JP2010051951A - 磁性粒子への結合を抑制する方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】液体中に分散した磁性粒子を供給することを含み、該磁性粒子のそれぞれが磁化を有することを特徴とする、分子間の非特異的結合を抑制する方法を提供する。
【解決手段】磁性粒子は、被覆分子により覆われている。第１のタイプの結合分子と、第２のタイプの結合分子とを混合した結合分子が液体に加えられ、被覆分子が、第１のタイプの結合分子と特異的に結合し、第２のタイプの結合分子と非特異的に結合する。交流（ＡＣ）磁場が周波数レベルを有する軸で印加されて、その周波数レベルが被覆分子との結合において第２のタイプの結合分子の抑制を引き起こす。
【選択図】図１

Description

本発明は、材料の磁化率を測定する方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、磁性体の磁化率に関する調査に基づいて、磁性粒子への非特異的結合を抑制することに関するものである。

化学工業において、互いに結びついた数種の分子を含む複合分子がしばしば製造される。一例として、医薬製造において、治癒効果を得るために複数の分子が混合される。しかしながら、分子を混合する間、一部の不要な分子も同様に結合し、不純物の原因になるか、或いは、他の効果を引き起こす。通常、特異的結合分子が望まれる一方で、非特異的結合分子は不要である。

非特異的結合分子を抑制するために、コア粒子に対し、どのようにして非特異的結合分子を抑制し、そして更に特異的結合分子を増加させるかは、当業界において課題であった。

本発明は、複合分子を形成することを対象とし、本発明では、非特異的結合を交流電流（ＡＣ）磁化率ｘ_ａｃの特性に基づき低減することができる。

本発明は、分子間の非特異的結合を抑制する方法を提供するもので、該方法は、液体中に分散した磁性粒子を供給することを含み、ここで、磁性粒子のそれぞれは磁化を有する。磁性粒子は、被覆分子で覆われている。第１のタイプの結合分子と、第２のタイプの結合分子とを混合した結合分子が液体中に加えられ、被覆分子が、第１のタイプの結合分子と特異的に結合し、第２のタイプの結合分子と非特異的に結合する。ＡＣ磁場が周波数レベルで印加され、該周波数レベルが被覆分子との結合における第２のタイプの結合分子の抑制を引き起こす。

また、本発明は、磁性粒子への非特異的結合を抑制するシステムを提供する。システムは、磁性粒子が分散した液体で満たされた容器を備え、各磁性粒子は磁化を有し、且つ、結合分子と結合するように被覆分子で被覆されており、ここで、結合分子は、第１のタイプの結合分子と、第２のタイプの結合分子とを含み、そして、被覆分子は、第１のタイプの結合分子と特異的に結合し、第２のタイプの結合分子と非特異的に結合している。ＡＣ磁場源ユニットが、容器中の液体に周波数レベルでＡＣ磁場を印加し、ここで、周波数レベルは、被覆分子との結合において第２のタイプの結合分子を抑制するように設定される。

以上の一般的な説明と、以下の詳細な説明との双方は例示であり、特許請求の範囲に記載された本発明の更なる説明を提供することを目的とていることが理解されなければならない。

添付図面は、本発明の更なる理解をもたらすために含められており、この明細書に組み込まれると共に、その一部を構成する。図面は、本発明の実施形態を例示し、そして、説明と共に本発明の原理の説明に役立つ。

本発明に係る、磁性粒子と、特異的結合および非特異的結合用の結合分子との間の結合メカニズムを概略的に説明する図である。 本発明の実施形態に従う、試料のＡＣ磁化率を測定するためのシステムを概略的に説明する図である。 ｘ_ａｃと特異的結合分子および非特異的結合分子との関係における現象を概略的に説明する図である。 ｘ_ａｃと特異的結合分子および非特異的結合分子との関係における現象を概略的に説明する図である。 ｘ_ａｃと特異的結合分子および非特異的結合分子との関係における現象を概略的に説明する図である。

本発明では、調査手段としてＡＣ磁化率ｘ_ａｃを用いて、コア分子に対する非特異的分子を抑制すると同時に、コア分子へ結合した特異的結合分子が維持されるか、或いは、更に増加することができる。コア分子は磁化を有する。

分子間の非特異的結合を抑制する方法が開発された。磁気双極子からの総磁気ベクトルである磁化を有する磁性体粒子の上に一種の分子（「ＣＭ分子」と称する。）を被覆することによる。磁性粒子は液体中に分散され、被覆分子が他の種類の分子（「ＢＭ分子」と称する）と特異的または非特異的に結合できる。これは、例えば医薬等の複合分子を形成するための有用な方法の一つである。しかしながら、通常、非特異的結合分子は不要の材料であり、抑制する必要がある。

本発明の基本的なメカニズムにおいて、ＡＣ磁場が印加されると、磁気ベクトルがＡＣ磁場の駆動力下で回転する。従って、ＢＭ分子が遠心力を受ける。遠心力が、ＣＭ分子とＢＭ分子との間の結合力を超えると、これらのＣＭ−ＢＭ分子結合が破壊される。特異的結合の結合力は非特異的結合の結合力より大分高いので、遠心力を適切に制御することにより、非特異的結合を抑制することができる。念のため、遠心力は、印加されたＡＣ磁場の周波数により決まる回転磁気ベクトルの角周波数を操作することにより制御することができる。従って、印加したＡＣ磁場の周波数を良好に制御することにより、分子間の非特異的結合を効果的に抑制できる。

図３〜５中で後に記載されるような実際のｘ_ａｃの測定方法を説明する前に、非特異的結合分子を抑制するメカニズムを最初に記載する。

図１は、本発明に従う、磁性粒子と、特異的結合および非特異的結合用の結合分子との間の結合メカニズムを概略的に示す図である。一部の被覆分子（ＣＭ）が、磁気ベクトルを有する磁性粒子上に被覆される。説明のために一例として一つの磁性粒子を取り上げると、磁性粒子と一体になったコア粒子は、矢印で示すような磁気ベクトルを有する。磁性粒子は、界面活性剤層で被覆され、磁性粒子が液体中に分散できるようにされている。一種の分子として、リンカーが界面活性剤層上に被覆される。図１に概略的に示すように、被覆分子、或いは、リンカーがＣＭ分子と称される。リンカーは、共有結合、抗体抗原共役結合、核酸ハイブリッドなどの一次結合となることができる。従って、ＣＭ分子は磁気ベクトルの界面活性剤層上に堅固に被覆されることができる。界面活性剤層は、親水性である。特異的および非特異的結合分子（以下、「ＢＭ分子」と称する）を有する溶液と、ＣＭ分子で被覆された磁気ベクトルの水溶液とを混合した場合、特異的および非特異的の双方のＢＭ分子がＣＭ分子と結合する。しかしながら、ＣＭ分子と非特異的ＢＭ分子との間の結合力は、ＣＭ分子と特異的ＢＭ分子との間の結合力よりも大分弱い。従って、ＣＭ分子と非特異的／特異的ＢＭ分子との間の結合力よりも高い／低い強さの力（以下、「逆らう力」と称する）が加えられた場合、ＣＭ分子と非特異的／特異的ＢＭ分子との間の結合を破壊／維持することができる。従って、非特異的結合を効果的に抑制することができる。

逆らう力を発生するメカニズムに関して、磁気ベクトルが液体中に分散しているので、磁気ベクトルの動きは、例えばＡＣ磁場を印加するなど、液体に磁場を印加することにより操作することができる。物理的な現象において、磁気ベクトルは外部から印加された磁場と相互作用し、そして、磁気ベクトルは磁場と平行になる。ＡＣ磁場が印加された場合、磁場の振幅は周期的に振動する。磁性粒子の磁気双極子は、平行なＡＣ磁場により駆動される。ＡＣ磁場の周期的振動により、磁気双極子はＡＣ磁場と共鳴関係で回転する。振動軸を有する平面で磁気ベクトルが回転する場合、ＣＭ−ＢＭ分子結合に対して遠心力が生じる。念のため、遠心力は逆らう力として働く。理論上、遠心力は、磁気ベクトルの回転の角周波数の二乗に比例する。従って、印加する磁場について適切な周波数を選択することにより、逆らう力の強さは、ＣＭ−非特異的−ＢＭ分子結合よりも高いが、ＣＭ−特異的−ＢＭ分子結合よりも低くすることができる。その結果、非特異的結合を抑制することができる。

前述の現象を更に調査するために、いくつかの実験を行った。磁性粒子は、例えばＦｅ_３Ｏ_４磁性ナノ粒子とすることができる。磁性ナノ粒子の平均径は、例えば、数ｎｍから数百ｎｍの範囲とすることができる。また、磁性ナノ粒子の材料も、例えばＭｎＦｅ_２Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＦｅ_２Ｏ_４またはＣｏＦｅ_２Ｏ_４の何れかとすることができる。界面活性剤層は、例えばデキストランである。ＣＭ分子は、例えば、ポリクローナル抗体類似の抗Ｈ１Ｎ２であり、抗Ｈ１Ｎ２は、Ｈ１Ｎ２に対して特異的結合を、Ｈ３Ｎ１に対して非特異的結合を示す。リンカーは、例えば共有結合−ＣＨ＝Ｎ−の形である。例えば、リンカーは、デキストランを酸化してアルデヒド基（−ＣＨＯ）をデキストランへ付与し、その後に続くデキストランと抗体との間に−ＣＨ＝Ｎ−を形成するための抗体との反応により生成することができる。界面活性剤層の材料は、デキストラン、タンパク質Ｇ、タンパク質Ａ、リポソームまたは有機酸の何れかとすることもできる。

図２は、本発明の一実施形態に従う、試料のＡＣ磁化率を測定するためのシステムを概略的に説明する図である。図２に概略的に示すように、磁性ナノ粒子を回転させるための励磁磁場が、電源で駆動される励磁コイルで作り出される。電源６０６は、様々な周波数のＡＣ電流を励磁コイル６０４へ供給することができる。従って、例えばソレノイドコイル等の励磁コイル６０４は、様々な周波数の励磁磁場を作り出すことができる。前述したように、遠心力（即ち、逆らう力）は、高周波数のＡＣ励磁磁場で強くなる。従って、励磁コイル６０４の駆動電流の周波数を調整することにより、逆らう力を操作することができる。ＡＣ磁場は、励磁コイル６０４中の中心軸で発生する。回転する磁性ナノ粒子のＡＣ磁気信号（以下、「ＡＣ磁化率ｘ_ａｃ」と称する）が、ピックアップコイル６０２で検知され、そしてスペクトラムアナライザー６０８で分析される。ピックアップコイル６０２は、例えば反対方向に配線された二組のソレノイドを含み、印加されたＡＣ磁場からｘ_ａｃへの寄与を除去するようにされている。サンプル６００、例えば、液体を保持するための容器は、ピックアップコイル６０２の二つのソレノイドの一つの内側に位置している。

特異的結合を調査するために、ＢＭ分子はＨ１Ｎ２である。抗Ｈ１Ｎ２と、Ｈ１Ｎ２との間の結合は、磁性低減検査法によって測定される。抗Ｈ１Ｎ２で生物学的に官能化された４０μｌ且つ０．１ｅｍｕ／ｇの磁気試薬を、６０ｕｌ且つ３．２ＨＡＵ／５０μｌのＨ１Ｎ２試験溶液と混合する。低い回転周波数、例えば５００Ｈｚで、抗Ｈ１Ｎ２とＨ１Ｎ２との間の特異的結合の形成前の試料の磁化率（「ｘ_ａｃ，Ｏ」と称する）を測定した。

図３〜５は、ｘ_ａｃと特異的結合分子および非特異的結合分子との関係における現象を概略的に説明する図である。図３では、図３に示されるｘ_ａｃ，Ｏが３７．５（実線）であることが分かる。抗Ｈ１Ｎ２とＨ１Ｎ２との間の特異的結合の形成後には、試料の磁化率（「ｘ_ａｃ，φ」と称する）は３７．０（破線）であることが分かる。試料の磁化率が、抗Ｈ１Ｎ２とＨ１Ｎ２との間の特異的結合の形成後に下がっていることが分かる。以上のように、免疫複合体の形成後に、試料の磁化率の低下が観察された。

磁性低減信号Δｘ_ａｃ／ｘ_ａｃ，Ｏが１．３５％であるとして得られた。ここで、磁性低減信号は、Δｘ_ａｃ／ｘ_ａｃ，Ｏ＝（ｘ_ａｃ，Ｏ−ｘ_ａｃ，φ）／ｘ_ａｃ，Ｏ×１００％で定義される。図４に実線で示すように、回転周波数ｆ_ｒが増加するにつれて、磁性低減信号が高まる。特異的結合に対する、高周波数での磁性低減信号の増大は、強制された振動下での磁性ナノ粒子の共鳴効果のせいである。実線の結果は、抗Ｈ１Ｎ２とＨ１Ｎ２との間の特異的結合が低周波数から高周波数まで存在することを明らかにする。

非特異的結合に関して、ここで使用されるＢＭ分子は、例えばＨ３Ｎ１であり、ここでは、抗Ｈ１Ｎ２で生物学的に官能化された４０μｌ且つ０．１ｅｍｕ／ｇの磁気試薬が、６０ｕｌ且つ３．２ＨＡＵ／５０μｌのＨ３Ｎ１試験溶液と混合される。例えば１００Ｈｚの低回転周波数で、抗Ｈ１Ｎ２とＨ３Ｎ１との間の特異的結合の形成前の試料の磁化率（「ｘ_ａｃ，Ｏ」と称する）を測定する。図５に示すように、ｘ_ａｃ，Ｏが５．１３（実線）であることが分かる。図５に破線で示すように、抗Ｈ１Ｎ２とＨ３Ｎ１との間の特異的結合の形成後は、試料の磁化率（「ｘ_ａｃ，φ」と称する）が、ｘ_ａｃ，φ＝５．０５であることが分かる。試料の磁化率が、抗Ｈ１Ｎ２とＨ３Ｎ１との間の特異的結合の形成後に下がっているという結論を出すことができる。Δｘ_ａｃ／ｘ_ａｃ，Ｏ＝（ｘ_ａｃ，Ｏ−ｘ_ａｃ，φ）／ｘ_ａｃ，Ｏ×１００％の定義を用いて、磁性低減信号Δｘ_ａｃ／ｘ_ａｃ，Ｏが、１．５６％であるとして得られた。

図４中の情報の分析において、図４に破線で示すように、回転周波数ｆ_ｒが増加すると、磁性低減信号が低下した。ｆ_ｒの増加と同時に起こる磁性低減信号の低下は、高周波数で抗Ｈ１Ｎ２とＨ３Ｎ１との間の非特異的結合が抑制されたことを証明する。回転周波数が４ｋＨｚまで増加するにつれて、磁性低減信号はノイズレベルへ達する。これは、回転周波数が４ｋＨｚを越えると、抗Ｈ１Ｎ２とＨ３Ｎ１との間の非特異的結合が、効果的に消えることを示している。

本発明において、様々な結合分子を有する複数の曲線が別個に測定できる。各曲線は、必ずしも一種の結合分子を表してはいない。一般に、例えば、特異的結合分子および非特異的結合分子として二つのタイプの分子に分けられる。不要な非特異的結合分子は抑制され、一方で、望ましい特異的結合分子を維持または増加できる。例えば、別個の曲線を得た後に、操作周波数レベルを決定することができる。図４の例において、操作周波数レベルは、例えば１０ｋＨｚに設定することができ、この周波数レベルでは、Ｈ３Ｎ１の非特異的分子が大幅に抑制され、一方で望ましいＨ１Ｎ２の結合分子が著しく増加する。

ｘ_ａｃの測定は、添付の実施形態に限定される必要はないことに留意しなければならない。ｘ_ａｃの測定は、実際の周波数レベルが、ｘ_ａｃの量またはその関連した量を測定することにより決定できることを示している。換言すれば、ｘ_ａｃの測定は、適切な周波数レベルを決定するための単なる手段である。ｘ_ａｃを十分に測定するための何れの適切な測定メカニズムを用いることができる。

分子間の非特異的結合における磁気的に促進された抑制を使用した用途の一つは、特異的分子に対する免疫磁気分離である。例えば、混合物は様々な種類の分子を含む。一つは、例えば、以下の処理を経て、特定の種類の分子を混合物から分離することができる。分離されることとなる分子に結合した被覆分子は、水中に分散した磁性粒子上に被覆される。磁気液体を混合物と混合し、続いて、本発明において開発された、非特異的結合における磁気的に促進された抑制を利用することにより、混合物中での磁性粒子と不要な分子との間の結合を抑制する。免疫磁気分離法を介して、特定の種類の分子が混合物から抽出される。従って、特定の種類の分子のみが混合物から抽出される。

本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明の構成に様々な改良および変形をし得ることは、当業者にとって明らかである。前述の記載を考慮しても、本発明は、請求項およびその均等物の範囲内に収まる場合には、この発明の改良物および変形物に及ぶことを意図している。

Claims (18)

1. 液体中に分散された、それぞれ磁化を有する磁性粒子を準備し、
   被覆分子で前記磁性粒子を被覆し、
   第１のタイプの結合分子と第２のタイプの結合分子とを混合した結合分子を前記液体に加え、前記被覆分子が、前記第１のタイプの結合分子と特異的に結合し、前記第２のタイプの結合分子と非特異的に結合し、
   交流（ＡＣ）磁場を周波数レベルで印加し、当該周波数レベルが、前記被覆分子との結合における前記第２のタイプの結合分子の抑制を引き起こす
   ことを含む、分子間の非特異的結合を抑制する方法。
2. 前記磁性粒子が、磁気コアと、当該磁気コアをそれぞれ囲む界面活性剤層とを備える請求項１に記載の方法。
3. 前記ＡＣ磁場を印加する工程が、
   ソレノイドコイルを準備し、
   前記ソレノイドコイル中にＡＣ電流を印加し、
   前記磁性粒子を有する液体を前記ソレノイドコイル中に配置する
   ことを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記ＡＣ磁場の周波数レベルが、
   第１のタイプの結合分子の特異的結合に関する第１のＡＣ磁性低減信号を、第１のＡＣ周波数範囲で変化させたＡＣ磁場下で測定し、
   第２のタイプの結合分子の非特異的結合に関する第２のＡＣ磁性低減信号を、第２のＡＣ周波数範囲で変化させたＡＣ磁場下で測定し、
   周波数を変化させたときの、前記第１のＡＣ磁性低減信号および前記第２のＡＣ磁性低減信号の量に従って前記第２のタイプの結合分子が抑制される周波数レベルを決定する
   ことにより決定される請求項１に記載の方法。
5. 前記被覆分子との結合において前記第２のタイプの結合分子を抑制するメカニズムが、ＡＣ磁場により引き起こされる遠心力である請求項１に記載の方法。
6. 特異的結合を有する第１のタイプの分子が増加する請求項４に記載の方法。
7. 前記第１のＡＣ磁性低減信号および前記第２のＡＣ磁性低減信号が、磁化率検出システムにより測定される請求項４に記載の方法。
8. 前記第１のＡＣ磁性低減信号および前記第２のＡＣ磁性低減信号を測定する工程が、磁化率の信号を、
   第１部ソレノイドコイルと、第２部ソレノイドコイルとを準備し、
   ＡＣ磁化率を検出するためのピックアップコイルとして、前記第１部ソレノイドコイルと前記第２部ソレノイドコイルとを反対巻き方向に接続し、
   試料を内側に保持した容器を、ソレノイドの第１部または第２部に設置する
   ことにより選別する請求項４に記載の方法。
9. 前記第１部ソレノイドコイルおよび前記第２部ソレノイドコイルが実質的に同一である請求項８に記載の方法。
10. 磁性粒子が分散した液体で満たされ、各磁性粒子は磁化を有し、且つ、被覆分子で被覆されて結合分子と結合しており、前記結合分子は第１のタイプの結合分子と、第２のタイプの結合分子とを含み、そして、前記被覆分子は前記第１の結合分子と特異的に結合し、前記第２のタイプの結合分子と非特異的に結合している容器と、
    前記容器中の液体に周波数レベルを有する軸でＡＣ磁場を印加し、前記周波数レベルが、前記被覆分子との結合において前記第２のタイプの結合分子を抑制するように設定されている交流（ＡＣ）磁場源ユニットと、
    を備える磁性粒子への非特異的結合を抑制するシステム。
11. 前記磁性粒子が、磁気コアと、当該磁気コアをそれぞれ囲む界面活性剤層とを備える請求項１０に記載のシステム。
12. 前記ＡＣ磁場源ユニットが、ソレノイドコイルと、前記ソレノイドコイル中にＡＣ電流を印加するＡＣ電流ユニットとを備え、
    前記容器が前記ソレノイド中に配置される請求項１０に記載のシステム。
13. 前記ＡＣ磁場源ユニットが、磁化率を求めるためのスペクトル分析ユニットを更に具え、
    第１のＡＣ周波数範囲で変化させたＡＣ磁場下における、第１のタイプの結合分子の特異的結合に関する第１のＡＣ磁性低減信号と、第２のＡＣ周波数範囲で変化させたＡＣ磁場下における、第２のタイプの結合分子の非特異的結合に関する第２のＡＣ磁性低減信号とを測定し、
    周波数を変化させたときの、前記第１のＡＣ磁性低減信号および前記第２のＡＣ磁性低減信号の量に従って、前記第２のタイプの結合分子を抑制するが前記第１のタイプの結合分子を維持するように周波数レベルが決定される
    請求項１２に記載のシステム。
14. 前記周波数レベルで、特異的結合を有する第１のタイプの分子が増加する請求項１３に記載のシステム。
15. 前記スペクトル分析ユニットが、
    第１部ソレノイドコイルおよび第２部ソレノイドコイルを有し、前記第１部ソレノイドコイルが、印加されたＡＣ磁場により引き起こされる前記液体からの磁気ＡＣ信号を検出するために、前記第２部ソレノイドコイルと反対巻き方向に接続されているピックアップコイルと、
    磁気ＡＣ信号を測定されたＡＣ磁化率に変換する信号分析ユニットと
    を備える請求項１３に記載のシステム。
16. 前記第１部ソレノイドコイルと前記第２部ソレノイドコイルとが実質的に同一である請求項１５に記載のシステム。
17. 液体中に分散された、それぞれ磁化を有する磁性粒子を準備し、
    被覆分子で前記磁性粒子を被覆し、
    前記被覆分子を有する前記磁性粒子を、数種類の分子を有する混合物に加え、
    混合物に周波数レベルで交流（ＡＣ）磁場を印加して、当該周波数レベルが、前記被覆分子を有する磁性粒子と、混合物中の分離されることとなる分子を除く分子との間の結合の抑制を引き起こし、
    免疫磁気分離により、分離されることとなる分子を混合物から分離する
    ことを含む、混合物からの特定の種類の分子の免疫磁気分離方法。
18. 前記被覆分子が、検出されることとなる分子と特異的結合を有し、他の種類の分子と非特異的結合を有する請求項１７に記載の免疫磁気分離方法。

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