JP2007145985A - 担体ポリマー粒子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】非特異吸着が少なく、かつターゲット分子の捕捉効率が高い担体ポリマー粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】担体ポリマー粒子の製造方法は、粒径が0.1〜15μmで、かつ、カルボキシル基と反応性を有する官能基を有する有機ポリマー粒子と、カルボキシル基を有する糖類とを化学結合させることにより、前記有機ポリマー粒子の表面を前記糖類で被覆する工程と、前記表面が前記糖類で被覆された前記有機ポリマー粒子を塩基性溶液で処理する工程と、を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機ポリマー粒子の表面が糖類で被覆されている担体ポリマー粒子の製造方法に関する。
近年、創薬などの分野で、分子間相互作用を利用して、ある特定の分子に特異的な相互作用を有する分子を探索する試みが盛んに行われている。具体的には、相互作用を有する片方の分子(プローブ分子)を担体に固定し、特異的相互作用を利用してもう片方の分子(ターゲット分子)を捕捉、精製することが広く行われている。
例えば、アフィニティー樹脂を用いた免疫抑制剤FK506の細胞内結合タンパク質FKBP12の発見(非特許文献1)などが知られている。このようなアフィニティー樹脂としては、アガロースなどの多孔質ゲルが一般的に用いられている。しかしながら、多孔質ゲルを用いる場合、ターゲット分子以外の分子がアフィニティー樹脂に吸着する、いわゆる、非特異吸着と呼ばれる現象が生じ、ターゲット分子の分離、精製が困難であるという問題が生じる。また、プローブ分子のうちある割合は多孔質ゲル内部に結合し、このようなプローブ分子はターゲット分子との相互作用が不十分になる結果、ターゲット分子の捕捉効率が低くなるという問題も生じる。
かかる非特異吸着の解決策として、表面がグリシジルメタクリレートで覆われたスチレン−グリシジルメタクリレート重合体にスペーサを介して生理活性物質を結合したミクロスフィア(特許文献―1,2)、粒子表面に親水性のスペーサを導入した粒子(特許文献―3,4)などが提案されている。しかしながら、これらはいずれも非特異吸着の低減効果が充分ではなく、さらに非特異吸着の少ない担体用粒子が求められている。また、これらの粒子においてもターゲット分子の捕捉効率は十分と言えない。
一方、化学結合法で感作させる生理活性物質担体ポリマー粒子として、主にカルボキシル基変性ポリスチレン粒子が広く使用されている。しかしながら、このポリスチレン系の粒子は一般に、試験検体中に存在する目的としない他の生理活性物質等の吸着(非特異吸着)が大きく、これにより感作粒子の性能が阻害されるため、粒子を使用する上での大きな障害になっている。これに対して、粒子表面に目的の生理活性物質を感作させた後、残りの粒子表面をウシ血清アルブミン(BSA)等の害の少ないタンパクを先に吸着させるブロッキングの手法が用いられているが、非特異吸着を充分に防止することは困難である。また、ポリスチレン粒子にスチレンスルホン酸塩もしくは一般式(CHCHO)または(CHCHCHO)で表されるポリアルキレンオキシド側鎖を有するアクリルエステルを共重合させたり、あるいは粒子の乳化重合後にアルカリ性水溶液中で加熱処理して粒子に結合した過硫酸塩系開始剤の断片を加水分解させたりすることにより、生理活性物質担体粒子としての性能を向上させることが知られているが、非特異吸着を充分に防止するには至っていない。また、これらの粒子においても、ターゲット分子の捕捉効率は十分と言えない。
特許第3086427号公報 特許第3292721号公報 WO 2004/025297 A1号公報 WO 2004/040305 A1号公報 Nature, 341, 758, 1989
本発明の目的は、タンパク質などの生理活性物質の非特異吸着が極めて少なく、かつ、ターゲット分子の捕捉効率が高い担体ポリマー粒子の製造方法を提供することである。
本発明の担体ポリマー粒子の製造方法は、
粒径が0.1〜15μmで、かつ、カルボキシル基と反応性を有する官能基を有する有機ポリマー粒子と、カルボキシル基を有する糖類とを化学結合させることにより、前記有機ポリマー粒子の表面を前記糖類で被覆する工程と、
前記表面が前記糖類で被覆された前記有機ポリマー粒子を塩基性溶液で処理する工程と、を含む。
ここで、上記本発明の担体ポリマー粒子の製造方法において、前記糖類が多糖類であることができる。
ここで、上記本発明の担体ポリマー粒子の製造方法において、前記化学結合は、アミド結合およびエステル結合の少なくとも一方を含む結合基によることができる。
ここで、上記本発明の担体ポリマー粒子の製造方法において、カルボキシル基と反応性を有する官能基がアミノ基、水酸基およびエポキシ基から選ばれる少なくとも1種以上の官能基であることができる。
ここで、上記本発明の担体ポリマー粒子の製造方法において、ターゲット分子を特異的に捕捉するためのプローブを前記糖類に化学結合させる工程をさらに含むことができる。
本発明の担体ポリマー粒子の製造方法によれば、粒径が0.1〜15μmで、かつ、カルボキシル基と反応性を有する官能基を有する有機ポリマー粒子と、カルボキシル基を有する糖類とを化学結合させることにより、前記有機ポリマー粒子の表面を前記糖類で被覆する工程と、前記表面が前記糖類で被覆された前記有機ポリマー粒子を塩基性溶液で処理する工程と、を含むことにより、非特異吸着が少なく、かつターゲット分子の捕捉効率が高い担体ポリマー粒子を得ることができる。これにより、目的とする分子(ターゲット分子)の分離および精製を容易に行なうことができる。
以下、本発明の担体ポリマー粒子の製造方法について、詳細に説明する。
1.担体ポリマー粒子の製造方法
本発明の担体ポリマー粒子の製造方法は、粒径が0.1〜15μmで、かつ、カルボキシル基と反応性を有する官能基を有する有機ポリマー粒子と、カルボキシル基を有する糖類とを化学結合させることにより、前記有機ポリマー粒子の表面を前記糖類で被覆する工程(第1の工程)と、前記表面が前記糖類で被覆された前記有機ポリマー粒子を塩基性溶液で処理する工程(第2の工程)と、を含む。
本発明の担体ポリマー粒子の製造方法の第1および第2の工程について、順次、詳細に説明する。
1.1.第1の工程
本発明の第1の工程において、有機ポリマー粒子に存在するカルボキシル基と反応性を有する官能基は、アミノ基、水酸基およびエポキシ基から選ばれる少なくとも1種の官能基であり、好ましくはアミノ基および水酸基から選ばれる少なくとも1種の官能基であり、さらに好ましくはアミノ基である。
本発明の第1の工程において、有機ポリマー粒子と糖類とを化学結合させるための手法としては特に制限がなく、公知の化学反応を用いることができる。ここで、化学結合は、アミド結合およびエステル結合の少なくとも一方を含む結合基によることができる。
図1は、本発明の担体ポリマー粒子の製造方法の第1の工程を説明する図であり、図2は、第1の工程により得られた担体ポリマー粒子の一態様を模式的に示す図である。
例えば、図1に示されるように、本発明の担体ポリマー粒子の製造に使用される有機ポリマー粒子11は、カルボキシル基と反応性を有する官能基13をその表面に有する。ここで、カルボキシル基と反応性を有する官能基13は、有機ポリマー11の粒子形状を形成する際に導入されてもよいし、あるいは、粒子形状を形成した後に所定の官能基を変換することによって得てもよい。その際、官能基の変換は、必要に応じて複数回行なってもよい。例えば、有機ポリマー11の粒子形状を形成した際に導入された官能基がエポキシ基である場合、そのエポキシ基に大過剰のアンモニアあるいは適当なジアミン化合物を作用させて生じるアミノ基を、カルボキシル基と反応性を有する官能基13とすることができるし、あるいは、例えば有機ポリマー11の粒子形状を形成した際に導入された官能基が水酸基である場合、その水酸基をトシル基に変換した後、そのトシル基に大過剰の適当なジアミン化合物を作用させて生じるアミノ基を、カルボキシル基と反応性を有する官能基13とすることができる。例えば後述する実施例1〜5でそれぞれ得られる有機ポリマー粒子Am−1〜5においては、カルボキシル基と反応性を有する官能基13がアミノ基である。
また、本発明の担体ポリマー粒子を製造する際に使用される糖類12は、その1分子中に1個または複数個のカルボキシル基14を有していてもよく、そのカルボキシル基14は、糖類12中の所定の官能基を変換することにより得られたものであってもよい。
カルボキシル基と反応性を有する官能基13として使用可能な官能基としては、例えば、アミノ基が挙げられる。このアミノ基は上述したように、有機ポリマー11の粒子形状を形成した際に導入された官能基(例えば、水酸基、エポキシ基)から変換されたものであってもよい。この場合、カルボキシル基と反応性を有する官能基13と、カルボキシル基14とは、互いに対して反応性を有する。限定されないが、例えば、カルボキシル基と反応性を有する官能基13がアミノ基、水酸基およびエポキシ基から選ばれる少なくとも1種である場合、この官能基13はカルボキシル基14と反応性を有する。
図1において、カルボキシル基と反応性を有する官能基13とカルボキシル基14とが反応することにより、有機ポリマー粒子11と糖類12とが化学的に結合することができる。
化学結合させるための手法は特に制限がなく、公知の化学反応を用いることができるが、例えば、カルボキシル基と反応性を有する基がエポキシ基である場合は、直接に反応させることによりエステル結合を形成させることができる。また、カルボキシル基と反応性を有する基が水酸基である場合は、例えば、種々の縮合剤を用いてエステル化する手法(第4版実験化学講座22, p45〜47, 1992)などを挙げることができる。また、カルボキシル基と反応性を有する基がアミノ基である場合は、有機合成において種々の縮合剤を用いてアミド化する手法(第4版実験化学講座22, p139〜144, 1992)や、ペプチド合成においてペプチド結合形成に用いられる種々の手法(第4版実験化学講座22, p259〜271, 1992)などを挙げることが出来る。
このように、有機ポリマー粒子11と糖類12とが化学的に結合して、有機ポリマー粒子11の表面が糖類12で被覆された後(図2参照)、反応系中に過剰に存在する糖類(図示せず)が、有機ポリマー粒子11と化学的に結合した糖類12に対して、カルボキシル基−カルボキシル基、および/またはカルボキシル基−水酸基、および/または水酸基−水酸基間の水素結合等により物理的に吸着することがある。有機ポリマー粒子11の表面が化学結合した糖類12で十分に被覆されるためには、過剰の糖類を反応に用いる必要があるため、糖類12の物理的吸着が多少なりとも起こることは避けられない。このように、糖類が物理的に吸着したままの有機ポリマー粒子11を用いて、ターゲット分子の分離および精製を行なうと、カルボキシル基14の利用効率が低下したり、粒子10の表面が部分的に多孔質化することにより非特異吸着が増加したり、いったん捕捉したターゲット分子が分離・精製の操作中に、物理的に吸着した糖類とともに脱離したりする等の問題が生じることがある。
1.2.第2の工程
本発明の第2の工程において、第1の工程で得られた、表面が糖類12で被覆された有機ポリマー粒子11を塩基性溶液で処理することにより、第1の工程で有機ポリマー粒子11の表面に物理的に吸着した糖類を塩等の形態で溶液中に抽出することができる。第2の工程において、十分な量の塩基性溶液を用いて有機ポリマー粒子11を処理することにより、最終的には、有機ポリマー粒子11の表面に化学結合した糖類12(図2参照)のみが残り、上述したような物理的に吸着した糖類に起因して生じる問題を解消することができる。以上の工程により、物理的に吸着した糖類が除去された、有機ポリマー粒子11と、有機ポリマー粒子11の表面を被覆する糖類12とを含む担体ポリマー粒子10が得られる。
ここで使用される塩基性溶液は、物理的に吸着した糖類を抽出できるものであれば特に限定されないが、例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化リチウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸水素カリウム水溶液、炭酸リチウム水溶液、アンモニア水、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等のアルカリ性水溶液、水溶性有機アミン類の水溶液等を挙げることができる。
ここで使用される塩基性溶液の濃度は、通常0.001M以上である。また処理温度は、通常0〜50℃、好ましくは0〜30℃である。
また、塩基性溶液には効率の点で劣るが、適当な電解質溶液で処理することによっても物理的に吸着した糖類を抽出することができる。
1.3.第3の工程
本発明の担体ポリマー粒子の製造方法は、ターゲット分子を特異的に捕捉するためのプローブを前記糖類に化学結合させる工程(第3の工程)をさらに含むことができる。この第3の工程により得られる粒子(以下、「プローブ結合粒子」とする。)には、ターゲット分子を特異的に捕捉するためのプローブが糖類に化学結合している。ここで、特に限定されないが、糖類とプローブとは、例えば、−O−結合、−S−結合、−SO−結合、−SO−結合、−CO−結合、−CO−結合、−NR−結合(ここで、R,Rは独立して、アルキル基またはH)、−NHCO−結合、−PO−結合などの化学結合を介して結合していることができる。例えば、糖類に含まれる官能基とプローブに含まれる官能基とを公知の方法により化学反応させることにより、糖類とプローブとを化学結合させることができる。
ここで、糖類に含まれる官能基およびプローブに含まれる官能基は特に限定されないが、例えば、水酸基、アシル基、メルカプト基、アミノ基、アミノアシル基、カルボニル基、ホルミル基、カルボキシル基、アミド基、スルホン酸基、リン酸基、エポキシ基、トシル基、アジド基、ビニル基、アリル基などの基が挙げられる。
また、本発明において、「ターゲット分子」とは、本発明のプローブ結合粒子を用いた捕捉の対象となる物質をいう。ターゲット分子としては、例えば生体関連物質が挙げられる。本発明において「生体関連物質」とは、生体に関わるすべての物質をいう。生体関連物質としては、例えば、生体に含まれる物質、生体に含まれる物質から誘導された物質、生体内で利用可能な物質が挙げられる。
より具体的には、生体関連物質は特に限定されないが、例えば、タンパク質(例えば、酵素、抗体、受容体等)、ペプチド(例えばグルタチオン、RGDペプチド等)、核酸(例えば、DNAやRNA等)、糖質、脂質、およびその他の細胞または物質(例えば、血小板、赤血球、白血球等の各種血球細胞を含む各種血液由来物質、各種浮遊細胞等)が挙げられる。
例えば、プローブがタンパク質である場合、タンパク質中の官能基(例えば、アミノ基、カルボキシル基)と、糖類中の官能基(例えばカルボニル基、水酸基、アミノ基)とを反応させることにより、プローブと糖類とを化学結合させることができる。この場合、プローブと糖類とをアミド結合またはエステル結合を介して結合させることができる。
また、例えば、プローブが核酸である場合、核酸中の官能基(例えば、リン酸基)と、糖類中の官能基(例えば水酸基)とを反応させることにより、プローブと糖類とを化学結合させることができる。この場合、プローブと糖類とをホスホジエステル結合を介して結合させることができる。
本発明の特異捕捉用粒子で使用可能なプローブは、特に限定されないが、例えば、タンパク質(例えば、抗体、抗原、酵素、受容体、ホルモンなど)、ペプチド、核酸(例えば、DNA,RNAなど)、糖鎖化合物、および化学物質(例えば、薬物候補物質)であることができる。
例えば、プローブが抗体(または抗原)である場合、ターゲット分子は前記抗体(または前記抗原)と特異的に結合する抗原(または抗体)であることができる。
また、例えば、プローブが核酸である場合、ターゲット分子は前記核酸と特異的に結合する核酸であることができる。あるいは、例えば、プローブが酵素、受容体、またはホルモンの場合、ターゲット分子は前記酵素、前記受容体、または前記ホルモンと特異的に結合する化合物であることができる。
1.4.本発明の担体ポリマー粒子の製造で使用される物質
次に、本発明の担体ポリマー粒子の製造で使用される各物質について詳細に説明する。
1.4.1.有機ポリマー粒子
本発明の担体ポリマー粒子の製造で使用される有機ポリマー粒子の平均粒子径は好ましくは0.1〜15μm、さらに好ましくは0.3〜10μm、もっとも好ましくは1〜10μmである。また、本発明で使用する有機ポリマー粒子の変動係数は、通常30%以下、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下である。
本発明において、有機ポリマー粒子は、本発明により製造される担体ポリマー粒子のベース粒子として使用することができる。有機ポリマー粒子は、化学結合によって結合された糖類で表面を被覆することが容易であるため、ベース粒子として適している。また、有機ポリマー粒子として、磁性体含有有機ポリマー粒子を用いることができる。
上述したように、本発明により製造される担体ポリマー粒子を溶媒に分散させる場合、分散媒に有機ポリマー粒子が溶解したり、あるいは溶媒によって有機ポリマー粒子が膨潤したりすると、タンパク質などの生理活性物質の非特異吸着が増加する。このため、有機ポリマー粒子は、分散媒に溶解しないことが望ましい。ここで、分散媒としては、例えば、水系媒体を用いることができる。ここで水系媒体とは、水、または水と水に溶解する溶剤(例えば、アルコール類、アルキレングリコール誘導体など)との混合物をいう。
有機ポリマー粒子を構成するポリマーとしては、特に、ビニル系ポリマーが好ましい。ビニル系モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ハロゲン化スチレン、ジビニルベンゼンなどの芳香族ビニル単量体、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル類、アクリロニトリルなどの不飽和ニトリル、メチルアクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレートなどのエチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどの多官能性(メタ)アクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレートなどの官能基を有する(メタ)アクリレートなどを例示することができる。このビニル系ポリマーは単独重合体であっても、あるいは上記ビニル系モノマーから選ばれた2種以上のモノマーからなる共重合体であってもよい。また、上記ビニル系モノマーとブタジエン、イソプレンなどの共役ジオレフィン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、ジアリルフタレート、アリルアクリレート、アリルメタクリレートなどの共重合可能なモノマーとの共重合体も使用することができる。
磁性体含有有機ポリマー粒子は、磁石で集めることが可能な公知の粒子状物質であり、磁性体微粒子を含有する。本発明において使用される有機ポリマー粒子が磁性体含有有機ポリマー粒子である場合、本発明により製造される担体ポリマー粒子は、例えば後述する用途に使用可能な磁性粒子として使用することができる。
磁性体含有有機ポリマー粒子の粒径が0.1μm未満であると、磁力による分離精製に長時間を要することがあり、10μmを超えると表面積が小さくなり、ターゲットとするタンパク質などの生理活性物質の捕捉量が少ない場合がある。
磁性体含有有機ポリマー粒子の内部組成は均質であってもよいが、上記の好ましい粒径範囲にある均質な磁性体含有有機ポリマー粒子は、常磁性である物質が多く、磁力による分離精製を繰り返すと媒質への再分散が困難になる場合がある。このため、磁性体含有有機ポリマー粒子は、残留磁化の少ない磁性体微粒子を含む、不均質な内部組成を有することがより好ましい。このような不均質な内部組成を有する磁性体含有有機ポリマー粒子の内部構造としては、磁性体微粒子をポリマーなどの非磁性体の連続相中に分散した構造、磁性体微粒子の2次凝集体をコアとしてポリマーなどの非磁性体をシェルとする構造、ポリマーなどの非磁性体(非磁性核粒子)をコアとして磁性体微粒子の2次凝集体をシェルとする構造などが挙げられる。ここで、磁性体含有有機ポリマー粒子に含まれるポリマーとしては、例えば、有機ポリマー粒子を構成するものとして列記された上記ポリマーであってもよい。ポリマーなどの非磁性体(非磁性核粒子)をコアとして磁性体微粒子の2次凝集体をシェルとする内部構造の場合、最外層にさらにポリマー層を形成することが好ましい。最外層のポリマーとしては、例えば、有機ポリマー粒子を構成するものとして列記された上記ポリマーであってもよい。
本発明において、有機ポリマー粒子は、例えば、乳化重合、ソープフリー重合、懸濁重合などの定法を用いて製造が可能である。また、有機ポリマー粒子が磁性体含有有機ポリマー粒子の場合、例えば、非磁性核粒子と磁性体微粒子とを混合し、非磁性核粒子の表面に磁性体微粒子を物理的に吸着させることにより製造が可能である。なお、本発明において、「物理的吸着」とは、化学反応を伴わない吸着を意味する。「物理的吸着」の原理としては、例えば、疎水/疎水吸着、溶融結合または吸着、融着結合または吸着、水素結合、ファンデルワールス結合などが挙げられる。
より具体的には、有機ポリマー粒子は、例えば、上記ビニル系モノマーの懸濁重合、あるいはポリマーバルクの粉砕によって得ることができる。例えば、有機ポリマー粒子は、特公昭57−24369号公報記載のシード粒子を用いる二段膨潤重合法、ジャーナル・オブ・ポリマーサイエンス・ポリマーレター・エディション,937頁,第21巻,1963年(J. Polym. Sci., Polymer Letter Ed. 21,937(1963))記載の重合方法、特開昭61−215602号公報、特開昭61−215603号公報、および特開昭61−215604号公報記載の方法によって作製することができる。
また、磁性体含有有機ポリマー粒子は、上述したように、疎水/疎水吸着を利用する方法によって作製することができる。例えば、非磁性核粒子の表面および磁性体微粒子の表面が疎水性のものあるいは疎水化処理されたものを選択し、これらの非磁性核粒子および磁性体微粒子をドライブレンドするか、あるいは、非磁性核粒子および磁性体微粒子の双方を侵すことなく良分散性の溶剤(例えばトルエン、ヘキサン)中で充分分散させた後、混合条件下で溶剤を揮発させる方法が挙げられる。
あるいは、磁性体含有有機ポリマー粒子を、物理的に強い力を外部から加えることにより、非磁性核粒子および磁性体微粒子の複合化を実現させる方法により作製することもできる。物理的に強い力を付加する方法としては、例えば、乳鉢、自動乳鉢、ボールミル、ブレード加圧式粉体圧縮法、メカノフュージョン法のようなメカノケミカル効果を利用するもの、あるいはジェットミル、ハイブリダイザーなど高速気流中衝撃法を利用するものが挙げられる。効率よくかつ強固に複合化を実施するには、物理的吸着力が強いことが望ましい。その方法としては、攪拌翼付き容器中で攪拌翼の周速度が好ましくは15m/秒以上、より好ましくは30m/秒以上、さらに好ましくは40〜150m/秒で実施することが挙げられる。撹拌翼の周速度が15m/秒より低いと、非磁性核粒子の表面に磁性体微粒子を吸着させるのに十分なエネルギーを得ることができないことがある。なお、撹拌翼の周速度の上限については、特に制限はないが、使用する装置、エネルギー効率などの点から自ずと決定される。
1.4.2.糖類
本発明の担体ポリマー粒子の製造で使用される、カルボキシル基を有する糖類としては、例えば、フルクトース,アラビノース,キシロース,リボース,デオキシリボースなどのフラノース類、グルコ−ス,マンノース,ガラクトースなどのピラノース類、セプタノース類などの単糖類、トレハロース,ラクトース,コージオース,ニゲロース,マルトース,イソマルトース,ソホロース,ラミナリオース,セロビオース,ゲンチビオースなどの二糖類、デンプン,アミロース,アミロペクチン,デキストリン,グリコーゲン,シクロデキストリン,セルロース,アガロース,イヌリン,グルコマンナン,キチン,キトサンなどの多糖類、などの糖類の分子内の官能基(例えば、水酸基,アミノ基など)の少なくとも一部を化学修飾してカルボキシル基を導入したもの(例えば、カルボキシメチルセルロース,カルボキシメチルデキストランや、カルボキシル基を元来有する多糖類(例えば、アルギン酸、ヒアルロン酸など)などを挙げることができる。
ここで、糖類を化学修飾してカルボキシル基を導入するための手法としては特に制限がなく、公知の化学反応を用いることができ、その化学修飾は必要に応じて多段階施されたものであってもよい。また、有機ポリマー粒子と糖類とを化学結合させて、有機ポリマー粒子の表面を覆うためには、被覆効率の点で高分子量の多糖類が好ましい。カルボキシル基を含有する糖類として、特に好ましいのは、カルボキシメチルセルロースおよびカルボキシメチルデキストランである。
1.5.担体ポリマー粒子
本発明により製造される担体ポリマー粒子の粒径は、好ましくは0.1〜17μmであり、より好ましくは1〜10μmである。ここで、粒径が0.1μm未満の場合、遠心分離などを用いた分離に長時間を要し、水などの洗浄溶媒と粒子との分離が不十分になるため、目的外の分子(例えば、タンパク質などの生理活性物質)の除去が不十分になり、充分な精製ができない場合がある。一方、粒径が17μmを超えると、表面積が小さくなり、ターゲットとするタンパク質などの生理活性物質の捕捉量が少ない場合がある。
本発明により製造される担体ポリマー粒子は、上述の製造方法によって作製された後、必要に応じて、pH調整を行ない、次いで、透析・限外ろ過・遠心分離等の精製処理によって表面を洗浄してから、担体粒子として使用できる。
本発明により製造される担体ポリマー粒子は、そのままで使用することも可能であるが、化合物との反応を効率的に行なうために、分散媒に分散させた分散液として使用することも可能である。かかる分散媒としては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec-ブタノール、t−ブタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどのエチレングリコール誘導体、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのプロピレングリコール誘導体、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、乳酸エチル、γ―ブチロラクトンなどのエステル類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
また、本発明の担体ポリマー粒子には、上述のターゲット分子を特異的に捕捉するためのプローブが糖類に化学結合されたプローブ結合粒子であってもよい。このプローブは上述の第3の工程によって糖類に化学結合させることができる。プローブ結合粒子の粒径は好ましくは0.1〜20μmであり、より好ましくは0.3〜17μmであり、さらに好ましくは0.5〜10μmである。
2.用途
本発明により製造される担体ポリマー粒子は、創薬分野での化合物担体用粒子および診断薬用の化学結合担体用粒子として利用できる。
より詳しくは、本発明により製造される担体ポリマー粒子を用いて、解析対象の化学物質(被解析化学物質)を化学結合で固定化し、被解析化学物質と特異的な相互作用を有するターゲット分子(タンパク物質など)を選別し、精製することが可能である。
また、本発明により製造される担体ポリマー粒子は、抗体・抗原・酵素・ホルモン等のタンパク質、DNA・RNA等の核酸物質、あるいは生理活性糖鎖化合物(以下、これらを「生理活性物質」という)を粒子表面に化学結合法で感作させる生理活性物質担体ポリマー粒子として利用できる。
なお、本発明により製造される担体ポリマー粒子の用途は、上述した創薬分野での化合物担体用粒子および診断薬用の化学結合担体用粒子に限定されるわけではなく、例えば、生化学分野、塗料、紙、電子写真、化粧品、医薬品、農薬、食品、触媒など広い分野で利用できる。
3.実施例
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって制限されるものではない。なお、本実施例において、「%」および「部」は重量基準である。
3.1.評価方法
3.1.1.非特異吸着性の評価1(タンパク質の非特異吸着性評価)
3.1.1A.前洗浄工程
後述する実施例または比較例で得られた担体ポリマー粒子の濃度が1wt%になるように純水に希釈分散し、分散液を調製した。次に、この分散液500μlを微量遠心用チューブ(エッペンドルフ社製、商品名:セーフ−ロックチューブ)に取り、遠心分離機(MX−150,トミー精機(株)製)にて遠心分離し(回転数15,000rpm、15℃、10分間)、上澄みを除去した。次いで、沈降物を含むチューブにPBS(−)緩衝液500μlを注ぎ、タッチミキサーで振動を与えて前記粒子を分散させた。
3.1.1B.蛋白吸着反応工程
引き続きこのチューブに、1wt%BSA(ウシ血清アルブミン)のPBS(−)溶液500μlを注ぎ、さらにタッチミキサーで振動を与えて前記粒子を分散させた後、常温にて2時間回転倒混和させた。
3.1.1C.洗浄工程
引き続きこのチューブを遠心分離した後、上澄みを除去し、10mMのHEPES1mlを注いでタッチミキサーで振動を与えて前記粒子を分散させた。同様の処理をさらに2回繰り返した後、内容物を別の未使用の微量遠心用チューブに移し、遠心分離を行なった後、上澄みを除去した。
3.1.1D.剥離工程
引き続きこのチューブに0.5%SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)水溶液50μlを注いでタッチミキサーでごく軽く振動を与えて前記粒子を分散させた。10分間放置した後、遠心分離を行ない、上澄みの20μlを採取した。
3.1.1E.サンプリング工程
バイオラッド社製プレミックスサンプルバッファー中での濃度が2wt%になるように2−メルカプトエタノールを溶解させ(以下、これを「サンプルバッファー」とする)、このうち20μlを微量遠心用チューブに採取した。これに上記剥離工程で採取した上澄み20μlを混ぜ、チューブヒーターにて100℃で5分間加熱した。
一方、コントロールとして、1wt%のBSAのPBS(−)溶液を2%SDS溶液で5,000倍、10,000倍、20,000倍に希釈したものを20μl取り、サンプルバッファー20μlと混ぜ、チューブヒーターにて100℃で5分間加熱した。これらを参照用希釈BSAと呼ぶ。
3.1.1F.電気泳動(SDS−PAGE)
バイオラッド社製縦型電気泳動システム「ミニプロティアン3」、バイオラッド社製プレキャストポリアクリルアミドゲル「レディーゲルJ(15%)」、およびバイオラッド社製プレミックス泳動バッファーを用いて、ゲル1レーンあたり20μlをアプライし、電気泳動を行った。染色はバイオラッド社製シルバーステインプラスキットを用いて標準的な手法で行った。染色されたゲルはバイオラッド社製デンシトメーター「GS−700」でスキャンして画像化し、解析ソフトウェア「Multi−Analyst」を用いて、ゲルにおけるBSAのバンドの濃度と面積との積を定量した。
参照用希釈BSAにおいて、ゲル1レーンあたりに流れるBSAの重量が既知であるため、バンド濃度と面積との積から検量線を引き、この検量線に基づいて、前記粒子から剥離したBSAの重量を重量単位で換算した。なお、この重量は、粒子1mgあたりに吸着していたBSAの重量に相当する。
3.1.2.特異捕捉性評価
3.1.2A.プローブ結合粒子の作製
後述する実施例または比較例で得られた担体ポリマー粒子を、濃度が1wt%になるように純水に希釈分散して、水分散液を調製した。次に、この水分散液500μlを微量遠心用チューブに取り、遠心分離し、上澄みを除去した。50mM MES−NaOH pH6(Buffer−1)にて3回洗浄後、500μlのBuffer−1に分散し、N−ヒドロキシコハク酸イミド(NHS)0.8mg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)0.88mgを加え撹拌した後、ターゲット分子(α−フェトプロテイン,以下「AFP」ともいう)を特異的に捕捉するためのプローブとなるタンパク質(抗α−フェトプロテイン抗体)を0.05mgを添加し、室温下2時間撹拌を行った。反応終了後、遠心分離して上澄みを除去した。次いで、1%エタノールアミンを含むPBS(−)緩衝液500μlを加え、室温で2時間撹拌を行った。さらに、PBS(−)緩衝液にて5回洗浄した後、PBS(−)緩衝液500μlで粒子を分散させることにより、プローブ(抗体)結合粒子の分散液を得た。
3.1.2B.ターゲット分子(タンパク質)吸着反応工程
上記プローブ結合粒子の分散液100μLを別のチューブに取り遠心分離して上澄みを除去した。これに、ターゲット分子であるタンパク質(ヒトα−フェトプロテイン(AFP))200ng/mLを含むヒト血清溶液500μlを注ぎ、さらにタッチミキサーで振動を与えて前記粒子を分散させた後、常温にて2時間回転倒混和させた。
3.1.2C.洗浄工程
引き続きこのチューブを遠心分離した後、上澄みを除去し、10mMのHEPES1mlを注いでタッチミキサーで前記粒子を分散させた。同様の処理をさらに2回繰り返した後、内容物を別の未使用の微量遠心用チューブに移し、遠心分離を行なった後、上澄みを除去した。
3.1.2D.剥離工程
引き続きこのチューブに0.5%SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)水溶液50μlを注いでタッチミキサーでごく軽く振動を与えて前記粒子を分散させた。10分間放置した後、遠心分離を行ない、上澄みの20μlを採取した。
3.1.2E.サンプリング工程
バイオラッド社製プレミックスサンプルバッファー中での濃度が2wt%になるように2−メルカプトエタノールを溶解させ(以下、これを「サンプルバッファー」とする)、このうち20μlを微量遠心用チューブに採取した。これに上記剥離工程で採取した上澄み20μlを混ぜ、チューブヒーターにて100℃で5分間加熱した。
一方、コントロールとして、1mg/mLのAFP/PBS(−)溶液をSDS溶液で100倍、200倍、500倍に希釈したものを20μl取り、サンプルバッファー20μlと混ぜ、ブロックヒーターにて100℃で5分間加熱した。これらを参照用希釈AFPと呼ぶ。
3.1.2F.電気泳動(SDS−PAGE)
AFPをBSAの代わりに用いた以外は、4.1.1Fと同様の操作で電気泳動を行なった。
参照用希釈AFPにおいては、ゲル1レーンあたりに流れるAFPの重量が既知であるため、参照用希釈AFPを用いた場合におけるバンド濃度と面積との積から検量線を作成し、この検量線に基づいて、前記粒子から剥離したAFPの重量を重量単位で換算した。なお、この重量は、粒子0.2mgあたりに吸着していたAFPの重量に相当する。
3.1.3.粒径
直径1μm以上の粒子については、レーザ回折式粒度分布測定装置((株)島津製作所製)SALD−200Vにより、直径1μm未満の粒子についてはレーザ散乱回折法粒度分布測定装置(型名:LS 13 320,(株)ベックマン・コールター製)により粒径を測定した。
3.1.4.赤外吸収スペクトル
フーリエ変換赤外分光光度計(日本電子株式会社製JIR−5500)を用い、KBr法により赤外吸収スペクトルを測定した。
3.2.合成例
3.2.1.合成例1(有機ポリマー粒子A−1の合成)
有機ポリマー粒子A−1は、シード粒子を用いる二段膨潤重合法で作製した。
シード粒子として、ソープフリー重合で重合した粒子径0.98μmのポリスチレン粒子を用い、このポリスチレン粒子を水500gに窒素雰囲気下で分散させて水分散体(固形分量5.0g)を調製し、これに二段膨潤重合法(特公昭57−24369号公報記載の方法に準拠)でシード粒子に、一段目として有機溶剤(シェルゾールTK0.1g)、二段目としてモノマーTMP(トリメチロールプロパントリメタクリレート)10g、およびGMA(グリシジルメタクリレート)90g)を加えて吸収させた後、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル)を2g添加して75℃で24時間ゆっくり撹拌した。次に、この反応液を冷却した後、500メッシュ金網でろ過したところ、99%が通過し、良好な重合安定性であった。重合収率は99%であった。得られた有機ポリマー粒子A−1の粒子径は2.58μmであり、粒子径の変動係数は2.3%であり、単分散粒子であった。
3.2.2.合成例2(有機ポリマー粒子A−2の合成)
モノマーとしてMMA30g、TMP10g、およびGMA60gを使用した以外は、上記合成例1と同様の方法を用いることにより、粒子径が2.61μmであり、変動係数が2.1%の有機ポリマー粒子A−3を得た。
3.2.3.合成例3(糖類CMC−1の合成)
日本製紙ケミカル株式会社製カルボキシメチルセルロースナトリウム塩APP−84(平均分子量17,000でグルコース単位1個当たり平均0.7個のカルボキシル基を含有)の水溶液に液のpHが2以下になるまで希塩酸を加え、この液を透析した後、濃縮することによりカルボキシメチルセルロースCMC−1の1%水溶液を得た。
3.3.実施例1
3.3.1.担体ポリマー粒子P−1の作製
有機ポリマー粒子A−1の分散液から遠心分離により単離した重合体粒子をアセトンに分散させ、遠心分離して洗浄する操作を3回繰り返した後、乾燥させた。
次に、この粒子0.50gを200mlフラスコに入れ、アセトン5gおよび1%硫酸75gを加えた後、間接超音波を20分間照射して分散させてから、60℃にて2時間加熱攪拌し、その後、遠心分離により前記粒子を単離した。次いで、この粒子を水で3回洗浄した後、乾燥させることにより、0.51gの有機ポリマー粒子Hy−1を白色粉末として得た。
この有機ポリマー粒子Hy−1は、有機ポリマー粒子A−1と比較して重量が増加した。さらに、硫酸処理前の赤外吸収スペクトル(有機ポリマー粒子A−1の赤外吸収スペクトル)と比較して、この有機ポリマー粒子Hy−1(硫酸処理後)の赤外吸収スペクトルにおいては、有機ポリマー粒子A−1の赤外吸収スペクトルにおいて900cm−1付近に観測されたエポキシ基に由来するピークが弱くなり、かつ、水酸基に由来する3500cm−1付近の幅広なピークが新たに観測された。以上の結果から、有機ポリマー粒子Hy−1は、有機ポリマー粒子A−1のエポキシ基が部分的に加水分解され水酸基が導入されて得られたものであることが確認された。
次に、0.50gの有機ポリマー粒子Hy−1を100mlフラスコに入れ、エチレンジアミン25gを加えた後、間接超音波を10分間照射して分散させてから、窒素雰囲気下で50℃にて6時間加熱攪拌し、その後、遠心分離により前記粒子を単離した。次いで、この粒子をメタノールで4回洗浄した後、乾燥させることにより、0.61gの有機ポリマー粒子Am−1を白色粉末として得た。
この有機ポリマー粒子Am−1は、有機ポリマー粒子Hy−1と比較して重量が増加した。さらに、エチレンジアミン処理前の赤外吸収スペクトル(有機ポリマー粒子Hy−1の赤外吸収スペクトル)と比較して、この有機ポリマー粒子Am−1(エチレンジアミン処理後)の赤外吸収スペクトルにおいては、有機ポリマー粒子Hy−1の赤外吸収スペクトルにおいて900cm−1付近に観測されたエポキシ基に由来するピークが消失し、かつ、1級アミンに典型的なピークが3300cm−1付近および3500cm−1付近に新たに観測された。以上の結果から、有機ポリマー粒子Am−1は、有機ポリマー粒子Hy−1にアミノ基が導入されて得られたものであることが確認された。
次に、上記合成例3で得られたCMC−1の1%水溶液3gにN−ヒドロキシコハク酸イミドを6mg加えて室温で10分間撹拌した。次いで、この溶液を氷冷し、塩酸1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドを20mg加え、氷冷下で30分間攪拌した。次いで、この溶液に上記有機ポリマー粒子Am−1を30.1mg加え、間接超音波を20分間照射して分散させた後、氷冷下で12時間攪拌した。続いて、遠心分離により粒子を単離し、純水に分散させ遠心分離して洗浄する操作を10回繰り返した後、乾燥させることにより、35.0mgの担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1を得た。
担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1の赤外吸収スペクトルにおいては、反応前の有機ポリマー粒子Am−1に由来するピークに加えて、新たにカルボキシメチルセルロースに由来する3400cm−1付近および1600cm−1付近のピークなどが観測された。以上の結果から、担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1においては、有機ポリマー粒子Am−1に糖類(カルボキシメチルセルロース)が結合していることが確認された。
次にこの担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1(20.2mg)を0.01M水酸化ナトリウム水溶液2mlに分散させ遠心分離により単離する操作を3回、続いて純水2mlに分散させ遠心分離により単離する操作を3回繰り返した後、乾燥させることにより18.6mgの担体ポリマー粒子P−1を得た。
担体ポリマー粒子P−1の赤外吸収スペクトルにおいては、反応前の担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1と比較すると弱くなったものの、依然としてカルボキシメチルセルロースに由来する3400cm−1付近および1600cm−1付近のピークなどが観測された。以上の結果から、担体ポリマー粒子P−1においては、有機ポリマー粒子Am−1に糖類(カルボキシメチルセルロース)が結合していることが確認された。また、この担体ポリマー粒子P−1を0.01M水酸化ナトリウム水溶液でさらに処理しても重量減少は0.1mg未満であり無視できる程度であった。
3.3.2.タンパク質の非特異吸着性評価結果
担体ポリマー粒子P−1について、タンパク質の非特異吸着性を上記評価方法にしたがって測定した結果、検出限界以下(0.01ng/mg)であった。
3.4.実施例2
3.4.1.担体ポリマー粒子P−2の作製
有機ポリマー粒子A−2の分散液から遠心分離により単離した重合体粒子をアセトンに分散させ、遠心分離して洗浄する操作を3回繰り返した後、乾燥させた。次に、この粒子0.50gを100mlフラスコに入れ、エチレンジアミン25gを加えた後、間接超音波を10分間照射して分散させてから、窒素雰囲気下で50℃にて6時間加熱攪拌し、その後、遠心分離により前記粒子を単離した。次いで、この粒子をメタノールで4回洗浄した後、乾燥させることにより、有機ポリマー粒子Am−2を白色粉末として0.61g得た。次に、上記合成例3で得られたCMC−1の1%水溶液3gに上記有機ポリマー粒子Am−2を29.9mg加え、間接超音波を20分間照射して分散させた。次いで、この分散液を氷冷し、塩酸1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドの20mgを加え、氷冷下で12時間攪拌した。続いて、上記実施例1と同様に単離、乾燥の操作を行なうことにより、36.2mgの担体ポリマー粒子前駆体pre−P−2を得た。
次いで、上記実施例1の担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1の代わりに、担体ポリマー粒子前駆体pre−P−2(20.3mg)を用いた以外は上記実施例1と同様の操作を行なうことにより、担体ポリマー粒子P−2を17.9mg得た。
3.4.2.非特異吸着性評価結果
担体ポリマー粒子P−2について、タンパク質の非特異吸着性を上記評価方法にしたがって測定した結果、0.02ng/mgと非常に低い値であった。
3.5.比較例1
有機ポリマー粒子A−1へのタンパク質の非特異吸着性を上記方法にしたがって測定した結果、1.1ng/mgと高い値であった。
3.6.比較例2
市販の標準ポリスチレン粒子(STADEX SC200S、JSR株式会社製)を純水で充分洗浄してから、非特異吸着性を上記方法にしたがって測定した結果、20ng/mgと極めて高い値であった。
3.7.比較例3
担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1へのタンパク質の非特異吸着性を上記方法にしたがって測定した結果、0.02ng/mgと非常に低い値であったが検出限界以下となった担体ポリマー粒子P−1には及ばなかった。
3.8.特異捕捉性評価結果
図3は、実施例1,2それぞれにおいて得られた担体ポリマー粒子(P−1およびP−2)、および比較例3の担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1の特異捕捉性評価を上記方法にしたがって測定した結果(プローブ結合粒子に吸着したタンパク質の電気泳動パターン)を示す写真である。
図3において、レーン1は実施例1の担体ポリマー粒子P−1を用いて形成されたプローブ結合粒子によって捕捉されたタンパク質を示し、レーン2は実施例2の担体ポリマー粒子P−2を用いて形成されたプローブ結合粒子によって捕捉されたタンパク質を示し、レーン3は比較例3の担体ポリマー粒子前駆体pre−P−1を用いて形成されたプローブ結合粒子によって捕捉されたタンパク質を示し、レーン4はコントロールであるターゲット分子(AFP)20ngを示し、レーン5はコントロールであるターゲット分子(AFP)50ngを示し、レーン6は分子量マーカを示す。
図3を参照すると、実施例1の担体ポリマー粒子P−1を用いて形成されたプローブ結合粒子からは、ターゲット分子であるAFPのバンドのみが血清中から回収され、その回収量は粒子0.2mg当たり16ngであった。また、実施例2の担体ポリマー粒子P−2を用いて形成された抗体結合粒子からは、ターゲット分子であるAFPのバンドのみが血清中から回収され、その回収量は粒子0.2mg当たり12ngであった。一方、比較例3の粒子からは、ターゲット分子であるAFPのバンドを確認することは困難であった。
以上により、実施例1,2の担体ポリマー粒子を用いて形成されたプローブ結合粒子は、タンパク質の非特異吸着が少なく、かつ、ターゲット分子を特異的に捕捉できることが確認された。一方、比較例3の磁性粒子は、タンパク質の非特異吸着は少なかったものの、ターゲット分子を特異的に捕捉することはできなかった。このことから、比較例3の粒子のように、表面が糖類で被覆された上にさらに糖類が物理的に吸着していると、ターゲット分子の特異的捕捉を十分には行なうことができないことが理解できる。
本発明の担体ポリマー粒子の製造方法の第1の工程を説明する図である。 第1の工程により得られた担体ポリマー粒子の一態様を模式的に示す図である。 図3は、実施例1,2および比較例3において得られたプローブ結合粒子の特異捕捉性評価結果(プローブ結合粒子に吸着したタンパク質の電気泳動パターン)を示す写真である。
符号の説明
10・・・担体ポリマー粒子
11・・・有機ポリマー粒子
12・・・糖類
13・・・カルボキシル基と反応性を有する官能基
14・・・カルボキシル基

Claims (5)

  1. 粒径が0.1〜15μmで、かつ、カルボキシル基と反応性を有する官能基を有する有機ポリマー粒子と、カルボキシル基を有する糖類とを化学結合させることにより、前記有機ポリマー粒子の表面を前記糖類で被覆する工程と、
    前記表面が前記糖類で被覆された前記有機ポリマー粒子を塩基性溶液で処理する工程と、
    を含む、担体ポリマー粒子の製造方法。
  2. 請求項1において、
    前記糖類が多糖類である、担体ポリマー粒子の製造方法。
  3. 請求項1または2において、
    前記化学結合は、アミド結合およびエステル結合の少なくとも一方を含む結合基による、担体ポリマー粒子の製造方法。
  4. 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
    前記カルボキシル基と反応性を有する官能基がアミノ基、水酸基およびエポキシ基から選ばれる少なくとも1種の官能基である、担体ポリマー粒子の製造方法。
  5. 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
    ターゲット分子を特異的に捕捉するためのプローブを前記糖類に化学結合させる工程をさらに含む、担体ポリマー粒子の製造方法。
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