in the parenteral Fab fragments MOR02628 (protein sequences SEQ-ID NO: 1 (VH-CH) and SEQ-ID NO: 2 (VL-CL); DNA sequences SEQ-ID NO: 3 (VH-CH) and SEQ-ID NO: 4 (VL-CL)), MOR02965 (protein sequences SEQ-ID NO: 5 (VH-CH) and SEQ-ID NO: 6 (VL- CL); DNA sequences SEQ-ID NO: 7 (VH-CH) and SEQ-ID NO: 8 (VL-CL)) and MOR02977 (protein sequences SEQ-ID NO: 9 (VH-CH) and SEQ-ID NO: 10 ( VL-CL); DNA sequences SEQ-ID NO: 11 (VH-CH) and SEQ-ID NO: 12 (VL-CL)), which efficiently bind the non-conjugated dye ZK203468.
Beispiel 2: Photophysikalische Charakterisierung der Farbstoff- Antikörper-Komplexe und Bestimmung der spektralen Verschiebungen / Fluoreszenzquantenausbeuten Es wurden Farbstoff-Antiköφer-Komplexe basierend auf Antiköφern mit Bindung an den Indotricarbocyaninfarbstoff Trinatrium-3,3-dimethyl-2-{4-methyl-7-[3,3-dimethyl-5- sulfonato- 1 -(2-sulfonatoethyl)-3H-indolium-2-yl]hepta-2,4,6-trien- 1 -yliden} - 1 -(2- sulfonatoethyl)-2,3-dihydro-lH-indol-5-sulfonat, inneres Salz untersucht (siehe Beispiel 1). Es wurden Lösungen der Konzentration von 1 μmol/1 des o. g. Farbstoffes und 2,4 μmol/1 des jeweiligen Antiköφers in PBS hergestellt und 2 h bei Raumtemperatur inkubiert. Die Absoφ- tionsmaxima wurden mit einem Spektralphotometer (Perkin-Elmer, Lambda2) bestimmt. Die Fluoreszenzmaxima und Fluoreszenzquantenausbeuten wurden mit einem SPEX Fluorolog (wellenlängenabhängige Empfindlichkeit von Lampe und Detektor kalibriert) relativ zu Indo- cyaningrün bestimmt (Q = 0,13 in DMSO, J Chem Eng Data 1977, 22, 379, Bioconjugate Chem 2001, 12, 44). Aus den Absoφtions- und Fluoreszenzmaxima wurden die spektralen Verschiebungen relativ zu den Maxima einer Lösung des o. g. Farbstoffes ohne Antiköφer in PBS (1 μmol/1) berechnet (Absoφtionsmax. 754 nm, Fluoreszenzmax. 783 nm, Fluoreszenzquantausbeute 10 %).Example 2: Photophysical characterization of the dye-antibody complexes and determination of the spectral shifts / fluorescence quantum yields. Dye-antibody complexes based on antibodies with the indotricarbocyanine dye trisodium-3,3-dimethyl-2- {4-methyl-7- 7- [3,3-dimethyl-5-sulfonato-1 - (2-sulfonatoethyl) -3H-indolium-2-yl] hepta-2,4,6-triene-1-ylidene} - 1 - (2-sulfonatoethyl) - 2,3-dihydro-lH-indole-5-sulfonate, inner salt examined (see Example 1). Solutions with a concentration of 1 μmol / 1 of the above were used. Dye and 2.4 μmol / 1 of each antibody in PBS and incubated for 2 h at room temperature. The absorption maxima were determined with a spectrophotometer (Perkin-Elmer, Lambda2). The fluorescence maxima and fluorescence quantum yields were determined using a SPEX fluorolog (wavelength-dependent sensitivity of lamp and detector calibrated) relative to indocyanine green (Q = 0.13 in DMSO, J Chem Eng Data 1977, 22, 379, Bioconjugate Chem 2001, 12, 44 ). The spectral shifts relative to the maxima of a solution of the above were determined from the absorption and fluorescence maxima. Dye without antibodies in PBS (1 μmol / 1) calculated (Absoφtionsmax. 754 nm, fluorescence max. 783 nm, fluorescence quantum yield 10%).
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt: Tabelle 1The results are summarized in the following Table 1: Table 1
Beispiel 3: Synthese des Konjugats aus Substanz-erkennendem Mittel und Emitter: anti- ED-B-Fibronektin-Antikörper / Indotricarbocyaninkonjugat Example 3: Synthesis of the conjugate from substance-recognizing agent and emitter: anti-ED-B fibronectin antibody / indotricarbocyanine conjugate
Antiköφer gegen die hochreine rekombinante ED-B -Domäne des fötalen Fibronektin werden vorzugsweise als scFv, Fab, (Fab)2 oder als Gesamt-IgG verwendet. Im vorliegenden Beispiel wird ein Fab mit C-terminalen Cystein-tag verwendet und mit einem Linker-modifierten Derivat des Indotricarbocyaninfarbstoffs Trinatrium-3,3-dimethyl-2-{4-methyl-7-[3,3-dimethyl- 5-sulfonato- 1 -(2-sulfonatoethyl)-3H-indolium-2-yl]hepta-2,4,6-trien- 1 -yliden}- 1 -(2- sulfonatoethyl)-2,3-dihydro-lH-indol-5-sulfonat, inneres Salz kovalent konjugiert. Folgende Arbeitsschritte werden durchgeführt:Antibodies to the highly pure recombinant ED-B domain of fetal fibronectin are preferably used as scFv, Fab, (Fab) 2 or as total IgG. In the present example, a Fab with a C-terminal cysteine tag is used and with a linker-modified derivative of the indotricarbocyanine dye trisodium-3,3-dimethyl-2- {4-methyl-7- [3,3-dimethyl-5-sulfonato - 1 - (2-sulfonatoethyl) -3H-indolium-2-yl] hepta-2,4,6-triene-1-ylidene} - 1 - (2-sulfonatoethyl) -2,3-dihydro-1H-indole- 5-sulfonate, inner salt covalently conjugated. The following work steps are carried out:
Synthese von Trinatrium 3,3-dimethyl-2-{7-[3,3-dimethyl-5-sulfonato-l-(2- sulfonatoethyl)-3H-indolium-2-yl]-4-(5-{[2-(2,5-dioxo-2,5-dihydro-lH-pyrrol-l- yl)ethyl]carbamoyl}-3-oxa-pentyl)hepta-2,4,6-trien-l-yliden}-l-(2-sulfonatoethyl)-2,3- dihydro-lH-indoI-5-suIfonat, inneres Salz zur Konjugation an FabSynthesis of trisodium 3,3-dimethyl-2- {7- [3,3-dimethyl-5-sulfonato-l- (2-sulfonatoethyl) -3H-indolium-2-yl] -4- (5 - {[2nd - (2,5-dioxo-2,5-dihydro-lH-pyrrole-l-yl) ethyl] carbamoyl} -3-oxapentyl) hepta-2,4,6-trien-l-ylidene} -l- (2-sulfonatoethyl) -2,3-dihydro-lH-indoI-5-sulfonate, inner salt for conjugation to Fab
a) 3-Oxa-6-(4-Pyridinyl)hexansäure-tert-butylester Eine Lösung von 75 g (0,4 Mol) 3-(4-Pyridnyl)-l-propanol in 400 ml Toluol / 50 ml THF wird mit 10 g Tetrabutylammoniumsulfat und 350 ml 32-proz. Natronlauge versetzt. Anschließend wird 123 g (0,68 Mol) Bromessigsäure-ter/-butylester zugetropft und 18 h bei Raumtemp. gerührt. Die organische Phase wird abgetrennt, die wäßrige Phase dreimal mit Diethylether extrahiert. Die vereinigten organischen Phasen werden mit NaCl-Lösung gewa- sehen, über Natriumsulfat getrocknet und eingeengt. Nach chromatographischer Reinigung (Kieselgel; Laufmittel Hexan:Ethylacetat) erhält man 56 g Produkt (41 % d. Th.) als bräunliches Öl. b) 3 - [4-Oxa-5-(tert-Butyloxycarbonyl)pentyl] glutaconaldehyd-dianilid-hydrobromida) 3-Oxa-6- (4-pyridinyl) hexanoic acid tert-butyl ester A solution of 75 g (0.4 mol) of 3- (4-pyridnyl) -l-propanol in 400 ml of toluene / 50 ml of THF is mixed with 10 g of tetrabutylammonium sulfate and 350 ml of 32 percent. Sodium hydroxide solution added. Then 123 g (0.68 mol) of bromoacetic acid ter / butyl ester is added dropwise and 18 h at room temperature. touched. The organic phase is separated off and the aqueous phase is extracted three times with diethyl ether. The combined organic phases are washed with NaCl solution, dried over sodium sulfate and concentrated. After chromatographic purification (silica gel; eluent hexane: ethyl acetate), 56 g of product (41% of theory) are obtained as a brownish oil. b) 3 - [4-Oxa-5- (tert-Butyloxycarbonyl) pentyl] glutaconaldehyde dianilide hydrobromide
Eine Lösung von 5,0 g (20 mMol) 3-Oxa-6-(4-Pyridinyl)hexansäure-tert-butylester in 60 ml Diethylether wird mit 3,7 g (40 mMol) Amiin und anschließend bei 0 °C mit einer Lösung von 2,2 g (20 mMol) Bromcyan in 8 ml Diethylether versetzt. Nach 1 h Rühren bei 0 °C wird mit 50 ml Diethylether versetzt und der entstandene rote Feststoff abfiltriert, mit Ether gewaschen und vakuumgetrocknet. Ausbeute: 8,5 g (85 % d. Th.) eines violetten Feststoffes.A solution of 5.0 g (20 mmol) of 3-oxa-6- (4-pyridinyl) hexanoic acid tert-butyl ester in 60 ml of diethyl ether is mixed with 3.7 g (40 mmol) of amiine and then at 0 ° C. with a Solution of 2.2 g (20 mmol) cyanogen bromide in 8 ml diethyl ether. After stirring at 0 ° C. for 1 h, 50 ml of diethyl ether are added, and the red solid formed is filtered off, washed with ether and vacuum-dried. Yield: 8.5 g (85% of theory) of a violet solid.
c) Trinattiιm 3,3-dimethyl-2-{7-[3,3-dimethyl-5-sulfonato-l-(2-sulfonatoethyl)-3H- indolium-2-yl]-4-(6-carboxy-4-oxahexyl)hepta-2,4,6-trien- 1 -yliden} - 1 -(2- sulfonatoethyl)-2,3-dihydro-lH-indol-5-sulfonat, inneres Salz Eine Suspension von 3,0 g (6 mMol) 3-[2-(tert-Butyloxycarbonyl)ethyl]glutaconaldehyd- dianilid-hydrobromid (Beispiel 10b) und 4,2 g (12 mMol) l-(2-Sulfonatoethyl)-2,3,3- trimethyl-3H-indolenin-5-sulfonsäure (Beispiel la) in 50 ml Essigsäureanhydrid und 10 ml Essigsäure wird mit 2,5 g (30 mMol) Natriumacetat versetzt und 50 min bei 120 °C gerührt. Nach Abkühlen wird mit Diethylether versetzt, der ausgefallene Feststoff abfiltriert, in Ace- ton ausgerührt und im getrocknet. Nach chromatographischer Reinigung (RP-C18-Kieselgel, Laufmittel Wasser/Methanol), Entfernung des Methanols im Vakuum und Gefriertrocknung erhält man direkt die Titelverbindung. Ausbeute: 2,3 g (41 % d. Th.) eines blauen Lyophili- sats.c) Trinattiιm 3,3-dimethyl-2- {7- [3,3-dimethyl-5-sulfonato-l- (2-sulfonatoethyl) -3H-indolium-2-yl] -4- (6-carboxy-4 -oxahexyl) hepta-2,4,6-triene-1-ylidene} - 1 - (2-sulfonatoethyl) -2,3-dihydro-lH-indole-5-sulfonate, inner salt A suspension of 3.0 g ( 6 mmol) of 3- [2- (tert-butyloxycarbonyl) ethyl] glutaconaldehyde dianilide hydrobromide (Example 10b) and 4.2 g (12 mmol) of 1- (2-sulfonatoethyl) -2,3,3-trimethyl-3H -indolenine-5-sulfonic acid (example la) in 50 ml of acetic anhydride and 10 ml of acetic acid is mixed with 2.5 g (30 mmol) of sodium acetate and stirred at 120 ° C. for 50 min. After cooling, diethyl ether is added, the precipitated solid is filtered off, stirred in acetone and dried in. After chromatographic purification (RP-C18 silica gel, mobile phase water / methanol), removal of the methanol in vacuo and freeze drying, the title compound is obtained directly. Yield: 2.3 g (41% of theory) of a blue lyophilizate.
d) Trinatrium 3,3-dimethyl-2-{7-[3,3-dimethyl-5-sulfonato-l -(2-sulfonatoethyl)-3H- indolium-2-yl]-4-(5- { [2-(2,5-dioxo-2,5-dihydro- lH-pyrrol- 1 -yl)ethyl]carbamoyl} -3-oxa- pentyl)hepta-2,4,6-trien- 1 -yliden} - 1 -(2-sulfonatoethyl)-2,3-dihydro-l H-indol-5-sulfonat, inneres Salzd) Trisodium 3,3-dimethyl-2- {7- [3,3-dimethyl-5-sulfonato-l - (2-sulfonatoethyl) -3H-indolium-2-yl] -4- (5- {[2nd - (2,5-dioxo-2,5-dihydro-lH-pyrrole-1-yl) ethyl] carbamoyl} -3-oxapentyl) hepta-2,4,6-triene-1-ylidene} - 1 - (2-sulfonatoethyl) -2,3-dihydro-l H-indole-5-sulfonate, inner salt
1,0 g (1,1 mMol) der Titelverbindung aus Beispiel Xe und 0,1 g (1,1 mMol) Triethylamin werden in 15 ml Dimethylformamid gelöst, bei 0°C mit 0,37 g (1,1 mMol) TBTU versetzt und 15 min gerührt. Anschließend wird eine Lösung von 0,42 g (1,7 mMol) N-(2- Aminoethyl)maleimid-trifluoracetat (Int J Pept Protein Res 1992, 40, 445) und 0,17 mg (1,7 mmol) Triethylamin in 1,0 ml Dimethylformamid zugegeben und 1 h bei Raumtemp. gerührt. Nach Zugabe von 30 ml Diethylether wird der Feststoff abzentrifugiert, getrocknet und mittels Chromatographie gereinigt (RP C-18 Kieselgel, Gradient Methanol/Wasser). Ausbeute: 0,85 g eines blauen Lyophilisats (73 % d. Th.). Synthese eines Indotricarbocyanin-Fab-Konjugats1.0 g (1.1 mmol) of the title compound from Example Xe and 0.1 g (1.1 mmol) of triethylamine are dissolved in 15 ml of dimethylformamide, at 0 ° C. with 0.37 g (1.1 mmol) of TBTU added and stirred for 15 min. A solution of 0.42 g (1.7 mmol) of N- (2-aminoethyl) maleimide trifluoroacetate (Int J Pept Protein Res 1992, 40, 445) and 0.17 mg (1.7 mmol) of triethylamine is then added 1.0 ml of dimethylformamide added and 1 h at room temperature. touched. After adding 30 ml of diethyl ether, the solid is centrifuged off, dried and purified by chromatography (RP C-18 silica gel, gradient methanol / water). Yield: 0.85 g of a blue lyophilizate (73% of theory). Synthesis of an indotricarbocyanine-Fab conjugate
0,3 ml einer Lösung von Fab Antiköφer in PBS (Konz. 0,8 mg / ml) wird mit 60 μL einer Lösung von Tris(Carboxyethyl)phosphin (TCEP) in PBS (2,8 mg/ml) versetzt und unter Stickstoff 1 h bei 25°C inkubiert. Überschüssiges TCEP wird mittels Gelfitration über eine- NAP-5-Säule (Eluens: PBS) abgetrennt. Die mittels Photometrie bestimmte Menge an erhaltenem Fab (OD280nm = 1,4) beträgt 230 - 250 μg (Volumen 0,5 - 0,6 ml). Die Lösung wird mit 0,03 μMol Trinatrium 3,3-dimethyl-2-{7-[3,3-dimethyl-5-sulfonato-l-(2-sulfonatoethyl)- 3H-indolium-2-yl] -4-(5 - { [2-(2,5 -dioxo-2, 5 -dihydro- 1 H-pyrrol- 1 -yl)ethyl] carbamoyl} -3 -oxa- pentyl)hepta-2,4,6-trien- 1 -yliden} - 1 -(2-sulfonatoethyl)-2,3-dihydro- 1 H-indol-5-sulfonat, in- neres Salz versetzt (Stammlösungen von 0,5 mg/ml in PBS) und 30 min bei 25°C inkubiert. Das Konjugat wird durch Gelchromatographie über eine NAP-5-Säule (Eluens: PBS/10% Glycerin) gereinigt. Die Immunreaktivität der Konjugatlösung wird mittels Affmitätschroma- tographie (ED-B-Fibronektin-Resin) bestimmt (JImmunol Meth 1999, 231, 239) und beträgt ~ 75%.0.3 ml of a solution of Fab Antiköφer in PBS (conc. 0.8 mg / ml) is mixed with 60 μL of a solution of tris (carboxyethyl) phosphine (TCEP) in PBS (2.8 mg / ml) and under nitrogen Incubated for 1 h at 25 ° C. Excess TCEP is separated off by gel filtration on a NAP-5 column (eluent: PBS). The amount of Fab obtained (OD 280 nm = 1.4) obtained by means of photometry is 230-250 μg (volume 0.5-0.6 ml). The solution is mixed with 0.03 μmol trisodium 3,3-dimethyl-2- {7- [3,3-dimethyl-5-sulfonato-l- (2-sulfonatoethyl) -3H-indolium-2-yl] -4- (5 - {[2- (2,5-dioxo-2,5-dihydro-1 H-pyrrole-1-yl) ethyl] carbamoyl} -3 -oxapentyl) hepta-2,4,6-triene- 1 -ylidene} - 1 - (2-sulfonatoethyl) -2,3-dihydro-1 H -indole-5-sulfonate, internal salt added (stock solutions of 0.5 mg / ml in PBS) and 30 min at 25 ° C incubated. The conjugate is purified by gel chromatography on a NAP-5 column (eluent: PBS / 10% glycerin). The immunoreactivity of the conjugate solution is determined by means of affinity chromatography (ED-B fibronectin resin) (JImmunol Meth 1999, 231, 239) and is ~ 75%.
Beispiel 4: In-vitro-Assay zur Quantifizierung von embryonalen Fibronektin (ED-B- Fibronektin) in humanem SerumExample 4: In vitro assay for the quantification of embryonic fibronectin (ED-B fibronectin) in human serum
Die Quantifizierung von zirkulierendem fötalen Fibronektin (ED-B - Fibronektin) (Curr Opin Drug Discov Devel. 2002, 5, 204) basiert auf ELISA-Techniken. Dazu werden transparente 96-well Immunosorb-ELISA-Platten, vorzugsweise aber weiße Immunosorb-ELISA-Platten (Nunk, Dänemark) zur Chemolumineszenz-Detektion verwendet. Folgende Arbeitsschritte werden durchgeführt:The quantification of circulating fetal fibronectin (ED-B - fibronectin) (Curr Opin Drug Discov Devel. 2002, 5, 204) is based on ELISA techniques. For this purpose, transparent 96-well Immunosorb ELISA plates, but preferably white Immunosorb ELISA plates (Nunk, Denmark) are used for chemiluminescence detection. The following work steps are carried out:
Beschichtung der ELΪSA-Platten Die hochreine rekombinante ED-B-Domäne des fötalen Fibronektin (ED-B-FN) wird als Antigen zusammen mit dem hochreinen anti-Emitter- Antiköφer (siehe Beispiel 1), der vorzugsweise als scFv, Fab, (Fab) oder als Gesamt-IgG vorliegen kann, an der Oberfläche der ELISA-Platten immobilisiert. Als Kopplungspuffer wird PBS, vorzugsweise aber alkalischer Kopplungspuffer verwendet. Dieser setzt sich zusammen aus einer Mischung von 17 ml einer 0.2 M Na2CO3 Lösung und 8 ml einer NaHCO3-Lösung, die auf 100 ml aufgefüllt mit bidest. Wasser den gebrauchsfertigen Kopplungspuffer ergeben. Die Konzentrationen von rekombi- nantem Antigen und anti-Emitter-Antiköφer liegt im Bereich von l-10μg/ml wobei das optimale molare Verhältnis von rekombinantem Antigen und anti-Emitter-Antiköφer empirisch ermittelt werden muß. Vorzugsweise werden aber Verhältnisse im Bereich von 1:5 - 1:100 gewählt. Die Kopplung erfolgt entweder für 2 Stunden bei 37 °C oder aber bei 4 °C über Nacht in einem Volumen von lOOμl pro Tüpfel.Coating the ELΪSA plates The highly pure recombinant ED-B domain of fetal fibronectin (ED-B-FN) is used as an antigen together with the highly pure anti-emitter antibody (see Example 1), which is preferably called scFv, Fab, (Fab ) or as total IgG, immobilized on the surface of the ELISA plates. PBS, but preferably alkaline coupling buffer, is used as the coupling buffer. This consists of a mixture of 17 ml of a 0.2 M Na 2 CO 3 solution and 8 ml of a NaHCO 3 solution, which is made up to 100 ml with bidistilled water. Add the ready-to-use coupling buffer to water. The concentrations of recombinant antigen and anti-emitter antibodies are in the range of 1-10 μg / ml, the optimal molar ratio of recombinant antigen and anti-emitter antibodies having to be determined empirically. However, ratios in the range from 1: 5 to 1: 100 are preferred selected. The coupling takes place either for 2 hours at 37 ° C or at 4 ° C overnight in a volume of 100 μl per well.
Blockierung freier BindungsstellenBlocking free binding sites
Nach erfolgter Kopplung werden freie Bindungsstellen auf den ELISA-Platten mit PBS, das 2% (w/v) Rinder Serum Albumin oder Gelatine enthält, vorzugsweise aber mit Blockierungspuffer mit 2% (w/v) Rinder-Albumin oder Gelatine blockiert. Dazu wird die Platte nach der Koppelung ausgeschlagen und mit 200μl/Loch Blockierungspuffer für 2 Stunden bei 37 °C inkubiert.After coupling, free binding sites on the ELISA plates are blocked with PBS containing 2% (w / v) bovine serum albumin or gelatin, but preferably with blocking buffer with 2% (w / v) bovine albumin or gelatin. For this purpose, the plate is knocked out after the coupling and incubated with 200 μl / well blocking buffer for 2 hours at 37 ° C.
Kalibrierungcalibration
Zur Kalibrierung des Systems wird eine Eichreihe der hochreinen ED-B-FN in humanem Serum pipettiert. Dazu wird eine ED-B-FN-Probe mit einer Konzentration von lOμg/ml seriell in 1 :2-Schritten verdünnt, wobei jede Probe eine konstante Konzentration von anti-Substanz- Antiköφer, markiert mit Emitter, (anti-ED-B-FN Fab-Indotricarbocyaninkonjugat aus Beispiel 3) enthält. Diese kann entsprechend dem Testsystem im Bereich von 0.1 μg/ml bis 10 μg/ml liegen.To calibrate the system, a calibration series of the high-purity ED-B-FN is pipetted into human serum. For this purpose, an ED-B-FN sample with a concentration of 10 μg / ml is serially diluted in 1: 2 steps, each sample having a constant concentration of anti-substance antibody labeled with emitter (anti-ED-B FN Fab-indotricarbocyanine conjugate from Example 3) contains. According to the test system, this can range from 0.1 μg / ml to 10 μg / ml.
Pipettieren des quantitativen ELISA Die geblockte ELISA-Platte wird ausgeschlagen und jeweils lOOμl der Eichproteinreihe werden in Triplikaten in die jeweiligen Löcher der ELISA-Platte pipettiert. Ebenso werden die zu bestimmenden Serum- oder Vollblutproben in Triplikaten auf die Platte aufgebracht und für 30 Minuten bei 37 °C inkubiert.Pipetting the quantitative ELISA The blocked ELISA plate is knocked out and 100 μl of the calibration protein series are pipetted into the respective holes of the ELISA plate in triplicates. Likewise, the serum or whole blood samples to be determined are applied to the plate in triplicates and incubated for 30 minutes at 37 ° C.
Messnng der ProbenMeasurement of the samples
Die Mesung der Proben erfolgt in einem Spektralfluorometer mit zwei Monochromatoren (SPEX-Fluorog, Jobin Yvon). Die Wellenlänge des Anregungslichts und die Detektionswel- lenlänge für die emittierte Fluoreszenz kann frei gewählt werden. Die Proben werden in einem ELISA-Plattenmodul untersucht. Das vorliegenden Beispiel wird als Anregungswellen- länge 790 nm gewählt. Die Detektion der Fluoreszenz erfolgt in einem Bandpass von 805 - 860 nm. Dadurch wird der Anstieg des Fluoreszenzsignals bei rotverschobener Wellenlänge (vgl. Abbildung) durch Zunahme des Anteils an anti-Substanz-Emitter-Konjugat, welcher über den Farbstoff an immobilisiertes anti-Emitter-Antiköφer bindet, erfaßt. Typischerweise findet man einen sigmoiden Kurvenverlauf, wobei der lineare Meßbereich der Eichreihe zur quantitativen Bestimmung der Meßproben verwendet wird.The samples are measured in a spectral fluorometer with two monochromators (SPEX-Fluorog, Jobin Yvon). The wavelength of the excitation light and the detection wavelength for the emitted fluorescence can be chosen freely. The samples are examined in an ELISA plate module. The present example is chosen as the excitation wavelength 790 nm. The fluorescence is detected in a bandpass of 805 - 860 nm. This causes the increase in the fluorescence signal at the red-shifted wavelength (see illustration) due to the increase in the proportion of anti-substance-emitter conjugate, which is immobilized via the dye to immobilized anti-emitter -Antiköφer binds, recorded. typically, one finds a sigmoid curve, the linear measuring range of the calibration series being used for the quantitative determination of the measuring samples.
Beispiel 5: Antikörper gegen ED-B-Fibronektin Antiköφer gegen ED-B-Fibronektin wurden analog zu der in Beispiel 1 beschriebenen Vorgehensweise aus der HuCAL GOLD-Antiköφerbibliothek gegen ED-B-Fibronektin als Antigen generiert. Example 5: Antibodies against ED-B fibronectin Antibodies against ED-B fibronectin were generated analogously to the procedure described in Example 1 from the HuCAL GOLD antibody library against ED-B fibronectin as antigen.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
(1) Vorrichtung zur Messung einer Substanz in einer Probe(1) Device for measuring a substance in a sample
(2) Substanz-Emitter-Konjugat(2) substance-emitter conjugate
(3) Substanz(3) substance
(4) Emitter-erkennendes Mittel(4) Emitter Detecting Agent
(5) Substanz-erkennendes Mittel(5) Substance-recognizing agent
(6) Oberfläche(6) surface
(10) Vorrichtung zur Messung eines Antiköφer-erkennenden Mittel in einer Probe(10) Device for measuring an antibody-recognizing agent in a sample
(12) Antiköφer-Emitter-Konjugat(12) Antibody-emitter conjugate
(13) Antiköφer(13) Antibodies
(14) Emitter-erkennendes Mittel(14) Emitter Detecting Agent
(15) immobilisiertes Antigen(15) immobilized antigen
(16) Oberfläche (16) surface

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur direkten quantitativen in v/tro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz, umfassend, a) auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Substanz-Erkennung, b) freies Substanz-Emitter-Konjugat, und c) auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Erkennung des Emitters, wobei der verwendete Emitter einen Teil umfaßt, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert.1. A device for the direct quantitative in / tro determination of a substance contained in a sample, comprising: a) agent for immobilization on a surface for substance recognition, b) free substance-emitter conjugate, and c) agent immobilized on a surface for detecting the emitter, the emitter used comprising a part which reacts to an interaction with the means for detecting the emitter with a change in the emission properties.
2. Vorrichtung zur direkten quantitativen in vztro-Bestimmung einer in einer Probe enthal- tenen Substanz nach Anspruch 1 , weiter umfassend, d) Mittel zur Messung der Veränderung der Emissionseigenschafiten des Emitters.2. Device for the direct quantitative in vitro determination of a substance contained in a sample according to claim 1, further comprising d) means for measuring the change in the emission properties of the emitter.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Substanz ausgewählt ist aus Antigenen, wie Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren, Oligonukleotiden, Blutkomponen- ten, Serumkomponenten, Lipiden, Pharmaka und Verbindungen niederen Molekulargewichts, oder Antiköφern und Antiköφerfragmenten.3. Device according to one of claims 1 or 2, wherein the substance is selected from antigens, such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight, or antibodies and antibody fragments.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Veränderung der Emissionseigenschaften des Teils des Emitters ausgewählt ist aus einer Veränderung der Polarisa- tionsebene, der Fluoreszenzintensität, der Phosphoreszenzintensität, der Fluoreszenzlebensdauer und einer bathochromen Verschiebung des Absoφtionsmaximums und/oder des Fluoreszenzmaximums.4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the change in the emission properties of the part of the emitter is selected from a change in the polarization plane, the fluorescence intensity, the phosphorescence intensity, the fluorescence lifetime and a bathochromic shift of the absorption maximum and / or the fluorescence maximum.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Substanz-erkennenden Mittel Peptide, Proteine, Oligonukleotide und insbesondere Antiköφer oder Antiköφerfrag- mente sind.5. Device according to one of claims 1 to 4, wherein the substance-recognizing agents are peptides, proteins, oligonucleotides and in particular Antiköφer or Antiköφerfrag- ment.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Antiköφer oder Antiköφer- fragmente ausgewählt sind aus polyklonalen oder monoklonalen Antiköφern, humani- sierten Antiköφern, Fab-Fragmenten, insbesondere monomeren Fab-Fragmenten, scFv- Fragmenten, synthetischen und rekombinanten Antiköφern, scTCR-Ketten und Gemischen davon.6. Device according to one of claims 3 to 5, wherein the Antiköφer or Antiköφer fragments are selected from polyclonal or monoclonal antibodies, humanized antibodies, Fab fragments, in particular monomeric Fab fragments, scFv- Fragments, synthetic and recombinant antibodies, scTCR chains and mixtures thereof.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der anti-Substanz-Antiköφer oder das anti- Substanz-Antiköφerfragment eine höhere Antigenbindungsaffinität aufweist, als der anti-Emitter-Antiköφer oder das anti-Emitter-Antiköφerfragment zum Emitter.7. The device according to claim 5 or 6, wherein the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has a higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der anti-Substanz-Antiköφer oder das anti- Substanz-Antiköφerfragment eine mindestens zweifach höhere Antigenbindungsaffini- tat aufweist, als der anti-Emitter-Antiköφer oder das anti-Emitter-Antiköφerfragment zum Emitter.8. The device according to claim 7, wherein the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has an antigen binding affinity which is at least twice higher than that of the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der anti-Substanz-Antiköφer oder das anti- Substanz-Antiköφerfragment eine mindestens zehnfach höhere Antigenbindungsaffini- tat aufweist, als der anti-Emitter-Antiköφer oder das anti-Emitter-Antiköφerfragment zum Emitter.9. The device according to claim 7 or 8, wherein the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has at least ten times higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Bindungsaffinität des anti- Substanz-Antiköφer oder das anti-Substanz-Antiköφerfragments kleiner als 50 nM und bevorzugt kleiner als 10 nM ist.10. Device according to one of claims 7 to 9, wherein the binding affinity of the anti-substance-Antiköφer or the anti-substance-Antiköφerfragments is less than 50 nM and preferably less than 10 nM.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der auf einer Oberfläche immobilisierte anti-Emitter-Antiköφer im molaren Überschuß gegenüber dem anti-Substanz- Antiköφer oder gegenüber dem Antigen vorliegt, wobei das Verhältnis vorzugsweise von 1 :2 bis 1 :50 beträgt.11. The device according to one of claims 1 to 10, wherein the immobilized on a surface anti-emitter Antiköφer is in molar excess compared to the anti-substance antibody or compared to the antigen, the ratio preferably from 1: 2 to 1:50 is.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Emitter einen Farbstoff umfaßt, der mindestens ein Absoφtionsmaximum und/oder Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 700 bis 1000 nm, bevorzugt mindestens ein Absoφti- onsmaximum und Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 750 bis 900 nm aufweist.12. Device according to one of claims 1 to 11, wherein the emitter comprises a dye which has at least one absorption maximum and / or fluorescence maximum within the spectral range from 700 to 1000 nm, preferably at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 750 to 900 nm.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Verschiebung des Absoφti- ons- und/oder Fluoreszenzmaximums zu höheren Wellenlängen nach Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters um einen Wert größer 15 nm, bevorzugt größer 25 nm, und am meisten bevorzugt um ungefähr 30 nm erfolgt.13. Device according to one of claims 1 to 12, wherein the shift of Absoφti- ons and / or fluorescence maximum to higher wavelengths after interaction with the means for recognizing the emitter by a value greater than 15 nm, preferably greater than 25 nm, and most preferably approximately 30 nm.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der verwendete Emitter einen Farbstoff umfaßt, der ausgewählt ist aus der Gruppe von Polymethinfarbstoffen, wie Dicarbocyanin-, Tricarbocyanin-, Indotricarbocyanin-, Merocyanin-, Styryl-, Squarilium- und Oxonolfarbstoffen und Rhodaminfarbstoffen, Phenoxazin- oder Phenothiazin- farbstoffen.14. Device according to one of claims 1 to 13, wherein the emitter used comprises a dye which is selected from the group of polymethine dyes such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, indotricarbocyanine, merocyanine, styryl, squarilium and oxonol dyes and rhodamine dyes , Phenoxazine or phenothiazine dyes.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Emitter des Substanz- Emitter-Konjugat einen Cyaninfarbstoff der allgemeinen Formel (I)15. The device according to one of claims 1 to 14, wherein the emitter of the substance-emitter conjugate is a cyanine dye of the general formula (I)
umfaßt, in der D für einen Rest (II) oder (III) in which D represents a radical (II) or (III)
steht, wobei die mit dem Stern markierte Position die Verknüpfungsstelle mit dem Rest B bedeutet und für die Gruppe (IV), (V), (VI), (VII) oder (VIII) stands, the position marked with the asterisk being the point of attachment to the radical B and for group (IV), (V), (VI), (VII) or (VIII)
(VIII) stehen kann, in denen R1 und R2 unabhängig voneinander eine C1-C4-Sulfoalkylkette, eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder geradekettige Ci-Cso-Alkylkette darstellt, die gegebenenfalls mit von 0 bis 15 Sauerstoffatomen und/oder von 0 bis 3 Carbonylgruppen unterbrochen ist und/oder mit 0 bis 5 Hydroxygruppen substituiert sein kann, bedeutet, R3 und R4 unabhängig voneinander für die Gruppe -COOE1, -CONE^2, -NHCOE1, - NHCONHE1, -NE'E2, -OE1, -OSO3.E1, -SOsE1, -SOzNHE1 oder -E1 stehen, wobei E1 und E2 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C4-Sulfoalkylkette, eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder geradekettige Ci-Cso-Alkylkette darstellt, die gegebenenfalls von 0 bis 15 Sauerstoffatomen und/oder von 0 bis 3 Carbonylgruppen unterbrochen ist und/oder mit 0 bis 5 Hydroxygruppen substituiert ist, R5 für ein Wasserstoffatom, einen Methyl-, Ethyl- oder Propylrest oder ein Fluor- Chlor, Brom- oder Jodatom steht, b die Zahl 2 oder 3 bedeutet, und X und Y unabhängig voneinander O, S, =C(CH3)2 oder-(CH=CH)- bedeuten, und Salze und Solvate dieser Verbindungen. (VIII) can be in which R 1 and R 2 independently of one another represent a C 1 -C 4 sulfoalkyl chain, a saturated or unsaturated, branched or straight-chain Ci-Cso-alkyl chain, optionally with from 0 to 15 oxygen atoms and / or from 0 to 3 carbonyl groups is interrupted and / or can be substituted with 0 to 5 hydroxyl groups, R 3 and R 4 mean independently of one another for the group -COOE 1 , -CONE ^ 2 , -NHCOE 1 , - NHCONHE 1 , -NE'E 2 , -OE 1 , -OSO 3 .E 1 , -SOsE 1 , -SOzNHE 1 or -E 1 , where E 1 and E 2 independently of one another are a hydrogen atom, a C 1 -C 4 sulfoalkyl chain, a saturated or unsaturated, represents branched or straight-chain Ci-Cso-alkyl chain which is optionally interrupted by 0 to 15 oxygen atoms and / or by 0 to 3 carbonyl groups and / or is substituted by 0 to 5 hydroxyl groups, R 5 for a hydrogen atom, a methyl, ethyl or propyl radical or a fluorine, chlorine, bromine or iodine atom, b di e is 2 or 3, and X and Y are independently O, S, = C (CH 3 ) 2 or - (CH = CH) -, and salts and solvates of these compounds.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Substanz-erkennden Mittel und/oder die Substanz direkt oder indirekt auf einer Oberfläche statistisch zufällig oder gerichtet immobilisiert vorliegen.16. Device according to one of claims 1 to 15, wherein the substance-recognizing agents and / or the substance are present directly or indirectly immobilized randomly or randomly on a surface.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Oberfläche eine Membran, Kugel (Bead) oder feste ebene Oberfläche umfaßt, die aus Harzmatrizes, Silizium, Glas, Polystyrol, Aluminium, Stahl, Eisen, Kupfer, Nickel, Silber oder Gold besteht.17. The device according to any one of claims 1 to 16, wherein the surface comprises a membrane, ball (bead) or solid flat surface made of resin matrices, silicon, glass, polystyrene, aluminum, steel, iron, copper, nickel, silver or gold consists.
18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 für die in vitro Dia- gnostik.18. Use of a device according to one of claims 1 to 17 for in vitro diagnostics.
19. Verfahren zur direkten quantitativen in v/tro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz, umfassend die Schritte von, a) zur Verfügung stellen einer Vorrichtung, umfassend, i) auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Substanz-Erkennung, ii) freies Substanz-Emitter-Konjugat, und iii) auf einer Oberfläche immobilisierte Mittel zur Erkennung des Emitters, wobei der verwendete Emitter einen Teil umfaßt, der auf eine Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters mit einer Veränderung der Emissionseigenschaften reagiert, b) in Kontakt bringen der Vorrichtung mit einer Probe, die eine zu quantifizierende Substanz enthält, und c) Messen der Veränderung der Emissionseigenschaften des Emitters.19. A method for the direct quantitative in / tro determination of a substance contained in a sample, comprising the steps of, a) making available a device, comprising i) substance-detection agent immobilized on a surface, ii) free substance-emitter conjugate, and iii) agent-immobilization detection agent immobilized on a surface, wherein the emitter used comprises a part that interacts with the agent for Detection of the emitter reacts with a change in the emission properties, b) bringing the device into contact with a sample which contains a substance to be quantified, and c) measuring the change in the emission properties of the emitter.
20. Verfahren zur direkten quantitativen in vt'tro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz , umfassend die Schritte von, a) zur Verfügung stellen einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, b) in Kontakt bringen der Vorrichtung mit einer Probe, die eine zu quantifizierende Substanz enthält, und c) Messen der Veränderung der Emissionseigenschaften des Emitters.20. A method for direct quantitative in vt 'tro-determination of a substance contained in a sample, comprising the steps of, a) providing a device according to one of claims 1 to 17, b) contacting the device with a sample, which contains a substance to be quantified, and c) measuring the change in the emission properties of the emitter.
21. Verfahren zur quantitativen in v/tro-Bestimmung einer in einer Probe enthaltenen Substanz nach Anspruch 19 oder 20, weiter umfassend d) Quantifizieren der in der Probe enthaltenen Substanz mittels der gemessenen Veränderung der Emissionseigenschaften des Emitters.21. The method for quantitative in-v / tro determination of a substance contained in a sample according to claim 19 or 20, further comprising d) quantifying the substance contained in the sample by means of the measured change in the emission properties of the emitter.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Substanz ausgewählt ist aus Antigenen, wie Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren, Oligonukleotiden, Blutkomponen- ten, Serumko ponenten, Lipiden, Pharmaka und Verbindungen niederen Molekulargewichts, oder Antiköφern und Antiköφerfragmenten.22. The method according to any one of claims 19 to 21, wherein the substance is selected from antigens such as proteins, peptides, nucleic acids, oligonucleotides, blood components, serum components, lipids, pharmaceuticals and compounds of low molecular weight, or antibodies and antibody fragments.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die Veränderung der Emissionseigenschaften des Teils des Emitters ausgewählt ist aus einer Veränderung der Polarisa- tionsebene, der Fluoreszenzintensität, der Phosphoreszenzintensität, der Fluoreszenzlebensdauer und einer bathochromen Verschiebung des Absoφtionsmaximums und/oder des Fluoreszenzmaximums. 23. The method according to any one of claims 19 to 22, wherein the change in the emission properties of the part of the emitter is selected from a change in the polarization level, the fluorescence intensity, the phosphorescence intensity, the fluorescence lifetime and a bathochromic shift of the absorption maximum and / or the fluorescence maximum.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei als die Substanz-erkennenden Mittel Peptide, Proteine und insbesondere Antiköφer oder Antiköφerfragmente mit der Probe in Kontakt gebracht werden.24. The method according to any one of claims 19 to 23, wherein as the substance-recognizing agent peptides, proteins and in particular Antiköφer or Antiköφerfragmente are brought into contact with the sample.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei die Antiköφer oder Antiköφerfragmente ausgewählt sind aus polyklonalen oder monoklonalen Antiköφern, humanisierten Antiköφern, Fab-Fragmenten, insbesondere monomeren Fab-Fragmenten, scFv- Fragmenten, synthetischen und rekombinanten Antiköφern, scTCR-Ketten und Gemischen davon.25. The method according to any one of claims 19 to 24, wherein the Antiköφer or Antiköφerfragmente are selected from polyclonal or monoclonal antibodies, humanized antibodies, Fab fragments, in particular monomeric Fab fragments, scFv fragments, synthetic and recombinant antibodies, scTCR chains and Mixtures of these.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei der anti-Substanz-Antiköφer oder das an- ti-Substanz-Antiköφerfragment eine höhere Antigenbindungsaffinität aufweist, als der anti-Emitter-Antiköφer oder das anti-Emitter-Antiköφerfragment zum Emitter.26. The method according to claim 24 or 25, wherein the anti-substance antibody or the anti-substance antibody fragment has a higher antigen binding affinity than the anti-emitter antibody or the anti-emitter antibody fragment to the emitter.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der anti-Substanz-Antiköφer oder das antiSubstanz- Antiköφerfragment eine mindestens zweifach höhere und insbesondere zehnfach höhere Antigenbindungsaffinität aufweist, als der anti-Emitter-Antiköφer oder das anti-Emitter-Antiköφerfragment zum Emitter.27. The method according to claim 26, wherein the anti-substance-Antiköφer or the antiSubstanz- Antiköφerfragment has at least twice higher and in particular ten times higher antigen binding affinity than the anti-emitter Antiköφer or the anti-emitter Antiköφerfragment to the emitter.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei der auf einer Oberfläche immobilisierte anti-Emitter-Antiköφer im molaren Überschuß gegenüber dem anti-Substanz- Antiköφer oder gegenüber dem Antigen mit der Probe in Kontakt gebracht wird, wobei das Verhältnis vorzugsweise 1:2-1:50 beträgt.28. The method according to claim 24, wherein the immobilized anti-emitter antibody is brought into contact with the sample in molar excess over the anti-substance antibody or over the antigen, the ratio preferably being 1: Is 2-1: 50.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei der Emitter einen Farbstoff umfaßt, der mindestens ein Absoφtionsmaximum und/oder Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 700 bis 1000 nm, bevorzugt mindestens ein Absoφtionsmaximum und Fluoreszenzmaximum innerhalb des Spektralbereiches von 750 bis 900 nm aufweist.29. The method according to any one of claims 24 to 28, wherein the emitter comprises a dye which has at least one absorption maximum and / or fluorescence maximum within the spectral range from 700 to 1000 nm, preferably at least one absorption maximum and fluorescence maximum within the spectral range from 750 to 900 nm ,
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei die Verschiebung des Absoφti- ons- und/oder Fluoreszenzmaximums zu höheren Wellenlängen nach Wechselwirkung mit dem Mittel zur Erkennung des Emitters um einen Wert größer 15 nm, bevorzugt größer 25 nm, und am meisten bevorzugt um ungefähr 30 nm erfolgt. 30. The method according to any one of claims 24 to 29, wherein the shift of the absorption and / or fluorescence maximum to higher wavelengths after interaction with the means for detecting the emitter by a value greater than 15 nm, preferably greater than 25 nm, and most preferably takes place around 30 nm.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei der verwendete Emitter einen Farbstoff umfaßt, der ausgewählt ist aus der Gruppe von Polymethinfarbstoffen, wie Dicarbocyanin-, Tricarbocyanin-, Indotricarbocyanin-, Merocyanin-, Styryl-, Squarilium- und Oxonolfarbstoffen und Rhodaminfarbstoffen, Phenoxazin- oder Phenothiazin- farbstoffen.31. The method according to any one of claims 24 to 30, wherein the emitter used comprises a dye which is selected from the group of polymethine dyes such as dicarbocyanine, tricarbocyanine, indotricarbocyanine, merocyanine, styryl, squarilium and oxonol dyes and rhodamine dyes , Phenoxazine or phenothiazine dyes.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei der Emitter des Substanz- Emitter-Konjugat einen Cyaninfarbstoff der allgemeinen Formel (I)32. The method according to any one of claims 24 to 30, wherein the emitter of the substance-emitter conjugate is a cyanine dye of the general formula (I)
umfaßt, in der D für einen Rest (II) oder (III)in which D represents a radical (II) or (III)
steht, wobei die mit dem Stern markierte Position die Verknüpfungsstelle mit dem Rest B bedeutet und für die Gruppe (IV), (V), (VI), (VII) oder (VIII)stands, the position marked with the asterisk being the point of attachment to the radical B and for group (IV), (V), (VI), (VII) or (VIII)
(VIII) stehen kann, in denen R1 und R2 unabhängig voneinander eine C1-C -Sulfoalkylkette, eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder geradekettige CrCso-Alkylkette darstellt, die gegebenenfalls mit von 0 bis 15 Sauerstoffatomen und/oder von 0 bis 3 Carbonylgruppen unterbrochen ist und/oder mit 0 bis 5 Hydroxygruppen substituiert sein kann, bedeutet, R3 und R4 unabhängig voneinander für die Gruppe -COOE1, -CONE'E2, -NHCOE1, - NHCONHE1, -NE^2, -OE1, -OSO3E1, -SO3E\ -SO2NHE1 oder -E1 stehen, wobei E und E unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine Ci-C -Sulfoalkylkette, eine gesättigte oder ungesättigte, verzweigte oder geradekettige CrCso-Alkylkette dar- stellt, die gegebenenfalls von 0 bis 15 Sauerstoffatomen und/oder von 0 bis 3 Carbonylgruppen unterbrochen ist und/oder mit 0 bis 5 Hydroxygruppen substituiert ist, R5 für ein Wasserstoffatom, einen Methyl-, Ethyl- oder Propylrest oder ein Fluor- Chlor, Brom- oder Jodatom steht, b die Zahl 2 oder 3 bedeutet, und X und Y unabhängig voneinander O, S, =C(CH3)2 oder-(CH=CH)- bedeuten, und Salze und Solvate dieser Verbindungen. (VIII) may be in which R 1 and R 2 independently of one another represent a C 1 -C sulfoalkyl chain, a saturated or unsaturated, branched or straight-chain CrCso-alkyl chain which may be interrupted with from 0 to 15 oxygen atoms and / or from 0 to 3 carbonyl groups is and / or can be substituted with 0 to 5 hydroxyl groups, R 3 and R 4 independently of one another mean for the group -COOE 1 , -CONE'E 2 , -NHCOE 1 , - NHCONHE 1 , -NE ^ 2 , -OE 1 , -OSO 3 E 1 , -SO 3 E \ -SO 2 NHE 1 or -E 1 , where E and E independently of one another are a hydrogen atom, a C 1 -C 4 -sulfoalkyl chain, a saturated or unsaturated, branched or straight-chain CrCso- Represents alkyl chain, which is optionally interrupted by 0 to 15 oxygen atoms and / or by 0 to 3 carbonyl groups and / or is substituted by 0 to 5 hydroxyl groups, R 5 for a hydrogen atom, a methyl, ethyl or propyl radical or a fluorine - chlorine, bromine or iodine atom, b is the number 2 o which means 3, and X and Y independently of one another are O, S, = C (CH 3 ) 2 or - (CH = CH) -, and salts and solvates of these compounds.
33. Verwendung von Substanz-Emitter-Konjugaten in einem Verfahren zur direkten quantitativen in v/tro-Bestimmung nach einem der Ansprüche 19 bis 32.33. Use of substance-emitter conjugates in a method for direct quantitative in / tro determination according to one of claims 19 to 32.
34. Diagnostischer Kit, umfassend Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 32, gegebenenfalls zusammen mit anderen Hilfsstoffen und/oder Anweisungen, gemeinsam oder in getrennten Behältern. 34. Diagnostic kit comprising means for carrying out the method according to one of claims 19 to 32, optionally together with other auxiliaries and / or instructions, together or in separate containers.
EP04740874A 2003-07-09 2004-07-09 Device and method for the direct quantitative in vitro determination of a substance that is contained in a sample Withdrawn EP1642130A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10331093A DE10331093A1 (en) 2003-07-09 2003-07-09 Apparatus and method for direct quantitative in vitro determination of a substance contained in a sample
US48726203P 2003-07-16 2003-07-16
PCT/EP2004/007595 WO2005005985A1 (en) 2003-07-09 2004-07-09 Device and method for the direct quantitative in vitro determination of a substance that is contained in a sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1642130A1 true EP1642130A1 (en) 2006-04-05

Family

ID=34041742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04740874A Withdrawn EP1642130A1 (en) 2003-07-09 2004-07-09 Device and method for the direct quantitative in vitro determination of a substance that is contained in a sample

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20050037402A1 (en)
EP (1) EP1642130A1 (en)
JP (1) JP2009513940A (en)
DE (1) DE10331093A1 (en)
WO (1) WO2005005985A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7785591B2 (en) * 2004-10-14 2010-08-31 Morphosys Ag Identification and characterization of function-blocking anti-ED-B-fibronectin antibodies
EP1760467A1 (en) * 2005-09-02 2007-03-07 Schering AG Optically fluorescent nanoparticles
DE102006023083A1 (en) * 2006-05-16 2007-11-22 Jacobs University Bremen Ggmbh Determination of concentration changes
CN103645330A (en) * 2013-12-24 2014-03-19 上海北加生化试剂有限公司 Kit for detecting fibronectin concentration in urine and preparation method thereof
EP3234601B1 (en) 2014-12-18 2019-10-09 Roche Diagnostics GmbH Methods for reducing interferences
US9862682B2 (en) 2016-01-08 2018-01-09 BroadPharm Functionalized pegylated cyanine compounds, pharmaceutical compositions, and methods of use thereof

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4256834A (en) * 1979-04-09 1981-03-17 Syva Company Fluorescent scavenger particle immunoassay
US5569587A (en) * 1986-04-18 1996-10-29 Carnegie Mellon University Method for labeling and detecting materials employing luminescent arysulfonate cyanine dyes
US5268486A (en) * 1986-04-18 1993-12-07 Carnegie-Mellon Unversity Method for labeling and detecting materials employing arylsulfonate cyanine dyes
GB8807488D0 (en) * 1988-03-29 1988-05-05 Ares Serono Res & Dev Ltd Method of assay
US6492160B1 (en) * 1991-05-15 2002-12-10 Cambridge Antibody Technology Limited Methods for producing members of specific binding pairs
DE4229591C1 (en) * 1992-09-04 1994-03-24 Draegerwerk Ag Immunoassay using test strip with immobilised antibody - based on displacement of tracer from antibody by analyte, esp. for determn. of pollutants
DE4421907A1 (en) * 1994-06-24 1996-01-04 Behringwerke Ag Method for performing an immunoassay in a multiphase system
DE19502375C2 (en) * 1995-01-26 2000-06-21 Denzel Klaus Narcotics detection system
US5994143A (en) * 1996-02-01 1999-11-30 Abbott Laboratories Polymeric fluorophores enhanced by moieties providing a hydrophobic and conformationally restrictive microenvironment
US6437099B1 (en) * 1998-01-07 2002-08-20 Hamamatsu Photonics K.K. Fluorescene—activating antisera and IgG fraction therefrom
US6534324B1 (en) * 2000-05-12 2003-03-18 Mizuho Usa, Inc. Rapid assay strip and method of rapid competitive assay

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005005985A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005005985A1 (en) 2005-01-20
DE10331093A1 (en) 2005-02-10
JP2009513940A (en) 2009-04-02
US20050037402A1 (en) 2005-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7393451B2 (en) Recognition of cellular target binding by bioactive agents using intracellular bioluminescence resonance energy transfer
EP1732935B1 (en) Lanthanide chelates and use thereof in bioanalysis
CN104704366B (en) Azaindole quinoline-the cyanine dye and its bioconjugates of hydroxamic acid substitution
EP1337851B1 (en) Dye pair for fluorescence resonance energy transfer (fret) measurements
US20030073149A1 (en) Antibody complexes and methods for immunolabeling
EP0209875A1 (en) Resorufin derivatives and process for their preparation
DE102019120455B4 (en) Method for the simultaneous determination of different analytes in an environmental sample, based on core / shell microparticles
US11982619B2 (en) Method for detecting biomaterial using linear upconversion fluorescent property
DE102012107475A1 (en) BENZOCYANINVERBINDUNGEN
JP7327898B2 (en) Bioconjugates of heterocyclic compounds
EP2612147B1 (en) Automatic immunoassay for biogenic amines
JP2019524972A (en) Fluorescent hydroporphyrin beads with narrow wavelength range
EP0749435B1 (en) Interference suppression agent for use in immuno assaying
Patsenker et al. Fluorescent probes and labels for biomedical applications
DE19521231A1 (en) New oxazine dyes and their use as fluorescent markers
EP1642130A1 (en) Device and method for the direct quantitative in vitro determination of a substance that is contained in a sample
DE10111224A1 (en) Analogs of ecstasy class and use thereof in detecting ecstasy-class compounds
DE60214709T2 (en) Method for increasing the hydrophilicity of fluorescent marker compounds
EP1641830B1 (en) Emitter-binding peptides causing a change in the spectral emission properties of the emitter
JP2022553737A (en) Polynucleotide-linked bioconjugates and methods of making and using the same
WO2004092174A1 (en) Pyrrolopyrroles used as fluorescent labels for biomolecules and spherical particles
CN112823278A (en) Method for detecting human serum albumin in biological liquid
DE69931467T2 (en) NEW COMPLEXES CONTAINING NETWORKED AVIDIN, METHOD OF MANUFACTURING AND ANALYSIS METHOD USING THIS
EP1440315B1 (en) Identification of human auto-antibodies
CN114874198B (en) Aβ fluorescent probe based on rhodamine-copper complex and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20051219

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: BAYER SCHERING PHARMA AG

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: BAYER SCHERING PHARMA AKTIENGESELLSCHAFT

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20070820