JP2005503537A - High throughput integrated system for biomolecular analysis - Google Patents

High throughput integrated system for biomolecular analysis Download PDF

Info

Publication number
JP2005503537A
JP2005503537A JP2002579773A JP2002579773A JP2005503537A JP 2005503537 A JP2005503537 A JP 2005503537A JP 2002579773 A JP2002579773 A JP 2002579773A JP 2002579773 A JP2002579773 A JP 2002579773A JP 2005503537 A JP2005503537 A JP 2005503537A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
target
affinity
analysis
sample
protein
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.)
Pending
Application number
JP2002579773A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005503537A5 (en
Inventor
エー. タブス,ケモンズ
ダブリュー. ネルソン,ランドール
エー. グルーバー,カール
Original Assignee
エー. タブス,ケモンズ
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 エー. タブス,ケモンズ filed Critical エー. タブス,ケモンズ
Priority claimed from PCT/US2002/001541 external-priority patent/WO2002082051A2/en
Publication of JP2005503537A publication Critical patent/JP2005503537A/en
Publication of JP2005503537A5 publication Critical patent/JP2005503537A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本発明は、引き続く高性能分析用に生体材料から特定の生体分子の選択的な回収および濃縮、目標タンパク質の定量、目標生体分子の変異体(例えば、スプライス変異体、点突然変異および翻訳後修飾)の認識、それらの性質の解明、標的生体分子と相互作用するリガンドの分析と同定、並びに単一の統一化された、経済的な、多重並行処理プラットフォームを用いた大量サンプルのハイ・スループット・スクリーニングのできる統合システムを提供する。該統合システムの好適な実施態様は、アフィニティー・マイクロカラムのような分子トラップと、質量分析計用誘導体化ターゲットと、複数サンプル注入可能な質量分析計並びに処理/データ解析相互作用データベースを備えた自動装置とを含む。本発明はまた、個々の要素を使用するための方法とプロセス並びに生物学的適用における統合システムを含む。さらに本発明の好ましい実施態様では、複数の別々のデバイスおよび/またはサンプル調製および/または処理のためのハイ・スループット分析を達成する。The present invention provides selective recovery and enrichment of specific biomolecules from biomaterials for subsequent high performance analysis, target protein quantification, target biomolecule variants (eg, splice variants, point mutations and post-translational modifications). ), Elucidation of their properties, analysis and identification of ligands that interact with target biomolecules, and high throughput of large samples using a single unified, economical, multiple parallel processing platform Provide an integrated system for screening. A preferred embodiment of the integrated system is an automated system comprising a molecular trap such as an affinity microcolumn, a derivatization target for a mass spectrometer, a mass spectrometer capable of multiple sample injection, and a processing / data analysis interaction database. Including the device. The present invention also includes methods and processes for using individual elements as well as integrated systems in biological applications. Furthermore, preferred embodiments of the present invention achieve high throughput analysis for multiple separate devices and / or sample preparation and / or processing.

Description

【技術分野】
【0001】
本出願は、2001年1月17日に出願された係属仮出願60/262,530および60/262,852双方の一部継続である。
発明の分野
本発明は、プロテオミクスの分野に関連する。より具体的には、本発明は生体材料から回収された生体分子の迅速な同定、並びに特性評価のための方法および装置である。さらに、本発明は、多数の異種サンプルを同時に処理する能力(ハイ・スループット分析)を含む。
【背景技術】
【0002】
発明の背景
ヒトゲノムの塩基配列決定法における最近の進歩は、生物科学をいくつかの新規で興味深い研究活動舞台に駆り立てた。これら活動舞台の1つであるプロテオミクスは、世界的に協調して行われる生物学研究の次なる波であると広く考えられている。プロテオミクスは、遺伝子産物(タンパク質)、それらの多様な形態と相互作用のパートナー、およびそれらの調節と処理の動態(時間)の研究である。つまり、プロテオミクスは、自然環境で機能するタンパク質研究であり、完全ではないとしても、それらの生物学的機能についての理解をさらに深めることを全体的意図としているものである。このような研究は、遺伝的障害の背後にある機構または薬物介在療法の影響を理解するのに必須であると同時に、臨床分析および診断分析にとって根本的な基礎となる可能性がある。
【0003】
タンパク質の分析には幾つか固有の難題がある。何よりも先ず、分析に十分関連すると考えられるいずれのタンパク質も、in vivoの複雑な生物学的環境または生物学的材料に存在する。これらの生物学的材料の複雑性が、一つの難題、すなわち、興味のあるタンパク質は多くの場合比較的低濃度で材料中に存在し、他の大量の生体分子、例えばタンパク質、核酸、炭水化物、脂質などによってどうしても隠されてしまう、という問題を提供する。この根本的な問題を解決するために、現在プロテオミクスに用いられている技術は、比較的旧式の技術である二次元(2D)ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)、すなわち、多数のタンパク質を、等電点と分子サイズの関数として二次元的にゲル媒体を用いて同時に移動させる技術によって、まず全生体材料を分画することのみである。予測できる挙動で移動させるために、タンパク質をまず還元して変性させるが、この工程は、タンパク質の全体構造を破壊し、それらの機能を喪失させる。
【0004】
現状では、最新のプロテオミクス技術も、2D−PAGEを用いて分離されたタンパク質の同定を伴う。この方法では、分離されたタンパク質を含有するゲルスポットを、ゲル媒体から切り出し、高特異性酵素(普通はトリプシン)で処理してタンパク質をフラグメントにする。次に得られたフラグメントは、エレクトロスプレイ・イオン化法(ESI)或いはMALDI−TOF(matrix-assisted laser desorption/ionizationtime-of-flight)型質量分析計(MS)を用いた高精度質量分析に供される。フラグメントの絶対分子量の形で得られたデータ並びに酵素の特異性についての知識が、フラグメントの経験的データに関連する情報のゲノムまたはタンパク質データベースのin silico検索に用いられる。過去7年に亘って改良された分析法および検索プロトコルによれば、ゲル分離タンパク質がある遺伝子に由来するものであると同定するためには、高精度に質量が測定された2、3のタンパク質分解フラグメントだけしか必要ないという点まで発展した。
【0005】
しかしながら、興味の対象のタンパク質を産生する遺伝子の同定は、タンパク質の構造/機能を決定するずっと多くのプロセス全体の中の第1工程にすぎない。発生する多数の問題に対して、2D−PAGE/MS法では答えることができない。1つの主要な問題は、タンパク質の一次構造と関係する。通常行われる同定プロセスの中では、タンパク質の配列の多くて50パーセントは調べられるが、少なくともタンパク質の50パーセントが分析されないままである。どのタンパク質にも、潜在的に多数のスプライス変異体(splice variants)、点突然変異および翻訳後修飾が存在するとすれば、タンパク質内に存在し、その多くが疾患状態の原因となる多数の変異体および修飾が、結局同定プロセス中で見逃されることになる。このように、タンパク質は、(正常な)機能を有する変異体を(疾患の原因となる)異常な機能を有する変異体から識別するのに必要とされる十分な細部構造が見られていない。
【0006】
さらに、現在の同定プロセスは、タンパク質の定量法を何ら提供しない。疾患状態の多くに関して、特定タンパク質および/またはそれらの変異体濃度の増加若しくは減少は、原因となったり、指標とされたりするため、タンパク質の定量は、プロテオミクスの極めて重要な構成要素である。現在、ゲルからのタンパク質定量は、もともと比較的変動しやすい染色法を用いて行われているため、不正確である。染色法は、2D−PAGEで得られたタンパク質フラグメントの質量分析による定量に、ICAT(isotope-coded affinity tags)を組み合わせる方法によって代替できる。しかしながら、該ICAT法は、前記タンパク質変異体に対しては依然として現実性に乏しい。というのは、タンパク質変異体は、質量の変化したタンパク質フラグメントを生じ、それらは定量プロセスから除外されるからである。同様に、ELISA(enzyme-linkedimmunosorbent assay)およびRIA(radioimmunoassay)などの他の方法も、変異体が存在する場合に特定のタンパク質を定量するのは同じように複雑である。変異体から目標タンパク質を分離する能力を欠くことから、これらの方法は、本質的に全てのタンパク質変異体を単一の化合物としてモニターすることとなる。疾患は、全ての変異体の累積濃度ではなくて、単一変異体のみの濃度上昇により引き起こされ/兆候となる可能性があるので、しばしば誤りを招く方法となる。
【0007】
さらに、2D−PAGE/MS法は、タンパク質−リガンド(例えば、他のタンパク質、核酸または生体関連化合物)相互作用の探索を何ら提供しない。タンパク質分離の際、変性する条件を用いるので、全てのタンパク質−リガンド相互作用は撹乱され、同定方法を用いた研究の対象範囲外となる。別の他の方法は、タンパク質−リガンド相互作用の分析に特に焦点を合わせている。これらの中で最も頻繁に用いられるものには、酵母2ハイブリッド法(Y2H)およびファージディスプレイ法があり、それぞれ、生体分子相互作用を示すレポータータンパク質を産生する遺伝子発現を誘導するin vivoの分子認識現象を用いるか、または高いアフィニティーを有する結合パートナーを選択的に増幅する。他の機械的方法は、検出方法として普遍的な物性またはタグ(例えば、表面プラズモン共鳴または蛍光)を利用するバイオセンサに依存する。これらの方法には、一般に時間がかかり、生体材料から引き出された相互作用するパートナーが間接的に検出されて、結合パートナーについての特定情報または同定情報をもたらさないという2つの主たる限界がある。
【0008】
最後に、前記方法のいずれも、実験材料の大きな母集団における特定のタンパク質、それらの変異体、およびそれらの相互作用パートナーを大量かつハイ・スループットに分析するのに好ましくない。前記の全ての方法は、単一サンプルに実施するのに、数時間(2D−PAGE)から数週間(Y2H)必要とする。この様に、時間と費用を費やすため、プロテオミクス、臨床および診断への応用に必要な数百から数千のサンプル(数百から数千の個体由来)への適用は不可能となる。
【0009】
現在までに、前記全ての理由のためタンパク質のハイ・スループット分析が可能な普遍的統合システムは存在してない。したがって、天然の環境に存在するネイティブなタンパク質を分析できる新しく新規な技術が早急に必要とされる。これらの技術は以下の項目、すなわち1)続く高速分析のために、生体材料から特定のタンパク質を選択的に回収し、濃縮する能力、2)標的タンパク質を定量する能力、3)標的タンパク質の変異体(例えば、スプライス変異体、点突然変異および翻訳後修飾)を認識する能力およびそれらの性質を解明する能力、4)標的タンパク質と相互作用するリガンドを分析し、同定する能力、5)単一の経済的なプラットフォームを用いて大量サンプルのハイ・スループット・スクリーニングを行うことができる能力、を包含する。
【0010】
個々の公表物または特許出願が具体的かつ個々に参照のために組み入れられているのと同程度に、全ての公表物および特許出願が、ここに参照のために組み入れられている。本発明は、明快さと理解を目的として図面および実施例によりある程度詳細に説明されたが、ある一定の変更並びに修飾が、添付の特許請求の範囲内で実施可能であることは明らかである。
発明の概要
本発明の目的は、後に続く高性能分析のために行われる生体材料からの特定の生体分子の選択的な回収および濃縮、標的タンパク質の定量、標的生体分子の変異体(例えば、スプライス変異体、点突然変異および翻訳後修飾)の認識、それらの性質解明、標的生体分子と相互作用するリガンドの分析と同定、単一で統一され経済的で多重かつ並列処理プラットフォームを用いた大量サンプルのハイ・スループット・スクリーニングのできる統合システムを提供することである。
【0011】
本発明の他の実施態様は、アフィニティー・マイクロカラムのような分子トラップと、誘導体化された質量分析計ターゲットと、複数サンプルの注入が可能な質量分析計並びにハイ・スループット分析を達成する処理/データ解析相互作用データベースソフトウェアを備えた自動装置を提供することである。
【0012】
本発明の他の目的は、分子トラップ、誘導体化ターゲットなどの統合システム用の個々の要素を提供することである。
【0013】
本発明のさらなる目的は、連続調製並びに大量サンプルを同時に並列処理するために自動装置を用いる本発明のハイ・スループット実施態様を提供することである。
【0014】
本発明のさらなる他の目的は、生物学的適用において個々の要素および統合システムを利用する方法およびプロセスを提供することである。
【0015】
本発明のよりさらなる他の目的は、ハイ・スループット分析を使う統合システムを用いた分析対象物の点突然変異および変異体の同定装置および同定方法を提供することである。
【0016】
本発明の特徴とみなされる新規な面は、特に添付の請求の範囲に記載される。しかしながら、発明自体は、その構造および操作の双方に関してさらなる目的とその利点と共に添付の図面と併せて読むと本発明の好適な実施態様について以下の説明から最良に理解されるであろう。特記しないかぎり、明細書および請求の範囲中の単語および語句は、通常の意味および慣用的意味を通常の適用可能な業界の通常の当業者に与えるように意図している。他の意味が意図される場合、本明細書は、特別な意味が単語または語句に適用されていることを具体的に述べる。同様に、「好適な実施態様の説明」中の単語「機能(function)」または「手段(means)」の使用は、発明を定義する米国特許法、第112条第6節の特記条項の実施を望む意図はない。逆に、米国特許法、第112条第6節の条項が、発明を定義するために実施が求められている場合、請求の範囲は、語句「ための手段(means for)」または「ための工程(step for)」および機能を具体的に記載して、このような語句において、その機能を支持するいかなる構造、物質または行為をも列挙しない。請求の範囲が、機能を実施する「のための手段」または「ための工程」を列挙する場合でも、工程の手段を支持する如何なる構造、物質または行為もまた列挙するならば、その意図は、米国特許法、第112条第6節の条項を実施することではない。さらに、米国特許法、第112条第6節の条項が、発明を定義するために実施されるとしても、その発明は、好適な実施態様に記載される特定の構造、物質または行為にのみ限定されず、請求された機能を実施するために、いずれかの、また全ての知られた、または後に開発された等価構造、物質または行為に加え、さらに請求された機能を実施するいずれかの、ならびに全ての構造、物質または行為を含むことが意図される。
好適な実施態様の説明
後に続く高速分析用のために行う、生体材料からの特定の生体分子の選択的な回収および濃縮、目標タンパク質の定量、目標生体分子の変異体(例えば、スプライス変異体、点突然変異および翻訳後修飾)の認識、それらの性質の解明、標的生体分子と相互作用するリガンドの分析と同定、並びに単一で統一され経済的で多重かつ並行処理プラットフォームを用いた大量サンプルの高速スクリーニングが可能な統合システムを提供する。
【0017】
該統合システムの好適な実施態様は、アフィニティー・マイクロカラムのような分子トラップと、処理ステーションと、非好適な実施態様では削除されることもある誘導体化された質量分析計ターゲット・アレイとを含み、該統合システムは、単独または複数のサンプルを注入でき、処理/データ分析相互作用のデータベースを用いることができる質量分析計により作業する。本発明はまた、生物学的適用において個々の要素および統合システムを使用する方法およびプロセスを含む。さらに、本発明の好適な実施態様は、ハイ・スループット分析を達成するために、複数の個々の装置および/またはサンプル調製および/または処理を提供する。
【0018】
本発明のシステムの主要な要素は、生体サンプルにおいて周囲の生体材料から特定の分析対象物を単離または回収することである。これは、分子トラップを用いて達成される。分子トラップの好適な実施態様における回収プロセスでは、生物学的サンプルを、広い表面積を有する表面に親和性レセプターを有する装置を通すよう反復的に流すことが必要となる。該親和性レセプターは、特定の分析対象物を捕捉するように選択される。ハイ・スループットの実施態様において、これらの分子トラップは、小型カラムであるアフィニティー・マイクロカラム内に形成され、それにより多数の分子トラップを並列に配置させて最小物理量を取り込む。並列配置した実施態様の好ましい形態においては、多数の分子トラップは、多岐管(manifold)や材料のブロックのような単位成分内に含まれる。このような形態では、多岐管は多数のマイクロチャネルを有し、この中に分子トラップが収容されている。
【0019】
分子トラッププロセスは、分子トラップ上に配置される親和性レセプターと、生体サンプルに含まれる分析対象物とに、十分な物理的接触をさせることにより達成される。親和性レセプターは、親和性レセプターと特定の分析対象物との間の親和性相互作用を用いて特定の分析対象物を捕捉、または単離する。特定の分析対象物を捕捉後、残りの化合物または捕捉されなかった化合物を、分子トラップから遊離させるために一連のリンスを用いて洗浄する。捕捉およびリンスプロセスは、特定の分析対象物を濃縮し、アフィニティー・マイクロカラムのデッドボリュームを少なくする。
【0020】
特定の分析対象物が捕捉された後、それらを、アフィニティー相互作用を妨害できる少量の試薬を用いて分子トラップから溶出させる。次いで溶出された特定分析対象物を、質量分析のために、またはさらなる処理、例えば、後で行う質量分析の準備のために行われる、生反応性MSターゲット・アレイを利用した酵素的/化学的修飾などの処理ために、質量分析のターゲットプラットフォームに直接スタンプされる。次に、特定の分析対象物または高精度で検出された修飾フラグメントに対して、自動化質量分析が行われる。サンプル間の相違または標準との相違を認識できるソフトウェアが、データベース基づく多数のサンプルの分析および構成を補助するために用いられる。また、溶出された特定の分析対象物を質量分析のターゲット上にスタンプする替りに、エレクトロスプレイ質量分析計の針などのサンプル導入装置の構成要素として分子トラップを用いることにより、特定の分析対象物をエレクトロスプレ・イオン化質量分析計に直接溶出できる。
【0021】
本発明のハイ・スループットの実施態様は、多数のサンプルの連続調製および並行処理を行う自動装置(ロボティックス)を用いる。特定の分析対象物を捕捉するためのマイクロカラムの使用により、上記の配列形式が可能となる。これは、マイクロカラムアレイの占める物理量および/または面積を最少にすることから、このようなハイ・スループットに理想的である。適切に配列された自動装置を備えたアフィニティー・マイクロカラムの使用は、統合されたプラットフォーム上で開始から終了まで複数サンプルを同時に調製して処理でき、それによってサンプルのハイ・スループットを可能にする。具体的には、捕捉、分離および溶出の全工程は、自動装置システムまたはシステムにより管理されたマイクロカラム内で実施される。これは、生体液から特定の分析対象物を分離するために機械的/物理的手段(例えば、遠心分離、磁気または真空分離)を用い、緩衝剤でリンスする他のアフィニティー捕捉方法(例えば、ビーズ媒体を用いる)とは対照的である。多くの場合、この物理的分離は、単独に実施される必要があり、しばしば配列の秩序を撹乱すると共に並行処理配列を撹乱させる。これらの機械的/物理的手段は、マイクロカラムを使用する場合には必要ないことから、並行処理配列が撹乱されることなく使用でき、順序付けられた空間的配列は、全プロセスの間無傷のままである。最も都合のよいことには、複数の調製/分析は、通常使用される空間的アレイ、例えば、4−、8−、16−、48−、96−、384または1536ウェルのマイクロタイタープレートのフォーマットに適合させられた自動装置を用いて連続的かつ並行して実施されることである。
個々の構成要素
サンプルの修飾/調製
下記の実施態様の全てにおいて、生体材料または標的分析対象物は、アフィニティー反応前かアフィニティー捕捉後のいずれかで、ただしターゲットまたはターゲット・アレイ上への溶出前に修飾または調製されることが望ましい。修飾または調製の例としては、還元、ラベルまたはタグの付加、in situ消化、表面上での部分的消化/修飾、pH調整などが挙げられるが、これらに限定されない。
分子トラップ
本発明の1実施態様における分子トラップは、親和性レセプターを結合させたマイクロカラム装置である。分子トラップを、アミノシラン化試薬などでの処理により化学的に修飾してから、多くの誘導化スキームのいずれか1つを用いて親和性レセプター結合を活性化させる。アフィニティー・マイクロカラムの使用は、他の手段によりアフィニティー捕捉を実施する場合に伴う不利な点を克服する。具体的には、ここに記載されているように、アフィニティー・マイクロカラムは、この10年間で入手できるようになった質量分析計に合わせて調整する。MALDI−TOFおよびESI質量分析計が出る前は、ポリペプチド類の質量分析(実施できる場合)は、ナノモル単位の分析対象物量を必要とし、アフィニティー捕捉により単離された場合、結合レセプターを含有する試薬をミリリットル単位必要とし、生体材料をリットル単位必要とすることが多かった。MALDI−TOFおよびESI質量分析計は低感度のものからfemtomole以上の感度のものまであり、装置を含む全アフィニティー単離の規模は、数段階に縮小できる。したがって、ここに記載されたアフィニティー・マイクロカラムは、最近の可能になった質量分析技術の感度特性を十分に利用するために考案され、製造されている。
【0022】
本発明のさらなる実施態様は、図6に例示するように、与えられた生体材料に特異的に好適な種々のアフィニティー・マイクロカラムを提供することである。全ての生体材料は、生体分子の組成と条件に関して全く同一ではないので、アフィニティー試薬の誘導スキームは、各生体材料中でそれぞれ異なった挙動を示す。例えば、血漿中に存在する特定のタンパク質分析対象物を回収するように適合させたアフィニティー試薬は、同じ分析対象物が異なる生体材料中に存在する場合には理想的な挙動を示さない。さらに、各生体材料により異なる緩衝剤組成および条件を用いると、目的の分析対象物と共に多数の低分子有機化合物が保持され続いて溶出されることがあり、該有機化合物は質量分析プロセスを阻止しうる。したがって、目的の分析物に対する特異性が高く、分析対象物の特性評価を妨げる可能性のある他の大分子に対する非特異的結合性が低いだけでなく、質量分析プロセス、例えばMALDIまたはESIの基礎となる物理現象を妨害する可能性のある低分子化合物の保持を最小にもするような、各生体液についてのアフィニティー・マイクロカラムを構築することが必要となる。
ターゲット
分析対象物は、各生体材料から回収後、本質的に微小溶出され、アフィニティー・マイクロカラムから、質量分析計に挿入されるターゲットまたはターゲット・アレイ上へ直接「スタンプ」される。この様式では、例えばタイタープレートなどの空間的アレイは、最初の複数サンプル容器からアフィニティー捕捉工程と洗浄工程、質量分析計のターゲット上に至るまでの間を通してそのまま維持される。
【0023】
さらに本発明は、アフィニティー・マイクロカラムを用いて回収されたタンパク質の自動調製および分析において、質量分析計に特別に適合させたターゲットを利用することを包含する。自動装置をハイ・スループットに組み入れるには、核サンプル間において並行プロセスの再現性が良く、且つ該並行プロセスにおいて、質量分析計のターゲット上にサンプルを堆積する位置を制御できることが必須である。これらの点が、自動プロセスに組み入れられていることを確実にするため、分析対象物の堆積領域を制御できるよう、質量分析計のターゲット上に自己組織化単分子膜(SAM)を作製する。例えば、性質が疎水性または親水性であるチオール化合物またはメルカプタン化合物を使用して、金メッキしたターゲット上に対照領域を作製する。疎水性SAMで親水性SAMを囲むことにより、ターゲット上の明確に限定された領域に水溶性サンプル(アフィニティー・マイクロカラムより)を閉じ込めるための明確な境界が造られる。この様に、並行自動装置により規定された空間的配列は、複数のアフィニティー・マイクロカラムから、自動装置による処理中ずっと用いられる空間的配列と同一にパターン化された質量分析計のターゲット上へ、(自動装置を用いて)同時に複数サンプルを溶出することにより維持できる。
【0024】
他の応用において、質量分析計のターゲットはさらに、分析対象物を処理できる反応性表面を含むように作られている。質量分析を用いる生体分子を研究する場合、分析対象物の構造に関するさらなる詳細を得るためには、しばしば化学および/または酵素学で解明する必要がある。同一試料中の分析対象物、分析対象物の変異体および修飾体を見分ける目的で、質量分析と組み合わせて特異的化学修飾または酵素化学修飾を用いる分析が特に重要である。さらに、目的の分析対象物は分析できるように残しながら、妨害物を除去するように設計された除去用相互作用を用いて溶液から妨害の可能性のある種類のものを除去することでほとんど精製する質量分析のための前処理には大きな価値があることが多い。これらの操作を実施する最も効率的な手段は、特別な処理機能に関して試薬または酵素で誘導化された質量分析計のターゲットを用いることである。
【0025】
好適な実施態様において、ターゲットまたはターゲット・アレイは、フォトレジスト技術を用いて、まず指定ターゲット領域の周囲にチャネルをエッチングすることにより作製される。従来の電気メッキ技術またはプラズマ堆積などによって、エッチング化基板に金膜を堆積させる。この金膜は、エッチングされた輪郭に自然に沿って形成される。基板によっては、表面の金膜を堆積する際、1層以上の中間層、例えばニッケル中間層などのような層が必要とされる。次に、修飾基板表面に対し化学結合を形成または吸着できるジチオビス(スクシンイミジルプロプリオネート)(DSP)またはその誘導体などの活性化されたまたは活性化可能な試薬を、ターゲット領域に、ターゲット領域以外には結合しないように、結合する。輸送溶媒はいずれも蒸発させるかまたは除去して、活性化されたまたは活性化可能な試薬の乾燥自己組織化単分子膜(SAM)を生成する。保護層として、目的のSAM上に適当な溶媒に溶解されたデキストランなどを堆積させる。その溶媒がDMSOの場合、該DMSOはターゲットを真空中に置くことにより除去される。次いで、ターゲット(アレイ)は、保護層を溶かさない溶媒中に溶解されたオクタデシルメルカプタンなどの疎水性試薬で被覆される。デキストランが保護層である場合、イソプロパノールが疎水性試薬を溶解するために使用できる。ターゲットをリンスすると、非結合の疎水性試薬はいずれも除去される。活性化試薬がターゲットの領域に結合されている例においては、単にDMSOでリンスすることなどにより保護層を除去することによって、該活性化試薬を使用できるようになり、これはまた保護層中または保護層上に存在するすべての疎水性試薬をも除去することになる。活性化可能な試薬がターゲット領域に結合される例においては、保護層を除去してから活性化試薬を用いて活性化するか、または活性化試薬を輸送する溶媒を保護層の溶解にも用いることで直接活性化するかのいずれかによって、該試薬を活性化して使用できる。第2の場合において、溶解された保護層は、続くリンスにより除去される。最後に、ポリマー、タンパク質、ペプチド、または酵素などの生体試薬または生物学的試薬が、ターゲット領域の表面に結合する。生体試薬の結合は、ターゲット領域に既に結合した活性化試薬により促進される。保護層により被覆された活性化試薬がある場合、保護層を除去してからターゲット領域に生体試薬を添加するか、または生体試薬を輸送させる溶媒を保護層の溶解にも用いて直接結合させるかのいずれかにより、生体試薬を表面に添加できる。
【0026】
上記ターゲットまたはターゲット・アレイの製造プロセスの利点は、保護層で一度被覆されたターゲットはより長い期間保存でき、消費者の裁量で使用できることである。該ターゲット・アレイの他の利点は、分析対象物処理並びに不純物の取扱いのための画定された反応性表面を提供することである。
【0027】
さらに他の同様な実施態様においては、一または複数の質量分析計のターゲットの表面を、MALDIの実施に使用されるマトリックスの結晶形成を促進してサンプル調製の質を高めることが判った試薬で誘導体化する。このようなマトリックス結晶の”シーディング(seeding)”は、全サンプル調製プロセスの自動化において非常に貴重なことが判り、ターゲットの全領域に亘り再現性の高いサンプルの生産を可能にする。
ハイ・スループット装置
ここに記載された個々の構成要素は、生体材料から回収された分析対象物のハイ・スループット分析を可能にする単一の統合システムを、一緒になって形成する。基礎的分析は、一次構造、すなわち分析物の配列を立証することから始める。分子量の単独高精度決定が、分析対象物の一次構造を立証するのに十分であることが多い。分析対象物の一次構造を立証するのにより高い精度が要求される場合は、化学的/酵素的に活性な質量分析計のターゲットを用いて、分析対象物(回収後)の質量マップを作製すると便利である。このようなマッピング手法中、分析物は、高特異性切断試薬を用いて消化されて、質量分析法を用いて分析された際に多数のシグナルが生じる。群として見た場合、これらのシグナルは、単独質量測定よりもより大きな精度と信頼性で一次構造を立証できる。また、これらのデータは、正常な分析対象物として予想されるものとは大きく異なる被検変異体、たとえばスプライス変異体などをデータベースから検索するのに用いることができる。
【0028】
同様な実施態様において、分析対象物の他の変異体は、変異の性質、位置および起源を明瞭にするためにマッピングされる。単一サンプルに存在する分析対象物と変異体は、マイクロカラムに局在化した通常のアフィニティー試薬を用いて生体材料から共に抽出され、同時に質量分析計の活性化されたターゲットまたはターゲット・アレイによるマッピングに供される。被検変異体の多くは、正常な分析対象物と高い相同性を共有することから、マッピングシグナルの多くは、分析対象物と変異体の間で共通となる。しかしながら、異常または質量シフトしたシグナルもマッピングデータ内に存在する。これらの異なるデータを用いて、切断試薬の知識と正常分析物の一次構造、三次構造、四級構造の情報とを組み合わせて、変異位置を解明することが可能である。さらに、分析物のコンポーネント残基間の質量差の知識(例えば、タンパク質中のアミノ酸、またはDNA/RNA中の核酸間の質量差)と質量シフトの正確な決定を用いて、変異体を生成した転移を決定することが可能である。このような分析は、例えば、タンパク質中に存在する点突然変異または核酸中に存在する多型現象を解明する上で大きな価値がある。同様に、可能性のある修飾基(例えば、グリカン、リン酸塩、メチル、ホルミルなど)の分子量の知識を、分析対象物の化学修飾の部位および性質を解明するためにマッピングデータと組み合わせて使用できる。最後に、特異的修飾を扱うためにデザインされた反応性ターゲットは、統合システムにおいて、分析対象物から該修飾部分を切断し、質量スペクトル中のその後の質量シフトを見ることにより修飾部分の量(数)を決定するために使用できる。
【0029】
他の実施態様において、本発明は、生体材料中に存在する特定分析対象物のハイ・スループット定量に用いられる。このプロセスを用いて、分析対象物と内部照合(分析対象物様種)を、生体材料から回収し、質量分析を通して処理する。同一の並行処理操作において、標準サンプルを分析して、分析対象物シグナルを生体材料中に存在する分析対象物量と同等視して検量線を作製する。次いで検量線を用いて各サンプル中に存在する分析対象物量が、他のサンプルに対して相対的に増加したと判定できるか、または絶対的に決定できる。
【0030】
さらなる実施態様において、本発明は、タンパク質−リガンド相互作用に関連する相互作用パートナーを決定するのに用いられる。本質的に、アフィニティー・マイクロカラムは、生体材料を相互作用パートナーについてスクリーニングしようとする意図で、興味対象のリガンドで誘導される。このリガンドは、生体材料から分析対象物を選択的に単離できる親和性レセプターとして作用する。単離した分析対象物は、同定のために質量分析に供する。しばしば、質量分析と生体材料中に存在する化合物の知識とから、直接的な分子量決定を介して、保持された分析物は十分に同定される。代わりの方法として、未知の分析対象物を、化学的/酵素的に活性化ターゲットを用いて消化し、生じたフラグメント(例えば、タンパク質分解フラグメント)を質量分析に供する方法を提供する。次に、正確に決定されたフラグメントの分子量(および切断特異性の知識)は、分析物を同定するためのゲノムまたはタンパク質データベースを検索するのに用いられる。
【0031】
同様の実施態様において、タンパク質−リガンド相互作用は、それ自体他の分析対象物を保持する特定のタンパク質を標的にするアフィニティー試薬をデザインすることにより調べられる。この様式で、タンパク質複合体を、それらの構成要素の1つを標的にすることにより生体材料から回収する。次いで前述の分析法を用いて、複合体の構成要素が何であるかと性質の詳細を明らかにする。
【0032】
本発明による具体的な実施態様を、ここで詳細に説明する。これらの実施例は、例示のためのものであり、本発明は、これらの実施態様に記載された物質、方法または装置に限定されるものではない。
【0033】
アフィニティー・マイクロカラムの製造
特異的または非特異的標的分析対象物について、効率的なアフィニティー捕捉、遊離、および迅速、高感度かつ正確な質量分析によりハイ・スループットが可能である生物学的に高感度なアフィニティー−リガンドマイクロカラムの好適な実施態様の指示された形成について以下に記載する。下記の実施例では、生物学的に富んだ環境において安定な構成を提供するために、多数の方法、構成およびデバイスの納入について記載する。
【実施例1】
【0034】
金型を用いる多孔性ガラス分子トラップの調製−グラファイトスプレイ剥離
多孔性ガラス分子トラップは、ステンレススチール製のアニーリング用鋳型を用いた市販の広穿孔P−200ピペッタチップの仕様書に規格化されている(1成形あたり0.071インチ(入口)の100〜1000個の孔;2度のテーパー、グラファイト剥離剤で磨き処理)。鋳型に、ソーダ石灰ガラスの球面ビーズ(150〜200μm;75%SiO、15%NaOおよび10%CaO)を充填し、アニーリングは、アルゴン−後部充填炉中、772℃(平衡、t=0)から800℃(t=3分、1分の平衡)の温度をランピングすることにより達成される。ランプ−アニーリング終了時に、鋳型をオーブンから直ちに取り去り、多孔性ガラス分子トラップを鋳型から抜き取る。このプロセスは典型的に、高流動特性および広穿孔P−200ピペットチップの入口に取り付けるための適切な穿孔とテーパーを有する多孔性ガラス分子トラップ(室温での多孔性ガラス分子トラップの寸法:0.061インチ(入口)、0.092インチ(長さ)、2度のテーパー)を生産する。
【0035】
好適な実施態様において、次に分子トラップを、ピペットチップの先端に挿入し、底部(狭い部分)に配置させる。分子トラップを、先端からの十分な加圧量を適用することにより固定する。ピペットチップは、固定プロセスを補助するために分子トラップの挿入前に加熱できる。
【0036】
この実施例に従って調製されたアフィニティー・マイクロカラムを用いたサンプルの質量スペクトルを図2〜5に例示する。
【実施例2】
【0037】
セラミック鋳型を用いる多孔性ガラス分子トラップの製造−パイレックス
多孔性パイレックスガラス分子トラップを製造するために、セラミック鋳型を記載する。多孔性ガラス分子トラップは、セラミックの焼もどし鋳型を用いた、市販の広穿孔P−200ピペッタチップの仕様書に規格化されている。ジルカー(Zircar)タイプのRプレート(4×6×1−1/4インチ)を、ジルカー社(ニューヨーク州フロリダ)から購入し、最大の平坦部にエンドミルで表面化し、CNC機械により仕上げた(2100個の孔、0.0625インチの底部カット、2度のテーパー)。ボールミル化粉末状ホウケイ酸「パイレックス」(4μmから300μmのサイズ:81%SiO、4%NaO、0.5%KO、13%B、および2%Al)で充填された4個のセラミック鋳型を炉に積重ね、パイレックス軟化点(816℃)以下までの緩やかな温度上昇ランプ(60分)を用いて最初の温度平衡を受けた。次に、該鋳型を、約パイレックス軟化点(821℃)にランプする前に30分間平衡にしてから、これを約30分間維持して多孔性ガラス分子トラップを形成した。協奏的加熱処理のために(高質シリカガラスを用いて)、鋳型を708℃までダウンランプさせ、その温度で、抜き取りのために緩やかな最終温度低下ランプ前に2〜20時間(所望のエッチング量に依り)維持した。即時使用が必要の場合、ガラスクラッキングを避けるために、鋳型を適切な回収温度(一般に300℃)まで緩やかな温度低下ランプさせる。このプロセスは典型的に、高流動特性および広穿孔P−200ピペットチップの入口に取り付けるための適切な穿孔とテーパーを有する多孔性パイレックスガラス分子トラップ(室温での多孔性ガラス分子トラップの寸法:0.0625インチ(入口)、0.130インチ(長さ)、2度のテーパー)を生産する。
【実施例3】
【0038】
セラミック鋳型を用いる多孔性シリカガラス分子トラップの製造−バイコール
多孔性バイコールガラス分子トラップを製造するために、実施例2に記載されたセラミック鋳型を用いる。ジルカータイプ−Rセラミック鋳型に、粉末状「バイコール」(コーニング社)、多孔性バイコール(コーニング社)、制御多孔性ガラス(コントロールド ポーラス グラス社、ニュージャージー州)、(所望のフロースルー特性に依り4μmから300μmのサイズ幅:96%SiO)で充填して炉に積重ね、バイコール軟化点(1500℃)以下までの緩やかな温度上昇勾配で(90分)最初の温度平衡を受けてから、該鋳型を、約バイコール軟化点(1530℃)にランプする前に30分間平衡にして維持し、多孔性ガラス分子トラップを形成した。ガラスクラッキングを避けるために、鋳型を適切な回収温度(一般に約300℃)まで緩やかな勾配で温度低下させる。このプロセスは典型的に、高フロー特性および広穿孔P−200ピペットチップの入口に取り付けるための適切な穿孔とテーパーを有する多孔性バイコールガラス分子トラップを生産する。
【実施例4】
【0039】
セラミック鋳型を用いる多孔性シリカガラス分子トラップの製造−シリカゲルまたは石英ガラス
シリカゲルまたは石英ガラスを用いて多孔性ガラス分子トラップを製造するために実施例2に記載されたセラミック鋳型を用いる。ジルカータイプ−Rセラミック鋳型に、粉末状多孔性シリカゲル(シグマケミカル社)または石英ガラス(コーニング社)(所望のフロースルー特性に依り4μmから300μmのサイズ幅:100%SiO)で充填して炉に積重ね、シリカ軟化点(1550℃)以下までの緩やかな温度上昇勾配(90分)で最初の温度平衡を受けてから、30分間平衡に維持してから該鋳型を、約バイコール軟化点(1585℃)に上昇させ、多孔性ガラス分子トラップを形成した。ガラスクラッキングを避けるために、鋳型を適切な回収温度(一般に約300℃)まで緩やかな勾配で温度低下させる。このプロセスは典型的に、高流動特性および広穿孔P−200ピペットチップの入口に取り付けるために適切な穿孔とテーパーを有する多孔性バイコールガラス分子トラップを生産する。
【実施例5】
【0040】
エッチング化多孔性シリカ分子トラップ
高多孔性シリカ分子トラップ形成は、実施例4で形成された多孔性シリカ分子トラップを種々の電気化学エッチング条件に曝露することにより達成される。例えば、多孔性シリカ分子トラップを無水エタノール中、水性HF(25〜50%)溶液中に入れて、エッチング電流(120〜200mA/cm)および照射(150mW/cm)を1分から20分間かけることにより、水素化ケイ素表面が作成される。
【実施例6】
【0041】
金型を用いる多孔性粉末状金属分子トラップの製造
多孔性金属分子トラップは、市販の広穿孔P−200ピペッタチップの仕様書に規格化されている。逆の傾斜(すなわち、前述の鋳型と比べて先端が狭い)または同じ方向のテーパーを有し、鋳型の底部(プッシュピンによる多孔性金属出口用)に位置する開口の周囲に僅かに隆起したリップ(満タン以上が必要のため)を含む金型が機械作製される。鋳型は除去できる底部プレートに支えられており、粉末状金属(例えば、真ちゅう、銅、銀、金)で充填され、各孔に補足的なプッシュピンを具備したアーバー(Arbor)プレスにより、溝のある/隆起した粉末状金属面に圧(金属粒子間に個々の接合部を形成するのにふさわしい)をかける。粉末状金属分子トラップを形成後、低部プレートを外し、プッシュピンを孔の狭い末端に入れて、鋳型から多孔性粉末状金属分子トラップを離す。多孔性粉末状金属分子トラップは、オーブンでアニーリングすると、構造安定性を増して有機官能基化のための金属酸化物を形成する。
【0042】
分子トラップは、種々の各種材料およびまたは各種材料の各種組合せから作製でき、依然として本発明の範囲内にあることを認識する必要がある。材料が、それらの表面に対しアフィニティー試薬と結合できなければならない。またはアフィニティー試薬と結合するために化学的に修飾できなければならないことのみが限定要件である。最も好ましい材料または材料の組合せは、表面積が広くまたは表面積を広くするために修飾できることである。
【0043】
上記実施例は、マイクロカラムのテーパー化プロフィルを利用するが、非テーパー化または円筒カラムなどの形体を用いることができ、依然として本発明の範囲内にある。実際、ハイ・スループット実施態様において、テーパー体が製造プロセスを遅らせることから、非テーパー化体が好ましい。
分子トラップの化学活性
【実施例7】
【0044】
多孔性ガラス分子トラップのシラン被覆/機能
実施例1〜6または他の等しいプロセスにより形成された多孔性分子トラップは、化学的誘導体化(シラン化)前に種々の水、鉱酸処理、付随する水によるリンス、乾燥を組み合わせた前処理調整を受けることができる。例えば、多孔性ガラス分子トラップは、上昇温度下(典型的には水の沸点以下)で蒸留水または精製水(一般に10倍の体積)中に懸濁し、新鮮水を2回または3回交換して(または交換しないで)1〜24時間軌道振とうすることにより浸出させる。次いで全ての水を除去し、次の2種の酸処理に供する。最初に、水中の1N塩酸を、上昇温度で1時間から2時間の時間で多孔性ガラス分子トラップにかけて(10倍)、中性(または中性近く)のpHが得られるまで水でリンスする。次いで、水中1N硝酸を、最初の酸処理で実施したとおり実施する。多孔性ガラス分子トラップを、室温、または真空オーブン中(100℃、1気圧、一晩)のいずれかで乾燥する。
【0045】
次に乾燥/前処理多孔性ガラス分子トラップを、無水トルエン中、軌道振とうしながら一晩灌流下、シラン化試薬、例えば、10%シラン化試薬のN−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミンで被覆させることにより化学的に活性化して、官能基化多孔性分子トラップを生成する。シラン被覆多孔性分子トラップを、室温まで冷却させ、次いで上澄液が、ニンヒドリンおよび/またはトリニトロ安息香酸(tnba)に陰性になるまで室温でリンスする。その他、有用なシラン化試薬としては、限定しないが、アクリル酸3−(トリメトキシシリル)プロピル、3−(トリメトキシシリル)プロピルアミン、N−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アニリン、N1−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ジエチレントリアミン、N−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、メタアクリル酸3−(トリメトキシシリル)プロピル、塩化[3−(トリメトキシシリル)プロピル]オクタデシルジメチルアンモニウム、N−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ポリエチレンイミン、N1−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]カルボン酸、アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、チオールプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリクロロシラン、O−[2−(トリメトキシシリル)エチル]O’−メチルポリエチレングリコール、シリルアルデドなどが挙げられる。
【0046】
これらの反応は、反応に添加されるトリエチルアミン(TEA)を用いるなど塩基触媒により、または減圧適用下(約1気圧)で実施することにより促進できる。
マイクロカラムハウジング(ピペット)の製造
好適な実施態様において、非テーパー化分子トラップが用いられる場合、マイクロカラムハウジングとして用いられるマイクロピペットは、次のように修飾される:
マイクロピペットチップなどのマイクロカラムハウジングは、注入成形または当業界によく知られた他の手段などによって形成される。該ハウジングの末端部は、通常のマイクロピペットに、棚のような少なくとも1個の差し込み突起を与えるよう修飾されている。一実施態様において、該突起は、ハウジング末端の内径にしたがった連続棚である。しかしながら、より好適な実施態様において、該少なくとも1個の差し込み突起は、一つの突起物または三角形の突起物であり、より好ましくは3個の突起物、さらにより好ましくは6個の突起物である。したがって、分子トラップが、ハウジングに装填される場合、各々は、少なくとも1個の挿入突起に支えられている。分子トラップがハウジングに充填された後、分子トラップに直接隣接したハウジングの両側の一部は、分子トラップとわずかに摩擦接触がある程度まで内側に押し付けられる。内部に含まれる分子トラップを破壊しないようにするために、過剰に押し付けないように注意を払わなければならない。好適な実施態様において、押し付ける工程は、冷却ガス(不活性ガスが好ましい)のフローによって内部の分子トラップを冷却しながら、ハウジングの外面を加熱することにより達成される。次いで、加熱されたハウジングは、加熱された鋳型内におけるゆるやかなテーパーを用いて内側に力をかけられ、これによって分子トラップにハウジングが押し付けられる。
【実施例8】
【0047】
バッチの官能基化
官能基化多孔性分子トラップの直接的バッチ活性化/誘導体化
マイクロカラムの直接的バッチ活性化/誘導体化は、代表的なアフィニティーリガンドに結合し、環境的に安定な結合を提供する任意の反応性化学基を対象とする。バッチの活性化/誘導体化法は、非常に多くの方法で進行し、有機試薬並びに無機試薬、例えば、ホモ二官能性、ヘテロ官能性またはポリマー試薬により活性化できる一級アミン類、カルボン酸類、チオール基、スルフヒドリル、ヒドロキシル、アリル基、アジド、アルデヒド、ヒドラジド、マレイミド、トリアジンなどにより生物学的修飾のために活性化/共役化学を目標に定める。
【0048】
本例として、グルタルアルデヒド活性化、次いで一級アミン基と、グルタルアルデヒド−多孔性分子トラップ上のアルデヒド基とのリガンドカップリングによるこれらの方法の1つを例示する。最初に、アミン官能基化分子トラップを、シアノボロヒドリドナトリウム(10mg/mL)媒介カップリング(1時間から一晩の範囲の反応時間)を用いて、グルタルアルデヒド(0.10Mリン酸ナトリウム中25%溶液、pH7.8、100mMNaCl緩衝液)とカップリングさせる。リン酸緩衝液で数回リンス後、グルタルアルデヒド・マトリックス上の活性アルデヒド基を、タンパク質抗体のような対象となるリガンドと共にインキュベートする。カップリングしなかった(過剰の)リガンドを、HBS緩衝液(10mMHEPES、pH7.4、0.15MNaCl、0.005%界面活性剤P20)で広範囲にわたってリンスすることにより除去する。この誘導体化プロセスは、高い分析対象物結合力を有する分子トラップを生成する。次に該分子トラップはP−200ピペッタチップに詰められる。
【実施例9】
【0049】
官能基化多孔性分子トラップのバッチアミン活性化、増幅、再活性化および誘導体化
アミン→CHO→ポリ−アミン→CHO→Ab
増幅によるマイクロカラムの活性化は、取扱い可能なリガンドカップリングに係る他の方法を可能にする。増幅アミン表面を作成するために、ポリリジン、アミノデキストランまたはアミン修飾スターバーストデンドリマーなどの中〜高分子量アミンポリマー類を、種々の適切な化学により、官能基化/活性化多孔性分子トラップ表面に架橋させる。グルタルアルデヒド活性アミンマイクロカラムを、シアノボロハイドレートナトリウム介在カップリングにおいてポリリジンとインキュベートする。次に、このポリアミンマイクロカラムを、グルタルアルデヒドを用いて再度活性化し、水でリンスし、タンパク質リガンドをコンジュゲートさせる。
【実施例10】
【0050】
官能基化多孔性分子トラップのバッチ表面アミン修飾活性化/誘導体化による非特異的結合の抑制
アミン→CHO→ポリ−アミン→NHS/EDC→ポリCOOH→NHS/EDC→>リガンド
リガンド固定のための他のアプローチとして、表面アミンに対するリガンド由来カルボキシル基のカップリングを介するものがある。増幅アミン表面を作成する有効な方法は、高分子量のポリリジン、アミノデキストラン、アミン修飾スターバーストデンドリマーまたはポリアクリルヒドラジドを、官能基化多孔性分子トラップ表面に架橋させ、次いでカルボキシル末端クロスリンカー(例えば、無水コハク酸または無水グルタル酸)のEDC仲介性結合またはビスオキシラン活性化(エポキシド活性化表面になる)などの種々の化学による末端カルボキシル生成による。これらのカルボキシルマイクロカラムは、EDC/NHS仲介性の活性化/カップリングを経て低pIタンパク質リガンドを固定化するのに用いられる。具体的には、ポリリジンマイクロカラムを、無水コハク酸(またはグルタル酸)(0.2M酢酸ナトリウム中100mg/mL無水物、pH4〜5)のバルク中インキュベートして、pHを希塩酸の添加により維持しながら、一般に2時間から4時間で反応を完了(すなわち、tnbsとニンヒドリンアミン試験陰性)させる。次にカルボキシマイクロカラムを、水中100mM NHSと100mM EDCとで室温で10〜20分間活性化し、水でリンスし、僅かな真空をかけてからタンパク質リガンドのカップリングを行う(抗体1〜10mg/mL、HBS緩衝液pH7.5、4℃で一晩、シェーカ)。
【実施例11】
【0051】
官能基化多孔性分子トラップのバッチ中ポリマー修飾カルボン酸の活性化/誘導体化
他の方法は、カルボキシメチルデキストランのような水溶性カルボキシル含有ポリマー類(カルボキシメチルデキストラン、カルボキシメチルアガロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルアミロース、ポリグルタミン酸、ポリアクリル酸、カルボキシル修飾スターバーストデンドリマー)により表面増幅に次いで、第一級アミン基とデキストランマトリックス上のカルボキシル基との相互作用を経るようなリガンドのカップリングを伴う。最初に、アミン官能基化マイクロカラムを、EDC(1−エチル−3−(3ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド)介在カップリングを経て100mMリン酸ナトリウム、pH4.8、100mM NaCl緩衝液中で実施された15kDaカルボキシメチルデキストラン(CMD)にカップリングさせる。リン酸緩衝液で数回のリンス後、デキストランマトリックス上のカルボキシル基を、EDC/N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS;水中各100mM)で活性化し、タンパク質抗体などの興味あるリガンドとインキュベートする。結合しなかった(過剰)抗体をHBS緩衝液(10mMHEPES、pH7.4、0.15M NaCl、0.005%界面活性剤P20)で広範囲にわたってリンスすることにより除去し、その後、分子トラップをP−200ピペッタチップに詰める。この誘導体化プロセスは、増幅層(CMDマトリックス)が使用されないマイクロカラムと比較して、より高い結合力のあるマイクロカラムを生成する。最初のアミノシラン化の活性化工程は、アミン表面(事実上の官能基化表面)に結果として生じるが、結合面から離れて充填力を増すため、また、全マイクロカラムのすみずみまで均一な(均質的な)表面コーティングを保証するために表面を増幅することが好ましい(それによって、ガラス基板に発生して非特異的結合を生じる可能性がある潜在的相互作用を減じる)。
【実施例12】
【0052】
バッチにおけるカルボキシメチルデキストランカルボニルジイミダゾール(CDI)による官能基化多孔性分子トラップの活性化/誘導体化
リガンド固定化のための他のアプローチとして、CMD層のEDC/NHS活性化法を、N,N’−カルボニルジイミダゾール(CDI)の活性化に替える。この活性化法は結果として、CMDに存在するカルボキシル基とヒドロキシル基を、アフィニティーリガンドに存在する一級アミンまたはスルフヒドリルと反応できるイミダゾリルカルバマート中間体に変換する。例えば、CMDマイクロカラムを、アセトンに続いてジメチルスルホキシド(DMSO)でリンスする。次にCDIの100mg/mLDMSO溶液を、CMDマイクロカラム上にのせ、真空にし、この活性化を軌道シェーカ上で2時間から一晩進行させる。CDI活性化アフィニティー・ピペットを、DMSOに次いでアセトンで広範囲にわたってリンスしてCDI活性化CMDマイクロカラムを形成する。重要なことは、CDI活性化媒体は、正しい保存条件(すなわち、(湿った)イソプロパノールまたは(乾燥)不活性ガスまたは真空)を与えると月単位の貯蔵が可能なほど安定であることが知られていることである。したがって、CDIは、マイクロカラムの安定なアクチベータとして作用でき、予め活性を与えて長期間供給することができる。あるいは、CDI活性化マトリックスを、興味のあるタンパク質抗体と共にインキュベートする。結合しなかった(過剰)抗体をHBS緩衝液(10mMHEPES、pH7.4、0.15MNaCl、0.005%界面活性剤P20)で広範囲にわたってリンスすることにより除去し、その後、分子トラップをP−200ピペッタチップに詰める。
【実施例13】
【0053】
有機官能基化多孔性ガラス分子トラップの表面重合によるバッチin situ重合または共重合
本実施例において、有機官能基化多孔性ガラス分子トラップ(すなわち、メタクリルトリメトキシシラン化)を、フリーラジカル開始によってin situで重合する。使用される典型的な共重合化モノマー類は、限定しないが、アリルデキストラン、アリルアミンアリルグリシジルエーテル、アクリル酸、ビニルジメチルアズラクトンが挙げられ、それらは、水中のテトラメチレンジアミン(TEMED)またはN,N,N’,N’−テトラメチル−1,2−ジアミノエタンおよび過流酸アンモニウムなどの典型的な開始剤を用いて、メチレン−ビス(アクリルアミン)などの架橋剤に組み入れることができる。架橋およびポリマーサイズの程度は、開始剤の量、重合時間、終了用に利用できるモノマー類により制御される。この表面反応は、分子トラップ表面を覆うポリマーマトリックス内に多く存在する官能基で生じる。次にこれらの基は、リガンドに対する活性化/共役化に利用できるか、または活性化およびリガンドカップリング前に、さらなる活性化および増幅に供される。
【実施例14】
【0054】
金属キレータ修飾多孔性ガラス分子トラップ
金属キレータの多孔性ガラス分子トラップへの組み入れは、金属結合性の生体分子回収に有用である。前述の実施例で調製されたアミンまたはポリアミンマイクロカラムを、pH7の0.1Mリン酸塩に入れてロータリーエバポレータを用いて排気させる。次いで第一級アミンの表面を、エチレンジアミン四酢酸二無水物(EDTA−DA)およびジエチレントリアミン五酢酸二無水物(DTPA−DA)などの二官能性キレート化剤に20〜100mg/mLで直接結合させて、生体分子を捕捉するための複合体の配位において金属をしっかりと結合できる金属キレートアーム(それぞれTEDおよびEDTA)を形成する。
【0055】
代替方法として、エチレンジアミン四リン酸(EDTPA)、1,4,7,10−テトラシクロノナン−N,N’,N’’−三酢酸(NOTA)、1,4,7,10−テトラシクロドデカン−N,N’,N’’,N’’’−四酢酸(DOTA)、1,4,8,11−テトラアザシクロテトラデカン−N,N’,N’’,N’’’−四酢酸(TETA)、1,2−ビス(2−アミノフェノキシ)エタン−N,N,N’,N’−四酢酸(BAPTA)、N,N(ビスカルボキシメチル)L−リジンなどの金属キレータ溶液を、例えば、NHS/EDC(各100mM、0.1Mリン酸塩、pH7)仲介を用いて活性化し、カルボキシル基を局在化した表面第一級アミンに結合させる。
【実施例15】
【0056】
擬生体リガンド形成、バッチ染料官能基化多孔性ガラス分子トラップの調製
合成染料は、多種多様な生体物質との反応性という長所により有用なアフィニティーリガンドである。限定しないが、トリアジン染料を包含する反応性染料(すなわち、反応性黒色、反応性青色、反応性褐色、反応性緑色、反応性橙色、反応性赤色、反応性黄色など)は、例えば、簡便法を用いてアミノマイクロカラムに結合させた。対象となるトリアジン染料、シバクロン(Cibacron)ブルーの50mg/mLを蒸留水に溶解し、丸底フラスコ中のアミノマイクロカラムに加えて緩和な還流下、一晩反応させた。リガンドカップリング後、擬生体マイクロカラムを水でリンスし、1N塩溶液と緩和な還流下、30分間インキュベートした。広範囲に亘る水リンス後、擬生体マイクロカラムを、空気中または90℃減圧下のいずれかで乾燥した。
【実施例16】
【0057】
バッチイオン交換官能基化多孔性ガラス分子トラップの作製
イオン交換媒体の多孔性ガラス分子トラップへの組み入れは、生体分子結合、回収と分析またはサンプル中の脱塩界面活性剤としての洗浄(SDS除去)にとって有用である。この場合、アミンまたはポリアミンマイクロカラムは、例えば、デキストランイオン交換媒体(例えば、硫酸デキストラン、ジエチルアミノエチルデキストラン(DEAE−デキストラン)、硫酸ヘパリン、カルボキシメチルデキストラン(実施例10に前述された生成)内に含まれる炭水化物の水酸基を目的に活性化される。デキストランイオン交換担体カップリング前に、第一級アミンの表面を、トリアジン、ジグリシドキシエーテル(オキシラニン類またはエポキシド類)などの二官能性(または活性)剤で活性化する。同様に、最初のシラン化反応または共重合化から生成されたエポキシド官能基化マイクロカラムを、誘導体化用に使用する。
【0058】
あるいは、アミンマイクロカラムを、活性化デキストラン担体とインキュベート/カップリングする。さらなる実施例は、デキストラン(近接ジオール)イオン交換担体のメタ過ヨウ素酸ナトリウム酸化により生成されたデキストラン担体上のアルデヒド基の使用である。具体的には、デキストランイオン交換媒体(10〜100mg/mL)を、1Mメタ過ヨウ素酸ナトリウム(水中)中暗所で2時間インキュベートし、その後、酸化デキストランイオン交換媒体を、有機溶媒(エタノール/エーテル)中で沈殿させるか、または水中で一晩透析する。次に酸化デキストランイオン交換媒体を、アミンまたはポリアミンマイクロカラム(0.1Mリン酸塩、pH7.5)とインキュベートする。
【実施例17】
【0059】
マイクロカラムへのタンパク質固定
結合特異性を有するタンパク質は、免疫化学のレセプターおよびリガンドとして専門的に扱われている。これらのアフィニティータンパク質としては、プロテインA、プロテインG、アビジン試薬およびストレプトアビジン試薬が挙げられるが、これらに限定されない。タンパク質リガンド、具体的にはプロテインAまたはGは、生体分子回収剤として使用される前の、抗体の末端の定常部(Fc)の捕捉、または続く架橋に伴う捕捉/コンジュゲートのために多孔性ガラス分子トラップに組み入れられる。アビジン/ビオチンシステムは、抗体または分析対象物に結合される際に、強力な結合性のみならず増幅モチーフを有する共役剤を作製する代替連結剤として用いられる。
【0060】
例えば、前述の実施例で調製されたアミンまたはポリアミンマイクロカラムを、pH7の0.1Mリン酸塩に入れてロータリーエバポレータを用いて排気させる。次いで第一級アミンの表面を、グルタルアルデヒドで活性化し(25%、4時間から24時間)、リンスし、シアノボロヒドリドナトリウム(0.1mg/mL)仲介カップリングにおける機能的タンパク質試薬(またはアミンまたはヒドラジド修飾ビオチン)(HBS−EP中1〜10mg/mL)に直接カップリングする。
【実施例18】
【0061】
マイクロカラムを用いるタンパク質修飾/消化
特異的修飾または消化性を有する生体分子は、生化学におけるレセプターまたはリガンドとして用いられる。これらの生体分子としては、タンパク質、ペプチド、酵素、触媒的抗体などが挙げられるが、これらに限定されない。
【0062】
例えば、トリプシン修飾マイクロカラムは、前述の実施例で調製される。トリプシンは活性化されると、目的の分析対象物タンパク質など、タンパク質のアミノ酸配列におけるアルギニン点、またはリジン点のいずれかで特異的に消化する。
【0063】
代わりに、他のレセプターは、固定キナーゼによる分析対象物のリン酸化のように、2種の生体分子を単一体に共同させるのに使用できる。
ターゲットの製造
現在、商業的な製造に用いられているターゲットのデザインは、アレイ化されたおよび/または生体反応性のターゲットの精密で首尾一貫した使用を十分に支持していない。サンプル間での高度の再現性を達成することは、これらターゲットにとって大いに重要である。
【0064】
現在のデザインターゲットを利用すると遭遇する問題を修正できる少なくとも3つのターゲットデザインがある。これらデザインは次のとおりである。
台状ターゲット
本発明によるターゲットの第1の実施態様においては、分析対象物量を限定された領域に厳密に適用でき、ターゲットの活性領域を越えて広がる心配のない、「マッチドセット」のターゲットがある。一定量の分析対象物量は、ターゲットに形成された台の上部にメニスカスを形成し、正しく設計されていれば台の両側にしみ出ない。このメニスカス作用のため、分析対象物は、一般に約2〜3μLの分割容量となる。この容量は、酵素的活性領域からあふれる心配は殆どなく、約4mmのターゲット領域を十分かつ完全に保護する。したがって、分析対象物を酵素量の種々の変化に曝すことによる不規則な消化は、ターゲットの活性面を完全に保護すること(のみ)により解消される。さらに、ターゲットを適当に湿らせたインキュベータに入れれば、約2〜3μLの体積は蒸発しない。したがって、サンプル乾燥による不規則な消化は、台上で一定のサンプル容量を維持することにより除外される。
【0065】
製造において、台は、最終的に装置に導入されるより大きなターゲット(ステンレススチール製)に取り付ける金属下地のターゲット中に加工される。台の高さは、分析物拡散を避けるために必要最小限の高さと見られる基準により経験的に決められる。約0.5ミリメートルの高さで通常十分である;全てのMALDI−TOF装置の促進領域に容易に導入できる高さ(最小許容約2mm)。このように台の全寸法は、分析に、装置に由来する誤差を導入することなく、分析対象物を十分に限定するような寸法である。
【0066】
第2の実施態様は、さねはぎ継ぎ(tongue−in−groove)設計により装置に取り付けられる薄手の寸法の金属ターゲットを用いる。ターゲットの薄手の寸法と溝付き据え付けブラケットを有する必要性により、これらのターゲットを機械製作(機械仕上げ)することは実行不可能である。したがって、プレス法が、台を作成するために用いられる(背部からターゲットをプレスする)。プレス法は、適切な打ち抜き型の機械製作を必要とすることを特記する。
【0067】
適切な基材は、製造中に使用される溶媒適合性、金被覆並びに真空適合性のために経験的に決められる。最初に、基材ターゲットは、製造溶媒に適合し、高均一性のスパッター被覆ができ、ガス放出性の低いポリスチレンから作製される。しかしながら、他の重合材料を使用できる。ポリマー基材ターゲットの利点は、大量に安価に製造できることである。
【0068】
このタイプのターゲットの成功基準は、1)正確な表面領域に対してサンプル容量を正確に制限し、2)装置の性能を減じない、3)容易で、大量生産でき費用的に効果があるという最適の台幾何学を決定することである。
ターゲットまたはターゲット・アレイの疎水性/親水性の対比
高再現性の生体反応性ターゲットに関する第2の実施態様デザインは、活性領域のみに分析量を限定できる疎水性媒体で酵素的活性部位を対照化することである。この方法において、酵素は、一般に疎水性標的の上部に位置する金/DSP/酵素点に固定される。対照装置を製造する最も簡便な方法は、テフロンのような疎水性材料から構築することである。金サンプル領域は、マスキング/スパッター被覆プロセスによりターゲット上に置かれる。次に金領域を、我々の通常の活性化法/固定化法を用いて誘導化する。テフロン装置に関係する1つの懸念は、質量分析計内で変化することである。このような効果(イオンの除去によるサンプル段階での変化)は、質量分析デザインにおいて常に懸念されることである。MALDI−TOF分析は、非伝導性材料(例えば、石英ターゲットまたはゲル)から作られたサンプルターゲットより行われたが、サンプル充填による影響がわずかだった。これらの影響は、市販の全てのMALDI−TOF装置使用において利用できる遅延抽出法を用いてさらに最小化される。しかしながら、ターゲットによる質量分析の性能に対するいずれの混乱も、マスキング/金被覆プロセスにおける酵素的活性表面の電気的結合を含むような方法により除去できる。
【0069】
対照装置の他の可能性は、親水性酵素活性領域が構築される疎水性表面を作成するために金属基材ターゲットを誘導体化することである。この方法の製造プロトコルは、前の方法よりも関連性が大きい。疎水性媒体でターゲットを最初に被覆してから、マスキングプロセスを用いて、サンプル点のパターンを疎水性被覆に金被覆をする複数工程プロトコルに従う必要がある。このプロセスは、1)金による全ターゲットのスパッター被覆、2)(必要なら)DSPによる活性化、3)疎水性化合物の固定化、4)パターンマスクを用いてターゲットを再度スパッター、5)新鮮な金の活性化と酵素固定、を伴う。このプロセスを用いる1つの実施例は、ターゲットを金被覆し、1−オクタデカンチオールで誘導体化することである(DSP活性化プロセスを省く)。このプロセスは、C−18誘導体化表面を作成するのに用いられた。これらの表面は、水玉により容易に観察できるように疎水性が大きい。ターゲットを疎水性化合物で誘導体化したら、新鮮な金のパターンは、マスキングおよびスパッター被覆により塗布される。次に新鮮な金を活性化し、例えば、DSP/デキストラン/酵素固定化法を用いて誘導体化される。このプロセスにより、疎水性媒体によって囲まれた親水性の酵素活性スポットを生じる。活性かつ疎水性領域間の視覚による対比を強調するために、単一の第一級アミンを含有し、他の化学的反応性基を含まない疎水性染料(例えば、ファストバイオレットB、メチレンバイオレット3RAX)を、C−18層の場所に使用できる。同様に、他のクラスの染料または色素系疎水性化合物を、ターゲットの活性かつ疎水性領域間の視覚による対比をさらに作るために使用できる。好適な実施態様において、イソプロパノールに溶解した親水性メルカプトウンデカン酸を、アレイ化ターゲット上にフラッシュにより微小堆積させ、乾燥し、オクタデシルメルカプタンで素早く覆って、対比させたターゲット・アレイを形成する。混合SAM適用を含んで、疎水性分析対象物またはそのいずれかの組合せのために、対比を逆転させることができる。
【0070】
このタイプのターゲットでの成功基準は、労力がきつすぎなく、または大スケール製造を禁じるようなコスト高ではない、一般誘導体化法(高コントラスト標的用)を見出すことである。
個々のターゲット(挿入物)
第3の標的実施態様のデザインは、消化後、市販の質量分析計に取り付ける基体に挿入できる個々の領域(挿入物)の使用である。この方法は、上記の「マッチドセット」に習うものである。挿入物は、台またはコントラストデザインであり、より高いコストの酵素を用いた誘導体化に経済的なものとなる(より高濃度の試薬のより少量を用いることによる)。これらのターゲット(低コスト酵素で誘導化した場合でも)は、1つずつ使用できる研究適用においてコストの点から極めて経済的である。
【0071】
このタイプのターゲットでの成功のためには、市販の装置に受け入れられるターゲットに取り付ける挿入物として「マッチドセット」デザインターゲットを作製する必要がある。
バイオチップおよび小型アレイターゲット
ターゲット・アレイの他の実施態様は、生体反応性表面を既存のチップ型生体分析プラットフォーム内/上に組み入れることである。マイクロチャネルデバイス(チップ)は、現在タンパク質分析用に用いられ、生体分子の分離(1つの面積内で)に続いて酵素処理(酵素的活性領域上の第2の面積内で生体分子を分離させることによる)並びにチップから直接MALDI−TOF分析にとって理想的なプラットフォームである。
他の活性表面、誘導体化法およびアッセイ
増幅媒体
別の実施態様において、表面増幅媒体は、ターゲット・アレイまたは酵素活性ターゲットの活性を増加させるために用いられる。増幅の1例としては、溶液ベースの重合増幅法、一工程の活性化カップリング、in situ誘導重合化事象を用いて実施される。これらの修飾表面は、カルボン酸またはアミン増幅剤(それ自体活性または活性化可能)を用いて一定の電荷の差を示す。
一般的酵素固定化キット
本発明による重要な生成物は、十分に活性化された一般的酵素固定化キットである。該キットは、アフィニティー・マイクロカラム、活性化されたまたは活性化可能なターゲットまたはターゲット・アレイ(増幅または増幅なし)および予め調製の緩衝液を含む、多くのアフィニティーマイクロピペットを包含する。該キットの目的は、エンドユーザーが、固有の酵素を用いてイン・ハウスでターゲットを誘導体化することにより、試薬を固定化するため製造元に送る必要をなくすことである。
イオン交換表面
さらに他の実施態様において、ターゲットまたはターゲット・アレイは、陽イオン交換プロセスを実施できるカルボキシメチルデキストラン(CMD)により誘導体化でき、これによって最後に、ナトリウムおよびカリウム緩衝液の存在下、タンパク質分析中、より高品質のMALDI−TOFスペクトルに導く。CMDターゲットを用いて、不必要な陽イオンは、溶液から除かれ、ターゲットを予めチャージさせるのに用いられる陽イオンに依存してプロトンまたはアンモニウムイオンと置き換わる。
陽イオン交換(CE)ターゲット
CE表面の値については、既に記載した;緩衝液中の不必要な陽イオン類の減少は、異成分シグナルを減少させることであり、これにより質量スペクトルの感度が増す(シグナルの均質化)。CE表面を用いることによるアルカリ陽イオン類の減少はまた、サンプル調製中マトリックスの均質性を改良できる。これらの特性は、タンパク質および核酸双方のMALDI−TOF分析に有用である。CE表面の1実施態様において、500kDaCMDの増幅表面を用いる。500kDaCMDは、低分子量CMDよりも高い交換力を持つため選択される。CMDの約10ピコモルは、4mmターゲットの表面に固定化できると推定される。CMDの各成分は、交換のための約1、000個の原子価部位を有する(約30%のモノマーデキストランがCMDに変換)ことを考慮すると、10ナノモルの交換力は、ターゲットにとって10mMアルカリ塩の1μL一定分量と等しいと推定される。しかしながら、CMDターゲットの交換性は、純粋なサンプルにおける全有効性を決定するために評価されなければならないであろう。それらは、緩衝液塩の種々の濃度(0.1〜10mM)下で混合した1本短鎖DNA分子(例えば、d(T))を用いてアルカリ金属除去において効果的である。DNAは、陰電荷のリン酸塩バックボーンに対するカウンターイオンとしてアルカリ金属を維持する高い傾向のため、試験アッセイに選択される。
【0072】
標準CMDターゲットを用いると、多くの生体適用に用いられる緩衝液の濃度範囲以下で交換限界に到達し易い。より強いCE機能(例えば、デキストランのクロロスリホン酸処理により生成するスルホナート基)と表面増幅をより大きくできる方法(巨視的表面(10〜100マイクロメーター)を生み出す重合樹脂の適用)は、ターゲットの交換能力を、中等度から高強度の緩衝液中に存在する生体分子の分析中に経験する有害な作用を減少できるレベルに上げるために使用できる。
陰イオン交換(AE)ターゲットまたはターゲット・アレイ
陰イオン交換(AE)ターゲットまたはターゲット・アレイは、溶液から種々の陰イオン系界面活性剤を除くことによりサンプル精製にとって有用な、さらなる実施態様である。具体的には、タンパク質溶液におけるドデシル硫酸ナトリウム(SDS)の存在は、MALDI−TOF分析中に常に懸念されるものである。SDSは一般に、多くのMALDIマトリックスの機能に必要な結晶形成を撹乱し、したがって、サンプル調製の一部として溶液から除去する必要がある。MALDIプロセスに有害な作用を有する可能性のある他の陰イオンは、リン酸イオンである。
【0073】
ポリリジン増幅表面は、固有の弱い陰イオン交換性を有する。それらは、種々の濃度のSDSの存在下、約5種のタンパク質から構成される被験混合物を分析することによる陰イオン除去に用いられる。ポリリジン表面は、関連する濃度(10ミリモル)で溶液からSDSの除去に必要な交換能力または強度を提供できない。ジエチルアミノエチル(DEAE)交換基は、ポリリジンの替りとして使用できる。DEAEを作成するのに3種の誘導体化スキームが可能である。第1の可能性は、ジエチルアミノエチルアミンをEDC媒介化学またはCDI活性化を用いて500kDaCMDに結合させることである。この方法の必然的な限界は、カルボン酸基のDEAEによる完全な飽和が必要なことである。全部の基が、DEAEに変換されない場合、該表面は、(予想できない)陽イオンおよび陰イオンの双方の特徴を持つこととなる。第2の方法は、1,5−ジフルオロ−2,4−ジニトロベンゼンを用いてポリリジン表面を活性化し、ベンジルハロゲン化物を介してDEAEを該表面に結合させることである。これは、それらのN−末端を経るペプチドを選択的に固定化するために、1,5−ジフルオロ−2,4−ジニトロベンゼン法を用いて首尾良くなされた。しかしながら、本法が失敗する可能性がある原因は、活性化工程中、ポリリジンが重度に架橋する可能性があり、本質的にさらなる誘導化に対して不活性表面を形成することである。第3の化学は、ジエチルアミノエチルアミンをCDI活性化デキストランで増幅された表面に結合させることである。本法は、CDI−CMD誘導体化の変法であり、不均一な陽イオン/陰イオン交換性を減じると共に大きな交換能力を有するはずである。これらの調製法の全ては、SDSの存在下、被験ペプチド混合物を用いて試み、評価された。
酵素、アッセイ、インキュベータ
酵素
他の実施態様は、組み合わせた多機能操作を達成するために生体分子の組合せを使用する。例えば、組み合わせるプロフィルは、生体分子のマッピングに続いて脱リン酸化が可能な、アルカリホスファターゼとエンドプロテアーゼのような2種の酵素の組合せである。このような適用は、例えば調節タンパク質中に存在する特定のリン酸化部位を解明する際に有用である。ホスファターゼを種々のエンドプロテアーゼと共に固定化すれば、pH依存の操作ができる表面を生成する究極の目的が達成される。活性は、商業的供給者から入手できる小さなホスホペプチドをアッセイすることにより評価できる。
【0074】
さらに他の実施態様は、蛇毒ホスホジエステラーゼ(PD)を用いるものである。部分的配列決定により、PDでうまく誘導されたターゲットは、マイクロサテライトDNAに存在する変異を含む短鎖DNAフラグメントの分析に用いられるPCRによるプライマー伸長法の特異性を、特別な次元を与える。PDの生体反応性ターゲットへの固定は、小さなオリゴヌクレオチドを用いて活性を評価することにより達成できる。APおよびPDの双方に関連する研究は、本発明に従って一般誘導体プロトコルに依存する。
インキュベータ
アフィニティー・マイクロカラムと組み合わせて生体反応性ターゲットを用いるタンパク質分解消化中によく発生するのは、消化過程中、サンプルが(ターゲットまたはターゲット・アレイ上で)乾燥しやすいことである。温度範囲(25〜60℃)を超えた消化を実施できる修飾オーブン/インキュベータは、一定の湿度環境で生体反応性ターゲットを囲むように作製された。消化を、サンプル量のロスの殆どないこのインキュベータを用いて1時間を超える時間で実施した。装置は小さく、また携帯でき(寸法:4インチ×6インチ×1インチ;約0.5ポンドの重量;120V)、単一温度で操作され(生体反応性アレイの大抵の適用に十分な40℃)、”マッチドセット”ターゲットを用いて1時間限りの時間で1〜2μLのサンプル量を維持でき、ロボットステーションで使用できる。
【実施例19】
【0075】
生体分子の適用
尿のベータ−2−ミクログロブリン(βm)分析
アフィニティー・ピペットを形成するピペッタチップに詰める前に、上記実施例1に従って製造された多孔性ガラス分子トラップを、バッチ(1バッチ当たり30〜50)中で活性化し、誘導体化した。酸調整後(0.05MHClで1時間、風乾)、多孔性ガラス分子トラップを、無水トルエン中10%アミノプロピルトリエトキシシラン(アルドリッチ社、ウィスコンシン州ミルウォーキー)で12時間還流処理した。次にアミン官能基化多孔性ガラス分子トラップを反応容器に入れて反応緩衝液(100mMリン酸ナトリウム、pH4.8、100mMNaCl)中、僅かな減圧下で15分間平衡を保った。平衡後、緩衝液を、15kDa分子質量のカルボキシル化デキストラン(CMD,フルカ社、ウィスコンシン州ミルウォーキー)および1−エチル−3−(3ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、シグマ社、ミズーリ州セントルイス)(反応緩衝液中、各10mg/mL)の混合物で置換し、空気を反応容器から再度排気した。反応を1時間進行(約20分と40分に反応混合液にEDCの2回連続添加により)させてから、終了し、リンスした。抗体カップリング前に、CMD−多孔性ガラス分子トラップを、100mMリン酸ナトリウム、pH8.0、0.5M NaClで激しくリンスした。次いで多孔性ガラス分子トラップを、EDC/N−ヒドロキシスクシンイミド(NHS、シグマ社、ミズーリ州セントルイス)(水中、各100mM)で10分間活性化し、アフィニティー精製ウサギ抗ヒトβmIgG(DAKO社、カリフォルニア州カルピンテリア)(20mM酢酸ナトリウム中0.1mg/mL、pH4.7)と共にインキュベートした。未結合抗体を、HBS緩衝液(10mM HEPES、pH7.4、0.15M NaCl、0.005%界面活性剤P20)で広範囲でリンスすることにより除去した。この製造プロセスにより、約1.5μLのデッドボリュームをもちながら10〜100pmolに推定された結合力のアフィニティー・ピペットを得た。抗βmアフィニティー・ピペットは、安定で、抗体固定後、(HBS緩衝液中4℃で保存することにより)少なくとも3ヵ月の期間活性であることが判った。
生体液
全ての体液は、使用直前に入手した;プロテアーゼ阻害剤カクテル(PIC, Protease Inhibitor Cocktail Set III, Calbiochem,La Jolla, CA)は、βmのタンパク質分解の可能性を最少にするために直ちに加えられた。
涙液:ヒト涙液を、目を二重の蒸留水(ddHO)で洗浄することにより採取し、そのリンス液を集めた。目のリンス液の20μL量を、HBS緩衝液180μLと混合し、保存涙液溶液として用いた。この保存液を、さらに水(MALDI−TOF分析用)またはHBS緩衝液(質量分析イムノアッセイ(MSIA)分析用)で10倍に希釈した。
血漿:44.7μLのヒト全血を、無菌条件下、ヘパリン化マイクロカラム(Drummond Scientific Co., Broomall, PA)を用いてランセット穿刺指から採血し、205μLのHBS緩衝液と混合し、30秒間遠心分離(7,000xgにて)して赤血球をペレット状にした。50μL一定分量の上清を、200μLのHBSと混合し、生じた溶液をMSIA用に用いた;一定分量を、MALDI−TOF用にddHOでさらに希釈(10倍)した。
唾液:ヒト全唾液を、MALDI−TOF用またはMSIA用の調製にddHOまたはHBS緩衝液でそれぞれ100倍に希釈した。
尿:ヒト尿を、ddHOで100倍希釈によりMALDI−TOF用に調製し;HBS緩衝液での2倍希釈はMSIA用に用いられた。
質量分析免疫学的測定法(MSIA)
MSIAは、手動式P−200マイクロピペッタを用いて抗βmアフィニティー・ピペットを通して液を反復して(約20回)吸い取ることにより生体液について実施された。反復フローインキュベーション後、アフィニティー・ピペットを2mLのHBS緩衝液(200μLの一定分量でHBSを吸い取ってから捨てることにより)でリンスし、次いでddHO(同じ洗浄と廃棄法を用いて)の1mLでリンスした。水リンスの最終廃液において、全ての残留水がアフィニティー・ピペットから追い出されたことを確認した。3μL一定分量のマトリックス溶液(1:2、アセトニトリル:ddHO、0.2%TFA中のα−シアノ−4−ヒドロキシ桂皮酸(ACCA; Aldrich, Milwaukee, WI)を、(マイクロカラムを覆うのに十分な)アフィニティー・ピペット中に吸い取ることによって、保持化合物をアフィニティー・ピペットから溶出し、その時点で、マトリックス/溶出液混合物は、直接MALDI−TOFターゲット上に堆積された。MALDI−TOF質量分析を、質量分析計を用いて実施した。要約すると、装置は、2ステージ30kV(2×1cm;15kV/ステージ)連続抽出源を用いて、イオンが、イオンガイド・ケーブルを含む1.4mのフライト管の入口に加速される。パルス化Nレーザー(337nm)を用いて発生したイオンを、ハイブリッドシングルチャネル・プレート/−3.8kVバイアス・のディスクリートダイノード・マルチプライアを用いて検出した。スペクトルは、分離のオシロスコープを用いて個々のレーザーショットをモニタリングし、捕獲中のレーザー強度(測定時)を弱めながら、平均の過渡的レコーダを用いて記録された。
定量
内部基準:ウマβm(Eβm)は、ヒトβm(Hβm)と類似性が高く(約75%配列相同性)、Hβmとの質量差(MWEβ2m=11402.9;MWHβ2m=11729.7)が分解可能であり、容易に入手できることから、定量用内部基準として選ばれた。(ある地方の厩舎にて)新鮮馬尿を採取し、プロテアーゼ阻害剤カクテルで直ちに処理した。溶解度の低い化合物を、一晩冷却(4℃で)することにより尿から除き、次いで5,000xgで5分間遠心分離にかけた。次に尿を、10−kDaMWカットオフ・フィルタで20倍濃縮し、数回フィルタ交換(4枚のフィルタ/200mL尿)をしてHBSと水とで反復リンスした。200mLの新鮮な尿の処理により、10mLのβmに富むウマ尿が得られ、約100回の分析用内部基準液の保存液とした。
検量線:Hβmの定量を実施した。要約すると、標品を、1.0mg/L保存Hβm溶液の0.1mg/Lの濃度への段階的希釈(すなわち、HBS中×0.8、0.6、0.4、0.2、0.1)により調製した;0.1mg/L溶液は、小数点第2位の濃度(0.01〜0.1mg/L)に及ぶ同一の段階的希釈の保存液とした。また、Hβmを含有しないブランク溶液を調製した。MSIA用のサンプルを、標品の各100μLを、100μLの保存ウマ尿と200μLのHBS緩衝液とに混合することにより調製した。MSIAは、上記のとおり各々実施して、EβmおよびHβm双方の同時抽出した。10種の65レーザーショットMALDI−TOFスペクトルを各サンプルからとり、各スペクトルは標的上の異なる位置からとられた。y軸幅の上部50〜80%のイオンシグナルを維持し、個々のレーザーショットを飽和させることを避けるために、データ獲得中は注意を払った。スペクトルを、ベースライン積分によりEβmシグナルに標準化し、Hβmシグナルを決定した。各検定標準用にとられた10種のスペクトルの積分を平均化し、標準偏差を算出した。Hβm濃度に対する各標品の標準化積分の平均値をプロットすることにより、検量線を作図した。
スクリーニング:尿サンプルを各人から採取して、プロテアーゼ阻害剤カクテルで処理し、4℃に冷却した。該尿サンプルを、分析前に直ちに5分間(5,000xgにて)遠心分離して、沈殿物質を除去した。MSIA用の調製において、尿サンプルの各100μLを、100μLの保存ウマ尿と200μLのHBSとに混合した。この処理は、標品をヒト尿サンプルに替えること以外、検量線の作成に用いられた処理と同一である。MSIAは、検量線の節で記載されたとおり実施した。
アフィニティー・ピぺット評価/生体液スクリーニング
アフィニティー・ピぺットを、多数容易に得られる生体液をスクリーニングすることにより評価した。スクリーンの意図は、各体液に対する非特異的結合度を測定し、非特異的結合への寄与を減じさせる他のリンス用プロトコルを簡単に調べることであった。図2aは、希釈ヒト涙液のMALDI−TOFスペクトルを示し、スペクトルはMSIA中に保持された化合物を示す。涙液に存在する高濃度のタンパク質は、MALDI−TOFスペクトルを支配する:リゾチーム(MWcalc=14,696;MWobs=14,691)および涙液リポカリン(MWcalc=17,444;MWobs=17,440)。他のポリペプチドシグナルは、2〜5kDa範囲と同時に、恐らくβmによるm/z=11,727Daに低強度シグナルが観測される。MSIAスペクトルは、選択的に保持されたβm(MWcalc=11,729;MWobs=11,731)によるシグナルを示し、リゾチームおよび他の非特異的化合物に係るシグナルが弱められている。図2bは、希釈ヒト血漿のMALDI−TOFおよびMSIAスペクトルを示す。血清または血漿の直接分析中に通常観測されるように、MALDI−TOFスペクトルは、アルブミン由来のシグナルにより支配される。他のより低いm/zシグナルも存在するが、βmシグナルは観測されない。MSIAスペクトルは、選択的に保持されたβmによる強いシグナルを示し、非特異的化合物による2、3の他のシグナルを示す。図2cは、希釈唾液(MALDI−TOF)およびMSIA中保持された唾液のタンパク質を示す。MALDI−TOFスペクトルは、ペプチド領域が最も目立つ、1〜18kDa範囲の多数のシグナルを示し;βmに対応するシグナルは観測されない。正常なリンスプロトコルを用いて得られたMSIAスペクトルは、選択的に保持されたβmおよび多数の低分子質量範囲の非特異的化合物によるシグナルを示す。0.05%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)での追加のリンスにより、HBSリンスとddHOリンスとの間に含まれる第2のMSIA分析を実施した(図2c)。SDSリンスは、低質量シグナルを完全に除去しなかったけれども、βmシグナルの比例した減少なしに質量スペクトルに対するそれらの寄与を大きく減じた。図2dは、ヒト尿の分析から生じるスペクトルを示す。MALDI−TOFスペクトルは、ペプチド領域に多数のシグナルを示し、βmシグナルは存在しない。MSIAスペクトルは、非特異的化合物の2、3の追加シグナルと共にβmシグナルが支配する。
【0076】
アフィニティー・ピペットに使用される多孔性ガラス分子トラップは、生体液のスクリーニングにおいてうまく機能した。アミン官能基化多孔性ガラス分子トラップの中間体CMD増幅は、抗体のカップリング用に複数の取り付け点(カルボン酸基)を有する大きな親水性表面を提供した。その結果、各アフィニティー・ピペットの抗体装填は、抗体の飽和なしにβmの低濃度を捕捉するのに十分すぎるくらいである。また、親水性表面を、水性イオン性緩衝液でのリンスにより、たいていの非特異的結合化合物を含まないように洗浄できる。唾液サンプルを除いて、MSIAは、βm由来のシグナルを圧倒的に示しながら、ほどよく明瞭な質量スペクトルを示した。唾液スクリーンのSDS洗浄は、スペクトルの品質を改善するが、非特異的化合物の全てを完全に除去しなかった。類似の調査において、これらの化合物(リゾチーム、α−デフェンシン、ヒスタチンとして質量により同定された)は、約10のpIを有することが判り、HBS緩衝液の中等度のpH(7.8)および塩含量(150mMNaCl)により破壊されない電荷相互作用(遊離カルボキシル基との)による保持を示唆する。したがって、唾液スクリーンが、生物学的に重要と思われる場合、他のリンスの組合せ(例えば、高度塩または各種界面活性剤)を調べる必要がある。しかしながら、非特異的化合物の存在(サンプルのいずれかに)がβmの明瞭な決定を妨害することなく、特徴的な分子質量における直接検出によって同定されたことは特記に値する。
定量
MALDI−TOFを用いるタンパク質の定量は、多様なレーザー強度および分析対象物イオンシグナルの変動を引き起こすサンプル組成のスポット−スポットの相違を償うために内部基準の使用を必要とする。分析対象物のタンパク質と違った特徴を有するタンパク質は、内部基準(混合物から直接的タンパク質定量中、またはビーズ・アフィニティー媒体から溶出されたペプチドに対する内部基準標準の添加によりアフィニティー回収種のMALDI−TOF定量中に示されるような)として使用できるが、レーザー脱離/イオン化中に分析対象物と類似の挙動をする内部基準が一般に好ましい。この必要条件は、標的タンパク質と配列相同性を有する内部基準を選択することによりMSIA中に満たされる:標的タンパク質の酵素的/化学的修飾による改造、標的タンパク質の切断/伸長組換え体、同位元素に富んだ媒体(例えば、15Nまたは18O)に組換え的に発現された(同じ)標的タンパク質、各種生体種と同じタンパク質。レセプターが、標的タンパク質および内部基準の両方を捕捉できると、MSIAは、単独レセプター系の周囲をデザインできる。別途に、1種のレセプターが標的タンパク質を回収するのに用いられ、別種のレセプターが内部基準を回収するのに用いられる2種のレセプター系を想定することができる。
【0077】
ここで選ばれた内部基準は、ウマβm(Eβm)であり、これはヒトの対応物と75%の相同性を有し、Hβmよりも約300Da低い(したがって、両種は、類似の特徴を分け合い、質量スペクトルにおいて容易に分析される)。例えポリクローナル抗βmIgGとHβmまたはEβmとの間の相対解離定数のデータが判らなくても、予備的研究により、抗体が、両種を保持するのに十分な交差反応性を表すことが示された。図3aは、0.01〜1.0mg/Lの濃度範囲でHβm標品のMSIA分析を表すスペクトルを示す。Eβmシグナルに標準化された各スペクトルは、各検定点にとられた10種の65レーザーショットスペクトルの1つである。Hβm濃度に対する各標品の10回の標準化Hβm積分値平均をプロットして、図3bに示された検量線となる。データの一次回帰フィッティングにより、S/N>3の0.0025mg/L(210pM)の検出作業限界および0.01mg/L(850pM)の定量限界で、IHβ2m/IEβ2m=4.09[mg/L中のHβm]+0.021(R=0.983)を得る。検量線上のすべての点において、標準誤差は約5%であった。
尿サンプル中のβmの定量決定
10検体のサンプルを、4人から採取した:女性(31才、妊娠;サンプル1検体(F31))、男性(30才;2日にわたりサンプル4検体(M30))、男性(36才;2日にわたりサンプル2検体(M36))、男性(44才;2日にわたりサンプル3検体(M44))。サンプルを採取した時、各人全て良好な健康状態であった。10検体の尿サンプルのMSIAによる結果を図4に示す。棒線は、各サンプルで決定されたβm濃度を示し、各棒線上の挿入スペクトルは、Eβmに標準化されたそれぞれのHβmシグナルを示す。10検体のサンプルに関するデータは、0.100±0.021mg/L(High=0.127mg/L;Low=0.058mg/L)のβmの平均濃度と著しい一致を示す。追加分析を、最近腎感染を受けた86才の高齢女性(F86)から得た尿サンプルに対して実施した。このサンプルに見出されたβmの著しく高い濃度のために(挿入スペクトルを参照)、検量線の動的範囲内のβmシグナルを維持するために、またF86のβm濃度(3.23±0.02mg/L)を正確に確立するために尿を定量的に10倍希釈する必要があった。
翻訳後修飾
MSIAの質量選択的検出は、尿中に存在し得るβmの変異体の発見と定量を可能にする。第2に、尿サンプルの定量的スクリーニング中、より高い分子質量種(Δm=+161Da)が、βmと共に抽出された。この種は、恐らくβmのグリコシル化体(1つはヘキソ−ス)であり、F86に最も顕著に観察される。図5は、F86(20倍希釈)およびM36(希釈なし;比較用)の尿からとられた2種のMSIAスペクトルの重なりを示す。グリコシル化βmの濃度は、M36よりもF86において非常に大きい。グリコ−βmの上昇濃度の具体的な原因は、現在のところ確かでない。
【0078】
以前の研究では、グリコシル化Hβmを、妥当な高濃度でドープした血清の直接MALDI−TOF分析によりグリコシル化Hβmの定量を報告した。不十分な質量スペクトルの分解能および血清の妨害により、曲線フィッティング作業(fitting routine)は、複数のHβmグリコ体のシグナルがもつれないために用いられ、次にその積分を、妥当な線形性(R=0.88)の検量線の作図に使用するために、野生型βmに標準化していた。しかしながら、本明細書に示されたデータは、著しく良好で、フィッティング作業の補助なしで厳密な定量を明確にサポートできるが、未修飾のβmに関して作図された検量線が、グリコシル化βmの厳密な定量に直接利用できるかは確かでない。このような相関性には、両方のβm体のアフィニティー定数および脱離/イオン化効率が等しいことが必要である。アフィニティー定数に関しては、ここに用いられるアフィニティー精製ポリクローナル抗体は、幅広い交差反応性(HβmとEβmの共抽出により例示されるように)を示し、それで、双方のHβm体は、類似効率で抽出される確立が高い。同様に、単独の炭水化物部分の添加は、相対的脱離/イオン化効率を厳密に減ずることはないはずだ。その結果、グリコシル化βm体の濃度は、健康な各人からの尿サンプル中の野生型βmと概略的に同じ濃度の0.072mg/Lにおけるβm検量線を用いて推定され得る。
【0079】
野生型とグリコシル化βmの両者が、単一の検量線を用いて定量できるかということにかかわらず、MSIAにおいて決定された野生型βmの濃度は、厳密に野生型βmの濃度のみを表していて、両種を合わせたものではないということが特に重要である。したがって、MSIAは、標的分析対象物の類似形体間を識別できない他の方法に優る特別の利点を有している。そこで、上昇したβm濃度は、免疫系活性の一般的な指標として用いられ、一方、βmグリコシル化は、より特定の疾患(例えば、透析関連のアミロイドシスに関連する進行性グリコシル化最終生成物(advanced glycosylated end-products))と関連し、MSIAは、これらの独立の寄与因子を巻き込むことがないようにし、特定のバイオマーカーを特定の疾患に、より正確につなげる結果となる。
【0080】
本報告に用いられ製造プロセスは、10〜100pモルの推測結合力を有し、一方、約1.5μLのデッドボリュームを有するアフィニティー・ピペットを生成した。この結合/溶出比は、生体液に見られるβm濃度と十分に見合うことが判った。さらに、アフィニティー・ピペットを用いるβmの効率的な捕捉は、サンプリング量を減少させた(生体液100μL未満)。さらに、ここで用いられるアフィニティー・ピペットの化学は、4種の生体液のうち3種が非特異的結合を殆ど示さず、4番目{唾液)でさえも分析上の妨害を分析に導入しなかった。
【0081】
MSIAの定量能力は、本発明に明確に例示される。ここで調べられたβmの濃度範囲(0.010〜1.0mg/L)は、全ての体液のβm濃度を扱うのに十分である。良好な線形性が、約5%の総誤差で2つの10単位の幅(R=0.983)以上で観察される。適切な基準標品の選択は、正確な定量にとって重要であり、本実施例において、βmに富んだウマ尿の使用により満たされた。しかしながら、例えウマ尿が理想的なバックグラウンド媒体と見られても(緩衝液よりも真の分析材料をより近く模倣するため)、大多数のサンプルを長時間に亘って分析する場合、将来の分析において首尾一貫性を保証するためにも精製したEβmに置き換える必要がある。
【0082】
ここに示したスクリーニング研究は、臨床試験とみなされるほどには十分に広範囲にわたっていないが、尿サンプルのような生体サンプルで直接βmを正確に同定並びに定量する上でのMSIAの有用性を例示している。このプロジェクトに尿を提供したベースラインの4人は、βmと関連する知られた遺伝的疾病を有さず、または分析に先立つ1ヵ月以内に如何なる病気にも罹っていないことから健康であると考えられた。サンプルから保持されたβmの定量評価により、タンパク質の野生型配列に対応する分子質量を持つβmの単一シグナルが明らかとなった(0.02%以内の実験誤差、Eβmシグナルを用いることにより内部で補正されたスペクトル;図4参照)。群内の定量分析は、他の研究の対照群で見出されたものと一致し、著しく一定したβm濃度を示した。対照として、健康状態の良くない老人から得られた尿サンプルは、尿中βm濃度が著しい増加(約30倍大きい)を示した。この推定は、質量スペクトルで容易に検出できるβmの高質量変異体からの妨害なしでなされたことを特記する必要がある(図5)。質量スペクトル中の2本の質量シフト(依然として関連する)シグナルの観測に関する最も妥当な説明は:1)野性型タンパク質、2)遺伝的多型または翻訳後修飾により存在する変異体、の存在である。この具体的な場合において、変異体は、βmのグリコシル化体として+161Daの質量シフトにより最も容易に同定される;遺伝的多型による変異体は、質量シフトがいずれの一塩基多型(すなわち、[TGG]−[GGG]、結果Trp−Gly;dm=129.15Da)から生じる質量シフトよりも大きいので本質的に除外される。しかしながら、遺伝的多型の結果として有意な質量シフト(>15Da)を所有する変異体がサンプルに存在したなら、それらはグリコシル化βmとして認識されたであろう。
【0083】
最後に、そのMSIAでは、分析はかなり迅速に、比較的容易に実施されるので、この方法は分析法の迅速な開発や多数のサンプル分析に特に役立つ。分析の迅速さにより、完了したばかりの実験結果を分析する際、インキュベーションやリンスのプロトコルにおける変更が容易に実施できるリアルタイム法開発の可能性が開かれる。ひとたびこれらの方法が開発され、最適化されると、それらは、生体液のスクリーニングに容易に応用することができた。ここでサンプルは、約3種/時間の速度で分析され、所与の個人における数回の分析実施が1日以内で可能となった(図4、M30に示す)。この分析速度は、複数サンプルの処理に適合するように設計されていない機器により本質的に制限されていた−今回は、サンプル調整から分析までが個別に行われたのである。しかし、複数サンプルを1つのアレイ化フォーマットに受け入れる並列ピペットステーションと質量分析計の使用により、この分析速度を1日数百回に増加させることが可能である。ここで、この様式で複合アフィニティー・ピペットを用いて、複数のサンプルを同時に調製、修飾、インキュベート、捕捉およびリンスするための、96ウェルフォーマットタイタープレートを処理するピペットステーションについて説明する。サンプルはその後、同一フォーマットの質量分析計ターゲット・アレイ上へ溶出される。
統合自動装置
図7aの質量アッセイシステムは、1つ以上の機能的プレステーション、使用ステーション、分析ステーションおよびポストステーションを含むコンジットシステム内にあるアフィニティー・マイクロカラムによる新しい生体(nascent)液分析対象物のハイ・スループット抽出用システムである。プレステーションは、サンプル情報を開始し、プレワークステーションおよび分析ワークステーション使用のために成分サンプルアレイおよびターゲットの組織化、調製、調合を行う。入ってくる生体液について、サンプル同定を行うが、これにより生体サンプルタイプ(血液、尿、細胞培養液など)などの最初のサンプルパラメータ、患者の病歴、病態、化学的パラメータプロフィル(pH、濁度など)などが確認され、最終出力分析データによる統合化のためのサンプル分類データベースがもたらされ、適合とフィードバックのデータベースを促進する。プレステーション高速液体操作およびそれに続く標識化と追跡により、サンプル源からの同定された生体液は区分された個々のサンプル採取アレイへと分配され、追跡のため標識化(例えばバーコード/レーザー読取)され、さらに適切な希釈または修飾(pH、界面活性剤の添加など)などのインライン操作が行われる。プレステーション、のもう1つの機能は、アレイ成分の調合および装填である。ここで、限定しないが、固体成分(プラスティック、ガラス、金属など)、液体試薬、ターゲットなどの成分アレイが形成され、および/または適切なアレイへと分配され、初期ワークステーションへと装填される。プレステーションから分子トラップのアレイは開始/貯蔵/サンプルステーション、初期ステーションによってアクセスされるか、またはサンプル処理のための使用ステーションへと再配置される。
【0084】
プレステーションで行われる処理の例としては、限定しないが、多孔性分子トラップをアフィニティー・ピペットへと組み立てること、アレイ標識化、サンプル調製、サンプル修飾が挙げられる。これらの処理は、個体サンプルアレイ(プラスチックマイクロタイターなど)、アレイ標識、化学的/修飾試薬(例えば、貯蔵試薬、活性化試薬、緩衝剤、界面活性剤、還元剤など)、リンス液(緩衝液、超純水など)、脱離液(MALDIマトリックス、酸、塩基、界面活性剤など)および分析ターゲットを用いて行われる。
【0085】
プレステーションは、リガンドと分析対象物の別々のマイクロカラムによる活性化機能、サンプル回収/分離機能、およびサンプル移送/溶出機能が組み合わせられている。好ましくは、複数サンプルがプレステーションに装填され、サンプル1検体が分子トラップ配列中の一分子トラップに対応するよう、該複数サンプルは分子トラップアレイに一致させて空間的に配置される。
【0086】
サンプルの配列は、プレステーションから自動的に使用ステーションへと再配置される。使用ステーションは、そこに含まれるサンプルおよび特定の分析対象物が処理されるところである。一実施形態において、分子トラップアレイの一端はサンプルまで下げられ、この同じサンプルが各分子トラップ内へと引き込まれる。各分子トラップは、分子トラップの表面に配置された親和性レセプターを有するので、サンプルを分子トラップに引き込むと、親和性レセプターにより探索された特定の分析対象物のいずれかに接触する。アレイ内の各分子トラップは、アレイ内の他の分子トラップの親和性レセプターとは異なった親和性レセプターを有し得るため、同一のまたは異なった媒体からの種々の特定分析対象物を標的にすることが可能となる。サンプル物質は、分子トラップ内へ1回、または数回引き込まれ得る。十分な特定分析対象物をアレイ内の分子トラップにより捕捉した後、残りの、すなわち捕捉されなかった媒体を少なくとも1回リンスで洗い落とす(しかし、他の実施態様ではリンス工程を必要としないこともある)。非標的化合物を洗い落した後、アフィニティー相互作用を阻止するために選ばれた溶液に、捕捉された特定の分析対象物を接触させることにより、それらを分子トラップから溶出する。溶出した特定の分析対象物は次に質量分析のため、直接調製するか、またはさらに、例えば、酵素的/化学的修飾などの処理のために調製してから、引き続いて質量分析のために調製する。プレステーションは、化学的修飾、分子トラップ、官能基化、生体液分析および/または移送のために複数の箇所から成り得る。最後に溶出した特定の分析対象物は、それらをターゲット・アレイにスタンプすることによりターゲット・アレイへと再配置される。
【0087】
図7bを参照して、使用ステーションの好適な実施態様はさらに、分子トラップのアレイが取り付けられたマイクロカラムのマニフォールドを含む。該マイクロカラムマニフォールドは、自動装置のヘッドに取り付けられ、これが各処理ステーションの間、分子トラップのアレイを物理的に動かす。マイクロカラムマニフォールドの物理的運動は、直角(xy)または円形(回転)の挙動と成り得る。あるいは、使用ステーション内のマイクロカラムマニフォールドは静止し、処理ステーションは分子トラップのアレイの下に再配置されていてもよい。上述したマイクロカラムアレイの物理的運動と同様に、処理ステーションの物理的運動は、直角(xy)または円形(回転)の挙動と成り得る。さらなる実施態様では、マイクロカラムマニフォールドと処理ステーション双方が、共に物理的運動をすることが考慮されている。
【0088】
好適な実施態様では、ターゲット・アレイは、少なくとも1個のターゲット・アレイを含有できる貯蔵/装填ステーションへと自動的に再配置される。貯蔵/装填ステーションから、ターゲット・アレイは、相互作用データベースを用いて、複数サンプルの入力と自動的処理/データ解析のできる自動化質量分析計へと移送される。
【0089】
自動化質量分析計は、特定の分析対象物、または、高精度で検出された修飾フラグメントで実施される。サンプル間の、または標準からの差異を認識できるソフトウェアが、多数のサンプル分析に役立てるために使用され、新規情報システム、すなわち構造機能システム、臨床システム、診断システムおよび生化学的システムを確立する土台となる適切なデータベースを生み出す。生化学的システムとは一般的に生物器官内に見出されるタイプの分子に関与し、酵素的反応、結合反応、シグナル反応、その他の反応などの生体系に生じる異化反応およびタンパク質同化反応の全範囲を含む。他に生化学的システムは、具体的な生化学的相互作用を模倣したモデル系を含む。本発明の実用において、興味ある本発明の文脈内に示される例としては、例えば、レセプターリガンド相互作用、タンパク質−タンパク質相互作用、酵素−基質相互作用、細胞信号経路、輸送反応、遺伝子型分類、表現型分類が挙げられる。
【0090】
質量分析による分析後、ターゲット・アレイは質量分析に続くサンプル処理、またはさらなる分析のためにポストステーションヘ移送できる。
【0091】
したがって、一態様では、本発明はレセプター分子とそのリガンドとの間の相互作用に影響を及ぼすリガンドまたは化合物のスクリーニングに有用であろう。
インロボット官能性
【実施例20】
【0092】
官能基化多孔性分子トラップの自動装置におけるアミン活性化/誘導体化
別の方法は、上述したフォーマットの自動装置統合化を伴い、その過程で、自動装置における協調された活性化/誘導化に、グルタルアルデヒド活性化およびリガンドカップリングなどのプロトコルが使用される。ここでアミン官能基化多孔性ガラス分子トラップは、乾燥装填/据え付け(手動または機械補助で)され、温式P−200幅口径ピペット・アフィニティー・ピペット(Roggins Corp.)となり、プラスティック96ラックに装填される。このラックは6ステージ自動装置のステージ1上へと組み込まれ、種々のカップリング溶液およびリンス溶液を含有するマイクロタイタープレートを装填し、これをパーソナルコンピュータにつなぎ、ソフトウェアで制御する。グルタルアルデヒドのアミンマイクロカラムへのカップリングは、1ウェルにつき0.10Mリン酸ナトリウム緩衝液、pH7.8中の25%グルタルアルデヒド溶液110μLを含有する位置2にある96ウェルのマイクロタイタープレートからの、100回の反復吸引を用いて生じる。この最初のカップリングは、ステーション3(第2の96ウェルのマイクロタイタープレートを含有、50回の反復吸引)で達成される広範囲のHBS緩衝液リンス(110μL/ウェル)を必要とし、これにより迅速な自動装置媒介活性化カップリング(反応時間10〜20分)を生じる。ステーション4(約50回の反復吸引)での最終の水リンス後、グルタルアルデヒド・マトリックス上の活性化アルデヒド基は、ステーション5(0.1〜1mg/mL、55μL/ウェル、約200回吸引)で、興味のあるタンパク質抗体とインキュベートされる。カップリングしなかった(過剰)抗体は、ステーション6でHBS緩衝液(10mM HEPES、pH7.4、0.15M NaCl、0.005%界面活性剤P20、50回の反復吸引)を用いた徹底的なリンスにより除去する。
【実施例21】
【0093】
自動装置におけるアミンマイクロカラムのアミン活性化、増幅、再活性化および誘導体化
上に示した方法の拡張の1つは、グルタルアルデヒドの活性化に、続く自動装置における増幅と、リガンドカップリングに先立つ再活性化とを自動装置統合化するもので、自動装置にける協調した活性化/増幅/誘導体かを行うものである。本実施例では、アルデヒド官能基化多孔性ガラス分子トラップ(アルデヒド・マイクロカラム)を調製し、位置1に装填する。次に、グルタルアルデヒド・マイクロカラム上の活性化されたアルデヒド基を、自動装置ステージの位置2に装填したポリリジン(30〜300kDa)(110μL、HBS中1mg/mL)と共にインキュベートすると、1つの重合骨格が形成され、そこから新たにグルタルアルデヒドに媒介された活性化が行われ、増幅マイクロトップ表面に抗体が結合する。
【0094】
この最初のカップリング工程に続いて、ステーション3での徹底的なリンス、HBS緩衝液の50回反復吸引を行うと、急速な自動装置媒介活性化カップリングが生じる(反応時間30分)。ステーション4での最終の水リンス(約50回反復吸引)後、グルタルアルデヒド・マトリックス上の活性化アルデヒド基を、ステーション5(0.1〜1mg/mL、55μL/ウェル、200回反復吸引)で興味あるタンパク質抗体と共にインキュベートすると、MASSAYマイクロカラムはアフィニティー・ピペットとなる。カップリングしなかった(過剰)抗体は、ステーション6でHBS緩衝液(10mM HEPESpH7.4、0.15M NaCl、0.005%界面活性剤P20)で完全にリンスして除去する。
【実施例22】
【0095】
MALDI−TOF用の化学的にマスクされたターゲットとマイクロカラム溶出の準備
配列されたターゲットは、溶出条件下でマイクロカラムから送られる分析対象物サンプルを局在化する働きをする親水性ターゲットを提供する。これらの溶出条件は、分析の目的によって変わり、一般的に使用されるMALDI−TOFマトリックス(アセトニトリル:0.2%TFA水溶液が約1:2の比率の溶液中におけるアルファシアノ−4−ヒドロキシ桂皮酸)、希釈酸、希釈塩基、カオトロピック剤などに亘る。
【0096】
本実施例では、ターゲット表面は、興味のあるアッセイに用いられる生体材料の種類に応じて、目的の分析用に調製された化学的マスク内で、親水性ターゲットが疎水性バックグラウンドと協調して働くコントラストのある配列から成り立っている。目的にかかわらず、第1に必要なことは、リンスとインキュベーションの一連の表面洗浄である。最初にターゲット表面を界面活性剤で洗浄し、水リンスし、メタノールリンスし、次に、10〜15%過酸化水素水溶液中、室温(または昇温)で30分から1時間インキュベートする。その後、洗浄表面を水リンス、メタノールリンスし、窒素乾燥し、ターゲット領域を興味あるアルキルメルカプタンによって誘導化する。陽イオン交換表面には、有機溶媒(イソプロパノールなど)中の飽和溶液として、11−メルカプトウンデカン酸または3−メルカプト−1−プロパンスルホン酸が用いられる。この表面を直ちにオクタデシルメルカプタンの飽和溶液で被覆するか、またはイソプロパノール、続いてメタノールでリンスし、引き続きオクタデシルメルカプタンの飽和溶液で被覆する。化学的にコントラストを付けられた、すなわちマスク化された表面は、マイクロカラム分析対象物の局在化および質量分析によるサンプル分析用となる。これらの陽イオン交換表面は、一般的な生物学的材料での操作用に設計され、特に尿由来材料のアッセイの際に有用である。また、マスク化ターゲットは、正に荷電した官能基を用いて作製され、陰イオン交換体として使用されることもある。
【実施例23】
【0097】
生体サンプルのハイ・スループット統合システムMALDI−TOF分析
本実施例では、ハイ・スループット統合システムの能力を示しながら新しい(nascent)生体液由来生体関連生体分子の並列処理と分析の統合システムを例示する。図8に示したのは、本発明の統合化されたシステムと方法を用いて行われる、ヒト血漿サンプル由来のベータ−2−ミクログロブリン(βm)のハイ・スループット半定量的分析である。6人から採取された希釈(5倍)ヒト血漿サンプルの一定分量を96ウェルのサンプルプレート上に並行スクリーニング用に調製した。各ウェルに15μLの血漿一定分量(6人のサンプルは、96ウェルプレート上に無作為化された)、7.5μLのウマ血漿(未希釈、ウマβmを含み、MWeq.β2m=11396.6,MWhum.β2m=11729.2)および128μLのHBS(0.01HEPES、pH7.4、0.15M NaCl、0.005%(v/v)ポリソルビン酸塩20、3mM EDTA)緩衝液を入れた。96個のサンプルから8個を任意に選び、その内の4個のウェルにβmの10−2mg/mL溶液0.5μLを加え、他の4個のウェルには、同じβm溶液1μLを加えた。並列サンプル処理は、96本の抗βm誘導化マイクロカラム上、96個のサンプルの同時インキュベーション/捕捉を伴う。アミノ被覆/修飾マイクロカラムに対するカルボキシメチルデキストラン(CMD)−EDCに媒介された抗体のカップリングにより、ポリクローナル抗βmマイクロカラムが作製された。捕捉されたタンパク質は、少量のMALDIマトリックス(33%(v/v)アセトニトリル、0.2%(v/v)トリフルオロ酢酸中のαーシアノ−4−ヒドロキシ桂皮酸(ACCA)飽和溶液)により、マイクロカラムから溶出し、化学的にマスクされた自己組織化単分子膜(SAM)から構成されるMALDIターゲット・アレイ表面にスタンプされ、親水性/疎水性コントラストを有するターゲット・アレイとなる。ターゲット・アレイ上の各サンプルスポットは、質量分析を用いて分析され、相対的βm量は、自動MALDI−TOF質量分析ソウフトウェアルーチンにより決定される。96個のサンプルの高効率分析から得られた質量スペクトルを図8に示す。βm標準溶液を加えたサンプルからとられたスペクトルは黒塗りしてある。
【0098】
図9の棒グラフによる表示で、図8で示されたハイ・スループットシステムにより生成された半定量データを説明する。図8で示された各スペクトルを、ベースライン積分により、ウマβmシグナルへと標準化し、ヒトβmシグナルに関する標準化積分を決定した。同一個体のサンプルから得られたスペクトルの全βm積分値を平均化し、標準偏差を計算した。同様に、10−2mg/mLのβm溶液を0.5μLおよび1.0μLを加えたサンプルに関する積分値を計算し、平均化した。この図に描かれたものは、6人の個人サンプル、および該溶液を加えたサンプルに関する標準化ヒトβm積分の平均値である。この棒グラフは、該溶液を加えたサンプルにおけるβm濃度の増加を明らかに示しており、ヒト血液におけるβm濃度の増加が種々の病態に関連していることを事実として確認した点で、本発明に記載されたシステムと方法を用いて実施されるハイ・スループット半定量的分析の価値を示している。
【0099】
本発明内に述べられた統合システムおよび方法は、他に図10のヒト血液のβmハイ・スループット定量分析に示されている。6人の血漿サンプルが、図8に記載されたとおり調製された。96ウェルサンプルプレートのうち、88個のウェルに15μLの血漿一定分量(6人のサンプルは、96ウェルプレート上に無作為化された)。7.5μLのウマ血漿(未希釈)および128μLのHBS緩衝液を入れた。精製ヒトβmの7.6×10−4mg/mL標準溶液の一連の希釈物を調製し(濃度は7.7×10−4mg/mLから1.14×10−4mg/mLに亘る)、96ウェルプレート上での最後の列(8ウェル)におけるサンプル(各15μL)として用いた。並列サンプリング処理およびMALDI−TOFMS分析は、ポリクローナル抗βmマイクロカラムを用いて図8に記載されているとおり行った。88個のサンプルおよび8個の標品のハイ・スループット分析から得られた質量スペクトルをこの図に示す。標準サンプルから得られたスペクトルは黒塗りしてある。
【0100】
図11bは、図10に示された標準サンプルに関する図11aのデータから作図された検量線である。この検量線は、本発明で記載された統合システムおよび方法を用いたハイ・スループット分析によりスクリーニングされたヒト血漿サンプルにおけるβm濃度を決定するために作製されている。検量線を作成するために用いられる各標品に関するデータの代表的なスペクトルを図11aに重ねて表している。各スペクトルを、ベースライン積分により、ウマβmシグナルへと標準化し、ヒトβmシグナルに関する標準化積分値を決定した。各検量標準に関してとられた5本のスペクトルの積分値が平均化され、標準偏差が計算された。検量(標準)線は、標準サンプル(ヒト血漿の希釈率によって調整されている)におけるヒトβm濃度に対する、各標準の標準化積分値の平均をプロットすることにより作図した。作成された検量線を図11bに示す。濃度範囲は、線全体において標準偏差<2%で良好な直線性(R=0.999)を有して広がっている。
【0101】
図12は、図11bで作図された標準曲線を用いて、図10で示されたデータを棒線解析したものを示す。図10の88個のサンプルに関し、各スペクルをベースライン積分によりウマβmシグナルへと標準化し、ヒトβmシグナルに関する標準化積分を決定した。同一個体に関するヒトβm積分を平均化し、標準偏差を計算した。平均積分値を標準曲線から導いた等式で変換し、各個体に関してヒトβm濃度を計算した。決定された濃度範囲は0.75mg/mLから1.25mg/mLであった。
【実施例24】
【0102】
点突然変異に関するハイ・スループット・アフィニティ回収と生体反応性アレイMALDI−TOF分析とを組み入れた組合せ統合システム法
図13は、翻訳後修飾(PTM)に関するトランスチレチン(TTR)の定量的ハイ・スループット・スクリーニングであり、ここで記載されている統合システムと方法とを用いて点突然変異(PM)を実施した。6人から採取した希釈(5倍)ヒト血漿サンプルの一定分量を並行スクリーニングのために96ウェルプレートに調製した。各ウェルに15μLの血漿分量(6人のサンプルは、96ウェルプレート上に無作為化された)、および135μLのHBS緩衝液を入れた。並列サンプル処理は、96本の抗TTR誘導化マイクロカラム上、96個のサンプルの同時インキュベーション/捕捉を伴う。アミノ被覆/修飾マイクロカラムに対するグルタルアルデヒドに媒介された抗体のカップリングにより、ポリクローナル抗βmマイクロカラムが作製された。捕捉されたタンパク質は少量のMALDIマトリックス(飽和ACCA溶液)により、マイクロカラムから溶出し、親水性/疎水性コントラスト・ターゲットとなるよう化学的にマスクされた自己組織化単分子膜(SAM)から構成されるMALDIターゲット・アレイ表面にスタンプされる。ターゲット・アレイ上の各サンプルスポットは、質量分析を用いて分析され、相対的TTR量は、自動MALDI−TOF質量分析ソウフトウェアルーチンにより決定される。96個のサンプルのハイ・スループット分析から得られた質量スペクトルを図13に示す。スペクトルの全てにおいて、TTRシグナルは、翻訳後プロセスを受けたTTRを示す、より質量の大きいもう一つのシグナルを伴っている。また、ある血漿サンプルの分析から得られたスペクトル全ては、2本の「オリジナル」のTTRシグナルから、約30Da高い位置に、さらに2本のシグナルを示した。これらのピークの同定に関しては図15および図16を参照のこと。
【0103】
図14は、ハイ・スループットTTR分析で観測された翻訳後修飾と点突然変異を、ここに記載されている統合システムと方法とを用いて同定したものである。2人のサンプル分析から得られた代表的スペクトルを示したが、それぞれ2本および4本のシグナルの存在が示されている。上のスペクトルでは、TTRに帰属する2本のシグナルが認められる。シグナルは、TTRの理論的に計算された質量(MWTTR=13,762)およびCys10でのシステイン化(+119Daの質量シフトを導く)から生じる酸化TTR変異体(TTRox)のそれによく対応している。下のスペクトルでは、上述した2本のTTRシグナルに加えて、この2本の「原」TTRシグナルより約30Da高い質量に、さらに2本のピークが見られる。これら2本のピークの同定に関しては図15および図16を参照のこと。
【0104】
引き続き行われたTTR点突然変異の分析は、図15に示すように、本発明に記載されたシステムプラットフォームと方法における、誘導体化質量分析計ターゲット・アレイとハイ・スループットのアフィニティー回収との組合せを用いて明らかにされる。用いられたサンプルは、図14で使用されたものと同じである。希釈した(HBS中50倍)ヒト血漿のTTRは、図13に記載されたとおり、ポリクローナル抗TTRマイクロカラムにより捕捉された。捕捉タンパク質は、マトリックス溶出の代わりに、サンプルのpH調整(緩衝液交換)のための緩衝液含有ターゲットスポット(50mM TRIS緩衝液、pH9.5)を含むトリプシン結合ターゲット上に、少量の10mMHClで溶出した。この図に示されているのは、抗TTRマイクロカラムから溶出したタンパク質を40℃でトリプシンにより20分消化したものから得られた質量スペクトルである。得られた2枚のトリプシン消化によるペプチド・マップは、104〜127残基を含むトリプシン・フラグメント−12(T12)に変異があることを突き止めている。データベース検索により、この領域の配列における2つの可能なTTR変異が挙げられる:Ala109→Thr[DNAの塩基変化はGCC→ACC]、Δm=30.011Da,Thr119→Met[DNAの塩基変化はACG→ATG]、Δm=29.992Da。正しい変異の同定を図16に示す。
【0105】
図16は、図15に示された血漿サンプル分析で検出された点突然変異の正体を決定するために用いられた高分解能リフレクトロン型質量分析法であり、本発明に記載された統合システムおよび方法に組み込まれている。標準(天然)TTRにおけるトリプシン消化フラグメントT12(104〜127)のモノアイソトピック・シグナルは、m/z=2644.922であり、変異TTRのモノアイソトピック・シグナルと、Δm=29.988Daの差を示す。したがって、点突然変異は、Thr119→Met、Δm=29.992Daに帰着する。このTTR点突然変異は、いわゆる非アミロイド変異である「シカゴプレアルブミン」変異となる。図13、図14、図15、図16に合わせて示された結果は、生体サンプルの協奏的ハイ・スループット・スクリーニング分析による翻訳後修飾および点突然変異の同定に関する、本明細書に記載されたシステムと方法の使用を説明している。
【実施例25】
【0106】
翻訳語修飾(PTM)の解析のための、ハイ・スループット・アフィニティ回収と生体反応性アレイMALDI−TOFとを組み入れた統合組合せ法
図17aは、本明細書に記載された統合システムと方法とを用いて実施された、生体液に存在する翻訳後修飾に関する定量的ハイ・スループット・スクリーニングの代表例である。協奏的な生体液リン酸塩分析が、アルカリホスファターゼ(AP)官能基化ターゲット・アレイと共にキレータ・アフィニティー・ピペットを用いて実施された。ここでキレータ・アフィニティー・ピペットは、実施例14に従って以前開示されたとおり調製した。遠心分離し、10倍に希釈したヒト全唾液をサンプル内で金属キレータ・アフィニティー・ピペットによるインキュベーション後に分析した。金属キレータ・アフィニティー・ピペットから捕捉された分析対象物は、キレータ/金属/分析対象物の相互作用を撹乱させるため希釈酸の添加により溶出して親水性/疎水性コントラスト・ターゲット・アレイ、またはアルカリホスファターゼ消化のために緩衝液交換を組み込んだ。希釈ヒト唾液の直接分析では、プロリンに富む興味あるタンパク質に著しく欠ける。図17b(2)のスペクトルは、2つのリン酸塩に富むタンパク質、PRP−1およびPRP−3として示された金属キレータ・アフィニティー・ピペットの捕捉を示している。脱リン酸化の質量シグナルとして、図17b(3)で小さなスペクトルが見られ、図17b(4)では完全な形で見られる。リン酸化現象などの翻訳後分析のために生体液から捕捉/消化されたリンタンパク質の部分的および完全リン酸化を伴う複数分析対象物の検出が示されている。
【実施例26】
【0107】
新しい(nascent)タンパク質複合体の回収に必要なアフィニティー複数タンパク質相互作用に関するMALDI−TOF分析による統合システム法
本実施例では、生体材料または生体サンプル中に存在する天然の複数タンパク質複合体の回収を可能にするタンパク質間相互作用が示される。図18で示されるのは、本発明の統合システムと方法を用いて実施されたヒト血漿サンプルのレチノール結合タンパク質(RBP)とトランスチレチン(transthyretin)(TTR)との間の複数タンパク質複合体である。グルタルアルデヒド仲介性のアミン塩基支持表面カップリングを用いてポリクローナル抗RBPアフィニティー・ピペットが形成された。上記実施例で記載したとおり、ヒト血漿が調製され、使用された。MSIAは、RBPおよび複合TTRのin vivoアフィニティー回収を示している。レチノール結合タンパク質(RBP)とトランスチレチン(transthyretin)(TTR)との間の複数タンパク質複合体は、天然のタンパク質複合体の中にタンパク質相互作用が存在することを示している。
【実施例27】
【0108】
ハイ・スループット複数分析対象物回収とMALDI−TOF分析とを組み入れた統合システム法
本実施例では、本発明に係る統合システムと方法を用いた迅速な定性化と半定量のために実施されたヒト血漿サンプルの複数分析対象物分析を例示するために、複数レセプター・アフィニティー・マイクロカラムによるハイ・スループット法を記載する。図19に、相対量の複数分析対象物の同時迅速モニタリングを示す。ヒト血漿からそれぞれの分析対象物を迅速に捕捉するために、アミン活性化ポリクーナル抗b2m/CysC/TTRアフィニティー・ピペットを、前述のとおり使用した。次にこれは、生体液濃度調整を迅速にモニターするため、また、それらの標準化相対量からの調整化されたタンパク質事象を定量化するための、βm、CysCおよびTTRに対する複数抗体アフィニティー・ピペットの使用例を例示している。さらに、ウィルス感染の急性期またはβmまたはTTRからのフィブリル形成における潜在的βm/CysC濃度のモニタリングに関する本発明の統合システムと方法におけるアフィニティー・ピペットの使用法を例示している。
【0109】
図20には、本発明の統合システムと方法における完全な複数分析対象物アフィニティー・ピペットの迅速モニタリングを示す。ヒト血漿(前例で述べたとおりに得)からのそれぞれの分析対象物を捕捉するために、βm、TTR、RBP、シスタチンCまたはCRPを組み入れた個々のポリクローナル抗体アフィニティー・ピペットと同様にその組合せもまた用いられた。生体液濃度調整を、迅速にモニターするため、また、場合によってはそれらの標準化相対量からの調整タンパク質事象を定量するために、βm、CysCおよびTTRまたはCRPに対する複数/単一抗体アフィニティー・ピペットのもう1つの使用法を例示している。さらに、ウィルス感染(エイズなど)の急性期またはβmまたはTTRからのフィブリル形成における潜在的βm/CysC濃度のモニタリングに関するアフィニティー・ピペットのもう1つの使用法を例示している。
【0110】
サンプルを効率的に増加できる能力が与えられると、生体分子の質量分析に関するハイ・スループットシステムの統合化で、大規模な臨床的、診断的、治療的有効性において、また、生体液からの生物学的に重要な生体分子分析での、例外的な定性分析および定量分析の双方が必要である応用における使用が増える。
【0111】
本明細書で用いられる「アフィニティー・マイクロカラム」とは、ハウジング内に含まれる分子トラップを指す。
【0112】
ここで用いられる「アフィニティー試薬」とは、分子トラップの表面にあり、化学的に活性化されているか、または活性化可能であって、親和性レセプターが共有結合し得る化学分子種を指す。
【0113】
本明細書で用いられる「親和性レセプター」とは、生体材料または生体サンプル中に存在している分析対象物に対し親和性を有する原子種または分子種を指す。親和性レセプターは、天然の有機物、無機物または生体物質であってよく、また広汎な(多数の分析対象物が標的)特異性から狭い(単一分析対象物が標的)特異性を示し得る。親和性レセプターの例としては、抗体、抗体フラグメント、パラトープ、ペプチド、ポリペプチド、酵素、タンパク質、複数サブユニットタンパク質レセプター、ミミック(mimic)、有機分子、ポリマー、無機分子、キレータ、核酸、アプタマー、および後述のレセプターなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【0114】
本明細書で用いられる「分析対象物」とは、生体サンプル中に存在する興味ある分子を指す。分析対象物としては、核酸(DNA、RNA)、ペプチド、ホルモン性ペプチド、ホルモン、ポリペプチド、タンパク質、タンパク質複合体、生物学的機能を有する炭水化物または無機低分子または有機低分子などが挙げられるが、これらに限定されない。分析対象物は、当然親和性レセプターにより認識される配列、要素または基を含み得るか、または細胞の、細胞外の、酵素的、化学的処理により、それらの中に導入されたこれらの認識部分を有し得る。
【0115】
本明細書で用いられる「生体材料」または「生体サンプル」とは、生体起源の液体または抽出物を指す。生体材料は、限定されないが、細胞抽出物、核抽出物、細胞ライゼート、分泌物、血液、血清、血漿、尿、たん、滑液、脳−脊髄液、涙液、糞便、唾液、膜抽出物などであり得る。
【0116】
本明細書で用いられる「化学的活性化」とは、引続く鎖状化リンカーや親和性レセプターを攻撃(光活性化)するために、アフィニティー試薬を化学物質(または光)に曝露する処理を指す。アフィニティー試薬を活性化できる試薬は、限定されないが、有機試薬、無機試薬、または生物学的試薬であり得る。鎖状化リンカーの使用を含む複数の工程を用いて、アフィニティー試薬を活性化することがしばしば有益である。ここで用いられる「鎖状化リンカー」とは、高濃度の親和性レセプターで誘導体化することができ、非特異的化合物とは結合性が低いという望ましい特徴を示すアフィニティー試薬および親和性レセプターとの仲介をする化合物を指す。鎖状化リンカーは、本来活性であり得るか、または付加のために活性化を要してもよい。好適な鎖状化試薬としては、限定はしないが、ホモ/ヘテロ機能有機物、天然ポリマー、合成ポリマー、および生体ポリマーが挙げられる。
【0117】
本明細書で用いられる「デッドボリューム」とは、分子トラップ内の空の容積を指す。ここで用いられる「少デッドボリューム」とは、1ナノリットルから1ミリリットルの範囲を指す。
【0118】
本明細書で用いられる「高流動性」とは、最低でも1分間に1マイクロリットルの流速を指す。それより高い流速が、高流動性の定義の中に入ると考えられる。
【0119】
本明細書で用いられる「質量分析計」とは、分析対象物を揮発/イオン化して気相イオンを形成し、それらの絶対的または相対的分子量を測定することのできるデバイスを指す。揮発化/イオン化の好適な形態は、レーザー/光、熱、電気、噴霧/スプレーなど、またはそれらの組合せである。質量分析の好適な形態は、限定はされないが、MALDI−TOF MS、エレクトロスプレイ(またはナノスプレー)・イオン化(ESI)質量分析、四重極イオントラップ、フーリエ変換イオンサイクロトロン(FT−ICR)、磁気セクターなど、またはそれらを組み合わせた質量分析計が挙げられる。
【0120】
本明細書で用いられる「質量分析計のターゲット」または「質量分析計のターゲット・アレイ」とは、その上、またはその中に、連続的質量分析のために、1個以上の分析対象物が置かれる装置を指す。一般にターゲットは、質量分析計の性質によって多くのサンプルに適応し、種々の幾何学的配置をとるが、その質量分析計用にターゲットが選択される。ターゲットを構築するために好適な物質としては、金属、ガラス、プラスティック、ポリマー、多層体など、またはそれらの組合せが挙げられる。
【0121】
本明細書で用いられる「分子トラップ」とは、表面に結合したアフィニティー試薬を中に含み、高流動性および少デッドボリュームを有する広表面積物質を指す。広表面積物質の組合せは、限定しないが、結晶、ガラス、プラスティック、ポリマー、金属、またはこれらの物質の何れかの組合せであり得る。例えば、これらのガラスは、石英ガラス、ホウケイ酸、ホウケイ酸ナトリウム、および他の有用な物質であり得る。
【0122】
本明細書で用いられる用語「レセプター」とは、一般に特異的に認識し、互いに結合する1対の化合物のうちの一員を指す。対の他方の一員は「リガンド」と呼ばれ、錯体、タンパク質−タンパク質層相互作用、複数分析対象物分析などのようなものを含む。レセプター/リガンド対形成としては、タンパク質レセプター、(膜性)およびその天然リガンド(関連した、または他のタンパク質または低分子)を挙げることができる。レセプター/リガンド対としては、また、抗体/抗原結合対、相補的核酸、核酸関連タンパク質およびアプタマーやそれらのタンパク質などのそれらの核酸リガンド、金属キレータおよび金属結合タンパク質リガンド、擬染料およびそれらのタンパク質リガンド、有機分子およびそれらの相互作用、生体分子状の、または生体分子を有する疎水性パッチのようなもの、生体分子上の、または生体分子を有するイオン交換体およびそれらの静電相互作用などを挙げられる。
【0123】
本明細書で用いられる「自動装置」とは、サンプルの非参加処理の可能なデバイスおよび方法を指す。自動装置は、与えられた時間内に処理、分析するサンプルの数を最大化するために、多数のサンプルを並行して操作することが好ましい。
【0124】
本発明の好適な実施態様は、図面と好適な実施態様の説明において説明してある。これらの記載は、直接上の実施態様を説明しているが、当業者は、ここに示された特定の実施態様に対する変更および/または変形を考えることができると解される。本記載の範囲に入るそのような修飾または変更はいずれも同様にそこに含まれることが意図される。特に注記しない限り、明細書および特許請求の範囲における語句は、その適用業界における通常の当業者に対して、通常の慣用的意味が与えられることが発明者の意図である。出願時に出願者に知られている発明の好適な実施態様および最善の形態は提示されており、例示と記述の目的が意図されている。徹底性や、本発明を開示されたそのままの形に限定する意図はなく、上記の教示に照らして、多くの修飾や変更が可能である。実施態様は本発明の原理や実用的な応用を最もよく説明し、他の当業者によって考えられる特別な使用法に適合するように種々の実施態様において、また種々の修飾によって本発明を最も良く利用できるように選択し、説明した。
【図面の簡単な説明】
【0125】
【図1】MSIA法を示す図である。分析対象物は、レセプター誘導体化アフィニティー・ピペットを通して反復フローを行うことにより溶液から選択的に回収される。非特異的に結合した化合物を洗浄した後、保持された分子種は、(好適な実施態様においては)MALDIマトリックスを用いて質量分析計ターゲットまたはターゲット・アレイ上に溶出される。次にMALDI−TOF MSにより、分析対象物の正確なm/z値を検出する。分析は、本来定性的であるが、分析対象物の質量シフト変異体を内部基準として使用する手法に組み入れることにより定量もできる。
【図2】生体液のβ−ミクログロブリンのMSIAスクリーニングを示す図である。サンプルは、生体液をHBS(単独のMALDI−TOF用のHO)で希釈することにより調製した。アフィニティー・ピペットをHBSと水を用いて洗浄してから、ACCA(ACN:HO、1:2に飽和;0.2%TFA)を用いて質量分析計のターゲット上に直接保持された化合物を溶出する。(A)ヒト涙液。(B)ヒト血漿。(C)ヒト唾液−唾液は、非特異的結合を減じるために、0.05%SDS(水中)で追加のリンスを必要とした。(D)ヒト尿。全ての場合に、βmを、フロー・インキュベート/リンス手法を用いて生体液から効率的に回収した。βmに関して測定された(外部較正を用いて)質量は、計算値(MWcalc=11,729.7;MWtears=11,735;MWplasma=11,734;MWsaliva=11,742;MWurine=11,735)の約0.1%以内であった。方向づけされた、迅速、鋭敏で正確な分析のためのMSIAによる種々の生体液スクリーニングを例証した。
【図3a】βmの定量的MSIA検量線を示す図である。検量線を作成するために用いられたデータの代表的なスペクトル。0.01〜1.0mg/Lの濃度のヒトβmについて調べた。ウマのβm(MW=11396.6)を内部基準として用いた。
【図3b】図3aに表されるデータを用いて作成された検量線を示す図である。2〜10の範囲に亘って、良好な直線性(R=0.983)を低い標準誤差(〜5%)で得られた。エラーバーは、各サンプルからとられた10回反復の65−レーザーショットスペクトルの標準偏差を反映する。これらの図は、βm−アフィニティー・ピペットにより実施された定量的MSIAを例証する。
【図4】βmの定量的MSIAスクリーニングを示す図である。5人からのヒト尿サンプルを2日間かけてスクリーニングを行った。健康人(10サンプル;4人(3人の男性;1人の女性)年齢30〜44才)で測定された平均値は、0.100±0.021mg/Lであった。最近尿路感染した86才の女性で測定された濃度について、βm濃度が有意に増加したことを示した(3.23±0.072mg/L)。
【図5】86才の女性においてグリコシル化βmの濃度増加を示すMSIAの図(暗灰色)である。MSIA中、第2のシグナルは、Δm=+161Daに観測され、グリコシル化βmの存在を示した。MSIAは、2種のβm体を十分に分解でき、発生期(nascent)βmのより正確な定量を得て糖タンパク質の定量を可能にした。このような識別化は、2種のβm体が、異なる疾病から由来する(またはマーカーである)ことを考慮する上で重要である。グリコシル化を殆ど示さない健康人のMSIAを、比較のために示している(明灰色)。
【図6】定義された生体液/β−ミクログロブリン特異性に関して表面利用型のMSIAを示す図である。カルボキシメチルデキストラン増幅により結合されたポリクローナル抗βmアフィニティー・ピペットの使用、またはアミン塩基支持化学は、生体液/MSIA中の非特異的結合化合物と特異的結合化合物との識別化を可能にする。サンプルは、生体液から調製され、図2に示すとおり使用した。(A)ヒト血漿。(B)CMD増幅βmアフィニティー・ピペットを通したヒト血漿。(C)アミン/グルタルアルデヒド結合βmアフィニティー・ピペットを通したヒト血漿。ヒト血漿スペクトルの直接的分析(上段スペクトル)は、βm質量信号(MWplasma=11,734)を欠く。CMDは、アフィニティー・ピペット化学標的βmを増幅したが、非特異的結合化合物を示す(中段スペクトル)。最後の場合のみ、βmは、低濃度の非特異的結合化合物を有する生体液から効率的に回収される(下段スペクトル)。これは、特定の質量検出のため注意深くアフィニティー・ピペットを用いて血液由来の生体液バイオマーカーの指向分析における好適な面を例証している。
【図7a】生体材料から生体分子のハイ・スループット分析のため統合システムを説明する模式図である。
【図7b】使用されるステーションを示す拡大模式図であり、これは、化学修飾、マイクロカラムの官能基化、生体液分析、移動などのための複数の配置を有するマイクロカラム統合自動装置から構成される。
【図8】βmMSIAのハイ・スループット半定量分析を示す図である。ヒト血漿サンプルからのβmは、本発明に記載された統合システムおよび方法を用いた。
【図9】図8に示されたデータの棒グラフ解析を示すグラフである。図8に示された各スペクトルは、ベースラインの積算によりウマのβmシグナルに標準化し、ヒトβmシグナルの標準化積分を測定した。同じ個体のサンプルから得られたスペクトルの全βm積分を平均化し、標準偏差を計算した。同じく、10−2mg/mLβmの0.5μLおよび1.0μLでスパイクされたサンプルの積算を計算し、平均化した。6人からのサンプルおよびスパイクされたサンプルの基準化ヒトβm積算の平均値を、この図にプロットしている。この棒グラフは、スパイクサンプルにおけるβm濃度の上昇が明瞭に確証しており、種々の疾患状態に関連するヒト血液中のβm濃度上昇の確証において、本発明に記載されたシステムと方法により実施されたハイ・スループット半定量分析の値を例証している。
【図10】本発明に記載された統合システムおよび方法を用いたヒト血漿サンプルからのβmのハイ・スループット定量分析を示す図である。
【図11a】本発明に記載された統合システムおよび方法を用いてハイ・スループット分析によりスクリーンされたヒト血漿サンプル中のβm濃度を決定する目的で、図10に示された標準サンプルのデータから検量線の作図を示す図である。
【図11b】本発明に記載された統合システムおよび方法を用いてハイ・スループット分析によりスクリーンされたヒト血漿サンプル中のβm濃度を決定する目的で、図10に示された標準サンプルのデータから検量線の作図を示す図である。
【図12】上記で作図された検量線を用いて上記に示されたデータの棒グラフ解析を示すグラフである。図10における88個のサンプルスペクトルの各々を、ベースライン積算によりウマのβmシグナルに標準化し、ヒトβmシグナルの標準化積分を測定した。同じ個体のヒトβm積分を平均化し、標準偏差を計算した。平均化積分値を図11bの検量線から誘導された式中に置き換えて、ヒトβmの濃度を、各人に対して計算した。決定された濃度範囲は、0.75mg/Lから1.25mg/Lである。
【図13】本発明に記載された統合システムと方法を用いて、翻訳後修飾(PTM)および点突然変異(PM)に関するトランスチレチン(transthretin)(TTR)の定量的ハイ・スループット・スクリーニングを示す図である。
【図14】本発明に記載された統合システムと方法を用いて、ハイ・スループットTTR分析に観察される翻訳後修飾および点突然変異の同定を示す図である。
【図15】本発明に記載されたシステムと方法における誘導体化質量分析計ターゲット・プラットフォームの組み入れよる点突然変異の同定を示す図である。
【図16】図15に示された血漿サンプルの分析で検出された点突然変異の同一性を決定するのに、本発明に記載された統合システムと方法の一部として高分解能レフレクトロン質量分析の使用を示す図である。
【図17a】生体液リン酸塩分析−キレータ・アフィニティー・ピペットとアルカリフォスファターゼ官能基化ターゲット・アレイとの協奏を示す図である。(1)ヒト全唾液(10倍希釈の10μL)。(2)EDTA/Ca2+アフィニティー・ピペットを通した(1)のサンプル。(3)10mMHCl添加により溶出し、50mMのホウ酸緩衝液とpH=10緩衝液交換を組み入れたAP−BRP上にスタンプし、15分間のリン酸塩で消化(50℃)した(2)のサンプル。(4)30分間消化を延長した(3)のサンプル。ヒト唾液の10倍希釈の直接分析は、興味のあるプロリンに富むタンパク質−1(PRP−1)とセリン修飾リン酸に富むタンパク質を著しく欠く。
【図17b】(2)のスペクトルは、2種のリン酸塩に富むタンパク質である、PRP−1とPRP−3のEDTA/Ca2+アフィニティー・ピペット捕捉を示す図である。脱リン酸化の質量信号は、微量スペクトルの(3)に、また完全スペクトルの(4)にはっきりと表われている。翻訳後分析(すなわちリン酸化事象)のために生体液から捕捉され/消化されたリン酸化タンパク質の部分的並びに完全な脱リン酸化により伴う複数の分析物の検出を例示する。
【図18】レチノール結合タンパク質(RBP)とトランスチレチン(TTR)との複数タンパク質複合体のMSIAを示す図である。活性アミン、ポリクローナル抗RBPアフィニティー・ピペットを、グルタルアルデヒド媒介アミン塩基支持表面カップリングにより形成した。ヒト血漿を調製し、図8の分析に用いた。MSIAは、RBP(MW=21,062Da)および複合化TTR(MW=13,760Da)のin vivo・アフィニティー回収を示す。天然タンパク質複合体に存在するタンパク質相互作用を例示する。
【図19】相対存在比に係る複数分析対象物を同時かつ迅速なモニタリングを示す図である。活性アミン、ポリクローナル抗βm/CysC/TTRアフィニティー・ピペットを、ヒト血漿(HBS中50倍希釈)から迅速にそれぞれの分析対象物を捕捉するのに用いる。本図は、生体液濃度変調を迅速にモニターするため、また標準化相対存在比から変調タンパク質事象を定量するためにβm、CysCおよびTTRに対し複数の抗体アフィニティー・ピペットの1使用例を示す。本図は、ウィルス感染(エイズなど)の急性期、或いはβmまたはTTRからのフィブリル形成における潜在的βm/CysC濃度をモニタリングするためのアフィニティー・ピペットの1使用例を示す。
【図20】広範囲の複数分析対象物のアフィニティー・ピペットの迅速なモニタリングを示す図である。個々のβm、TTR、RBP、シスタチンCまたはCRPを組み込んだポリクローナル抗体アフィニティー・ピペット/組合せは、ヒト血漿(HBS中50倍希釈)からのそれぞれの分析対象物を捕捉する。本図は、生体液濃度変調を迅速にモニターするため、また場合によっては標準化相対存在比から変調タンパク質事象を定量するためにβm、CysCおよびTTRに対し複数/単独の抗体アフィニティー・ピペットの1使用例を示す。本図は、ウィルス感染(エイズなど)の急性期、或いはβmまたはTTRからのフィブリル形成における潜在的βm/CysC濃度をモニタリングするためのアフィニティー・ピペットの他の使用例を示す。
【図21】質量分析ターゲット・アレイを示す図である。(A)メニスカス作用によりサンプルを閉じ込めることのできる台状ターゲット。(B)疎水性/親水性作用によりサンプルを閉じ込めることのできる対照デザイン。(C)より小さなサンプリング充填、高価な試薬、またはサンプル移送に使用する挿入ターゲット。
【Technical field】
[0001]
This application is a continuation of both pending provisional applications 60 / 262,530 and 60 / 262,852 filed on January 17, 2001.
Field of Invention
The present invention relates to the field of proteomics. More specifically, the present invention is a method and apparatus for rapid identification and characterization of biomolecules recovered from biomaterials. Furthermore, the present invention includes the ability to process multiple heterogeneous samples simultaneously (high throughput analysis).
[Background]
[0002]
Background of the Invention
Recent advances in human genome sequencing have driven biological science to several new and interesting stages of research activity. Proteomics, one of these activity stages, is widely considered to be the next wave of biological research conducted in concert worldwide. Proteomics is the study of gene products (proteins), their diverse forms and interaction partners, and their regulation and processing kinetics (time). In other words, proteomics is protein research that functions in the natural environment, and its overall intent is to further deepen understanding of their biological functions, if not complete. Such studies are essential to understanding the mechanisms behind genetic disorders or the effects of drug-mediated therapy, while at the same time can be a fundamental basis for clinical and diagnostic analysis.
[0003]
There are several inherent challenges in protein analysis. First and foremost, any protein that is considered sufficiently relevant for analysis is present in a complex biological environment or biological material in vivo. The complexity of these biological materials is one challenge: the protein of interest is often present in the material at relatively low concentrations, and other large amounts of biomolecules such as proteins, nucleic acids, carbohydrates, It provides the problem of being obscured by lipids. To solve this fundamental problem, the technology currently used in proteomics is the relatively old-fashioned two-dimensional (2D) sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), i.e. All the biomaterials are only fractionated first by a technique in which a large number of proteins are simultaneously moved in two dimensions using gel media as a function of isoelectric point and molecular size. In order to move in a predictable manner, proteins are first reduced and denatured, but this process destroys the overall structure of the protein and loses its function.
[0004]
Currently, the latest proteomic techniques also involve the identification of proteins separated using 2D-PAGE. In this method, a gel spot containing the separated protein is excised from the gel medium and treated with a highly specific enzyme (usually trypsin) to fragment the protein. Next, the obtained fragment was subjected to high-precision mass spectrometry using an electrospray ionization method (ESI) or a MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight) type mass spectrometer (MS). The Data obtained in the form of the absolute molecular weight of the fragments as well as knowledge about the specificity of the enzyme is used for in silico searching of genomic or protein databases for information related to the empirical data of the fragments. According to analytical methods and search protocols that have been improved over the past seven years, a few proteins whose mass has been measured with high accuracy in order to identify that the gel-separated protein is derived from a gene. It has evolved to the point that only decomposition fragments are needed.
[0005]
However, the identification of the gene that produces the protein of interest is only the first step in the overall many processes that determine protein structure / function. The 2D-PAGE / MS method cannot answer many problems that occur. One major problem is related to the primary structure of the protein. In a routine identification process, at most 50 percent of the protein sequence is examined, but at least 50 percent of the protein remains unanalyzed. If there are potentially many splice variants, point mutations and post-translational modifications in any protein, many variants are present in the protein, many of which cause disease states And modifications will eventually be missed during the identification process. Thus, the protein does not have the sufficient detail structure required to distinguish a mutant with (normal) function from a mutant with abnormal function (causing a disease).
[0006]
Moreover, current identification processes do not provide any method for protein quantification. Protein quantification is a critical component of proteomics because for many disease states, increases or decreases in the concentration of certain proteins and / or their mutants can be causative or indicative. Currently, protein quantification from gels is inaccurate because it was originally performed using a relatively variable staining method. The staining method can be replaced by a method in which ICAT (isotope-coded affinity tags) is combined with quantification of protein fragments obtained by 2D-PAGE by mass spectrometry. However, the ICAT method is still not realistic for the protein variants. This is because protein variants result in protein fragments with altered mass that are excluded from the quantification process. Similarly, other methods such as ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) and RIA (radioimmunoassay) are equally complex to quantify specific proteins in the presence of mutants. Because of the lack of ability to separate the target protein from the variant, these methods will essentially monitor all protein variants as a single compound. Disease is often an error-prone method because it can be caused / indicated by increased concentrations of only a single variant rather than the cumulative concentration of all variants.
[0007]
Furthermore, the 2D-PAGE / MS method does not provide any search for protein-ligand (eg, other proteins, nucleic acids or bio-related compounds) interactions. Since protein denaturing conditions are used during protein separation, all protein-ligand interactions are perturbed and are outside the scope of research using identification methods. Another method focuses specifically on the analysis of protein-ligand interactions. Among these, the most frequently used are the yeast two-hybrid method (Y2H) and the phage display method, respectively, in vivo molecular recognition that induces gene expression producing reporter proteins that exhibit biomolecular interactions. Use the phenomenon or selectively amplify binding partners with high affinity. Other mechanical methods rely on biosensors that utilize universal physical properties or tags (eg, surface plasmon resonance or fluorescence) as detection methods. These methods are generally time consuming and have two major limitations in that the interacting partners drawn from the biomaterial are indirectly detected and do not provide specific or identifying information about the binding partner.
[0008]
Finally, none of the above methods are preferred for analyzing large quantities and high throughput of specific proteins, their variants, and their interaction partners in a large population of experimental materials. All the above methods require several hours (2D-PAGE) to several weeks (Y2H) to be performed on a single sample. Thus, due to the time and expense, application to hundreds to thousands of samples (from hundreds to thousands of individuals) required for proteomics, clinical and diagnostic applications is not possible.
[0009]
To date, there is no universally integrated system capable of high-throughput analysis of proteins for all of the above reasons. Therefore, there is an urgent need for new and novel techniques that can analyze native proteins present in the natural environment. These techniques include the following items: 1) the ability to selectively recover and concentrate specific proteins from biomaterials for subsequent rapid analysis, 2) the ability to quantify target proteins, 3) target protein mutations The ability to recognize the body (eg splice variants, point mutations and post-translational modifications) and their properties, 4) the ability to analyze and identify ligands that interact with the target protein, 5) single Including the ability to perform high-throughput screening of large samples using an economical platform.
[0010]
All publications and patent applications are hereby incorporated by reference as if individual publications or patent applications were specifically and individually incorporated for reference. Although the invention has been described in some detail by way of illustration and example for purposes of clarity and understanding, it will be apparent that certain changes and modifications may be practiced within the scope of the appended claims.
Summary of the Invention
The purpose of the present invention is to selectively recover and concentrate specific biomolecules from biomaterials for subsequent high performance analysis, target protein quantification, target biomolecule variants (eg, splice variants, Point mutations and post-translational modifications), elucidation of their properties, analysis and identification of ligands that interact with target biomolecules, high-volume samples using a single, unified, economical, multiplex and parallel processing platform It is to provide an integrated system capable of throughput screening.
[0011]
Other embodiments of the present invention include molecular traps such as affinity microcolumns, derivatized mass spectrometer targets, mass spectrometers capable of multiple sample injection, and processes / to achieve high throughput analysis. It is to provide an automatic device with data analysis interaction database software.
[0012]
Another object of the present invention is to provide individual elements for integrated systems such as molecular traps, derivatization targets and the like.
[0013]
It is a further object of the present invention to provide a high throughput embodiment of the present invention that employs an automated device for continuous preparation as well as parallel processing of large samples simultaneously.
[0014]
Yet another object of the present invention is to provide methods and processes that utilize individual elements and integrated systems in biological applications.
[0015]
Yet another object of the present invention is to provide an apparatus and method for identifying point mutations and variants of an analyte using an integrated system using high throughput analysis.
[0016]
The novel aspects considered characteristic of the invention are set forth with particularity in the appended claims. The invention itself, however, will be best understood from the following description of preferred embodiments of the invention when read in conjunction with the accompanying drawings, together with further objects and advantages, both as to its structure and operation. Unless otherwise stated, the words and phrases in the specification and claims are intended to give their ordinary meaning and conventional meaning to those of ordinary skill in the ordinary applicable arts. Where other meanings are intended, this specification specifically states that a special meaning has been applied to a word or phrase. Similarly, the use of the word “function” or “means” in the “description of the preferred embodiment” is the use of the US Patent Act, Section 112 Section 6 to define the invention. There is no intention to want. Conversely, where the provisions of US Patent Act, Section 112, Section 6 are sought to be carried out to define the invention, the claims are intended to include the phrase “means for” or “for Specifically describing the “step for” and function, such phrases do not enumerate any structure, material or action that supports that function. Even if the claims enumerate "means for" or "steps for" performing a function, if the structure also enumerates any structure, material or action that supports the means of the process, the intent is This is not to enforce the provisions of US Patent Law, section 112, section 6. Further, even though the provisions of 35 USC 112, Section 6 are implemented to define the invention, the invention is limited only to the specific structures, materials, or acts described in the preferred embodiments. In addition to any and all known or later developed equivalent structures, materials or acts, in addition to any further performing the claimed function, in order to carry out the claimed function, As well as any structure, material or action.
DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Selective collection and enrichment of specific biomolecules from biomaterials for subsequent rapid analysis, target protein quantification, target biomolecule variants (eg splice variants, point mutations and post-translation) (Recognition of modifications), elucidation of their properties, analysis and identification of ligands that interact with target biomolecules, and integration for rapid screening of large samples using a single, unified, economical, multiplex and parallel processing platform Provide the system.
[0017]
Preferred embodiments of the integrated system include molecular traps such as affinity microcolumns, processing stations, and derivatized mass spectrometer target arrays that may be deleted in non-preferred embodiments. The integrated system works with a mass spectrometer that can inject single or multiple samples and can use a database of processing / data analysis interactions. The present invention also includes methods and processes that use individual components and integrated systems in biological applications. Furthermore, preferred embodiments of the present invention provide a plurality of individual devices and / or sample preparation and / or processing to achieve high throughput analysis.
[0018]
A key element of the system of the present invention is the isolation or recovery of specific analytes from surrounding biomaterials in a biological sample. This is achieved using a molecular trap. The recovery process in the preferred embodiment of the molecular trap requires that the biological sample be repeatedly flowed through a device having an affinity receptor on a surface with a large surface area. The affinity receptor is selected to capture a specific analyte. In high-throughput embodiments, these molecular traps are formed in affinity microcolumns, which are small columns, thereby placing multiple molecular traps in parallel to capture the minimum physical quantity. In a preferred form of the side-by-side embodiment, multiple molecular traps are contained within unit components such as manifolds or blocks of material. In such a configuration, the manifold has a number of microchannels in which molecular traps are accommodated.
[0019]
The molecular trap process is accomplished by providing sufficient physical contact between the affinity receptor located on the molecular trap and the analyte contained in the biological sample. An affinity receptor captures or isolates a particular analyte using an affinity interaction between the affinity receptor and the particular analyte. After capturing a particular analyte, the remaining or uncaptured compounds are washed with a series of rinses to release them from the molecular trap. The capture and rinse process concentrates certain analytes and reduces the dead volume of the affinity microcolumn.
[0020]
After specific analytes are captured, they are eluted from the molecular trap using a small amount of reagent that can interfere with affinity interactions. The eluted specific analyte is then subjected to enzymatic / chemical using a bioreactive MS target array for mass spectrometry or for further processing, eg, preparation for subsequent mass spectrometry. Stamped directly onto the target platform of mass spectrometry for processing such as modification. Next, automated mass spectrometry is performed on specific analytes or modified fragments detected with high accuracy. Software that can recognize differences between samples or standards is used to assist in the analysis and organization of a large number of samples based on the database. In addition, instead of stamping the eluted specific analyte on the target of mass spectrometry, the molecular trap is used as a component of the sample introduction device such as the needle of an electrospray mass spectrometer, thereby allowing the specific analyte to be analyzed. Can be eluted directly into an electrospray ionization mass spectrometer.
[0021]
The high-throughput embodiment of the present invention uses automated equipment (robotics) that performs the continuous preparation and parallel processing of multiple samples. The use of microcolumns to capture specific analytes allows for the above sequence format. This is ideal for such high throughput because it minimizes the physical quantity and / or area occupied by the microcolumn array. The use of affinity microcolumns with appropriately arranged automated devices allows multiple samples to be prepared and processed simultaneously from start to finish on an integrated platform, thereby enabling high throughput of samples. Specifically, all capture, separation and elution steps are performed in an automated instrument system or a microcolumn controlled by the system. It uses mechanical / physical means (eg, centrifugation, magnetic or vacuum separation) to separate specific analytes from biological fluids, and other affinity capture methods (eg, beads) that are rinsed with a buffer. As opposed to using a medium). In many cases, this physical separation needs to be performed alone and often disturbs the order of the array and disturbs the parallel processing array. Since these mechanical / physical means are not necessary when using microcolumns, the parallel processing arrangement can be used without being disturbed, and the ordered spatial arrangement remains intact during the entire process. It is. Most conveniently, multiple preparations / analyses are used in commonly used spatial arrays, eg, 4-, 8-, 16-, 48-, 96-, 384 or 1536 well microtiter plate formats. It is carried out continuously and in parallel using an automatic device adapted to the above.
Individual components
Sample modification / preparation
In all of the embodiments described below, it is desirable that the biomaterial or target analyte is modified or prepared either before the affinity reaction or after affinity capture, but prior to elution on the target or target array. Examples of modifications or preparations include, but are not limited to, reduction, label or tag addition, in situ digestion, partial digestion / modification on the surface, pH adjustment, and the like.
Molecular trap
The molecular trap in one embodiment of the present invention is a microcolumn apparatus to which an affinity receptor is bound. The molecular trap is chemically modified, such as by treatment with an aminosilanization reagent, and then affinity receptor binding is activated using any one of a number of derivatization schemes. The use of affinity microcolumns overcomes the disadvantages associated with performing affinity capture by other means. Specifically, as described herein, affinity microcolumns are tuned for mass spectrometers that have become available over the last decade. Before the MALDI-TOF and ESI mass spectrometers came out, mass spectrometry of polypeptides (when feasible) required an amount of analyte in nanomolar units and contained bound receptor when isolated by affinity capture. Frequently, the reagent required milliliters and the biomaterial required liters. MALDI-TOF and ESI mass spectrometers range from low sensitivity to sensitivity above femtomole, and the scale of total affinity isolation, including instrumentation, can be reduced to several stages. Thus, the affinity microcolumns described herein have been devised and manufactured to take full advantage of the sensitivity characteristics of recently enabled mass spectrometry techniques.
[0022]
A further embodiment of the present invention is to provide various affinity microcolumns that are particularly suitable for a given biomaterial, as illustrated in FIG. Since not all biomaterials are identical in terms of biomolecule composition and conditions, the affinity reagent derivation scheme behaves differently in each biomaterial. For example, an affinity reagent adapted to recover a particular protein analyte present in plasma does not perform ideally when the same analyte is present in different biomaterials. In addition, when using different buffer compositions and conditions for each biomaterial, a large number of small organic compounds may be retained and subsequently eluted with the analyte of interest, which inhibits the mass spectrometry process. sell. Thus, not only is the specificity to the analyte of interest high and the non-specific binding to other large molecules that may interfere with the characterization of the analyte, but also the basis of mass spectrometry processes such as MALDI or ESI It is necessary to construct an affinity microcolumn for each biological fluid that minimizes the retention of low molecular weight compounds that may interfere with the physical phenomenon that results.
target
Analytes are essentially microeluted after collection from each biomaterial and are “stamped” directly from the affinity microcolumn onto a target or target array that is inserted into the mass spectrometer. In this manner, a spatial array, such as a titer plate, is maintained as it is from the initial multi-sample container to the affinity capture and wash steps and onto the mass spectrometer target.
[0023]
Furthermore, the present invention encompasses the use of targets specifically adapted for mass spectrometers in the automated preparation and analysis of proteins recovered using affinity microcolumns. In order to incorporate automated equipment for high throughput, it is essential that the parallel process be reproducible between nuclear samples and that the position at which the sample is deposited on the target of the mass spectrometer can be controlled in the parallel process. To ensure that these points are incorporated into an automated process, a self-assembled monolayer (SAM) is created on the mass spectrometer target so that the deposition area of the analyte can be controlled. For example, a control region is created on a gold-plated target using a thiol compound or mercaptan compound that is hydrophobic or hydrophilic in nature. Surrounding the hydrophilic SAM with a hydrophobic SAM creates a clear boundary to confine the water-soluble sample (from the affinity microcolumn) in a well-defined area on the target. In this way, the spatial arrangement defined by the parallel automated device is transferred from multiple affinity microcolumns onto a mass spectrometer target that is patterned identically to the spatial sequence used throughout the automated instrument processing. It can be maintained by eluting multiple samples simultaneously (using automated equipment).
[0024]
In other applications, the mass spectrometer target is further made to include a reactive surface capable of processing the analyte. When studying biomolecules using mass spectrometry, it is often necessary to elucidate chemistry and / or enzymology to obtain further details regarding the structure of the analyte. Analysis using specific chemical modification or enzymatic chemical modification in combination with mass spectrometry is particularly important for the purpose of distinguishing analytes, variants and modifications of analytes in the same sample. In addition, the analyte of interest is largely purified by removing potentially interfering types from the solution using removal interactions designed to remove the obstruction while leaving the analyte of interest to be analysed. Preprocessing for mass spectrometry is often of great value. The most efficient means of performing these operations is to use a mass spectrometer target derivatized with reagents or enzymes for special processing functions.
[0025]
In a preferred embodiment, the target or target array is made by first etching the channel around the designated target area using photoresist technology. A gold film is deposited on the etched substrate by conventional electroplating techniques or plasma deposition. This gold film is formed naturally along the etched contour. Depending on the substrate, one or more intermediate layers, such as a nickel intermediate layer, may be required when depositing the gold film on the surface. Next, an activated or activatable reagent such as dithiobis (succinimidylproprionate) (DSP) or a derivative thereof capable of forming or adsorbing a chemical bond to the modified substrate surface is applied to the target region. Combine so that it does not combine to other areas. Any transport solvent is evaporated or removed to produce a dry self-assembled monolayer (SAM) of activated or activatable reagents. As the protective layer, dextran or the like dissolved in a suitable solvent is deposited on the target SAM. If the solvent is DMSO, the DMSO is removed by placing the target in a vacuum. The target (array) is then coated with a hydrophobic reagent such as octadecyl mercaptan dissolved in a solvent that does not dissolve the protective layer. If dextran is the protective layer, isopropanol can be used to dissolve the hydrophobic reagent. Rinsing the target removes any unbound hydrophobic reagent. In examples where the activation reagent is bound to the target region, the activation reagent can be used by removing the protective layer, such as by simply rinsing with DMSO, which can also be used in the protective layer or Any hydrophobic reagents present on the protective layer will also be removed. In examples where an activatable reagent is bound to the target area, the protective layer is removed and then activated using the activating reagent, or a solvent that transports the activating reagent is also used to dissolve the protective layer The reagent can be activated and used by either directly activating it. In the second case, the dissolved protective layer is removed by a subsequent rinse. Finally, a biological or biological reagent such as a polymer, protein, peptide, or enzyme binds to the surface of the target area. Bioagent binding is facilitated by the activating reagent already bound to the target region. If there is an activation reagent coated with a protective layer, remove the protective layer before adding the biological reagent to the target area, or whether the solvent that transports the biological reagent is also used to dissolve the protective layer and bind directly By either of these, a biological reagent can be added to the surface.
[0026]
An advantage of the target or target array manufacturing process is that a target once coated with a protective layer can be stored for a longer period and used at the discretion of the consumer. Another advantage of the target array is that it provides a defined reactive surface for analyte processing as well as impurity handling.
[0027]
In yet another similar embodiment, the surface of the target of one or more mass spectrometers is made of a reagent that has been found to enhance the quality of sample preparation by promoting the crystal formation of the matrix used to perform the MALDI. Derivatize. Such “seeding” of matrix crystals has proven to be very valuable in automating the entire sample preparation process and allows for the production of highly reproducible samples over the entire area of the target.
High-throughput equipment
The individual components described here together form a single integrated system that allows high-throughput analysis of analytes recovered from biomaterials. The basic analysis begins with the verification of the primary structure, ie the sequence of the analyte. A single high precision determination of molecular weight is often sufficient to establish the primary structure of an analyte. If higher accuracy is required to verify the primary structure of the analyte, create a mass map of the analyte (after recovery) using a chemically / enzymatically active mass spectrometer target. Convenient. During such a mapping procedure, the analyte is digested with a highly specific cleavage reagent, resulting in multiple signals when analyzed using mass spectrometry. When viewed as a group, these signals can verify primary structure with greater accuracy and reliability than single mass measurements. In addition, these data can be used to search a database for test mutants, such as splice mutants, that are significantly different from those expected as normal analytes.
[0028]
In a similar embodiment, other variants of the analyte are mapped to clarify the nature, location and origin of the mutation. Analytes and variants present in a single sample are extracted together from the biomaterial using conventional affinity reagents localized in the microcolumn and simultaneously activated by the mass spectrometer activated target or target array Used for mapping. Since many test variants share high homology with normal analytes, many of the mapping signals are common between the analyte and the variant. However, abnormal or mass shifted signals are also present in the mapping data. Using these different data, it is possible to elucidate the mutation position by combining the knowledge of the cleaving reagent with information on the primary structure, tertiary structure, and quaternary structure of the normal analyte. In addition, mutants were generated using knowledge of mass differences between component residues of the analyte (eg, mass differences between amino acids in proteins or nucleic acids in DNA / RNA) and accurate determination of mass shifts. It is possible to determine metastasis. Such analysis is of great value in elucidating, for example, point mutations present in proteins or polymorphisms present in nucleic acids. Similarly, knowledge of the molecular weight of potential modifying groups (eg, glycans, phosphates, methyl, formyl, etc.) is used in combination with mapping data to elucidate the site and nature of the chemical modification of the analyte it can. Finally, a reactive target designed to handle specific modifications is performed in an integrated system by cleaving the modified moiety from the analyte and viewing the subsequent mass shift in the mass spectrum ( Number) can be used to determine.
[0029]
In other embodiments, the present invention is used for high-throughput quantification of specific analytes present in biomaterials. Using this process, the analyte and internal matching (analyte-like species) are recovered from the biomaterial and processed through mass spectrometry. In the same parallel processing operation, the standard sample is analyzed, and a calibration curve is created by equating the analyte signal with the amount of the analyte present in the biomaterial. A calibration curve can then be used to determine that the amount of analyte present in each sample has increased relative to other samples, or can be determined absolutely.
[0030]
In a further embodiment, the present invention is used to determine interaction partners associated with protein-ligand interactions. In essence, affinity microcolumns are derivatized with a ligand of interest with the intention of screening biomaterials for interaction partners. This ligand acts as an affinity receptor that can selectively isolate the analyte from the biomaterial. The isolated analyte is subjected to mass spectrometry for identification. Often, retained analytes are well identified through direct molecular weight determination from mass spectrometry and knowledge of compounds present in biomaterials. As an alternative, a method is provided in which an unknown analyte is chemically / enzymatically digested with an activated target and the resulting fragment (eg, proteolytic fragment) is subjected to mass spectrometry. The accurately determined molecular weight (and knowledge of cleavage specificity) of the fragment is then used to search a genomic or protein database to identify the analyte.
[0031]
In a similar embodiment, protein-ligand interactions are examined by designing affinity reagents that target specific proteins that themselves hold other analytes. In this manner, the protein complex is recovered from the biomaterial by targeting one of those components. Then, using the analysis method described above, the details of the components and properties of the complex are clarified.
[0032]
Specific embodiments according to the invention will now be described in detail. These examples are illustrative only and the invention is not limited to the materials, methods, or apparatus described in these embodiments.
[0033]
Manufacture of affinity microcolumns
Biologically sensitive affinity-ligand microcolumn capable of high throughput for specific or non-specific target analytes with efficient affinity capture, release, and rapid, sensitive and accurate mass spectrometry The indicated formation of preferred embodiments is described below. In the examples below, a number of methods, configurations and device delivery are described to provide a stable configuration in a biologically rich environment.
[Example 1]
[0034]
Preparation of porous glass molecular trap using mold-graphite spray exfoliation
Porous glass molecular traps are standardized in the specifications of commercially available wide-perforated P-200 pipettor tips using stainless steel annealing molds (100-1000 pieces of 0.071 inch (inlet) per mold) 2 ° taper, polished with graphite stripper). Soda lime glass spherical beads (150-200 μm; 75% SiO) 2 , 15% Na 2 O and 10% CaO) and annealing is performed by ramping temperatures from 772 ° C. (equilibrium, t = 0) to 800 ° C. (t = 3 min, 1 min equilibration) in an argon-backfill furnace. Achieved. At the end of lamp-annealing, the mold is immediately removed from the oven and the porous glass molecular trap is withdrawn from the mold. This process typically involves a porous glass molecular trap with high flow characteristics and appropriate perforations and tapers for attachment to the inlet of a wide perforated P-200 pipette tip (size of porous glass molecular trap at room temperature: 0. 061 inches (inlet), 0.092 inches (length), 2 degree taper).
[0035]
In a preferred embodiment, a molecular trap is then inserted at the tip of the pipette tip and placed at the bottom (narrow portion). The molecular trap is fixed by applying a sufficient amount of pressure from the tip. The pipette tip can be heated prior to insertion of the molecular trap to aid in the fixation process.
[0036]
Sample mass spectra using affinity microcolumns prepared according to this example are illustrated in FIGS.
[Example 2]
[0037]
Fabrication of porous glass molecular traps using ceramic molds-Pyrex
In order to produce a porous Pyrex glass molecular trap, a ceramic mold is described. The porous glass molecular trap is standardized in the specifications of a commercially available wide-perforated P-200 pipettor chip using a ceramic tempering mold. Zircar type R plates (4 × 6 × 1-1 / 4 inch) were purchased from Zirker (Florida, NY), surfaced with an end mill on the largest flat and finished with a CNC machine (2100 Holes, 0.0625 inch bottom cut, 2 degree taper). Ball milled powdered borosilicate “Pyrex” (size from 4 μm to 300 μm: 81% SiO 2 4% Na 2 O, 0.5% K 2 O, 13% B 2 O 3 And 2% Al 2 O 3 4) were stacked in a furnace and subjected to initial temperature equilibration using a slow temperature ramp (60 minutes) below the Pyrex softening point (816 ° C.). The mold was then allowed to equilibrate for 30 minutes before ramping to about the Pyrex softening point (821 ° C.), which was maintained for about 30 minutes to form a porous glass molecular trap. For concerted heat treatment (using high quality silica glass), the mold is down-ramped to 708 ° C. and at that temperature 2-20 hours (desired etch) before the slow final temperature ramp for extraction. Maintained (depending on quantity). If immediate use is required, the mold is ramped slowly down to an appropriate recovery temperature (generally 300 ° C.) to avoid glass cracking. This process typically involves porous pyrex glass molecular traps with high flow characteristics and appropriate perforations and tapers for attachment to the inlet of wide perforated P-200 pipette tips (size of porous glass molecular trap at room temperature: 0 0.0625 inch (inlet), 0.130 inch (length), 2 degree taper).
[Example 3]
[0038]
Fabrication of porous silica glass molecular traps using ceramic molds-Vycor
In order to produce a porous Vycor glass molecular trap, the ceramic mold described in Example 2 is used. Zirker type-R ceramic mold, powdered “Vycor” (Corning), porous Vycor (Corning), controlled porous glass (Controlled Porous Glass, NJ), depending on the desired flow-through characteristics Size width from 4 μm to 300 μm: 96% SiO 2 ) And stacked in a furnace, and after undergoing initial temperature equilibration (90 minutes) with a gradual temperature rise to a Vycol softening point (1500 ° C.) or less (90 minutes), the mold is about Vycol softening point (1530 ° C.) The glass was trapped for 30 minutes before ramping to form a porous glass molecular trap. In order to avoid glass cracking, the mold is allowed to cool with a gentle gradient to an appropriate recovery temperature (generally about 300 ° C.). This process typically produces a porous Vycor glass molecular trap with high flow characteristics and appropriate perforations and tapers for attachment to the inlet of wide perforated P-200 pipette tips.
[Example 4]
[0039]
Fabrication of porous silica glass molecular traps using ceramic molds-silica gel or quartz glass
The ceramic mold described in Example 2 is used to produce porous glass molecular traps using silica gel or quartz glass. Zirker type-R ceramic mold, powdered porous silica gel (Sigma Chemical Co.) or quartz glass (Corning Co.) (size width of 4 μm to 300 μm depending on desired flow-through characteristics: 100% SiO 2 ) And stacked in a furnace, subjected to an initial temperature equilibrium with a gradual temperature rise gradient (90 minutes) to a silica softening point (1550 ° C.) or lower, maintained at equilibrium for 30 minutes, Raised to about Vycor softening point (1585 ° C.) to form a porous glass molecular trap. To avoid glass cracking, the mold is allowed to cool with a gentle gradient to an appropriate recovery temperature (generally about 300 ° C.). This process typically produces a porous Vycor glass molecular trap with high flow characteristics and suitable perforations and tapers for attachment to the inlet of wide perforated P-200 pipette tips.
[Example 5]
[0040]
Etched porous silica molecular trap
Highly porous silica molecular trap formation is achieved by exposing the porous silica molecular trap formed in Example 4 to various electrochemical etching conditions. For example, a porous silica molecular trap is placed in an aqueous HF (25-50%) solution in absolute ethanol and an etching current (120-200 mA / cm 2 ) And irradiation (150 mW / cm) 2 ) For 1 to 20 minutes to create a silicon hydride surface.
[Example 6]
[0041]
Fabrication of porous powder metal molecular traps using molds
The porous metal molecular trap is standardized in the specifications of a commercially available wide-perforated P-200 pipettor tip. A lip with a reverse slope (ie narrower tip compared to the mold described above) or taper in the same direction and slightly raised around the opening located at the bottom of the mold (for the porous metal exit by the pushpin) A mold is machined containing (because it needs more than full). The mold is supported by a removable bottom plate, filled with powdered metal (eg, brass, copper, silver, gold), and an Arbor press with complementary push pins in each hole, Apply pressure (suitable for forming individual joints between metal particles) to a given / raised powder metal surface. After forming the powder metal molecular trap, the lower plate is removed and a push pin is placed at the narrow end of the hole to release the porous powder metal molecular trap from the mold. Porous powdery metal molecular traps, when annealed in an oven, increase the structural stability and form metal oxides for organic functionalization.
[0042]
It should be recognized that molecular traps can be made from a variety of different materials and / or combinations of different materials and still be within the scope of the present invention. The material must be able to bind affinity reagents to their surface. Or the only requirement is that it must be chemically modifiable to bind to the affinity reagent. The most preferred material or combination of materials is that it has a high surface area or can be modified to increase the surface area.
[0043]
While the above examples utilize the tapered profile of the microcolumn, features such as non-tapered or cylindrical columns can be used and are still within the scope of the present invention. Indeed, in high throughput embodiments, non-tapered bodies are preferred because the tapered bodies slow down the manufacturing process.
Chemical activity of molecular traps
[Example 7]
[0044]
Silane coating / function of porous glass molecular trap
Porous molecular traps formed by Examples 1-6 or other equivalent processes were pretreated by combining various water, mineral acid treatments, concomitant water rinsing, and drying prior to chemical derivatization (silanization). Can be adjusted. For example, a porous glass molecular trap is suspended in distilled or purified water (generally 10 times the volume) at elevated temperatures (typically below the boiling point of water) and the fresh water is exchanged two or three times. (Or without replacement) and leaching by orbital shaking for 1 to 24 hours. All the water is then removed and subjected to the next two acid treatments. First, 1N hydrochloric acid in water is rinsed with water until a neutral (or near neutral) pH is obtained by applying a porous glass molecular trap (10 times) at an elevated temperature for 1 to 2 hours. A 1N nitric acid in water is then carried out as performed in the first acid treatment. The porous glass molecular trap is dried either at room temperature or in a vacuum oven (100 ° C., 1 atmosphere, overnight).
[0045]
The dried / pretreated porous glass molecular trap is then perfused overnight in anhydrous toluene with orbital shaking under a silanization reagent, eg, 10% silanization reagent N- [3- (trimethoxysilyl) propyl. ] Chemically activated by coating with ethylenediamine to produce a functionalized porous molecular trap. The silane-coated porous molecular trap is allowed to cool to room temperature and then rinsed at room temperature until the supernatant is negative for ninhydrin and / or trinitrobenzoic acid (tnba). Other useful silanizing reagents include, but are not limited to, 3- (trimethoxysilyl) propyl acrylate, 3- (trimethoxysilyl) propylamine, N- [3- (trimethoxysilyl) propyl] aniline, N1 -[3- (trimethoxysilyl) propyl] diethylenetriamine, N- [3- (trimethoxysilyl) propyl] ethylenediamine, 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate, [3- (trimethoxysilyl) propyl chloride] Octadecyldimethylammonium, N- [3- (trimethoxysilyl) propyl] polyethyleneimine, N1- [3- (trimethoxysilyl) propyl] carboxylic acid, aminopropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, Thiolpropyltrimethoxysilane, Chlorop Pills trimethoxysilane, octadecyl trimethoxysilane, octadecyl trichlorosilane, O-[2-(trimethoxysilyl) ethyl] O'methyl polyethylene glycol, Shiriruarudedo the like.
[0046]
These reactions can be facilitated by a base catalyst such as using triethylamine (TEA) added to the reaction or by carrying out under reduced pressure (about 1 atmosphere).
Manufacture of micro column housing (pipette)
In a preferred embodiment, when non-tapered molecular traps are used, the micropipette used as the microcolumn housing is modified as follows:
A microcolumn housing such as a micropipette tip is formed by injection molding or other means well known in the art. The distal end of the housing is modified to provide a conventional micropipette with at least one bayonet-like projection. In one embodiment, the protrusion is a continuous shelf according to the inner diameter of the housing end. However, in a more preferred embodiment, the at least one bayonet protrusion is a protrusion or a triangular protrusion, more preferably 3 protrusions, even more preferably 6 protrusions. . Thus, when molecular traps are loaded into the housing, each is supported by at least one insertion protrusion. After the molecular trap has been filled into the housing, the portions of the sides of the housing that are directly adjacent to the molecular trap are pressed inward to some extent with slight frictional contact with the molecular trap. Care must be taken not to over-press to avoid destroying the molecular traps contained within. In a preferred embodiment, the pressing step is accomplished by heating the outer surface of the housing while cooling the internal molecular trap with a flow of cooling gas (preferably an inert gas). The heated housing is then forced inward using a gentle taper in the heated mold, thereby pressing the housing against the molecular trap.
[Example 8]
[0047]
Batch functionalization
Direct batch activation / derivatization of functionalized porous molecular traps
Direct batch activation / derivatization of microcolumns is directed to any reactive chemical group that binds to a typical affinity ligand and provides environmentally stable binding. Batch activation / derivatization methods proceed in numerous ways, primary amines, carboxylic acids, thiols that can be activated by organic and inorganic reagents such as homobifunctional, heterofunctional or polymeric reagents. Activation / conjugation chemistry is targeted for biological modification with groups, sulfhydryls, hydroxyls, allyl groups, azides, aldehydes, hydrazides, maleimides, triazines and the like.
[0048]
This example illustrates one of these methods by glutaraldehyde activation, followed by ligand coupling of primary amine groups with aldehyde groups on the glutaraldehyde-porous molecular trap. First, an amine functionalized molecular trap was prepared using glutaroaldehyde (25 mg in 0.10 M sodium phosphate) using sodium cyanoborohydride (10 mg / mL) mediated coupling (reaction times ranging from 1 hour to overnight). % Solution, pH 7.8, 100 mM NaCl buffer). After rinsing several times with phosphate buffer, the active aldehyde groups on the glutaraldehyde matrix are incubated with the ligand of interest, such as a protein antibody. Uncoupled (excess) ligand is removed by extensive rinsing with HBS buffer (10 mM HEPES, pH 7.4, 0.15 M NaCl, 0.005% surfactant P20). This derivatization process produces a molecular trap with a high analyte binding force. The molecular trap is then packed into a P-200 pipettor tip.
[Example 9]
[0049]
Batch amine activation, amplification, reactivation and derivatization of functionalized porous molecular traps
Amine → CHO → Polyamine → CHO → Ab
Activation of the microcolumn by amplification allows other methods for handling ligand coupling. Cross-link medium / high molecular weight amine polymers such as polylysine, aminodextran or amine-modified starburst dendrimers to functionalized / activated porous molecular trap surfaces by various appropriate chemistries to create amplified amine surfaces Let A glutaraldehyde-active amine microcolumn is incubated with polylysine in sodium cyanoborohydrate mediated coupling. The polyamine microcolumn is then reactivated with glutaraldehyde, rinsed with water, and conjugated with a protein ligand.
[Example 10]
[0050]
Suppression of non-specific binding by batch surface amine modification activation / derivatization of functionalized porous molecular traps
Amine → CHO → Poly-amine → NHS / EDC → Poly COOH → NHS / EDC →> Ligand
Another approach for ligand immobilization is through coupling of ligand-derived carboxyl groups to surface amines. An effective method of creating an amplified amine surface is to crosslink a high molecular weight polylysine, aminodextran, amine-modified starburst dendrimer or polyacryl hydrazide to a functionalized porous molecular trap surface and then a carboxyl-terminated crosslinker (e.g., By terminal carboxyl generation by various chemistries such as EDC mediated coupling of succinic anhydride or glutaric anhydride) or bisoxirane activation (becomes an epoxide activated surface). These carboxyl microcolumns are used to immobilize low pI protein ligands via EDC / NHS mediated activation / coupling. Specifically, polylysine microcolumns are incubated in bulk of succinic anhydride (or glutaric acid) (100 mg / mL anhydrous in 0.2 M sodium acetate, pH 4-5) to maintain pH by addition of dilute hydrochloric acid. However, the reaction is generally completed in 2 to 4 hours (ie, tnbs and ninhydrinamine test negative). The carboxy microcolumn is then activated with 100 mM NHS and 100 mM EDC in water at room temperature for 10-20 minutes, rinsed with water, and a slight vacuum is applied prior to protein ligand coupling (antibody 1-10 mg / mL). HBS buffer pH 7.5, shaker overnight at 4 ° C.).
Example 11
[0051]
Activation / derivatization of polymer-modified carboxylic acids in batches of functionalized porous molecular traps
Other methods are available for surface amplification with water-soluble carboxyl-containing polymers such as carboxymethyl dextran (carboxymethyl dextran, carboxymethyl agarose, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl amylose, polyglutamic acid, polyacrylic acid, carboxyl-modified starburst dendrimers). It is then accompanied by coupling of the ligand via the interaction of primary amine groups and carboxyl groups on the dextran matrix. First, an amine functionalized microcolumn was performed in 100 mM sodium phosphate, pH 4.8, 100 mM NaCl buffer via EDC (1-ethyl-3- (3 dimethylaminopropyl) carbodiimide) mediated coupling. Coupling to 15 kDa carboxymethyl dextran (CMD). After several rinses with phosphate buffer, the carboxyl groups on the dextran matrix are activated with EDC / N-hydroxysuccinimide (NHS; 100 mM each in water) and incubated with a ligand of interest such as a protein antibody. Unbound (excess) antibody was removed by extensive rinsing with HBS buffer (10 mM HEPES, pH 7.4, 0.15 M NaCl, 0.005% surfactant P20), after which the molecular trap was removed from P- Pack into 200 pipettor chips. This derivatization process produces a more cohesive microcolumn compared to a microcolumn that does not use an amplification layer (CMD matrix). The initial activation step of aminosilanization results in the amine surface (virtually functionalized surface), but increases the packing power away from the binding surface and is uniform throughout the entire microcolumn ( It is preferred to amplify the surface to ensure a homogeneous coating (thus reducing potential interactions that can occur on the glass substrate and cause non-specific binding).
Example 12
[0052]
Activation / derivatization of functionalized porous molecular traps with carboxymethyldextran carbonyldiimidazole (CDI) in batch
As another approach for ligand immobilization, the EDC / NHS activation method of the CMD layer is replaced with the activation of N, N′-carbonyldiimidazole (CDI). This activation method results in the conversion of carboxyl and hydroxyl groups present in CMD into imidazolyl carbamate intermediates that can react with primary amines or sulfhydryls present in affinity ligands. For example, a CMD microcolumn is rinsed with acetone followed by dimethyl sulfoxide (DMSO). Next, a 100 mg / mL DMSO solution of CDI is placed on a CMD microcolumn, evacuated, and this activation proceeds on an orbital shaker for 2 hours to overnight. The CDI activated affinity pipette is rinsed extensively with DMSO followed by acetone to form a CDI activated CMD microcolumn. Importantly, CDI activation media are known to be stable enough to allow monthly storage when given the correct storage conditions (ie (wet) isopropanol or (dry) inert gas or vacuum). It is that. Therefore, CDI can act as a stable activator of the microcolumn, and can be supplied in advance for a long period of time. Alternatively, the CDI activation matrix is incubated with the protein antibody of interest. Unbound (excess) antibody was removed by extensive rinsing with HBS buffer (10 mM HEPES, pH 7.4, 0.15 M NaCl, 0.005% surfactant P20), after which the molecular trap was removed from P-200. Pack into pipetta chips.
Example 13
[0053]
Batch in situ polymerization or copolymerization by surface polymerization of organic functionalized porous glass molecular traps
In this example, an organofunctionalized porous glass molecular trap (ie, methacryltrimethoxysilanation) is polymerized in situ with free radical initiation. Typical copolymerized monomers used include, but are not limited to, allyl dextran, allyl amine allyl glycidyl ether, acrylic acid, vinyl dimethyl azlactone, which are tetramethylene diamine (TEMED) or N, in water. Typical initiators such as N, N ′, N′-tetramethyl-1,2-diaminoethane and ammonium persulfate can be used to incorporate into a crosslinker such as methylene-bis (acrylamine). The degree of crosslinking and polymer size is controlled by the amount of initiator, polymerization time, and monomers available for termination. This surface reaction occurs with functional groups that are abundant in the polymer matrix covering the molecular trap surface. These groups can then be utilized for activation / conjugation to the ligand or subjected to further activation and amplification prior to activation and ligand coupling.
Example 14
[0054]
Metal chelator modified porous glass molecular trap
Incorporation of metal chelators into porous glass molecular traps is useful for recovery of metal binding biomolecules. The amine or polyamine microcolumn prepared in the previous example is placed in 0.1M phosphate pH 7 and evacuated using a rotary evaporator. The surface of the primary amine was then directly coupled at 20-100 mg / mL to a bifunctional chelator such as ethylenediaminetetraacetic acid dianhydride (EDTA-DA) and diethylenetriaminepentaacetic acid dianhydride (DTPA-DA). Thus forming metal chelate arms (TED and EDTA, respectively) that can bind metals tightly in the coordination of the complex to capture biomolecules.
[0055]
Alternative methods include ethylenediaminetetraphosphate (EDTPA), 1,4,7,10-tetracyclononane-N, N ′, N ″ -triacetic acid (NOTA), 1,4,7,10-tetracyclododecane -N, N ', N ", N'''-tetraacetic acid (DOTA), 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-N, N ′, N ″, N ′ ″-tetraacetic acid Metal chelator solutions such as (TETA), 1,2-bis (2-aminophenoxy) ethane-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid (BAPTA), N, N (biscarboxymethyl) L-lysine For example, using NHS / EDC (100 mM each, 0.1 M phosphate, pH 7) mediation to bind carboxyl groups to localized surface primary amines.
Example 15
[0056]
Pseudobiological ligand formation, preparation of batch dye functionalized porous glass molecular traps
Synthetic dyes are useful affinity ligands due to the advantage of reactivity with a wide variety of biological materials. Reactive dyes including but not limited to triazine dyes (ie, reactive black, reactive blue, reactive brown, reactive green, reactive orange, reactive red, reactive yellow, etc.) are, for example, convenient methods Was used to bind to an amino microcolumn. The target triazine dye, Cibacron Blue (50 mg / mL) was dissolved in distilled water and added to the amino microcolumn in a round bottom flask and allowed to react overnight under mild reflux. After ligand coupling, the pseudo-biological microcolumn was rinsed with water and incubated with 1N salt solution for 30 minutes under gentle reflux. After extensive water rinsing, the pseudo-biological microcolumns were dried either in air or under reduced pressure at 90 ° C.
Example 16
[0057]
Fabrication of batch ion exchange functionalized porous glass molecular traps
Incorporation of ion exchange media into porous glass molecular traps is useful for biomolecule binding, recovery and analysis or washing as a desalting surfactant in the sample (SDS removal). In this case, the amine or polyamine microcolumn is contained, for example, in a dextran ion exchange medium (eg, dextran sulfate, diethylaminoethyl dextran (DEAE-dextran), heparin sulfate, carboxymethyl dextran (product previously described in Example 10)). Activated for the purpose of hydroxyl grouping of carbohydrates, the surface of the primary amine is coupled with a bifunctional (or active) such as triazine, diglycidoxy ether (oxiranins or epoxides) prior to dextran ion exchange carrier coupling. Similarly, an epoxide functionalized microcolumn generated from the initial silanization reaction or copolymerization is used for derivatization.
[0058]
Alternatively, the amine microcolumn is incubated / coupled with an activated dextran carrier. A further example is the use of aldehyde groups on dextran carriers produced by sodium metaperiodate oxidation of dextran (proximity diol) ion exchange carriers. Specifically, dextran ion exchange medium (10-100 mg / mL) was incubated for 2 hours in the dark in 1M sodium metaperiodate (in water), after which the oxidized dextran ion exchange medium was washed with an organic solvent (ethanol / Precipitate in ether) or dialyze overnight in water. The oxidized dextran ion exchange medium is then incubated with an amine or polyamine microcolumn (0.1 M phosphate, pH 7.5).
[Example 17]
[0059]
Protein immobilization on microcolumn
Proteins with binding specificity are professionally treated as receptors and ligands for immunochemistry. These affinity proteins include, but are not limited to, protein A, protein G, avidin reagent and streptavidin reagent. Protein ligands, specifically protein A or G, are porous for capture / conjugation following capture of the terminal constant region (Fc) of the antibody or subsequent cross-linking prior to use as a biomolecule recovery agent Incorporated into glass molecular trap. The avidin / biotin system is used as an alternative linking agent to create a conjugate that has an amplification motif as well as strong binding properties when bound to an antibody or analyte.
[0060]
For example, the amine or polyamine microcolumn prepared in the previous example is placed in 0.1 M phosphate at pH 7 and evacuated using a rotary evaporator. The surface of the primary amine is then activated with glutaraldehyde (25%, 4-24 hours), rinsed, and functional protein reagent (or amine) in sodium cyanoborohydride (0.1 mg / mL) mediated coupling. Or hydrazide modified biotin) (1-10 mg / mL in HBS-EP).
Example 18
[0061]
Protein modification / digestion using microcolumns
Biomolecules with specific modifications or digestibility are used as receptors or ligands in biochemistry. These biomolecules include, but are not limited to proteins, peptides, enzymes, catalytic antibodies and the like.
[0062]
For example, trypsin modified microcolumns are prepared in the previous examples. When activated, trypsin specifically digests at either the arginine point or the lysine point in the amino acid sequence of the protein, such as the analyte protein of interest.
[0063]
Alternatively, other receptors can be used to combine two biomolecules into a single body, such as analyte phosphorylation by immobilized kinases.
Target manufacturing
Currently, target designs used in commercial manufacturing do not fully support the precise and consistent use of arrayed and / or bioreactive targets. Achieving a high degree of reproducibility between samples is very important for these targets.
[0064]
There are at least three target designs that can correct problems encountered when using current design targets. These designs are as follows.
Trapezoidal target
In the first embodiment of the target according to the present invention, there is a “matched set” target in which the amount of analyte can be strictly applied to a limited area and does not have to worry about spreading beyond the active area of the target. A certain amount of analyte will form a meniscus at the top of the platform formed on the target and will not ooze out on both sides of the platform if properly designed. Due to this meniscus action, the analyte typically has a divided volume of about 2-3 μL. This volume is almost 4mm with little fear of overflowing from the enzymatically active area. 2 Fully and fully protect the target area. Thus, irregular digestion due to exposure of the analyte to various changes in the amount of enzyme is eliminated by (only) completely protecting the active surface of the target. Furthermore, if the target is placed in a suitably moistened incubator, a volume of about 2-3 μL will not evaporate. Thus, irregular digestion due to sample drying is eliminated by maintaining a constant sample volume on the table.
[0065]
In manufacturing, the platform is processed into a metal substrate target that attaches to a larger target (stainless steel) that is ultimately introduced into the apparatus. The height of the platform is determined empirically by criteria that appear to be the minimum height necessary to avoid analyte diffusion. A height of about 0.5 millimeters is usually sufficient; a height that can be easily introduced into the facilitating region of all MALDI-TOF devices (minimum tolerance of about 2 mm). Thus, the overall dimensions of the table are dimensions that sufficiently limit the object to be analyzed without introducing errors derived from the apparatus into the analysis.
[0066]
The second embodiment uses a thin sized metal target that is attached to the device with a tongue-in-groove design. Due to the thin dimensions of the targets and the need to have grooved mounting brackets, it is not feasible to machine (machine finish) these targets. Thus, a pressing method is used to create the platform (pressing the target from the back). It should be noted that the pressing method requires proper punching of the machine.
[0067]
Suitable substrates are empirically determined for solvent compatibility, gold coating as well as vacuum compatibility used during manufacture. Initially, the substrate target is made from polystyrene that is compatible with the production solvent, is capable of highly uniform sputter coating, and has low outgassing properties. However, other polymeric materials can be used. The advantage of a polymer substrate target is that it can be manufactured in large quantities and inexpensively.
[0068]
The success criteria for this type of target are: 1) accurately limit the sample volume to the exact surface area, 2) do not reduce the performance of the instrument, 3) be easy, mass-produced and cost effective It is to determine the optimal trapezoidal geometry.
Hydrophobic / hydrophilic contrast of target or target array
A second embodiment design for highly reproducible bioreactive targets is to contrast the enzymatic active site with a hydrophobic medium that can limit the amount of analysis to the active region only. In this method, the enzyme is immobilized at a gold / DSP / enzyme spot generally located on top of the hydrophobic target. The simplest way to manufacture the control device is to build it from a hydrophobic material such as Teflon. The gold sample area is placed on the target by a masking / sputter coating process. The gold region is then derivatized using our normal activation / immobilization method. One concern associated with Teflon devices is that they change within the mass spectrometer. Such effects (changes at the sample stage due to ion removal) are always a concern in mass spectrometry designs. MALDI-TOF analysis was performed on a sample target made from a non-conductive material (eg, quartz target or gel), but had little effect from sample loading. These effects are further minimized using the delayed extraction method available in all commercially available MALDI-TOF instrument uses. However, any disruption to the mass spectrometric performance by the target can be removed by such methods as including the electrical binding of the enzymatically active surface in the masking / gold coating process.
[0069]
Another possibility for the control device is to derivatize the metal substrate target to create a hydrophobic surface on which the hydrophilic enzyme active region is built. The manufacturing protocol of this method is more relevant than the previous method. It is necessary to follow a multi-step protocol in which the target is first coated with a hydrophobic medium and then the pattern of sample points is gold coated onto the hydrophobic coating using a masking process. This process consists of 1) Sputter coating of all targets with gold, 2) Activation with DSP (if necessary), 3) Immobilization of hydrophobic compounds, 4) Sputtering the target again with a pattern mask, 5) Fresh With gold activation and enzyme fixation. One example using this process is to gold coat the target and derivatize with 1-octadecanethiol (omit the DSP activation process). This process was used to create a C-18 derivatized surface. These surfaces are highly hydrophobic so that they can be easily observed with polka dots. Once the target is derivatized with a hydrophobic compound, a fresh gold pattern is applied by masking and sputter coating. The fresh gold is then activated and derivatized using, for example, a DSP / dextran / enzyme immobilization method. This process results in a hydrophilic enzyme activity spot surrounded by a hydrophobic medium. To highlight the visual contrast between active and hydrophobic regions, hydrophobic dyes containing a single primary amine and no other chemically reactive groups (eg Fast Violet B, Methylene Violet 3RAX) ) Can be used in place of the C-18 layer. Similarly, other classes of dyes or pigment-based hydrophobic compounds can be used to further create a visual contrast between the active and hydrophobic regions of the target. In a preferred embodiment, hydrophilic mercaptoundecanoic acid dissolved in isopropanol is microdeposited by flash on an arrayed target, dried and quickly covered with octadecyl mercaptan to form a contrasted target array. Contrast can be reversed for hydrophobic analytes or any combination thereof, including mixed SAM applications.
[0070]
The success criteria for this type of target is to find a general derivatization method (for high contrast targets) that is not too labor intensive or costly to prohibit large scale manufacturing.
Individual target (insert)
The design of the third target embodiment is the use of individual areas (inserts) that can be inserted into a substrate attached to a commercial mass spectrometer after digestion. This method is learned from the “matched set” described above. The insert is a pedestal or contrast design, making it economical for derivatization with higher cost enzymes (by using smaller amounts of higher concentrations of reagents). These targets (even when derivatized with low-cost enzymes) are extremely economical in terms of cost in research applications that can be used one by one.
[0071]
For success with this type of target, it is necessary to create a “matched set” design target as an insert that attaches to a target that is acceptable to a commercially available device.
Biochips and small array targets
Another embodiment of the target array is to incorporate a bioreactive surface into / onto an existing chip-type bioanalysis platform. Microchannel devices (chips) are currently used for protein analysis, followed by biomolecule separation (within one area) followed by enzyme treatment (within a second area on the enzymatically active region). As well as an ideal platform for MALDI-TOF analysis directly from the chip.
Other active surfaces, derivatization methods and assays
Amplification medium
In another embodiment, the surface amplification medium is used to increase the activity of the target array or enzyme activity target. One example of amplification is performed using a solution-based polymerization amplification method, a one-step activation coupling, or an in situ induced polymerization event. These modified surfaces exhibit a certain charge difference with carboxylic acid or amine amplifiers (which are themselves active or activatable).
General enzyme immobilization kit
An important product according to the invention is a fully activated general enzyme immobilization kit. The kit includes a number of affinity micropipettes, including affinity microcolumns, activated or activatable targets or target arrays (amplified or non-amplified) and pre-prepared buffers. The purpose of the kit is to eliminate the need for the end user to send the reagent to the manufacturer to immobilize the reagent by derivatizing the target in-house with a unique enzyme.
Ion exchange surface
In yet other embodiments, the target or target array can be derivatized with carboxymethyl dextran (CMD) that can perform a cation exchange process, so that, finally, during protein analysis in the presence of sodium and potassium buffers, Lead to a higher quality MALDI-TOF spectrum. With a CMD target, unwanted cations are removed from the solution and replaced with protons or ammonium ions, depending on the cation used to precharge the target.
Cation exchange (CE) target
The value of the CE surface has already been described; the reduction of unnecessary cations in the buffer is to reduce the heterogeneous signal, thereby increasing the sensitivity of the mass spectrum (signal homogenization). The reduction of alkaline cations by using a CE surface can also improve the homogeneity of the matrix during sample preparation. These properties are useful for MALDI-TOF analysis of both proteins and nucleic acids. In one embodiment of the CE surface, a 500 kDa CMD amplification surface is used. 500 kDa CMD is selected because it has a higher exchange capacity than low molecular weight CMD. About 10 pmoles of CMD is 4mm 2 It is estimated that it can be immobilized on the surface of the target. Considering that each component of CMD has about 1,000 valence sites for exchange (about 30% monomer dextran converted to CMD), 10 nanomolar exchange power is 10 mM alkaline salt for the target. Is estimated to be equal to 1 μL aliquot. However, the interchangeability of the CMD target will have to be evaluated to determine the overall effectiveness in a pure sample. They consist of a single short DNA molecule (eg d (T)) mixed under various concentrations (0.1-10 mM) of buffer salt. 8 ) Is effective in removing alkali metals. DNA is selected for the test assay because of its high tendency to maintain alkali metals as counterions to the negatively charged phosphate backbone.
[0072]
When a standard CMD target is used, it is easy to reach the exchange limit below the concentration range of the buffer used for many biological applications. Stronger CE function (for example, sulfonate groups produced by chlorosulphonic acid treatment of dextran) and methods that can increase surface amplification (application of polymerized resin to produce macroscopic surfaces (10-100 micrometers)) are the target exchange capabilities Can be used to increase the level of harmful effects experienced during analysis of biomolecules present in moderate to high strength buffers.
Anion exchange (AE) target or target array
Anion exchange (AE) targets or target arrays are a further embodiment useful for sample purification by removing various anionic surfactants from solution. Specifically, the presence of sodium dodecyl sulfate (SDS) in protein solutions is always a concern during MALDI-TOF analysis. SDS generally perturbs the crystal formation required for the function of many MALDI matrices and therefore needs to be removed from solution as part of sample preparation. Another anion that may have a deleterious effect on the MALDI process is the phosphate ion.
[0073]
Polylysine amplification surfaces have inherent weak anion exchange properties. They are used for anion removal by analyzing a test mixture composed of about 5 proteins in the presence of various concentrations of SDS. The polylysine surface cannot provide the exchange capacity or strength necessary for removal of SDS from the solution at the relevant concentration (10 mmol). Diethylaminoethyl (DEAE) exchange groups can be used as an alternative to polylysine. Three derivatization schemes are possible to make DEAE. The first possibility is to couple diethylaminoethylamine to 500 kDa CMD using EDC-mediated chemistry or CDI activation. An inevitable limitation of this method is the need for complete saturation of the carboxylic acid group with DEAE. If not all groups are converted to DEAE, the surface will have both (predictable) cation and anion characteristics. The second method is to activate the polylysine surface with 1,5-difluoro-2,4-dinitrobenzene and attach DEAE to the surface via benzyl halide. This has been successfully done using the 1,5-difluoro-2,4-dinitrobenzene method to selectively immobilize peptides via their N-terminus. However, a possible cause of the failure of the method is that during the activation process, polylysine can be severely cross-linked, essentially forming an inert surface for further derivatization. The third chemistry is to attach diethylaminoethylamine to the surface amplified with CDI activated dextran. This method is a modification of CDI-CMD derivatization and should have a large exchange capacity while reducing heterogeneous cation / anion exchange. All of these preparations were tried and evaluated using test peptide mixtures in the presence of SDS.
Enzymes, assays, incubators
enzyme
Other embodiments use combinations of biomolecules to achieve a combined multifunctional operation. For example, the combined profile is a combination of two enzymes, such as alkaline phosphatase and endoprotease, that can be dephosphorylated following biomolecule mapping. Such an application is useful, for example, in elucidating specific phosphorylation sites present in regulatory proteins. Immobilizing phosphatase with various endoproteases achieves the ultimate goal of creating a surface that can be manipulated by pH. Activity can be assessed by assaying small phosphopeptides available from commercial suppliers.
[0074]
Yet another embodiment uses snake venom phosphodiesterase (PD). Targets successfully derived with PD by partial sequencing give a special dimension to the specificity of the primer extension method by PCR used to analyze short DNA fragments containing mutations present in microsatellite DNA. Immobilization of PD to a bioreactive target can be achieved by assessing activity using small oligonucleotides. Studies related to both AP and PD rely on general derivative protocols according to the present invention.
incubator
A common occurrence during proteolytic digestion using bioreactive targets in combination with affinity microcolumns is that the sample tends to dry (on the target or target array) during the digestion process. A modified oven / incubator capable of performing digestion over the temperature range (25-60 ° C.) was made to surround the bioreactive target in a constant humidity environment. Digestion was performed for more than 1 hour using this incubator with little sample loss. The device is small and portable (dimensions: 4 inches x 6 inches x 1 inch; approximately 0.5 lbs weight; 120 V) and operated at a single temperature (40 ° C sufficient for most applications of bioreactive arrays. ), With a “matched set” target, a sample volume of 1-2 μL can be maintained in a time limit of 1 hour and can be used in a robot station.
Example 19
[0075]
Application of biomolecules
Urine beta-2-microglobulin (β 2 m) Analysis
The porous glass molecular trap produced according to Example 1 above was activated and derivatized in a batch (30-50 per batch) prior to packing into pipettor tips forming an affinity pipette. After acid preparation (0.05M HCl for 1 hour, air dried), the porous glass molecular trap was refluxed with 10% aminopropyltriethoxysilane (Aldrich, Milwaukee, Wis.) In anhydrous toluene for 12 hours. The amine functionalized porous glass molecular trap was then placed in a reaction vessel and equilibrated for 15 minutes in a reaction buffer (100 mM sodium phosphate, pH 4.8, 100 mM NaCl) under slight vacuum. After equilibration, the buffer was loaded with 15 kDa molecular mass carboxylated dextran (CMD, Fluka, Milwaukee, Wis.) And 1-ethyl-3- (3 dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC, Sigma, St. Louis, MO) (reaction) The mixture was replaced with a mixture of 10 mg / mL each in buffer and air was evacuated again from the reaction vessel. The reaction was allowed to proceed for 1 hour (approximately 20 minutes and 40 minutes with two successive additions of EDC to the reaction mixture), then terminated and rinsed. Prior to antibody coupling, the CMD-porous glass molecular trap was vigorously rinsed with 100 mM sodium phosphate, pH 8.0, 0.5 M NaCl. The porous glass molecular trap was then activated with EDC / N-hydroxysuccinimide (NHS, Sigma, St. Louis, Mo.) (100 mM each in water) for 10 minutes, and affinity purified rabbit anti-human β 2 Incubated with mIgG (DAKO, Carpinteria, Calif.) (0.1 mg / mL in 20 mM sodium acetate, pH 4.7). Unbound antibody was removed by extensive rinsing with HBS buffer (10 mM HEPES, pH 7.4, 0.15 M NaCl, 0.005% surfactant P20). This manufacturing process yielded an affinity pipette with a binding force estimated at 10-100 pmol with a dead volume of about 1.5 μL. Anti-β 2 The m affinity pipette was found to be stable and active for a period of at least 3 months (by storage at 4 ° C. in HBS buffer) after antibody immobilization.
Biological fluid
All body fluids were obtained immediately before use; protease inhibitor cocktail (PIC, Protease Inhibitor Cocktail Set III, Calbiochem, La Jolla, Calif.) 2 m was added immediately to minimize the possibility of proteolysis.
Tear fluid: Human tear fluid is washed with double distilled water (ddH 2 The rinsing liquid was collected by washing with O). An eye rinse solution of 20 μL was mixed with 180 μL of HBS buffer and used as a stock tear solution. This stock solution was further diluted 10-fold with water (for MALDI-TOF analysis) or HBS buffer (for mass spectrometry immunoassay (MSIA) analysis).
Plasma: 44.7 μL of human whole blood is drawn from a lancet puncture finger under aseptic conditions using a heparinized microcolumn (Drummond Scientific Co., Broomall, Pa.), Mixed with 205 μL of HBS buffer, and 30 seconds Centrifugation (at 7,000 xg) pelleted red blood cells. 50 μL aliquots of supernatant were mixed with 200 μL HBS and the resulting solution was used for MSIA; aliquots were ddH for MALDI-TOF. 2 Further diluted with O (10 times).
Saliva: Human whole saliva is ddH for preparation for MALDI-TOF or MSIA 2 Each was diluted 100-fold with O or HBS buffer.
Urine: human urine, ddH 2 Prepared for MALDI-TOF by 100-fold dilution with O; 2-fold dilution with HBS buffer was used for MSIA.
Mass spectrometric immunoassay (MSIA)
MSIA uses an anti-β using a manual P-200 micropipettor. 2 It was performed on the biological fluid by repeatedly sucking the fluid through the m-affinity pipette (approximately 20 times). After repeated flow incubation, the affinity pipette is rinsed with 2 mL HBS buffer (by sucking and discarding HBS in 200 μL aliquots) and then ddH 2 Rinse with 1 mL of O (using the same wash and disposal method). In the final water rinse waste, it was confirmed that all residual water was expelled from the affinity pipette. 3 μL aliquot of matrix solution (1: 2, acetonitrile: ddH 2 Retention compound by sucking α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (ACCA; Aldrich, Milwaukee, Wis.) In O, 0.2% TFA into an affinity pipette (enough to cover the microcolumn) Was eluted from the affinity pipette, at which point the matrix / eluate mixture was deposited directly onto the MALDI-TOF target. MALDI-TOF mass spectrometry was performed using a mass spectrometer. In summary, the apparatus uses a two stage 30 kV (2 × 1 cm; 15 kV / stage) continuous extraction source to accelerate ions to the entrance of a 1.4 m flight tube containing an ion guide cable. Pulsed N 2 Ions generated using a laser (337 nm) were detected using a hybrid single channel plate / -3.8 kV bias discrete dynode multiplier. The spectra were recorded using an average transient recorder while monitoring individual laser shots using a separate oscilloscope and reducing the laser intensity during capture (when measured).
Quantitative
Internal standard: Horse β 2 m (Eβ 2 m) is human β 2 m (Hβ 2 m) and high similarity (about 75% sequence homology), Hβ 2 Mass difference from m (MW Eβ2m = 11402.9; MW Hβ2m = 11729.7) was selected as an internal standard for quantification because it is decomposable and readily available. Fresh horse urine was collected (at a local stable) and immediately treated with a protease inhibitor cocktail. Insoluble compounds were removed from urine by cooling overnight (at 4 ° C.) and then centrifuged at 5,000 × g for 5 minutes. The urine was then concentrated 20-fold with a 10-kDa MW cut-off filter, replaced several times (4 filters / 200 mL urine) and rinsed repeatedly with HBS and water. Treatment of 200 mL fresh urine results in 10 mL β 2 m-rich equine urine was obtained and used as a stock solution for the internal reference solution for analysis about 100 times.
Calibration curve: Hβ 2 Quantification of m was performed. In summary, the standard is 1.0 mg / L stored Hβ. 2 m prepared by stepwise dilution to a concentration of 0.1 mg / L (ie, x0.8, 0.6, 0.4, 0.2, 0.1 in HBS); 0.1 mg / L The solution was a stock solution of the same serial dilution spanning the concentration at the second decimal place (0.01-0.1 mg / L). Hβ 2 A blank solution containing no m was prepared. Samples for MSIA were prepared by mixing 100 μL of each sample with 100 μL of stored horse urine and 200 μL of HBS buffer. MSIA was performed as described above, respectively, and Eβ 2 m and Hβ 2 m Both were extracted simultaneously. Ten 65 laser shot MALDI-TOF spectra were taken from each sample and each spectrum was taken from a different location on the target. Care was taken during data acquisition to maintain an ion signal in the upper 50-80% of the y-axis width and avoid saturating individual laser shots. The spectrum is obtained by Eβ 2 Normalize to m signal, Hβ 2 The m signal was determined. The integrals of 10 spectra taken for each test standard were averaged and the standard deviation was calculated. Hβ 2 A calibration curve was drawn by plotting the average value of the standardized integration of each standard against m concentration.
Screening: Urine samples were collected from each person, treated with a protease inhibitor cocktail and cooled to 4 ° C. The urine sample was immediately centrifuged for 5 minutes (at 5000xg) prior to analysis to remove precipitated material. In preparation for MSIA, 100 μL of each urine sample was mixed with 100 μL of stored horse urine and 200 μL of HBS. This process is the same as the process used to create the calibration curve, except that the standard is replaced with a human urine sample. MSIA was performed as described in the standard curve section.
Affinity and pipette evaluation / Biological fluid screening
Affinity pipettes were evaluated by screening biological fluids that were easily obtained in large numbers. The intent of the screen was to measure the degree of non-specific binding to each body fluid and to easily look up other rinsing protocols that reduce the contribution to non-specific binding. FIG. 2a shows the MALDI-TOF spectrum of diluted human tears, the spectrum showing the compound retained in MSIA. High concentrations of protein present in tears dominate the MALDI-TOF spectrum: lysozyme (MW calc = 14,696; MW obs = 14,691) and tear lipocalin (MW) calc = 17,444; MW obs = 17,440). Other polypeptide signals are likely in the 2-5 kDa range, possibly β 2 A low intensity signal is observed at m / z = 11,727 Da due to m. The MSIA spectrum is preferentially retained β 2 m (MW calc = 11,729; MW obs = 11,731), and the signals for lysozyme and other non-specific compounds are weakened. FIG. 2b shows MALDI-TOF and MSIA spectra of diluted human plasma. As usually observed during direct analysis of serum or plasma, the MALDI-TOF spectrum is dominated by the signal from albumin. There are other lower m / z signals, but β 2 No m signal is observed. The MSIA spectrum is preferentially retained β 2 A strong signal with m and a few other signals with non-specific compounds. FIG. 2 c shows diluted saliva (MALDI-TOF) and saliva proteins retained in MSIA. The MALDI-TOF spectrum shows a number of signals in the 1-18 kDa range where the peptide region is most prominent; 2 No signal corresponding to m is observed. The MSIA spectrum obtained using the normal rinsing protocol shows that the selectively retained β 2 Signals by non-specific compounds in m and multiple low molecular mass ranges are shown. Additional rinses with 0.05% sodium dodecyl sulfate (SDS) resulted in HBS rinse and ddH 2 A second MSIA analysis contained between O rinses was performed (FIG. 2c). Although SDS rinsing did not completely remove the low mass signal, 2 Their contribution to the mass spectrum was greatly reduced without a proportional decrease in the m signal. FIG. 2d shows the spectrum resulting from the analysis of human urine. The MALDI-TOF spectrum shows multiple signals in the peptide region 2 There is no m signal. The MSIA spectrum shows β with a few additional signals for non-specific compounds. 2 The m signal dominates.
[0076]
The porous glass molecular trap used for affinity pipettes worked well in biological fluid screening. Intermediate CMD amplification of amine functionalized porous glass molecular traps provided a large hydrophilic surface with multiple attachment points (carboxylic acid groups) for antibody coupling. As a result, the antibody loading of each affinity pipette 2 It is just enough to capture the low concentration of m. Alternatively, the hydrophilic surface can be washed free of most non-specific binding compounds by rinsing with an aqueous ionic buffer. With the exception of saliva samples, MSIA 2 While the signal derived from m was overwhelming, a moderately clear mass spectrum was shown. An SDS wash of the saliva screen improved the spectral quality but did not completely remove all non-specific compounds. In a similar study, these compounds (identified by mass as lysozyme, α-defensin, histatin) were found to have a pI of about 10 and a moderate pH (7.8) and salt of HBS buffer. This suggests retention by charge interaction (with free carboxyl groups) that is not destroyed by the content (150 mM NaCl). Therefore, if the saliva screen appears to be biologically important, other rinse combinations (eg, high salt or various surfactants) need to be examined. However, the presence of non-specific compounds (in any of the samples) 2 It is worth noting that it has been identified by direct detection at a characteristic molecular mass without interfering with the unambiguous determination of m.
Quantitative
Protein quantification using MALDI-TOF requires the use of internal standards to compensate for sample composition spot-to-spot differences that cause variations in the laser intensity and analyte ion signal. Proteins with characteristics that are different from the protein of interest are MALDI-TOF quantification of affinity recovered species during internal protein quantification, either directly during protein quantification or by addition of internal standard to peptides eluted from bead affinity media. Internal standards that generally behave like the analyte during laser desorption / ionization are generally preferred. This requirement is met in MSIA by selecting internal criteria with sequence homology with the target protein: remodeling by enzymatic / chemical modification of the target protein, cleavage / extension recombinant of the target protein, isotope Rich media (for example, 15 N or 18 O) Recombinantly expressed (same) target protein, same protein as various biological species. Once the receptor is able to capture both the target protein and the internal standard, MSIA can design around a single receptor system. Separately, it is possible to envisage two receptor systems where one receptor is used to recover the target protein and another receptor is used to recover the internal reference.
[0077]
The internal standard chosen here is horse β 2 m (Eβ 2 m) which has 75% homology with the human counterpart and Hβ 2 About 300 Da below m (thus both species share similar characteristics and are easily analyzed in the mass spectrum). For example, polyclonal anti-β 2 mIgG and Hβ 2 m or Eβ 2 Even without data on the relative dissociation constant between m and m, preliminary studies have shown that the antibodies exhibit sufficient cross-reactivity to retain both species. FIG. 3a shows Hβ at a concentration range of 0.01 to 1.0 mg / L. 2 The spectrum showing the MSIA analysis of m standard is shown. Eβ 2 Each spectrum normalized to m signal is one of 10 65 laser shot spectra taken at each test point. Hβ 2 10 standardized Hβ of each standard for m concentration 2 The m-integral average is plotted, resulting in the calibration curve shown in FIG. 3b. By linear regression fitting of the data, I / O> 3 with a detection limit of 0.0025 mg / L (210 pM) and a limit of quantification of 0.01 mg / L (850 pM), I Hβ2m / I Eβ2m = 4.09 [Hβ in mg / L 2 m] +0.021 (R 2 = 0.983). The standard error was about 5% at all points on the calibration curve.
Β in urine samples 2 Quantitative determination of m
Ten samples were collected from 4 persons: female (31 years old, pregnancy; sample 1 specimen (F31)), male (30 years old; sample 4 specimens (M30) over 2 days), male (36 years old; 2 days) 2 samples (M36)), male (44 years; sample 3 samples (M44) over 2 days). When the samples were taken, all were in good health. FIG. 4 shows the results obtained by MSIA of 10 urine samples. The bar represents the β determined for each sample 2 m concentration and the insertion spectrum on each bar is Eβ 2 Each Hβ normalized to m 2 m signal is shown. The data for 10 samples are 0.100 ± 0.021 mg / L (High = 0.127 mg / L; Low = 0.58 mg / L) β 2 It shows remarkable agreement with the average concentration of m. Additional analysis was performed on urine samples obtained from an 86-year-old elderly woman (F86) who recently had a kidney infection. Β found in this sample 2 Because of the significantly higher concentration of m (see insert spectrum), β within the dynamic range of the calibration curve 2 In order to maintain the m signal, also the β of F86 2 In order to accurately establish the m concentration (3.23 ± 0.02 mg / L), it was necessary to quantitatively dilute the urine 10-fold.
Post-translational modification
Mass-selective detection of MSIA can be found in β 2 Allows discovery and quantification of m variants. Second, during quantitative screening of urine samples, higher molecular mass species (Δm = + 161 Da) 2 extracted with m. This species is probably β 2 m glycosylated (one hexose), most notably observed in F86. FIG. 5 shows the overlap of two MSIA spectra taken from urine of F86 (20-fold dilution) and M36 (no dilution; for comparison). Glycosylated beta 2 The concentration of m is much higher at F86 than at M36. Glyco-beta 2 The specific cause of the increasing concentration of m is not certain at present.
[0078]
In previous studies, glycosylated Hβ 2 m is glycosylated Hβ by direct MALDI-TOF analysis of reasonably high-doped serum 2 The quantification of m was reported. Due to inadequate mass spectral resolution and serum interference, the curve fitting routine may cause multiple Hβ 2 m-glycobody signal is used to untangle, and then the integral is reconstructed with reasonable linearity (R 2 = 0.88) for use in plotting calibration curves 2 It was standardized to m. However, the data presented here is remarkably good and can clearly support rigorous quantification without the aid of fitting work, but unmodified β 2 The standard curve plotted for m is the glycosylated β 2 It is uncertain whether it can be used directly for exact quantification of m. Such correlations include both β 2 It is necessary that the affinity constant and desorption / ionization efficiency of the m-body are equal. With respect to affinity constants, the affinity purified polyclonal antibody used here has a broad cross-reactivity (Hβ 2 m and Eβ 2 as illustrated by the co-extraction of m), so that both Hβ 2 There is a high probability that m-body is extracted with similar efficiency. Similarly, the addition of a single carbohydrate moiety should not strictly reduce the relative desorption / ionization efficiency. As a result, glycosylated β 2 The concentration of m-body is the wild type β in urine samples from healthy individuals. 2 β at 0.072 mg / L at approximately the same concentration as m 2 It can be estimated using an m calibration curve.
[0079]
Wild type and glycosylated β 2 Regardless of whether both of m can be quantified using a single calibration curve, the wild-type β determined in MSIA 2 The concentration of m is strictly wild type β 2 It is particularly important that it represents only the concentration of m, not the combination of both species. Thus, MSIA has particular advantages over other methods that cannot discriminate between similar forms of the target analyte. So, increased β 2 m concentration is used as a general indicator of immune system activity, while β 2 m-glycosylation is associated with more specific diseases (eg, advanced glycosylated end-products associated with dialysis-related amyloidosis) and MSIA involves these independent contributors The result is a more accurate connection of a specific biomarker to a specific disease.
[0080]
The manufacturing process used in this report produced an affinity pipette with a speculative binding force of 10-100 pmol, while having a dead volume of about 1.5 μL. This binding / elution ratio is related to β found in biological fluids. 2 It was found that this was sufficiently commensurate with the m concentration. In addition, β using an affinity pipette 2 Efficient capture of m reduced the sampling volume (less than 100 μL of biological fluid). Furthermore, the affinity pipette chemistry used here shows that three of the four biological fluids show little non-specific binding, and even the fourth {saliva) does not introduce analytical interference into the analysis. It was.
[0081]
The quantitative ability of MSIA is clearly illustrated in the present invention. Β examined here 2 The concentration range of m (0.010 to 1.0 mg / L) 2 Sufficient to handle m concentration. Good linearity is the width of two 10 units (R 2 = 0.983) or more. The selection of an appropriate reference standard is important for accurate quantification, and in this example, β 2 Satisfied by the use of m-rich horse urine. However, even if equine urine is seen as an ideal background medium (to mimic the true analytical material closer to the buffer), if a large number of samples are analyzed over a long period of time, the future Purified Eβ to ensure consistency in analysis 2 It is necessary to replace with m.
[0082]
Although the screening studies presented here are not extensive enough to be considered clinical trials, they have been performed directly on biological samples such as urine samples. 2 Illustrates the usefulness of MSIA in accurately identifying and quantifying m. The four baseline people who provided urine for this project 2 He was considered healthy because he had no known genetic illness associated with m or had no illness within one month prior to analysis. Β retained from the sample 2 β with a molecular mass corresponding to the wild-type sequence of the protein by quantitative evaluation of m 2 m single signal was revealed (experimental error within 0.02%, Eβ 2 Spectrum corrected internally by using m signal; see FIG. 4). Quantitative analysis within the group was consistent with that found in the control group of other studies and was significantly consistent 2 m concentration is shown. As a control, urine samples obtained from elderly people with poor health are 2 The m concentration showed a significant increase (approximately 30 times greater). This estimate can be easily detected in the mass spectrum β 2 It should be noted that this was done without interference from the high mass mutant of m (FIG. 5). The most reasonable explanation for the observation of two mass-shifted (still related) signals in a mass spectrum is: 1) the presence of a wild-type protein, 2) a genetic polymorphism or a variant present by post-translational modification. . In this specific case, the mutant is β 2 As the glycosylated form of m, it is most easily identified by a mass shift of +161 Da; mutants due to genetic polymorphism have a single nucleotide polymorphism (ie, [TGG]-[GGG], resulting in Trp- Gly; dm = 129.15 Da) and is essentially excluded because it is larger than the mass shift. However, if mutants were present in the sample that possessed a significant mass shift (> 15 Da) as a result of genetic polymorphism, they were glycosylated β 2 would have been recognized as m.
[0083]
Finally, in the MSIA, the analysis is performed fairly quickly and relatively easily, so this method is particularly useful for rapid development of analytical methods and analysis of large numbers of samples. The speed of analysis opens up the possibility of developing real-time methods that can be easily modified in incubation and rinsing protocols when analyzing experimental results that have just been completed. Once these methods were developed and optimized, they could be easily applied to biological fluid screening. Here the samples were analyzed at a rate of about 3 species / hour, allowing several analyzes to be performed in a given individual within one day (shown in FIG. 4, M30). This analysis rate was inherently limited by instruments that were not designed to accommodate multiple sample processing-this time, from sample preparation to analysis. However, the use of parallel pipette stations and mass spectrometers that accept multiple samples in one arrayed format can increase this analysis rate to several hundred times a day. We now describe a pipette station that processes 96-well format titer plates to simultaneously prepare, modify, incubate, capture and rinse multiple samples using a composite affinity pipette in this manner. The sample is then eluted onto the same format mass spectrometer target array.
Integrated automatic device
The mass assay system of FIG. 7a is a high throughput of new nascent fluid analytes with affinity microcolumns in a conduit system that includes one or more functional prestations, use stations, analysis stations and poststations. This is an extraction system. The prestation initiates sample information and organizes, prepares, and formulates the component sample array and target for use by the preworkstation and analysis workstation. For incoming biological fluids, sample identification is performed, which allows initial sample parameters such as biological sample type (blood, urine, cell culture, etc.), patient history, pathology, chemical parameter profile (pH, turbidity) Etc.), and a sample classification database for integration with the final output analysis data is provided, facilitating a database of fit and feedback. Through pre-station high-speed liquid manipulation and subsequent labeling and tracking, the identified biological fluid from the sample source is distributed to the individual sample collection arrays that are separated and labeled for tracking (eg, barcode / laser reading). Further, in-line operations such as appropriate dilution or modification (pH, addition of surfactant, etc.) are performed. Another function of the prestation is the preparation and loading of array components. Here, but not limited to, an array of components such as solid components (plastic, glass, metal, etc.), liquid reagents, targets, etc. is formed and / or dispensed into an appropriate array and loaded into the initial workstation. From the prestation, the array of molecular traps is accessed by the start / storage / sample station, the initial station, or relocated to a use station for sample processing.
[0084]
Examples of pre-station processing include, but are not limited to, assembling a porous molecular trap into an affinity pipette, array labeling, sample preparation, and sample modification. These treatments include solid sample arrays (such as plastic microtiters), array labels, chemical / modifying reagents (eg, storage reagents, activation reagents, buffers, surfactants, reducing agents, etc.), rinse solutions (buffers) , Ultrapure water, etc.), desorbing liquid (MALDI matrix, acid, base, surfactant, etc.) and an analysis target.
[0085]
The prestation combines the activation of ligand and analyte by separate microcolumns, sample collection / separation function, and sample transfer / elution function. Preferably, multiple samples are loaded into the prestation and the multiple samples are spatially arranged in alignment with the molecular trap array so that one sample corresponds to a single molecular trap in the molecular trap array.
[0086]
The sample array is automatically relocated from the pre-station to the use station. The station of use is where the samples and specific analytes contained therein are processed. In one embodiment, one end of the molecular trap array is lowered to the sample and this same sample is drawn into each molecular trap. Since each molecular trap has an affinity receptor located on the surface of the molecular trap, drawing a sample into the molecular trap will contact any of the specific analytes sought by the affinity receptor. Each molecular trap in the array can have a different affinity receptor than the affinity receptors of other molecular traps in the array, thus targeting different specific analytes from the same or different media It becomes possible. The sample material can be drawn into the molecular trap once or several times. After sufficient specific analytes have been captured by the molecular traps in the array, the remaining or uncaptured medium is rinsed at least once (although other embodiments may not require a rinsing step) ). After washing away the non-target compounds, they are eluted from the molecular trap by contacting the specific analytes that have been captured with a solution selected to block affinity interactions. The specific analytes that are eluted can then be prepared directly for mass spectrometry or further prepared for processing such as, for example, enzymatic / chemical modification, and subsequently prepared for mass spectrometry. To do. The prestation may consist of multiple locations for chemical modification, molecular traps, functionalization, biological fluid analysis and / or transport. The last specific analytes eluted are relocated to the target array by stamping them on the target array.
[0087]
Referring to FIG. 7b, the preferred embodiment of the use station further includes a microcolumn manifold to which an array of molecular traps is attached. The microcolumn manifold is attached to the head of an automated device that physically moves the array of molecular traps during each processing station. The physical motion of the microcolumn manifold can be right angle (xy) or circular (rotation) behavior. Alternatively, the microcolumn manifold in the use station may be stationary and the processing station may be relocated under the array of molecular traps. Similar to the physical motion of the microcolumn array described above, the physical motion of the processing station can be right angle (xy) or circular (rotation) behavior. In a further embodiment, it is contemplated that both the microcolumn manifold and the processing station are in physical motion together.
[0088]
In a preferred embodiment, the target array is automatically relocated to a storage / loading station that can contain at least one target array. From the storage / loading station, the target array is transferred using an interaction database to an automated mass spectrometer capable of multiple sample entry and automatic processing / data analysis.
[0089]
Automated mass spectrometers are implemented with specific analytes or modified fragments detected with high accuracy. Software capable of recognizing differences between samples or from standards is used to assist in the analysis of a large number of samples and is the basis for establishing new information systems, namely structural function systems, clinical systems, diagnostic systems and biochemical systems Create an appropriate database. Biochemical systems are generally involved in the types of molecules found in biological organs and cover the full range of catabolic and anabolic reactions that occur in biological systems such as enzymatic reactions, binding reactions, signal reactions, and other reactions. including. Other biochemical systems include model systems that mimic specific biochemical interactions. In the practice of the present invention, examples shown within the context of the present invention of interest include, for example, receptor ligand interactions, protein-protein interactions, enzyme-substrate interactions, cell signaling pathways, transport reactions, genotyping, A phenotypic classification.
[0090]
After analysis by mass spectrometry, the target array can be transferred to the post station for sample processing following mass analysis or further analysis.
[0091]
Thus, in one aspect, the invention will be useful for screening ligands or compounds that affect the interaction between a receptor molecule and its ligand.
In-robot sensuality
Example 20
[0092]
Amine activation / derivatization in an automated device for functionalized porous molecular traps
Another method involves automatic device integration in the format described above, in the process, protocols such as glutaraldehyde activation and ligand coupling are used for coordinated activation / derivatization in the automatic device. Here the amine functionalized porous glass molecular trap is dry loaded / installed (manually or mechanically assisted) into a warm P-200 wide bore pipette affinity pipette (Roggins Corp.) and loaded into a plastic 96 rack Is done. This rack is installed on stage 1 of a 6-stage automatic apparatus, loaded with microtiter plates containing various coupling solutions and rinse solutions, connected to a personal computer, and controlled by software. The coupling of glutaraldehyde to the amine microcolumn was from a 96 well microtiter plate in position 2 containing 110 μL of 25% glutaraldehyde solution in 0.10 M sodium phosphate buffer, pH 7.8 per well. , Using 100 repeated aspirations. This initial coupling requires extensive HBS buffer rinsing (110 μL / well) achieved at station 3 (containing a second 96-well microtiter plate, 50 repeated aspirations), thereby speeding up Automatic device-mediated activation coupling (reaction time 10-20 minutes). After the final water rinse at station 4 (approximately 50 repeated aspirations), the activated aldehyde groups on the glutaraldehyde matrix are then station 5 (0.1-1 mg / mL, 55 μL / well, approximately 200 aspirations). Incubated with the protein antibody of interest. Uncoupled (excess) antibody was exhaustively used at station 6 with HBS buffer (10 mM HEPES, pH 7.4, 0.15 M NaCl, 0.005% detergent P20, 50 repeated aspirations). Remove with a clean rinse.
Example 21
[0093]
Amine activation, amplification, reactivation and derivatization of amine microcolumns in automated equipment
One extension of the method shown above is the automatic device integration of glutaraldehyde activation, followed by amplification in the automated device and reactivation prior to ligand coupling, in a coordinated manner in the automated device. Activation / amplification / derivation. In this example, an aldehyde functionalized porous glass molecular trap (aldehyde microcolumn) is prepared and loaded at position 1. Next, the activated aldehyde groups on the glutaraldehyde microcolumn were incubated with polylysine (30-300 kDa) (110 μL, 1 mg / mL in HBS) loaded at position 2 of the automated instrument stage to form one polymer backbone. From which fresh glutaraldehyde-mediated activation takes place, and the antibody binds to the surface of the amplified microtop.
[0094]
Following this initial coupling step, a thorough rinse at station 3, 50 repeated aspirations of HBS buffer, results in a rapid automated device-mediated activation coupling (reaction time 30 minutes). After the final water rinse at station 4 (approximately 50 repeated aspirations), the activated aldehyde groups on the glutaraldehyde matrix were removed at station 5 (0.1-1 mg / mL, 55 μL / well, 200 repeated aspirations). When incubated with the protein antibody of interest, the MASSAY microcolumn becomes an affinity pipette. Uncoupled (excess) antibody is removed by rinsing thoroughly at station 6 with HBS buffer (10 mM HEPES pH 7.4, 0.15 M NaCl, 0.005% detergent P20).
[Example 22]
[0095]
Preparation of chemically masked target and microcolumn elution for MALDI-TOF
The arrayed target provides a hydrophilic target that serves to localize the analyte sample sent from the microcolumn under elution conditions. These elution conditions vary depending on the purpose of the analysis, and are commonly used MALDI-TOF matrix (acetonitrile: 0.2% TFA aqueous solution of alpha cyano-4-hydroxycinnamic acid in a ratio of about 1: 2. ), Diluted acid, diluted base, chaotropic agent and the like.
[0096]
In this example, the target surface is coordinated with a hydrophobic background in a chemical mask prepared for the intended analysis, depending on the type of biomaterial used in the assay of interest. It consists of a working contrasting array. Regardless of the purpose, the first requirement is a series of surface washes of rinse and incubation. First, the target surface is washed with a surfactant, rinsed with water, rinsed with methanol, and then incubated in a 10-15% aqueous hydrogen peroxide solution at room temperature (or elevated temperature) for 30 minutes to 1 hour. The cleaned surface is then water rinsed, methanol rinsed and nitrogen dried, and the target area is derivatized with an interesting alkyl mercaptan. For the cation exchange surface, 11-mercaptoundecanoic acid or 3-mercapto-1-propanesulfonic acid is used as a saturated solution in an organic solvent (such as isopropanol). The surface is immediately coated with a saturated solution of octadecyl mercaptan or rinsed with isopropanol followed by methanol and subsequently coated with a saturated solution of octadecyl mercaptan. The chemically contrasted or masked surface is for sample analysis by microcolumn analyte localization and mass spectrometry. These cation exchange surfaces are designed for operation with common biological materials and are particularly useful when assaying urine-derived materials. Masked targets are also made using positively charged functional groups and may be used as anion exchangers.
Example 23
[0097]
High-throughput integrated system for biological samples MALDI-TOF analysis
This example illustrates an integrated system for parallel processing and analysis of nascent biological fluid-related biomolecules while demonstrating the capabilities of a high-throughput integrated system. Shown in FIG. 8 is a beta-2-microglobulin (β) derived from a human plasma sample performed using the integrated system and method of the present invention. 2 m) High-throughput semi-quantitative analysis. Aliquots of diluted (5-fold) human plasma samples taken from 6 individuals were prepared for parallel screening on 96-well sample plates. 15 μL of plasma aliquot in each well (6 samples randomized on 96-well plates), 7.5 μL of equine plasma (undiluted, equine β 2 m including MW eq. β2m = 113966.6, MW hum. β2m = 11729.2) and 128 μL HBS (0.01 HEPES, pH 7.4, 0.15 M NaCl, 0.005% (v / v) polysorbate 20, 3 mM EDTA) buffer. Select 8 samples from 96 samples, and add β to 4 wells. 2 m 10 -2 Add 0.5 μL of the mg / mL solution and add the other 4 wells to the same β 2 1 μL of m solution was added. Parallel sample processing is 96 anti-β 2 With simultaneous incubation / capture of 96 samples on m-derivatized microcolumn. Polyclonal anti-β by coupling of carboxymethyldextran (CMD) -EDC mediated antibody to an amino-coated / modified microcolumn 2 An m microcolumn was made. The captured protein was extracted with a small amount of MALDI matrix (33% (v / v) acetonitrile, α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (ACCA) saturated solution in 0.2% (v / v) trifluoroacetic acid). It is stamped on the surface of a MALDI target array composed of a self-assembled monolayer (SAM) that is eluted from a microcolumn and chemically masked, resulting in a target array having a hydrophilic / hydrophobic contrast. Each sample spot on the target array is analyzed using mass spectrometry and the relative β 2 The amount of m is determined by an automated MALDI-TOF mass spectrometry software routine. The mass spectrum obtained from the high efficiency analysis of 96 samples is shown in FIG. β 2 The spectrum taken from the sample with the m standard solution added is black.
[0098]
The semi-quantitative data generated by the high-throughput system shown in FIG. 8 will be described using the bar graph display of FIG. Each spectrum shown in FIG. 2 Standardized to m signal, human β 2 The standardized integral for the m signal was determined. Total β of spectra obtained from the same individual sample 2 The m integrated values were averaged and the standard deviation was calculated. Similarly, 10 -2 mg / mL β 2 The integral values for the samples added with 0.5 μL and 1.0 μL of m solution were calculated and averaged. Depicted in this figure is a standardized human β for 6 individual samples and the sample to which the solution was added. 2 It is the average value of m integral. This bar graph shows β in the sample to which the solution was added. 2 clearly shows an increase in m concentration, and β in human blood 2 The value of high-throughput semi-quantitative analysis performed using the systems and methods described in the present invention, in fact confirming that increased concentrations of m are associated with a variety of disease states. .
[0099]
The integrated system and method described within the present invention is also similar to the human blood β of FIG. 2 m High throughput quantitative analysis. Six plasma samples were prepared as described in FIG. Of the 96 well sample plate, 15 μL of plasma aliquots in 88 wells (6 samples were randomized on 96 well plates). 7.5 μL of horse plasma (undiluted) and 128 μL of HBS buffer were placed. Purified human β 2 7.6 × 10 of m -4 Prepare a series of dilutions of the mg / mL standard solution (concentration is 7.7 × 10 -4 mg / mL to 1.14 × 10 -4 used as a sample (15 μL each) in the last row (8 wells) on a 96 well plate. Parallel sampling and MALDI-TOFMS analysis are performed using polyclonal anti-β 2 Performed as described in FIG. 8 using an m microcolumn. Mass spectra obtained from high throughput analysis of 88 samples and 8 standards are shown in this figure. The spectrum obtained from the standard sample is painted black.
[0100]
FIG. 11b is a calibration curve drawn from the data of FIG. 11a for the standard sample shown in FIG. This calibration curve is derived from β in human plasma samples screened by high-throughput analysis using the integrated system and method described in this invention. 2 It is made to determine the m concentration. A representative spectrum of data relating to each standard used to create a calibration curve is shown superimposed on FIG. 11a. Each spectrum is converted to equine β 2 Standardized to m signal, human β 2 Standardized integration values for the m signal were determined. The integrated values of the five spectra taken for each calibration standard were averaged and the standard deviation was calculated. The calibration (standard) curve is the human β in the standard sample (adjusted by the dilution rate of human plasma) 2 Plotting was done by plotting the average of the standardized integrated values of each standard against m concentration. The created calibration curve is shown in FIG. 11b. The concentration range is good linearity with a standard deviation <2% over the entire line (R 2 = 0.999).
[0101]
FIG. 12 shows a bar analysis of the data shown in FIG. 10 using the standard curve drawn in FIG. 11b. With respect to the 88 samples in FIG. 2 Standardized to m signal, human β 2 The standardized integral for the m signal was determined. Human β for the same individual 2 The m integral was averaged and the standard deviation was calculated. The mean integral value is converted by the equation derived from the standard curve, and human β 2 m concentration was calculated. The concentration range determined was 0.75 mg / mL to 1.25 mg / mL.
Example 24
[0102]
Combined integrated system method incorporating high-throughput affinity recovery for point mutations and bioreactive array MALDI-TOF analysis
FIG. 13 is a quantitative high-throughput screen of transthyretin (TTR) for post-translational modification (PTM), with point mutation (PM) performed using the integrated system and method described herein. did. Aliquots of diluted (5-fold) human plasma samples taken from 6 individuals were prepared in 96-well plates for parallel screening. Each well contained 15 μL of plasma volume (6 samples were randomized on 96 well plates) and 135 μL of HBS buffer. Parallel sample processing involves the simultaneous incubation / capture of 96 samples on 96 anti-TTR derivatized microcolumns. Polyclonal anti-beta by coupling glutaraldehyde-mediated antibody to amino-coated / modified microcolumns 2 An m microcolumn was made. The captured protein is eluted from the microcolumn with a small amount of MALDI matrix (saturated ACCA solution) and consists of a self-assembled monolayer (SAM) that is chemically masked to become a hydrophilic / hydrophobic contrast target Stamped on the surface of the MALDI target array. Each sample spot on the target array is analyzed using mass spectrometry, and the relative TTR amount is determined by an automated MALDI-TOF mass spectrometry software routine. The mass spectrum obtained from the high throughput analysis of 96 samples is shown in FIG. In all of the spectra, the TTR signal is accompanied by another signal of higher mass indicating the TTR that has undergone the post-translational process. Also, all spectra obtained from the analysis of a plasma sample showed two more signals about 30 Da higher than the two “original” TTR signals. See FIGS. 15 and 16 for identification of these peaks.
[0103]
FIG. 14 identifies the post-translational modifications and point mutations observed in the high-throughput TTR analysis using the integrated system and method described herein. Representative spectra from two sample analyzes are shown, showing the presence of 2 and 4 signals, respectively. In the upper spectrum, two signals attributed to TTR are observed. The signal is the TTR's theoretically calculated mass (MW TTR = 13,762) and oxidized TTR variants (TTR) resulting from cysteinylation at Cys10 (leading to a mass shift of +119 Da) ox ) Corresponds well to that. In the lower spectrum, in addition to the two TTR signals mentioned above, two more peaks are seen at a mass about 30 Da higher than the two “original” TTR signals. See FIGS. 15 and 16 for identification of these two peaks.
[0104]
Subsequent analysis of TTR point mutations was performed using a combination of a derivatized mass spectrometer target array and high throughput affinity recovery in the system platform and method described in the present invention, as shown in FIG. To clarify. The sample used is the same as that used in FIG. TTR of diluted (50 times in HBS) human plasma was captured by a polyclonal anti-TTR microcolumn as described in FIG. Capture protein is eluted with a small amount of 10 mM HCl on a trypsin-bound target containing a buffer-containing target spot (50 mM TRIS buffer, pH 9.5) for sample pH adjustment (buffer exchange) instead of matrix elution did. Shown in this figure is a mass spectrum obtained from the protein eluted from the anti-TTR microcolumn and digested with trypsin at 40 ° C. for 20 minutes. The resulting peptide map from two trypsin digests was trypsin fragment-12 (T 12 ) Has found a mutation. A database search lists two possible TTR mutations in the sequence of this region: Ala109 → Thr [DNA base change is GCC → ACC], Δm = 30.111 Da, Thr119 → Met [DNA base change is ACG → ATG], Δm = 29.992 Da. The identification of the correct mutation is shown in FIG.
[0105]
FIG. 16 is a high resolution reflectron mass spectrometry method used to determine the identity of point mutations detected in the plasma sample analysis shown in FIG. Built in the way. Trypsin digest fragment T in standard (natural) TTR 12 The monoisotopic signal of (104-127) is m / z = 2644.9922, indicating a difference of Δm = 29.988 Da from the monoisotopic signal of the mutant TTR. Thus, the point mutation results in Thr119 → Met, Δm = 29.992 Da. This TTR point mutation becomes a “Chicago prealbumin” mutation, which is a so-called non-amyloid mutation. The results shown in conjunction with FIGS. 13, 14, 15 and 16 are described herein for post-translational modification and identification of point mutations by concerted high-throughput screening analysis of biological samples. Explains the use of the system and method.
Example 25
[0106]
Integrated combinatorial method incorporating high-throughput affinity recovery and bioreactive array MALDI-TOF for translation word modification (PTM) analysis
FIG. 17a is a representative example of a quantitative high-throughput screen for post-translational modifications present in biological fluids performed using the integrated systems and methods described herein. Concerted biological fluid phosphate analysis was performed using a chelator affinity pipette with an alkaline phosphatase (AP) functionalized target array. Here, a chelator affinity pipette was prepared as previously disclosed according to Example 14. Human whole saliva, centrifuged and diluted 10-fold, was analyzed in the sample after incubation with a metal chelator affinity pipette. Analytes captured from metal chelator affinity pipettes elute with the addition of dilute acid to disrupt the chelator / metal / analyte interaction and become hydrophilic / hydrophobic contrast target arrays, or alkaline Buffer exchange was incorporated for phosphatase digestion. Direct analysis of diluted human saliva is significantly devoid of proline-rich proteins of interest. The spectrum in FIG. 17b (2) shows the capture of metal chelator affinity pipettes shown as two phosphate-rich proteins, PRP-1 and PRP-3. As a dephosphorylation mass signal, a small spectrum is seen in FIG. 17b (3) and in full form in FIG. Detection of multiple analytes with partial and complete phosphorylation of phosphoproteins captured / digested from biological fluids for post-translational analysis such as phosphorylation events has been shown.
Example 26
[0107]
Integrated system method by MALDI-TOF analysis for affinity multiple protein interactions required for recovery of nascent protein complexes
In this example, protein-protein interactions are shown that allow for the recovery of natural multiple protein complexes present in biological materials or biological samples. Shown in FIG. 18 is a multiple protein complex between retinol binding protein (RBP) and transthyretin (TTR) in a human plasma sample performed using the integrated system and method of the present invention. is there. Polyclonal anti-RBP affinity pipettes were formed using glutaraldehyde-mediated amine base supported surface coupling. Human plasma was prepared and used as described in the above examples. MSIA shows in vivo affinity recovery of RBP and complex TTR. The multiple protein complex between retinol binding protein (RBP) and transthyretin (TTR) indicates that protein interactions exist within the native protein complex.
Example 27
[0108]
Integrated system method incorporating high throughput multiple analyte recovery and MALDI-TOF analysis
In this example, to illustrate multi-analyte analysis of a human plasma sample performed for rapid qualification and semi-quantification using the integrated system and method according to the present invention, a multi-receptor affinity micro A high-throughput method using a column is described. FIG. 19 shows simultaneous rapid monitoring of relative amounts of multiple analytes. In order to rapidly capture each analyte from human plasma, an amine activated polycunal anti-b2m / CysC / TTR affinity pipette was used as described above. This in turn can be used to quickly monitor biological fluid concentration adjustments and to quantify adjusted protein events from their normalized relative amounts. 2 Illustrates the use of multiple antibody affinity pipettes for m, CysC and TTR. In addition, the acute phase of viral infection or β 2 Potential β in fibril formation from m or TTR 2 Fig. 4 illustrates the use of affinity pipettes in the integrated system and method of the present invention for monitoring m / CysC concentrations.
[0109]
FIG. 20 shows the rapid monitoring of a complete multi-analyte affinity pipette in the integrated system and method of the present invention. To capture each analyte from human plasma (obtained as described in the previous example) 2 Combinations as well as individual polyclonal antibody affinity pipettes incorporating m, TTR, RBP, cystatin C or CRP were also used. To quickly monitor biological fluid concentration adjustments and, in some cases, to quantify adjusted protein events from their normalized relative amounts 2 Illustrates another use of multiple / single antibody affinity pipettes for m, CysC and TTR or CRP. In addition, the acute phase of virus infection (such as AIDS) or β 2 Potential β in fibril formation from m or TTR 2 Figure 3 illustrates another use of affinity pipettes for monitoring m / CysC concentration.
[0110]
Given the ability to efficiently increase samples, the integration of high-throughput systems for biomolecular mass spectrometry allows for large-scale clinical, diagnostic, and therapeutic efficacy, as well as biological from biological fluids. Increased use in applications requiring both exceptional qualitative and quantitative analysis in biologically important biomolecular analysis.
[0111]
As used herein, “affinity microcolumn” refers to a molecular trap contained within a housing.
[0112]
As used herein, an “affinity reagent” refers to a chemical molecular species that is on the surface of a molecular trap and is chemically activated or activatable to which an affinity receptor can be covalently bound.
[0113]
As used herein, “affinity receptor” refers to an atomic or molecular species that has an affinity for an analyte present in a biological material or biological sample. Affinity receptors can be natural organics, inorganics or biological materials and can exhibit a broad (single analyte target) to narrow (single analyte target) specificity. Examples of affinity receptors include antibodies, antibody fragments, paratopes, peptides, polypeptides, enzymes, proteins, multi-subunit protein receptors, mimics, organic molecules, polymers, inorganic molecules, chelators, nucleic acids, aptamers, and Although the below-mentioned receptor etc. are mentioned, it is not limited to these.
[0114]
As used herein, “analyte” refers to a molecule of interest that is present in a biological sample. Analytes include nucleic acids (DNA, RNA), peptides, hormonal peptides, hormones, polypeptides, proteins, protein complexes, carbohydrates with biological functions, small inorganic molecules or small organic molecules. However, it is not limited to these. Analytes can of course contain sequences, elements or groups that are recognized by affinity receptors, or these recognition moieties introduced into them by extracellular, enzymatic, chemical treatment of cells. Can have.
[0115]
As used herein, “biological material” or “biological sample” refers to a liquid or extract of biological origin. Biomaterials include, but are not limited to, cell extracts, nuclear extracts, cell lysates, secretions, blood, serum, plasma, urine, sputum, synovial fluid, brain-spinal fluid, tears, feces, saliva, membrane extracts And so on.
[0116]
As used herein, “chemical activation” refers to the process of exposing an affinity reagent to a chemical (or light) in order to attack (photoactivate) a chained linker or affinity receptor. Point to. The reagent that can activate the affinity reagent is not limited, and can be an organic reagent, an inorganic reagent, or a biological reagent. It is often beneficial to activate the affinity reagent using multiple steps, including the use of a chained linker. As used herein, “chained linker” refers to affinity reagents and affinity receptors that can be derivatized with high concentrations of affinity receptors and exhibit the desirable characteristics of low binding to non-specific compounds. Refers to a compound that mediates. A chained linker may be active in nature or may require activation for addition. Suitable chaining reagents include, but are not limited to, homo / heterofunctional organics, natural polymers, synthetic polymers, and biopolymers.
[0117]
As used herein, “dead volume” refers to the empty volume within a molecular trap. As used herein, “small dead volume” refers to a range of 1 nanoliter to 1 milliliter.
[0118]
As used herein, “high fluidity” refers to a flow rate of at least 1 microliter per minute. Higher flow rates are considered to fall within the definition of high fluidity.
[0119]
As used herein, a “mass spectrometer” refers to a device that can volatilize / ionize analytes to form gas phase ions and measure their absolute or relative molecular weight. Preferred forms of volatilization / ionization are laser / light, heat, electricity, atomization / spray, etc., or combinations thereof. Suitable forms of mass spectrometry include, but are not limited to, MALDI-TOF MS, electrospray (or nanospray) ionization (ESI) mass spectrometry, quadrupole ion trap, Fourier transform ion cyclotron (FT-ICR), magnetic A mass spectrometer such as a sector or a combination thereof may be used.
[0120]
As used herein, a “mass spectrometer target” or “mass spectrometer target array” refers to, in addition to, one or more analytes for continuous mass analysis. Refers to the device being placed. In general, the target is suitable for many samples depending on the nature of the mass spectrometer and takes various geometrical arrangements, but the target is selected for the mass spectrometer. Suitable materials for constructing the target include metals, glasses, plastics, polymers, multilayers, etc., or combinations thereof.
[0121]
As used herein, “molecular trap” refers to a high surface area material that contains an affinity reagent bound to the surface, and has high fluidity and low dead volume. The combination of high surface area materials can be, but is not limited to, crystals, glass, plastics, polymers, metals, or any combination of these materials. For example, these glasses can be quartz glass, borosilicate, sodium borosilicate, and other useful materials.
[0122]
As used herein, the term “receptor” generally refers to a member of a pair of compounds that specifically recognize and bind to each other. The other member of the pair is called a “ligand” and includes such things as complexes, protein-protein layer interactions, multiple analyte analysis, and the like. Receptor / ligand pairing can include protein receptors, (membrane) and their natural ligands (related or other proteins or small molecules). Receptor / ligand pairs also include antibody / antigen binding pairs, complementary nucleic acids, nucleic acid related proteins and their nucleic acid ligands such as aptamers and their proteins, metal chelators and metal binding protein ligands, pseudodyes and their protein ligands Organic molecules and their interactions, such as hydrophobic patches of biomolecules or with biomolecules, ion exchangers on or with biomolecules and their electrostatic interactions, etc. It is done.
[0123]
As used herein, “automated apparatus” refers to devices and methods capable of non-participating processing of samples. The automated device preferably operates on multiple samples in parallel to maximize the number of samples processed and analyzed within a given time.
[0124]
Preferred embodiments of the invention are described in the drawings and description of preferred embodiments. While these descriptions directly describe the above embodiments, it is understood that one skilled in the art can contemplate changes and / or variations to the specific embodiments shown herein. Any such modifications or changes that fall within the scope of this description are intended to be included therein as well. Unless otherwise noted, it is the intent of the inventors that the terms in the specification and claims are given their ordinary customary meaning to those of ordinary skill in the applicable arts. Preferred embodiments and best mode of the invention known to the applicant at the time of filing are presented and are intended for illustration and description purposes. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed, and many modifications and variations are possible in light of the above teaching. The embodiments best illustrate the principles and practical applications of the invention, and best illustrate the invention in various embodiments and with various modifications to suit particular uses contemplated by other persons skilled in the art. Selected and explained to be available.
[Brief description of the drawings]
[0125]
FIG. 1 is a diagram showing an MSIA method. Analytes are selectively recovered from the solution by repeated flow through a receptor derivatized affinity pipette. After washing the non-specifically bound compounds, the retained molecular species are eluted onto the mass spectrometer target or target array using (in a preferred embodiment) a MALDI matrix. Next, an accurate m / z value of the analyte is detected by MALDI-TOF MS. The analysis is qualitative in nature but can also be quantified by incorporating it into a technique that uses a mass shift variant of the analyte as an internal standard.
Fig. 2 β of biological fluid 2 -Figure 1 shows MSIA screening for microglobulin. For the sample, the biological fluid is HBS (H for single MALDI-TOF. 2 Prepared by diluting with O). After washing the affinity pipette with HBS and water, ACCA (ACN: H 2 O, saturated at 1: 2; 0.2% TFA) is used to elute the compounds retained directly on the mass spectrometer target. (A) Human tears. (B) Human plasma. (C) Human saliva-saliva required an additional rinse with 0.05% SDS (in water) to reduce non-specific binding. (D) Human urine. In all cases, β 2 m was efficiently recovered from the biological fluid using a flow incubation / rinse technique. β 2 The measured mass (using external calibration) for m is the calculated value (MW calc = 11,729.7; MW tears = 11,735; MW plasma = 11,734; MW saliva = 11,742; MW urine = 11,735) within about 0.1%. Illustrated various biological fluid screening by MSIA for directed, rapid, sensitive and accurate analysis.
Fig. 3a β 2 It is a figure which shows the quantitative MSIA calibration curve of m. A representative spectrum of data used to create a calibration curve. Human β at a concentration of 0.01 to 1.0 mg / L 2 m was examined. Horse β 2 m (MW = 11396.6) was used as an internal reference.
FIG. 3b is a diagram showing a calibration curve created using the data represented in FIG. 3a. Good linearity (R over a range of 2-10 2 = 0.983) with a low standard error (~ 5%). Error bars reflect the standard deviation of the 10-fold 65-laser shot spectrum taken from each sample. These figures show β 2 Illustrates quantitative MSIA performed with an m-affinity pipette.
FIG. 4 β 2 FIG. 6 shows quantitative MSIA screening of m. Human urine samples from 5 people were screened over 2 days. The average value measured in healthy people (10 samples; 4 (3 men; 1 woman) age 30-44) was 0.100 ± 0.021 mg / L. For concentrations measured in an 86-year-old woman with a recent urinary tract infection, 2 m concentration was significantly increased (3.23 ± 0.072 mg / L).
FIG. 5. Glycosylated β in an 86-year-old woman 2 FIG. 6 is a diagram of MSIA showing dark density increase (dark gray). During MSIA, a second signal is observed at Δm = + 161 Da and glycosylated β 2 the presence of m. MSIA has two types of β 2 m body can be sufficiently decomposed, and nascent β 2 A more accurate quantification of m was obtained, allowing the quantification of glycoproteins. Such discrimination can be attributed to two types of β 2 This is important in considering that the m-body is derived from (or is a marker of) a different disease. Healthy MSIAs that show little glycosylation are shown for comparison (light gray).
FIG. 6 Defined biological fluid / β 2 -Surface-based MSIA for microglobulin specificity. Polyclonal anti-beta bound by carboxymethyl dextran amplification 2 The use of m-affinity pipettes, or amine base support chemistry, allows the differentiation between non-specific binding compounds and specific binding compounds in biological fluid / MSIA. Samples were prepared from biological fluids and used as shown in FIG. (A) Human plasma. (B) CMD amplified β 2 Human plasma through an m-affinity pipette. (C) amine / glutaraldehyde bond β 2 Human plasma through an m-affinity pipette. Direct analysis of the human plasma spectrum (upper spectrum) 2 m mass signal (MW plasma = 11,734). CMD is an affinity pipette chemical target β 2 m is amplified, but shows non-specifically bound compounds (middle spectrum). Only in the last case β 2 m is efficiently recovered from a biological fluid having a low concentration of non-specific binding compound (lower spectrum). This illustrates a preferred aspect in directed analysis of blood-derived biofluid biomarkers using carefully affinity pipettes for specific mass detection.
FIG. 7a is a schematic diagram illustrating an integrated system for high-throughput analysis of biomolecules from biomaterials.
FIG. 7b is an enlarged schematic diagram showing the station used, which consists of a microcolumn integrated automated device with multiple configurations for chemical modification, microcolumn functionalization, biological fluid analysis, migration, etc. Is done.
FIG. 8 β 2 It is a figure which shows the high throughput semi-quantitative analysis of mMSIA. Β from human plasma samples 2 m used the integrated system and method described in the present invention.
9 is a graph showing a bar graph analysis of the data shown in FIG. 8. FIG. Each spectrum shown in FIG. 8 is based on the baseline integration and equine β 2 normalized to m signal, human β 2 The standardized integral of the m signal was measured. The total β of the spectrum obtained from a sample of the same individual 2 The m integral was averaged and the standard deviation was calculated. 10 -2 mg / mLβ 2 The sum of samples spiked with 0.5 μL and 1.0 μL of m was calculated and averaged. Normalized human β of samples from 6 and spiked samples 2 The average value of m integration is plotted in this figure. This bar graph shows β in the spiked sample 2 The increase in m concentration is clearly confirmed, and β in human blood is associated with various disease states 2 In confirming the increase in m concentration, the values of high-throughput semi-quantitative analysis performed by the system and method described in the present invention are illustrated.
FIG. 10 shows β from human plasma samples using the integrated system and method described in the present invention. 2 FIG. 6 is a diagram showing a high-throughput quantitative analysis of m.
FIG. 11a. Β in human plasma samples screened by high-throughput analysis using the integrated system and method described in the present invention. 2 It is a figure which shows the plot of a calibration curve from the data of the standard sample shown in FIG. 10 in order to determine m density | concentration.
FIG. 11b β in human plasma samples screened by high-throughput analysis using the integrated system and method described in the present invention. 2 It is a figure which shows the plot of a calibration curve from the data of the standard sample shown in FIG. 10 for the purpose of determining m density | concentration.
FIG. 12 is a graph showing a bar graph analysis of the data shown above using the calibration curve drawn above. Each of the 88 sample spectra in FIG. 2 normalized to m signal, human β 2 The standardized integral of the m signal was measured. Human β of the same individual 2 The m integral was averaged and the standard deviation was calculated. Substituting the averaged integrated value into the formula derived from the calibration curve in FIG. 2 The concentration of m was calculated for each person. The determined concentration range is 0.75 mg / L to 1.25 mg / L.
FIG. 13: Quantitative high-throughput screening of transthyretin (TTR) for post-translational modification (PTM) and point mutation (PM) using the integrated system and method described in the present invention. FIG.
FIG. 14 shows the identification of post-translational modifications and point mutations observed in high-throughput TTR analysis using the integrated system and method described in the present invention.
FIG. 15 illustrates the identification of point mutations by incorporation of a derivatized mass spectrometer target platform in the systems and methods described in the present invention.
FIG. 16: High resolution reflectron mass spectrometry as part of the integrated system and method described in the present invention to determine the identity of point mutations detected in the analysis of plasma samples shown in FIG. FIG.
FIG. 17a shows biological fluid phosphate analysis-concert of chelator affinity pipette and alkaline phosphatase functionalized target array. (1) Human whole saliva (10 μL diluted 10-fold). (2) EDTA / Ca 2+ Sample from (1) passed through an affinity pipette. (3) Elution by addition of 10 mM HCl, stamped on AP-BRP incorporating 50 mM borate buffer and pH = 10 buffer exchange and digested with phosphate for 15 minutes (50 ° C.) sample. (4) The sample of (3) in which digestion was prolonged for 30 minutes. Direct analysis of a 10-fold dilution of human saliva is significantly devoid of the proline-rich protein-1 (PRP-1) and serine-modified phosphate-rich protein of interest.
FIG. 17b: (2) spectrum shows EDTA / Ca of PRP-1 and PRP-3, two phosphate-rich proteins. 2+ FIG. 6 shows affinity pipette capture. The dephosphorylation mass signal is clearly visible in trace spectrum (3) and in full spectrum (4). FIG. 6 illustrates detection of multiple analytes by partial as well as complete dephosphorylation of phosphorylated proteins captured / digested from a biological fluid for post-translational analysis (ie phosphorylation events).
FIG. 18 shows MSIA of a multiple protein complex of retinol binding protein (RBP) and transthyretin (TTR). Active amine, polyclonal anti-RBP affinity pipettes were formed by glutaraldehyde mediated amine base supported surface coupling. Human plasma was prepared and used for the analysis of FIG. MSIA shows in vivo affinity recovery of RBP (MW = 21,062 Da) and conjugated TTR (MW = 13,760 Da). Illustrates protein interactions present in natural protein complexes.
FIG. 19 is a diagram showing simultaneous and rapid monitoring of a plurality of analytes related to relative abundance ratios. Active amine, polyclonal anti-β 2 An m / CysC / TTR affinity pipette is used to rapidly capture each analyte from human plasma (50-fold dilution in HBS). The figure shows β for rapid monitoring of biological fluid concentration modulation and for quantifying modulated protein events from normalized relative abundance. 2 An example of the use of multiple antibody affinity pipettes for m, CysC and TTR is shown. This figure shows the acute phase of viral infection (such as AIDS), or β 2 Potential β in fibril formation from m or TTR 2 One example of the use of an affinity pipette to monitor m / CysC concentration is shown.
FIG. 20 illustrates rapid monitoring of a wide range of multiple analyte affinity pipettes. Individual β 2 Polyclonal antibody affinity pipettes / combinations incorporating m, TTR, RBP, cystatin C or CRP capture each analyte from human plasma (diluted 50-fold in HBS). This figure shows β for rapid monitoring of biological fluid concentration modulation and, in some cases, for quantifying modulated protein events from normalized relative abundance. 2 An example of the use of multiple / single antibody affinity pipettes for m, CysC and TTR is shown. This figure shows the acute phase of viral infection (such as AIDS), or β 2 Potential β in fibril formation from m or TTR 2 Fig. 6 shows another example of using an affinity pipette to monitor m / CysC concentration.
FIG. 21 shows a mass spectrometry target array. (A) A trapezoidal target capable of confining a sample by a meniscus action. (B) Control design that can confine the sample by hydrophobic / hydrophilic action. (C) Insertion target used for smaller sampling fills, expensive reagents, or sample transfer.

Claims (10)

定性的かつ定量的な生体分子分析のためのハイ・スループット統合システムであって、
a)空間的に配列された複数のアフィニティー・マイクロカラムを取り付けたロボティック・プラットフォームと、
b)アフィニティー・マイクロカラムと同じ空間的配列に対応する空間的配列を有する質量分析計のターゲットと、
c)前記空間的配列を有するターゲットを受け容れられる質量分析計と、を含むシステム。
A high-throughput integrated system for qualitative and quantitative biomolecule analysis,
a) a robotic platform with a plurality of spatially arranged affinity microcolumns;
b) a mass spectrometer target having a spatial arrangement corresponding to the same spatial arrangement as the affinity microcolumn;
c) a mass spectrometer capable of receiving a target having the spatial arrangement.
前記空間的配列が、4から1,536の要素を含む、請求項1に記載のシステム。The system of claim 1, wherein the spatial arrangement includes from 4 to 1,536 elements. 前記ロボティック・プラットフォームが、複数の処理ステージをさらに含む、請求項1に記載のシステム。The system of claim 1, wherein the robotic platform further comprises a plurality of processing stages. 前記アフィニティー・マイクロカラムが、生体材料中の特定の生体分子を受容すると、前記特定の生体分子がアフィニティー相互作用により回収される、請求項1に記載のシステム。The system of claim 1, wherein when the affinity microcolumn receives a specific biomolecule in a biomaterial, the specific biomolecule is recovered by affinity interaction. 前記質量分析計のターゲットが酵素活性を有する、請求項1に記載のシステム。The system of claim 1, wherein the mass spectrometer target has enzymatic activity. 前記質量分析計が、MALDI−TOF型質量分析計である、請求項1に記載のシステム。The system according to claim 1, wherein the mass spectrometer is a MALDI-TOF type mass spectrometer. 前記複数の処理ステージのうちの少なくとも1つが、アフィニティー・マイクロカラムを用いて、生体材料中に存在する特定の生体分子を選択的に単離するためのものである、請求項3に記載のシステム。4. The system of claim 3, wherein at least one of the plurality of processing stages is for selectively isolating specific biomolecules present in a biomaterial using an affinity microcolumn. . 前記複数の処理ステージのうちの少なくとも1つが、非特異的に保持された化合物を除去するために前記アフィニティー・マイクロカラムをリンスするためのものである、請求項3に記載のシステム。4. The system of claim 3, wherein at least one of the plurality of processing stages is for rinsing the affinity microcolumn to remove nonspecifically retained compounds. 前記複数の処理ステージのうちの少なくとも1つが、選択的に保持された生体分子を質量分析計のターゲット上に置くためのものである、請求項3に記載のシステム。4. The system of claim 3, wherein at least one of the plurality of processing stages is for placing selectively retained biomolecules on a mass spectrometer target. 生体材料のサンプルが複数種類存在する場合、空間的に配列された複数のアフィニティー・マイクロカラムと、該アフィニティー・マイクロカラムと同じ空間的配列に対応する空間的配列を有する質量分析計のターゲットとを用いて実質的に同時にかつ並行して前記サンプルが処理される、請求項1に記載のシステム。When there are multiple types of biomaterial samples, a plurality of spatially arranged affinity microcolumns and a mass spectrometer target having a spatial arrangement corresponding to the same spatial arrangement as the affinity microcolumns The system of claim 1, wherein the samples are processed at substantially the same time and in parallel.
JP2002579773A 2001-01-17 2002-01-15 High throughput integrated system for biomolecular analysis Pending JP2005503537A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US26253001A 2001-01-17 2001-01-17
US26285201A 2001-01-17 2001-01-17
PCT/US2002/001541 WO2002082051A2 (en) 2001-01-17 2002-01-15 An integrated high throughput system for the analysis of biomolecules

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005503537A true JP2005503537A (en) 2005-02-03
JP2005503537A5 JP2005503537A5 (en) 2005-06-02

Family

ID=34221030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002579773A Pending JP2005503537A (en) 2001-01-17 2002-01-15 High throughput integrated system for biomolecular analysis

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005503537A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2007015502A1 (en) * 2005-08-03 2009-02-19 国立大学法人 東京大学 Biopolymer isolation method using reciprocating circulation chromatography
WO2009063776A1 (en) 2007-11-02 2009-05-22 Humanix Co., Ltd. Method of capturing cell fluid and analyzing components thereof while observing cell and system for capturing and analyzing cell fluid
JP2012533065A (en) * 2009-07-07 2012-12-20 イントリンジック バイオプローブズ,インコーポレイテッド Serum amyloid phenotype ratio in prediabetes and type 2 diabetes
JP2012533066A (en) * 2009-07-07 2012-12-20 イントリンジック バイオプローブズ,インコーポレイテッド Apolipoprotein CIII in prediabetes and type 2 diabetes
US9502227B2 (en) 2007-11-02 2016-11-22 Humanix Co., Ltd. Capturing of cell fluid and analysis of its components under observation of cells and instruments for the cell fluid capturing and the analysis
CN110824157A (en) * 2019-11-14 2020-02-21 广州科方生物技术股份有限公司 Method for quickly separating red blood cells for immunochromatography detection kit
CN115078569A (en) * 2022-05-26 2022-09-20 北京中医药大学 Cough-relieving key mass attribute identification method based on biosensing integrated UPLC-MS technology
WO2023218960A1 (en) * 2022-05-09 2023-11-16 国立大学法人 東京大学 Robust molecule recognition element, sensor, and production method for same

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2007015502A1 (en) * 2005-08-03 2009-02-19 国立大学法人 東京大学 Biopolymer isolation method using reciprocating circulation chromatography
WO2009063776A1 (en) 2007-11-02 2009-05-22 Humanix Co., Ltd. Method of capturing cell fluid and analyzing components thereof while observing cell and system for capturing and analyzing cell fluid
EP2863412A1 (en) 2007-11-02 2015-04-22 Humanix Co., Ltd. Nanospray ionization capillary tip
EP2863226A1 (en) 2007-11-02 2015-04-22 Humanix Co., Ltd. Method of capturing fluid and analyzing components thereof and system for capturing and analyzing fluid
US9502227B2 (en) 2007-11-02 2016-11-22 Humanix Co., Ltd. Capturing of cell fluid and analysis of its components under observation of cells and instruments for the cell fluid capturing and the analysis
JP2012533065A (en) * 2009-07-07 2012-12-20 イントリンジック バイオプローブズ,インコーポレイテッド Serum amyloid phenotype ratio in prediabetes and type 2 diabetes
JP2012533066A (en) * 2009-07-07 2012-12-20 イントリンジック バイオプローブズ,インコーポレイテッド Apolipoprotein CIII in prediabetes and type 2 diabetes
CN110824157A (en) * 2019-11-14 2020-02-21 广州科方生物技术股份有限公司 Method for quickly separating red blood cells for immunochromatography detection kit
WO2023218960A1 (en) * 2022-05-09 2023-11-16 国立大学法人 東京大学 Robust molecule recognition element, sensor, and production method for same
CN115078569A (en) * 2022-05-26 2022-09-20 北京中医药大学 Cough-relieving key mass attribute identification method based on biosensing integrated UPLC-MS technology
CN115078569B (en) * 2022-05-26 2024-04-12 北京中医药大学 Cough relieving key quality attribute identification method of biological sensing integrated UPLC-MS technology

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9134306B2 (en) Integrated high throughput system for the analysis of biomolecules
US20050164402A1 (en) Sample presentation device
JP2005503537A (en) High throughput integrated system for biomolecular analysis
CA2863635A1 (en) Selector based recognition and quantification system and method for multiple analytes in a single analysis
US20040053356A1 (en) Enzyme/chemical reactor based protein processing method for proteomics analysis by mass spectrometry
US20030153729A1 (en) Enzyme/chemical reactor based protein processing method for proteomics analysis by mass spectrometry
US20150105280A1 (en) Selector based recognition and quantification system and method for multiple analytes in a single analysis
CN113008973A (en) Protein chip suitable for detecting low-abundance protein and preparation method and application thereof
US20070148721A1 (en) Compositions, methods, systems, and kits for affinity purification
US20040009567A1 (en) Enzyme/chemical reactor based protein processing method for proteomics analysis by mass spectrometry
AU2002311755A1 (en) An integrated high throughput system for the analysis of biomolecules
JP4543860B2 (en) Sample analysis method
Duong Novel customisable phases for micro solid-phase extraction and automated biological sample preparation
WO2002018564A1 (en) Derivatized potassium silicate supports
Rossetti Molecularly Imprinted Polymers as new tool in proteomics: the case study of SCLC diagnosis
JP2006098266A (en) Sample dyeing method and sample analyzing method
WO2006026416A1 (en) Compositions, methods, systems, and kits for affinity purification