JP2007504462A - コンビナトーリアル人工受容体を使用するセンサー - Google Patents

コンビナトーリアル人工受容体を使用するセンサー Download PDF

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Abstract

本発明は、組合せ人工受容体を利用するセンサーおよびセンサーシステムに関する。本発明の具体例は、電磁（例えば、光学）および電気化学センサーにおいて、コンビナトーリアル人工受容体を使用する。

Description

発明の詳細な説明
本出願は、米国以外の全ての国の指定で出願人である、米国国内企業、Receptors LLC、および米国国民、Robert E. Carlsonの名で、PCT国際特許出願として出願されており、２００３年９月３日に出願された米国仮特許出願60/499,752、60/499,965、および60/500,081、ならびに２００３年１２月２日に出願された60/526,511、60/526,699、60/526,703、60/526,708および60/527,190に対して優先権を主張する。
発明の分野
本発明は、コンビナトーリアル人工受容体アレイのような人工受容体を使用するセンサーに関する。本受容体は、形成ブロック分子の異種および固定化組合せを含む。特定の具体例において、支持体上でお互いの近くに固定された2、3、4、または5の異なる形成ブロック分子の組合せは、本方法で使用できる分子構造を提供する。本発明の人工受容体を使用するセンサーは受容体のリガンドを検出することができる。
背景
高い感度および特性をもって、蛋白質、ペプチド、炭水化物、微生物、汚染物質、医薬品等のようなリガンドを結合する人工受容体の調製は、研究の活動的な領域である。慣用的アプローチのいずれも、特に上手くいっていない；主に低い結合親和性のため、適度な感度および特異性のみを達成している。
抗体、酵素、および天然受容体は、一般的には、ナノモル感度および標的された特異性の両方を生じる108-1012範囲の結合定数を有する。それに反して、慣用的な人工受容体は、典型的には、ミリモル感度および特異性の予測できる結果の、約103ないし105の結合定数を有する。
いくつかの慣用的なアプローチが、高感度および特異的人工受容体を達成しようという試みで、続行されている。これらのアプローチは、例えば、アフィニティー分離、分子捺印法、および合理的および／またはコンビナトーリアル設計および合成または半合成受容体の合成を含む。
そのような合理的またはコンビナトーリアルアプローチは、評価される比較的少数の受容体によって、および／または、１つの形成ブロックのみに焦点を当てる設計戦略、同種設計戦略への依存によって、制限されてきた。普通のコンビナトーリアルアプローチは、標準の顕微鏡スライド上に10,000または100,000の異なるスポットを含むマイクロアレイを形成する。しかしながら、コンビナトーリアル合成のためのそのような慣用的な方法は、スポット当たり単一の分子を提供する。各スポットにおいて、単一の形成ブロックを使用することで、スポット当たり単一の潜在的受容体のみを提供する。何千もの形成ブロックの合成が、何千もの潜在的受容体を作成するのに必要であろう。
さらに、これらの慣用的アプローチは、そのようなアプローチを問題のあるものにする、効率的な結合および受容体に対する大多数の潜在的構造を招く主役の現在の制限された理解によって妨げられる。
リガンドを検出するための、および１以上の結合相互作用を撹乱する化合物を検出するための方法に対する必要性が存在する。
概要
センサーシステムの具体例は導波管、該導波管に操作可能にカップリングすることができる検出システム、および作用する人工受容体を含む。該導波管は、該導波管が該作用する人工受容体の近傍からの光を受けることができるように、該作用する人工受容体に対して操作可能に配置することができる。該検出システムは該導波管からの光を検出するように配置することができる。
電気化学的検知システムの具体例は作用電極、参照電極、および該作用電極にカップリングした作用する人工受容体を含む。該検知システムは検知シグナルを発生するように配置することができる。
電気化学的検知システムの具体例は、電界効果トランジスター、および該電界効果トランジスターにカップリングした作用する人工受容体を含む。テストリガンドが作用する人工受容体に結合すると、電界効果トランジスタによってシグナルを発生させることができる。
センサーシステムの具体例は、ディテクターおよび該ディテクターにカップリングした作用する人工受容体を含む。該ディテクターシステムは、作用する人工受容体に結合したテストリガンドの存在を検出するように配置することができる。
好ましい具体例の詳細な記載
定義
本明細書において使用されるように、用語「ペプチド」は、（複数の）アミド結合が連結した２以上のアミノ酸残基を含む化合物を指す。
本明細書において使用されるように、用語「ポリペプチド」および「蛋白質」は、ペプチド結合によって連結された約２０以上のアミノ酸残基を含むペプチドを指す。
本明細書において使用されるように、用語「プロテオーム」は、生物、組織、器官、または細胞の蛋白質の発現プロファイルを指す。プロテオームは、該生物、組織、器官、または細胞の特定の状態（例えば、成長、健康等）に対して特異的であり得る。
本明細書中において使用されるように、用語「支持体」は、典型的には巨視的な固体支持体をいう。
本明細書中において使用されるように、用語「骨格」とは、複数の形成ブロックが共有結合することができる分子スケール構造をいう。
支持体上の可逆的に固定化した形成ブロックは、該形成ブロックまたは該支持体を破壊したり、許容できないほど劣化したりせずに、該形成ブロックを該支持体から分離することを可能にするメカニズムを介して、該形成ブロックを該支持体に結合する。つまり、固定化は、該形成ブロックまたは該支持体を破壊したり、許容できないほど劣化したりせずに、逆行させることができる。１つの具体例において、固定化は、該形成ブロックまたは該支持体のごく僅かなまたは効果のないレベルの劣化のみによって逆行することができる。可逆的固定化は、すぐに逆行可能な共有結合または非共有相互作用を使用することができる。適当な非共有相互作用は、イオン間の相互作用、水素結合、ファンデルワールス相互作用等を含む。すぐに逆転可能な共有結合は、該形成ブロックまたは該支持体を破壊または許容できないほど劣化しない条件下で、形成し、破壊することができる共有結合を指す。
例えば、支持体上で固定化された形成ブロックの組合せは、候補人工受容体、先導的な人工受容体、または作用する人工受容体であり得る。つまり、スライド上の異種形成ブロックスポットまたは管またはウェル上に被覆された複数の形成ブロックは、候補人工受容体、先導的な人工受容体、または作用する人工受容体であり得る。候補人工受容体は、先導的な人工受容体になることができ、これは作用する人工受容体になり得る。
本明細書において使用されるように、用語「候補人工受容体」は、特定のテストリガンドが組合せに結合するか否かを決定するのにテストできる形成ブロックの固定化された組合せを指す。１つの具体例において、該組合せは、１以上の可逆的に固定化された形成ブロックを含む。１つの具体例において、該候補人工受容体は、スライド上の異種形成ブロックスポットまたは管またはウェル上に被覆された複数の形成ブロックであり得る。
本明細書において使用されるように、用語「先導的な人工受容体」は、テストリガンドの所定の濃度で、例えば、10、1、0.1、または0.01 μg/mlで、あるいは1、0.1、または0.01 ng/mlで、テストリガンドを結合する形成ブロックの固定化された組合せを指す。１つの具体例において、該組合せは、１以上の可逆的に固定化された形成ブロックを含む。１つの具体例において、該先導的な人工受容体は、スライド上の異種形成ブロックスポットまたは管またはウェル上に被覆された複数の形成ブロックであり得る。
本明細書において使用されるように、用語「作用する人工受容体」は、テストリガンドを分類または同定するのに有効な選択性および／または感受性を有するテストリガンドを結合する形成ブロックの組合せを指す。つまり、形成ブロックの該組合せに結合することは、該テストリガンドが、テストリガンドのカテゴリーに属すると、または特定のテストリガンドであるということである。例えば、作用する人工受容体は、例えば、100、10、1、0.1、0.01、または0.001 ng/mlの濃度で、リガンドを結合することができる。１つの具体例において、該組合せは、１以上の可逆的に固定化された形成ブロックを含む。１つの具体例において、該作用する人工受容体は、スライド上の異種形成ブロックスポットまたは管、ウェル、スライド、または他の支持体または骨格上に被覆された複数の形成ブロックであり得る。
本明細書において使用されるように、用語「作用する人工受容体複合体」は、各々が形成ブロックの組合せである複数の人工受容体を指し、これは、該テストリガンドを分類するまたは同定するのに有効な選択性および／または感受性のパターンによって、テストリガンドを結合する。つまり、該複合体のいくつかの受容体に結合することは、該テストリガンドが、テストリガンドのカテゴリーに属すると、または特定のテストリガンドであるということである。該複合体中の個々の受容体は、各々、異なる濃度で、または異なる親和性にて、リガンドを結合することができる。例えば、該複合体中の該個々の受容体は、各々、100、10、1、0.1、0.01または0.001 ng/mlの濃度で、該リガンドを結合する。１つの具体例において、該組合せは、１以上の可逆的に固定化された形成ブロックを含む。１つの具体例において、該作用する人工受容体複合体は、スライド上の複数の異種形成ブロックスポットまたは領域；各々が異なる組合せの形成ブロックで被覆された複数のウェル；または異なる組合せの形成ブロックで被覆された複数のチューブであり得る。
本明細書において使用されるように、用語「有意な数の候補人工受容体」は、作用する人工受容体、作用する人工受容体複合体、または先導的な人工受容体を発見する機会を提供するのに十分な候補人工受容体を指す。約１００ないし約２００ほどの候補人工受容体が、２つの蛋白質（例えば、コレラ毒素およびフィコエリスリン）を識別するのに適当な作用する人工受容体複合体を発見するための有意な数であり得る。他の具体例において、有意な数の候補人工受容体は、約1,000の候補人工受容体、約10,000の候補人工受容体、約100,000の候補人工受容体、またはそれ以上を含み得る。
本発明に限定されるものではないが、作用する人工受容体を発見する機会を提供するのに要する該有意な数の候補人工受容体は、作用する人工受容体複合体を発見するのに要する該有意な数より大きいかもしれないと考えられる。本発明に限定されるものではないが、先導的な人工受容体を発見する機会を提供するのに要する該有意な数の候補人工受容体は、作用する人工受容体を発見するのに要する該有意な数より大きいかもしれないと考えられる。本発明に限定されるものではないが、特徴をほとんど持たないテストリガンドに対する作用する人工受容体を発見する機会を提供するのに要する該有意な数の候補人工受容体は、多くの特徴を持つテストリガンドに対する以上であり得ると考えられる。
本明細書において使用されるように、用語「形成ブロック」は、１以上のリンカー、１以上のフレームワーク、および１以上の認識要素として想像され得るまたはそれらを含む部分を含む人工受容体の分子成分を指す。１つの具体例において、該形成ブロックは、リンカー、フレームワーク、および１以上の認識要素を含む。１つの具体例において、該リンカーは、例えば、支持体、表面またはローン上で、該形成ブロックを可逆的に固定化するのに適当な部位を含む。
本明細書において使用されるように、用語「リンカー」は、例えば、共有結合、イオン相互作用、静電相互作用、または疎水性相互作用を介して、支持体に、該形成ブロックを結合するのに使用することができるまたは（例えば、可逆的に）結合する形成ブロックの一部またはその上の官能基を指す。
本明細書において使用されるように、用語「フレームワーク」は、該リンカーを含むまたは該リンカーが結合しているおよび１以上の認識要素が結合している形成ブロックの一部を指す。
本明細書において使用されるように、用語「認識要素」は、フレームワークに結合しているが、該支持体に共有結合していない形成ブロックの一部を指す。本発明に限定されるものではないが、該認識要素は、該リガンドと相互作用するための１以上の基、表面、または空間を提供するまたは形成することができる。
本明細書において使用されるように、用語「複数の形成ブロック」は、混合物中、キット中、または支持体または骨格上の異なる構造の２以上の形成ブロックを指す。各形成ブロックは特定の構造を有し、複数形での形成ブロック、または複数の形成ブロックの使用は、１以上のこれらの特定の構造を指す。形成ブロックまたは複数の形成ブロックは、各々が同一の構造を有する複数の分子を指さない。
本明細書において使用されるように、用語「形成ブロックの組合せ」は、一緒にスポット、領域、または候補、先導的な、または作用する人工受容体中にある複数の形成ブロックを指す。形成ブロックの組合せは、形成ブロックの組のサブセットであり得る。例えば、形成ブロックの組合せは、N (例えば、N=10-200) 形成ブロックの組からの2、3、4、5、または6の形成ブロックの可能な組合せのうちの１つであり得る。
本明細書において使用されるように、用語「同種固定化形成ブロック」および「同種固定化形成ブロック類」は、その上またはその中で固定化された単一の形成ブロックのみを有する支持体またはスポットを指す。
本明細書において使用されるように、用語「活性化された形成ブロック」は、例えば、支持体上で、官能基に対する共有結合を形成する準備をするように活性化された形成ブロックを指す。カルボキシル基を含む形成ブロックは、活性化された形成ブロックである活性化されたエステル基を含む形成ブロックに変換することができる。活性化されたエステル基を含む活性化された形成ブロックは、例えば、アミンと反応して、共有結合を形成し得る。
本明細書において使用されるように、１以上の形成ブロックに関して使用される用語「ナイーブ」は、関心のあるテストリガンドに結合すると決定されていないまたはそのことが分かっていない形成ブロックを指す。例えば、ナイーブ形成ブロック上の（複数の）認識要素は、関心のあるテストリガンドに結合すると決定されていないまたはそのことが知られていない。関心のある(例えば、コレラ毒素)特定の蛋白質(テストリガンド)に対する既知のリガンド(例えば、GM1)であるまたはそれを含む形成ブロックは、該蛋白質(テストリガンド)に関してナイーブではない。
本明細書において使用されるように、支持体にカップリングした形成ブロックに関して使用される用語「固定化された」は、それらが支持体上に移動しないまたは支持体から放出しないように、支持体上に安定して向けられる形成ブロックを指す。形成ブロックは、共有結合によって、イオン相互作用によって、イオン対のような静電相互作用によって、またはファンデルワールス相互作用のような疎水性相互作用によって固定化することができる。
本明細書において使用されるように、支持体、チューブ、ウェル、または表面の「領域」は、該支持体、チューブ、ウェル、または表面の「領域」は、該支持体、チューブ、ウェル、または表面の隣接する部分を指す。領域にカップリングした形成ブロックは、該領域のもう一方に近接した形成ブロックを指すことができる。
本明細書において使用されるように、分子上の「かさ高い」基は、7または8個の炭素原子を含む部位より大きい。
本明細書において使用されるように、分子上の「小さい」基は、4個の炭素原子を含む部位より小さい水素、メチル、またはもう１つの基である。
本明細書において使用されるように、用語「ローン」は、例えば、もう一方に近接したカップリングした形成ブロックを置くのに十分な密度の、支持体上の官能基の層、スポット、または領域を指す。官能基は、形成ブロックと、共有、イオン、静電、または疎水性相互作用を形成することが可能な基を含み得る。
本明細書において使用されるように、用語「アルキル」は、直鎖アルキル基、分枝鎖アルキル基、シクロアルキル(脂環式)基、アルキル置換シクロアルキル基、およびシクロアルキル置換アルキル基を含む飽和脂肪族基を指す。特定の具体例において、直鎖または分枝鎖は、その骨格中に30個以下の炭素原子を有する（例えば、直鎖に対してC1-C12、分枝鎖に対してC1-C6）。同様に、シクロアルキルは、環構造中に3-10個の炭素原子、例えば、該環構造中に5、6または7個の炭素を有し得る。
本明細書において使用されるように、用語「アルキル」は、「置換されてないアルキル」および「置換されたアルキル」の両方を指し、その後者は、炭化水素骨格の１以上の炭素上の水素を置換する置換基を有するアルキル部位を指す。そのような置換基は、例えば、ハロゲン、ヒドロキシル、(カルボキシル、エステル、ホルミル、またはケトンのような)カルボニル、(チオエステル、チオアセテート、またはチオホルメートのような)チオカルボニル、アルコキシル、ホスホリル、ホスホネート、ホスフィネート、アミノ、アミド、アミジン、イミン、シアノ、ニトロ、アジド、スルフヒドリル、アルキルチオ、スルフェート、スルホネート、スルファミル、スルホンアミド、スルホニル、ヘテロシクリル、アリールアルキル、または芳香族または複素環式芳香族部位を含み得る。炭化水素鎖上で置換された部位は、それら自体、適切ならば、置換され得る。例えば、置換されたアルキルの置換基は、上記の基の置換されたおよび置換されていない形態を含み得る。
本明細書において使用されるように、用語「アリールアルキル」は、アリール基(例えば、芳香族基または複素環式芳香族基)で置換されたアルキル基を指す。
本明細書において使用されるように、用語「アルケニル」および「アルキニル」は、各々、少なくとも１つの二重結合または三重結合を含む以外は、長さおよび任意置換においてアルキル基と同様な不飽和脂肪族基を指す。
本明細書において使用される用語「アリール」は、例えば、ベンゼン、ピロール、フラン、チオフェン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、トリアゾール、ピラゾール、ピリジン、ピラジン、ピリダジンおよびピリミジン等といった０ないし４個のヘテロ原子を含み得る5-、6-および7員の単環芳香基を含む。環構造中にヘテロ原子を有するアリール基は、「アリール複素環」または「複素環式芳香族化合物」と呼んでもよい。芳香環は、１以上の環位置にて、アルキル基について上記したような置換基によって置換することができる。また、用語「アリール」は、環のうちの少なくとも１つが芳香環である、例えば、２以上の炭素が、（複数の）他の環がシクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル、アリールおよび／またはヘテロシクリルであり得る２つの隣接環(該環は「縮合環」である)に共通した２以上の環を持つ多環系を含む。
本明細書において使用されるように、用語「複素環」または「複素環基」は、例えば、環構造が１ないし４のヘテロ原子を含む3-ないし7-員環といった、3-ないし12-員環構造を指す。ヘテロシクリル基は、例えば、チオフェン、チアントレン、フラン、ピラン、イソベンゾフラン、クロメン、キサンテン、フェノキサチイン、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、イソチアゾール、イソキサゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、インドリジン、イソインドール、インドール、インダゾール、プリン、キノリジン、イソキノリン、キノリン、フタラジン、ナフチリジン、キノキサリン、キナゾリン、シンノリン、プテリジン、カルバゾール、カルボリン、フェナントリジン、アクリジン、ピリミジン、フェナントロリン、フェナジン、フェナルサジン、フェノチアジン、フラザン、フェノキサジン、ピロリジン、オキソラン、チオラン、オキサゾール、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、ラクトン、アセチジノンおよびピロリジノンのようなラクタム、スルタム、スルトン等を含む。複素環は、１以上の位置にて、アルキル基に対して記載したような置換基によって置換することができる。
本明細書において使用されるように、用語「ヘテロ原子」は、窒素、酸素、硫黄およびリンのような炭素または水素以外のいずれかの元素の原子を意味する。
人工受容体の概観
図１は、リガンド結合部位を作成するためのマイクロアレイ上のスポット中の４つの異なる形成ブロックを使用する具体例を図式的に示す。この図は、単位セルを形成する四角の隅にて、４つの形成ブロックの群を示す。４つの形成ブロックの群は、いずれかの四角形上の頂点として予想することができる。図１は、形成ブロックのスポットまたは領域が、複数のユニットセル、この図においてはスクエアユニットセルとして予想できることを示す。また、他の四角形の形状の４つの形成ブロックのユニットセルの群は、支持体上に形成することができる。
固定された形成ブロック分子の各々は、「フレームワーク」から延びる１以上の「アーム」を供し得、各々は、リガンドと、またはもう１つの固定された形成ブロックの部分と相互作用する群を含み得る。図2は、各々が２つのアーム(「認識要素」と呼ばれる)を有するフレームワークを含む、４つの形成ブロックの組合せが、リガンドを結合するための部位を形成する形成ブロックの分子配置を供する。以下に例示するもののような形成ブロックによって形成されたそのような部位は、薬物、代謝物、汚染物質等のような小分子を結合し得、および／または巨大分子または微生物のようなより大きいリガンドを結合し得る。
本発明の人工受容体は、支持体または表面上で可逆的に固定化された形成ブロックを含み得る。形成ブロックの可逆固定化によって、支持体または表面上の異なる位置への形成ブロックの動き、または表面上および外への形成ブロックの交換が可能となる。例えば、該支持体に可逆的に結合したまたは固定化した時、形成ブロックの組合せは、リガンドに結合し得る。形成ブロックのカップリングまたは固定化の逆行によって、リガンドの結合を改善する形成ブロックの並び替えの機会が得られる。さらに、本発明は、さらにリガンドの結合を改善し得る、さらなるまたは異なる形成ブロックの添加を可能にする。
図３は、陰影をつけた形によって表される、表面上の４つの異なる形成ブロックを有する初期人工受容体表面(A)を使用する具体例を図式的に示す。この初期人工受容体表面(A)は、(1) 人工受容体へのリガンドの結合を経験し、(2)受容体表面上の形成ブロックをシャッフルして、先導的な人工受容体 (B)を得る。シャッフルは、カップリングの可逆化または形成ブロックの固定化をいい、受容体表面上の並び替えを可能にする。先導的な人工受容体を形成後、さらなる形成ブロックを、(3) 受容体表面(C)上および／または外に交換することができる。交換は、表面を離れて、表面に接触する溶液に入る形成ブロック、および／または表面に接触する溶液を離れて人工受容体の一部となる形成ブロックをいう。構造的多様性にさらなる形成ブロックを（例えばランダムに）選択することができるか、あるいは結合を改良するさらなる道を供するための先導的人工受容体における形成ブロックの構造に基づいて選択することができる。次いで、元のおよびさらなる形成ブロックを（４）シャッフルし、交換して、表面（D)のより高い親和性の人工受容体を供することができる。
人工受容体を使用するセンサー
本発明の人工受容体はセンサー、センサーシステム、および検知方法において配置することができる。例えば、センサーシステムは、本発明の人工受容体に結合するテストリガンドを検出するように操作可能に配置されたセンサーから受けたシグナルに基づいて、試料または環境中のテストリガンドを検出するように配置することができる。
ある具体例において、センサーシステムは光学センサーシステムを含む。該光学センサーシステムは導波管、該導波管に操作可能にカップリングした検出システム、および注目するテストリガンドに結合する人工受容体（例えば、作用する人工受容体）を含むことができる。該導波管は、該導波管が該作用する人工受容体からの光シグナル（例えば、蛍光、ルミネセンス、または吸収）を受けることができるように、該作用する人工受容体に対して操作可能に配置することができる。
ある具体例において、センサーシステムは電気化学的センサーシステムを含む。電気化学的検知システムはトランスデューサー（例えば、電極またはＣＨＥＭＦＥＴ）、該トランスデューサーに操作可能にカップリングした、および注目するテストリガンドに結合する人工受容体（例えば、作用する人工受容体）を含むことができる。該トランスデューサーは、該トランスデューサーが作用する人工受容体からの電荷、電位、または電流（例えば、コンダクタンス、キャパシタンス、またはインピーダンス）の変化を検出することができるように、該作用する人工受容体に対して操作可能に配置することができる。ある具体例において、該トランスデューサーは少なくとも一つの電極を含む。電気化学的検知システムは作用電極、参照電極、および作用する人工受容体を含むことができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は作用電極にカップリングさせることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、作用電極および参照電極の間に配置される膜にカップリングさせることができる。ある具体例において、作用電極および参照電極は慣用的な電極であり得る。ある具体例において、作用電極および参照電極が電界効果トランジスターのソースおよびドレインであり得る。
テストリガンドを含有することが疑われる試料を、種々のメカニズムによって人工受容体と接触させることができる。例えば、試料は空気流またはエアロゾルで運ぶことができる。試料は液体であり得る。ある具体例において、本発明の人工受容体をカップリングさせて、ガスまたは液体流中のテストリガンドの増強された検出を供する表面積を増加させるのが望ましいであろう。ある具体例において、流れは、本発明の人工受容体をカップリングさせることができる、エアロゾルのような発泡した支持体物質を通って受けることができる。
人工受容体のための環境の支持
本発明の人工受容体は、種々の支持体材料中または上で種々の立体配置にてセンサーまたはセンサーシステムに支持させることができる。例えば、本発明の人工受容体は固体、ゲル、およびフォーム環境に支持することができる。種々の検知システムを収容するために、本発明の人工受容体は、電流、光、および／または他の電磁放射線を伝導する環境中に配置することができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は、光ファイバーのようなファイバーの末端側表面に、または該表面近くに位置させることができる。該末端側表面は、例えば、光ファイバーの端部であり得る。ある具体例において、本発明の人工受容体は、ファイバー上の末端側表面に結合するか、またはそうでなければカップリングさせることができる。例えば、本発明の人工受容体はファイバーの端部に直接カップリングさせることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、ファイバーにカップリングさせることができる支持体材料または基材にカップリングさせ、埋め込み、またはそうでなければ配置させることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、ファイバーにカップリングさせることなく、ファイバーの端部近くに位置させることができる。例えば、本発明の人工受容体は、ファイバーによって検出可能なように配置することができる標的物体または基材にカップリングさせるか、またはそこにつるすことができる。ある具体例において、受容体−支持材料は該物体または基材上に重ねることができる。ある具体例において、標的物体それ自体は受容体用の支持体とすることができ、すなわち、該物体または基材は、本発明の人工受容体をカップリングさせることができる材料から形成することができる。
ある具体例において、ゾル−ゲルを本発明の人工受容体用の支持体とすることができる。例えば、本発明の人工受容体は、ファイバーまたは電極にカップリングさせることができるゾル−ゲルにカップリングさせるか、またはその中につるすことができる。該ゾル−ゲルプロセルは、液体「ゾル」から固体「ゲル」相へのシステムの転移を含む。ゾル−ゲルプロセスを介して、種々の形態のセラミックまたはガラス材料を製造することが可能である。ドーパントを加えてガラスの特性を改変することができる。例えば、超微小または球状粉末、薄膜コーティング、セラミックファイバー、微多孔性無機膜、モノリシックセラミックおよびガラス、または極端に多孔性のエアロゾル材料を、ゾルゲルプロセスを用いて開発することができる。１つのプロセスにおいて、ゾル−ゲルはゲル化して固体を形成するシリカ粒子のコロイド懸濁液である。得られた多孔性ゲルを化学的に精製し、高温で圧密化して、高純度のシリカとすることができる。
ゾル−ゲルは物体にコーティングし、またはそうでなければ適用することができ、あるいは物体自身に形成することができる。ある具体例において、ディップコーティングによってゾル−ゲルをファイバーの表面に適用することができ、現在の人工受容体はゾルゲルにカップリングさせることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、ファイバーによって検出可能なように配置されるゾル−ゲル基材にカップリングさせることができるが、ファイバーには結合されない。例えば、ゾルゲルはプレートまたは他の基材に適用することができ、光ファイバーをプレートの一部を検出するように整列させることができる。
ディップ−コーティングに加えて、ゾル−ゲルは、スプレイイング、キャスティングおよびスピンコーティングの他のプロセルを介して適用することができる。エアロゾル、粉末、およびキセロゲルから形成された薄膜のような他の形態のゾルゲルも、本発明の人工受容体で用いるために配置することもできる。ゾルゲルプロセスは米国特許第５，７７４，６０３号に記載されている。二層センサーおよびエアロゾル−発生ゾルゲルを利用するセンサーは米国特許第６，０１６，６８９号に記載されている。
ある具体例において、マイクロスフィア（または「ビーズ」）を、本発明の人工受容体用の支持体として配置することができる。光ファイバーおよび固体多孔性無機マイクロスフィアを一体化させるセンサーは米国特許第５，４９６，９９７号に記載されている。一致するシェル厚みを持つポリマーシェルを有するマイクロスフィアは米国特許第６，７２０，００７号に記載されている。また、マイクロスフィアは米国特許第６，３２７，４１０号および６，２６６，４５９号および公開された米国特許出願第２００３００１６８９７号、第２００２０１２２６１２号、第２００１００２９０４９号に記載されている。複数または多数のマイクロスフィアを、多重検出（コーティングされたビーズの複数組への多数分析物の結合）を可能とするように配置することができる。本発明の人工受容体はナノスフィアに一体化させることもできる。
ある具体例において、マイクロスフィアのような支持体を光学シグニチャーで暗号化することができる。多面支持体環境および構造を暗号化することができるが、記載目的ではマイクロスフィアをここに参照する。マイクロスフィアのような構造は、例えば、ビーズ内に捕獲することができる色素の使用によって暗号化することができる。色素が、例えば、蛍光色素であり得る。また、色素がクロモフォアまたはフォスフォルまたは他の光学的に検出可能な物質であり得る。ある具体例において、２以上の色素を用いて、マルチパラメーター暗号を供することができる。ある具体例において、暗号は、マイクロスフィアに関連する化学的官能性または感度に対応させることができる。暗号化されたマイクロスフィアを備えたファイバーオプティックセンサーは、米国特許第６,０２３,５４０号に記載されている。
ある具体例において、本発明の人工受容体は、毛細管と組み合わせて用いるように配置させることができる。例えば、光ファイバー（または電極）を毛細管内に支持することができる。流体試料をファイバー（または電極）および管の間の空間に導入することができる。流体は吸い取り、毛細管作用によって空間に支持することができる。本発明の人工受容体は光ファイバー（または電極）毛細管でのまたは毛細管中の物体にカップリングさせることができ、流体試料中のテストリガンドを検出するように配置することができる。毛細管中の光ファイバーを使用する蛍光イムノアッセイは米国特許第４,４４７,５４６号に記載されている。
本発明の人工受容体はキャビティー中に配置することもできる。本明細書中で用いるように、キャビティーはマイクロウェル、ピット、キャビティー、凹所、ボイド、または同様の構造をいうことを意図する。この考察の目的では、マイクロウェルを記載するが、本発明は他の形態のキャビティーに適用することもできる。ある具体例において、マイクロウェルは光ファイバーの端部に形成することができる。また、マイクロウェルは、光ファイバーによって検出することができるように配置することができる基材上に形成することもできる。マイクロウェルベースのセンサーは米国特許第６,６６７,１５９号、第６,３７７，７２１声および第６,２１０,９１０号に記載されている。ある具体例において、複数のマイクロウェルは、米国特許第６，６６７，１５９号にさらに記載されているように、ランダムな順番のアドレス可能なセンサーアレイ内の個々のファイバーの末端側端部に形成することができる。
ある具体例において、マイクロウェルは、受容体をカップリングさせることができるビーズを受け取る。ある具体例において、マイクロウェルおよびビーズはファイバーの端部の表面に配置することができる。ある具体例において、ビーズおよび凹所の構造は哺乳動物味蕾の形状を模倣することができる。ビーズは、例えば、ポリマーから構成することができる。
図９は、例えば、基材、導波管、または電極であり得る、基材７２０中の凹所７３０の断面図を示す。該凹所は、例えば、マイクロウェルであり得る。球またはビーズであり得る突起７４０が、該凹所７３０に存在することができる。本発明の作用電極７１０は突起７４０にカップリングさせることができる。ある具体例において、本発明の作用電極は凹所表面にカップリングさせることができる。
ある具体例において、ミクロンサイズのウェルのアレイを光学的イメージングファイバーの末端側先端に形成することができ、本発明の人工受容体をウェル中にカップリングすることができる。ある具体例において、ウェルは湿式エッチングプロセスを用いて作成することができる。コアおよびクラッドのエッチング速度に差が存在する場合、コアおよびクラッドの材料の間にウェルを作成することができる。例えば、ファイバーのコアがクラッドよりも速くエッチングされる場合、コアはエッチングにより除去され、残存するクラッドによって規定されるウェルを生じさせる。ある具体例において、本発明の人工受容体をウェルにカップリングさせることができる。ある具体例において、生細胞をウェルに受領させることができ、本発明の人工受容体を生細胞の存在および／または挙動を検出するように配置することができる。
ある具体例において、細胞をファイバー上に平板培養することができ、本発明の人工受容体を細胞に検出を容易とするように配置することができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体を使用するセンサーは、遠隔位置における光学的分析測定を行うように配置することができる。米国特許第５，８１４，５２４号は、ファイバーオプティックアレイおよび屈折率勾配レンズを含むイメージングファイバーを使用し、流体試料中に存在する場合、分析物の個々の種と接触する反応用の外部表面に光エネルギー吸収インジゲーターリガンドを有する遠くに位置する固体基材を利用する装置を記載する。
本発明の人工受容体はカーボンペースト中に支持することもできる。ある具体例において、ハイブリッド光学／電気化学センサーを提供することができ、ここに、該カーボンペーストは、試料および／または受容体の電気的挙動または特性を検出するように配置することができる回路に電気的にカップリングさせることができる。
本発明の人工受容体はマイクロチャネル中に配置することもできる。ある具体例において、マイクロチャネルは表面に縦方向の窪みを含み、本発明の人工受容体は窪んだ表面にカップリングさせ、マイクロチャネル中の流体中のテストリガンドを検出するように配置することができる。
本発明の人工受容体は膜上に支持することもできる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、光ファイバーの先端の前面に位置させることができる膜にカップリングさせることができる。ある具体例において、該膜は移動させることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、電気化学センサー中に２つの電極の間に位置させる膜にカップリングさせることができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体はヘキサメチルジシロキサンプラズマ−重合フィルムにカップリングさせることができる。
分子的にインプリントされたポリマーおよびゼオライトを含めた他の材料を、本発明の人工受容体用の支持体として配置させることができる。本発明の人工受容体は、ディスポーザブルスクリーン印刷技術で用いるために配置させることもできる。
ファイバーオプティックセンサー
ファイバーオプティック技術を本発明の人工受容体で利用することができる。ファイバーオプティックシステムは、可視光線、赤外線または紫外線のような電磁放射線の質または量の変調の検出を可能とするように配置させることができる。例えば、放射線の強度（エネルギー）、偏光状態、位相および波長を検出し、測定することができる。ファイバーオプティック−ベースのセンサーの具体例は米国特許第５，６９０，８９４号および第６，６８０，２０６号に記載されている。
ファイバーオプティック検出システムは、本発明の人工受容体の近傍において放射線および／または光学的特性を検出するように配置されたファイバーでもって配置することができる。ファイバーオプティック検知システムの具体例は遠隔、分布および多重検知を供するように設計することができる。受容体を使用する光学的検知システムの具体例は米国特許第５，５１２，４９０号に示され、記載されている。ある具体例において、マイクロ機械的システムを備えたセンサーを使用することができる。また、センサーは厳しいおよび有害な環境中で操作するように設計することもできる。ある具体例において、ファイバーを保護クラッド層で被覆して、ファイバーを保護することができる。
ファイバーオプティックファイバーをフィルターおよび光源とつなぎ合わせて、本発明の人工受容体を含む、あるいは本発明の人工受容体にカップリングした基材の特定の特性または挙動の検出を容易とすることができる。試料中の受容体にカップリングしたテストリガンドの存在は、例えば、試料の発光、吸収または屈折率の検出によって検出することができる。ディテクターは、例えば、白色光、紫外光または蛍光を含めた種々のタイプの放射線を測定するように配置することができる。ある具体例において、エミッターおよびレシーバーを別々のファイバーにカップリングさせ、反射した、屈折した、または伝導された光（または他の放射線）を検出することができる。放射線の他の源を用いることもできる。
図４は、光学シグナルを検出するように配置することができるセンサーシステム２００の具体例の模式図である。本発明の人工受容体２１０は基材２２０にカップリングさせることができる。レーザーまたはランプのような光源２３０は、光を人工受容体へ向ける。導波管２４０は、電磁放射線、すなわち、光を検出するように配置することができる。導波管２４０は、例えば、反射した放射線、伝導された放射線、または蛍光放射線を検出するように配置することができる。導波管は、例えば、平面状導波管であり得る。ファイバー２５０、例えば、光ファイバーを導波管２４０に、および電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のような電磁検出システム２６０にカップリングさせることができる。検出システムは、検出システムから受け取ったデータを処理し、貯蔵するように配置することができるコンピュータシステムのような処理システム２７０にカップリングさせることができる。別法として、検出システムは、別々の処理システムを用いることなく、直接的にデータを表し、または貯蔵するように配置することができる。
図５は、ファイバー３２０を導波管として用いるために配置することができる検知システム３００の具体例を示す。図５に示すように、多数のファイバーを一緒に配置して、受容体３１０によって反射された、屈折された、伝導されたまたは蛍光を発せられた光または他の放射線を検出することができる。多数のファイバーから受け取ったデータは、受容システム３３０によって処理して、基材上の異なる位置の観察を可能とすることができる。図５に示した具体例において、基材３４０はファイバーにカップリングされていない。別の具体例において、基材をファイバーの末端側にカップリングすることができ、受容体は該基材にカップリングさせることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体をファイバーに直接カップリングさせることができる。
強度−ベースのセンサー、干渉−ベースのセンサー、偏光−ベースのセンサー、波長−ベースのセンサー、非線形オプティクス−ベースのセンサー、およびマルチフォトン−ベースのセンサーのような種々のタイプの光学センサーを設けることができる。光電子増倍管、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、およびマイクロチャネルプレートのような他のディテクターを設けることもできる。束としたファイバーおよびファイバーアレイを配置して、複数の本発明の人工センサーを検出することもできる。
ファイバーオプティック検出システムは直接的または間接的検出に基づいて操作することができる。直接的に検出可能な標識は、１以上のさらなる化学的剤との相互作用無くして直接的に検出可能なシグナルを供する。適当な直接的に検出可能な標識は比色標識、蛍光標識などを含む。間接的に検出可能な標識は１以上のさらなる剤と相互作用して、検出可能なシグナルを供する。適当な間接的標識は標識された抗体などを含む。
検出システムは、試料の屈折率、色または発光（例えば、蛍光）または吸収（例えば、蛍光消光）特性のような試料の固有の光学的特性を検出するように配置することができる。ある具体例において、受容体に結合したテストリガンドの存在は、テストリガンドの存在に関係する１以上の特性の変動に基づいて検出することができる。ある具体例において、検知された領域におけるテストリガンドまたは標識の濃度は、特定の受容体に結合する分析物の濃度の関数であり、これは、試料の光学的特性または挙動から特定することができる。ある具体例において、標識は分析物に結合することができる。ある具体例において、標識はブロッキング分析物に結合することができる。標識の使用は米国特許第５,６９０,８９４号に記載されている。
ファイバーオプティックシステムは検出配置における柔軟性を可能とする。例えば、ファイバーオプティックシステムは、アクセスするのが困難であり得る位置での検出を可能とするように配置することができる。１以上のファイバーの使用を介して、ある距離における検出も可能である。ファイバーの群は、さらに後に記載するように、アレイまたはデータを収集するように配置することができる。ファイバーまたはファイバーの束に沿った多数の点における検出も可能である。
ファイバーオプティック検出システムは、検知またはプロービング配置にて配置することができる。検知配置はデータのストリームを可能とする。例えば、検知システムは、連続的に検知するように配置することができる。プロービング配置はある時点における特定の点でのデータの試料（すなわち、「スナップショット」）を取る。ファイバーオプティックプローブは単一データの試料または多数のデータを取るように配置することができる。ある具体例において、例えば、ファイバーオプティックプローブは、周期的なデータ試料を取るような配置することができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は、光学イメージングファイバーと組み合わせて配置することができる。光学イメージングファイバーは、イメージをファイバーの１つの端部から他の端部まで運ぶことができるように、コヒーレントな様式で一緒に融かし、引かれる多数の個々のファイバーから形成することができる。ある具体例において、光学的イメージングファイバーは、本発明の人工受容体に結合するリガンド（例えば、テストリガンド）の存在、状態または挙動を検出するように配置することができる。そのようなイメージングファイバーは、化学的に感受性のポリマーマトリックスと組合せと配置して、イメージングおよび化学的検知を組み合わせることもできる。これは、試料で起こる化学的ダイナミックスの同時光学検出および測定を可能とする。
ある具体例において、本発明の人工受容体は光学ピンセットで用いるように配置することができる。光学ピンセットは、焦点を合わせたレーザービームを用いて粒子を捕獲して、光学トラップを形成する。光学ピンセットは、公開された米国特許出願第２００３／００３２２０４号に記載されている。
ファイバーオプティック導波管は電気適用の多くにおいて記載してきたが、他の幾何学（例えば、平面状またはストリップ）を有する導波管を受容体で用いるために配置することもできる。種々の濃度の構造（例えば単一モードまたは複数−モード）屈折率の分布（階段状または勾配屈折率）材料の組成（たとえば、ガラス、ポリマー、半導体）を使用することができる。
ある具体例において、受容体を平面状導波管の前面にカップリングすることができる。シグナルをファイバーを通じて捕獲し、運ぶことができ、そこで、それらはコンピュータシステムによって分析することができる。平面状導波管を用いる蛍光−ベースのセンサーシステムは、公開された米国特許出願第２００２／０１６０５３５号に記載されている。
光学的シグナル
検出可能な光学シグナルは、本発明の人工受容体とリガンドとの相互作用によって、または標識された部位のリガンドへの結合を介して生じさせることができる。ファイバーオプティック検出システムは、物理的、化学的または生物学的に生じさせたものを含めた種々の光学シグナルを検出するように配置することができる。例えば、検出システムは試料の屈折率、色、発光、吸収、蛍光、または蛍光消光、特性、および／またはそれらの特性の変化のうち１以上を検出するように配置することができる。
本発明の人工受容体でのテストリガンドの結合の存在は、ファイバーを介して検出される光学的シグナルの質または量に影響し得る。本発明の人工受容体に（または相互に）結合した２以上のテストリガンドの存在も、光学的シグナルまたは特性の検出可能な変化を生じさせることもできる。
ある具体例において、蛍光または蛍光の消光の変化を検出することができる。蛍光は、異なる波長の放射線の吸収に従った放射線の発光である。例えば、蛍光性物質の例は、紫外線に暴露された後に可視光線を発することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、その蛍光特性（例えば、発光の強度、発光波長または寿命）が分析物の結合に対して変化する蛍光分子を含むことができる。本発明の人工受容体を使用するセンサーが蛍光崩壊時間を検出するように配置することができる。
本発明の人工受容体に使用するセンサーは蛍光の消光を検出するように配置することができる。蛍光の消光は種々の形態で起こり得る。動的消光が起こることができ、そこでは、クエンチャーおよび励起された状態の間での衝突の遭遇が関与する。発光の寿命および強度は動的消光によって減少させることができる。濃度消光が起こることができ、そこでは、分子が高濃度におけるそれ自体の蛍光を消光する。「静的」消光が起こることができ、フルオロフォアおよびクエンチャーの間の相互作用が関与する。色−消光が起こることができる。そこでは、発せられるフォトンが試料の強く着色する成分によって再度吸収される。色−消光は、蛍光共鳴エネルギー移動（「FRET」）に基づいてもう１つの消光プロセスによってしばしば達成される。これは、励起された種が、フルオロフォアの発光スペクトルと重複する吸収を意味する隣接物に励起エネルギーを移動させる無放射プロセスである。
本発明の人工受容体を配置したセンサーは、蛍光偏光を検出するように配置することもできる。蛍光偏光とは、平面偏光された光で励起された溶液中の蛍光分子が、もし当該分子がフルオロフォアの励起の間に静的に留まるならば、光を発して固定された平面に戻るという事実をいう。もし、分子が励起された状態の間で回転するならば、異なる面で光が発せられる。発せられた光の強度は、面内でモニターして、蛍光性分子の回転をモニターすることができる。大きな分子は小さな分子よりもゆっくりと回転する傾向がある。蛍光偏光測定は、従って、分子相互作用を研究するのに用いることができる。例えば、蛍光性分子の結合／遊離の比率を検出することができる。標識の蛍光偏光を検出するセンサーは米国特許第６，５５５，３２６号に記載されている。
本発明の人工受容体を使用するセンサーは、エバネッセント波特性を検出するように配置することができる。エバネッセント波−ベースのセンサーは、米国特許第５，５２５，８００号、５,６３９,６６８号および第６，７３１，８２７号によって記載されている。
本発明の人工受容体を使用するセンサーは、ケミルミネセンス、バイオルミネセンス、ケミバイオルミネセンスのような現象を検出するように配置することができる。ケミルミネセンスは、化学反応からのエネルギーの放出による光としての電磁放射線の発生である。
合成化合物を用い、通常、ペルオキサイドのような高度に酸化された種が関与する化学反応が、通常、ケミルミネセント反応といわれる。ホタルまたはクラゲのような生きた生物から提示する発光反応は、通常、バイオルミネセント反応と呼ばれる。電流によって起こる発光反応は、電気化学ルミネセント反応と呼ばれる。
本発明の人工受容体を使用するセンサーはマルチパラメーター技術を用いるように配置することができる。例えば、マルチパラメーター蛍光技術は、放射線のスペクトル変化、強度、寿命および偏光に基づいて行うことができる。例えば、屈折率、発光および吸収特性を同時にモニターすることもできる。他の組合せも可能である。
ある具体例において、励起光は結合デバイス（ＣＣＤ）カメラを本発明の人工受容体を組み込むシステムからの光学シグナルを検出するように配置することができる。ある具体例において、長期暴露を用いて、長時間にわたってデータを集めることができる。波長によってシグナルを分離するためにフィルターを配置させることもできる。
ある具体例において、光場アレイを光ファイバー上に作成し、本発明の人工受容体とカップリングさせることができる物体を観察することができるように配置することもできる。
光学センサーアレイ
ある具体例において、ファイバーオプティックセンサーはデータのアレイを供するように配することができる。例えば、ある具体例において、本発明の人工受容体は、アレイ中の表面に配置することができる。本発明の人工受容体のアレイは、単一のファイバーによってまたはファイバーの群によって検出することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体のアレイは端部に配置させることができる。例えば、本発明の人工受容体はアレイパターンにてファイバーの端部にカップリングさせることができる。別法として、本発明の人工受容体は、ファイバーをガラスプレートに関する検出を可能とするように配置して、該ガラスプレートのような物体上に結合させ、つり下げ、またはそうでなければそこに位置させることができる。
ある具体例において、ファイバーのアレイを本発明の人工センサーと共に配置して、データアレイを集めることができる。ある具体例において、ファイバーアレイを、種々の位置からのデータ試料を供するように位置させることができる。ある具体例において、パターンに配置することができる種々の半発明の人工受容体は、複数のテストリガンドについての同時モニタリングを可能とする。これらのセンサー技術の他の変形または組合せが可能である。
光ファイバーセンサーアレイはさらに米国特許第５,６９０,８９４号、第６,６６７,１５９号および第６,６８７,２０６号に記載されている。
ある具体例において、複数のファイバーを図１１に示したように束１１０にて配置することができる。特定の受容体を特定のファイバーまたはファイバーの群と関係づけることができる。例えば、ある具体例において、特定の受容体を束の第１の端部１１１０におけるファイバーにカップリングさせることができ、特定のテストリガンドを該束の第２の端部１１２０で受け取られたシグナルに基づいて同定することができる。
試料アレイを分離するための技術は、時間−分光測定、空間−分解分光測定、エバネッセント波分光測定、レーザー−援助分光測定、表面プラズモン分光測定、多次元データ獲得を含む。ファイバーの束をセンサーアレイを形成するように配置させることができ、これはイメージングのために、またはデータ獲得のために用いることができる。ある具体例において人工神経ネットワークを、ファイバー束アレイからのデータを処理するように配置することができる。人工神経ネットワークはシグナルをデコンボリュートして、データシグナルパターン、特定のテストリガンド、テストリガンドの群との関連付けを可能とする。例えば、特定のテストリガンドが存在する場合、シグナルの特定の組合せはファイバーアレイを通じて検出することができると判断することができる。データが収集されると、新しいテストリガンドまたはテストリガンドの組合せの検出を決定することができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体と組合せたファイバーオプティック技術に基づくセンサーは、生物学的および環境試料の種々の成分の濃度（または濃度変化）を継続的に検出するように配置することができる。
電気化学的センサー
本発明の人工受容体は、例えば、電気化学センサーで用いるために配置することもできる。本発明の人工受容体は、例えば、化学的に修飾された電極センサーおよびミクロ電極を含めた種々の電気化学センサーと共に配置することができる。検知スキームは、例えば、ボルタンメトリーおよび電位差方法を含む。電気化学センサーは種々のテストリガンドのいずれも検出するように配置することができる。
ある具体例において、電気化学センサーは電極にカップリングした、または電極近くの本発明の人工受容体を含む。ある具体例において、もしテストリガンドが受容体に結合すれば、テストリガンドの存在が電気的モニタリングに基づいて検出することができる。例えば、特定のテストリガンドの存在が電荷を作り出すことかできる。該電荷が検出可能な電流または電圧の差を作り出すことができる。ある具体例において、化学的に反応性のガスを酸化し、（酸素を受け取りおよび／または電子を与えるまたは減少させるおよび／または電子を与える）場合、電位差を作り出すことができ、これは電流を流す。非還元性アニオンは、該アニオンおよび受容体の間、または操作可能にカップリングしたレドックス活性部位の間の電気化学的相互作用に基づいて検出することができる。
ある具体例において、電気化学的センサーは、電極または「検知」電極、参照電極および本発明の人工受容体を含む。作用電極はテストリガンドに暴露され、参照電極がテストリガンドに暴露されない。テストリガンドは作用電極から作用すると電気化学的反応が起こり得る。典型的には、酸化または還流のいずれかが、テストリガンドのタイプに応じて起こるが、他の反応も可能である。酸化反応の結果、電子が作用電極から外部回路を通じて参照電極へ流れる。還元反応の結果、電子が参照電極から作用電極へ流れる。電流における電子のこの流れは、テストリガンドの濃度に比例する。
ある具体例において、本発明の人工受容体は、作用電極にカップリングすることができる。受容体は注目するテストリガンドを含有することが疑われる試料に暴露することができる。化学反応が電子を作用電極へまたは作用電極から流すことができる。例えば、ある具体例においては、受容体は試料に暴露することができ、試料中のテストリガンドは受容体に結合することができる。受容体および試料からの結合したテストリガンドを電解質のような反応性物質に暴露することができ、これは、化学反応を起こすことができ、今度はこれは、電流を流すことができる。
図６は電気化学的センサー４００の具体例を示す。本発明の作用する受容体４１０は作用電極４２０にカップリングさせることができる。作用電極４２０および参照電極４３０は電気検知デバイス４３０に電気的にカップリングすることができ、これは、例えば、電圧または電流を検出するように配置することができる。受容体４１０が作用電極４２０に直接カップリングさせて示すが、別法として受容体は作用電極に非電気的にカップリングさせることができる基材にカップリングさせることができる。
ある具体例において、電子化学的センサーは膜を含むことができる。本発明の人工受容体は膜に付着されるか、またはそうでなければカップリングさせることができる。図７は電気化学的センサ−５００の具体例を示す。ここでは、本発明の作用する受容体５１０が、作用電極５３０および参照電極５４０の間の膜５２０にカップリングさせることができ、これは、電気的検知デバイス５５０にカップリングさせることができる。ある具体例において、膜は作用電極およびテストリガンドの間に位置させる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は、導電性ポリマーフィルムにカップリングすることができる。例えば、ある具体例において、本発明の人工受容体は、導電性ポリマーフィルムにカップリングさせることができ、該フィルムは白金電極または他の電極の表面にカップリングさせることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、導電性ポリピロールフィルムにカップリングさせることができる。
ある具体例において、フィルムの電極をガラス基材中に、ガラス基材上に一体化させることができる。ある具体例において、薄い膜のＡｃ／ＡＧＣｌ電極をガラス基材に一体化させることがでてきる。また、白金電極をガラス基材中に、またはガラス基材上に一体化させることができる。マルチ−電極システムを設けることもでき、多数の電極が単一のガラス基材に一体化される。
本発明の人工受容体は、半導体−ベースのセンサーにカップリングさせることができる。ある具体例において半導体−ベースのセンサーは電気吸着効果に基づくことができ、半導体の感受性層に適用された電場は、材料の吸着特性を変化させる。
本発明の人工受容体ＭＯＳＦＥＴ、ＣＨＥＭＦＥＴ、ＩＳＦＥＴ、ＳＡＦＥＴまたはＳＧＦＥＴのような電界効果トランジスターと共に配することができる。例えば、本発明の人工受容体は。ＦＥＴ、またはＦＥＴデバイスの近傍の環境中の物体にカップリングさせることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ）電界効果トランジスター層にカップリングさせることができ、物質の人工受容体への結合はＭＯＳＴＥＦＴを介して検出することができる。ＩＳＦＥＴ、ＣｈｅｍＦＥＴ、ＳＡＦＥＴおよびＳＧＦＥＴの模式的図を、各々、図１２Ａないし図１２Ｄにて示す。
ある具体例において、本発明の人工受容体はイオン選択性電界効果トランジスター（ＩＳＦＥＴ）と共に配置することができる。ＩＳＦＥＴデバイス１２００の具体例の模式図を図１２Ａに示す。ある具体例において、ＩＳＦＥＴは、本発明の人工受容体へのテストリガンドの結合によって引き起こされたエフェクトソスタティック（effectsostatic)効果に基づいて操作される。ある具体例において、化学的に感受性の膜１２０５または絶縁体層を、ソース１２１０およびドレイン１２１５の間に延びるように配置することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体１２２０は化学的に感受性の膜または層にカップリングさせることができる。受容体および／または膜にカップリングする化学物質からの電荷は、ＦＥＴシグナルの操作を介して、受容体に結合した化学物質の存在および／または同一性を増幅することができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は化学的に修飾された電界効果トランジスター（ＣｈｅｍＦＥＴ）にカップリングさせることができる。ＣｈｅｍＦＥＴ １２２５の模式図を図１２Ｂに示す。ある具体例において、酸化物の層１２３５をドレイン１２４５およびソース１２４０の間に延長させることができ、化学的に感受性のゲート１２５０を該酸化物の層の頂部に重ねることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体を酸化物の層１２３５またはゲート層１２５０にカップリングさせるか、またはそれに埋めることができる。ある具体例において、該層または複数層はゲルまたは膜とすることができる。ある具体例において、ゲルおよび膜は共にゲート表面に重ねることができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は表面接近可能電界効果トランジスター（ＳＡＦＥＴ）にカップリングさせることができる。図１２Ｃは、ソース１２７５およびドレイン１２８０を含むＳＡＦＥＴデバイス１２５５の模式図を示す。ある具体例において、本発明の人工受容体１２６０は絶縁体構造１２６５またはゲート１２７０にカップリングさせることができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体はつるされたゲート電界効果トランジスター（ＳＧＦＥＴ）にカップリングさせることができる。図１２ＤはＳＧＦＥＴ １２８５の模式図を示す。ある具体例において、化学的に感受性の絶縁体構造１２９０はドレイン１２９５およびソース１３００に重ねることができ、ゲート１３０５は絶縁体構造１２９０に重ねることができる。化学的に感受性のメッシュ１３１０をゲート１３０５に重ねることができる。本発明の人工受容体１３１５は、化学的に感受性のメッシュ１３１０、ゲート１３０５、および絶縁体構造１２９０のうちの１以上にカップリングさせるか、またはそれに埋めることができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は、電極に電気的にカップリングさせたカーボンペーストにカップリングさせることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体を一体化させる電気化学的センサーは、カーボンペーストをスクリーン印刷した電極に基づくことができる。ある具体例において、これらのセンサーは導電性ポリマーポリアニリン（ＰＡＮＩ）／ポリ（ビニルスルホン酸）（ＰＶＳＡ）を一体化させる。そのようなセンサーは、レドックス活性テストリガンドを検出し、定量するのに有用であり得る。
本発明の人工受容体は電気化学的インピーダンス分光測定技術でもって配置することもできる。ある具体例において、受容体上のテストリガンドの存在は、電極界面における電気的特性の変動を介して検出することができる。例えば、インピーダンスのシフト、キャパシタンスの変化、またはアドミッタンス（または抵抗）の変化を検出することができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は無試薬センサーに配置することができる。例えば、本発明の人工受容体は無試薬電流イムノセンサーで用いるのに配置することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は蛍光性であって、該受容体の蛍光特性は分析物の結合に際して変化する。無試薬アッセイキットは米国特許第６，６６０，５３２号に記載されている。
ある具体例において、光学および電気化学センサーは試料に関するデータを同時に集めるように配置することができる。薄いフィルムのファイバーオプティックセンサーアレイおよび試料の同時観察および化学的検知用の装置は米国特許第５，２９８，７４１号に記載されている。
本発明の人工受容体は複数−エレメントミクロ電極アレイセンサーと共に配置することもできる。そのようなアレイセンサーは、例えば、種々のガスまたはテストリガンドを検出するように配置することができるか、あるいは種々の位置における単一テストリガンドにつきモニターすることができる。
図８は検知システム６００の具体例を示し、そこでは、電気化学センサー６２０のアレイ、およびファイバーケーブル６３０におけるファイバーオプティックセンサーのアレイを、基材６４０にカップリングさせることができる複数の本発明の人工受容体６１０からのシグナルを検出するように配置することができる。処理システム６５０は、電気化学的センサーのアレイから、および光学センサーからのデータを受け取る。ファイバーのアレイから受け取ったデータパターン８００の例を図１０に示す。テストリガンドが本発明の人工受容体に結合した位置８１０を検出することができる。
センサーの適用
本発明の人工受容体を使用するセンサー、センサーシステム、および方法は、種々のテストリガンドを検出し、または種々の特性または挙動を測定するように構成することができる。
臭いまたは味の人工的検知
ある具体例において、臭いまたは味のヒトまたは哺乳動物感覚を模倣するセンサーシステムを、本発明の人工受容体を用いて提供することができる。そのようなシステムは、時々、人工舌または人工鼻と言われる。ある具体例において、例えば、試料は細菌、トキシンまたは毒につきテストすることができる。ある具体例において、システムは、例えば、病原性微生物、癌細胞、水中の汚染物、空中汚染物、爆発−関連蒸気、蛋白質および／またはポリヌクレオチドを検出するように配置することができる。
ある具体例において、試料は食品または飲料製品であり得る。ある具体例において、光学システムは、試料の固有の蛍光の変化のような試料の光学的特性の変化を検出するように配置することができる。ファイバーまたはファイバーの束を介して得られたデータは、デコンボリュートし、またはそうでなければ処理することができる。分析物の複雑な混合物を同定し、定量することができる。例えば、ある具体例において、試料から得られたデータパターンは、特定のテストリガンドの存在を同定しおよび／または定量するように解釈することができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は人工鼻中に配置することができる。例えば、ある具体例において、本発明の人工受容体は、爆発性蒸気を検出して、例えば、地雷検出を容易とするように配置することができる。ある具体例において、人工鼻は光源（または他の電磁放射線の源）、本発明の人工センサーをカップリングさせることができる物体、およびＣＣＤカメラを含む。ある具体例において、蒸気送達システムおよび蒸気除去システムを設けることもできる。ある具体例において、蒸気をパルス上で人工鼻の検知領域に送達することができる。試料中のテストリガンドを同定し、定量するためには、蛍光の変化および／または波長のシフトのような光学的な特徴および挙動を検出することができる。
人工鼻の具体例において、爆発性蒸気および他の有機性蒸気（例えば、バックグラウンド蒸気）の間を区別するように、パターン認識および／または神経ネットワーク分析を構成することができる。ある具体例において、光学センサーのアレイを用いることができる。ある具体例において、本発明の人工受容体を、マイクロウェルにカップリングさせることができるマイクロビーズにカップリングさせることができる。ある具体例において、蛍光シグナルを処理することができ、シグニチャーをマッピングして、例えば、ニトロ芳香族化合物の同定を可能とすることができる。ある具体例において、シグナルは長期間にわたって検出することができ、単一データを処理して、試料中のテストリガンドを同定しおよび／または定量することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体に基づく人工鼻を、現場で用いるように配置して、例えば、地雷を検出するポータブルシステムに組み込むことができる。
ミクロ流体システム
本発明の人工受容体は、ミクロ流体システムで用いるために配置することができる。ミクロ流体システムを一体化させるバイオセンサーは米国特許第６，７１６，６２０号に記載されている。ミクロ流体システムは米国特許第６，７７３，５６７号；第６，７５６，０１９号；第６，７０９，５５９号；第６，６７０，１５３号；第６，６７０，１３３号；第６，６３５，４８７号；第６，６３２，６５５号；第６，５３４，０１３号；第６，４９８，３５３号；第６，４８８，８９５号；および第６，４６５，２５７号、および公開された米国特許出願第２００４００４８３６０号および第２００４００２８５６７号にも記載されている。ある具体例において、光学センサーを利用して、ミクロ流体システムの一部中のテストリガンドの存在を検出することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体を使用して、ミクロ流体システム中の流れからテストリガンドを抽出することができる。ミクロ流体システムは、本発明の人工受容体を用いるインジケータ構成要素と共に配置することもできる。ミクロ流体システム用のインジケータ構成要素は公開された米国特許出願第２００４０１４１８８４号に記載されいてる。
ナノ構造
ある具体例において、本発明の人工受容体はナノ構造で用いるために配置することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体はコロイドアセンブリプロセスで用いるために配置することができる。ある具体例において、受容体はより大きな粒子にカップリングさせる。コロイドアセンブリプロセスは、より小さな粒子がより大きな粒子の周りに集合するように行うことができる。ある具体例において、より大きな粒子をエッチングで除去して、中空球を生じさせることができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は、例えば、ミクロンスケールのアームであり得るカンチレバーにカップリングさせることができる。テストリガンド、例えば、ＤＮＡのストランドが人工受容体に結合すると、カンチレバーを曲げる表面張力が誘導される。カンチレバーアームの曲げを検出することができ、それにより、本発明の人工受容体に結合したテストリガンドの存在の検出を可能とする。ある具体例において、カンチレバーのアレイを設けることができる。ある具体例において、異なる人工受容体をカンチレバーまたはカンチレバーの群にカップリングさせることによって、異なるテストリガンドを検出することができる（例えば、異なる遺伝子）。
ある具体例において、本発明の人工受容体はナノチューブと共に配置することができる。例えば、本発明の人工受容体は半導性カーボンナノチューブにカップリングして、ガスの検出を容易とすることができる。
ある具体例において、本発明の人工受容体は、ガスのような特定のテストリガンドに暴露した場合に、電気的抵抗を変化させるように配置された半導性ナノチューブと共に配置することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体は、１以上のテストリガンドとナノチューブとの結合をブロックして、ナノチューブによる他の物質の検出を可能とするように配置される。
ある具体例において、本発明の人工受容体は半導体ナノワイヤーの表面にカップリングさせることができる。例えば、本発明の人工受容体はナノワイヤー電界効果トランジスターにカップリングさせることができる。ある具体例において、ナノワイヤー電界効果トランジスターはシリコンチップにカップリングさせ、または該チップに一体化させることができる。
センサーがカップリングした通信システム
本発明の人工受容体の具体例は、通信システムに操作可能にカップリングされたセンサーと共に配置することができる。例えば、本発明の人工受容体を使用するセンサーは、ワイヤードまたはワイヤレス技術を用いて通信ネットワークにカップリングさせることができる。通信は、例えば、インターネットであり得る。やはり通信ネットワークにカップリングされる処理システムは、１以上のセンサーからの１以上のシグナルをモニターすることができる。応答システムの具体例において、必要であれば、センサーから受け取ったシグナルに応答して修正動作をとることができる。
種々のタイプのセンサーをネットワークと共に配置することができる。例えば、電気化学およびファイバーオプティックセンサーはネットワークと共に配置することができる。ある具体例において、本発明の人工受容体を一体化させる電気化学、電位、電圧および／または電流センサーをデータネットワークにカップリングさせることができる。また、本発明の人工受容体を一体化させる吸光度および／または蛍光−ベースのセンサーをデータネットワークにカップリングさせることもできる。本発明の人工受容体を含むことができる他のタイプのセンサーはネットワークにカップリングさせることもできる。また、システムは、種々のセンサーまたはセンサーアレイからのデータを集め、伝達するように配置することもできる。
ある具体例において、センサーシステムはセンサーシステムからのシグナルを受け取るデジタルシステムにカップリングさせることができる。ある具体例において、デジタルシステムは環境の調整をなすように配置することもできる。例えば、アクチュエーターを活性化させて、調整を行うことができる。ある具体例において、特定の特性が検出されるアイテムを製品の流れから除去することができる。例えば、汚染された食品製品をアセンブリラインから除去することができる。ある具体例において、システムは郵便パッケージにおける特定のテストリガンドを検出するように配置することができ、パッケージは処理またはさらなる分析のために単離することができる。ある具体例において、航空機貨物のようなアイテムは、爆発性蒸気につきモニターすることができ、応答動作は必要であれば開始することができる。他の具体例も可能である。
該人工受容体を使用する方法
作用する人工受容体は、所与のテストリガンドに特異的または所与のテストリガンドの特定の部分に特異的であるように生成させることができる。形成ブロック分子の異種および固定された組合せは、該作用する人工受容体を形成する。例えば、支持体上のもう一方に近接して固定化された2、3、4、または5の異なる形成ブロック分子の組合せは、候補および作用する人工受容体として作用する分子構造を提供する。形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。一旦、複数の候補人工受容体が生じると、それらをテストして、どれが所与のリガンドに対して特異的または有用であるかを決定することができる。
次いで、特異的なまたは作用する人工受容体または受容体複合体を、種々の異なる方法およびシステムで使用することができる。例えば、該受容体は、テストリガンドを結合または検出するための方法および／またはデバイスで使用することができる。さらなる実施例によれば、該受容体は、化学合成のための方法および／またはデバイスで使用することができる。化学合成のための方法およびシステムは、部位特異的および立体特異的化学合成のための方法およびシステムを含み得る。また、該受容体は、結合相互作用を撹乱またはモデル化する化合物を開発するのに使用することができる。治療剤を開発するための方法およびシステムは、医薬およびワクチン開発のための方法およびシステムを含み得る。
１つの具体例において、本発明の方法およびシステムは、関心のある複数のリガンドを検出するのに使用することができる。例えば、未知の生体試料は、特異的リガンドの組合せの存在によって特徴付けることができる。そのような方法は、特異的な病原体または病状を検出するためのアッセイにおいて有用であり得る。さらなる例として、そのような具体例は、対象の遺伝子プロファイルを決定するのに使用することができる。例えば、癌組織を検出することができ、あるいは癌に対する遺伝的素因を検出することができる。
本発明の人工受容体は:ゲノムおよび／またはプロテオーム(蛋白質単離および特徴付け)の分析; 医薬開発(配列特異的小分子リードの同定、蛋白質相互作用に対する蛋白質の特徴付けのような); (コカインまたは他の依存性薬物の臨床または電界解析のような)テストリガンドのための検出器; 依存性薬物診断または治療; 有害廃棄物分析または改善; 化学品暴露警告または介入; 病気診断または治療; (前立腺特異抗原の臨床分析のような)癌診断または治療; 生物剤警告または介入; 食物連鎖汚染分析または改善および食品交雑物の臨床分析等において使用される製品の一部であってもよい。
テストリガンドを結合するまたは検出する方法
１つの具体例において、本発明は、テストリガンドを結合または検出するための方法および／またはデバイスを含み得る。例えば、本発明の人工受容体は、現在抗体を使用する種々のアッセイに使用可能である。本発明の人工受容体は、抗原または免疫原のような所与のリガンドに特異的であり得る。従って、本発明の人工受容体は、酵素免疫測定法、酵素結合免疫アッセイ、免疫拡散、免疫電気泳動法、ラテックス凝集法等に類似した様式で使用することができる。そのような方法で検出可能なテストリガンドは、依存性薬物、（有害薬剤のような)生物剤、生物剤のためのマーカー、病状のためのマーカー等を含む。検出のための方法およびシステムは、全てのタイプの臨床化学、環境分析、および診断アッセイのための方法およびシステムを含み得る。
例えば、該人工受容体は、少なくとも１つのテストリガンドを含むまたは含むと疑われる試料と接触させることができる。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。次いで、該人工受容体への１以上のテストリガンドの結合を検出することができる。次に、該結合の結果は、該試料に関する情報を提供とすると解釈することができる。１つの具体例において、本発明は、該テストリガンドに特異的な人工受容体を、該テストリガンドを含有すると疑われる試料と接触させることを含む試料中のリガンドを検出するための方法を含む。また、本方法は、該人工受容体への該テストリガンドの結合を検出または定量化することを含み得る。例えば、適切な条件下で、該分子、細胞、または微生物を（例えば、強固に）結合する人工受容体を、結合そのものが該分子または生物の存在を示すのに十分である形式で使用することができる。そのような形式は、陽性および対照試料でプローブされる人工受容体を含み得る。
図１４は、分子または細胞のような、テストリガンドを結合するための候補人工受容体を評価するための方法の具体例を、図式的に示す。該方法は、候補人工受容体のアレイを作成することを含み得る。作用する人工受容体は、該アレイをテストリガンドと接触させ、どの受容体が該テストリガンドを結合するかを同定することによって同定することができる。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。そのような方法は、標識されたテストリガンドを使用することができる。該方法は、該作用する人工受容体または受容体複合体を含むアレイまたはデバイスを製造することを含み得る。１つの具体例において、該方法は、生体、実験室、または環境試料のような試料中の該テストリガンドを検出または特徴付けるための該アレイまたはデバイスを使用することを含み得る。
図１５は、候補人工受容体のアレイを使用する本発明の具体例を図式的に示す。該方法のこの具体例は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、テストリガンドを特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、例えば、分子または細胞といったテストリガンドに結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。分子または細胞は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付ける、または分子または細胞を特徴付けるまたは検出するための方法で使用できる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
図１５に示されるように、テストリガンドは、単一または複数の主要なまたは作用する人工受容体を使用する方法によって同定することができる。テストリガンドを同定するのに適当な複数の主要なまたは作用する人工受容体を、アレイ形式テストで使用することができる。単一の先導的なまたは作用する人工受容体は、ストリップとして構成することもできる陽性および／または陰性対照受容体と共にストリップとして、支持体上に構成することができる。
１つの具体例において、該方法は、基材上の選択された作用する人工受容体または受容体複合体を生成するまたは使用することを含み得る。該基材は、単一のテストリガンドに対する作用する人工受容体または複数のテストリガンドに対する作用する人工受容体を含み得る。例えば、該方法は、該人工受容体を試料と接触させることを含み得る。単一のテストリガンドに対する作用する人工受容体を含む基材は、該テストリガンドを検出するための方法またはシステムで使用することができる。該作用する人工受容体に結合することは、該試料が該テストリガンドを含むことを示す。複数のテストリガンドに対する作用する人工受容体を含む基材は、１、幾つかの、または全ての該テストリガンドを検出するための方法またはシステムで使用することができる。特定のテストリガンドまたはリガンドに対する該作用する人工受容体に結合することは、該試料がそのようなテストリガンドまたはリガンドを含むことを示す。
該作用する人工受容体または受容体複合体は、１以上の該テストリガンドの存在を示すパターンを供するように構成することができる。該方法は、該試料の該結合パターンを検出し、それを既知の試料からの結合パターンと比較することを含み得る。図１６は、作用する人工受容体のアレイ上の特定の結合パターンを図式的に示す。１つの具体例において、１つのテストリガンドに対する全ての人工受容体は、該基材を横切るラインで並べることができる。図１６を参照すると、IL-2に対して特異的な受容体は、作用する人工受容体複合体の該アレイ10上のライン12にある。テストリガンド(例えば、IL-2)を結合した作用する人工受容体は、陰影をつけた24と示される。テストリガンドを結合しなかった作用する人工受容体は、白丸26として示される。
該示されたアレイを使用する方法は、蛍光または本明細書において記載されたもう１つの手段を介して、作用する人工受容体のライン12上の結合を検出することを含み得る。該示された具体例において、作用する人工受容体のライン12上での結合を検出することは、該試料がIL-2を含有することを示す。さらに、アレイ10における他の作用する人工受容体からのシグナルの欠乏は、該試料がIFN-ガンマ、IL-10、TGF-ベータ、IL-12、またはTGF-アルファを含有しないことを示す。従って、そのようなアレイを使用する方法は、試料が、特定のタイプの生体試料であるかまたは特定のタイプの分子または細胞を含有するかを決定することができる。
電界アッセイキットで用いるように設計すると、陽性結果がプラスサインのような容易に認識できるパターン３６を生じるように配置したスポットをデバイス３０は有し得る。従って、すぐに認識可能なパターンは、特定のテストリガンドが試料中に存在することを示し得る。別法として、特定の標的42に対する人工受容体またはスポットは、第３のアレイ40上でランダムに並べることができる。このように、検出デバイスまたはアレイが使用されると、テストの結果は、観察者にはすぐに明らかではないかもしれないが、異なる位置での結合受容体またはスポットを、特定の生体試料、分子、または細胞の同一性と相関するようにプログラム可能な機械によってすぐに読み取られるであろう。
１つの具体例において、本発明は、生体試料、分子、または細胞を検出または特徴付けるための方法を含む。該方法のこの具体例は、人工受容体のアレイからの生体試料、分子、または細胞を結合する人工受容体を選択し、該人工受容体をテスト組成物と接触させ、次いで、該テスト組成物への該人工受容体の結合を検出することを含み得る。そのような具体例において、結合は、該テスト組成物中の該生体試料、分子、または細胞の存在を示す。１つの具体例において、本発明は、生体試料、分子、または細胞を検出または特徴付ける方法を含む。該方法のこの具体例は、人工受容体のアレイをテスト組成物と接触させ、該人工受容体への結合を検出することを含み得る。結合は、該テスト組成物中の該生体試料、分子、または細胞の存在を示す。
本発明の方法は、例えば、生体試料、分子、または細胞といった特定のテストリガンドに特異的な複数の作用する受容体を開発するまたは使用することができる。つまり、該作用する人工受容体は、特定のテストリガンドに対して特異的であり得るが、異なる受容体は、異なる区別される抗原(例えば、蛋白質または炭水化物)、リガンド、官能基、またはテストリガンドの構造特徴と相互作用することができる。そのような方法は、テストリガンドの存在のためのロバスト検定を提供し得る。例えば、そのようなロバスト検定は、所与のテストリガンドを検出するのに単一のユニークな受容体に依存するアッセイとの比較において、偽陽性または偽陰性結果の機会を減らすことができる。さらに、該方法のこの具体例は、同一のテストリガンド (例えば、多価結合)上の複数の抗原またはリガンドとの相互作用のため高い結合親和性を示す作用する受容体を開発または使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、例えば、DNAまたはRNAといったポリヌクレオチドを特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、例えば、DNAまたはRNAといった、該ポリヌクレオチドに結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、DNAまたはRNAに対してナイーブであり得る。例えば、DNAまたはRNAといった該ポリヌクレオチドは、該アレイからの１または幾つかの該候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの受容体は、例えば、生体試料を特徴付ける、またはDNAまたはRNAといった該ポリヌクレオチドを特徴付けるまたは検出するための方法において使用可能な人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、ポリペプチドまたはペプチドを特徴付けるまたは検出するアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、ポリペプチドまたはペプチドに結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、ポリペプチドまたはペプチドに対してナイーブであり得る。該ポリペプチドまたはペプチドは、該アレイからの１または幾つかの該候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付ける、またはポリペプチドまたはペプチドを特徴付けるまたは検出するための方法で使用可能な人工受容体(例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択できる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、オリゴ糖または多糖を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、オリゴ糖または多糖を結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、オリゴ糖または多糖に対してナイーブであり得る。オリゴ糖または多糖は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付ける、またはオリゴ糖または多糖を特徴付けるまたは検出するための方法で使用可能な人工受容体(例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択できる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、例えば、肝細胞といった細胞を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、例えば、肝細胞といった細胞に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、細胞に対してナイーブであり得る。例えば、肝細胞といった細胞は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付ける、または、例えば肝細胞といった細胞を特徴付けるまたは検出するための方法で使用可能な人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択できる。
依存性薬物を結合または検出する方法
１つの具体例において、本発明は、依存性薬物を結合または検出する方法および／またはデバイスを含み得る。検出のための方法およびシステムは、全タイプの臨床化学、電界解析、および診断アッセイに対する方法およびシステムを含み得る。例えば、該人工受容体は、少なくとも１つの依存性薬物を含むまたは含むと疑われる試料と接触させることができる。次いで、人工受容体への１以上の依存性薬物の結合を検出することができる。次に結合結果を解釈して、試料に関する情報を提供することができる。１つの具体例において、本発明は、依存性薬物に特異的な人工受容体を、依存性薬物を含有すると疑われる試料と接触させることを含む、試料中の依存性薬物を検出するための方法を含む。また、該方法は、該人工受容体への該依存性薬物の結合を検出または定量化することを含み得る。
図１４は、テストリガンドに結合するための候補人工受容体を評価するための方法の具体例を図式的に示す。本発明の方法のこの具体例は、依存性薬物のようなテストリガンドを検出するのに使用することができる。該方法は、候補人工受容体のアレイを作成することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。作用する人工受容体は、該アレイを依存性薬物と接触させ、どの受容体が該依存性薬物を結合するかを同定することによって同定できる。該方法は、該作用する人工受容体または受容体複合体を含むアレイまたはデバイスを生成することを含み得る。１つの具体例において、該方法は、生体、実験室、または証拠試料のような試料中の該依存性薬物を検出または特徴付けるためのアレイまたはデバイスを使用することを含み得る。
図１５は、候補人工受容体のアレイを使用する本発明の方法の具体例を図式的に示す。本発明の具体例は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、依存性薬物を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、依存性薬物を結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、依存性薬物に対してナイーブであり得る。依存性薬物は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体または現場試料を特徴付ける、または依存性薬物を特徴付けるまたは検出するための方法で使用可能な人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択できる。
１つの具体例において、該方法は、基材上の該選択された作用する人工受容体または受容体複合体を生成するまたは使用することを含み得る。該基材は、単一の依存性薬物に対して作用する人工受容体または複数の依存性薬物に対して作用する人工受容体を含み得る。例えば、方法は、該人工受容体を試料と接触させることを含み得る。単一の依存性薬物に対する作用する人工受容体を含む基材は、該依存性薬物を検出するための方法またはシステムで使用することができる。該作用する人工受容体への結合は、該依存性薬物を含む。複数の依存性薬物に対する作用する人工受容体を含む基材は、１、幾つか、または全ての該依存性薬物を検出するための方法またはシステムで使用することができる。特定の依存性薬物または依存性薬物に対する該作用する人工受容体に結合することは、該試料がそのような依存性薬物または依存性薬物を含むことを示す。
該作用する人工受容体または受容体複合体は、１以上の該依存性薬物の存在を示すパターンを供するように構成することができる。該方法は、該試料の結合パターンを検出し、それを既知の試料からの結合パターンと比較することを含み得る。図１６は、作用する人工受容体のアレイ上の結合パターンを図式的に示す。そのようなパターンおよび図式を、依存性薬物を含む種々のテストリガンドを同定するのに使用することができる。
本発明の方法は、特定の依存性薬物または該依存性薬物の特徴に特異的な複数の作用する受容体を開発または使用できる。つまり、作用する受容体は、特定の依存性薬物に対して特異的であり得るが、異なる受容体は、該依存性薬物の異なる区別されるリガンド、官能基、または構造的特徴と相互作用し得る。そのような方法は、依存性薬物の存在に対して、ロバスト検定を供し得る。例えば、そのようなロバスト検定は、所与の依存性薬物を検出するのに単一のユニークな受容体に依存するアッセイとの比較において、偽陽性または偽陰性結果の機会を減らすことができる。さらに、本発明のこの具体例は、複数のリガンドとの相互作用、または同依存性薬物についての特徴（例えば、多価結合)により、より高い結合親和性を示す作用する受容体を開発または使用することができる。
適当な依存性薬物は、カンナビノイド(例えば、ハシシュおよびマリファナ)、抑制剤(例えば、バルビツール酸系催眠薬、ベンゾジアゼピン、ガンマヒドロキシ酪酸、メタカロン)、解離性麻酔薬(例えば、ケタミン、PCP、およびPCP類似体)、幻覚剤(例えば、LSD、メスカリン、サイロシビン)、アヘン剤またはオピオイド(例えば、コデイン、フェンタニル、フェンタニル類似体、ヘロイン、モルヒネ、アヘン、オキシコドン塩化塩、ヒドロコドン二酒石酸塩)、刺激剤 (例えば、アンフェタミン、コカイン、メチレンジオキシ-メタンフェタミン、メタンフェタミン、メチルフェニデート、ニコチン)、吸入剤(例えば、溶媒)等を含む。
適当な依存性薬物は、興奮剤およびβ遮断薬のような運動能力向上剤、同化剤、酸素担体促進剤、マスキング剤、および吸入剤を含む。適当な刺激剤は、カフェインおよびアンフェタミンを含む。適当なβ遮断薬は、(喘息吸入器において使用される)サルブタモール等を含む。適当な同化剤は、ステロイド(例えば、同化ステロイド)、ステロイド類似体、および成長ホルモンを含む。適当な酸素担体促進剤は、エリスロポエチン等を含む。
異性体を結合または検出する方法
１つの具体例において、本発明は、化合物の異性体または複数の異性体を結合または検出するための方法および／またはデバイスを含み得る。検出のための方法およびシステムは、臨床化学、環境分析、および全タイプの診断アッセイのための方法およびシステムを含み得る。例えば、該人工受容体は、化合物の少なくとも１つの異性体を含むまたは含むことが疑われる試料と接触させることができる。次いで、該人工受容体への化合物の１以上の異性体の結合を検出することができる。次に、該結合結果は、該異性体に関する情報を供すると解釈することができる。１つの具体例において、本発明は、該異性体に対して特異的な人工受容体を、該異性体を含有すると疑われる試料と接触させることを含む試料中の化合物の異性体を検出するための方法を含む。また、該方法は、該人工受容体への該異性体の結合を検出または定量化することを含み得る。
本発明の方法は、立体異性体(例えば、幾何異性体または光学異性体)、光学異性体(例えば、鏡像異性体およびジアステレオマー)、幾何異性体 (例えば、シス-およびトランス-異性体)のような異性体に適用することができる。本発明の方法を使用して、化合物の１以上の異性体に結合可能な作用するまたは先導的な人工受容体または作用する人工複合体を開発することができる(例えば、エナンチオ選択的受容体環境)。例えば、該人工受容体または複合体は、化合物の１つの立体異性体に結合し得るが、該化合物のもう一方の立体異性体には、弱くのみしか結合しないまたは全く結合しない。例えば、該人工受容体または複合体は、化合物の１つの幾何異性体に結合し得るが、もう一方の幾何異性体には弱くしか結合しないまたは全く結合しない。例えば、該人工受容体または複合体は、化合物の１つの光学異性体に結合私得るが、もう１つの光学異性体には弱くしか結合しないまたは全く結合しない。例えば、該人工受容体または複合体は、化合物の１つの鏡像異性体に結合私得るが、もう一方の鏡像異性体には弱くしか結合しないまたは全く結合しない。例えば、該人工受容体または複合体は、化合物の１つのジアステレオマーを結合し得るが、もう一方のジアステレオマーには弱くしか結合しないまたは全く結合しない。
図１４は、テストリガンドに結合するための候補人工受容体を評価するための方法の具体例を図式的に示す。本発明の方法のこの具体例は、化合物の異性体のようなテストリガンドを検出するのに使用することができる。該方法は、候補人工受容体のアレイを作成することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。作用する人工受容体は、アレイを異性体と接触させ、その受容体が異性体を結合するかを同定することによって、同定することができる。該方法は、該作用する人工受容体または受容体複合体を含むアレイまたはデバイスを生成することを含み得る。１つの具体例において、該方法は、生体、実験室、または臨床試料のような試料中の異性体を検出または特徴付けるためのアレイまたはデバイスを使用することを含み得る。
図１５は、候補人工受容体のアレイを使用する本発明の方法の具体例を図式的に示す。該方法のこの具体例は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、異性体を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、異性体を結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、異性体に対してナイーブであり得る。該異性体は、該アレイからの１または幾つかの該候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体、臨床、または研究試料を特徴付ける、または異性体を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
１つの具体例において、該方法は、基材上の選択された作用する人工受容体または受容体複合体を生成するまたは使用することを含み得る。該基材は、単一の異性体に対して作用する人工受容体または複数の異性体に対して作用する人工受容体を含み得る。例えば、方法は、該人工受容体を試料と接触させることを含み得る。単一の異性体に対する作用する人工受容体を含む基材は、該異性体を検出するための方法またはシステムで使用することができる。該作用する人工受容体への結合は、該試料が該異性体を含むことを示す。複数の異性体に対する作用する人工受容体を含む基材は、１、幾つか、または全ての異性体を検出するための方法またはシステムで使用することができる。特定の異性体または複数の異性体に対する該作用する人工受容体への結合は、該試料がそのような異性体または複数の異性体を含むことを示す。
該作用する人工受容体または受容体複合体は、１以上の異性体の存在を示すパターンを供するように構成することができる。該方法は、試料の結合パターンを検出し、それを既知の試料からの結合パターンと比較することを含む。図１６は、作用する人工受容体のアレイ上の結合パターンを図式的に示す。そのようなパターンおよび図式を、異性体を含む種々のテストリガンドを同定するのに使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、立体異性体を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、該立体異性体に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、立体異性体に対してナイーブであり得る。立体異性体は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、研究または臨床試料を特徴付けるまたは立体異性体を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、幾何異性体(例えば、シス-およびトランス-異性体)を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、幾何異性体 (例えば、シス-およびトランス-異性体)に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、幾何異性体に対してナイーブであり得る。幾何異性体は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、研究または臨床試料を特徴付ける、または幾何異性体(例えば、シス-およびトランス-異性体)を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、光学異性体を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、光学異性体に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、光学異性体に対してナイーブであり得る。光学異性体は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、研究または臨床試料を特徴付けるまたは光学異性体を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、鏡像異性体を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、該鏡像異性体に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。該鏡像異性体は、該アレイからの１または幾つかの該候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、研究または臨床試料を特徴付ける、または鏡像異性体を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、ジアステレオマーを特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムで使用することができる。該方法は、該ジアステレオマーに結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、ジアステレオマーに対してナイーブであり得る。ジアステレオマーは、該アレイからの１またはいくつかの該候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、研究または臨床試料を特徴付けるまたはジアステレオマーを特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
ペプチドを結合または検出するための方法
１つの具体例において、本発明は、ペプチドを結合または検出するための方法および／またはデバイスを含み得る。検出のための方法およびシステムは、全タイプの臨床化学、環境解析、および診断アッセイのための方法およびシステムを含み得る。例えば、該人工受容体は、少なくとも１つのペプチドを含むまたは含むことが疑われる試料と接触させることができる。次いで、該人工受容体への１以上の該ペプチドの結合を検出することができる。次に、該結合は、該試料に関する情報を供すると解釈することができる。１つの具体例において、本発明は、ペプチドに対して特異的な人工受容体を、ペプチドを含有すると疑われる試料と接触させることを含む試料中でペプチドを検出するための方法を含む。また、該方法は、該人工受容体への該ペプチドの結合を検出または定量化することを含み得る。
図１４は、テストリガンドに結合するための候補人工受容体を評価するための方法の具体例を図式的に示す。本発明の方法のこの具体例は、ペプチドのようなテストリガンドを検出するために使用することができる。該方法は、候補人工受容体のアレイを作成することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。作用する人工受容体は、該アレイをペプチドと接触させ、どの受容体が該ペプチドを結合するかを同定することによって、同定することができる。該方法は、該作用する人工受容体または受容体複合体を含むアレイまたはデバイスを生成することを含み得る。１つの具体例において、該方法は、生体、実験室、または臨床試料のような、試料中の該ペプチドを検出または特徴付けるためのアレイまたはデバイスを使用することを含み得る。
図１５は、候補人工受容体のアレイを使用する本発明の方法の具体例を図式的に示す。該方法のこの具体例は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、ペプチドを特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、ペプチドを結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、ペプチドに対してナイーブであり得る。該ペプチドは、該アレイからの１または幾つかの該候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体または環境試料を特徴付ける、または該ペプチドを特徴付けるまたは検出するための方法で使用できる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択可能である。
図１７は、ペプチドまたはペプチドの混合物のような、テストリガンドを検出するための方法およびシステムを開発するための方法の具体例を図式的に示す。本発明の方法のこの具体例は、複数のペプチドの各々に結合するための複数の（例えば、アレイ）候補人工受容体を評価することを含む。人工受容体を作成する形成ブロックは、１以上のペプチドに対してナイーブであり得る。複数のペプチドは、細胞または生物中に見受けられる該ペプチドを含み得る。該方法は、複数のまたは候補人工受容体のアレイのサブセットへの個々のペプチドの結合を検出することを含み得る。該方法は、細胞または生物中で見受けられるペプチドのサブセットのまたは全ての複数のまたはアレイの候補人工受容体への結合を検出することを含み得る。これは、各ペプチドまたはペプチドの混合物に対する作用する人工受容体または人工受容体複合体を開発すると予想することができる。
従って、各ペプチドまたはペプチドの混合物は、複数のアレイ中の結合した受容体のパターンを提供し得る。結合した受容体のパターンは、該ペプチドまたはペプチドの混合物または該ペプチドまたはペプチドの混合物を含む試料の特徴であり得る。該方法は、結合パターンの表示を、イメージまたはデータ構造として保存することを含み得る。結合パターンの表示は、オペレーターまたはデータ処理システムによってのいずれかで評価することができる。該方法は、そのような評価を含み得る。次いで、特定のペプチドに対する結合パターンを適合する未知の試料からの結合パターンは、未知の試料を、該ペプチドとして特徴付ける。次いで、ペプチドの特定の混合物に対する結合パターンを適合する未知の試料からの結合パターンは、ペプチドの混合物を含むまたはそれであるとして、あるいはペプチドの混合物を含有する生物または細胞を含むまたはそれであるとして、未知の試料を特徴付ける。複数の結合パターンは、データベースとして保存することができる。
示された方法の具体例は、人工受容体のアレイを作り出すことを含み得る。また、この具体例は、例えば、アレイを、細胞または生物で発見された複数の個々のペプチドまたはペプチドでプローブすることによって、特異的なペプチドまたはペプチドの混合物の結合パターンのデータベースを蓄積することを含み得る。アレイを同定されていないペプチドまたはペプチドの混合物と接触させて、テスト結合パターンを作り出すことができる。次いで、該方法は、同定されていないペプチド、ペプチドの混合物、または細胞または生物を特徴付けるまたは分類するために、データベースにおける既知のペプチドまたはペプチドの混合物の結合パターンと、テスト結合パターンを比較することができる。１つの具体例において、データベースおよび受容体のアレイは既に構築されており、該方法は、アレイを未知のペプチドまたはペプチドの混合物でプローブして、テスト結合パターンを作り出し、次いで、この結合パターンを、同定されていないペプチド、ペプチドの混合物、または細胞または生物を特徴付けるまたは分類するために、データベースにおける結合パターンとこの結合パターンを比較することを含む。
ペプチドの混合物を識別するために構築されたアレイは、関心のある生物、細胞、または組織からの試料と接触させることができる。アレイに結合するペプチドは、生物、細胞または組織を特徴付けるまたは検出することができ；生物によって引き起こされるまたは細胞または組織に影響を及ぼす障害を示し得；生物によって引き起こされるまたは細胞または組織に影響を及ぼす障害の成功的な療法を示し得；病気プロセスを特徴付け；治療的リードまたは戦略等を同定する。
１つの具体例において、該方法は、基材上の選択された作用する人工受容体または受容体複合体を生成または使用することを含み得る。該基材は、単一のペプチドに対して作用する人工受容体または複数のペプチドに対して作用する人工受容体を含み得る。例えば、方法は、該人工受容体を試料と接触させることを含み得る。単一のペプチドに対して作用する人工受容体を含む基材を、該ペプチドを検出するための方法またはシステムで使用することができる。該作用する人工受容体に結合することは、該試料が該ペプチドを含むことを示す。複数のペプチドに対して作用する人工受容体を含む基材を、１、幾つか、または全ての該ペプチドを検出するための方法またはシステムで使用することができる。特定のペプチドまたは複数のペプチドに対して該作用する人工受容体に結合することは、該試料がそのようなペプチドまたは複数のペプチドを含むことを示す。
該作用する人工受容体または受容体複合体は、１以上の該ペプチドの存在を示すパターンを供するように構成することができる。該方法は、試料の結合パターンを検出し、それを既知の試料からの結合パターンと比較することを含み得る。図１６は、作用する人工受容体のアレイ上の結合パターンを図式的に示す。そのようなパターンおよび図式は、ペプチドを含む種々のテストリガンドを同定するのに使用できる。
本発明の方法は、特定の依存性薬物または該依存性薬物の特徴に特異的な複数の作用する受容体を開発するまたは使用できる。つまり、作用する受容体は、特定のペプチドに特異的であり得るが、異なる受容体は、異なる区別されるリガンド、官能基、またはペプチドの構造的特徴と相互作用し得る。そのような方法は、ペプチドの存在に対してロバスト検定を提供し得る。例えば、そのようなロバスト検定は、所与のペプチドを検出するのに単一のユニークな受容体に依存するアッセイとの比較において、偽陽性または偽陰性結果の機会を減らすことができる。さらに、本発明のこの具体例は、作用する受容体を開発または使用することができ、これは、同一のペプチド(例えば、多価結合)に対する複数のリガンドまたは特徴との相互作用のため、より高い結合親和性を示す。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、ペプチドを特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、ペプチドを結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。ペプチドは、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体を、生体試料を特徴付けるまたはペプチドを特徴付けるまたは検出するための方法において使用可能な人工受容体(例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
本発明の方法は、特定のペプチドおよび／または（例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する形成ブロックを結合する人工受容体を、医薬開発に対するリードとしてまたは該ペプチドの活性を変調するための活性剤として選択することを含み得る。該人工受容体を作成する人工受容体または形成ブロックを選択して、他の巨大分子(例えば、炭水化物、蛋白質、またはポリヌクレオチド)とのその相互作用に必要なペプチドの一部に結合して、従ってこの相互作用を撹乱することができる。
蛋白質またはプロテオームを結合または検出するための方法
１つの具体例において、本発明は、蛋白質、１以上の複数の蛋白質、またはプロテオームを結合または検出するための方法および／またはデバイスを含み得る。検出のための方法およびシステムは、臨床化学、環境分析、診断アッセイに対する、およびプロテオーム分析に対する方法およびシステムを含み得る。例えば、人工受容体は、少なくとも１つの蛋白質または１つのプロテオームを含む試料と接触させることができる。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。次いで、人工受容体への１以上の蛋白質の結合を検出することができる。次に、該結合結果を解釈して、例えばプロテオームといった試料に関する情報を提供することができる。１つの具体例において、本発明は、蛋白質に対して特異的な人工受容体を、蛋白質を含有すると疑われる試料と接触させることを含む、試料中の蛋白質を検出するための方法を含む。また、該方法は、人工受容体への蛋白質の結合を検出または定量化することを含み得る。
図１４は、テストリガンドに結合するための候補人工受容体を評価するための方法の具体例を図式的に示す。本発明の方法のこの具体例は、１以上の蛋白質のようなテストリガンドを検出するために使用することができる。該方法は、候補人工受容体のアレイを作成することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。作用する人工受容体は、アレイを蛋白質と接触させ、どの受容体が蛋白質を結合するかを同定することによって同定することができる。該方法は、該作用する人工受容体または受容体複合体を含むアレイまたはデバイスを生成することを含み得る。１つの具体例において、該方法は、生体、研究、または環境試料のような試料中の蛋白質を検出または特徴付けるためのアレイまたはデバイスを使用することを含み得る。
１つの具体例において、該方法は、基材上の選択された作用する人工受容体または受容体複合体を生成するまたは使用することを含み得る。基材は、複数の蛋白質のための単一の蛋白質または作用する人工受容体のための作用する人工受容体を含み得る。例えば、方法は、該人工受容体を試料と接触させることを含み得る。単一の蛋白質のための作用する人工受容体を含む基材を、該蛋白質を検出するための方法またはシステムで使用することができる。該作用する人工受容体への結合は、該試料が蛋白質を含むことを示す。複数の蛋白質のための作用する人工受容体を含む基材を、１、幾つか、または全ての蛋白質を検出するための方法またはシステムで使用することができる。特定の蛋白質または蛋白質に対する該作用する人工受容体に結合することは、該試料がそのような蛋白質または蛋白質を含むことを示す。
作用する人工受容体または受容体複合体は、１以上の蛋白質の存在を示すパターンを供するように構成することができる。該方法は該試料の該結合パターンを検出し、それを既知の試料からの結合パターンと比較することを含み得る。図１６は、作用する人工受容体のアレイ上の結合パターンを図式的に示す。そのようなパターンおよび図式は、蛋白質を含む種々のテストリガンドを同定するのに使用することができる。
図１７は、蛋白質またはプロテオームのようなテストリガンドを検出するための方法およびシステムを開発するための方法の具体例を図式的に示す。本発明の方法のこの具体例は、複数のテストリガンドの各々に結合するための複数の候補人工受容体(例えば、アレイ)を評価することを含む。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。複数のテストリガンドは複数の蛋白質を含み得る。複数のテストリガンドは、細胞または生物のプロテオームを作成する蛋白質を含み得る。該方法は、複数のまたはアレイの候補人工受容体のアレイのサブセットへの個々の蛋白質の結合を検出することを含み得る。方法は、複数またはアレイの候補人工受容体のサブセットまたは全てへのプロテオームを作成する蛋白質の結合を検出することを含み得る。これは、各蛋白質に対するまたはプロテオームに対する作用する人工受容体または人工受容体複合体を開発すると予想することができる。
従って、各蛋白質またはプロテオームは、複数のまたは例の結合受容体のパターンを提供し得る。結合受容体のパターンは、蛋白質またはプロテオームまたは蛋白質またはプロテオームを含む試料の特徴であり得る。該方法は、イメージまたはデータ構造として、結合パターンの表示を保存することを含み得る。結合パターンの表示は、オペレーターまたはデータ処理システムによってのいずれかで評価することができる。該方法はそのような評価を含み得る。次いで、特定の蛋白質に対する結合パターンと適合する未知の試料からの結合パターンは、該蛋白質を含有すると、未知の試料を特徴付ける。次いで、特定のプロテオームに対する結合パターンと適合する未知の試料からの結合パターンは、未知の試料を、該プロテオームを含むまたはそれであると、あるいは該プロテオームを有する生物または細胞を含むまたはそれであると特徴付ける。同様に、未知の試料からの結合パターンは、複数の特定の蛋白質またはプロテオームのパターンに対して評価することができ、試料は、１以上の蛋白質またはプロテオームを含有すると特徴付けることができる。複数の結合パターンを、データベースとして保存することができる。
示された方法の具体例は、人工受容体のアレイを作り出すことを含み得る。また、この具体例は、例えば、アレイを複数の個々の蛋白質またはプロテオームとプローブすることによって、特異的な蛋白質またはプロテオームの結合パターンのデータベースを蓄積することを含み得る。アレイを同定されていない蛋白質またはプロテオームと接触させることによって、テスト結合パターンを作り出すことができる。次いで、該方法は、同定されていない蛋白質、プロテオーム、または細胞または生物を特徴付けるまたは分類するために、データベースにおいて、既知の蛋白質またはプロテオームの結合パターンと、テスト結合パターンを比較することができる。１つの具体例において、データベースおよび受容体のアレイは、既に構築されており、該方法は、アレイを未知の蛋白質またはプロテオームとプローブして、テスト結合パターンを作りだし、次いで、同定されていない蛋白質、プロテオーム、または細胞または生物を特徴付けるまたは分類するために、この結合パターンを、データベースにおける結合パターンと比較することを含む。
プロテオームアレイは、関心のある生物、細胞、または組織からの試料と接触させることができる。プロテオームアレイに結合する蛋白質は、生物、細胞または組織を特徴付けるまたは検出することができ;生物によって引き起こされたまたは細胞または組織に影響を及ぼす障害を示し得;生物によって引き起こされるまたは細胞または組織に影響を及ぼす障害の成功的な療法を示し得；病気プロセスを特徴付け；治療的リードまたは戦略等を同定する。
本発明の方法は、特定の蛋白質または該蛋白質の特徴に特異的な複数の作用する受容体を開発するまたは使用できる。つまり、作用する受容体は、特定の蛋白質に対して特異的であり得るが、異なる受容体は、異なる区別されるリガンド、官能基、または蛋白質の構造的特徴と相互作用することができる。そのような方法は、蛋白質の存在のためにロバスト検定を供し得る。例えば、そのようなロバスト検定は、所与の蛋白質を検出するのに単一のユニークな受容体に依存するアッセイとの比較において、偽陽性または偽陰性結果の機会を減らすことができる。さらに、該方法のこの具体例は、複数のリガンド、または同一の蛋白質についての特徴（例えば、多価結合)との相互作用による、より高い結合親和性を示す作用する受容体を開発または検出することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、蛋白質を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、蛋白質に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。蛋白質は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付けるまたは蛋白質を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
本発明の方法は、特定の蛋白質および／または(例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する形成ブロックを結合する人工受容体を、医薬開発のためのリードとしてまたは該蛋白質の活性を変調するための活性剤として選択することを含み得る。該人工受容体を作成する人工受容体または形成ブロックは、酵素の活性部位または受容体のリガンド結合部位に結合するまたはその活性を撹乱するように選択することができる。人工受容体を作成する人工受容体または形成ブロックは、他の巨大分子(例えば、炭水化物、蛋白質、またはポリヌクレオチド)とのその相互作用に必要な蛋白質の一部に結合するように選択して、従って、この相互作用を撹乱することができる。該人工受容体を作成する人工受容体または形成ブロックは、受容体の結合部位に結合し、該受容体のアゴニストとして作用するように選択することができる。
本発明の方法は、プロテオーム分析のためのシステムでの使用のために予め選択された蛋白質を結合する作用する人工受容体を選択することを含み得る。予め選択された蛋白質のための作用する人工受容体は、基材および受容体に結合した蛋白質上に供することができる。１つの具体例において、選択および結合は、予め選択された蛋白質に対して複数の異なる作用する人工受容体を使用する。複数の人工受容体は、予め選択された蛋白質についての異なる特徴に結合することができ、予め選択された蛋白質についての遊離した異なる特徴をそのままとすることができる。該方法のこの具体例は、作用する受容体を、予め選択された蛋白質に対する少なくとも１つの候補結合パートナーに結合した予め選択された蛋白質と接触させることを含む。該方法は、予め選択された蛋白質への候補結合パートナーの結合または結合の不存在を検出することを含み得る。予め選択された蛋白質に結合する候補結合パートナーは、先導的結合パートナーと考えることができる。
１つの具体例において、方法は、作用する受容体を、候補結合パートナーの源として働く細胞または生物のプロテオームと結合した予め選択された蛋白質と接触させることを含む。次いで、方法は、１以上の先導的結合パートナーを、プロテオームから回収することができる。次いで、これは、予め選択された蛋白質に対する結合パートナーを含有するまたは含有しないと、プロテオームを特徴付けることができる。
１つの具体例において、本発明の人工受容体はプロテオミクスの研究において使用することができる。そのような具体例において、候補または作用する人工受容体のアレイは、ペプチド、ポリペプチド、および／または蛋白質の混合物と接触させることができる。各混合物は、アレイへの結合の特徴的なフィンガープリントを生成し得る。加えて、標的ペプチド、ポリペプチド、および／または蛋白質に対する特異的な受容体環境の同定は、該標的の単離および分析に利用することができる。つまり、さらにもう１つの具体例において、特定の受容体表面は、例えば、アフィニティークロマトグラフィーといったアフィニティー精製方法に使用することができる。
１つの具体例において、本発明の候補人工受容体を使用して、好ましい立体配座または配向で、蛋白質を結合する受容体表面を発見することができる。多くの蛋白質（例えば、抗体、酵素、受容体）は、特異的な環境において安定および／または活性である。規定された受容体表面を使用して、最大安定性および／または活性につき、蛋白質を選択的に保持または配向する結合環境を生成することができる。１つの具体例において、本発明の人工受容体を使用して、生物活性表面を形成することができる。例えば、受容体表面を使用して、抗体または酵素の活性な立体配座を特異的に結合することができる。
１つの具体例において、本方法は、人工受容体に結合したままである間、蛋白質を標識することを含み得る。得られた蛋白質は、人工受容体に結合した部分ではなく、標識試薬に利用可能なその部分上に標識されるであろう。方法は、人工受容体から、標識された蛋白質を放出することを含み得る。蛋白質上の標識の分布を決定することは、蛋白質のどの部分が受容体に結合したかを示す。
特定の具体例において、本発明の人工受容体を使用して、単一の蛋白質の２つの立体配座の間を識別することができる。特定の蛋白質は、２以上の安定した立体配座に存在する。１つの具体例において、本発明の作用する人工受容体または複合体は、蛋白質の第１の立体配座を結合することができる。１つの具体例において、本発明の作用する人工受容体または複合体は、蛋白質の第２の立体配座を結合することができる。１つの具体例において、本発明の作用する人工受容体または複合体は、蛋白質の第１の立体配座に結合することができるが、同一の蛋白質の第２の立体配座には結合しない。１つの具体例において、本発明の作用する人工受容体または複合体は、蛋白質の第２の立体配座に結合することができるが、同じ蛋白質の第１の立体配座には結合しない。
例えば、１つの具体例において、本発明の作用する人工受容体または複合体は、プリオンの第１のまたは非感染性立体配座を結合し得るが、その第２のまたは感染性立体配座は結合しない。例えば、具体例において、本発明の作用する人工受容体または複合体は、プリオンの第２または感染性立体配座を結合し得るが、その第１または非感染性立体配座は結合しない。例えば、具体例において、本発明の作用する人工受容体または複合体は、β-アミロイドの第１または非プラーク形成を結合し得るが、その第２またはプラーク形成立体配座は結合しない。例えば、具体例において、本発明の作用する人工受容体または複合体は、β-アミロイドの第２またはプラーク形成立体配座を結合し得るが、その第２または非プラーク形成立体配座は結合しない。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、蛋白質の所望の立体配座を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、蛋白質の所望の立体配座に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、蛋白質またはその所望の立体配座に対してナイーブであり得る。蛋白質の所望の立体配座は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、生体試料を特徴付けるまたは蛋白質の所望の立体配座を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、プリオンの第１のまたは非感染性立体配座を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、プリオンの第１のまたは非感染性立体配座に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、プリオンに対してナイーブであり得る。プリオンの第１のまたは非感染性立体配座は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体(例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、生体試料を特徴付けるまたはプリオンの第１または非感染性立体配座を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、プリオンの第２のまたは感染性立体配座を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、プリオンの第２のまたは感染性立体配座に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。プリオンの第２のまたは感染性立体配座は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、生体試料を特徴付けるまたはプリオンの第２のまたは感染性立体配座を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、本発明の方法は、プリオンの第１のまたは非感染性立体配座およびプリオンの第２のまたは感染性立体配座の間を識別することができる受容体または受容体システムを開発することを含む。そのような方法は、作用する人工受容体を選択することを含み得、または複合体は、プリオンの第１のまたは非感染性立体配座に結合することができるが、プリオンの第２のまたは感染性立体配座には結合しない。この具体例は、作用する人工受容体を選択することを含み得、または複合体は、プリオンの第２のまたは感染性立体配座を結合することができるが、プリオンの第１のまたは非感染性立体配座は結合しない。一緒に使用すると、これらの２つの組の作用する人工受容体またはシステムは、生体試料を、プリオンの１または両方の形態を含有すると特徴付けることができる。
１つの具体例において、方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、β-アミロイドの第１のまたは非プラーク形成立体配座を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、β-アミロイドの第１または非プラーク形成立体配座に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、β-アミロイドに対してナイーブであり得る。β-アミロイドの第１のまたは非プラーク形成立体配座は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付けるまたはβ-アミロイドの第１または非プラーク形成立体配座を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、β-アミロイドの第２のまたはプラーク形成立体配座を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、β-アミロイドの第２のまたはプラーク形成立体配座に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、β-アミロイドに対してナイーブであり得る。β-アミロイドの第２のまたはプラーク形成立体配座は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、生体試料を特徴付けるまたはβ-アミロイドの第２のまたはプラーク形成立体配座を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、本発明の方法は、β-アミロイドの第１のまたは非プラーク形成立体配座およびβ-アミロイドの第２のまたはプラーク形成立体配座の間を識別することができる受容体または受容体システムを開発することを含む。そのような方法は、β-アミロイドの第１または非プラーク形成立体配座に結合できるが、β-アミロイドの第２またはプラーク形成立体配座に結合できない作用する人工受容体または複合体を選択することを含み得る。この具体例は、β-アミロイドの第２またはプラーク形成立体配座に結合できるが、β-アミロイドの第１または非プラーク形成立体配座に結合できない作用する人工受容体または複合体を選択することを含み得る。一緒に使用すると、これらの２つの組の作用する人工受容体またはシステムは、生体試料を、β-アミロイドの１または両方の形態を含有すると特徴付けることができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、コレラ毒素を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、コレラ毒素に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。コレラ毒素は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、生体試料を特徴付ける、またはコレラ毒素を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、癌細胞の少なくとも１つの蛋白質を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、癌細胞蛋白質に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。癌細胞蛋白質は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、生体試料を特徴付けるまたは癌細胞蛋白質を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
１つの具体例において、本発明の方法は、作用する人工受容体またはアレイを、癌性または腫瘍を含むことが疑われる細胞または組織からの試料と接触させることを含み得る。試料は血清であり得る。該作用する人工受容体またはアレイへの少なくとも１つの蛋白質の結合は、例えば、存在する蛋白質のパターンを特徴付けることによって、特定の癌または腫瘍の存在を示すまたは特徴付けることができる。
そのような方法によって検出または特徴付けることができる癌は、例えば、膀胱癌、乳癌、結腸癌、腎臓癌、肝臓癌、小細胞肺癌を含めた肺癌、食道癌、胆嚢癌、子宮癌、膵臓癌、胃癌、子宮頸癌、甲状腺癌、前立腺癌、および扁平上皮癌を含めた皮膚癌；白血病、急性リンパ性白血病、急性リンパ芽球性白血病、B細胞リンパ腫、T細胞リンパ腫、ホジキンリンパ腫、非ホジキンリンパ腫、有毛細胞リンパ腫およびバーキットリンパ腫を含めた、リンパ系の造血系腫瘍；急性および慢性骨髄性白血病、骨髄異形成症候群および前骨髄球性白血病を含めた、骨髄細胞系列の造血系腫瘍；線維肉腫および横紋筋肉腫を含めた、間葉に由来する腫瘍；星状細胞腫、神経芽細胞腫、神経膠腫および神経鞘腫を含めた、中枢および末梢神経系の腫瘍；黒色腫、精上皮腫、奇形癌、骨肉腫、色素性乾皮症、角化棘細胞腫、甲状腺小胞癌、カポジ肉腫等を含めた他の腫瘍を含む。
微生物を結合または検出する方法
１つの具体例において、本発明は、例えば、細胞またはウィルスといった微生物を結合または検出するための方法および／またはデバイスを含み得る。検出のための方法およびシステムは、臨床化学、環境分析、および全タイプの診断アッセイのための方法およびシステムを含み得る。例えば、人工受容体は、例えば、細胞またはウィルスといった少なくとも１つの微生物を含むまたは含むと疑われる試料と接触させることができる。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。次いで、人工受容体への１以上の微生物の結合を検出することができる。次に、結合結果を解釈して、試料に関する情報を供することができる。１つの具体例において、本発明は、例えば、細胞またはウィルスといった微生物に特異的な人工受容体を、例えば、細胞またはウィルスといった微生物を含有すると疑われる試料と接触させることを含む、試料中の例えば細胞またはウィルスといった微生物を検出するための方法を含む。また、方法は、例えば、細胞またはウィルスといった微生物の人工受容体への結合を検出または定量化することを含み得る。
図１４は、テストリガンドに結合するための候補人工受容体を評価するための方法の具体例を図式的に示す。本発明の方法のこの具体例は、例えば、細胞またはウィルスといった微生物のようなテストリガンドを検出するのに使用することができる。該方法は、候補人工受容体のアレイを作成することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。作用する人工受容体は、アレイを、例えば、細胞またはウィルスといった微生物と接触させ、どの受容体が該微生物を結合するかを同定することによって同定することができる。該方法は、該作用する人工受容体または受容体複合体を含むアレイまたはデバイスを生成することを含み得る。１つの具体例において、該方法は、生体、研究、または環境試料のような試料中の、例えば、細胞またはウィルスといった微生物を検出または特徴付けるためのアレイまたはデバイスを使用することを含み得る。
図１５は、候補人工受容体のアレイを使用する本発明の方法の具体例を図式的に示す。該方法のこの具体例は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、例えば、細胞またはウィルスといった微生物を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、例えば、細胞またはウィルスといった微生物を結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。微生物は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができ、これは、生体試料を特徴付ける、または例えば、細胞またはウィルスといった微生物を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる。
図１７は、病気を引き起こす生物のような、テストリガンドを検出するための方法およびシステムを開発するための方法の具体例を図式的に示す。本発明の方法のこの具体例は、病気を引き起こす生物のような複数のテストリガンドの各々に結合するための複数の(例えば、アレイ)候補人工受容体を評価することを含む。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。方法は、複数またはアレイの候補人工受容体のサブセットへの各テストリガンド (例えば、病気を引き起こす生物)の結合を検出することを含み得る。これは、複数のテストリガンドの各々に対する作用する人工受容体または人工受容体複合体を開発すると予想することができる。
従って、各テストリガンド (例えば、病気を引き起こす生物)は、複数のまたはアレイの結合した受容体のパターンを供し得る。結合した受容体のパターンは、テストリガンドまたはテストリガンドを含む試料に対して特徴的であり得る。方法は、結合パターンの表示をイメージまたはデータ構造として保存することを含み得る。結合パターンの表示は、オペレーターまたはデータ処理システムのいずれかによって評価することができる。該方法は、そのような評価を含み得る。次いで、特定のテストリガンド（例えば、病気を引き起こす生物）に対する結合パターンと適合する未知の試料からの結合パターンは、未知の試料を該テストリガンドを含有すると特徴付ける。同様に、未知の試料からの結合パターンは、複数の特定のテストリガンドのパターンに対して評価することができ、試料は、１以上のテストリガンドを含有すると特徴付けることができる。複数の結合パターンは、データベースとして保存することができる。
示された方法の具体例は、人工受容体のアレイを作り出すことを含み得る。また、この具体例は、例えば、複数の個々の生物とアレイをプローブすることによって、特異的な病気を引き起こす生物の結合パターンのデータベースを蓄積することを含み得る。アレイを同定されていない生物と接触させて、テスト結合パターンを作り出すことができる。次いで、方法は、テスト結合パターンを、同定されていない生物を特徴付けるまたは分類するために、データベースにおける既知の生物の結合パターンと比較することができる。１つの具体例において、受容体のデータベースおよびアレイは、既に構築されており、該方法は、アレイを、未知の生物とプローブして、テスト結合パターンを作り出し、次いで、この結合パターンを、同定されていない生物を特徴付けるまたは分類するために、データベースにおける結合パターンと比較することを含む。
１つの具体例において、該方法は、基材上の選択された作用する人工受容体または受容体複合体を生成するまたは使用することを含み得る。基材は、例えば、細胞またはウィルスといった単一の微生物に対する作用する人工受容体、または例えば細胞またはウィルスといった複数の微生物に対する作用する人工受容体を含み得る。例えば、方法は、人工受容体を試料と接触させることを含み得る。例えば、細胞またはウィルスといった単一の微生物に対する作用する人工受容体を含む基材は、該微生物を検出するための方法またはシステムで使用することができる。該作用する人工受容体への結合は、試料が微生物を含むことを示す。例えば、細胞またはウィルスといった複数の微生物に対する作用する人工受容体を含む基材は、１、幾つかの、または全ての微生物を検出するための方法またはシステムで使用することができる。特定の微生物または複数の微生物に対する該作用する人工受容体への結合は、試料がそのような微生物または複数の微生物を含むことを示す。
作用する人工受容体または受容体複合体は、例えば、細胞またはウィルスといった１以上の微生物の存在を示すパターンを供するように構成することができる。方法は、試料の結合パターンを検出し、それを既知の試料からの結合パターンと比較することを含み得る。図１６は、作用する人工受容体のアレイ上の結合パターンを図式的に示す。そのようなパターンおよび図式は、微生物を含む種々のテストリガンドを同定するために使用することができる。
本発明の方法は、特定の微生物または該微生物の特徴の特異的な複数の作用する受容体を開発または使用することができる。つまり、作用する受容体は、特定の微生物に対して特異的であり得るが、異なる受容体は、異なる区別される抗原(例えば、蛋白質または炭水化物)、リガンド、または微生物の特徴と相互作用することができる。そのような方法は、微生物の存在につき、ロバスト検定を供し得る。例えば、そのようなロバスト検定は、所与の微生物を検出するのに単一のユニークな受容体に依存するアッセイとの比較において、偽陽性または偽陰性結果の機会を減らすことができる。さらに、方法のこの具体例は、同じ微生物(例えば、多価結合)上の複数の抗原またはリガンドのため、より高い結合親和性を示す作用する受容体を開発または使用することができる。
１つの具体例において、方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、細菌を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成し得る。方法は、細菌に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。細菌は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付けるまたは細菌を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
１つの具体例において、方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、ウィルス粒子を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、ウィルス粒子に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。ウィルス粒子は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付けるためのまたはウィルス粒子を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
１つの具体例において、方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、バイオハザードを特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、バイオハザードに結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成するための形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。バイオハザードは、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付ける、またはバイオハザードを特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、コレラ菌を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。該方法は、コレラ菌に結合するための有意な候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、コレラ菌に対してナイーブであり得る。コレラ菌は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付ける、またはコレラ菌を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
１つの具体例において、該方法は、有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、微生物を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、微生物に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。適切な条件下で微生物を結合する１以上の人工受容体は、該微生物を結合し得る親和性支持体上での使用のために選択することができる。適切な条件下で、十分に堅く、微生物または細胞を結合する１以上の人工受容体を選択することができ、その形成ブロックは、骨格分子に組み込まれる。方法の具体例は、微生物を結合または固定化するためのその表面上の１以上の人工受容体または骨格受容体を有する支持体を使用することができる。その表面上の各々が微生物の異なる部分に結合する複数の人工受容体を有する支持体は、微生物の多価捕獲または固定化に使用することができる。
本発明の方法は、特定の微生物および／または（例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する形成ブロックを結合する人工受容体を、医薬開発のためのリードとしてまたは微生物の活性を変調するための活性剤としてまたは該微生物に対する抗生物質として選択することを含み得る。
１つの具体例において、該方法は有意な数の本発明の人工受容体を含むアレイを使用して、臨床または環境的関心の微生物を特徴付けるまたは検出するためのアッセイまたはシステムを生成することができる。方法は、臨床または環境的関心の微生物に結合するための有意な数の候補人工受容体を含むアレイを評価することを含み得る。人工受容体を作成するための形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。臨床または環境的関心の微生物は、該アレイからの１または幾つかの候補人工受容体への特徴的な結合を呈し得る。１または幾つかの人工受容体は、生体試料を特徴付ける、または臨床または環境的関心の微生物を特徴付けるまたは検出するための方法で使用することができる人工受容体 (例えば、作用する人工受容体または作用する人工受容体複合体)として選択することができる。
臨床または環境的関心の適当な微生物は、細菌、マイコプラズマ、真菌、リケッチア、またはウィルスを含む。臨床または環境的関心の適当な細菌またはマイコプラズマは、Escherichia coli (例えば、E. coli H157:O7)、Vibrio cholerae、Acinetobacter caicoaceticus、Haemophilus influenzae、Actinobacillus actinoides、Haemophilus parahaemolyticus、Actinobacillus lignieresii、Haemophilus parainfluenzae、Actinobacillus suis、Legionella pneumophila、Actinomyces bovis、Leptospira interrogans、Actinomyces israelli、Mima polymorpha、Aeromonas hydrophila、Moraxella lacunata、Arachnia propionica、Burkholderia mallei、Burkholderia pseudomallei、Moraxella osioensis、Arizona hinshawii、Mycobacterium osioensis、Bacillus cereus、Mycobacterium leprae、Bacteroides spp、 Mycobacterium spp、Bartonella bacilliformis、Plesiomonas shigelloides、Bordetella bronchiseptica、Proteus spp、Clostridium difficile、Pseudomonas aeruginosa、Clostridium sordellii、Salmonella cholerasuis、Clostridium tetani、Salmonella enteritidis、Corynebacterium diphtheriae、Salmonella typhi、Edwardsiella tarda、Serratia marcescens、Enterobacter aerogenes、Shigella spp、Staphylococcus epidermidis、Francisella novicida、Vibrio parahaemolyticus、Haemophilus ducreyi、Haemophilus gallinarum、Haemophilus haemolyticus、Bacillus anthracis、Mycobacterium bovis、Bordetella pertussis、Mycobacterium tuberculosis、Borrella burgdorfii、Mycoplasma pneumoniae、Borrella spp、Neisseria gonorrhoeae、Campylobacter、Neisseria meningitides、Chlamydia psittaci、Nocardia asteroids、Chlamydia trachomatis、Nocardia brasillensis、Clostridium botulinum、Pasteurella haemolytica、Clostridium chauvoei、Pasteurelia multocida、Clostridium haemolyticus、Pasteurella pneumotropica、Clostridium histolyticum、Pseudomonas pseudomallei、Clostridium novyl、Staphylococcus aureus、Clostridium perfringens、Streptobacillus moniliformis、Clostridium septicum、Cyclospora cayatanensis、Streptococcus agalacetiae、Erysipelothrix insidiosa、Streptococcus pneumoniae、Klebsiella pneumoniae、Streptococcus pyogenes、Listeria manocytogenes、Yersinia pestis、Yersinia pseudotuberculosis、Yersinia enterocolitica、Brucella abortus、Brucella canis、Brucella melitensis、Brucella suis、およびFrancisella tularensisを含む。
適当な真菌は、Absidia、Piedraia hortae、Aspergillus、Prototheca、Candida、Paecilomyces、Cryptococcus neoformans、Cryptosporidium parvum、Phialaphora、Dermatophilus congolensis、Rhizopus、Epidermophyton、Scopulariopsis、Exophiala、Sporothrix schenkii、Fusarium、Trichophyton、Madurella mycetomi、Toxoplasma、Trichosporon、Microsporum、Microsporidia、Wangiella dermatitidis、Mucor、Blastomyces dermatitidis、Giardia lamblia、Entamoeba histolytica、Coccidioides immitis、およびHistoplasma capsulatumを含む。
臨床または環境的関心の適当なリケッチアまたはウィルスは、コロナウィルス、肝炎ウィルス、A型肝炎ウィルス、粘液-パラミクソウィルス(インフルエンザウィルス、麻疹ウィルス、流行性耳下腺炎ウィルス、ニューカッスル病ウィルス)、ピコルナウィルス(コクサッキーウィルス、エコーウィルス、灰白髄炎ウィルス)、痘瘡リケッチア、ロシャリメアクインターナ（Rochalimaea Quintana）、Rochalimaea vinsonii、ノーウォーク因子、アデノウィルス、アレナウィルス(リンパ球性脈絡髄膜炎、内蔵指向性株)、ヘルペスウィルス群(ヒトヘルペスウィルス、サイトメガロウィルス、エプスタイン・バー・ウィルス、カルシウィルス、仮性狂犬病ウィルス、水痘ウィルス)、ヒト免疫不全ウィルス、パラインフルエンザウィルス(呼吸器合胞体ウィルス、亜急性硬化性全脳炎ウィルス（Subsclerosing panencephalitis virus）)、ピコルナウィルス(灰白髄炎ウィルス)、天然痘ウィルス（Poxviruses Variola）、牛痘ウィルス(伝染性軟属腫ウィルス、サル痘ウィルス、オルフウィルス、パラワクシニアウィルス、タナポックスウィルス、ワクシニアウィルス、ヤバポックスウィルス（Yabapox virus）)、パポバウィルス (SV 40ウィルス、B-K-ウィルス)、海綿状脳症ウィルス(クロイツフェルトヤコブ因子、クールー因子、BSE)、ラブドウィルス(狂犬病ウィルス)、トバウィルス（Tobaviruses）(風疹ウィルス)、Q熱リケッチア、カナダリケッチア（Rickettsia canada）、発疹チフスリケッチア、ロッキー山紅斑熱リケッチア、恙虫病リケッチア、発疹熱リケッチア(R. mooseri)、紅斑熱群因子、水疱性口内炎ウィルス(VSV)、およびトガ、アレナ(例えば、LCM、フニン、ラッサ、マルチュポ（Marchupo）、グアナリト等)、ブニヤ(例えば、ハンタウィルス、リフトバレー熱等)、フラビウィルス(デング)、および全タイプのフィロウィルス(例えば、エボラ、マールブルグ等)、ニパウィルス、ウィルス性脳炎因子、ラクロス、キャサヌール森林病ウィルス、黄熱、およびウエストナイルウィルスを含む。
臨床または環境的関心の適当な微生物は、天然痘ウィルス、クリミアコンゴ出血熱、ダニ媒介脳炎ウィルス複合体 (アブセタロフ、ハンザローバ（Hanzalova）、ハイプル、クムリンゲ、キャサヌール森林病ウィルス、オムスク出血熱、およびロシア春夏脳炎)、マールブルグ、エボラ、フニン、ラッサ、マチュポ（Machupo）、サルヘルペスウィルス、ブルータング、跳躍病III、リフトバレー熱(ジンガ)、ウエッセルスブロン、口蹄疫、ニューカッスル病、アフリカブタコレラ、水疱疹、ブタ水疱病、牛、アフリカ馬疫、トリインフルエンザ、およびヒツジ痘を含む。関心のある他の要素は、トウゴマを含む。
親和性支持体を作成し使用するための方法
１つの具体例において、作用する人工受容体または受容体複合体を使用して、本明細書に記載されるいずれかのテストリガンドに対する親和性支持体を生成するまたはそれとして使用することができる。例えば、本発明の方法は、テストリガンドに対する親和性支持体を生成するための方法を含み得る。この方法は、作用する人工受容体またはテストリガンドに結合する受容体複合体を含み得る。また、この方法は、支持体への該作用する人工受容体または受容体複合体のカップリングを含み得る。図１１は、そのような方法の具体例を図式的に示す。支持体は、例えば、クロマトグラフィー、膜濾過、電気泳動法(例えば、1または2次元電気泳動法)等のための親和性支持体としての使用に適当であり得る。
本発明の方法は、特定のテストリガンドの単離または分析のための（例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する特定のテストリガンドおよび／または形成ブロックを結合する人工受容体を選択することを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。例えば、人工受容体は、テストリガンドを結合し、混合物または生体試料から（例えば、純度）それを除去することができる受容体表面として使用することができる。
そのような方法は、関心のあるテストリガンドと、１以上の候補人工受容体を接触させることを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。方法は、テストリガンドを結合する１以上の候補人工受容体を、（複数の）作用する人工受容体として選択することを含み得る。次いで、該方法は、（複数の）該作用する人工受容体を使用して、受容体表面を作成することを含み得る。受容体表面を作成することは、（複数の）該作用する人工受容体を作成する形成ブロックを支持体にカップリングすることを含み得る。支持体は、有意な量の関心のあるテストリガンドを結合するのに十分な領域を有し得る。支持体は、クロマトグラフィー支持体または媒体であり得る。支持体は、プレート、管、または膜であり得る。１つの具体例において、関心のあるテストリガンドの支持体への結合に続いて、支持体から関心のあるテストリガンドが溶離する。溶離は、支持体から関心のあるテストリガンドを溶離するのに有効な、pH、緩衝液、溶媒、塩濃度、またはリガンド濃度による洗浄を使用することができる。
図２１は、テストリガンドの結合のために候補人工受容体のアレイを評価することおよび１以上の作用する人工受容体を選択することを図式的に示す。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。図２１は、そのような作用する人工受容体を使用する受容体は、蛋白質を結合し、抗体を固定化し、単一の鏡像異性体を結合し、または化合物上の構造的特徴（例えば、官能基）を保護するのに使用することができることを示す。１つの具体例において、受容体表目は、蛋白質上の１以上の構造的特徴を結合することができる。１つの具体例において、該作用する人工受容体を選択して、抗体の可変部分よりむしろ定常部分を結合することができる。１つの具体例において、受容体表面は、結合したテストリガンドの官能基の反応を触媒することができる触媒部位を含み得る。そのような触媒部位は、例えば有機金属形成ブロックといった形成ブロックであり得る。
本発明の方法は、化合物の特定の異性体を結合する人工受容体および／または（例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する形成ブロックを、特定の異性体の単離または分析のために選択することを含み得る。例えば、人工受容体は、異性体を結合し、混合物または生体試料から(例えば、純度)それを除去することができる受容体表面として使用することができる。
そのような方法は、１以上の候補人工受容体を関心のある異性体と接触させることを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。方法は、異性体を結合する１以上の候補人工受容体を、（複数の）作用する人工受容体として選択することを含み得る。次いで、該方法は、（複数の）該作用する人工受容体を使用して、受容体表面を作成することを含み得る。受容体表面を作成することは、（複数の）該作用する人工受容体を作成する形成ブロックを、支持体にカップリングすることを含み得る。支持体は、有意な量の関心のある異性体を結合するのに十分な領域を有し得る。支持体はクロマトグラフィー支持体または媒体であり得る。支持体は、プレート、管、または膜であり得る。１つの具体例において、関心のある異性体の支持体への結合に続いて、関心のある異性体は支持体から溶離することができる。溶離は、支持体から関心のある異性体を溶離するのに有効なpH、緩衝液、塩濃度、またはリガンド濃度による洗浄を使用し得る。
本発明の方法は、化合物の特定の構造的特徴を結合または保護する人工受容体および／または（例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する形成ブロックを、構造的特徴を含む化合物の単離または分析のために選択することを含み得る。例えば、人工受容体は、化合物の構造的特徴を結合または保護することができる受容体表面として使用することができる。構造的特徴の結合は、構造的特徴を欠く類似化合物の結合の欠乏によって決定することができる。構造的特徴の保護は、化合物が受容体表面に結合した時、例えば、溶液相反応種に入手不可能である該構造的特徴によって評価することができる。
そのような方法は、１以上の候補人工受容体を関心のある化合物と接触させることを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。方法は、化合物の構造的特徴を結合する１以上の候補人工受容体を、（複数の）先導的な人工受容体として選択することを含み得る。先導的な人工受容体は、構造的特徴を保護するために評価することができる。次いで、方法は、（複数の）該作用する人工受容体を使用して、受容体表面を作成することを含み得る。受容体表面を作成することは、（複数の）該作用する人工受容体を作成する形成ブロックを支持体にカップリングすることを含み得る。支持体は、有意な量の関心のある化合物を結合するのに十分な領域を有し得る。１つの具体例において、支持体への関心のある化合物の結合に続いて、結合したまたは保護された構造的特徴ではない化合物の一部を反応させる。
本発明の方法は、特定のペプチドまたは蛋白質を結合する人工受容体および／または（例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する形成ブロックを、特定のペプチドまたは蛋白質の単離または分析に選択することを含み得る。例えば、人工受容体は、ペプチドまたは蛋白質を結合し得る受容体表面として使用し、それを混合物または生体試料から（例えば、精製）除去することができる。
そのような方法は、１以上の候補人工受容体を、関心のあるペプチドまたは蛋白質と接触させることを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。方法は、ペプチドまたは蛋白質を結合する１以上の候補人工受容体を、（複数の）作用する人工受容体として選択することを含み得る。次いで、方法は、（複数の）該作用する人工受容体を使用して、受容体表面を作成することを含み得る。受容体表面を作成することは、（複数の）該作用する人工受容体を作成する形成ブロックを支持体にカップリングすることを含み得る。支持体は、有意な量の関心のあるペプチドまたは蛋白質を結合するのに十分な領域を有し得る。支持体はクロマトグラフィー支持体または媒体であり得る。支持体は、プレート、管、または膜であり得る。１つの具体例において、関心のあるペプチドまたは蛋白質の支持体への結合に、続いて、関心のあるペプチドまたは蛋白質が支持体から溶離する。溶離は、支持体から関心のあるペプチドまたは蛋白質を溶離するのに有効なpH、緩衝液、塩濃度、またはリガンド濃度による洗浄を使用し得る。
１つの具体例において、本発明の人工受容体を使用して、選択的膜を形成し得る。そのような選択的膜は、人工受容体表面を含む分子ゲートに基づき得る。例えば、人工受容体表面は、膜中の穴の壁を並べ、標的分子が穴を通り抜けるのを許容するかまたは遮断するかのいずれかを行うことができる。例えば、人工受容体表面は、膜中に穴の壁を並べ、例えば、マイクロカンチレバー/分子カンチレバー上で、「ゲートキーパー」として作用して、標的の結合に対して、ゲートが開いたり閉じたりするのを許容することができる。選択的膜において使用される人工受容体は、標的分子を、複数の異なる人工受容体に暴露し、次いでどれにそれが結合するかを決定することによって同定することができる。例えば、結合は、蛍光を含めた本明細書中に記載される技術のいずれかを通して検出することができる。
特定の具体例において、方法は、１以上の受容体表面を精製することを含み得、ここに各受容体表面は、特定のテストリガンドに対する作用する受容体からの形成ブロックを含む。そのような方法は、テストリガンドのクロマトグラフィーに、受容体表面を使用することを含み得る。複数のそのような受容体表面に対してテストリガンドをクロマトグラフィーすることは、テストリガンドの表面のアフィニティーを格付けすることができる。所与の組の条件下で、クロマトグラフィーに付されたテストリガンドを最長に維持することができる受容体表面は、テストリガンドに対して最大のアフィニティーを呈する。該方法は、適当な（例えば、最大の）アフィニティーを有する受容体表面を、テストリガンドに対するアフィニティー支持体として選択することを含み得る。
種々の支持体のうちのいずれかは、アフィニティー支持体として使用することができる。特定の具体例において、アフィニティー支持体は、皿、管、ウェル、ビード、クロマトグラフィー支持体、マイクロチャンネル等であり得る。人工受容体アフィニティー支持体は、免疫アッセイ支持体等として、クロマトグラフィー、マイクロチャンネルデバイスのような種々の適用において使用することができる。その表面上に人工受容体を有するマイクロチャンネルは、分析デバイスとして使用することができる。１つの具体例において、本発明の人工受容体を使用して、生物活性表面を形成することができる。例えば、受容体表面を使用して、抗体または酵素を特異的に結合することができる。
反応支持体を作成し使用するための方法
１つの具体例において、作用する人工受容体または受容体複合体を、本明細書中に記載されたテストリガンドのうちのいずれかに対する反応支持体を生成するのに、またはそれとして使用することができる。例えば、本発明の方法は、少なくとも１つのテストリガンドに対する反応支持体を生成するための方法を含み得る。この方法は、該テストリガンドとの所望の反応に適当な条件下で、テストリガンドに結合する作用する人工受容体または受容体複合体を選択することを含み得る。また、この方法は、該作用する人工受容体または受容体複合体を支持体にカップリングすることを含み得る。図２０は、そのような方法の具体例を図式的に示す。支持体は、例えば、酸化、還元、置換、または置換反応のために、反応支持体としての使用に適当であり得る。
本発明の方法は、特定のテストリガンドを結合する人工受容体および／または（例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する形成ブロックを、特定のテストリガンドの反応に選択することを含み得る。例えば、人工受容体は、テストリガンドを結合し得る受容体表面として使用し、それを特定のプロキラル基、官能基、または配向にて、反応のために置くことができる。
そのような方法は、１以上の候補人工受容体を関心のあるテストリガンドと接触させることを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。方法は、テストリガンドを結合する１以上の候補人工受容体を、（複数の）作用する人工受容体として選択することを含み得る。次いで、方法は、（複数の）該作用する人工受容体を使用して、受容体表面を作成することを含み得る。受容体表面を作成することは、（複数の）該作用する人工受容体を作成する形成ブロックを支持体にカップリングすることを含み得る。支持体は、所望の量の関心のあるテストリガンドを結合するのに十分な領域を有し得る。支持体は、クロマトグラフィー支持体または媒体であり得る。支持体は、プレート、ビード、管、または膜であり得る。
また、方法は、所望の反応のために、結合したテストリガンドを含めた支持体を反応物質と接触させることを含む。適当な反応物質は、還元剤、酸化剤、求核試薬、求電子試薬、溶媒（例えば、水性または有機溶媒）等を含む。方法は、１以上の反応物質と接触し、所望の反応に関与するのに適当な反応物質または複数の反応物質を選択することを含み得る。方法のこの具体例は、テストリガンドを反応物質と反応させることを含む。１つの具体例において、反応の後、反応物質または支持体からの副産物を洗浄することができる。１つの具体例において、反応の後、産物（例えば、反応したテストリガンド)を支持体から溶離することができる。溶離は、産物を支持体から溶離するのに有効なpH、緩衝液、溶媒、塩濃度、またはリガンド濃度による洗浄を使用することができる。
図２１は、テストリガンドの結合および１以上の作用する人工受容体を選択するために、候補人工受容体のアレイを評価することを図式的に示す。人工受容体を作成する形成ブロックは、テストリガンドに対してナイーブであり得る。図２１は、そのような作用する人工受容体を使用する受容体表面は、テストリガンドを結合するのに使用することができることを示す。テストリガンドは、配向において結合することができ、受容体表面と接触するように置かれた反応物質との反応に入手可能な反応性部位を残す。１つの具体例において、テストリガンドは、反応物質との反応から第２の反応性部位をふさぐまたは保護する配向で結合することができる。この具体例は、テストリガンドを反応させ、反応したテストリガンドを受容体表面から放出することを含む。具体的には、図は、アルコールを生成するための水素化ホウ素ナトリウムによるアルデヒドの還元を示す。１つの具体例において、受容体表面は、結合したテストリガンドの官能基の反応を触媒することができる触媒部位を含み、また、該触媒反応は反応物質を使用することもできる。そのような触媒部位は、例えば、有機金属形成ブロックといった形成ブロックであり得る。
本発明の方法は、化合物の特定の構造的特徴を結合または保護する人工受容体および／または（例えば、骨格分子に結合した）これらの受容体を作成する形成ブロックを、構造的特徴と含む化合物を反応させるために選択することを含み得る。例えば、人工受容体は、化合物のもう１つの特徴が反応物質と反応する間、化合物の構造的特徴を結合および保護することができる受容体表面として使用することができる。構造的特徴の保護は、反応物質と反応しない該構造的特徴によって評価することができる。例えば、基材（例えば、ステロイド）は、人工受容体に立体特異的に結合することができ、溶液中の反応物質との反応のために、特定の部位／サブ構造／「フェイス」を提示する。
１つの具体例において、分子(または官能基)の第１の側面は、受容体表面に結合するが、第２の側面は左に暴露される。次いで、いずれかの側面（または基）と反応することができる試薬を添加し、それが受容体表面に結合し、従って試薬が分子の第２の側面のみと反応するため、分子の第１の側面と反応することを妨げる。
そのような方法は、１以上の候補人工受容体を関心のある化合物と接触させることを含み得る。該方法は、化合物の構造的特徴を結合する１以上の候補人工受容体を、（複数の）先導的な人工受容体として選択することを含み得る。先導的な人工受容体は、構造的特徴を保護するために評価することができる。次いで、該方法は、（複数の）該作用する人工受容体を使用して、受容体表面を作成することを含み得る。受容体表面を作成することは、（複数の）該作用する人工受容体を作成する形成ブロックを支持体にカップリングすることを含み得る。支持体は、所望の量の関心のある化合物を結合するのに十分な領域を有し得る。１つの具体例において、関心のある化合物の支持体への結合の後、結合したまたは保護された構造的特徴ではない化合物の一部を反応させることができる。
一般的には、キラル化合物の慣用的な合成は、複雑な手順を要する。１つの具体例において、本発明の候補人工受容体を使用して、立体特異的反応のために空間的に配向された結合表面を提供する受容体表面を発見することができる。例えば、人工受容体表面は、特定の官能基が環境に暴露され、他が受容体によって覆い隠されるように、小分子を結合することができる。このように、反応の立体特異性は制御可能である。従って、人工受容体表面は、キラル導入を含めた合成において使用することができる。同様に、領域特異性もまた、本発明の受容体を用いて制御することができる。
本発明の方法は、第１の反応リガンドおよび第２の反応リガンドまたはこれらの（例えば、骨格分子に結合した）受容体を作成する形成ブロックを結合する人工受容体を、第１および第２の反応リガンドを含む反応に選択することを含み得る。例えば、人工受容体は、これらのリガンドが相互と反応し得る距離または配向にて、第１の反応リガンドおよび第２の反応リガンドを結合し得る受容体表面として使用することができる。反応は、所望により、受容体表面に結合しない１以上の反応物質を含み得る。
そのような方法は、１以上の候補人工受容体を、第１の反応リガンドおよび第２の反応リガンドと接触させることを含み得る。人工受容体を作成する形成ブロックは、リガンドに対してナイーブであり得る。該方法は、両方の反応リガンドを結合する１以上の候補人工受容体を、（複数の）作用する人工受容体として選択することを含み得る。次いで、該方法は、（複数の）該作用する人工受容体を使用して、受容体表面を作成することを含み得る。受容体表面を作成することは、（複数の）該作用する人工受容体を作成する形成ブロックを支持体にカップリングすることを含み得る。支持体は、所望の量の第１および第２の反応リガンドを結合するのに十分な領域を有し得る。支持体は、クロマトグラフィー支持体または媒体であり得る。支持体は、プレート、ビード、管、または膜であり得る。第１および第２の反応リガンドは、１または幾つかのモル割合、評価された反応、および反応を実施するのに選択されたモル割合にて、支持体に結合することができる。
また、該方法は、所望の反応のために、結合した反応リガンドを含む支持体を、反応物質と接触させることを含み得る。適当な反応物質は、還元剤、酸化剤、求核試薬、求電子試薬等を含む。方法のこの具体例は、テストリガンドを反応物質と反応させることを含む。１つの具体例において、反応の後、支持体からの反応物質または副産物を洗浄することができる。１つの具体例において、第１および第２の反応リガンドは、反応物質なしで反応する。１つの具体例において、反応後、支持体から産物（例えば反応したテストリガンド)を溶離することができる。溶離は、支持体から産物を溶離するのに有効なpH、緩衝液、溶媒、塩濃度、またはリガンド濃度による洗浄を使用し得る。
１つの具体例において、本発明の候補人工受容体を使用して、立体特異的反応のために空間的に配向された結合表面を提供する受容体表面を発見することができる。例えば、人工受容体表面は、環境に暴露された特定の官能基、および他が受容体によって覆い隠された小分子を結合し得る。そのような人工受容体表面は、キラル導入を含む合成において使用することができる。例えば、基材（例えば、ステロイド）は、人工受容体に立体特異的に結合し、溶液中の試薬との反応のために特定の部位／サブ構造／「フェイス」を提示する。同様に、人工受容体表面は、分子の反応部位が、同様の反応性を持つ異なる部位が形質転換され得るように、受容体表面に結合することによって「保護される」保護基として作用し得る。
１つの具体例において、複数の（例えば、２）反応物質を結合する１以上の作用する人工受容体を、基材および結合した反応物質上に生じさせることができる。次いで、複数の結合した反応物質を有する各受容体は、１以上の試薬または条件（例えば、反応物質または種々の溶媒の種々のモル割合）に対してスクリーニングすることができる。２以上の反応物質の間の反応を許容するまたは促進する人工受容体を同定することができる。次いで、人工受容体は、基材上で生成されて、関心のある反応に対する反応器を提供し得る。
種々の支持体のうちのいずれかは、反応支持体として使用することができる。特定の具体例において、反応支持体は、皿、管、ウェル、ビード、クロマトグラフィー支持体、マイクロチャンネル等であり得る。人工受容体反応支持体は、マイクロチャンネルデバイスのような種々の適用において使用することができる。その表面上の人工受容体を有するマイクロチャンネルは、反応器として使用することができる。
人工受容体を作成する方法
本発明は、人工受容体または候補人工受容体を作成する方法に関する。１つの具体例において、この方法は、支持体上のスポットまたは領域を調製することを含み、ここに該スポットまたは領域は、該支持体上に固定化された複数の形成ブロックを含む。該方法は、固体支持体上に各スポットが複数の形成ブロックを含む複数のスポットを形成し、次いで各スポットにおいて、該固体支持体上で、複数の形成ブロックを（例えば、可逆的に）固定化することを含み得る。１つの具体例において、そのようなスポットのアレイは、異種形成ブロックアレイと呼ばれる。
該方法は、複数の形成ブロックを混合し、（複数の）スポットを形成する際に、該混合物を使用することを含み得る。別法として、該方法は、支持体上の個々の形成ブロックをスポットすることを含み得る。形成ブロックを支持体にカップリングすることは、共有結合または非共有相互作用を使用し得る。適当な非共有相互作用は、イオン間の相互作用、水素結合、ファンデルワールス相互作用等を含む。１つの具体例において、支持体は、共有結合または非共有相互作用に関与し得る部位によって機能化することができる。スポットを形成することは、各々が候補人工受容体であり得る形成ブロックの異種組合せのスポットのマイクロアレイを得ることができる。該方法は、2、3、4、またはそれ以上の形成ブロックの組合せで、支持体上に形成ブロックを適用またはスポットすることができる。
１つの具体例において、本発明の方法を使用して、その表面上に複数の領域またはスポットを有する固体支持体を生成することができ、ここに各領域またはスポットは、複数の形成ブロックを含む。例えば、該方法は、複数のスポットを有するガラススライドをスポットすることを含み、ここに各スポットは複数の形成ブロックを含む。そのようなスポットは、異種形成ブロックを含むということができる。形成ブロックの複数のスポットは、スポットのアレイと呼ぶことができる。
１つの具体例において、本方法は、受容体表面を作成することを含む。受容体表面を作成することは、固体支持体上に領域を形成し（ここに該領域は複数の形成ブロックを含む）、次いで該複数の形成ブロックを、該領域中の固体支持体に（例えば、可逆的に）固定化することを含み得る。該方法は、複数の形成ブロックを混合し、領域または複数の領域を形成する際に該混合物を使用することを含み得る。別法として、該方法は、支持体上の領域において、個々の形成ブロックを適用することを含み得る。支持体上に領域を形成することは、例えば、形成ブロック溶液で、支持体の一部を浸漬することによって達成することができる。形成ブロックを含む得られたコーティングは、異種形成ブロックを含むと言うことができる。
複数の形成ブロックを含む領域は複数の形成ブロックを含む他の領域から独立かつ異なっていてもよい。１つの具体例において、複数の形成ブロックを含む１以上の領域は重複して、組み合わされた複数の形成ブロックを含む領域を生成し得る。１つの具体例において、単一の形成ブロックを含む２以上の領域は重複して、各々が複数の形成ブロックを含む１以上の領域を形成し得る。重複領域は、例えば、Venダイアグラムにおける重複の部分として、または格子縞またはツイードのようなパターンにおける重複の部分として予想することができる。
１つの具体例において、該方法は、リガンドとの１以上の形成ブロックの相互作用を供するのに十分な密度の形成ブロックを有するスポットまたは表面を生成する。つまり、形成ブロックは相互に近接し得る。異なる形成ブロックの近接は、形成ブロックのうち１つのみを含むスポットまたは表面と比較して、複数の形成ブロックを含むスポットまたは表面へのテストリガンドの異なる（例えば、より大きい）結合を決定することによって、検出することができる。
１つの具体例において、該方法は、各スポット中の総形成ブロックのサブセットおよび／または形成ブロックのより小さい群の組合せから作成された異種スポットのアレイを形成することを含む。つまり、該方法は、４または５よりもむしろ、例えば、２または３の形成ブロックのみを含むスポットを形成する。例えば、該方法は、2 および／または 3の群で、形成ブロックのフルセット(例えば、81の組のうちの81)の組合せからスポットを形成することができる。例えば、該方法は、4または5の群で、形成ブロックのサブセット(例えば、81組のうちの25)の組合せからスポットを形成することができる。例えば、該方法は、2または3の群で、形成ブロックのサブセット(例えば、81の組のうちの25)の組合せからスポットを形成することができる。該方法は、形成ブロック、先導的な人工受容体、または構造的に同様の形成ブロックを組み込むさらなるアレイを形成することを含み得る。
１つの具体例において、該方法は、本発明の人工受容体への結合を認証するまたは評価するための対照として機能する１以上のスポットを含むアレイを形成することを含む。１つの具体例において、該方法は、本発明の人工受容体への結合を認証または評価するための対照として機能する１以上の領域、管、またはウェルを形成することを含む。そのような対照スポット、領域、管、またはウェルは、形成ブロックを全く含まない、単一の形成ブロックのみを含む、機能化されたローンのみを含む、またはその組合せを含むことができる。
該方法は、形成ブロックとして使用されたタイプの化合物を固定化するための既知の方法を使用して、支持体上の形成ブロックを（例えば、可逆的に）固定化することができる。支持体への形成ブロックのカップリングは、共有結合または非共有相互作用を使用することができる。適当な非共有相互作用は、イオン間の相互作用、水素結合、ファンデルワールス相互作用等を含む。１つの具体例において、支持体は、可逆可能な共有結合に関与し得る部位、非共有相互作用に関与し得る部位、これらの部位の混合物等によって機能化することができる。
１つの具体例において、支持体は、例えば、可逆可能な共有結合といった共有結合に関与し得る部位によって機能化することができる。本発明は、可逆可能な共有結合を形成するために、種々の多くの既知の官能基、試薬、および反応のいずれかを使用し得る。可逆可能な共有結合を形成するための適当な試薬は、Green, TW; Wuts, PGM (1999), Protective Groups in Organic Synthesis Third Edition, Wiley-Interscience, New York, 779 ppに記載のものを含む。例えば、支持体は、カルボニル基、カルボキシル基、シラン基、ホウ酸またはエステル、アミン基(例えば、一級、二級、または三級アミン、ヒドロキシルアミン、ヒドラジン等)、チオール基、アルコール基 (例えば、一級、二級、または三級アルコール）、ジオール基(例えば、1,2ジオールまたは1,3 ジオール)、フェノール基、カテコール基等のような官能基を含み得る。これらの官能基は、エーテル(例えば、アルキルエーテル、シリルエーテル、チオエーテル等)、エステル (例えば、アルキルエステル、フェノールエステル、環状エステル、チオエステル等)、アセタール (例えば、環状アセタール)、ケタール(例えば、環状ケタール)、シリル誘導体(例えば、シリルエーテル)、ボロン酸 (例えば、環状ボロン酸)、アミド、ヒドラジン、イミン、カルバミン酸等のような可逆可能な共有結合を有する基を形成することができる。そのような官能基は、例えば、第１共有結合部位といった共有結合部位と呼ぶことができる。
該支持体上のカルボニル基および形成ブロック上のアミン基は、イミンまたはシッフ塩基を形成することができる。該支持体上のアミン基および形成ブロック上のカルボニル基もまた同じである。該支持体上のカルボニル基および形成ブロック上のアルコール基は、アセタールまたはケタールを形成することができる。該支持体上のアルコール基および形成ブロック上のカルボニル基もまた同じである。該支持体上のチオール（例えば、第１のチオール）および該形成ブロック上のチオール（例えば、第２のチオール）は、ジスルフィドを形成することができる。
該支持体上のカルボキシル基および形成ブロック上のアルコール基は、エステルを形成することができる。該支持体上のアルコール基および形成ブロック上のカルボキシル基も同じである。種々のアルコールおよびカルボン酸のいずれかは、本発明の内容において逆転させることができる共有結合を供するエステルを形成することができる。例えば、可逆可能なエステル結合は、アリール環上に電子求引基を有するフェノール、ヒドロキシル関連炭素に対して作用する電子求引基を有する他のアルコール、他のアルコール等のようなアルコール； および／またはアシル炭素に対して作用する電子求引基を有するもの（例えば、ニトロベンジリックアシッド、R-CF2-COOH、R-CCl2-COOH等)、他のカルボン酸等のようなカルボキシル基から形成することができる。
１つの具体例において、支持体、マトリックス、またはローンは、非共有相互作用に関与し得る部位によって機能化することができる。例えば、支持体は、イオン基、水素結合し得る基、またはファンデルワールスまたは他の疎水性相互作用に関与し得る基のような官能基を含み得る。そのような官能基は、陽性基、陰性基、親油基、両親媒性基等を含み得る。
１つの具体例において、支持体、マトリックス、またはローンは、荷電部位（例えば、第１荷電部位）を含む。適当な荷電部位は、正荷電部位および負荷電部位を含む。適当な正荷電部位（例えば、水性組成物において、中性pHにて）は、アミン、四級アンモニウム部位、フェロセン等を含む。適当な負荷電部位（例えば、水性組成物において、中性pHにて）カルボン酸塩、強電子求引基(例えば、テトラクロロフェノール)によって置換されたフェノール、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスフィン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、チオカルボン酸、ヒドロキサム酸等を含む。
１つの具体例において、支持体、マトリックス、またはローンは、供与体または受容体としてのいずれかで水素結合し得る基(例えば、第１水素結合基)を含む。支持体、マトリックス、またはローンは、水素結合し得る基を有する表面または領域を含み得る。例えば、支持体、マトリックス、またはローンは、１以上のカルボキシル基、アミン基、ヒドロキシル基、カルボニル基等を含む表面または領域を含み得る。また、イオン基は、水素結合に関与し得る。
１つの具体例において、支持体、マトリックス、またはローンは、親油部位（例えば、第１親油部位）を含む。適当な親油部位は、例えば、1ないし4つの二重結合を有する分岐または直鎖C6-36 アルキル、C8-24 アルキル、C12-24 アルキル、C12-18アルキル等; C6-36 アルケニル、C8-24 アルケニル、C12-24 アルケニル、C12-18アルケニル等；例えば、1ないし4つの三重結合を有するC6-36 アルキニル、C8-24 アルキニル、C12-24 アルキニル、C12-18 アルキニル等; 1-4の二重または三重結合を有する鎖; アリールまたは置換アリール部位(例えば、鎖の末端または中間にフェニルまたはナフチル部位)を含む鎖; 芳香族多環式炭化水素部位; 鎖について記載されたとおりの炭素の数を有するシクロアルカンまたは置換アルカン部位; その組合せまたは混合物等を含む。アルキル、アルケニル、またはアルキニル基は、エーテル基のような鎖官能性内の分岐アルコール、アミド、カルボン酸塩等のような末端官能性を含み得る。また、四級アンモニウム親油部位のような親油部位は、正電荷を含み得る。
人工受容体
候補人工受容体、先導的な人工受容体、または作用する人工受容体は、例えば、支持体上で（例えば、可逆的に）固定化された形成ブロックの組合せを含む。個々の人工受容体は、スライド、管、またはウェル上のスライドまたは複数の形成ブロック上の異種形成ブロックスポットであり得る。形成ブロックは、共有、静電、または疎水性相互作用のような種々の相互作用のうちのいずれかを介して固定化することができる。例えば、形成ブロックおよび支持体またはローンは、各々、共有、静電、水素結合、ファンデルワールス等の相互作用を形成し得る１以上の官能基または部位を含み得る。
候補人工受容体のアレイは、関心のあるテストリガンドに対する受容体を開発する際の道具として候補人工受容体を使用することに興味を持っている団体に販売される商用製品であり得る。１つの具体例において、候補人工受容体の有用なアレイは、少なくとも１つのガラススライドを含み、ここに、該少なくとも１つのガラススライドは、形成ブロックの組のメンバーの所定の数の組合せのスポットを含み、ここに各組合せは所定の数の形成ブロックを含む。
１以上の先導的な人工受容体を、複数の候補人工受容体から開発することができる。１つの具体例において、先導的な人工受容体は、形成ブロックの組合せを含み、例えば、1、0.1、または0.01 μg/mlの濃度の数ピコモルのテストリガンド、または1、0.1、または0.01 ng/mlのテストリガンド；0.01 μg/mlの濃度、または1、0.1、または0.01 ng/mlのテストリガンド；あるいは1、0.1、または0.01 ng/mlの濃度のテストリガンドへの暴露の際に検出可能な量のテストリガンドを結合する。
人工受容体、特に候補または先導的な人工受容体は、人工受容体のアレイの形態であり得る。そのようなアレイは、例えば、1,660,000スポットを含み得、ここに各スポットは、81の形成ブロックの組からの4つの形成ブロックの１つの組合せを含む。そのようなアレイは、例えば、28,000スポットを含み得、ここに各スポットは、29の形成ブロックの組からの2、3、または4つの形成ブロックの１つの組合せを含む。各スポットは、候補人工受容体および形成ブロックの組合せである。また、アレイは、先導的な人工受容体を含むように構築することができる。例えば、人工受容体のアレイは、より少ない数の形成ブロックの組合せおよび／または形成ブロックのサブセットを含み得る。
１つの具体例において、候補人工受容体のアレイは、RE1がB1、B2、B3、B3a、B4、B5、B6、B7、B8、またはB9 (本明細書中下記に示す)であり、RE2がA1、A2、A3、A3a、A4、A5、A6、A7、A8、またはA9 (本明細書中下記に示す)である一般式２(本明細書中下記に示す)の形成ブロックを含む。１つの具体例において、フレームワークはチロシンである。
１以上の作用する人工受容体は、１以上の先導的な人工受容体から開発することができる。１つの具体例において、作用する人工受容体は、形成ブロックの組合せを含み、例えば、100、10、1、0.1、0.01、または0.001 ng/ml テストリガンドの濃度の；10、1、0.1、0.01、または0.001 ng/ml テストリガンドの濃度の；または1、0.1、0.01、または0.001 ng/ml テストリガンドの濃度の数ピコモルのテストリガンドへの暴露の際に、テストリガンドの量を結合して、分類または同定する。
１つの具体例において、本発明の人工受容体は、支持体に結合した複数の 形成ブロックを含む。１つの具体例において、複数の形成ブロックは、式2 (下記に示す)の形成ブロックを含み得るまたはそれであり得る。リンカー、チロシンフレームワーク、および認識要素 AxByを含む形成ブロックに対する略語は、TyrAxByである。１つの具体例において、候補人工受容体は、式TyrA1B1、TyrA2B2、TyrA2B4、TyrA2B6、TyrA2B8、TyrA3B3、TyrA4B2、TyrA4B4、TyrA4B6、TyrA4B8、TyrA5B5、TyrA6B2、TyrA6B4、TyrA6B6、TyrA6B8、TyrA7B7、TyrA8B2、TyrA8B4、TyrA8B6、またはTyrA8B8の形成ブロックの組合せを含み得る。
本発明の人工受容体は、形成ブロックまたは他のアレイをカップリングし得る種々の支持体のいずれかを使用することができる。例えば、該支持体は、ガラスまたはプラスチック；スライド、管、またはウェル；光ファイバー；ナノチューブまたはバッキーボール、ナノデバイス；デンドリマー、または骨格等であり得る。
本発明の人工受容体は、テストリガンドが受容体に結合した場合に検出可能なシグナルを生じるシグナルエレメントを含むことができる。ある具体例において、該シグナルエレメントは光学シグナルまたは電気化学シグナルを生じさせることができる。適当な光学シグナルはケミルミネセンスまたは蛍光を含む。シグナルエレメントは蛍光部位であり得る。蛍光分子は、人工受容体への結合によって消光されるものであり得る。例えば、シグナルエレメントは結合が起こる場合にのみ蛍光を発する分子であり得る。適当な電気化学シグナルエレメントは、電流または電位を生起させるものを含む。適当な電気化学シグナルエレメントは、相互に対してオルトまたはパラに配向した置換基を持つもの、多核芳香族炭化水素、スルフィド−ジスルフィド、スルフィド−スルホキシド−スルホン、ポリエン、ポリエネイン等のようなフェノールおよびアニリンを含む。適当な電気化学シグナルエレメントはキノンおよびフェロセンを含む。
形成ブロック
本発明は、候補人工受容体を作成または形成するための形成ブロックに関する。形成ブロックを、小数の化合物の間で、種々の構造的特徴を提供するように設計、作成、および選択することができる。形成ブロックは、正電荷、負電荷、酸、塩基、電子受容体、電子供与体、水素結合供与体、水素結合受容体、自由電子対、π電子、電荷分極、親水性、疎水性等のような１以上の構造的特徴を提供し得る。形成ブロックは大きくてもよく、あるいはそれは小さくてもよい。
形成ブロックは、１以上のフレームワーク、１以上のリンカー、および／または１以上の認識要素のようないくつかの要素を含むと視覚化することができる。フレームワークは、他の形成ブロック要素の各々に共有結合し得る。リンカーは、フレームワークに共有結合し得る。リンカーは、１以上の共有、静電、水素結合、ファンデルワールス等の相互作用を介して支持体に結合し得る。認識要素は、フレームワークに共有結合し得る。１つの具体例において、形成ブロックは、フレームワーク、リンカー、および認識要素を含む。１つの具体例において、形成ブロックは、フレームワーク、リンカー、および２つの認識要素を含む。
種々の形成ブロックおよびそれらの合成の一般的および特異的特徴および機能の記載は、ここに引用してその開示を援用する、各々“ARTIFICIAL RECEPTORS, BUILDING BLOCKS, AND METHODS”なる発明の名称の2002年９月16日に出願された同時係属米国特許出願10/244,727、2004年３月29日に出願された10/813,568、および2003年２月19日に出願されたPCT出願PCT/US03/05328;各々“ARTIFICIAL RECEPTORS INCLUDING REVERSIBLY IMMOBILIZED BUILDING BLOCKS, THE BUILDING BLOCKS, AND METHODS”なる発明の名称の各々2004年３月29日に出願された米国特許出願10/812,850および10/813,612、およびPCT出願 PCT/US2004/009649; および各々BUILDING BLOCKS FOR ARTIFICIAL RECEPTORSなる発明の名称の2003年９月3日に出願された米国仮出願60/499,965および2003年１２月2日に出願された60/526,699で見つけることができる。これらの特許文献は、特に：機能、構造、および形成ブロックの構成、フレームワーク部位、認識要素、形成ブロックの合成、形成ブロックの特異的具体例、認識要素の特異的具体例、および形成ブロックの組の詳細な記載を含む。
フレームワーク
フレームワークは、認識部位へのカップリングおよび結合部位へのカップリングまたはそれであることを提供する官能基につき選択することができる。フレームワークは、人工受容体の一部として、リガンドと相互作用し得る。１つの具体例において、フレームワークは、直交かつ信頼性のある官能基を有し、制御された立体化学を有する複数の反応部位を含む。直交かつ信頼性のある化学を有する適当な官能基は、例えば、カルボキシル、アミン、ヒドロキシル、フェノール、カルボニル、およびチオール基を含み、これらは、個々に、保護、脱保護、および誘導体化することができる。１つの具体例において、フレームワークは、直交かつ信頼性のある化学を有する２、３、または４つの官能基を有する。１つの具体例において、フレームワークは３つの官能基を有する。そのような具体例において、３つの官能基は、例えば、カルボキシル、アミン、ヒドロキシル、フェノール、カルボニル、またはチオール基から個々に選択することができる。フレームワークは、アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル等の部位を含み得る。
３つの官能基を有するフレームワークに対する一般的な構造は、式1a:
Figure 2007504462
 によって表すことができる。
４つの官能基を有するフレームワークに対する一般的な構造は、式1b:
Figure 2007504462
 によって表すことができる。
これらの一般的な構造において: R1は、1-12、1-6、または1-4炭素アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル等の基であり得る;およびF1、F2、F3、またはF4は、独立して、カルボキシル、アミン、ヒドロキシル、フェノール、カルボニル、またはチオール基であり得る。F1、F2、F3、またはF4は、独立して、1-12、1-6、1-4炭素アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル、またはカルボキシルで置換された無機基、アミン、ヒドロキシル、フェノール、カルボニル、またはチオール基であり得る。F3および／またはF4は、不存在であってもよい。
種々の化合物は、式およびアミノ酸を含むフレームワーク、および例えば、酸素および硫黄官能基を含む天然に生じるまたは合成化合物を記載するテクストに適合する。化合物は、ラセミ、光学活性、またはアキラルであり得る。例えば、化合物は、天然または合成アミノ酸、α-ヒドロキシ酸、チオ酸等であり得る。
フレームワークとしての使用に適当な分子は、天然または合成アミノ酸、特に、その側鎖上に官能基（例えば、第３の官能基)を有するアミノ酸を含む。アミノ酸は、カルボキシルおよびアミン官能基を含む。側鎖官能基は、天然のアミノ酸、アミン(例えば、アルキルアミン、ヘテロアリールアミン)、ヒドロキシル、フェノール、カルボキシル、チオール、チオエーテル、またはアミジノ基を含み得る。
フレームワークとしての使用に適当な天然のアミノ酸は、例えば、セリン、スレオニン、チロシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミン、システイン、リシン、アルギニン、ヒスチジンを含む。合成アミノ酸は、フレームワークとしてアルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換された複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル等の部位によって、およびカルボキシル、アミン、ヒドロキシル、フェノール、カルボニル、またはチオール官能基によって、天然アミノ酸を修飾または延長する天然に生じる側鎖官能基または合成側鎖官能基を含み得る。適当な合成アミノ酸は、β-アミノ酸および天然アミノ酸のホモまたはβアナログを含む。１つの具体例において、フレームワークアミノ酸は、セリン、スレオニン、またはチロシン、例えばセリンまたはチロシン、例えばチロシンであり得る。
本発明に制限されるものではないが、リンカーおよび２つの認識要素を有するセリン、スレオニン、またはチロシンのようなフレームワークアミノ酸は、フレームワークの延長された炭素鎖に対して、ペンダント配向および赤外配向の他において、認識要素のうちの１つによって視覚化することができる。
全ての天然に生じるおよび多くの合成アミノ酸は、商業的に入手可能である。さらに、（複数の）認識要素および／またはリンカーへのカップリングに対する反応に適当であるように誘導化または保護されたこれらのアミノ酸の形態は、購入または既知の方法によって作成することができる(例えば、 Green, TW; Wuts, PGM (1999), Protective Groups in Organic Synthesis Third Edition, Wiley-Interscience, New York, 779 pp.; Bodanszky, M.; Bodanszky, A. (1994), The Practice of Peptide Synthesis Second Edition, Springer-Verlag, New York, 217 pp.参照)。
認識要素
認識要素を選択して、形成ブロックに１以上の構造的特徴を提供することができる。認識要素は、人工受容体の一部として、リガンドと相互作用することができる。例えば、認識要素は、正電荷、負電荷、酸、塩基、電子受容体、電子供与体、水素結合供与体、水素結合受容体、自由電子対、π電子、電荷分極、親水性、疎水性等のような１以上の構造的特徴を提供することができる。認識要素は小さい基であり得、あるいはそれは大きくてもよい。
１つの具体例において、認識要素は、1-12、1-6、または1-4 炭素アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換された複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル等の基であり得る。認識要素は、正電荷、負電荷、酸、塩基、電子受容体、電子供与体、水素結合供与体、水素結合受容体、自由電子対、π電子、電荷分極、親水性、疎水性等を含むまたは授与する基によって置換することができる。
（例えば、水性組成物において、中性pHにて）正電荷を有する認識要素は、アミン、四級アンモニウム部位、スルホニウム、ホスホニウム、フェロセン等を含む。適当なアミンは、アルキルアミン、アルキルジアミン、ヘテロアルキルアミン、アリールアミン、ヘテロアリールアミン、アリールアルキルアミン、ピリジン、複素環アミン（飽和または不飽和、環中に窒素ありまたはなし）、アミジン、ヒドラジン等を含む。アルキルアミンは、一般的には、例えば、1-8といった1ないし12の炭素を有し、環は、例えば、3-8といった3-12の炭素を有し得る。適当なアルキルアミンは、式B9のものを含む。適当な複素環またはアルキル複素環アミンは、式A9のものを含む。適当なピリジンは、式A5およびB5のものを含む。アミンのうちのいずれかは、四級アンモニウム化合物として使用することができる。さらなる適当な四級アンモニウム部位は、トリメチルアルキル四級アンモニウム部位、ジメチルエチルアルキル四級アンモニウム部位、ジメチルアルキル四級アンモニウム部位、アリールアルキル四級アンモニウム部位、ピリジニウム四級アンモニウム部位等を含む。
（例えば、水性組成物中の中性pHにて）負電荷を有する認識部位は、カルボン酸塩、強電子求引基(例えば、置換されたテトラクロロフェノール)によって置換されたフェノール、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスフィン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、チオカルボン酸塩、およびヒドロキサム酸を含む。適当なカルボン酸塩は、アルキルカルボン酸塩、アリールカルボン酸塩、およびアリールアルキルカルボン酸塩を含む。適当なリン酸塩は、リン酸モノ-、ジ-、およびトリ-エステル、およびリン酸モノ-、ジ-、およびトリ-アミドを含む。適当なホスホン酸塩は、ホスホン酸モノ-およびジ-エステル、およびホスホン酸モノ-およびジ-アミド（例えば、ホスホンアミド）を含む。適当なホスフィン酸塩は、ホスフィン酸エステルおよびアミドを含む。
（水性組成物中の中性pHにて）負電荷および正電荷を有する認識部位は、スルホキシド、ベタイン、およびアミン・オキシドを含む。
酸性認識要素は、カルボン酸塩、リン酸塩、硫酸塩、およびフェノールを含み得る。適当な酸性カルボン酸塩は、チオカルボン酸塩を含む。適当な酸性リン酸塩は、本明細書において上記にリストしたリン酸塩を含む。
塩基性認識要素はアミンを含む。適当な塩基性アミンは、アルキルアミン、アリールアミン、アリールアルキルアミン、ピリジン、複素環アミン（飽和または不飽和、環中の窒素ありまたはなし）、アミジン、および本明細書において上記にリストしたいずれかのさらなるアミンを含む。適当なアルキルアミンは、式B9のものを含む。適当な複素環またはアルキル複素環アミンは、式A9のものを含む。適当なピリジンは、式A5およびB5のものを含む。
水素結合供与体を含む認識部位は、アミン、アミド、カルボキシル、プロトン化リン酸塩、プロトン化ホスホン酸塩、プロトン化ホスフィン酸塩、プロトン化硫酸塩、プロトン化スルフィン酸塩、アルコール、およびチオールを含む。適当なアミンは、アルキルアミン、アリールアミン、アリールアルキルアミン、ピリジン、複素環アミン（飽和または不飽和、環中の窒素ありまたはなし）、アミジン、尿素、および本明細書において上記にリストしたいずれかの他のアミンを含む。適当なアルキルアミンは、式B9のものを含む。適当な複素環またはアルキル複素環アミンは、式A9のものを含む。適当なピリジンは、式A5およびB5のものを含む。適当なプロトン化カルボン酸塩、プロトン化リン酸塩は、本明細書において上記にリストしたものを含む。適当なアミドは、式A8およびB8のものを含む。適当なアルコールは、一級アルコール、二級アルコール、三級アルコール、芳香族アルコール（例えば、フェノール）を含む。適当なアルコールは、式A7（第一級アルコール）およびB7（第２二級アルコール）のものを含む。
水素結合許容体または１以上の自由電子対を含む認識要素は、アミン、アミド、カルボン酸塩、カルボキシル基、リン酸塩、ホスホノ酸塩、ホスフィン酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、アルコール、エーテル、チオール、およびチオエーテルを含む。適当なアミンは、本明細書において上記にリストしたように、アルキルアミン、アリールアミン、アリールアルキルアミン、ピリジン、複素環アミン（飽和または不飽和、環中の窒素ありまたはなし）、アミジン、尿素、およびアミンを含む。適当なアルキルアミンは、式B9のものを含む。適当な複素環またはアルキル複素環アミンは、式A9のものを含む。適当なピリジンは、式A5およびA6のものを含む。適当なカルボン酸塩は、本明細書において上記にリストしたものを含む。適当なアミドは、式A8およびB8のものを含む。適当なリン酸塩、ホスホノ酸塩およびホスフィノ酸塩は、本明細書において上記にリストしたものを含む。適当なアルコールは、第一級アルコール、第二級アルコール、第三アルコール、芳香族アルコール、および本明細書において上記にリストしたものを含む。適当なアルコールは、式A7（第一級アルコール）およびB7（第二級アルコール）のものを含む。適当なエーテルは、アルキルエーテル、アリールアルキルエーテルを含む。適当なアルキルエーテルは、式A6のものを含む。適当なアリールアルキルエーテルは、式A4のものを含む。適当なチオエーテルは、式B6のものを含む。
非荷電極性または親水基を含む認識要素は、アミド、アルコール、エーテル、チオール、チオエーテル、エステル、チオエステル、ボラン、ホウ酸塩、および錯塩を含む。適当なアミドは、式A8およびB8のものを含む。適当なアルコールは、第一級アルコール、第二級アルコール、第三級アルコール、芳香族アルコール、および本明細書において上記にリストしたものを含む。適当なアルコールは、式A7（第一級アルコール）およびB7（第二級アルコール）のものを含む。適当なエーテルは、本明細書において上記にリストしたものを含む。適当なエーテルは、式A6のものを含む。適当なアリールアルキルエーテルは、式A4のものを含む。
非荷電疎水基を含む認識要素は、アルキル (置換されたおよび置換されていない)、アルケン(コンジュゲートされたおよびコンジュゲートされていない)、アルキン (コンジュゲートされたおよびコンジュゲートされていない)、芳香族を含む。適当なアルキル基は、低級アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、アリールアルキル、およびヘテロアリールアルキルを含む。適当な低級アルキル基は、式A1、A3、A3a、およびB1のものを含む。適当なアリールアルキル基は、式A3、A3a、A4、B3、B3a、およびB4のものを含む。適当なアルキルシクロアルキル基は、式B2のものを含む。適当なアルケン基は、低級アルケンおよびアリールアルケンを含む。適当なアリールアルケン基は、式B4のものを含む。適当な芳香族基は、置換されていないアリール、ヘテロアリール、置換アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アルキル置換アリール、および多環芳香族炭化水素を含む。適当なアリールアルキル基は、式A3、A3aおよびB4のものを含む。適当なアルキルヘテロアリール基は、式A5およびB5のものを含む。
スペーサー（例えば、小さい）認識要素は、水素、メチル、エチル等を含む。大きい認識要素は、７以上の炭素またはヘテロ原子を含む。
式A1-A9およびB1-B9は：
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 である。
これらのAおよびB認識要素は、標準によると：A1, エチルアミン; A2, イソブチルアミン; A3, フェネチルアミン; A4, 4-メトキシフェネチルアミン; A5, 2-(2-アミノエチル)ピリジン; A6, 2-メトキシエチルアミン; A7, エタノールアミン; A8, N-アセチルエチレンジアミン; A9, 1-(2-アミノエチル)ピロリジン; B1, 酢酸, B2, シクロペンチルプロピン酸; B3, 3-クロロフェニル酢酸; B4, 桂皮酸; B5, 3-ピリジンプロピン酸; B6, (メチルチオ)酢酸; B7, 3-ヒドロキシ酪酸; B8, スクシンアミド酸;およびB9, 4-(ジメチルアミノ)酪酸の誘導体と言うことができる。
１つの具体例において、該認識要素は、式A1、A2、A3、A3a、A4、A5、A6、A7、A8、および／または A9 (A 認識要素) および／または B1、B2、B3、B3a、B4、B5、B6、B7、B8、および／または B9 (B 認識要素)によって表される１以上の構造を含む。１つの具体例において、各形成ブロックは、A認識要素およびB認識要素を含む。１つの具体例において、81のそのような形成ブロックの群は、81のA 認識要素および B 認識要素のユニークな組合せの各々を含む。１つの具体例において、A 認識要素は、ペンダント位置にて、フレームワークに結合する。１つの具体例において、B 認識要素は、赤外位置にて、フレームワークに結合する。１つの具体例において、A 認識要素は、ペンダント位置にて、フレームワークに結合し、B 認識要素は、赤外位置にて、フレームワークに結合する。
本発明の制限されるものではないが、AおよびB認識要素は、官能基の種類およびポリペプチド受容体によって使用される幾何学図形を表すと考えられる。本発明に制限されるものではないが、A認識要素は、６つの有利な官能基または配置を表し、いくつかのアリール基への官能基の添加は可能な結合相互作用の範囲を増加すると考えられる。本発明に制限されるものではないが、B認識要素は、A認識要素に使用されるのとは異なる配置で、６つの有利な官能基を表すと考えられる。本発明に制限されるものではないが、これは結合相互作用の範囲を増加し、さらに形成ブロックの分子配置によって探求される官能基および配置の範囲を延長すると、さらに考えられる。
１つの具体例において、AおよびB認識要素を含む形成ブロックは、親油性／親水性および容量によって規定される結合空間を占めると視覚化することができる。容量は、種々のAおよびB認識要素を含む各形成ブロックにつき、（既知の方法を用いて）計算することができる。親油性／親水性(logP)の測定は、種々のAおよびB認識要素を含む各形成ブロックにつき、（既知の方法を用いて）計算することができる。logPの負の値は、非極性有機溶媒よりも、水に対して親和性を示し、親水性の性質を示す。次いで、容量対logPのプロットは、サイズおよび親油性／親水性によって規定される結合空間を介して、形成ブロックの分布を示すことができる。
認識要素の多くを形成する試薬は、商業的に入手可能である。例えば、認識要素 A1、A2、A3、A3a、A4、A5、A6、A7、A8、A9 B1、B2、B3、B3a、B4、B5、B6、B7、B8、およびB9を形成するための試薬は、商業的に入手可能である。
リンカー
リンカーは、支持体への形成ブロックの適当なカップリングを提供するように選択される。フレームワークは、人工受容体の一部としてリガンドと相互作用することができる。該リンカーはバルク、支持体からの距離、疎水性、親水性、および、同様な構造特徴を形成ブロックに供することができる。支持体に形成ブロックをカップリングすることは、共有結合または非共有結合を使用することができる。適当な非共有相互作用は、イオン間の相互作用、水素結合、ファンデルワールス相互作用等を含む。１つの具体例において、リンカーは、共有結合または非共有相互作用に関与し得る部位を含む。１つの具体例において、リンカーは、共有結合に関与し得る部位を含む。共有および可逆共有結合を形成するのに適当な基は、本明細書において上記に記載する。
可逆的に固定化可能な形成ブロックに対するリンカー
リンカーは、支持体またはローン上の形成ブロックの適当な可逆的な固定化を提供するように選択することができる。１つの具体例において、リンカーは、フレームワーク上で官能基と共有結合を形成する。１つの具体例において、リンカーは、例えば、可逆的共有結合または非共有相互作用を介して、支持体またはローンと可逆的に相互作用し得る官能基も含む。
１つの具体例において、リンカーは、可逆的共有結合に関与し得る１以上の部位を含む。可逆的な共有結合に適当な基は、本明細書において上記に記載したものを含む。人工受容体は、例えば、イミン、アセタール、ケタール、ジスルフィド、エステル等の結合を介して、ローンまたは支持体上に可逆的に固定された形成ブロックを含み得る。そのような官能基は、可逆的共有結合に関与し得る。そのような官能基は、例えば、第２の共有結合部位といった共有結合部位と呼ぶことができる。
１つの具体例において、リンカーは、非共有相互作用に関与し得る部位で機能化することができる。例えば、リンカーは、イオン基、水素結合し得る基、またはファンデルワールスまたは他の疎水性相互作用に関与し得る基のような官能基を含み得る。そのような官能基は、陽性基、陰性基、親油基、両親媒基等を含み得る。
１つの具体例において、本発明の方法および組成物は、荷電部位（例えば、第２の荷電部位）を含むリンカーを使用することができる。適当な荷電部位は、正電気を帯びた部位および負電気を帯びた部位を含む。適当な正電気を帯びた部位は、アミン、四級アンモニウム部位、スルホニウム、ホスホニウム、フェロセン等を含む。（例えば、水性組成物において、中性pHにて）適当な負電気を帯びた部位は、カルボン酸塩、強電子求引基(例えば、テトラクロロフェノール)で置換されたフェノール、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスフィノ酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、チオカルボン酸塩、およびヒドロキサム酸を含む。
１つの具体例において、本発明の方法および組成物は、供与体または受容体(例えば、第２の水素結合基)のいずれかとして、水素結合し得る基を含むリンカーを使用することができる。例えば、リンカーは、１以上のカルボキシル基、アミン基、ヒドロキシル基、カルボニル基等を含み得る。また、イオン基は、水素結合に関与し得る。
１つの具体例において、本発明の方法および組成物は、親油性部位（例えば、第２の親油性部位）を含むリンカーを使用することができる。適当な親油性部位は、例えば、1ないし4つの二重結合を有する１以上の分岐または直鎖C6-36アルキル、C8-24アルキル、C12-24アルキル、C12-18アルキル等; C6-36アルケニル、C8-24アルケニル、C12-24アルケニル、C12-18アルケニル等; 例えば、1ないし4つの三重結合を有するC6-36アルキニル、C8-24アルキニル、C12-24アルキニル、C12-18アルキニル等; 1ないし4つの二重または三重結合を持つ鎖;アリールまたは置換アリール部位 (例えば、鎖の末端または中間のフェニルまたはナフチル部位)を含む鎖; 芳香族多環式炭化水素部位; 鎖について記載されたとおり、多数の炭素を有するシクロアルカンまたは置換アルカン;その組合せまたは混合物等を含む。アルキル、アルケニル、またはアルキニル基は、分岐;エーテル基のような鎖官能性内;アルコール、アミド、カルボン酸等のような末端官能性等を含み得る。１つの具体例において、リンカーは、リン脂質のような脂質を含むまたは脂質である。１つの具体例において、親油性部位は、１２炭素両親媒性部位を含むまたは該部位である。
１つの具体例において、リンカーは、親油基（例えば、第２の親油基）および共有結合部位（例えば、第２の共有結合部位）を含む。１つの具体例において、リンカーは、親油基（例えば、第２の親油基）および荷電部位（例えば、第２の荷電部位）を含む。
１つの具体例において、リンカーは、フレームワーク上で、アルコール、フェノール、チオール、アミン、カルボニル等の基と共有結合を形成するまたは形成すると視覚化することができる。フレームワークおよび支持体またはローンとの可逆的相互作用に関与するまたはそれによって形成される基への結合の間に、リンカーは、アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル、エトキシまたはプロポキシオリゴマー、配糖体等の部位を含み得る。
例えば、適当なリンカーは: フレームワークに関与する官能基またはそれへの結合によって形成される官能基、支持体またはローン、およびリンカー骨格部位との可逆的相互作用に関与するまたはそれによって形成される官能基または群を含み得る。リンカー骨格部位は、約4ないし約48の炭素またはヘテロ原子、約8ないし約14の炭素またはヘテロ原子、約12ないし約24の炭素またはヘテロ原子、約16ないし約18の炭素またはヘテロ原子、約4ないし約12の炭素またはヘテロ原子、約4ないし約8の炭素またはヘテロ原子等を含み得る。リンカー骨格は、アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル、エトキシまたはプロポキシオリゴマー、グリコシド、その混合物等の部位を含み得る。
１つの具体例において、リンカーは、親油性部位、フレームワークに関与するまたはそれによって形成される官能基、および所望により、可逆的共有結合水素結合、またはイオン相互作用を形成するための１以上の部位を含む。そのような具体例において、親油性部位は、約4ないし約48の炭素、約8ないし約14の炭素、約12ないし約24の炭素、約16ないし約18の炭素等を有し得る。そのような具体例において、リンカーは、約1ないし約8の可逆結合／相互作用部位または約2ないし約4の可逆結合／相互作用部位を含み得る。適当なリンカーは、n=12-24、n=17-24、またはn=16-18を有する(CH2)nCOOHのような構造を有する。
リンカーのさらなる具体例
リンカーは、支持体への形成ブロックの適当な共有カップリングを提供するように選択することができる。フレームワークは、人工受容体の一部として、リガンドと相互作用し得る。また、リンカーは、支持体から離れて、バルク、疎水性、親水性等の構造的特徴を、形成ブロックに提供し得る。１つの具体例において、リンカーは、フレームワーク上で、官能基との共有結合を形成する。１つの具体例において、支持体への結合の前に、リンカーは、支持体上の官能基と反応するように活性化することができるまたはそれと反応するであろう官能基を含む。１つの具体例において、一旦、支持体に結合すると、リンカーは、支持体とおよびフレームワークと共有結合を形成する。
１つの具体例において、リンカーは、フレームワーク上で、アルコール、フェノール、チオール、アミン、カルボニル等の基と共有結合を形成または形成すると視覚化することができる。リンカーは、支持体と反応するまたは反応するように活性化することができるカルボキシル, アルコール、フェノール、チオール、アミン、カルボニル、マレイミド等の基を含み得る。フレームワークへの結合および支持体への結合によって形成される基の間に、リンカーは、アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル、エトキシまたはプロポキシオリゴマー、グリコシド等の部位を含み得る。
リンカーは、例えば、アルキルまたはアリール基に結合した良好な離脱基を含み得る。離脱基は、フレームワーク上で、アルコール、フェノール、チオール、アミン、カルボニル等の基によって置換されるのに十分「良好」である。そのようなリンカーは、式:R-X,［式中、Xは、ハロゲン (例えば、-Cl、-Brまたは-I)、トシレート、メシラート、トリフレートのような離脱基であり、Rは、アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル、エトキシまたはプロポキシオリゴマー、グリコシド等の部位である］によって表される部位を含み得る。
適当なリンカー基は、n=1-16、n=2-8、n=2-6、またはn=3である式：(CH2)nCOOHのものを含む。適当なリンカーを形成する試薬は商業的に入手可能であり、直交機能性を有する種々の試薬のいずれかを含む。
形成ブロックの具体例
１つの具体例において、形成ブロックは、式２：
Figure 2007504462
 によって表すことができる。式中: RE1は認識要素 1であり、RE2は認識要素 2であり、Lはリンカーである。Xは存在せず、C=O、CH2、NR、NR2、NH、NHCONH、SCONH、CH=N、またはOCH2NHである。特定の具体例において、Xは不存在またはC=Oである。Yは不存在、 NH、O、CH2、またはNRCOである。特定の具体例において、YはNHまたはOである。１つの具体例において、YはNHである。Z1およびZ2は、独立して、CH2、O、NH、S、CO、NR、NR2、NHCONH、SCONH、CH=N、またはOCH2NHであってもよい。１つの具体例において、Z1および／またはZ2は、独立して、Oであってもよい。Z2は任意である。R2はH、CH3、または形成ブロックに対してキラル性を授与し、メチル基と同様またはそれより小さいサイズを有するもう１つの基である。R3は、CH2; CH2-フェニル; CHCH3; n=2-3を有する(CH2)n;または、例えば、5-6の炭素といった3-8の炭素を有する環状アルキル、フェニル、ナフチルである。特定の具体例において、R3は、CH2またはCH2-フェニルである。
RE1は、B1、B2、B3、B3a、B4、B5、B6、B7、B8、B9、A1、A2、A3、A3a、A4、A5、A6、A7、A8、またはA9である。特定の具体例において、 RE1はB1、B2、B3、B3a、B4、B5、B6、B7、B8、またはB9である。RE2は、A1、A2、A3、A3a、A4、A5、A6、A7、A8、A9、B1、B2、B3、B3a、B4、B5、B6、B7、B8、またはB9である。特定の具体例において、RE2は、A1、A2、A3、A3a、A4、A5、A6、A7、A8、またはA9である。１つの具体例において、RE1は、B2、B3a、B4、B5、B6、B7、またはB8であってもよい。１つの具体例において、RE2は、A2、A3a、A4、A5、A6、A7、またはA8であってもよい。
１つの具体例において、Lは、フレームワークに関与するまたはそれへの結合によって形成される官能基(そのような基は本明細書において記載される)、支持体またはローンとの可逆的相互作用に関与するまたはそれへの結合によって形成される官能基または群(そのような基は本明細書において記載される)、およびリンカー骨格部位である。１つの具体例において、リンカー骨格部位は、約4ないし約48の炭素またはヘテロ原子アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、複素環、置換複素環、アリールアルキル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロアリールアルキル、エトキシまたはプロポキシオリゴマー、グリコシド、またはその混合物;または約8ないし約14の炭素またはヘテロ原子、約12ないし約24の炭素またはヘテロ原子、約16ないし約18の炭素またはヘテロ原子、約4ないし約12の炭素またはヘテロ原子、約4ないし約8の炭素またはヘテロ原子である。
１つの具体例において、Lは、フレームワークに関与するまたはそれへの結合によって形成される官能基(そのような基は本明細書において記載される)および約4ないし約48の炭素、約8ないし約14の炭素、約12ないし約24の炭素、約16ないし約18の炭素を有する親油基(そのような基は本明細書において記載される)である。１つの具体例において、このLは、約1ないし約8の可逆結合／相互作用部位 (そのような基は本明細書において記載される)または約2ないし約4の可逆結合／相互作用部位も含む。１つの具体例において、Lは、n=12-24、n=17-24、またはn=16-18である(CH2)nCOOHである。
１つの具体例において、Lは、n=1-16、n=2-8、n=4-6、またはn=3である(CH2)nCOOHである。
A および／またはB 認識要素、リンカー、およびアミノ酸フレームワークを含む形成ブロックは、一般図式１に示される方法によって作成することができる。
人工受容体を使用するための技術
本発明は、人工受容体を使用する方法を含む。本発明は、特定のテストリガンドを結合する先導的な人工受容体を発見するために候補人工受容体をスクリーニングする方法を含む。候補人工受容体に結合したテストリガンドの検出は、スライド上のアレイまたは被覆された管またはウェルへの結合を検出するための既知の方法を用いて達成することができる。例えば、該方法は、検出可能な産物を生成するフルオロフォアまたは酵素のような検出可能な標識によって標識されたテストリガンドを使用することができる。別法として、該方法は、テストリガンドに対して特異的であり、検出可能な標識を含む抗体(または他の結合剤)を使用することができる。テストリガンドによって標識されたまたはよりまたは最も強力にテストリガンドによって標識された１以上のスポットを、先導的な人工受容体として選択する。標識の程度は、標識からのシグナル強度を評価することによって評価することができる。シグナルの量は、標識および結合の量に正比例し得る。図１３は、このプロセスの具体例の模式図を提供する。
本発明の方法に従い、テストリガンドに対して候補人工受容体をスクリーニングして、１以上の先導的な人工受容体を得ることができる。１以上の先導的な人工受容体は、作用する人工受容体であり得る。つまり、該１以上の先導的な人工受容体は、そのままで、関心のあるリガンドを検出するのに有用であり得る。次いで、該方法は、１以上の人工受容体を、テストリガンドをモニタリングまたは検出するための作用する人工受容体として使用することができる。別法として、該１以上の先導的な人工受容体は、作用する人工受容体を開発するための方法で使用することができる。例えば、１以上の先導的な人工受容体は、改善された先導的な人工受容体または作用する人工受容体を設計またはスクリーニングするのに有用な構造的または他の情報を提供し得る。そのような設計またはスクリーニングは、形成ブロックのサブセット、形成ブロックの異なるセット、形成ブロックの異なる数の組合せを含むさらなる候補人工受容体を作成しテストすることを含み得る。
本発明は、特定のテストリガンドを結合する先導的な人工受容体を発見するために候補人工受容体をスクリーニングする方法を含む。該方法は、人工受容体を作成する形成ブロックの動きを許容することを含み得る。形成ブロックの動きは、形成ブロックを駆動して、支持体に沿ってまたはその上を動かしおよび／または支持体を離れ、支持体またはローンとは別に流体(例えば、液体)相に入ることを含み得る。
１つの具体例において、形成ブロックを駆動して、支持体に沿ってまたはその上を動かすことができる（並進またはシャッフル）。そのような並進を使用して、例えば、テストリガンドに既に結合した形成ブロックを、テストリガンドにまだ結合したより低いエネルギーまたはより固い結合構成へと再度並ばせることができる。そのような並進を使用して、例えば、リガンドに、支持体上にあるがリガンドに結合していない形成ブロックにアクセスさせることができる。これらの形成ブロックは、テストリガンド近くまたはそれへの結合へと並進することができる。
形成ブロックを、種々のメカニズムのいずれかを介して、支持体に沿ってまたはその上を動かすまたは支持体上に可逆的に固定するように誘導することができる。例えば、形成ブロックの可動性を誘導することは、支持体またはローンの状況を改変することを含み得る。つまり、状況を改変すると、形成ブロックの固定化を逆転、つまりそれらを動かすことができる。それらが動いた後、形成ブロックを可逆的に固定化することは、例えば、先の状況に戻ることを含み得る。状況の適当な改変は、pHを変化させる、温度を変化させる、極性または疎水性を変化させる、イオン強度を変化させる、（例えば、溶媒または溶質の）求核性または求電子性等を変化させることを含む。
疎水性相互作用によって可逆的に固定化された形成ブロックを、温度を上昇させることによって、表面、ローン、または形成ブロックをより疎水性の溶媒(例えば、有機溶媒または界面活性剤)に暴露することによって、あるいは形成ブロック周辺のイオン強度を減少させることによって駆動することができる。１つの具体例において、有機溶媒は、アセトニトリル、酢酸、アルコール、テトラヒドロフラン（THF)、ジメチルホルムアミド（DMF)、ヘキサンまたはオクタンのような炭化水素、アセトン、クロロホルム、塩化メチレン等、またはその混合物を含む。１つの具体例において、界面活性剤は、ノニルフェノールエトキシレート等のような非イオン性界面活性剤を含む。支持体上に動く形成ブロックは、例えば、温度を下げる、表面、ローン、または形成ブロックをより親水性の溶媒 (例えば、水性溶媒)に暴露することによって、疎水性相互作用または増加されたイオン強度によって、可逆的に固定化することができる。
水素結合によって可逆的に固定化された形成ブロックは、イオン強度、親水性溶媒の濃度、または形成ブロックの周辺の競合する水素結合の濃度を増加させることによって、動かすことができる。支持体上で動く形成ブロックは、親水性溶媒のイオン強度を減少させる等によって、静電相互作用を介して、可逆的に固定化することができる。
静電相互作用によって可逆的に固定化された形成ブロックは、形成ブロック周辺のイオン強度を増加させることによって動かすことができる。イオン強度を増加して、静電相互作用を撹乱することができる。支持体上で動く形成ブロックは、イオン強度を減少させることによって、静電相互作用を介して、可逆的に固定化することができる。
イミン、アセタール、ケタール結合によって可逆的に固定化された形成ブロックは、pHを減少させるまたは形成ブロック周辺の求核触媒の濃度を増加させることによって動かすことができる。１つの具体例において、pHは約1ないし約4である。イミン、アセタル、およびケタールは、酸触媒加水分解を経験する。支持体上で動く形成ブロックは、イミン、アセタル、またはケタール結合を形成することによって、pHを増加させることによってのような可逆的共有相互作用によって可逆的に固定化することができる。
１つの具体例において、形成ブロックを動かして、支持体を離れさせ、支持体またはローン（交換）とは別に、流体(例えば、液体)相に入れることができる。例えば、形成ブロックは、支持体上へおよび／またはそれから離れて交換することができる。交換を使用して、例えば、支持体上にあるがテストリガンドに結合していない形成ブロックを、支持体から除去することができる。交換を使用して、例えば、さらなる形成ブロックを支持体に添加することができる。添加された形成ブロックは、テストリガンドを結合する人工受容体において、形成ブロックの構造の知識に基づいて選択される構造を有し得る。添加された形成ブロックは、さらなる構造多様性を提供するように選択された構造を有し得る。添加された形成ブロックは、形成ブロックの全てを含み得る。
疎水性相互作用によって可逆的に固定化された形成ブロックは、例えば、支持体および／または人工受容体の温度を上げることによって、支持体から放すことができる。例えば、疎水性相互作用(例えば、支持体またはローン上および形成ブロック上の疎水基)は、大体室温にてまたはそれ以下で、固定化された形成ブロックを提供するように選択することができ、放出は、室温を上回る温度にて達成することができる。例えば、疎水性相互作用は、大体冷蔵庫温度(例えば、4℃)またはそれ以下で、固定化された形成ブロックを提供するように選択することができ、放出は、例えば、室温またはそれ以上の温度にて達成することができる。さらに例を挙げれば、形成ブロックは、例えば、表面または人工受容体を、形成ブロックを含有し、室温以下の流体と接触させることによって、疎水性相互作用によって、可逆的に固定化することができる。
疎水性相互作用によって可逆的に固定化された形成ブロックは、例えば、人工受容体を十分に疎水性の流体（例えば、有機溶媒または界面活性剤）と接触させることによって、支持体から放出することができる。１つの具体例において、有機溶媒は、アセトニトリル、酢酸、アルコール、テトラヒドロフラン (THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ヘキサンまたはオクタンのような炭化水素、アセトン、クロロホルム、塩化メチレン等またはその混合物を含む。１つの具体例において、界面活性剤は、ノニルフェノールエトキシレート等のような非イオン性界面活性剤を含む。また、そのような可逆的な固定化は、表面または人工受容体を親水性溶媒と接触させ、いくらか親油性の形成ブロックを、疎水性表面またはローン上へ分割させることによって、達成することができる。
イミン、アセタール、またはケタール結合によって可逆的に固定化された形成ブロックは、例えば、人工受容体を、酸pHを有するまたは求核触媒を含む流体と接触させることによって、支持体から放出することができる。１つの具体例において、pHは約1ないし約4である。形成ブロックは、表面または人工受容体を、中性または塩基性pHを有する流体と接触させることによって、イミン、アセタール、またはケタール結合を形成することによってのような、可逆的共有相互作用によって可逆的に固定化することができる。
静電相互作用によって可逆的に固定化された形成ブロックは、例えば、人工受容体を十分に高いイオン強度を有する流体と接触させて、静電相互作用を撹乱することによって、放出することができる。形成ブロックは、表面または人工受容体を、形成ブロックおよび支持体および／またはローンの間の静電相互作用を促進するイオン強度を有する流体と接触させることによって、静電相互作用を介して、可逆的に固定化することができる。
テストリガンド
テストリガンドは、アレイまたは表面への結合を検出することができるいずれかのリガンドであり得る。テストリガンドは純粋な化合物、混合物、または天然生成物または汚染物を含有する（汚れた）混合物であり得る。そのような汚れた混合物は組織ホモジネート、生物学的流体、土壌試料、水試料等であり得る。
テストリガンドは前立腺特異的光源、他の癌マーカー、インスリン、ワルファリン、他の抗−凝固剤、コカイン、他の乱用薬物、Ｅ．ｃｏｌｉについてのマーカー、Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｓｐ．についてのマーカー、他の食品で生じたトキシンについてのマーカー、食品で生じたトキシン、Ｓｍａｌｌｐｏｘウィルスについてのマーカー、炭疽についてのマーカー、他の可能な毒性生物学的剤についてのマーカー、医薬および医薬品、有害な廃棄物中の汚染物または化学物質、毒性化学剤、病気のマーカー、医薬、汚染物、生物学的に重要なカチオン（例えば、カリウムまたはカルシウム）、ペプチド、炭水化物、酵素、細菌、ウィルス、その混合物等を含む。ある具体例において、テストリガンドは小有機分子、無機／有機錯体、金属イオン、蛋白質の混合物、蛋白質、核酸、核酸の混合物、それらの混合物等のうちの少なくとも１つであり得る。
適当なテストリガンドは、例えば、前記した微生物、蛋白質、癌細胞、乱用薬物等を含めたテストリガンドである本書類の他の箇所に記載されたいずれかの化合物または化合物のカテゴリーを含む。
本発明は、以下の実施例への言及をもって、より良く理解されるであろう。これらの実施例は、本発明の特異的な具体例を表すように意図されており、本発明の範囲を制限するように意図されてはいない。
実施例
実施例1-形成ブロックの合成
形成ブロックの具体例のアルキル-芳香族-極性スパンを表す選択された形成ブロックを、合成し、候補人工受容体を作成するためのこれらの形成ブロックの有効性を示した。これらの形成ブロックを、チロシンによって表すことができ、数多くの認識要素対を含むフレームワーク上に作成した。これらの認識要素対は、表２の項に沿って選択され、アルキルから芳香族まで、極性までの十分な範囲を含んで、８１のそのような形成ブロックの完全組の相互作用および官能基の有意な程度を表す。
合成
形成ブロック合成は、チロシンフレームワーク上の形成ブロックの認識要素対A4B4との合成を具体的に示した図式７に概略された一般的な手順を使用した。この一般的な手順は、それぞれ、TyrA1B1 [1-1]、TyrA2B2、TyrA2B4、TyrA2B6、TyrA2B8、TyrA4B2、TyrA4B4、TyrA4B6、TyrA4B8、TyrA6B2、TyrA6B4、TyrA6B6、TyrA6B8、TyrA8B2、TyrA8B4、TyrA8B6、TyrA8B8、およびTyrA9B9を含む形成ブロックの合成に使用した。
Figure 2007504462
結果
所望の形成ブロックの合成は、一般的に、簡単であることが分かった。これらの合成は、一旦、対応する認識要素 (例えば、A2B2、A4B4等)を有する形成ブロックが、それらのX BOC中間体を介して調製されると、異なる構造的特徴または構造を有する２つの認識要素(例えば、A4B2、A6B3等)を有する形成ブロックを調製することの相対的単純性を示す。
これらの形成ブロックのうちの１つの親油性リンカーを有する形成ブロックへの変換は、例えば、ドデシルアミンと、活性化された形成ブロックを反応させることによって達成することができる。
実施例２−候補人工受容体のマイクロアレイの調製および評価
候補人工受容体のマイクロアレイを作成し、いくつかの蛋白質リガンドの結合につき評価した。得られた結果は、1) 候補人工受容体のマイクロアレイを調製する容易性、2) 結合親和性および結合パターンの再現性、3) それぞれの同種対照と比較した時の形成ブロック異種受容体環境に対する有意に改善された結合、および4) リガンド独特の結合パターン(例えば、作用する受容体複合体)を示した。
物質および方法
形成ブロックを、実施例１に記載のとおり、合成し、活性化させた。この実施例において使用された形成ブロックは、TyrA1B1 [1-1]、TyrA2B2、TyrA2B4、TyrA2B6、TyrA4B2、TyrA4B4、TyrA4B6、TyrA6B2、TyrA6B4、およびTyrA6B6であった。リンカー、チロシンフレームワーク、および認識要素AxByを含む形成ブロックに対する略語は、TyrAxByである。
130 n=2およびn=3の評価のための、および273 n=2、n=3、およびn=4の評価のためのマイクロアレイにつき、候補受容体環境を、既知の方法の修飾によって、以下のとおり調製した。簡潔には: 修飾されたアミン (アミン「ローン」; スーパーアミンマイクロアレイプレート)マイクロアレイプレートは、Telechem Inc., Sunnyvale, CA (www.arrayit.com)から購入した。これらのプレートは、マイクロアレイ調製に特異的に製造され、製造者によると、nm平方当たり2-4のアミンの名目アミン負荷を有した。CAMマイクロアレイを、典型的にはTelechem Inc. (Stealth Micro Spotting Pins, SMP6)からの直径200 umのスポッティングピンおよび400-420 umのスポット間隔を有するTelechem Inc. (SpotBotTM Arrayer)からのピンマイクロアレイスポッター器具を用いて調製した。
9つの形成ブロックを、上記のとおり、水性ジメチルホルムアミド(DMF)溶液中で活性化させた。384ウェルフィードプレートを調製するために、活性化された形成ブロック溶液を、DMF/H2O/PEG400 (90/10/10, v/v/v; PEG400は、ポリエチレングリコールである。名目400 FW, Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)の溶液によって、１０倍希釈した。これらのストック溶液を、384のウェルマイクロウェルプレート(Telechem Inc.)のウェルへと等分した(10 μl／アリコート)。別々のシリーズの対照を、l0 μlまたは20 μlのいずれかの活性化された[1-1]溶液を有する10 μlの形成ブロックを等分することによって調製した。プレートを、アルミニウムホイルで覆い、1,000 RPMにて、１５分間、回転攪拌機のベッドの上に置いた。このマスタープレートを、使用していない時、-20℃にて、アルミニウムホイルで覆って保存した。
384-ウェルのSpotBotTM プレートを調製するために、フィードプレートから第２の384ウェルプレートへのウェル対ウェル移送(例えば、A-1ないしA-1、A-2ないしA-2等)を、4 μlの移送ピペットを用いて行った。このプレートを、使用しない時、-20℃にて、アルミニウムホイルで密閉して保存した。SpotBotTMを使用して、4 μl マイクロウェルプレートを用いて、１３マイクロアレイプレート／欄まで調製した。SpotBotTMをプログラムして、４通りに、各マイクロウェルをスポットした。SpotBotTM上の洗浄ステーションは、EtOH/H2O (20/80, v/v)の洗浄溶液を使用した。また、この洗浄溶液を使用して、SpotBotTM印刷欄の完了の際、マイクロアレイを濯いだ。プレートを、脱イオン(DI)水で最後に濯ぎ、圧縮空気の流れを用いて乾燥させ、次いで、室温にて保存した。
さらに、ある種のマイクロアレイを、残りのアミンを無水コハク酸と反応させて、アミンローンの代わりにカルボン酸ローンを形成することによって修飾した。
以下のテストリガンドおよび標識を、これらの実験において使用した:
1) r-フィコエリスリン、2,000,000のFWを有する商業的に入手可能であり、内在的に蛍光性の蛋白質
2) AlexaTM フルオロフォア(Molecular Probes Inc., Eugene, OR)で標識されたオボアルブミン
3)BSA, ウシ血清アルブミン、既知の活性化されたカルボキシルプロトコルを用いて、活性化されたローダミン(Pierce Chemical, Rockford, IL)によって標識された。BSAは68,000のFWを有した; この研究に使用された物質は、約1.0ローダミン／BSAを有した。
4) 過剰なアミンによって修飾され、アセトアミド誘導体として標識されたまたは2,3,7,8-テトラクロロジベンゾジキソイン誘導体を有するホースラディッシュペルオキシダーゼ (HRP)は、既知の方法を通して入手可能であった。これらのHRPコンジュゲートの蛍光検出は、Molecular Probes, Eugene, ORから入手可能なAlexa 647- tyramideキットに基づいた。
5) コレラ毒素
マイクロアレイインキュベーションおよび分析を以下のとおり実施した:マイクロアレイとのテストリガンドインキュベーションにつき、10、1.0および0.1 μg/mlの典型的な濃度のPBS-T (20 μl/LのTween-20を有するPBS)中の標的蛋白質の溶液(例えば、500 μl)を、マイクロアレイの表面上に置いて、例えば、３０分間反応させた。マイクロアレイを、PBS-TおよびDI水で濯ぎ、圧縮空気の流れを用いて乾燥させた。
インキュべートされたマイクロアレイを、Axon Model 4200A 蛍光マイクロアレイスキャナー (Axon Instruments, Union City, CA)を用いてスキャンした。Axonスキャナーおよびその関連したソフトウェアは、プレートの蛍光強度の疑似色16ビットイメージを生成する。この16ビットデータは、Axonソフトウェアを用いて、マイクロアレイ上の各スポットに対する蛍光ユニットs値 (範囲0 - 65,536)を与える。次いで、このデータは、昼間、標準偏差および変動計算の計数を含めたさらなる分析のために、エクセルファイル（マイクロソフト）にエクスポートする。
結果
CARATM: コンビナトーリアル受容体アレイ（Combinatorial Artificial Receptor ArrayTM）コンセプトは、マイクロアレイフォーマットを用いて実行された。N=9 形成ブロックに基づきCARAマイクロアレイを調製し、いくつかの蛋白質および置換された蛋白質リガンドへの結合につき評価した。このマイクロアレイは、144候補受容体(18 n=1 対照プラス6 ブランク; 36 n=2 候補受容体; 84 n=3 候補受容体)を含んだ。このマイクロアレイは：1)CARAマイクロアレイ調製の容易性、2)結合親和性および結合パターン再現性、3)それぞれの同種対照と比較した時の、形成ブロック異種受容体環境に対する有意に改善された結合、および4) リガンド独特の結合パターンを示した。
アレイのリーディング
2.0 μg/ml r-フィコエリスリンと共にインキュベートされたマイクロアレイの典型的な偽色／グレイスケールイメージを、図１４に示す。このイメージは、マイクロアレイを調製し、蛋白質テストリガンドによってそれをプローブすることの両方のプロセスが、暗いスポットから明るいスポットへの相対的蛍光の視覚範囲で見られるように、結合の予測された範囲を生成したことを示す。
データの分析の開始ポイントは、スポットのアレイに対する集積蛍光ユニットを採取し、[1-1] 形成ブロック対照に対する観察された値へと正常化することであった、続いての分析は、平均、標準偏差および変動計算の係数を含んだ。さらに、同種形成ブロックに対する対照値は、形成ブロックプラス[1-1]データから得られた。
実験の第１の組
以下の蛋白質リガンドを、マイクロアレイにおいて、候補人工受容体への結合につき評価した。得られた蛍光ユニット対候補受容体環境データは、該候補受容体がX軸に沿っておかれ、該蛍光ユニットがY軸上に示される2Dフォーマットおよび該候補受容体がX-Yフォーマットに置かれ、該蛍光ユニットがZ軸上に示される3Dフォーマットの両方で示される。各スポットの組成に対する鍵を開発した（示されず）。結果の2Dおよび3D表現の各々における形成ブロックに対する鍵も開発した（示されず）。示されたデータは、1-2 μg/ml 蛋白質濃度に対する。
図２４および２５は、r-フィコエリスリン (内因性蛍光)に対する結合データを示す。図２６および２７は、オボアルブミン（蛍光標識によって商業的に入手可能）に対する結合データを示す。図２８および２９は、（ローダミンによって標識された）ウシ血清アルブミンを示す。図３０および３１は、HRP-NH-Ac (蛍光チラミド読出)に対する結合データを示す。図３２および３３は、HRP-NH-TCDD (蛍光チラミド読出)に対する結合データを示す。
これらの結果は、CARA マイクロアレイの候補人工受容体評価への適用だけでなく、高スループット候補受容体評価に使用することができる多くのリードアウト方法（例えば、内因性蛍光、蛍光標識、インシチュ蛍光標識〜のうちの２、３も示す。
候補受容体の評価は、再現性から利益を得る。以下の結果は、本発明のマイクロアレイが、再現可能なリガンド結合を提供したことを示す。
マイクロアレイは、４通りでスポットされた形成ブロックの各組合せによって印刷された。r-フィコエリスリンに対して得られた結合データの１ブロックに対する（図３４に示されたランからの）未処理の蛍光データの直接プロット（図２３）の視察は、該候補受容体環境「スポット」が、該テストリガンドへの再現可能な結合を示したことを示す。r-フィコエリスリンデータ(図２３)のさらなる分析は、アウトライアーとして削除される768スポットのうちの9 (1.2%)のみをもたらす。全アレイに対するr-フィコエリスリンの４通りのデータの分析によって、19.8%の変動の平均係数をもって、938の蛍光ユニットの各実験的な４通りの組に対する平均標準偏差を得る。
これらの値は許容されるが、より現実的な比較は、より強く結合した、より蛍光の受容体の標準偏差および変動の係数を使用した。全体的な平均標準偏差は、弱く結合した、より弱い蛍光受容体に対する変動の係数を、非現実的につり上げる。結合標的の10,000以上の蛍光ユニットを有する19の受容体に対する変動の係数は、11.1%であり、これは、十分、意味のある結合データを生成するのに必要な範囲内である。
CARAアプローチの１つの目的は、構造的に単純な形成ブロックの組合せを介した、有意な数の候補受容体の手軽な調製である。以下の結果は、個々の形成ブロックおよび形成ブロックの組合せの両方が、テストリガンド結合に対して、有意な、好ましい効果を有することを確立する。
図２３−３３に示される結合データは、形成ブロックの異種組合せ(n=2, n=3)が、単一の形成ブロック(n=1)から作成された著しく優等な候補受容体であることを示す。例えば、図２５は、0ないし約40,000の範囲の蛍光ユニットを有するn=2, n=3候補受容体について観察された結合の多様性の両方を示す。また、これらのデータは、結合親和性における約１０倍の改善が、同種(n=1)から異種(n=2, n=3)受容体環境に変わることで得られたことを示す。
異種形成ブロックの効果は、それらの形成ブロック（それらのn=2およびn=1サブセット)のうちの１または２を含めた、選択されたn=3受容体環境候補受容体を比較することによって、最も容易に観察される。図３５および３６は、r-フィコエリスリンデータを用いる、２つの異なるn=3受容体環境に対するこの比較を示す。これらの実施例において、同種システム(n=1)から異種システム(n=2, n=3)への進行によって、結合が有意に促進されたことは明白である。
ファンデルワールス相互作用は、分子認識の重要な一部であるが、観察された結合が、疎水性／親水性分配の単純なケースでないことを確立することが重要である。つまり、観察された結合は、個々の形成ブロックおよび標的の間の特異的な相互作用の結果である。疎水性および親水性の効果を評価する最も単純な方法は、形成ブロック logP値を観察された結合と比較することである。LogPは、親油性の知られた許容された測定であり、これは、形成ブロックの各々につき、既知の方法によって測定または計算することができる。図３７および３８は、蛍光ユニットによって測定されたように、観察された標的結合が、形成ブロック logPに正比例しないことを確立する。図３７および３８におけるプロットは、結合（蛍光ユニット）および形成ブロック logPの間の非線形関係を示す。
本発明の方法およびアレイの１つの利点は、大多数の候補受容体環境をスクリーニングする能力によって、有用な標的親和性の組合せおよび有意な標的結合多様性が得られることである。高い標的親和性は、特異的な標的結合、単離等に有用であるが、結合多様性は、多重標的検出システムを提供し得る。この実施例は、比較的少数の形成ブロックを使用して、約１２０の結合環境を生成した。本発明のデータの以下の分析は、明らかに、比較的総数の結合環境でさえ、多様かつ有用な人工受容体を生成し得ることを示す。
この研究のために行った標的結合実験は、0.1ないし10 μg/mlを含めた蛋白質濃度を使用した。BSAデータを代表として考えると、いくつかの受容体環境が、蛍光ユニットに対する飽和値近くで、1.0 ug/ml BSA濃度をすぐに結合することは明白である(例えば、図２９参照)。これらのデータおよびBSAに対する68,000の式量に基づき、いくつかの受容体環境は、約15ピコモル/mlまたは15ナノモル濃度にて、BSAをすぐに結合する。より低い濃度の蛋白質を使用するさらなる実験（データ示されず）は、候補受容体環境の小さい選択によってでさえ、フェムトモル/mlまたはピコモル検出制限が得られたことを示す。
人工受容体開発の１つの目的は、特定の標的の特異的認識である。図３９は、r-フィコエリスリンおよびBSAに対する観察された結合を比較する。全体的な結合パターンの比較は、いくつかの一般的な類似性を示す。しかしながら、各受容体環境に対する結合の特異的特徴の比較は、該２つの標的が、図３９において(*)によって示されるように、特徴ある認識特徴を有することを示す。
人工受容体開発の１つの目的は、特異的標的の多重検出に使用できる受容体を開発することである。この研究からのr-フィコエリスリン、BSAおよびオボアルブミンデータの比較(図２３、２７、および２９)を使用して、各標的に対する代表的人工受容体を選択した。図４０、４１および４２は、本発明の実施例で得られたデータを使用して、それらの特徴ある結合パターンによるこれらの３つの標的の各々の同定を示す。
結論
特定の標的に対して最適な受容体は、個々の親水性、疎水性、イオン等の相互作用の予測された合計より大きい分子認識を必要とする。従って、このプロトタイプ研究において調査された候補受容体の制限されたプールからの最適な（特異的、感受性）人工受容体の同定は、予測されず、可能性が低かった。むしろ、目的は、CARA: コンビナトーリアル人工受容体アレイ（Combinatorial Artificial Receptor Array）コンセプトの鍵となる要素の全てを集めて、機能的受容体マイクロアレイを形成することができることを示すことであった。この目的は、首尾良く示されている。
この研究は、CARAマイクロアレイが容易に調製でき、候補受容体環境への標的結合を使用して、人工受容体およびテストリガンドを同定することができることを、最終的に確立している。加えて、これらの結果は、同種(n=1)対応物と比較すると、形成ブロック異種(n=2, n=3, またはn=4)候補受容体に対して有意な結合促進が存在することを示す。結合パターン認識結果および異種受容体要素および異種形成ブロック両方の示された重要性を組み合わせると、これらの結果は、明らかに、CARA候補人工受容体-> 先導的な人工受容体-> 作用する人工受容体戦略の有意性を示す。
実施例３−可逆的に固定化された形成ブロックを含む候補人工受容体のマイクロアレイの調製および評価
ファンデルワールス相互作用を介して固定化された形成ブロックを含む候補人工受容体のマイクロアレイを作成し、蛋白質リガンドの結合につき評価した。評価は、ローン(vide infra)に対する相転移温度前後のいくつかの温度にて実施した。
物質および方法
形成ブロック2-2、2-4、2-6、4-2、4-4、4-6、6-2、6-4、6-6を、実施例１に記載のとおり調製した。C12アミドを、ドデシルアミンの添加に続いて、カルボキシルの前述のカルボジイミド活性化を用いて調製した。これによって、C18ローンにおける可逆的固定化に対する12の炭素アルキル鎖リンカーを有する形成ブロックを生成した。
アミノローンマイクロアレイプレート(Telechem)を修飾して、実施例2に一般的に記載されたローン修飾手順を用いて、A) ジメチルホルムアミド/ PEG 400溶液 (90:10, v/v, PEG 400はポリエチレングリコール平均 MW 400 である(Aldrich Chemical Co.)または B) 塩化メチレン/ TEA溶液(100 ml塩化メチレン, 200 μlトリエチルアミン)において、塩化ステアロイル(Aldrich Chemical Co.)の反応によって、C18ローンを生成した。
C18ローンプレートを、実施例２に記載のとおり、SpotBot標準手順を用いて印刷した。形成ブロックは、300 μlの塩化メチレンおよび100 μl メタノール中の各形成ブロックの約10 mgの溶液によって調製された印刷液中にあった。このストックに、900 μlのジメチルホルムアミドおよび100 μlのPEG 400を添加した。一度に２つ採られた9 形成ブロックの36の組合せ (N9:n2, 36の組合せ)を384-ウェルマイクロウェルプレートに調製し、次いで、これをSpotBotで用いてマイクロアレイを四連で印刷した。印刷位置の無作為の選択は、印刷液のみを含んだ。
選択されたマイクロアレイを、以下の: 1)マイクロアレイを、塩化メチレン、エタノールおよび水で洗浄して、対照プレートを作った;次いで2)マイクロアレイを、4℃、23℃、または44℃にてインキュベートしたの変動を用いて、AlexaTM フルオロフォア(Molecular Probes Inc., Eugene, OR)で標識されたテストリガンド、コレラ毒素サブユニット Bの1.0 μg/ml溶液と共にインキュベートした。インキュベーション後、（複数の）プレートを水で濯ぎ、乾燥させ、スキャンした(AXON 4100A)。データ分析は、実施例２に記載のとおりであった。
結果
有機溶媒によって洗浄することによってそれから形成ブロックが除去された対照アレイは、コレラ毒素に結合しなかった（図４３）。図４４−４６は、同一に印刷されたが、それぞれ、4℃、23℃、または44℃にて、コレラ毒素と共にインキュベートされたアレイからの蛍光シグナルを示す。蛍光のスポットは、44℃のインキュべーションによって生成された非常に強調されたスポットをもって、各アレイにおいて見受けられる。これらの３つのアレイの各々におけるスポットに対する蛍光値は、図４７−４９に示す。蛍光シグナルは、一般的には、温度と共に増加し、多くのほぼ同等に大きいシグナルが、44℃でのインキュベーションの後、観察される。温度に対する線形増加は、温度との結合における予測された改善を反映し得る。非線形の増加は、表面上の形成ブロックの並び替えを反映して、脂質表面に対する相転移上で起こった改善された結合を達成する (vide infra)。
図５０は、図４８と比較することができる。図４８でプロットされた蛍光シグナルは、23℃の支持体上の可逆的に固定化された形成ブロックへの結合から生じた。図５０にプロットされた蛍光シグナルは、23℃の支持体上の可逆的に固定化された形成ブロックへの結合から生じた。これらの図は、同一の相対的位置にあるが、２つの異なった方法で固定化された形成ブロックの同一の組合せを比較する。
また、共有結合で固定化した形成ブロックへの結合を、4℃、23℃、または44℃にて評価した。図５１は、4℃、23℃、または44℃での共有結合で固定化した形成ブロックの個々の組合せからの蛍光シグナルの変化を示す。結合は、温度と共にやや増加した。結合の平均的な増加は、1.3倍であった。44℃のシグナルに対する23℃での共有結合で固定化した人工受容体の各々に対する蛍光シグナルのプロット(示されず)は、0.75の相関係数を持つ線形相関を得た。この線形相関は、結合における平均1.3倍の増加は、熱力学的効果であって、結合の最適化ではないことを示す。
図５２は、4℃、23℃、または44℃での可逆的に固定化された形成ブロックの個々の組合せからの蛍光シグナルの変化を示す。このグラフは、形成ブロックの少なくとも１つの組合せが、温度が増加するにつれて一定したままのシグナルを呈したことを示す。少なくとも１つの候補人工受容体は、温度の増加に伴い、シグナルの大体線形の増加を呈した。そのような線形増加は、結合に対する通常の温度効果を示す。4℃での最低結合シグナルを有する候補人工受容体は、44℃にて最良の結合剤のうちの１つになった。これは、形成ブロックの可動性を増加するローンに対する相転移上のこの受容体の形成ブロックの並び替えが、結合を増加させたことを示す。（4℃および23℃の間と比較して）23℃および44℃の間の結合のより大きい変化によって特徴付けられた他の受容体もまた、力学親和性最適化を経験した。
図５３は、図５１に示されたデータ（Aとマークされた線）および図５２に示されたデータ（Bとマークされた線）を示す。可逆的に固定化された形成ブロックと共に観察された結合の増加は、共有結合した形成ブロックと観察された増加より、有意に大きい。可逆的に固定化された形成ブロックへの結合は、6.1倍の中間値および24倍の平均値によって、23℃から44℃へと増加した。
これは、受容体内の可逆的に固定化された形成ブロックの動きが結合を増加した（つまり、受容体が力学親和性最適化を経験した）ことを確証する。
44℃でのシグナルに対する23℃での可逆的に固定化された人工受容体の各々に対する蛍光シグナルのプロット（示されず）は、相関を得ない（0.004の相関係数）。また、対応する共有結合で固定化された受容体に対するシグナルに対する44℃での可逆的に固定化された人工受容体の各々に対する蛍光シグナルのプロット（示されず）は、相関を生じない（0.004の相関係数）。この相関の欠如は、受容体内の可逆的に固定化された形成ブロックの動きが結合を増加させるというさらなる証拠を提供する。
図５４は、人工受容体に対する可逆的に固定化された受容体との23℃の結合から得られた蛍光シグナルに対する、23℃のシグナルによって割られた44℃の蛍光シグナルのグラフを示す。この比較は、結合促進が、テストリガンドに対する受容体の初期親和性とは関係ないことを示す。
表１は、人工受容体の各々をなす可逆的に固定化された形成ブロックを確認し、44℃および23℃における蛍光シグナル（結合強度）、およびこれらの２つの温度における観察された結合の比率をリストする。これらのデータは、各人工受容体が、各個々の形成ブロックの役割に対する形成ブロックの各組合せに対する独特の特性を反映することを示す。
Figure 2007504462
結論
この実験は、可逆的に固定化された形成ブロックを含むアレイが、共有結合で固定化された形成ブロックを有するアレイのような蛋白質基材を結合することを示した。温度の増加に伴い、結合は非線形に増加し、これは、形成ブロックの動きが結合を増加させることを示した。多くの候補人工受容体は、形成ブロックを動かす際の改善された結合を示した。
実施例4 - GM1のオリゴ糖部分はコレラ毒素に対する結合につき人工受容体と競合する
候補人工受容体のマイクロアレイを作成し、コレラ毒素の結合につき評価した。また、アレイを、該結合の撹乱につき評価した。結合の撹乱は、コレラ毒素に結合する化合物、GM1からのオリゴ糖部位(GM1 OS)を使用した。得られた結果は、蛋白質のリガンドが、マイクロアレイへの蛋白質の結合を特異的に撹乱したことを示す。
材料および方法
形成ブロックを、実施例１に記載のとおり、合成し活性化させた。この実施例において使用された形成ブロックは、TyrA1B1 [1-1]、TyrA2B2、TyrA2B4、TyrA2B6、TyrA2B8、TyrA3B3、TyrA3B5、TyrA3B7、TyrA4B2、TyrA4B4、TyrA4B6、TyrA4B8、TyrA5B3、TyrA5B5、TyrA5B7、TyrA6B2、TyrA6B4、TyrA6B6、TyrA6B8、TyrA7B3、TyrA7B5、TyrA7B7、 TyrA8B2、TyrA8B4、TyrA8B6、およびTyrA8B8であった。リンカー、チロシンフレームワーク、および認識要素AxByを含む形成ブロックに対する略語は、TyrAxByである。
171 n=2候補受容体環境の評価のためのマイクロアレイを、既知の方法の修飾によって、以下のとおり調製した。“n=2”受容体環境は、２つの異なる形成ブロックを含む。簡潔には:修飾されたアミン(アミン“ローン”; SuperAmine マイクロアレイプレート)マイクロアレイプレートは、Telechem Inc., Sunnyvale, CAから購入した。これらのプレートは、マイクロアレイ調製のために特異的に製造され、製造者によると、2-4アミン／nm平方の名目アミン負荷を有した。マイクロアレイは、典型的にはTelechem Inc.からの200 μm直径すポッティングピン(Stealth Micro Spotting Pins, SMP6)および400-420 μmスポット間隔を備えたTelechem Inc.からのピンマイクロアレイスポッター機器 (SpotBotTM Arrayer)を用いて調製した。
19の形成ブロックを上記のとおり、水性ジメチルホルムアミド(DMF)溶液中で活性化させた。384ウェルフィードプレートを調製するために、活性化された形成ブロック溶液を、DMF/H2O/PEG400 (90/10/10, v/v/v; PEG400はポリエチレングリコール名目400 FWである, Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)の溶液によって、10倍希釈した。これらのストック溶液を、384ウェルマイクロウェルプレート(Telechem Inc.)のウェルへと等分した(10 μl／アリコート）。対照スポットは、形成ブロック [1-1]を含んだ。プレートをアルミニウムホイルで覆い、1,000 RPMにて、15分間、回転攪拌機のベッド上に置いた。このマスタープレートを、使用しない時、-20℃にて、アルミニウムホイルで覆って保存した。
384ウェルSpotBotTMプレートを調製するために、フィードプレートから第２の384ウェルプレートへのウェル間移動(例えば、A-1間, A-2間等)を、4 μl移動ピペットを用いて行った。このプレートを、使用しない時、-20℃にて、アルミニウムホイルで密閉して保存した。SpotBotTMを使用して、4 μlマイクロウェルプレートを用いて、13マイクロアレイプレート／ランまで調製した。SpotBotTMをプログラムして、各マイクロウェルから、４通りでスポットした。SpotBotTM上の洗浄ステーションは、EtOH/H2O (20/80, v/v)の洗浄溶液を使用した。この洗浄溶液を、1 M HClによってpH 4に調整し、これを使用して、SpotBotTM印刷ランの完了時、マイクロアレイを濯いだ。プレートを、最後に、脱イオン(DI)水で濯ぎ、圧縮空気の流れを用いて乾燥し、室温で保存した。さらに、マイクロアレイを、残りのアミンを無水酢酸と反応させることによって修飾して、アミンローンの代わりに、アセトアミドローンを形成した。
これらの実験で使用したテストリガンドは、AlexaTMフルオロフォアで標識されたコレラ毒素であった(Molecular Probes Inc., Eugene, OR)。これらの実験で使用した候補撹乱剤は、コレラ毒素に対する既知のリガンドであるGM1 OS (GM1オリゴ糖)であった。
マイクロアレイインキュベーションおよび分析を、以下のとおり行った: 1.7 pmol/ml (0.1 μg/ml)の濃度でのPBS-T (20 μl/LのTween-20を有するPBS)中のコレラ毒素の溶液(例えば、500 μl)を、マイクロアレイの表面上に置き、30分間反応させた。マイクロアレイとの撹乱剤インキュベーションにつき、コレラ毒素 (1.7 pmol/ml, 0.1 μg/ml)の溶液(例えば、500 μl)およびPBS-T (20 μl/LのTween-20を有するPBS)中の所望の濃度のGM1 OSを、マイクロアレイの表面上に置き、30分間反応させた。GM1 OSを、別々の実験において、0.34にておよび5.1 μMにて添加した。これらのインキュベーションのいずれかの後、マイクロアレイをPBS-TおよびDI水で濯ぎ、圧縮空気の流れを用いて乾燥させた。
インキュベートされたマイクロアレイを、Axon Model 4200A 蛍光マイクロアレイスキャナー (Axon Instruments, Union City, CA)を用いてスキャンした。Axonスキャナーおよびその関連のソフトウェアは、プレートの蛍光強度の偽色16ビットイメージを生成する。この16ビットデータを、Axonソフトウェアを用いて積分して、マイクロアレイ上の各スポットにつき蛍光ユニット値 (範囲 0 - 65,536)を得た。次いで、このデータを、平均、標準偏差および変動計算の係数を含めたさらなる分析のために、エクセルファイル（マイクロソフト）にエキスポートする。
表2は、第１の150の受容体環境の各々における形成ブロックを同定する。
Figure 2007504462
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結果
低濃度のGM1 OS
図５５は、候補人工受容体のマイクロアレイへのコレラ毒素の結合、その後の緩衝液での洗浄が蛍光シグナルを生じたことを示す。これらの蛍光シグナルは、コレラ毒素が特定の受容体環境に強く結合し、他には弱く、いくつかには検出されない程度に結合することを示す。実施例2で報告されたものを含む実験との比較は、コレラ毒素結合が、アレイ間、および月間で再現性があったことを示す。
また、コレラ毒素の結合は、GM1 OS (0.34 μM)からの競合によって実行された。図５６は、この競合の後検出されたコレラ毒素結合による蛍光シグナルを示す。注目すべきことには、図５６に示されたシグナルの多くは、図５５で記録された対応するシグナルより有意に小さい。図５６で観察された小さなシグナルは、より少ないアレイへのコレラ毒素結合を表す。GM1 OSは、多くの受容体環境へのコレラ毒素の結合を有意に撹乱した。
GM1 OSによって引き起こされたコレラ毒素結合の撹乱は、GM1 OS との競合で結合した量に対するGM1 OSの不存在下で結合した量の比率として可視化することができる。この割合を図５７に示す。割合がおおきいほど、GM1 OSとの競合後、人工受容体に結合したままのコレラ毒素は少なかった。割合は約30の大きさであり得る。該比率は対照で結合した量からは独立している。
高濃度のGM1 OS
候補人工受容体のマイクロアレイへのコレラ毒素の結合、その後の緩衝液による洗浄は、図５８に示された蛍光シグナルを生成した。前と同様、コレラ毒素は再生可能であり、特定の受容体環境に強く結合し、他には弱く、いくつかには検出できない程度に結合した。図５９は、5.1 μMでのGM1 OSとの競合の際に検出されたコレラ毒素結合のために検出された蛍光シグナルを示す。再び、GM1 OSは、多くの受容体環境へのコレラ毒素の結合を有意に撹乱した。
この撹乱を、GM1 OS不存在下での結合の量対GM1 OSと接触した後の結合の量として、図６０に表す。割合は約18までの範囲で、対照において結合した量とは関係ない。
結論
この実験は、本発明の人工受容体へのテストリガンドの結合が、候補撹乱剤分子によって減少（例えば、競合）し得ることを示した。この場合、テストリガンドは蛋白質コレラ毒素であり、候補撹乱剤は、コレラ毒素、GM1 OSに結合することが分かっている化合物であった。テストリガンドの結合が破壊された程度は、テストリガンドが人工受容体に結合した程度から独立していた。
実施例5 - GM1は、コレラ毒素への結合につき人工受容体と競合する
候補人工受容体のマイクロアレイを作成し、コレラ毒素の結合につき評価した。また、アレイを、該結合の撹乱につき評価した。結合の撹乱は、コレラ毒素、リポ糖GM1に結合する化合物を使用した。得られた結果は、蛋白質のリガンドが、マイクロアレイへの蛋白質の結合を特異的に撹乱することを示す。
物質および方法
実施例１に記載のとおり、形成ブロックを合成し、活性化させた。この実施例において使用された形成ブロックは、１人工受容体当たり4つの形成ブロックの群におけるTyrA1B1 [1-1]、TyrA2B2、TyrA2B4、TyrA2B6、TyrA4B2、TyrA4B4、TyrA4B6、TyrA6B2、TyrA6B4、およびTyrA6B6であった。リンカー、チロシンフレームワーク、および認識要素 AxByを含む形成ブロックに対する略語は、TyrAxByである。
126 n=4候補受容体環境の評価のためのマイクロアレイを、実施例4につき上記したとおり、調製した。これらの実験において使用されたテストリガンドは、AlexaTMフルオロフォア(Molecular Probes Inc., Eugene, OR)によって標識されたコレラ毒素であった。対照および競合実験の両方において、コレラ毒素を5.3 nMにて使用した。これらの実験で使用された候補撹乱剤は、0.042、0.42、および8.4 μMの濃度で競合したコレラ毒素に対する既知のリガンドであるGM1であった。マイクロアレイインキュベーションおよび分析を、実施例4につき記載したとおり、実行した。
表3は、各受容体環境において形成ブロックを同定する。
Figure 2007504462
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結果
図６１は、単独、および３つの濃度のGM1の各々と競合する、候補人工受容体のマイクロアレイへのコレラ毒素の結合によって生じた蛍光シグナルを示す。蛍光シグナルの大きさは、GM1の濃度が増加するにつれ、徐々に減少する。減少の量は、全ての受容体に対して、定量的に同一ではないが、各受容体は、コレラ毒素の結合の減少を経験した。これらの減少は、GM1が、コレラ毒素への結合につき、人工受容体と競合したことを示す。
減少は、コレラ毒素上の結合部位に対する相対的競合のパターンを示す。これは、GM1の不存在下で、蛍光シグナルに対する特定の濃度のGM1にて得られた蛍光シグナルのグラフ(示されず)を通して示すことができる。特定の受容体は、GM1の濃度が増加するにつれ、これらのプロット上で同様の相対的位置にて現れる。
GM1によって引き起こされたコレラ毒素結合の撹乱は、GM1 OSの不存在下での結合量対GM1と競合の際の結合量として視覚化することができる。この割合は、図６２に示す。割合が大きいほど、より多くのコレラ毒素が、GM1と競合の際に、人工受容体に結合したままであった。割合は、約14の大きさであり得る。該割合は対照において結合した量から独立している。
興味深いことに、いくつかの例において、人工受容体への構造の僅かな変化が、割合に有意な変化をもたらした。例えば、形成ブロック24、26、46、および66を含む人工受容体は、単一の形成ブロックの置換のみによって、24、42、46、および66を含むものから異なる。(xyは、形成ブロックTyrAxByを示す。) 26に対する形成ブロック42の置換は、GM1の存在下の結合を、約１４倍増加した。
さらなる例によると、形成ブロック22、24、46、および64を含む人工受容体は、単一の形成ブロックの置換のみによって、22、46、62、および64を含むものと異なる。62に対する形成ブロック24の置換は、GM1の存在下の結合を、約３倍増加した。
単一の認識要素の置換でさえ、結合に影響を及ぼした。形成ブロック22、24、42、および44を含む人工受容体は、単一の認識要素の置換のみによって、22、24、42、および46を含むものと異なる。46に対する形成ブロック44の置換（認識要素 B6のB4への変化）は、GM1の存在下の結合を、約３倍増加した。
結論
この実験は、本発明の人工受容体へのテストリガンドの結合が、候補撹乱剤分子によって減少（例えば、競合）し得ることを示した。この場合、該テストリガンドは蛋白質コレラ毒素であり、該候補撹乱剤は、コレラ毒素、GM1に結合すると分かっている化合物であった。人工受容体を作成する形成ブロックの構造の僅かな変化は、競合において有意な変化を引き起こした。
実施例6 -形成ブロックとして使用されたGM1は、本発明の人工受容体へのコレラ毒素の結合を改変する。
候補人工受容体のマイクロアレイを作成し、GM1はアレイに結合し、それらをコレラ毒素の結合につき評価した。得られた結果は、人工受容体のアレイにおける形成ブロックとしてGM1を添加すると、特定の受容体への結合を増加することができることを示す。
物質および方法
形成ブロックを、実施例１に記載のとおり、合成し活性化させた。この実施例において使用された形成ブロックは、実施例４に記載されたものであった。171 n=2候補受容体環境の評価に対するマイクロアレイを、実施例４について上記のとおり調製した。これらの実験において使用されたテストリガンドは、AlexaTM フルオロフォア(Molecular Probes Inc., Eugene, OR)で標識されたコレラ毒素であった。対照および競合環境の両方において、コレラ毒素を0.01 ug/ml ( 0.17 pM)または0.1 ug/ml (1.7 pM)にて使用した。GM1を人工受容体に対してテストリガンドとして使用し、コレラ毒素を結合するのに使用された受容体に対する形成ブロックとなった。アレイを、コレラ毒素に対して上記のとおり、100 μg/ml、10 μg/ml、または1 μg/mlのいずれかにて、GM1と接触させ、次いで、脱イオン水で濯いだ。次いで、アレイを、上記の条件下で、コレラ毒素と接触させた。マイクロアレイ分析を、実施例４につき記載したとおり、実施した。表2は、各受容体環境における形成ブロックを同定する。
結果
図６３は、GM1による前処理なしで、候補人工受容体のマイクロアレイへのコレラ毒素の結合によって生成された蛍光シグナルを示す。候補人工受容体のマイクロアレイへのGM1の結合、その後のコレラ毒素の結合は、図６４、６５、および６６(それぞれ、100 μg/ml、10 μg/ml、および1 μg/ml GM1)に示された蛍光シグナルを生成した。
GM1による前処理で生じたコレラ毒素結合の促進は、GM1の存在下の結合量対GM1の不存在下の結合量の割合として視覚化することができる。この割合は、1 μg/ml GM1に対して図58に示す。割合が大きいほど、より多くのコレラ毒素が、GM1による前処理後、人工受容体に結合した。割合は、約16の大きさであり得る。
いくつかの例において、人工受容体への構造の僅かな変化は、割合の有意な変化を引き起こした。例えば、形成ブロック46および48を含む人工受容体は、単一の形成ブロック上の単一の認識要素の置換のみによって、46および88を含むものと異なる。(xyは、形成ブロックTyrAxByを示す。) 形成ブロック88に代えての48での置換(A4への認識要素 A8の変化)は、GM1 形成ブロックの存在への増大した結合を表す比率を、約0.5から約16へ増加させた。同様に、形成ブロック42および77を含む人工受容体は、単一の形成ブロックの置換のみによって、24および77を含むものと異なる。形成ブロック24に代えての42での置換は、GM1 形成ブロックの存在への増大した結合を表す比率を約2から約14へ増加させた。
興味深いことに、高レベルのコレラ毒素の結合(45,000ないし65,000 蛍光ユニットのシグナル)を呈し、形成ブロック 33を含むいくつかの形成ブロックは、形成ブロックとしてのGM1の存在によってあまり影響を受けなかった。
結論
この実験は、本発明の人工受容体へのGM1の結合が、コレラ毒素による結合を有意に増加し得ることを示した。人工受容体をなす形成ブロックの構造の僅かな変化は、GM1がコレラ毒素の結合を増強した程度の有意な変化を引き起こした。
実施例４−６の論議
我々は、作用する人工受容体のアレイが、蛋白質表面トポロジーの各領域によって表された特異的な環境に相補的な様式で、蛋白質標的に結合することを既に示した。従って、作用する人工受容体のアレイへの蛋白質標的の結合のパターンは、例えば、蛋白質〜小分子、蛋白質〜ペプチド、蛋白質-蛋白質、蛋白質〜炭水化物、蛋白質〜DNA等相互作用に関与する表面構造を含む蛋白質表面トポロジーを記載する。従って、選択された蛋白質の作用する人工受容体アレイへの結合を使用して、これらの蛋白質〜小分子、蛋白質〜ペプチド、蛋白質-蛋白質、蛋白質〜炭水化物、蛋白質〜DNA等相互作用を特徴付けることが可能である。さらに、蛋白質をアレイ相互作用に利用して、これらの相互作用の撹乱につき「先導」を規定することが可能である。
コレラ毒素Bサブユニットは、細胞表面（ＧＭ１の構造）上のGM1に結合する。この結合事象に対する競合体を同定する研究は、コレラ毒素: GM1結合相互作用(結合部位)に対する競合体が糖およびアルキル/芳香族官能性を共に利用できることを示した(Pickens, et al., Chemistry and Bio1ogy, vol. 9, pp 215-224 (2002))。 我々は、蛍光標識されたコレラ毒素 Bサブユニットが、本発明の人工受容体のアレイに結合して、コレラ毒素 Bの表面トポロジーを反映する規定された結合パターンを与えることを既に示した（前記参照）。この研究のために、我々は、アレイの少なくともいくつかのメンバーへのコレラ毒素の結合を、コレラ毒素の天然のリガンド、GM1を用いて撹乱することが可能であることを示そうと試みた。
図面に示される結果は、明らかに、これらの目的が達成されたことを明白に示す。具体的には、GM1 OS五糖類またはGM1およびコレラ結合のための人工受容体アレイの間の競合によって、コレラ結合パターン対照と異なる結合パターンを得る。さらに、これらの結果は、フェニル官能性を含有するのみであった作用する人工受容体と比較すると、ナフチル部位を含有したいくつかの該作用する人工受容体の間の相補性を示した。これらの結果は、Pickens, et al.における活性部位競合研究と一致するものであり、ナフチルおよびフェニル誘導体が、GM1相互作用に対して、コレラに対する良好なミミック/プローブを表すことを示す。これらの相互作用の特異性は、4 形成ブロックシステムの組合せにおける４つのうち単一の形成ブロックの変化が、非競合的環境をかなり競合的な環境へ変化させたという観察によって特に示された。また、これらの結果は、選択された作用する人工受容体を使用して、コレラ:GM1相互作用のさらなる評価のための高スループットスクリーンを開発することができることを示した。
加えて、我々は、親和性支持体／膜ミミックが、例えば、「コレラ：膜〜のGM1ミミック」を破壊する先導化合物の高スループットスクリーニングにつき作用する人工受容体を選択するのに用いることができるであろう結合パターンにおいて、次いで、コレラ毒素に結合し／それを捕獲するGM1と共に人工受容体のアレイをプレ−インキュベートすることによって調製できるであろうことを示すことを望んだ。GMlプレインキュベーションは、貧弱なコレラバインダーであった作用する人工受容体のいくつかが、恐らくは、コレラ毒素と、固定化されたGMl五糖部位および作用する人工受容体形成ブロック環境双方との間の親和性相互作用を介して、それらのコレラ結合を有意に増加させたことを明瞭に示した。
この明細書および添付の請求の範囲において使用されるように、単数形「１つの（a)」、「１つの(an)」、および「その（the）」は、内容が明白に指示しない限り、複数の指示対象を含むことが記されるべきである。従って、例えば、「１つの（a)化合物」を含む組成物への言及は、２以上の化合物の混合物を含む。用語「または」は、内容が明白に指示しない限り、「および／または」を含む意味において一般的に使用されることが記されるべきである。
また、本明細書および添付の請求の範囲で使用されるように、用語「適合され構成された」は、特定のタスクを実行するまたは特定の構成を適合するように構築または構成されたシステム、装置、または他の構造を記載することを留意されるべきである。用語「適合され構成された」は、アレンジし構成された、構築しアレンジした、適合、構築、製造しアレンジした等のような同様の用語と相互換的に使用可能である。
本明細書中の全文献および特許出願は、本発明が関連する当業者のレベルを示す。本出願中で参照した米国特許および公開された米国特許出願の全ては、あたかも本明細書中において十分に再現されるように、ここに引用して援用する。
本発明は、種々の特異的かつ好ましい具体例および技術への言及をもって記載されてきた。しかしながら、本発明の精神および範囲内にありながら、多くの変形および修飾を行うことができることは理解されるべきである。
図１は、リガンド結合部位を作成するために４つの異なる形成ブロックを使用する本発明による受容体の具体例の二次元表示を図式的に示す。 図２は、4つの形成ブロックの分子構成の具体例の２および３次元表現を模式的に示し、ここに各形成ブロックは、支持体にカップリングした認識要素、フレームワーク、およびリンカー(固定/アンカー)を含む。 図３は、形成ブロックのシャッフルおよび交換を使用する本発明の方法および人工受容体の具体例を模式的に示す。 図４は、分子または細胞のようなテストリガンドに結合するための候補人工受容体を評価するための方法の具体例を図式的に示す。 図５は、候補人工受容体のアレイを使用する本発明の具体例を図式的に示す。 図６は、電気化学センサーシステムの模式図である。 図７は、本発明の人工受容体がカップリングすることができる膜を使用する電気化学センサーシステムの模式図である。 図８は、光学および電気化学センサーを共に用いるセンサーシステムの模式図である。 図９は、マイクロウェルおよび突起の断面図である。 図１０は、センサーアレイによって検出されるパターンの例示的説明図である。 図１１は、本発明の人工受容体をカップリングさせることができるファイバー束の模式的説明図である。 図１２Ａないし図１２Ｂは、本発明の人工受容体を結合することができる電界効果トランジスターデバイスの模式的説明図である。 図１３は、分子または細胞のような、テストリガンドへの結合につき候補人工受容体を評価する方法の具体例を模式的に示す。 図１４は、候補人工受容体のアレイを使用する本発明の方法の具体例を模式的に示す。 図１５は、作用する人工受容体のアレイ上のある種の結合パターンを模式的に示す。 図１６は、方法を開発するための方法、およびテストリガンドを検出するためのシステムの具体例を模式的に示す。 図１７は、標的分子の結合相互作用を破壊する剤を検出する方法の具体例を模式的に示す。 図１８は、標的分子を含めた複合体の結合相互作用を破壊する剤を検出する方法の具体例を模式的に示す。 図１９は、本発明の人工受容体を使用して、アフィニティー支持体を生じさせる方法の具体例を模式的に示す。 図２０は、蛋白質：蛋白質複合体を破壊する候補破壊体を模式的に示す。 図２１ＡないしＢは、テストリガンドの結合につき、候補人工受容体のアレイを評価し、テストリガンドへの結合、または操作につき１以上の作用する人工受容体を選択することを模式的に示す。 図２２は、候補人工受容体からの先導人工受容体の同定を模式的に示す。 図２３は、本発明の具体例による標識されたマイクロアレイの偽色蛍光イメージを模式的に示す。 図２４は、フィコエリスリンと接触した、および／またはフィコエリスリンに結合する候補人工受容体に対して得られたデータの二次元プロットを模式的に示す。 図２５は、フィコエリスリンに接触した、および／またはフィコエリスリンに結合する候補人工受容体につき得られたデータの三次元プロットを模式的に示す。 図２６は、オボアルブミンの蛍光誘導体と接触した、および／または該誘導体に結合する候補人工受容体につき得られたデータの二次元プロットを模式的に示す。 図２７は、オボアルブミンの蛍光誘導体と接触した、および／または該誘導体に結合する候補人工受容体につき得られたデータの三次元プロットを模式的に示す。 図２８は、ウシ血清アルブミンの蛍光誘導体に接触した、および／または該誘導体に結合する候補人工受容体につき得られたデータの二次元プロットを模式的に示す。 図２９は、ウシ血清アルブミンの蛍光誘導体に接触した、および／または該誘導体に結合する候補人工受容体につき得られたデータの三次元プロットを模式的に示す。 図３０は、アセチル化ホースラディッシュペルオキシダーゼに接触した、および／またはそれに結合する候補人工受容体につき得られたデータの二次元プロットを模式的に示す。 図３１、アセチル化ホースラディッシュペルオキシダーゼに接触した、および／またはそれに結合する候補人工受容体につき得られたデータの三次元プロットを模式的に示す。 図３２は、ホースラディッシュペルオキシダーゼのＴＣＤＤ誘導体に接触した、および／またはそれに結合する候補人工受容体につき得られたデータの二次元プロットを模式的に示す。 図３３は、ホースラディッシュペルオキシダーゼのＴＣＤＤ誘導体に接触した、および／またはそれに結合する候補人工受容体につき得られたデータの三次元プロットを模式的に示す。 図３４は、図２５で示されたデータのサブセットを模式的に示す。 図３５は、図２５で示されたデータのサブセットを模式的に示す。 図３６は、図２５で示されたデータのサブセットを模式的に示す。 図３７は、人工受容体をなす形成ブロックに対する、ｌｏｇＰに対するフィコエリスリンについての結合データの修正を模式的に示す。 図３８は、人工受容体をなす形成ブロックに対する、ｌｏｇＰに対するフィコエリスリンについての結合データの修正を模式的に示す。 図３９は、フィコエリスリンに接触した、および／またはそれに結合する候補人工受容体につき得られたデータを、ウシ血清アルブミンの蛍光誘導体に接触した、および／またはそれに結合する候補人工受容体につき得られたデータと比較する二次元プロットを模式的に示す。 図４０は、図２５からのデータのサブセットを模式的に示し、本発明による人工受容体のアレイが、３つの分析物、フィコエリスリン、ウシ血清アルブミン、およびオボアルブミンの間を識別した受容体を生じることを示す。 図４１は、図２９からのデータのサブセットを模式的に示し、本発明による人工受容体のアレイが、３つの分析物、フィコエリスリン、ウシ血清アルブミン、およびオボアルブミンの間を識別した受容体を生じることを示す。 図４２は、図２７からのデータのサブセットを模式的に示し、本発明による人工受容体のアレイが、３つの分析物、フィコエリスリン、ウシ血清アルブミン、およびオボアルブミンの間を識別した受容体を生じることを示す。 図４３は、テストリガンドと共にインキュベーションする前に、形成ブロックを有機溶媒で洗浄除去することによって調製された対照プレートのスキャンからの蛍光シグナルの灰色スケールのイメージを模式的に示す。 図４４は、２３℃において１．０μｇ／ｍｌコレラ毒素Ｂと共にインキュベートされた実験プレートのスキャンからの蛍光シグナルの灰色スケールのイメージを模式的に示す。 図４５は、３℃において１．０μｇ／ｍｌコレラ毒素Ｂと共にインキュベートされた実験プレートのスキャンからの蛍光シグナルの灰色スケールのイメージを模式的に示す。 図４６は、４３℃において１．０μｇ／ｍｌコレラ毒素Ｂと共にインキュベートされた実験プレートのスキャンからの蛍光シグナルの灰色スケールのイメージを模式的に示す。 図４７は、図４４に示した候補人工受容体から得られた蛍光シグナルをプロットを模式的に示す。 図４８は、図４５に示した候補人工受容体から得られた蛍光シグナルをプロットを模式的に示す。 図４９は、図４６に示した候補人工受容体から得られた蛍光シグナルをプロットを模式的に示す。 図５０は、形成ブロックを受容体に共有結合させた場合に、本実験で使用された形成ブロックの組合せから得られた蛍光シグナルのプロットを模式的に示す。結合は２３℃で行われた。 図５１は、４℃、２３℃、または４４℃における形成ブロックの個々の組合せからの蛍光シグナルの変化のグラフを模式的に示す。 図５２は、４℃、２３℃、または４４℃における形成ブロックの個々の組合せからの蛍光シグナルの変化のグラフを模式的に示す。 図５３は、図５１で示されたデータ（Ａで示す線）および図５２で示されたデータ（Ｂで示す線）を模式的に示す。 図５４は、可逆的に固定化された受容体に対する人工受容体につき２３℃での結合から得られた蛍光シグナルに対する２３℃におけるシグナルで割った、４４℃における蛍光シグナルのグラフを模式的に示す。 図５５は、実施例４で報告した実験において、コレラ毒素を本発明の候補人工受容体のマイクロアレイに結合させ、続いて、緩衝液で洗浄することによって生じた蛍光シグナルを示す。 図５６は、実施例４において報告された実験において、ＧＭ１ ＯＳ（０．３４μＭ）との競合に際して検出されたコレラ毒素結合による蛍光シグナルを示す。 図５７は、実施例４において報告された実験において、ＧＭ１ ＯＳ（０．３４μＭ）と競合して結合した量に対する、ＧＭ１ ＯＳの不存在下で結合した量の比率を示す。 図５８は、５．１μＭ ＧＭ１ ＯＳを用いる競合実験と比較するために、実施例４で報告した実験において、これら、毒素の本発明の候補人工受容体のマイクロアレイに結合させ、続いて、緩衝液で洗浄することによって生じた蛍光シグナルを示す。 図５９は、実施例４で報告した実験における、ＧＭ１ ＯＳ（５．１μＭ）との競合に対して検出されたこれら毒素の結合による蛍光シグナルを示す。 図６０は、実施例４で報告された実験における、ＧＭ１ ＯＳ（５．１μＭ）と競合して結合した量に対する、ＧＭ１ ＯＳ不存下で結合した量を示す。 図６１は、実施例５で報告した実験において、単独で、および３つの濃度のＧＭ１の各々と、競合して、これら毒素を候補人工受容体のアレイへ結合させることによって生じた蛍光シグナルを示す。 図６２は、実施例５で使用した低濃度のＧＭ１についてのＧＭ１との競合に対して結合した量に対する、ＧＭ１ ＯＳの不存在下で結合した量の比率を示す。 図６３は、実施例６で報告した実験における、ＧＭ１での予備処理なくして、コレラ毒素を候補人工受容体のマイクロアレイに結合させることによって生じた蛍光シグナルを示す。 図６４ないし６６は、実施例６で報告した実験において、ＧＭ１（各々、１００μｇ／ｍｌ、１０μｇ／ｍｌおよび１μｇ／ｍｌ ＧＭ１）で予備処理して、コレラ毒素を候補人工受容体のマイクロアレイに結合させることによって生じた蛍光シグナルを示す。 図６７は実施例６で報告された実験における、ＧＭ１の不存在下で結合した量に対する、１μｇ／ｍｌ ＧＭ１の存在下において結合した量の比率を示す。

Claims (45)

  1. 導波管；
    該導波管に操作可能にカップリングした検出システム；
    作用する人工受容体；
    を含み、該導波管は、該導波管が該作用する人工受容体からの光を受けることができるように、該作用する人工受容体に対して操作可能に配置されており、ここに、該検出システムは電磁放射線を検出するように配置されていることを特徴とするセンサーシステム。
  2. 該導波管が光ファイバーを含む請求項１記載のセンサーシステム。
  3. 該光ファイバーの末端側端部に基材がカップリングされており、かつ該作用する人工受容体が該基材にカップリングされている請求項２記載のセンサーシステム。
  4. 該基材がゾルゲルである請求項３記載のセンサー。
  5. 該導波管が、平面状導波管を含み、かつ該導波管が光ファイバーで該検出システムにカップリングしている請求項１記載のセンサーシステム。
  6. 該作用する人工受容体に試料が暴露され、該試料の少なくとも一部が該作用する人工受容体によって受領可能である請求項１記載のセンサーシステム。
  7. さらに、該検出システムに操作可能にカップリングしたコンピュータシステムを含み、該コンピュータシステムは該検出システムから受領されたデータを解析して、該データに基づいて試料中のテストリガンドを同定するように配置された請求項６記載のセンサーシステム。
  8. 該検出システムが電荷結合デバイスを含む請求項７記載のセンサーシステム。
  9. 該コンピュータシステムが：
    試料の発光特性、試料の吸収特性、試料の屈折特性、および試料の蛍光特性のうちの少なくとも１つを測定するように配置された請求項７記載のセンサーシステム。
  10. さらに、試料に光を照射するように配置された光源を含む請求項９記載のセンサーシステム。
  11. 該センサーシステムが間接的検出システムとして配置された請求項１記載のセンサーシステム。
  12. 該センサーシステムが標識の存在を検出するように配置された請求項１１記載のセンサーシステム。
  13. 該センサーシステムが光の質または量の変調を検出するように配置され、該システムが放射線の強度、偏光状態、位相および波長のうちの少なくとも１つを検出するように配置された請求項９記載のセンサーシステム。
  14. 該システムがマルチパラメーター検出用に配置された請求項１３記載のセンサーシステム。
  15. 受容体に結合したテストリガンドの存在が、該テストリガンドの存在に関連する１以上の特性の変動に基づいて検出することができる請求項１３記載のセンサーシステム。
  16. 複数の光ファイバーを含む請求項１記載のセンサーシステム。
  17. 該システムが連続的に検知するように配置された請求項１記載のセンサーシステム。
  18. 該導波管が光イメージングファイバーを含む請求項１記載のセンサーシステム。
  19. 該センサーシステムが、電気化学的センサーシステムと組み合わされて操作するように配置された請求項１記載のセンサーシステム。
  20. 該作用する人工受容体が導波管にカップリングされた請求項１記載のセンサーシステム。
  21. 該導波管が、光ファイバーを含み、かつ該作用する人工受容体が光ファイバーの末端側表面にカップリングされた請求項１記載のセンサーシステム。
  22. 該作用する人工受容体が、支持体材料にカップリングされた請求項１記載のセンサーシステム。
  23. 該支持体材料が、導波管にカップリングされた請求項２２記載のセンサーシステム。
  24. 該支持体材料が、カーボンペーストである請求項２３記載のセンサーシステム。
  25. 該作用する人工受容体からの光が、該作用する人工受容体、または該作用する人工受容体に結合したテストリガンドのうちの少なくとも一方によって反射され、屈折され、導電され、または発光される請求項１記載のセンサーシステム。
  26. 該作用する人工受容体が、キャビティーの内側表面にカップリングされた突起にカップリングされた請求項１記載のセンサーシステム。
  27. 該キャビティーが導波管に形成された請求項２６記載のセンサーシステム。
  28. 該人工受容体が、毛細管、マイクロスフィア、マイクロウエル、ナノスフィア、マイクロチャネルおよび膜のうちの１つにカップリングされた請求項１記載のセンサーシステム。
  29. 導波管のアレイを含む請求項１記載のセンサーシステム。
  30. 該システムが：
    病原性微生物、癌細胞、水中の汚染物、空中汚染物、爆発−関連蒸気、蛋白質、ポリヌクレオチドのうちの少なくとも１つを検出するように配置された請求項１記載のセンサーシステム。
  31. 作用電極；
    参照電極；および
    該作用電極にカップリングされた作用する人工受容体；
    を含む電気化学的検知システムであって、当該検知システムは検知シグナルを発生するように配置された該検知システム。
  32. さらに、該作用電極および該参照電極の間に膜を含み、該作用する人工受容体は該膜にカップリングされている請求項３１記載の電気化学的検知システム。
  33. 該システムが、該作用電極および該参照電極の間の電子の流れを検出することによって化学反応を検出するように配置された請求項３１記載の電気化学的検知システム。
  34. 該システムが、該参照電極および該作用電極の間の電位の差を検出することによって化学反応を検出するように配置された請求項３１記載の電気化学的検知システム。
  35. 作用電極のアレイを含む請求項３１記載の電気化学的検知システム。
  36. 該作用する受容体が、該作用電極に電気的にカップリングされたカーボンペーストにカップリングされた請求項３１記載の電気化学的検知システム。
  37. 該システムが：
    病原性微生物、癌細胞、水中の汚染物、空中汚染物、爆発−関連蒸気、蛋白質、ポリヌクレオチドのうちの少なくとも１つを検出するように配置された請求項３１記載の該検知システム。
  38. 電界効果トランジスター；
    該電界効果トランジスターにカップリングされた作用する人工受容体；
    を含み、ここに、テストリガンドが作用する人工受容体に結合するとシグナルが発生し得ることを特徴とする電気化学的検知システム。
  39. 該電界効果トランジスターがＣｈｅｍＦＥＴ、ＩＳＦＥＴ、ＳＡＦＥＴ、ＳＧＦＥＴのうちの１つである電気化学的検知システム。
  40. 該作用する人工受容体がゲートにカップリングされた請求項３８記載の電気化学的検知システム。
  41. 該作用する人工受容体が絶縁層にカップリングされた請求項３８記載の電気化学的検知システム。
  42. ディテクター；
    該ディテクターにカップリングされた作用する人工受容体；
    を含むセンサーシステムであって、ここに、該ディテクターシステムは、該作用する人工受容体に結合したテストリガンドの存在を検出するように配置されたことを特徴とする該センサーシステム。
  43. 該ディテクターが導波管を含む請求項４２記載のセンサーシステム。
  44. 該ディテクターが電気化学的センサーを含む請求項４２記載のセンサーシステム。
  45. 該ディテクターが表面プラズモン分光測定に基づいて操作される請求項４２記載のセンサーシステム。
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