JP2003232735A - Method of labeling or detecting substance using luminescent aryl sulfonate cyanine dye - Google Patents

Method of labeling or detecting substance using luminescent aryl sulfonate cyanine dye

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JP2003232735A
JP2003232735A JP2003002086A JP2003002086A JP2003232735A JP 2003232735 A JP2003232735 A JP 2003232735A JP 2003002086 A JP2003002086 A JP 2003002086A JP 2003002086 A JP2003002086 A JP 2003002086A JP 2003232735 A JP2003232735 A JP 2003232735A
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labeling
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cyanine
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Alan S Waggoner
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Carnegie Mellon University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substance contained in an aqueous liquid labeled with a dye useful for detection. <P>SOLUTION: A method of labeling a component contained in an aqueous liquid includes a step (a) of adding a luminescent dye selected from among a group composed of cyanine, merocycanine, and styryl dues having at least one sulfonic group or sulfonate group attached to an aromatic nucleus and having reactivity to the component to the aqueous liquid containing the component and a step (b) of causing the dye and component to act upon another so that the dye may label the component. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、発光アリールスル
ホネートシアニン染料を用いた物質の標識および検出に
関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the labeling and detection of substances with luminescent aryl sulphonate cyanine dyes.

【0002】[0002]

【従来の技術】吸光特性を有するシアニンおよび関連染
料は写真フィルムに用いられてきた。斯かる染料は吸光
特性を必要とするが、ルミネッセンス(蛍光若しくは燐
光)特性を必要としない。これまでルミネッセンス特性
を有するシアニン染料は非常に限られた用途しかなかっ
た。斯かる用途に取分け蛋白のスルフヒドリル基を標識
することが含まれる。「スルフヒドリル試薬染料は筋形
質小網嚢(SR)からの迅速Ca2+解放を開始させる
(Sulfhydryl Reagent DyesTr
igger the Rapid Release of
Ca2 from Sacoplasmic Reticu
lum Vesicles(SR))」と題する論文
で、Salama G.Waggoner A.S.Ab
ramsonJ.は、ヨードアセチル基を有するシアニ
ン発色団がCa2+解放を開始させるべくpH6.7で筋
形質小網蛋白上のスルフヒドリル基と共有結合を形成す
るのに用いられたことを報告している(Biophys
ical Journal、47、456a(198
5))。この論文はまた、蛍光染料が蛋白の標識ないし
単離に用いられたことを述べている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Cyanine and related dyes having light absorbing properties have been used in photographic films. Such dyes require light-absorption properties, but not luminescence (fluorescence or phosphorescence) properties. So far, cyanine dyes with luminescent properties have had very limited applications. Such uses include labeling the sulfhydryl groups of the protein in particular. “Sulfhydryl reagent dye initiates rapid Ca 2+ release from myoplasmic reticulum (SR) (Sulfhydryl Reagent DyesTr
Igger the Rapid Release of
Ca 2 from Sacoplastic Reticu
lum Vesicles (SR) ”in Salama G. et al. Waggoner A. S. Ab
ramson J. Reported that a cyanine chromophore bearing an iodoacetyl group was used to form a covalent bond with a sulfhydryl group on the myoplasmic reticulum protein at pH 6.7 to initiate Ca 2+ release ( Biophys
ical Journal, 47, 456a (198)
5)). This article also states that fluorescent dyes were used to label or isolate proteins.

【0003】「レチニリデン結合箇所から離れたロドプ
シン分子領域での配座変化の力学(Kinetics
of Conformational Changes
ina Region of the Rhodopsin
Molecule AwayFrom the Reti
nylidene Binding Site)」と題
する論文で、Waggoner A.S.、Jenki
ns P.L.、Carpenter J.P.および
Gupta R.は、牛ロドプシンのF1領域上のスル
フヒドリル基が660nmで吸光度を有するシアニン染
料により共有標識されたことを報告している〔Biop
hysical Journal、33、292a(1
985)〕。ここでも、特に蛋白のスルフヒドリル基を
標識するのにシアニン染料を用いたことが報告されてい
るが、蛍光染料の使用については開示されていない。
"Mechanics of conformational changes in the rhodopsin molecular region away from the retinylidene binding site (Kinetics)
of Conformal Changes
ina Region of the Rhodopsin
Molecular Away From the Reti
Nylidene Binding Site) ", Waggoner A. et al. S. , Jenki
ns P. L. Carpenter J .; P. And Gupta R. et al. Reported that the sulfhydryl group on the F1 region of bovine rhodopsin was covalently labeled with a cyanine dye that has an absorbance at 660 nm [Biop.
physical Journal, 33, 292a (1
985)]. Again, it was reported that cyanine dyes were used to label the sulfhydryl groups of proteins, but the use of fluorescent dyes was not disclosed.

【0004】「細胞生物学における問題への蛍光フォト
ブリーチ技法の応用に関する国際ゼミ(Interna
tional Workshop on the Appl
ication of Fluorescence ph
otobleaching Techniques to
Problems in Cell Biology)」
と題する記事には蛋白質に複合され得しかもスペクトル
の濃赤領域で励起されうるシアニンタイプ蛍光プローブ
に関するJacobson K.、ElsonE.、K
oppel D.およびWebb W.の論文が報告され
ている(Fed.Proc.42:72−79(198
3))。
"International seminar on the application of fluorescent photobleaching techniques to problems in cell biology.
Tialal Workshop on the Appl
ication of Fluorescence ph
otobleaching Technologies to
Problems in Cell Biology) "
The article entitled, Jacobson K. et al., Describes a cyanine-type fluorescent probe that can be complexed to proteins and excited in the deep red region of the spectrum. , Elson E. , K
opel D.D. And Webb W.W. Have been reported (Fed. Proc. 42: 72-79 (198).
3)).

【0005】上記三つの論文のいずれにも記述されてい
る唯一のシアニンプローブは特に蛋白質のスルフヒドリ
ル基に共有結合するものである。記述されている唯一の
特定シアニン化合物はヨードアセチル基を有するもの
で、該基はシアニン染料をスルフヒドリル基と共有反応
させる。上記記事はいずれもシアニン染料と蛋白質以外
の物質又はスルフヒドリル基以外の蛋白質上任意基との
共有反応を開示していない。
The only cyanine probe described in any of the above three papers is especially one that covalently binds to the sulfhydryl groups of proteins. The only specific cyanine compound described is one that has an iodoacetyl group, which covalently reacts a cyanine dye with a sulfhydryl group. None of the above articles disclose a covalent reaction between a cyanine dye and a substance other than a protein or an arbitrary group on a protein other than a sulfhydryl group.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多くの
非蛋白質物質はスルフヒドリル基を有さず、また多くの
蛋白質は該基を蛍光探査に有用とする程十分には有して
いない。しかも、スルフヒドリル基(−SHSH−)は
空気の存在でジスルフィド(−S−S−)に容易に酸化
し、それによって蛍光プローブへの共有結合に受容され
なくなる。
However, many non-protein substances do not have sulfhydryl groups, and many proteins do not have such groups sufficiently to make them useful for fluorescence exploration. Moreover, the sulfhydryl group (-SHSH-) readily oxidizes to disulfide (-SS-) in the presence of air, which renders it unacceptable for covalent attachment to fluorescent probes.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、水性液体中の
成分を標識する方法を提供する。該方法は、(a) 前
記成分を含有する前記液体に、芳香族核に結合したスル
ホン酸基若しくはスルホネート基少なくとも1個を有す
るシアニン、メロシアニンおよびスチリル染料よりなる
群から選ばれる発光染料を加え、該染料は前記成分と反
応性であり、そして(b) 前記染料が前記成分を標識
するように前記染料と前記成分とを反応させることを含
む。
The present invention provides a method of labeling a component in an aqueous liquid. The method comprises (a) adding a luminescent dye selected from the group consisting of cyanine, merocyanine and styryl dyes having at least one sulfonic acid group or sulfonate group bonded to an aromatic nucleus to the liquid containing the component, The dye is reactive with the component, and (b) comprising reacting the dye with the component such that the dye labels the component.

【0008】本発明の別の態様においては、水性液体中
の成分を標識する方法が提供される。該方法は、(a)
前記成分を含有する前記液体に、複素環式核の1個な
いし2個以上の環に結合したスルホン酸基若しくはスル
ホネート基少なくとも1個を含有するスルホインドレニ
ン基剤およびナフトスルホインドレニン基剤ポリメチン
染料よりなる群から選ばれる発光染料を加え、該染料は
前記成分と反応性であり、(b) 前記染料が前記成分
を標識するように前記染料と前記成分とを反応させ、そ
して(c) 前記標識成分を光学的方法により検出する
ことを含む。
In another aspect of the invention, a method of labeling a component in an aqueous liquid is provided. The method is (a)
A sulfoindolenin base and a naphthosulfoindolenin base polymethine containing at least one sulfonic acid group or sulfonate group bonded to one or more rings of a heterocyclic nucleus in the liquid containing the above component. Adding a luminescent dye selected from the group consisting of dyes, said dye being reactive with said component, (b) reacting said dye with said component such that said dye labels said component, and (c) Detecting the labeled component by an optical method.

【0009】本発明の別の態様においては、第1成分を
標識し、標識された前記第1成分を用いて第2成分と結
合させ標識第2成分を形成する方法が提供される。該方
法は、(a) 前記第1成分を含有する水性液体に、芳
香族核に結合したスルホン酸基若しくはスルホネート基
少なくとも1個を含有するシアニン、メロシアニンおよ
びスチリル染料よりなる群から選ばれる発光染料を加
え、該染料は前記第1成分と反応性であり、(b) 前
記染料が前記第1成分を発光標識して標識第1成分をも
たらすように前記染料と前記第1成分とを反応させ、
(c) 前記標識第1成分を前記第2成分に結合させて
標識第2成分を形成し、そして(d) 前記標識第2成
分を光学的方法により検出することを含む。
In another aspect of the invention, there is provided a method of labeling a first component and using the labeled first component to bind a second component to form a labeled second component. The method comprises (a) a luminescent dye selected from the group consisting of cyanine, merocyanine and styryl dyes containing at least one sulfonic acid group or sulfonate group bonded to an aromatic nucleus in the aqueous liquid containing the first component. The dye is reactive with the first component, and (b) reacting the dye with the first component such that the dye luminescently labels the first component to provide the labeled first component. ,
(C) binding the labeled first component to the second component to form a labeled second component, and (d) detecting the labeled second component by an optical method.

【0010】本発明のさらに別の態様においては、スル
ホシアニン染料標識物質と、すべてが単一励起波長で有
意に光を吸収するが異なる波長で蛍光を発する別異の蛍
光物質1種若しくは2種以上とを混合し、次いで前記蛍
光物質をすべて、単一波長の光で励起させ、そして前記
蛍光物質の各々を、それらの異なる蛍光波長でそれら個
々の蛍光信号を検出することにより計量することを含む
方法が提供される。
In yet another embodiment of the present invention, a sulfocyanine dye-labeled substance and one or two different fluorescent substances that all significantly absorb light at a single excitation wavelength but emit fluorescence at different wavelengths. Mixing the above with each other, then exciting all of the fluorophores with light of a single wavelength, and weighing each of the fluorophores by detecting their individual fluorescence signal at their different fluorescence wavelengths. A method including is provided.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明に従えば、物質の蛍光ない
し燐光検出のために適当な反応条件下、蛋白質および他
物質上のスルフヒドリル基のみならずアミン(−NH
2 )およびヒドロキシ(OH)基その他アルデヒド(−
CHO)基の如き基と共有反応する置換基を有するシア
ニンおよび関連ポリメチン染料が開発された。本発明
は、従来法のヨードアセチルシアニン染料の使用および
その、スルフヒドリル基との特異反応性よりもかなりの
益をもたらす。アミンおよびヒドロキシ基はスルフヒド
リル基よりも蛋白ないし他の物質中で優勢であり、安定
である。それによって、特定蛋白有無の探査に蛍光シア
ニン染料を用いるとき、被探査蛋白に多くの染料分子が
結合しうるので、より強い蛍光ないし燐光の光度信号が
出される。しかも、アミンないしヒドロキシ基は、当然
スルフヒドリル、アミン若しくはヒドロキシ基を含まな
い重合体粒子の如き標識の所望される成分に、より容易
に付加される。
According to the present invention, not only sulfhydryl groups on proteins and other substances but also amines (--NH 2) can be used under reaction conditions suitable for fluorescence or phosphorescence detection of substances.
2 ) and hydroxy (OH) group and other aldehydes (-
Cyanine and related polymethine dyes having substituents that covalently react with groups such as CHO) groups have been developed. The present invention provides significant benefits over the use of conventional iodoacetyl cyanine dyes and their specific reactivity with sulfhydryl groups. Amine and hydroxy groups are more predominant and stable in proteins and other substances than sulfhydryl groups. Therefore, when a fluorescent cyanine dye is used for probing the presence or absence of a specific protein, many dye molecules can be bound to the protein to be probed, so that a stronger fluorescence or phosphorescence intensity signal is generated. Moreover, amine or hydroxy groups are, of course, more easily added to the desired component of the label, such as sulfhydryl, polymer particles free of amine or hydroxy groups.

【0012】本発明はまた、標識蛋白又は他物質の有無
ないし量が、該標識成分をクロマトグラフィー法で分離
後探査されうるように、アミン若しくはヒドロキシ基又
は他の反応基と共有反応する基を含む発光シアニン染料
を用いて混合物中の染料と反応しうるアミン若しくはヒ
ドロキシ基又は他の基を有する蛋白又は他の原料を標識
する方法に関する。先に引用せる文献に依れば、明らか
にスルフヒドリル基は、特に蛋白分子上のスルフヒドリ
ル基が非常に少なくまた或る場合該基が蛋白の機能で有
意な役割を果たす故に共有反応用に選定された。それ
故、著者が蛋白構造上のスルフヒドリル基の特定位置を
確認する試みは可能であった。また、上記文献で、スル
フヒドリル基は特定蛋白の構造変化を探査し或いは該変
化をもたらすプローブとして用いられた。斯くして、染
料による吸光の変化又は染料結合による解放カルシウム
イオンの変化を判断するために、プローブの結合場所を
知ることが必要であった。
The present invention also provides a group that covalently reacts with an amine or a hydroxy group or another reactive group so that the presence or absence or amount of the labeled protein or other substance can be probed after separating the labeled component by a chromatographic method. A method for labeling proteins or other sources having amine or hydroxy groups or other groups capable of reacting with dyes in a mixture using a luminescent cyanine dye containing. According to the literature cited above, it is clear that sulfhydryl groups were chosen for covalent reactions, especially because there are very few sulfhydryl groups on the protein molecule and in some cases they play a significant role in the function of the protein. It was Therefore, it was possible for the author to try to identify the specific position of the sulfhydryl group on the protein structure. Further, in the above-mentioned literature, the sulfhydryl group was used as a probe for investigating or causing a structural change of a specific protein. Thus, it was necessary to know the binding site of the probe in order to determine the change in absorption by the dye or the change in released calcium ions due to dye binding.

【0013】大部分の蛋白上のスルフヒドリル基は非常
に少ない故に、探査に十分な全ルミネッセンスをもたら
すのに該スルフヒドリル基数が十分でないことがある。
これとは対照的に、アミンないしヒドロキシ基数は蛋白
分子上に数において有意に多く且つ広く分散しているの
で分子上の多数箇所に蛍光プローブを結合させることが
でき、それによって蛋白検出が容易になるため吸光若し
くは蛍光変化の判断が排除される。
The number of sulfhydryl groups on most proteins is so low that the number of sulfhydryl groups may not be sufficient to provide sufficient total luminescence for probing.
In contrast, the number of amine or hydroxy groups is significantly higher in number and widely dispersed on the protein molecule, allowing fluorescent probes to be attached to multiple sites on the molecule, thereby facilitating protein detection. Therefore, the determination of absorption or fluorescence change is eliminated.

【0014】本発明は発光ポリメチンシアニンないし関
連ポリメチン染料による蛋白その他、核酸、DNA、薬
物、トキシン、血液細胞、微生物物質、粒子、プラスチ
ック若しくはガラス表面材、重合体膜等を含む物質の、
該物質上アミン若しくはヒドロキシ箇所での標識に関す
る。有利なことに、染料は、標識物質を含む水性ないし
他の媒体に可溶である。本発明は標識1段法に加えて標
識2段法に関する。標識2段法では、抗体の如き第一成
分を、該成分上の、アミン、ヒドロキシ、アルデヒド若
しくはスルフヒドリル箇所を含む箇所で標識しうる。標
識された成分は、抗体が特異な抗原の如き第二成分のプ
ローブとして用いられる。
The present invention is directed to proteins containing luminescent polymethine cyanine or related polymethine dyes, and other substances, including nucleic acids, DNAs, drugs, toxins, blood cells, microbial substances, particles, plastic or glass surface materials, polymer films, etc.
It relates to labeling at amine or hydroxy sites on the substance. Advantageously, the dye is soluble in aqueous or other media containing the labeling substance. The present invention relates to a one-step labeling method as well as a two-step labeling method. In the two-label method, a first component, such as an antibody, can be labeled at sites on the component, including amine, hydroxy, aldehyde or sulfhydryl sites. The labeled component is used as a probe for a second component, such as an antibody-specific antigen.

【0015】先に記した従来技術では、スルフヒドリル
基と共有反応するプローブを用いることにより、シアニ
ンプローブによる結合箇所の特異性が達成された。本発
明の2段法に従えば、第一段階でシアニンないし関連プ
ローブを抗体の如き第一成分上のアミン、アルデヒド、
スルフヒドリル、ヒドロキシ若しくは他の基と反応させ
ることができ、而して第二ないし染色段階で抗体は抗原
の如き第二成分での所望の特異性を達成しうる。この特
異性は抗体への抗原結合箇所により調べられる。
In the above-mentioned prior art, the specificity of the binding site by the cyanine probe was achieved by using a probe that covalently reacts with a sulfhydryl group. According to the two-step method of the present invention, in the first step, cyanine or a related probe is treated with an amine, an aldehyde, or the like on the first component such as an antibody.
It can be reacted with sulfhydryl, hydroxy or other groups, so that in the second or staining step the antibody can achieve the desired specificity with the second component, such as the antigen. This specificity is examined by the site of antigen binding to the antibody.

【0016】本発明はまた、ターゲット分子上のアミ
ン、ヒドロキシ、アルデヒド若しくはスルフヒドリル基
への共有結合を可能にする基を含む発光ポリメチンシア
ニンおよび関連化合物に関する。本発明は抗原のプロー
ブとなりうるこれら発光シアニン化合物で標識された単
一クローン抗体および他の成分に関する。ターゲットが
1種の細胞であるとき、本発明は、該細胞に結合する標
識抗体の量を測定するのに用いることができる。この測
定は、細胞のルミネッセンスの相対的明暗を調べること
によって実施しうる。
The present invention also relates to luminescent polymethinecyanines and related compounds containing groups that allow covalent attachment to amine, hydroxy, aldehyde or sulfhydryl groups on the target molecule. The present invention relates to monoclonal antibodies and other components labeled with these luminescent cyanine compounds that can serve as probes for antigens. When the target is a single type of cell, the present invention can be used to measure the amount of labeled antibody bound to the cell. This measurement can be performed by examining the relative light and dark of the luminescence of the cells.

【0017】本発明は、系の特定蛋白若しくは他成分の
濃度を調べるのに用いることができる。もし、プローブ
と反応しうる蛋白上の反応基数が既知なら、分子当りの
蛍光を知ることができ、また系の分子濃度を系の全ルミ
ネッセンス強度によって調べることができる。
The present invention can be used to determine the concentration of specific proteins or other components of the system. If the number of reactive groups on the protein that can react with the probe is known, the fluorescence per molecule can be known, and the molecular concentration of the system can be determined by the total luminescence intensity of the system.

【0018】本方法は、系の蛋白の混合物すべてを標識
し、次いで標識蛋白をクロマトグラフィーの如き任意手
段で分離することにより系の各種の蛋白ないし他の物質
を定量するのに用いることができる。次いで、分離せる
発光性の蛋白量を調べることができ、クロマトグラフィ
ー検出系で、標識物質上の染料位置を確認することがで
きる。
The present method can be used to quantify various proteins or other substances in the system by labeling all mixtures of proteins in the system and then separating the labeled proteins by any means such as chromatography. . Then, the amount of luminescent protein to be separated can be examined, and the position of the dye on the labeling substance can be confirmed by a chromatographic detection system.

【0019】本発明はまた、抗体により標識された種々
の細胞数を調べるのに使用しうる。この数の調査は系の
複数種の細胞を標識し次いで標識細胞を系外に分離する
ことにより実施しうる。また、標識細胞は系外の非標識
細胞からも分離することができる。
The present invention can also be used to determine the number of different cells labeled by an antibody. This number study can be performed by labeling multiple cells of the system and then separating the labeled cells out of the system. Labeled cells can also be separated from non-labeled cells outside the system.

【0020】本発明の別の具体化は、抗体の如き別異の
複数第一成分にして、各々が抗原の如き別異の第二成分
に特異な第一成分に夫々結合した複数の発光シアニン若
しくは関連染料を、抗原混合物中複数抗原の各々を同定
するのに用いられるマルチパラメーター方法を含む。こ
の具体化に従えば、各抗体は、他のプローブを標識する
のに用いられる染料とは別異の吸光およびルミネッセン
ス波長特性を有する染料で別個に標識される。次いで、
標識抗体はすべて、夫々特定の標識抗体により染色され
うる抗原の如き第二成分を含むと分析された生物学的調
製物に加えられる。未反応染料物質は、もしそれが分析
を妨げるなら、洗浄によって調製物から全て除去されう
る。生物学的調製物は次いで種々の励起波長に付され
る。用いられる各励起波長は特定の共役染料の励起波長
である。励起波長に相当する発光波長の光度を調べるの
にルミネッセンス顕微鏡又は、励起波長の光を選択し且
つルミネッセンスの波長を選定するフィルター若しくは
モノクロメーターを有するフローシトメター又は蛍光分
光光度計の如き他のルミネッセンス検出系が用いられ
る。特定の共役染料の発光波長に相当する波長でのルミ
ネッセンス強度は、染料が結合する抗体に結合した抗原
の量を示す。或る場合、各々が別異の波長で蛍光を発す
る混合物中の物質2種以上からのルミネッセンスを励起
するのに単一励起波長を用いることができ、その各蛍光
波長における個々の蛍光強度を検出することにより各標
識種の量を測定することができる。所望なら、吸光検出
法を用いることができる。本発明の2段法は、ルミネッ
センス若しくは吸光検出系で第一物質−染料複合物が方
向づけられる別の物質の有無を探査するのに染料と結合
した第一物質を用いる任意系に適用されうる。例えば、
染料はDNA若しくはRNA断片に結合して染料結合D
NA若しくはRNAフラグメントを形成し得、次いでそ
れは断片が相補的なDNA若しくはRNA主鎖に方向づ
けられる。同じ試験方法はDNAの相補的主鎖の有無を
探査するのに用いることができる。
Another embodiment of the invention is a plurality of luminescent cyanines each of which is a different first component such as an antibody, each bound to a first component specific for a different second component such as an antigen. Alternatively, the relevant dye comprises a multi-parameter method used to identify each of the multiple antigens in the antigen mixture. According to this embodiment, each antibody is separately labeled with a dye that has different absorption and luminescence wavelength properties than the dyes used to label the other probes. Then
All labeled antibodies are added to a biological preparation that is analyzed to contain a second component, such as an antigen, each of which can be stained by the particular labeled antibody. Any unreacted dye material can be removed from the preparation by washing if it interferes with the analysis. The biological preparation is then subjected to various excitation wavelengths. Each excitation wavelength used is the excitation wavelength of the particular conjugated dye. A luminescence microscope or other luminescence such as a flow cytometer or a fluorescence spectrophotometer with a filter or monochromator to select the light of the excitation wavelength and to select the wavelength of the luminescence to examine the luminous intensity of the emission wavelength corresponding to the excitation wavelength. A detection system is used. The luminescence intensity at a wavelength corresponding to the emission wavelength of a particular conjugated dye indicates the amount of antigen bound to the antibody bound by the dye. In some cases, a single excitation wavelength can be used to excite luminescence from two or more substances in the mixture, each emitting fluorescence at a different wavelength, and detecting individual fluorescence intensities at each fluorescence wavelength. By doing so, the amount of each labeled species can be measured. Absorption detection methods can be used if desired. The two-step method of the present invention can be applied to any system that uses a first substance combined with a dye to probe the presence or absence of another substance to which the first substance-dye complex is directed in a luminescence or absorption detection system. For example,
Dye binds to DNA or RNA fragment to bind dye D
An NA or RNA fragment can be formed which is then directed to the DNA or RNA backbone to which the fragment is complementary. The same test method can be used to probe the presence or absence of a complementary backbone of DNA.

【0021】本発明のシアニンおよび関連染料は特に、
広範囲の励起および発光波長を有する特定のシアニンお
よび関連染料が合成されうる故に、種々の励起および発
光波長の染料を必要とする成分混合物分析によく適合す
る。特定の励起および発光波長を有する特定のシアニン
および関連染料は、メチン基の数又はシアニン環構造を
変えることにより合成することができる。このようにし
て、レーザー例えばHeNe若しくはダイオードレーザ
ーの如き特定の励起光源に相当する特定励起波長を有す
る染料を合成することができる。
The cyanine and related dyes of the present invention are especially:
Since specific cyanines and related dyes with a wide range of excitation and emission wavelengths can be synthesized, they are well suited for component mixture analysis requiring dyes of various excitation and emission wavelengths. Specific cyanines and related dyes with specific excitation and emission wavelengths can be synthesized by changing the number of methine groups or the cyanine ring structure. In this way it is possible to synthesize dyes having a specific excitation wavelength corresponding to a specific excitation light source such as a laser eg HeNe or a diode laser.

【0022】本発明は、反応条件下発光性の高いまた吸
光度の高いシアニンおよび関連染料分子を蛋白、ペプチ
ド、炭水化物、核酸、誘導核酸、脂質、他の特定の生物
学的分子、生物学的細胞上のアミン、ヒドロキシ、アル
デヒド、スルフヒドリル若しくは他の基並びに可溶性重
合体、重合体粒子、重合体表面材、重合体膜、ガラス表
面材および他の粒子ないし表面材の如き非生物学的物質
に共有反応させることに関する。ルミネッセンスには高
感度の光学的技法が包含されるので、標識が非常に低い
量で存在するときでさえ染料「標識」の有無を探査定量
することができ、かくして染料標識試薬を用いて標識さ
れた物質の量を測定することができる。最も有用な染料
は吸光度が高く(ε=70,000〜250,000l
b/モルcm又はそれ以上)、非常に発光性であり、少
なくとも5〜80%以上の量子収量を有する。該量は染
料そのものに当てはまり、また標識物質に結合した染料
にも当てはまる。
The present invention provides cyanine and related dye molecules that are highly luminescent and highly absorbable under reaction conditions to proteins, peptides, carbohydrates, nucleic acids, derived nucleic acids, lipids, other specific biological molecules, and biological cells. Shared with the above amines, hydroxy, aldehydes, sulfhydryls or other groups and non-biological substances such as soluble polymers, polymer particles, polymer surface materials, polymer membranes, glass surface materials and other particles or surface materials Regarding reacting. Luminescence includes a sensitive optical technique that allows probing and quantifying the presence or absence of a dye "label" even when the label is present in very low amounts, thus labeling with dye labeling reagents. It is possible to measure the amount of substances. Most useful dyes have high absorbance (ε = 70,000 to 250,000 liters)
b / mol cm or more), is highly emissive and has a quantum yield of at least 5-80% or more. The amount applies to the dye itself and also to the dye bound to the labeling substance.

【0023】斯かるカラー標識試薬の重要な適用は発光
性単一クローン抗体の産生である。単一クローン抗体
は、特定の化学的箇所又は細胞表面上若しくは細胞内
「マーカー」に非常に堅く且つ特異的に結合する蛋白分
子である。それ故、これら抗体は、特定細胞種(例えば
HLA、T細胞、バクテリアおよびウイルス等)および
異常細胞を同定するのに莫大な研究と臨床適用とを有す
る。従来、細胞に結合した抗体は種々の方法による抗体
の標識によって計量されており、そして標識は放射性標
識(ラジオイムノアッセイ)、酵素(ELISA技法)
又は蛍光染料(通常フルオレセイン、ロダミン、Tex
as Red(登録商標)若しくは紅藻素)によって遂
行されてきた。臨床的抗体試薬のほとんどの製造業者な
いしユーザーは放射性トレーサーの使用に伴う問題の排
除を望んでおり、そのためルミネッセンスが最も有望な
代替法の一つと考えられている。実際、多くの業者は今
日、単一クローン抗体で標識されたフルオレセイン、T
exas Red(登録商標)、ロダミンおよび紅藻素
を市場に出している。
An important application of such color labeling reagents is the production of luminescent monoclonal antibodies. Monoclonal antibodies are protein molecules that bind very tightly and specifically to specific chemical sites or cell surface or intracellular "markers". Therefore, these antibodies have enormous research and clinical application in identifying specific cell types (eg HLA, T cells, bacteria and viruses, etc.) and abnormal cells. Conventionally, antibody bound to cells is quantified by labeling the antibody by various methods, and the label is a radioactive label (radioimmunoassay), enzyme (ELISA technique).
Or fluorescent dyes (usually fluorescein, rhodamine, Tex
as Red® or red algae). Most manufacturers or users of clinical antibody reagents desire to eliminate the problems associated with the use of radiotracers, and thus luminescence is considered one of the most promising alternatives. In fact, many vendors nowadays have used clonal antibody-labeled fluorescein, T
exas Red®, Lodamin and red algae are marketed.

【0024】近年、細胞上の蛍光抗体を検出する光学的
/電子工学的装置は複雑さを増している。例えば、フロ
ー血球計算法を用いて個々の細胞上の蛍光抗体量を、細
胞5,000個/秒までの割合で測定することができ、
また顕微鏡および溶液蛍光技法も進歩している。これら
装置は、スペクトルのUV、可視および近IR領域の多
くの波長で蛍光を励起することができる。今日受容され
る有用な蛍光標識試薬のほとんどは400〜580nm
スペクトル領域で励起しうる。例外は、蛋白に共有結合
し得且つ若干長い波長で励起しうる。海洋性生物から単
離されたいくつかのフィコビリプロテインタイプ顔料で
ある。それ故、今日市販されている装置で分析される生
物学的ないし非生物学的物質の標識で新たな標識試薬が
有効となることが必要な580〜約900nm範囲の大
スペクトル窓がある。このスペクトル領域で励起しうる
新しい試薬は、種々の特異性を有する抗体が各々別異の
着色蛍光染料で標識しうる故に細胞上マーカーのマルチ
カラールミネッセンス分析の実施を可能にする。斯くし
て、分析される各細胞に関し同時にいくつかのマーカー
の有無を調べることができる。
In recent years, optical / electronic devices for detecting fluorescent antibodies on cells have become increasingly complex. For example, the amount of fluorescent antibody on an individual cell can be measured at a rate of up to 5,000 cells / second using a flow cytometry method,
There are also advances in microscopy and solution fluorescence techniques. These devices are capable of exciting fluorescence at many wavelengths in the UV, visible and near IR regions of the spectrum. Most of the useful fluorescent labeling reagents accepted today are 400-580 nm
It can be excited in the spectral region. The exception is that it may be covalently bound to the protein and excited at a slightly longer wavelength. Some phycobiliprotein type pigments isolated from marine organisms. Therefore, there is a large spectral window in the 580 to about 900 nm range that necessitates new labeling reagents to be effective in labeling biological or non-biological substances that are analyzed in currently marketed instruments. The new reagents, which can be excited in this spectral region, make it possible to carry out multicolor luminescence analysis of markers on cells, since antibodies with different specificities can each be labeled with different colored fluorescent dyes. In this way it is possible to check simultaneously for the presence of several markers for each cell analyzed.

【0025】本発明はまた、生物学的ないし非生物学的
物質に共有結合しうる発光(蛍光若しくは燐光)シアニ
ン、メロシアニンおよびスチリル染料そのものに関す
る。メロシアニンおよびスチリル染料は本発明のための
シアニン染料に関連すると認められる。新しい標識試薬
そのものは、特にそれが標識成分に結合しているとき初
めに定義せる波長の光例えば450〜900nmスペク
トル範囲の波長の光で励起しうる。細胞のバックグラウ
ンド蛍光はより低い波長で概ね生じる。それ故、標識試
薬はバックグラウンド蛍光とは区別される。特に有利な
のは633nmの光を吸収する誘導体である。何故な
ら、該誘導体は、安価で、強く、安定で、寿命の長いH
eNeレーザー給源により励起されうるからである。次
いで、標識成分により蛍光ないし燐光放出される、二番
目に定義した波長の光が検出されうる。蛍光若しくは燐
光は一般に励起光より長い波長を有する。検出段階は、
励起波長の散乱光を吸収するための、また検体とともに
用いられる特定の染料標識に相当するルミネッセンスの
対応波長を通過させるためのフィルターを有するルミネ
ッセンス顕微鏡を用いることができる。斯かる光学顕微
鏡については米国特許第4,621,911号に記述さ
れている。
The invention also relates to the luminescent (fluorescent or phosphorescent) cyanine, merocyanine and styryl dyes themselves, which can be covalently bound to biological or non-biological substances. Merocyanine and styryl dyes are recognized as related to cyanine dyes for this invention. The new labeling reagent itself can be excited with light of a wavelength initially defined, especially when it is bound to a labeling component, for example light of a wavelength in the 450-900 nm spectral range. Background fluorescence of cells generally occurs at lower wavelengths. Therefore, labeling reagents are distinguished from background fluorescence. Particularly advantageous are derivatives that absorb light at 633 nm. Because the derivative is H, which is cheap, strong, stable and has a long life.
It can be excited by the eNe laser source. The light of the second defined wavelength, which is fluorescently or phosphorescently emitted by the labeling component, can then be detected. Fluorescence or phosphorescence generally has a longer wavelength than excitation light. The detection stage is
A luminescence microscope can be used which has a filter for absorbing scattered light of the excitation wavelength and for passing the corresponding wavelength of luminescence corresponding to the particular dye label used with the analyte. Such an optical microscope is described in US Pat. No. 4,621,911.

【0026】シアニンおよび関連染料がすべて発光性と
いうわけではない。しかしながら、本発明の染料には、
発光性であるシアニンおよび関連染料が含まれる。それ
らは比較的安定性であり、多くは反応溶液好ましくは水
溶液に可溶である。結合染料そのものは、特にそれが標
識成分に結合しているとき少なくとも50,000好ま
しくは100,000l/モルcmの分子吸光係数
(ε)を有する。吸光係数は分子が光を吸収する能力の
尺度である。本発明の結合染料は少なくとも2%好まし
くは少なくとも10%の量子収量を有する。加えて、本
発明の結合染料は400〜900nm好ましくは600
〜900nmスペクトル範囲の光を吸収し且つ発生す
る。
Not all cyanines and related dyes are luminescent. However, in the dye of the present invention,
Included are cyanine and related dyes that are luminescent. They are relatively stable and often soluble in reaction solutions, preferably aqueous solutions. The bound dye itself has a molecular extinction coefficient (ε) of at least 50,000, preferably 100,000 l / mol cm, especially when it is attached to the labeling component. Extinction coefficient is a measure of a molecule's ability to absorb light. The binding dyes of the invention have a quantum yield of at least 2%, preferably at least 10%. In addition, the binding dyes according to the invention are preferably 400-900 nm, preferably 600
It absorbs and emits light in the ~ 900 nm spectral range.

【0027】アリールスルホン化染料 本明細書に記載の如きアリールスルホネートないしアリ
ールスルホン酸置換染料が、アリールスルホネートない
しアリールスルホン酸基のない類似染料に比べ本質的に
蛍光が強く、改良された光安定性および水溶性を有する
と分かった。用語アリールスルホネートないしアリール
スルホン酸基を本明細書で用いるとき、それは、単一環
芳香族構造又はナフタレン構造の如き融合環構造を含む
芳香族環構造に結合した互換可能なアリールスルホン酸
基若しくはアリールスルホネート基を意味する。単一環
芳香族構造若しくは融合環芳香族構造はポリメチン、シ
アニン、メロシアニン若しくはスチリルタイプ染料中に
存在しうる。
Aryl Sulfonated Dyes Aryl sulfonate or aryl sulfonic acid substituted dyes such as those described herein are intrinsically more fluorescent and have improved photostability as compared to similar dyes without aryl sulfonate or aryl sulfonate groups. And was found to be water soluble. As used herein, the term aryl sulphonate or aryl sulphonic acid group refers to a compatible aryl sulphonic acid group or aryl sulphonate attached to an aromatic ring structure containing a single ring aromatic structure or a fused ring structure such as a naphthalene structure. Means a group. Single ring aromatic structures or fused ring aromatic structures can be present in polymethine, cyanine, merocyanine or styryl type dyes.

【0028】通常シアニン染料を含む同一平面分子構造
を有する多くの染料は、特に、緩衝液ないし生理的食塩
水における如く無機塩も亦存在するとき水溶液中で二量
体ないしそれ以上の結合体を形成しやすい。これらの結
合体は通常単量体吸収の短波長側にシフトした吸収バン
ドを有し、概ね非常に弱い蛍光種である。水溶液でのシ
アニン染料の結合体易形成傾向は特に写真工業で周知で
ある〔West W.& Pierce S.、J.Ph
ys.Chem.,69;1894(1965);St
urmer D.M.、Spec.Top in He
terocyclic Chemistry,30(1
974)〕。
Many dyes having the same planar molecular structure, including usually cyanine dyes, form dimers or more conjugates in aqueous solution, especially when inorganic salts are also present, such as in buffers or saline. Easy to form. These conjugates generally have absorption bands shifted to the shorter wavelength side of monomer absorption, and are generally very weak fluorescent species. The tendency of cyanine dyes to easily form a conjugate in an aqueous solution is well known in the photographic industry [West W. & Pierce S. , J. Ph
ys. Chem . , 69; 1894 (1965); St
urmer D. M. , Spec. Top in He
Terocyclic Chemistry , 30 (1
974)].

【0029】多くの染料分子特にシアニン染料分子は水
溶液中結合体を形成しやすい。然るに、アリールスルホ
ネート染料はこれらの結合体形成傾向を最低限で有する
と分かった。アリールスルホネート染料を蛍光標識試薬
の形成に用いるとき、それは、蛋白又は抗体の如き他の
分子に高い表面密度で結合する場合結合体形成傾向が低
下する。塩溶液(例 150mM塩化ナトリウム)中特
定染料分子が結合体を形成する傾向は、同じ染料分子が
蛋白の表面上で結合体を形成する傾向の尺度として採用
されうる。それ故、染料分子が水性塩溶液中結合体を形
成する傾向が最低限であることが望ましい。第2図に示
すデーターを用いて、特定のアリールスルホネート化染
料が水性塩溶液中高濃度でさえ結合体を形成する傾向が
低いことを例示することができる。
Many dye molecules, especially cyanine dye molecules, tend to form conjugates in aqueous solution. Therefore, aryl sulfonate dyes have been found to have minimal tendency to form these conjugates. When an aryl sulfonate dye is used to form a fluorescent labeling reagent, it has a reduced tendency to conjugate when bound to other molecules such as proteins or antibodies at high surface densities. The tendency of a particular dye molecule to form a conjugate in a salt solution (eg 150 mM sodium chloride) can be taken as a measure of the tendency of the same dye molecule to form a conjugate on the surface of a protein. Therefore, it is desirable that the dye molecules have a minimal tendency to form conjugates in aqueous salt solution. The data shown in Figure 2 can be used to illustrate that certain aryl sulfonated dyes have a low tendency to form conjugates even at high concentrations in aqueous salt solutions.

【0030】第1図は、水性緩衝液に溶解せる典型的シ
アニン染料の単量体吸収スペクトルおよび二量体吸収ス
ペクトルを示す。これらのスペクトルを生じさせるのに
用いられる染料N,N’−ジ−スルホブチルインドジカ
ルボシアニンはアリールスルホネート基を有さず、ミリ
モル範囲未満の濃度でさえ二量体を容易に形成する。二
量体スペクトルは濃度の異なる染料スペクトルから算定
された(West &Pearce、1965の方法参
照)。燐酸塩緩衝剤入り食塩溶液中3ミリモルの濃度で
は、単量体および二量体バンドの吸収はほぼ等しかっ
た。
FIG. 1 shows the monomer and dimer absorption spectra of typical cyanine dyes dissolved in aqueous buffer. The dye N, N'-di-sulfobutylindodicarbocyanine used to generate these spectra has no aryl sulfonate groups and readily forms dimers even at concentrations below the millimolar range. Dimer spectra were calculated from dye spectra of different concentrations (see method of West & Pearce, 1965). At a concentration of 3 mM in phosphate buffered saline solution, the absorption of the monomer and dimer bands was approximately equal.

【0031】改善されたスルホインドジカルボシアニン
N,N’−ジエチルインドジカルボシアニン−5,5’
−ジスルホン酸のスペクトルを第2図に示す。この染料
は濃度10ミリモルまでの食塩溶液中結合体の兆候を何
ら示さなかった。
Improved sulfoindodicarbocyanine N, N'-diethylindodicarbocyanine-5,5 '
-The spectrum of disulfonic acid is shown in FIG. This dye showed no sign of conjugate in saline solution up to a concentration of 10 mmol.

【0032】特定の反応染料が抗体の如き蛋白に定義さ
れた反応条件で結合する効率を測定することは常法であ
る。試験染料はN,N’−ジカルボキシペンチルインド
ジカルボシアニン−5,5’−ジスルホン酸のビス−N
−ヒドロキシスクシンイミドであった。第3図は、この
スルホシアニン染料活性エステルがpH9.2の炭酸塩
緩衝液中で羊免疫グロブリンと効率よく反応し、反応溶
液中相対的染料ないし抗体濃度に依って1未満〜20以
上の範囲にわたる染料:抗体モル比を有する共有標識抗
体分子を形成することを例示する。データーに最小2乗
法を適用して得た勾配は、斯かる条件下この染料の標識
効率が約80%であることを示している。同様の調査
で、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)が
約20%の効率を以て反応した。
It is common practice to measure the efficiency with which a particular reactive dye binds to a protein such as an antibody under defined reaction conditions. The test dye is bis-N of N, N'-dicarboxypentyl indodicarbocyanine-5,5'-disulfonic acid.
-Hydroxysuccinimide. FIG. 3 shows that the sulfocyanine dye active ester efficiently reacts with sheep immunoglobulin in a carbonate buffer of pH 9.2, and ranges from less than 1 to 20 or more depending on the relative dye or antibody concentration in the reaction solution. 3 illustrates forming covalently labeled antibody molecules having a dye: antibody molar ratio of over. The slope obtained by applying the least squares method to the data shows that the labeling efficiency of this dye under these conditions is about 80%. In a similar study, fluorescein isothiocyanate (FITC) reacted with an efficiency of about 20%.

【0033】新規なスルホインドジカルボシアニン染料
の活性エステルの反応性は羊免疫グロブリン(IgG)
を標識することによって調べられた。蛋白(4mg/m
l)を0.1モル炭酸塩緩衝液(pH9.2)に溶かし
た。無水ジメチルホルムアミドに溶解せる反応性染料の
アリコートを蛋白試料に加えて初期の染料:蛋白モル比
を得た。30分後、ゲル透過クロマトグラフィー(Se
phadex G−50)により羊結合染料から蛋白を
分離した。得られた染料:蛋白モル比を分光光度計で調
べ、これを第3図に示す。
The reactivity of the active ester of the novel sulfoindodicarbocyanine dye is sheep immunoglobulin (IgG).
Was investigated by labeling. Protein (4mg / m
1) was dissolved in 0.1 molar carbonate buffer (pH 9.2). An aliquot of the reactive dye dissolved in anhydrous dimethylformamide was added to the protein sample to obtain the initial dye: protein molar ratio. After 30 minutes, gel permeation chromatography (Se
The protein was separated from the sheep-bound dye by phadex G-50). The resulting dye: protein molar ratio was examined by a spectrophotometer and is shown in FIG.

【0034】低い染料:蛋白比において、標識蛋白の吸
収スペクトルは、遊離単量体染料のスペクトルと密接に
対応するバンドを示す。高度標識され(染料:蛋白比の
高い)或は、水性溶液中凝集傾向の高い染料で標識され
た抗体分子は往々、水性溶液中単量体染料吸収バンドよ
りも短波長で現われる新しい吸収ピークを有することが
見出されている。新しい吸収ピークの波長はしばしば、
染料の二量体吸収スペクトル特性を示す領域に入る(第
1図参照)。
At low dye: protein ratios, the absorption spectrum of the labeled protein shows a band closely corresponding to that of the free monomer dye. Antibody molecules that are highly labeled (high dye: protein ratio) or labeled with dyes that have a high tendency to aggregate in aqueous solution often show a new absorption peak that appears at a shorter wavelength than the absorption band of the monomer dye in aqueous solution. It has been found to have. The wavelength of the new absorption peak is often
It enters the region showing the dimer absorption spectrum characteristic of the dye (see FIG. 1).

【0035】抗体の標識度が高いほど短波長:長波長吸
収ピーク比は高い。この、より短い波長吸収ピークは第
4図中約590nmで見ることができる。第4図中、よ
り長い波長(645nm)ピークは、抗体に結合した単
量体染料分子による。第4図の抗体吸収スペクトルをも
たらすのに用いた標識試薬N,N’−ジカルボブチルイ
ンドジカルボシアニン−5,5’−酢酸のビス−N−ヒ
ドロキシスクシンイミドエステルはアリールスルホネー
ト基を有さず、水性塩溶液中でまた、それが反応した抗
体上で二量体を容易に形成する。重要なこととして、こ
れら抗体の蛍光励起スペクトルは、短波長ピークでの標
識抗体の励起が、長波長ピークで励起する程多くは蛍光
を比例的に生成しないことを示す。この考察は、短波長
吸収ピークが抗体分子上の非蛍光二量体ないし結合体の
形成によるという概念と調和する。
The higher the degree of labeling of the antibody, the higher the short wavelength: long wavelength absorption peak ratio. This shorter wavelength absorption peak can be seen at about 590 nm in FIG. In FIG. 4, the longer wavelength (645 nm) peak is due to the monomer dye molecule bound to the antibody. The bis-N-hydroxysuccinimide ester of the labeling reagent N, N'-dicarbobutylindodicarbocyanine-5,5'-acetic acid used to provide the antibody absorption spectrum of Figure 4 has no aryl sulfonate group. Readily forms a dimer in the aqueous salt solution and also on the antibody with which it has reacted. Importantly, the fluorescence excitation spectra of these antibodies show that the excitation of labeled antibody at the short wavelength peak does not proportionally generate fluorescence as much as the excitation at the long wavelength peak. This discussion is consistent with the notion that the short wavelength absorption peak is due to the formation of non-fluorescent dimers or conjugates on the antibody molecule.

【0036】本発明者等は、第3図のデーターを得るの
に使用したアリールスルホネートシアニン染料が、二量
体の特徴的吸収波長におけるはるかにより小さな吸収ピ
ーク(第5図参照)によって判断される如く抗体分子上
で容易には結合しないことを見出した。これは、抗体お
よび他の「非結合性」標識試薬が蛍光のより強い標識蛋
白を産生すべきなので重要である。実際、アリールスル
ホシアニンは平均染料/抗体比が比較的高いときでさえ
鮮明な蛍光抗体を産生する(第6図参照)。
We have determined that the aryl sulphonate cyanine dye used to obtain the data in FIG. 3 is by a much smaller absorption peak at the characteristic absorption wavelength of the dimer (see FIG. 5). As described above, it was found that they do not easily bind on the antibody molecule. This is important because antibodies and other "non-binding" labeling reagents should produce more fluorescently labeled proteins. In fact, arylsulfocyanines produce bright fluorescent antibodies even when the average dye / antibody ratio is relatively high (see Figure 6).

【0037】第4図にカルボキシインドジカルボシアニ
ン染料で標識された羊免疫グロブリンを示す。第5図
は、新規なスルホインドジカルボシアニン染料と結合し
た蛋白を示す。前者の試料において増加した二量体の存
在(第1図参照)は明らかである。両調製物で染料:蛋
白モル比はほぼ同じであるけれども、第5図に示す蛋白
は第4図に示す試料よりも蛍光が強かった。
FIG. 4 shows sheep immunoglobulin labeled with a carboxyindodicarbocyanine dye. FIG. 5 shows the protein bound to the novel sulfoindodicarbocyanine dye. The presence of increased dimers in the former sample (see Figure 1) is apparent. Although the dye: protein molar ratios were about the same for both preparations, the protein shown in FIG. 5 was more fluorescent than the sample shown in FIG.

【0038】蛍光染料で標識された鮮明な蛍光性抗体又
は他の蛋白を有するには、蛋白上染料分子当りの平均量
子収量ができるだけ高いことが重要である。一般に、蛋
白上染料分子の表面密度が高くなる(すなわち染料/蛋
白比が増加する)につれ、染料の平均量子収量が低下す
る。この効果は時折、標識度の高い蛋白の表面上染料相
互作用の結果として生じるケンチングに起因してきた。
確かに、蛋白表面上非蛍光二量体の形成はこのケンチン
グに寄与しうる。第6図は、染料/蛋白比が高くなるに
つれアリールスルホシアニン染料の平均量子収量が緩徐
に低下することを示している(菱形印を繋ぐ曲線)。こ
れとは対照的に、丸印を繋ぐ曲線は、染料/蛋白比が高
くなるにつれ非アリールスルホシアニン染料(N,N’
−ジ−スルホブチルインドジカルボシアニン−5−イソ
チオシアネート)の結合に関する平均量子収量の非常に
迅速な低下があることを示している。それ故、第6図に
例示されるスルホシアニン染料は、他の染料に比較し
て、特に抗体分子当り染料分子1〜10個の標識範囲で
より鮮明な蛍光抗体を産生する。
In order to have a bright fluorescent antibody or other protein labeled with a fluorescent dye, it is important that the average quantum yield per dye molecule on the protein is as high as possible. In general, as the surface density of dye molecules on protein increases (ie, the dye / protein ratio increases), the average quantum yield of dye decreases. This effect has sometimes been attributed to quenching resulting from dye interactions on the surface of highly labeled proteins.
Indeed, the formation of non-fluorescent dimers on the protein surface may contribute to this quenching. FIG. 6 shows that the average quantum yield of the arylsulfocyanine dye decreases slowly with increasing dye / protein ratio (curve connecting diamonds). In contrast, the curve connecting the circles shows that as the dye / protein ratio increases, the non-arylsulfocyanine dye (N, N '
-Di-sulfobutyl indodicarbocyanine-5-isothiocyanate), indicating that there is a very rapid reduction in the average quantum yield. Therefore, the sulfocyanine dye illustrated in FIG. 6 produces sharper fluorescent antibodies compared to other dyes, especially in the labeling range of 1 to 10 dye molecules per antibody molecule.

【0039】標識蛋白上の個々の染料分子の平均蛍光量
子収量はこれら生物分子から得られる蛍光信号の尺度で
ある。燐酸塩緩衝剤入り食塩溶液中の新規なスルホイン
ドジカルボシアニン染料で標識された羊免疫グロブリン
(IgG)からのデーターは第6図の菱形印を繋いだ曲
線で示される。第6図の丸印を繋いだ曲線は、比較のた
めインドジカルボシアニン−イソチオシアネート反応性
染料で標識した蛋白を示す。第6図で、染料/蛋白比0
での量子収量は緩衝液中反応性染料(遊離染料)のメチ
ルアミン付加物に関する値を示す。
The average fluorescence quantum yield of individual dye molecules on the labeled protein is a measure of the fluorescence signal obtained from these biomolecules. The data from the sheep immunoglobulin (IgG) labeled with the novel sulfoindodicarbocyanine dye in saline solution with phosphate buffer is shown by the curve connecting diamonds in FIG. The curve connecting the circles in FIG. 6 shows the protein labeled with the indodicarbocyanine-isothiocyanate reactive dye for comparison. In Figure 6, the dye / protein ratio is 0.
The quantum yields at are the values relating to the methylamine adduct of the reactive dye (free dye) in the buffer.

【0040】バックグラウンド方法 発光プローブは、分子および細胞を分析分離しまた他物
質を検出定量するのに有用な試薬である。非常に少ない
数の発光分子が最適環境下で検出することができる。B
arakとWebbは、SITカメラを用いて細胞のL
DL受理に関連した50個未満の蛍光脂質類似物を可視
化した(J.Cell Biol.90:595−60
4(1981)〕。粒子若しくは特定細胞に関連した1
0,000個未満のフルオレセイン分子の検出にフロー
血球計算法を用いることができる〔Muirhead、
HoranおよびPoste、Bio/Technol
ogy 3:337−356(1985)〕。蛍光プロ
ーブ応用のいくつかの特定例は、(1)蛍光フロー血球
計算法、蛍光賦活細胞分類および蛍光鏡検法という技法
による細胞混合物中の細胞の部分母集団の同定および分
離、(2)蛍光免疫アッセイの技法で別の種に結合する
物質(例えば抗原−抗体反応物)の濃度測定および
(3)蛍光染色の技法によるゲルおよび他の不溶性担体
中の物質のローカリゼイションである。これらの技法に
ついては、Herzenberg等、「細胞免疫学(C
ellular Immunology)」、第3版、
第22章;Blackwell Scientific
Publications、1978(蛍光賦活細胞分
類)およびGoldman、「蛍光抗体法(Fluor
escence Antibody Method
s)」、ニューヨーク所在Academic Pres
s、1968(蛍光鏡検法および蛍光染色(fluor
escence microscopy and flu
orescence staining))並びに A
pplications of Fluorescenc
e in the Biomedical Science
s、編集Taior等、Alan Liss Inc.、
1986に記載されている。
Background Method Luminescent probes are useful reagents for the analytical separation of molecules and cells and for the detection and quantification of other substances. A very small number of luminescent molecules can be detected under optimal conditions. B
arak and Webb use the SIT camera to
We visualized less than 50 fluorescent lipid analogs related to DL acceptance (J. Cell Biol. 90: 595-60.
4 (1981)]. 1 related to particles or specific cells
Flow cytometry can be used to detect less than 10,000 molecules of fluorescein [Mirhead,
Horan and Poste, Bio / Technol
3: 337-356 (1985)]. Some specific examples of fluorescent probe applications are (1) identification and separation of subpopulations of cells in a cell mixture by the techniques of fluorescence flow cytometry, fluorescence activated cell sorting and fluorescence microscopy, (2) fluorescence. Localization of substances in gels and other insoluble carriers by techniques of immunoassay techniques, such as densitometry of substances that bind to another species (eg, antigen-antibody reactants) and (3) fluorescent staining techniques. These techniques are described in Herzenberg et al., “Cell Immunology (C
ellular Immunology) ", 3rd edition,
Chapter 22; Blackwell Scientific
Publications, 1978 (fluorescence activated cell classification) and Goldman, “Fluorescent antibody method (Fluor).
escape Antibody Method
s) ”, Academic Pres, New York
s, 1968 (fluorescence microscopy and fluorescence staining (fluor
esence microscopy and flu
orness staining)) and A
applications of Fluorescence
e in the Biomedical Science
ed., Tailor et al., Alan Liss Inc. ,
1986.

【0041】上記目的に蛍光を用いるとき、蛍光物質の
選定に多くの制約がある。一つの制約は蛍光物質の吸収
および放出特性である。なぜなら、多くのリガンド、受
容体および、検体例えば血液、尿素、脳脊髄液中の物質
は蛍光を発し、蛍光標識の蛍光の正確な測定を干渉する
からである。この現象はオートフルオレッセンス又はバ
ックグラウンド蛍光と呼ばれる。別の考慮すべき点は、
蛍光物質の、リガンドおよび受容体並びに他の生物学的
ないし非生物学的物質への結合能力と斯かる蛍光物質に
対する結合の効果である。多くの状況で、別の分子への
結合は蛍光物質の蛍光特性における実質的変化をもたら
し得、或る場合蛍光物質の量子効率を実質的に損ない或
いは低下させる。蛍光物質との結合が、標識分子の機能
を不活性にすることも可能である。三つ目の考慮すべき
点は、鋭敏検出の場合高くあるべき蛍光物質の量子効率
である。四つ目の考慮すべき点は、できるだけ大きくあ
るべき蛍光物質の吸光能又は吸光率である。また、蛍光
分子が近接状態にあるとき互いに干渉してセルフケンチ
ングを生じるか否かが関係する。更に、蛍光物質が他の
化合物と或は該蛍光物質そのものにより或は該物質が結
合している化合物との関連において容器壁と非特異結合
するか否かも関係する。
When fluorescence is used for the above purpose, there are many restrictions on the selection of the fluorescent substance. One constraint is the absorption and emission properties of fluorescent materials. This is because many ligands, receptors and substances in analytes such as blood, urea, cerebrospinal fluid fluoresce and interfere with the accurate measurement of fluorescence of fluorescent labels. This phenomenon is called autofluorescence or background fluorescence. Another consideration is
The ability of a fluorescent substance to bind to ligands and receptors and other biological or non-biological substances and the effect of binding to such fluorescent substance. In many situations, binding to another molecule can result in a substantial change in the fluorescent properties of the fluorophore, which in some cases substantially impairs or reduces the quantum efficiency of the fluorophore. It is also possible that the binding with a fluorescent substance inactivates the function of the labeled molecule. A third consideration is the quantum efficiency of the fluorescent substance, which should be high for sensitive detection. The fourth consideration is the absorptivity or absorptivity of the fluorescent substance, which should be as large as possible. In addition, whether or not the fluorescent molecules interfere with each other to cause self-quenching when they are in the proximity state is related. It also concerns whether the fluorescent substance non-specifically binds to the container wall in the context of another compound or by the fluorescent substance itself or of the compound to which it is bound.

【0042】上記方法の適用性および価値はふさわしい
蛍光化合物の入手性と密接に結付く。特に、長波長可視
領域(黄〜近赤外)で発光する蛍光物質が入用である。
なぜなら、これら発色団の励起はオートフルオレッセン
スをあまり生ぜず、またスペクトルの全可視および近赤
外領域を使用しうるとき別異の波長で発光する多数の発
色団が同時分析できるからである。広く用いられている
蛍光化合物フルオレセインは緑領域では有用なエミッタ
ーであるけれども、特定の免疫検定および細胞分析系で
はフロオレセイン吸収波長での励起により生じるバック
グラウンドオートフルオレッセンスが検出感度を制限す
る。しかしながら、慣用の赤蛍光標識ロダミンはフルオ
レセインより効果が低いと分かった。Texas Re
d(登録商標)は578nmで励起しうる有用な標識試
薬であり、610nmで最大限に蛍光を発する。
The applicability and value of the above method is closely tied to the availability of suitable fluorescent compounds. In particular, a fluorescent substance that emits light in the long-wavelength visible region (yellow to near infrared) is necessary.
Because the excitation of these chromophores does not cause much autofluorescence, and a large number of chromophores emitting at different wavelengths can be analyzed simultaneously when the full visible and near infrared regions of the spectrum can be used. Although the widely used fluorescent compound fluorescein is a useful emitter in the green region, background autofluorescence resulting from excitation at the fluorescein absorption wavelength limits detection sensitivity in certain immunoassays and cellular analysis systems. However, the conventional red fluorescently labeled Lodamine was found to be less effective than fluorescein. Texas Re
d® is a useful labeling reagent that can be excited at 578 nm and fluoresces maximally at 610 nm.

【0043】フィコビリプロテインは、その高い吸光率
と高い量子収量の故に重要な貢献をなしてきた。斯かる
発色団含有蛋白は多くの蛋白に共有結合し得、而して鏡
検法およびフロー血球計算法での蛍光抗体アッセイに用
いられる。フィコビリプロテインは、(1)蛋白標識法
が比較的複雑であり、(2)蛋白標識効率が通常高くな
く(典型的には平均0.5フィコビリプロテイン分子/
蛋白)、(3)フィコビリプロテインが天然物で、その
調製および精製が複雑であり、(4)フィコビリプロテ
インが高価であり、(5)680nmで最大限蛍光を発
するアロフィコシアニンより更に赤領域スペクトルで蛍
光を発する標識試薬として有効なフィコビリプロテイン
が現存せず、(6)フィコビリプロテインが比較的化学
的に不安定であり、(7)それが比較的容易に光褪色
し、(8)フィコビリプロテインが33,000〜24
0,000範囲の分子量を持つ大蛋白であり、代謝産
物、薬物、ホルモン、誘導ヌクレオチドおよび、抗体を
含む多くの蛋白の如き標識が望ましい多くの物質より大
きいという欠点を有する。後者の欠点は特に重大であ
る。なぜなら、大きなフィコビリプロテインで標識され
た抗体、アビジン、DNAハイブリダイゼーションプロ
ーブ、ホルモンおよび小分子は複合錯体の寸法によって
課せられた立体的制限故にそのターゲットに結合し得
ず、またターゲットへの結合物の結合速度が低分子量結
合物に対して緩徐だからである。
Phycobiliprotein has made important contributions due to its high absorptivity and high quantum yield. Such chromophore-containing proteins can be covalently linked to many proteins and are thus used in fluorescent antibody assays in microscopy and flow cytometry. Phycobiliprotein has (1) a relatively complicated protein labeling method, and (2) a protein labeling efficiency is not usually high (typically 0.5 phycobiliprotein molecules / average).
Protein), (3) phycobiliprotein is a natural product, its preparation and purification are complicated, (4) phycobiliprotein is expensive, and (5) red region more than allophycocyanin which emits maximum fluorescence at 680 nm. Phycobiliprotein, which is effective as a labeling reagent that fluoresces in the spectrum, does not exist, (6) phycobiliprotein is relatively chemically unstable, (7) it easily photobleachs, (8) ) Phycobiliprotein is 33,000-24
It is a large protein with a molecular weight in the range of 10,000 and has the disadvantage that labels such as metabolites, drugs, hormones, derivatized nucleotides and many proteins including antibodies are larger than many substances that are desirable. The latter drawback is particularly serious. Because large phycobiliprotein-labeled antibodies, avidin, DNA hybridization probes, hormones and small molecules cannot bind to their target due to the steric restrictions imposed by the size of the complex complex, and bind to the target. This is because the binding rate of is slow with respect to the low molecular weight conjugate.

【0044】組織学、細胞学、免疫検定を含む他の技法
も亦、長い波長での高い量子効率、吸収および放出特性
を示し、簡単な結合手段を有し且つ非特異的干渉の事実
上ない蛍光物質の使用から実質的益を受ける。
Other techniques, including histology, cytology, immunoassays, also exhibit high quantum efficiency at long wavelengths, absorption and emission properties, have simple coupling means and are virtually free of non-specific interference. Substantially benefit from the use of fluorescent materials.

【0045】発明のアウトライン 本発明は、標識成分の検定および定量化目的で比較的大
きな吸光率および高い量子収量を有する蛍光アリールス
ルホネート化シアニンおよび関連染料を用いる。蛍光シ
アニンおよび関連染料は、抗体、抗原、アビジン、スト
レプトアビジン、蛋白、ペプチド、誘導ヌクレオチド、
炭水化物、脂質、生物学的細胞、バクテリア、ウイル
ス、血液細胞、組織細胞、ホルモン、リンフォカイン、
トレース生物分子、トキシンおよび薬物の如き生物学的
物質を標識するのに用いることができる。また、蛍光染
料は、可溶性重合体、重合体ないしガラス粒子、薬物、
導体、半導体、ガラスないし重合体表面材、重合体膜お
よび他の固体粒子の如き非生物学的物質を標識するのに
も用いることができる。標識される成分は、他の物質を
含む混合形で存在しうる。標識反応が生じる混合物は液
体混合物特に水混合物でありうる。検出段階は顕微鏡ス
ライドの如き液体若しくは乾燥状態の混合物を以て生じ
うる。
[0045] Outline of the Invention The present invention uses fluorescence arylsulfonates cyanine and related dyes have a relatively large extinction ratio and high quantum yield in the assay and quantification purposes of labeling component. Fluorescent cyanine and related dyes include antibodies, antigens, avidin, streptavidin, proteins, peptides, derivatized nucleotides,
Carbohydrates, lipids, biological cells, bacteria, viruses, blood cells, tissue cells, hormones, lymphokines,
It can be used to label biological substances such as trace biomolecules, toxins and drugs. Fluorescent dyes include soluble polymers, polymers or glass particles, drugs,
It can also be used to label non-biological substances such as conductors, semiconductors, glass or polymer facings, polymer membranes and other solid particles. The components to be labeled can be present in mixed form with other substances. The mixture in which the labeling reaction takes place can be a liquid mixture, especially a water mixture. The detection step can occur with a liquid such as a microscope slide or a dry mixture.

【0046】本発明は、ターゲット分子に好ましくはア
ミン若しくはヒドロキシ部位或る場合にはスルフヒドリ
ル若しくはアルデヒド部位で共有結合する反応性基のシ
アニン分子への編入により変性すべきシアニン染料を必
要とする。本発明はまた、シアニンおよび関連染料構造
の試験液体への溶解性を高めて(1)標識反応での取扱
いを容易にし、(2)標識される蛋白の表面上での染料
結合の防止を助成し且つ(3)生物学的物質および表面
材ないしアッセイ装置への標識物質の非特異的結合の防
止を助成すべくシアニンおよび関連染料構造の使用ない
し変性を用いる。
The present invention requires a cyanine dye to be modified by incorporation into the cyanine molecule of a reactive group that is covalently attached to the target molecule, preferably at the amine or hydroxy site, and in some cases at the sulfhydryl or aldehyde site. The present invention also enhances the solubility of cyanine and related dye structures in the test liquid to (1) facilitate handling in the labeling reaction and (2) help prevent dye binding on the surface of the labeled protein. And (3) use or modify cyanine and related dye structures to help prevent non-specific binding of labeled substances to biological substances and surface materials or assay devices.

【0047】シアニンおよび関連染料は、現存の蛍光標
識試薬に勝る重要な利点を供する。先ず第一に、400
〜約1100nm範囲のスペクトル領域で吸光ないし発
光するシアニンおよび関連染料が合成される。斯くし
て、これら染料の反応性誘導体は、複数の標識物質を同
時測定することが必要なアッセイ用に調製されうる。こ
の種のマルチカラー(若しくはマルチパラメーター)分
析は簡素化、コスト効果或は、粒子の複雑な混合物中の
各粒子上の異なる標識種の比(例えばマルチパラメータ
ーフロー血球計算法若しくは蛍光顕微鏡による複雑な混
合物中の個々の血液細胞上の抗原マーカーの比)の決定
に望ましい。第二に、多くのシアニンおよび関連染料は
強く光を吸収し且つ蛍光を発する。第三に、多くのシア
ニンおよび関連染料は比較的光安定性で、蛍光顕微鏡下
迅速には漂白しない。第四に、簡単且つ効果的な結合試
薬であるシアニンおよび関連染料誘導体を製造すること
ができる。第五に、多くの構造および合成方法が有効で
あり、またこの種の染料は多目的である。それ故、試薬
を多少水溶性にするのに多くの構造上の変性を行なうこ
とができる。そのチャージは、それが結合する分子をか
き乱さないようまた非特異的結合が低下しうるよう変化
しうる。第六に、フィコビリプロテインとは異なって、
シアニン染料は比較的小さく(分子量=1,000)、
そのためその結合域に迅速到達し或はその機能を遂行す
る標識分子能力を目立つほど立体障害しない。
Cyanine and related dyes offer important advantages over existing fluorescent labeling reagents. First of all, 400
Cyanine and related dyes are synthesized which absorb or emit in the spectral region of about 1100 nm. Thus, reactive derivatives of these dyes can be prepared for assays that require simultaneous measurement of multiple labeling substances. This type of multi-color (or multi-parameter) analysis is simple, cost effective, or the ratio of different labeled species on each particle in a complex mixture of particles (eg complex parameters by multi-parameter flow cytometry or fluorescence microscopy). Ratio of antigen markers on individual blood cells in the mixture). Second, many cyanines and related dyes absorb light strongly and fluoresce. Third, many cyanines and related dyes are relatively photostable and do not bleach rapidly under fluorescent microscopy. Fourth, cyanine and related dye derivatives that are simple and effective coupling reagents can be prepared. Fifth, many structures and synthetic methods are effective, and dyes of this kind are versatile. Therefore, many structural modifications can be made to make the reagents somewhat water soluble. The charge may change so as not to disturb the molecule to which it binds and may reduce non-specific binding. Sixth, unlike phycobiliprotein,
Cyanine dye is relatively small (molecular weight = 1,000),
Therefore, it does not noticeably sterically hinder the ability of the labeled molecule to quickly reach its binding region or perform its function.

【0048】斯くして、シアニンタイプ染料標識剤は多
くの潜在的利点を供する。斯かる染料は、液体特に水性
液体中での成分1種ないし2種以上の選択的標識に用い
ることができる。次いで、標識成分は光学的方法又はル
ミネッセンス方法により検出することができる。別法と
して、標識成分は、それが強い親和性を有する別の成分
の染色に用いられ、而して後者の成分は光学的ないしル
ミネッセンス方法で検出される。この場合、染料は標識
成分のアミン、ヒドロキシ、アルデヒド若しくはスルフ
ヒドリル基と反応する。例えば、標識成分は抗体であり
得、それが強い親和性を有する染色された成分は生物学
的細胞、抗原若しくはハプテン、又は抗原若しくはハプ
テンを含有する生物学的細胞ないし粒子でありうる。別
の例では、標識成分はアビジンで、染色される成分はビ
オチニル化物質でありうる。また、ポリメチンシアニン
タイプ染料と結合したレクチンを用いて特定の炭水化物
基を検出定量することができる。加えて、発光シアニン
および関連染料はDNA若しくはRNAフラグメントに
結合しうる。DNA若しくはRNA標識フラグメント
は、DNAないしRNAを含有する試料中特定の相補ヌ
クレオチド序列の有無および量を調べる蛍光ハイブリダ
イゼーションプローブとして用いることができる。ま
た、該染料はホルモンないしリガンド(例 ホルモン、
蛋白、ペプチド、リンフォカイン、代謝産物)に結合
し、次いで該ホルモンないしリガンドは受容体に結合し
うる。
Thus, cyanine-type dye labeling agents offer many potential advantages. Such dyes can be used for selective labeling of one or more components in liquids, especially aqueous liquids. The labeled component can then be detected by optical or luminescent methods. Alternatively, the labeled component is used to stain another component for which it has a strong affinity, so that the latter component is detected by optical or luminescent methods. In this case the dye reacts with the amine, hydroxy, aldehyde or sulfhydryl groups of the labeling component. For example, the labeling component can be an antibody and the stained component to which it has a strong affinity can be a biological cell, an antigen or hapten, or a biological cell or particle containing an antigen or hapten. In another example, the labeling component can be avidin and the dyed component can be a biotinylated material. Moreover, a specific carbohydrate group can be detected and quantified using a lectin bound to a polymethinecyanine type dye. In addition, the luminescent cyanine and related dyes can bind to DNA or RNA fragments. The DNA or RNA labeled fragment can be used as a fluorescent hybridization probe for examining the presence and amount of a specific complementary nucleotide sequence in a sample containing DNA or RNA. In addition, the dye is a hormone or a ligand (eg, hormone,
Proteins, peptides, lymphokines, metabolites) and then the hormone or ligand may bind to the receptor.

【0049】反応性シアニンの他の用途に関する特許の
記述 Miraha等(米国特許第4,337,063号)並
びにMasuda等(米国特許第4,404,289
号、同第4,405,711号および同第4,414,
325号)は、N−ヒドロキシスクシンイミド活性エス
テル基を有する種々のシアニン染料を合成している。こ
れらの特許は、上記試薬が写真感光剤として用いられう
ることを示している。該試薬の見込まれる蛍光性質は上
記特許に記述されておらず、事実そのプロセスには蛍光
が必要とされない。上記特許に列挙された染料のほとん
どは弱い蛍光しか発せず、特に光安定性でなく、その溶
解特性も、標識物資の蛍光検出を伴う多くの用途に最適
でない。
Patents relating to other uses of reactive cyanines
Description Miraha et al. (U.S. Pat. No. 4,337,063) and Masuda et al. (U.S. Pat. No. 4,404,289).
No. 4,405,711 and No. 4,414,
No. 325) synthesizes various cyanine dyes having an N-hydroxysuccinimide active ester group. These patents show that the above reagents can be used as photographic sensitizers. The potential fluorescent nature of the reagent is not described in the above patent, and in fact no fluorescence is required for the process. Most of the dyes listed in the above patents emit only weak fluorescence, are not particularly photostable, and their solubility properties are also not optimal for many applications involving fluorescence detection of labeling substances.

【0050】Exekiel等(英国特許第1,52
9,202号)は、共有反応性分子として用いることの
できる多くのシアニン染料誘導体を提示している。この
試薬に用いられる反応性基は、モノ−若しくはジクロロ
トリアジン基が属するアジン基である。該英国特許は写
真フィルム感光剤としての上記試薬の開発および使用に
関する。蛍光はそのプロセスに必要でなく、記述された
試薬のほとんどは蛍光を発しない。この英国特許は、標
識物質を検出ないし定量することを目的とした反応性シ
アニン染料の開発および使用に関するものでない。
Exekiel et al. (UK Patent No. 1,52
9,202) presents many cyanine dye derivatives that can be used as covalently reactive molecules. The reactive group used in this reagent is an azine group to which the mono- or dichlorotriazine group belongs. The British patent relates to the development and use of the above reagents as photographic film sensitizers. Fluorescence is not required for the process and most of the reagents described do not fluoresce. This British patent does not relate to the development and use of reactive cyanine dyes for the purpose of detecting or quantifying labeled substances.

【0051】具体化の説明 本発明は、標識されている物質を、それがルミネッセン
ス検出方法により検出され且つ/或は定量されうるよう
発光性とするため発光シアニンおよびシアニンタイプ染
料を生物学的物質、非生物学的分子および巨大分子並び
に粒子に共有結合させる方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides luminescent cyanine and cyanine-type dyes as biological agents for rendering a labeled substance luminescent so that it can be detected and / or quantified by a luminescence detection method. , Non-biological and macromolecules and methods for covalent attachment to particles.

【0052】本発明は、液体中の成分を検出する際、該
液体に可溶の染料で、該染料を成分上のアミンないしヒ
ドロキシ基場合によってアルデヒドないしスルフヒドリ
ル基と共有結合させる置換基を含有するシアニン、メロ
シアニンおよびスチリル染料よりなる群から選ばれる染
料を加えてそれが上記成分を標識するようにする方法に
関する。標識成分はルミネッセンス若しくは光吸収方法
により検出され且つ/或は定量される。標識成分が抗
体、DNAフラグメント、ホルモン、リンフォカイン又
は薬物であるときは、該標識成分を、それが結合する別
の成分の有無を調べるのに用いることができ、而して該
別の成分を検出し且つ/或は定量することができる。
The present invention, when detecting a component in a liquid, is a dye soluble in the liquid and contains a substituent group that covalently binds the dye to the amine or hydroxy group on the component, and optionally to an aldehyde or sulfhydryl group. It relates to a method of adding a dye selected from the group consisting of cyanine, merocyanine and styryl dyes so that it labels the above components. The labeled component is detected and / or quantified by luminescence or light absorption methods. When the labeled component is an antibody, DNA fragment, hormone, lymphokine or drug, the labeled component can be used to determine the presence or absence of another component to which it binds, thus detecting the other component. And / or can be quantified.

【0053】任意の有効なルミネッセンス又は吸光検出
段階を用いることができる。例えば、検出段階は、液体
を初めに定義した波長の光で照明する光学的検出段階と
することができる。次いで、標識成分により蛍光ないし
燐光を発せられる別の定義波長での光が検出される。検
出はまた、光学的吸光によるものとしうる。例えば、検
出段階は、液体に初めの定義波長の光を通し次いで液体
により伝導される光波長を確認することを含む。
Any valid luminescence or absorption detection step can be used. For example, the detection stage can be an optical detection stage in which the liquid is illuminated with light of a wavelength originally defined. Then, light at another defined wavelength, which is fluorescent or phosphorescent by the labeling component, is detected. Detection can also be by optical absorption. For example, the detecting step includes passing light of an initially defined wavelength through the liquid and then identifying the light wavelengths conducted by the liquid.

【0054】所望なら、検出段階は、成分へのシアニン
若しくは関連発色団の結合を化学的に検出する化学分析
を含みうる。共有標識試薬を創生すべく変性されうるシ
アニン、メロシアニンおよびスチリル染料の基本構造を
以下に示す:シアニン
If desired, the detection step can include a chemical assay that chemically detects the binding of cyanine or a related chromophore to the component. The basic structures of cyanine, merocyanine and styryl dyes that can be modified to create covalent labeling reagents are shown below: Cyanine

【0055】[0055]

【化1】 メロシアニン[Chemical 1] Merocyanine

【0056】[0056]

【化2】 スチリル[Chemical 2] Styryl

【0057】[0057]

【化3】 下記のものはポリメチンタイプ染料の更に特定した例で
ある: シアニン
[Chemical 3] The following are more specific examples of polymethine type dyes: Cyanine

【0058】[0058]

【化4】 メロシアニン[Chemical 4] Merocyanine

【0059】[0059]

【化5】 スチリル[Chemical 5] Styryl

【0060】[0060]

【化6】 シアニン[Chemical 6] Cyanine

【0061】[0061]

【化7】 メロシアニン[Chemical 7] Merocyanine

【0062】[0062]

【化8】 スチリル[Chemical 8] Styryl

【0063】[0063]

【化9】 上記構造において、XおよびYはO,Sおよび[Chemical 9] In the above structure, X and Y are O, S and

【0064】[0064]

【化10】 よりなる群から選ばれ、ZはOおよびSよりなる群から
選ばれ、そして、mは1,2,3および4よりなる群か
ら選ばれる整数である。
[Chemical 10] Z is selected from the group consisting of O and S, and m is an integer selected from the group consisting of 1, 2, 3 and 4.

【0065】上記式において、メチン基の数は部分的に
励起カラーを決定する。環式アジン構造も亦、部分的に
励起構造を決定しうる。しばしば、mのより高い値は増
加ルミネッセンスないし吸光度に寄与する。4より高い
mの値では、化合物は不安定になる。そこでは、環構造
での変性により更にルミネッセンスが付与されうる。m
=2のとき、励起波長は約650nmで、該化合物は正
しく蛍光を発生する。最大発光波長は最大励起波長より
概ね15〜100nm大きい。
In the above equation, the number of methine groups partly determines the excitation color. The cyclic azine structure can also partially determine the excited structure. Often, higher values of m contribute to increased luminescence or absorbance. At values of m higher than 4, the compound becomes unstable. There, further luminescence may be imparted by modification with the ring structure. m
= 2, the excitation wavelength is about 650 nm and the compound fluoresces correctly. The maximum emission wavelength is approximately 15 to 100 nm larger than the maximum excitation wavelength.

【0066】各分子中R1 ,R2 ,R3 ,R4 ,R5
6 およびR7 基の少なくとも一つ(好ましくは一つの
み場合により二つないし三つ以上)は、染料を標識成分
に結合させるための反応基である。或る試薬に関して
は、各分子上R1 ,R2 ,R3,R4 ,R5 ,R6 およ
びR7 基の少なくとも一つは、発色団の溶解性を高め或
は標識成分の標識の選択性ないし染料による標識成分の
標識位置に影響する基でありうる。
In each molecule R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 ,
At least one of the R 6 and R 7 groups (preferably only one, optionally two to three or more) is a reactive group for attaching the dye to the labeling component. For some reagents, at least one of the R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R 7 groups on each molecule enhances the solubility of the chromophore or the label of the labeling component. It may be a group which affects the selectivity or the labeling position of the labeling component by the dye.

【0067】上記式において、R8,R9(存在時)およ
びR10(存在時)の少なくとも一つはスルホネート基の
少なくとも一つを含む。用語スルホネート基はスルホン
酸を含むものとする。なぜなら、スルホネート基はイオ
ン化スルホン酸に過ぎないからである。
In the above formula, at least one of R 8 , R 9 (when present) and R 10 (when present) contains at least one sulfonate group. The term sulfonate group shall include sulfonic acid. This is because the sulfonate group is only an ionized sulfonic acid.

【0068】発色団に直接若しくは間接に結合して
1,R2,R3,R4,R5,R6およびR 7基を形成しう
る反応基として、イソチオシアネート、イソシアネー
ト、モノクロロトリアジン、ジクロロトリアジン、モノ
−ないしジ−ハロゲン置換ピリジン、モノ−ないしジ−
ハロゲン置換ジアジン、マレイミド、アジリジン、スル
ホニルハリド、酸ハリド、ヒドロキシスクシンイミドエ
ステル、ヒドロキシスルホスクシンイミドエステル、イ
ミドエステル、ヒドラジン、アジドニトロフェニル、ア
ジド、3−(2−ピリジルジチオ)プロピオンアミド、
グリオキサルおよびアルデヒドを含有する基の如き反応
部分が含まれうる。
Directly or indirectly bound to a chromophore
R1, R2, R3, RFour, RFive, R6And R 7Form a group
As a reactive group, isothiocyanate, isocyanate
G, monochlorotriazine, dichlorotriazine, mono
-Or di-halogen-substituted pyridine, mono- or di-
Halogen-substituted diazine, maleimide, aziridine, sulfone
Honyl halide, acid halide, hydroxysuccinimide
Stell, hydroxysulfosuccinimide ester, a
Midester, hydrazine, azidonitrophenyl, a
Zido, 3- (2-pyridyldithio) propionamide,
Reactions such as groups containing glyoxal and aldehydes
Parts may be included.

【0069】有効アミノ、ヒドロキシおよびスルフヒド
リル基を有する成分の標識に特に有用なR1,R2
3,R4,R5,R6およびR7基の特定例として次のも
のが含まれる。
R 1 , R 2 , which is particularly useful for labeling components having effective amino, hydroxy and sulfhydryl groups,
Specific examples of R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R 7 groups include:

【0070】[0070]

【化11】 (ここで、Q又はWの少なくとも一つはI、Br又はC
lの如き残基である)、
[Chemical 11] (Here, at least one of Q and W is I, Br or C.
a residue such as l),

【0071】[0071]

【化12】 2段階法で抗体を標識するのに用いることのできる有効
スルフヒドリルを有する成分の標識に特に有用なR1
2,R3,R4,R5,R6およびR7基の特定例は次のも
のである:
[Chemical 12] R 1 , which is particularly useful for labeling components with effective sulfhydryls that can be used to label antibodies in a two-step method,
Specific examples of R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R 7 groups are:

【0072】[0072]

【化13】 (ここで、QはI又はBrの如き残基である)、[Chemical 13] (Where Q is a residue such as I or Br),

【0073】[0073]

【化14】 および[Chemical 14] and

【0074】[0074]

【化15】 (ここで、nは0又は整数である)。[Chemical 15] (Where n is 0 or an integer).

【0075】光賦活架橋による成分の標識に特に有用な
1,R2,R3,R4,R5,R6およびR7基の特定例と
して
As specific examples of R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R 7 groups which are particularly useful for labeling components by light activated crosslinking.

【0076】[0076]

【化16】 が含まれる。[Chemical 16] Is included.

【0077】水溶性を高め、或は試料中不適当な成分へ
の標識成分の望ましくない非特異性結合を減じ、或いは
また蛍光のケンチングをもたらしうる標識成分上の反応
性発色団2種以上の相互作用を低下させるために、
1,R2,R3,R4,R5,R6およびR7基を周知の極
性ないし帯電化学基から選定することができる。例は−
E−Fであり、ここでFはヒドロキシ、スルホネート、
スルフェート、カルボキシレート、置換アミノ又は第四
アミノを示し、Eは−(CH2n(n=0,1,2,3
又は4)の如きスペーサー基を示す。有用な例にはアル
キルスルホネート−(CH23SO3-および−(C
24−SO3-が含まれる。
Two or more reactive chromophores on the labeled component that may enhance water solubility or reduce undesired non-specific binding of the labeled component to unsuitable components in the sample, or may also result in fluorescence quenching. In order to reduce the interaction,
The R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 and R 7 groups can be selected from the known polar or charged chemical groups. Example is −
EF, where F is hydroxy, sulfonate,
Represents a sulfate, a carboxylate, a substituted amino or a quaternary amino, and E is-(CH 2 ) n (n = 0, 1, 2, 3
Or a spacer group such as 4). Useful examples of the alkyl sulfonate - (CH 2) 3 SO 3- and - (C
H 2 ) 4 —SO 3 − is included.

【0078】本発明の発光染料のポリメチン鎖はまた、
ポリメチン鎖の炭素原子2個以上の間のブリッジを形成
する環式化学基1個以上を含みうる。これらのブリッジ
は染料の化学的安定性若しくは光安定性を高めるのに役
立ち得、また染料の吸光ないし発光波長を変えたり量子
収量の吸光係数を変化させるのに用いられうる。改良さ
れた溶解特性はこの変性によって達成することができ
る。
The polymethine chains of the luminescent dyes according to the invention are also
It may contain one or more cyclic chemical groups which form a bridge between two or more carbon atoms of the polymethine chain. These bridges may serve to enhance the chemical or photostability of the dye and may be used to change the absorption or emission wavelength of the dye or change the extinction coefficient of the quantum yield. Improved dissolution properties can be achieved by this modification.

【0079】本発明に従えば、標識成分は抗体、蛋白、
ペプチド、酵素基質、ホルモン、リンフォカイン、代謝
産物、レセプタ、抗原、ハプテン、レクチン、アビジ
ン、ストレプタビジン、トキシン、炭水化物、寡糖類、
多糖類、核酸、デオキシ核酸、誘導核酸、誘導デオキシ
核酸、DNAフラグメント、RNAフラグメント、誘導
DNAフラグメント、誘導RNAフラグメント、天然薬
物、ウイルス粒子、バクテリア粒子、ウイルス成分、イ
ースト成分、血液細胞、血液細胞成分、生物細胞、非細
胞血液成分、バクテリア、バクテリア成分、天然ないし
合成脂質嚢、合成薬物、毒薬、環境汚染物質、重合体、
重合体粒子、ガラス粒子、ガラス表面材、プラスチック
粒子、プラスチック表面材、重合体膜、導体および半導
体でありうる。
According to the invention, the labeling component is an antibody, a protein,
Peptides, enzyme substrates, hormones, lymphokines, metabolites, receptors, antigens, haptens, lectins, avidin, streptavidin, toxins, carbohydrates, oligosaccharides,
Polysaccharide, nucleic acid, deoxynucleic acid, derivative nucleic acid, derivative deoxynucleic acid, DNA fragment, RNA fragment, derivative DNA fragment, derivative RNA fragment, natural drug, virus particle, bacterial particle, virus component, yeast component, blood cell, blood cell component , Biological cells, non-cellular blood components, bacteria, bacterial components, natural or synthetic lipid sac, synthetic drugs, poisons, environmental pollutants, polymers,
It can be polymer particles, glass particles, glass surfacing, plastic particles, plastic surfacing, polymer membranes, conductors and semiconductors.

【0080】或る成分との反応時633nmで光を吸収
しうるシアニン又は関連発色団を調製することができ、
而して検出工程は、このスペクトル波長で発光するヘリ
ウムネオンレーザーを用いることができる。また、或る
成分との反応時700nmと900nmとの間で最大限
に光を吸収しうるシアニン又は関連染料を調製すること
ができ、而して検出工程は、スペクトルのこの領域で光
を放出するレーザーダイオードを用いることができる。
A cyanine or related chromophore capable of absorbing light at 633 nm upon reaction with certain components can be prepared,
Thus, in the detection step, a helium neon laser emitting at this spectral wavelength can be used. It is also possible to prepare cyanines or related dyes that are capable of maximally absorbing light between 700 nm and 900 nm upon reaction with certain components, so that the detection process emits light in this region of the spectrum. Laser diode can be used.

【0081】選択性 上に列挙した反応性基は、適当なpH条件を含む適当な
反応条件が用いられる限り蛋白その他生物学的若しくは
非生物学的分子、巨大分子、表面材又は粒子上の特定官
能基を標識するのに比較的特異性である。
Selectivity The reactive groups listed above are specific to proteins or other biological or non-biological molecules, macromolecules, surface materials or particles so long as appropriate reaction conditions including suitable pH conditions are used. It is relatively specific for labeling functional groups.

【0082】反応性シアニン、メロシアニンおよびスチ
リル染料並びにそれらの生成物の特性 本発明の染料のスペクトル特性は、本明細書に記載の官
能化によっては認めうるほど変化しない。標識蛋白その
他の化合物のスペクトル特性も亦、蛋白その他の物質に
結合してないベース染料分子とさほど異ならない。単独
若しくは標識物質に結合した本発明に記載の染料は概
ね、大きな吸光係数(ε=100,000〜250,0
00)と、或る場合には0.4程度の高い量子収量を有
し、そして400〜900nmのスペクトル範囲で光を
発生する。斯くして、それらは発光検出用試薬を標識す
るものとして特に価値がある。
Reactive Cyanine, Merocyanine and Ste
Properties of Ril Dyes and Their Products The spectral properties of the dyes of this invention are not appreciably changed by the functionalization described herein. The spectral characteristics of labeled proteins and other compounds are also not so different from those of base dye molecules that are not bound to proteins or other substances. The dyes described in the present invention alone or bound to a labeling substance generally have a large extinction coefficient (ε = 100,000 to 250,000).
00) and, in some cases, high quantum yields, on the order of 0.4, and emit light in the spectral range of 400-900 nm. Thus, they are of particular value as labeling reagents for luminescence detection.

【0083】光学的検出方法 標識ないし染色成分を検出するのに任意の方法を用いる
ことができる。検出方法は、初めに定義された波長の光
で標識物質を含む混合物を照明する光源を用いることが
できる。該混合物により伝達され或は該混合物により蛍
光ないし発光される第二波長で光を検出する既知装置が
用いられる。斯かる検出装置に蛍光分光計、吸収分光測
光、蛍光顕微鏡、透過光顕微鏡ないしフロー血球計算
器、ファイバーオプチックセンサーおよび免疫検定装置
が含まれる。
Optical Detection Method Any method can be used to detect the labeling or staining component. The detection method can use a light source that illuminates the mixture containing the labeling substance with light having a wavelength that is initially defined. Known devices are used which detect light at a second wavelength which is either transmitted by the mixture or fluoresced or emitted by the mixture. Such detectors include fluorescence spectrometers, absorption spectrophotometers, fluorescence microscopes, transmitted light microscopes or flow cytometers, fiber optic sensors and immunoassay devices.

【0084】本発明の方法は、単数ないし複数の標識成
分への染料結合を検出するのに化学的分析方法を用いる
こともできる。化学的分析方法には赤外スペクトロメト
リー、NMRスペクトロメトリー、吸収スペクトロメト
リー、蛍光スペクトロメトリー、質量スペクトロメトリ
ーおよびクロマトグラフィー方法が含まれうる。
The method of the present invention may also employ chemical analytical methods to detect dye binding to the label component (s). Chemical analysis methods can include infrared spectrometry, NMR spectrometry, absorption spectrometry, fluorescence spectrometry, mass spectrometry and chromatographic methods.

【0085】[0085]

【実施例】例 1 スルホインドジカルボシアニンと蛋白との結合に対する
pHの影響 0.1M炭酸塩緩衝液中の羊γ−グロブリン(4mg/
ml)試料を室温で10倍モル過剰の下記スルホインド
ジカルボシアニン活性エステル(m=2)と室温で混合
した:
EXAMPLES Example 1 For the binding of sulfoindodicarbocyanine to proteins
Effect of pH Sheep gamma-globulin (4 mg / mg in 0.1 M carbonate buffer)
ml) The sample was mixed at room temperature with a 10-fold molar excess of the following sulfoindodicarbocyanine active ester (m = 2) at room temperature:

【0086】[0086]

【化17】 5秒〜30分範囲の適当な時間、セファデックスG−5
0上でのゲル透過クロマトグラフィーにより蛋白試料を
非共有結合染料から分離した。蛋白の最大標識は10分
後に生じて、pH8.5、8.9および9.4でインキ
ュベートした試料に関し夫々5.8、6.4および8.
2の最終的染料/蛋白モル比をもたらした。染料/蛋白
比を5とするのに必要な時間および異なるpHでの生成
物の量子収量を次表に示す:pH 時間(sec) 量子収量 8.5 115 0.09 8.9 53 0.09 9.4 6.5 0.17 上記データーは、この染料で標識した蛋白がpH9未満
よりもpH9.4において良好であることを示してい
る。緩衝液のpHが高いほど、結合反応は非常に迅速で
あるが、標識効率が優れ、生成物の蛍光度が高い。量子
収率は標識蛋白上の染料分子当りの平均量子収量を表わ
す。
[Chemical 17] Sephadex G-5, suitable time for 5 seconds to 30 minutes
The protein sample was separated from the non-covalently bound dye by gel permeation chromatography on zero. Maximum protein labeling occurred after 10 minutes and was 5.8, 6.4 and 8. respectively for samples incubated at pH 8.5, 8.9 and 9.4.
A final dye / protein molar ratio of 2 was produced. The time required to bring the dye / protein ratio to 5 and the product quantum yields at different pHs are shown in the following table: pH time (sec) quantum yields 8.5 115 0.09 8.9 53 0.09 9.4 6.5 0.17 The above data shows that the protein labeled with this dye is better at pH 9.4 than below pH 9. The higher the pH of the buffer, the more rapid the binding reaction, but the better the labeling efficiency and the higher the fluorescence of the product. Quantum yield represents the average quantum yield per dye molecule on the labeled protein.

【0087】例 2 スルホインドカルボシアニン活性エステルと蛋白との結
pH7.4の燐酸塩緩衝剤入り塩水(PBS)に溶解せ
る羊γ−グロブリン(1mg/ml)を、0.1M炭酸
ナトリウムを用いてpH9.4に調節した。種々の染料
/蛋白モル比を得るためにこの蛋白溶液のアリコートに
シアニン染料標識剤(例1の構造、m=1)を加えた。
室温で30分のインキュベーション後、PBSを溶離剤
とするセファデックスG−50ゲル透過クロマトグラフ
ィーにより分離した。生成物中蛋白に共有結合した染料
のモル比は、初期染料/蛋白比3、6、12、24およ
び30に関し夫々1.2、3.5、5.4、6.7およ
び11.2であった。
Example 2 Coupling of sulfoindocarbocyanine active ester and protein
Sheep γ- globulin causes dissolved in phosphate buffer containing saline merging pH7.4 (PBS) (1mg / ml ), adjusted to pH9.4 with 0.1M sodium carbonate. Cyanine dye labeling agent (structure of Example 1, m = 1) was added to aliquots of this protein solution in order to obtain different dye / protein molar ratios.
After incubation for 30 minutes at room temperature, separation was performed by Sephadex G-50 gel permeation chromatography using PBS as an eluent. The molar ratios of dyes covalently bound to proteins in the product were 1.2, 3.5, 5.4, 6.7 and 11.2 for the initial dye / protein ratios 3, 6, 12, 24 and 30, respectively. there were.

【0088】例 3 スルホインドジカルボシアニンによるAECMデキスト
ランの標識 デキストラン分子当り平均16個のアミノ基を含有する
N−アミノエチル−カルボキシアミドメチル(AEC
M)デキストランを平均分子量70000のデキストラ
ンから合成した〔Inman、J.K.,J.Immu
nol.114:704−709(1975)〕。pH
9.4の、0.1M炭酸塩緩衝液に溶解せるAECM−
デキストラン(1mg/250μl)の一部分をスルホ
インドジカルボシアニン活性エステル(例1の構造、m
=2)0.2mgに加えて染料/蛋白モル比10を得
た。混合物を室温で30分間攪拌した。次いで、溶離緩
衝液として酢酸アンモニウム(50mM)を用いたセフ
ァデックスG−50ゲル透過クロマトグラフィーにより
デキストランを非結合染料から分離した。各デキストラ
ン分子に平均2.2個の染料分子が共有結合した。
Example 3 AECM Dext with Sulfoindodicarbocyanine
Labeling orchids N-aminoethyl-carboxamidomethyl (AEC containing an average of 16 amino groups per dextran molecule)
M) Dextran was synthesized from dextran with an average molecular weight of 70,000 [Inman, J. et al. K. J. Immu
nol. 114 : 704-709 (1975)]. pH
9.4, AECM-dissolved in 0.1M carbonate buffer
A portion of dextran (1 mg / 250 μl) was added to a sulfoindodicarbocyanine active ester (structure of Example 1, m
= 2) 0.2 mg in addition to give a dye / protein molar ratio of 10. The mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. Dextran was then separated from unbound dye by Sephadex G-50 gel permeation chromatography using ammonium acetate (50 mM) as the elution buffer. An average of 2.2 dye molecules were covalently attached to each dextran molecule.

【0089】例 4 特異抗体のスルホインドジカルボシアニン活性エステル
標識 1.1M炭酸塩緩衝液(pH9.4)中のネズミIgG
(1mg/ml)に対し特異な羊γ−グロブリンとスル
ホインドジカルボシアニン活性エステル(例1の構造、
m=2)とを染料分子/蛋白分子比8で混合した。室温
で3分間のンキュベーション後、標識混合物を、燐酸塩
緩衝剤入り塩水(pH7.4)で平衡させたセファデッ
クスG−50上でのゲル濾過により分離した。回収され
た蛋白には、各蛋白に共有結合した平均4.4の染料分
子が含まれた。
Example 4 Sulfoindodicarbocyanine active ester of specific antibody
Labeled murine IgG in 1.1M carbonate buffer (pH 9.4)
(1 mg / ml) specific sheep γ-globulin and sulfoindodicarbocyanine active ester (structure of Example 1,
m = 2) with a dye molecule / protein molecule ratio of 8. After incubation at room temperature for 3 minutes, the labeling mixture was separated by gel filtration on Sephadex G-50 equilibrated with phosphate buffered saline (pH 7.4). The recovered proteins contained an average of 4.4 dye molecules covalently bound to each protein.

【0090】例 5 羊抗マウスIgG抗体に結合したスルホインドジカルボ
シアニン染料によるヒトリンパ球の染色ないし顕微鏡可
視化 新たに単離した抹消血リンパ球をマウス抗−β2−ミク
ログロブリン(0.25μg106細胞)により0℃で
30分間処理した。細胞をDMEM緩衝液で二回洗浄
し、次いでスルホインドジカルボシアニン標識羊抗−マ
ウスIgG抗体(1μg/106細胞)で処理した。0
℃で30分間のインキュベーション後、細胞を遠心処理
して過剰の抗体を除去し、細胞を再度DMEM緩衝液で
洗浄した。蛍光顕微鏡で分析すべく細胞のアリコートを
スライド上に固定させた。顕微鏡下、スライド上のリン
パ球を610〜630nmの光で照射し、イメージデジ
タル化装置およびテレビモニターに取付けたCOTU赤
色感知性増強テレビカメラによって650〜700nm
の蛍光を検出した。この方法で染色した細胞は顕微鏡下
蛍光を示した。対照実験で、一次マウス抗−β2−ミク
ログロブリン抗体の使用を省いたほかは上記の如く染色
および分析を行なった。対照試料は顕微鏡下で蛍光を示
さず、而してスルホインドシアニン標識羊抗−マウス抗
体がリンパ球への有意な非特異性結合をもたらさないこ
とを示した。
Example 5 Sulfoindodicarb conjugated to sheep anti-mouse IgG antibody
Staining of human lymphocytes with cyanine dye or microscopy
Visualization Freshly isolated peripheral blood lymphocytes were treated with mouse anti-β2-microglobulin (0.25 μg10 6 cells) for 30 minutes at 0 ° C. Cells were washed twice with DMEM buffer and then treated with sulfoindodicarbocyanine labeled sheep anti-mouse IgG antibody (1 μg / 10 6 cells). 0
After 30 minutes of incubation at 0 ° C., cells were centrifuged to remove excess antibody and cells were washed again with DMEM buffer. Aliquots of cells were mounted on slides for analysis by fluorescence microscopy. Illuminate the lymphocytes on the slide with light of 610-630 nm under a microscope and use a COTU red-sensitivity enhanced television camera mounted on an image digitizer and television monitor to 650-700 nm.
Fluorescence was detected. Cells stained by this method showed fluorescence under the microscope. In a control experiment, staining and analysis was performed as described above except that the use of primary mouse anti-β2-microglobulin antibody was omitted. The control sample showed no fluorescence under the microscope, thus indicating that the sulfoindocyanine labeled sheep anti-mouse antibody did not result in significant non-specific binding to lymphocytes.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 第1図は、N,N’−ジスルホブチルインド
ジカルボシアニン染料の単量体吸収スペクトルおよび二
量体スペクトルを示す。
FIG. 1 shows the monomer absorption spectrum and dimer spectrum of N, N′-disulfobutylindodicarbocyanine dye.

【図2】 第2図は、N,N’−ジエチルインドジカル
ボシアニン−5,5’−ジスルホン酸染料のスペクトル
を示す。
FIG. 2 shows the spectrum of N, N′-diethylindodicarbocyanine-5,5′-disulfonic acid dye.

【図3】 第3図は、N,N’−ジカルボキシペンチル
インドジカルボシアニン−5,5’−ジスルホン酸のビ
ス−N−ヒドロキシスクシンイミド染料による羊免疫グ
ロブリンの標識反応における染料/蛋白モル比を示す。
FIG. 3 is a dye / protein molar ratio in a labeling reaction of sheep immunoglobulin with a bis-N-hydroxysuccinimide dye of N, N′-dicarboxypentyl indodicarbocyanine-5,5′-disulfonic acid. Indicates.

【図4】 第4図は、N,N’−ジカルボブチルインド
ジカルボシアニン−5,5’−酢酸のビス−N−ヒドロ
キシスクシンイミドエステルで標識された抗体の吸収ス
ペクトルを示す。
FIG. 4 shows the absorption spectrum of an antibody labeled with bis-N-hydroxysuccinimide ester of N, N′-dicarbobutylindodicarbocyanine-5,5′-acetic acid.

【図5】 第5図は、新規なスルホインドジカルボシア
ニン染料と結合した蛋白の吸収スペクトルを示す。
FIG. 5 shows an absorption spectrum of a protein bound with a novel sulfoindodicarbocyanine dye.

【図6】 第6図は、染料/蛋白比の上昇に伴うアリー
ルスルホシアニン染料の量子収量(菱形印)変化と非ア
リールスルホシアニン染料のそれ(丸印)との比較を示
す。
FIG. 6 shows a comparison of changes in the quantum yield of arylsulfocyanine dyes (diamonds) with increasing dye / protein ratio and that of non-arylsulfocyanine dyes (circles).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G043 AA01 BA16 CA04 DA02 EA01 GA07 GB21 JA01 LA01 MA01 2G045 DA13 DA36 DA80 FA29 FB12 GC15 2G054 AA10 CA22 CA23 CA30 CE02 EA03 EB01 GA04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2G043 AA01 BA16 CA04 DA02 EA01                       GA07 GB21 JA01 LA01 MA01                 2G045 DA13 DA36 DA80 FA29 FB12                       GC15                 2G054 AA10 CA22 CA23 CA30 CE02                       EA03 EB01 GA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1種またはそれより多くの蛍光物質を計
量する方法であって、発光染料標識物質と、すべてが単
一励起波長で有意に光を吸収するが異なる波 長で蛍光を発する、さらなる1種若しくはそれより多く
の蛍光物質とを混合し、そして前記蛍光物質をすべて、
単一波長の光で励起させ、そして前記蛍光物質の各々
を、それらの異なる蛍光波長でそれら個々の蛍光信号を
検出することにより計量する、 ここにおいて、前記発光染料は、芳香族核に結合したス
ルホン酸基若しくはスルホネート基少なくとも1個を有
するシアニン、メロシアニンおよびスチリル染料よりな
る群から選ばれることを含む前記方法。
1. A method of quantifying one or more fluorophores, which comprises a luminescent dye-labeled substance and all of which significantly absorb light at a single excitation wavelength but fluoresce at different wavelengths. Mixing one or more phosphors, and all the phosphors,
Excitation with a single wavelength of light and quantification of each of the fluorophores by detecting their individual fluorescence signals at their different fluorescence wavelengths, wherein the luminescent dye is bound to an aromatic nucleus A method as described above, comprising selected from the group consisting of cyanine, merocyanine and styryl dyes having at least one sulfonic acid group or sulfonate group.
【請求項2】 水性液体中の成分を標識する方法であっ
て、(a) 前記成分を含有する前記液体に、芳香族核
に結合したスルホン酸基若しくはスルホネート基少なく
とも1個を有するシアニン、メロシアニンおよびスチリ
ル染料よりなる群から選ばれる発光染料を加え、該染料
は前記成分と反応性であり、そして(b) 前記染料が
前記成分を標識するように前記染料と前記成分とを反応
させることを含む方法。
2. A method for labeling a component in an aqueous liquid, comprising: (a) cyanine or merocyanine having at least one sulfonic acid group or sulfonate group bonded to an aromatic nucleus in the liquid containing the component. A luminescent dye selected from the group consisting of and a styryl dye, the dye being reactive with the component, and (b) reacting the dye with the component such that the dye labels the component. How to include.
【請求項3】 前記染料が、前記染料をして前記成分上
のアミン、アルデヒド、スルフヒドリル若しくはヒドロ
キシ基と共有反応させる置換基を含有し、前記染料が前
記成分上の基と反応する、請求項2の方法。
3. The dye comprises a substituent that causes the dye to covalently react with an amine, aldehyde, sulfhydryl or hydroxy group on the component, the dye reacting with a group on the component. Method 2.
【請求項4】 前記成分が、抗体、蛋白、ペプチド、酵
素基質、ホルモン、リンフォカイン、代謝産物、レセプ
タ、抗原、ハプテン、レクチン、トキシン、炭水化物、
寡糖類、多糖類、核酸、ヌクレオチド、誘導ヌクレオチ
ド、デオキシ核酸、誘導核酸、誘導デオキシ核酸、DN
Aフラグメント、RNAフラグメント、誘導DNAフラ
グメント、誘導RNAフラグメント、天然薬物、ウイル
ス粒子、ウイルス成分、イースト成分、血液細胞、血液
細胞成分、生物細胞、非細胞血液成分、バクテリア、バ
クテリア成分、天然および合成脂質嚢、合成および天然
薬物、毒薬、環境汚染物質、重合体、重合体粒子、ガラ
ス粒子、ガラス表面材、プラスチック粒子、プラスチッ
ク表面材、重合体膜、導体および半導体よりなる群から
選ばれる、請求項2又は3の方法。
4. The component is an antibody, protein, peptide, enzyme substrate, hormone, lymphokine, metabolite, receptor, antigen, hapten, lectin, toxin, carbohydrate,
Oligosaccharide, polysaccharide, nucleic acid, nucleotide, derivatized nucleotide, deoxynucleic acid, derivatized nucleic acid, derivatized deoxynucleic acid, DN
A fragment, RNA fragment, derivative DNA fragment, derivative RNA fragment, natural drug, virus particle, virus component, yeast component, blood cell, blood cell component, biological cell, non-cellular blood component, bacterium, bacterial component, natural and synthetic lipid A capsule, a synthetic and natural drug, a poison, an environmental pollutant, a polymer, a polymer particle, a glass particle, a glass surface material, a plastic particle, a plastic surface material, a polymer film, a conductor and a semiconductor. Method 2 or 3.
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