JP2015084775A - 高親和性dnaアプタマーを生成するための磁気アシスト迅速アプタマー選択方法 - Google Patents

高親和性dnaアプタマーを生成するための磁気アシスト迅速アプタマー選択方法 Download PDF

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Abstract

【課題】DNAアプタマーをスクリーニングするための磁気アシスト迅速アプタマー選択(MARAS)プロトコルが提案される。
【解決手段】MARASプロトコルは高い親和性および特異性を有するアプタマーを効率的に生成することができる。標的に対する所望の親和性および特異性を有するDNAアプタマーを選択するため、回転磁場または交流磁場が、標的結合磁性マイクロ粒子またはナノ粒子と組み合わせて用いられた。
【選択図】図2

Description

本発明は選択方法に関する。とくに、本発明は磁気アシスト迅速アプタマー選択(MARAS)方法に関する。
指数的濃縮によるリガンドの系統的進化(SELEX)は、ランダム配列の大きなコンビナトリアルライブラリ(ナイーブライブラリ)からのDNA/RNA配列の単離のためのインビトロ選択方法であり、単離された配列は、分子に匹敵する三次元形状に折り畳まれるDNA/RNAの能力に基づき、分子に結合する。成功したSELEXの産物は「アプタマー」と称され、その構造は微小分子(例えば有機分子、イオン、ペプチド、タンパク質、核酸)、巨大分子から全細胞、ウイルス、寄生虫または組織まで多様な、さまざまな分子標的に高い特異性および親和性で結合し得る結合ポケットからなる。アプタマーの配列が分子標的について同定されると、化学合成によりアプタマー全体を生成することができる。さらに、官能基で修飾されたアプタマーはさまざまな生物学的用途においてそれらの安定性を増加することができるが、核酸にとっては有害である。従来の抗体産物と比較して、アプタマーの1つの利点はハイブリドーマおよび動物の屠殺が必要ないことにある。アプタマーは、病原性および悪性細胞または組織を標的化する優れた手段であり、抗体を代替する可能性を有するだけでなく、精製、診断、バイオセンサーおよび抗感染薬に適用することもできる。しかしながら、市販の抗体とは異なり、さらなる用途に適したアプタマーを得るのは困難である。
SELEXは複数回交互で行うインキュベーション、分離、溶出、増幅および精製ステップを含み、これらのステップは:(1)ナイーブDNAライブラリを標的分子と混合するステップ;(2)標的分子に結合したDNAを結合していないDNAから分離するステップ;(3)結合DNAを標的分子から溶出するステップ;(4)溶出DNAをPCRにより増幅し、アプタマー濃縮DNAライブラリを生成するステップ;および(5)一本鎖オリゴヌクレオチドをPCR産物から精製するステップとしてまとめられ得る。この手順は、前の回で得られた濃縮ライブラリから出発し、数回繰り返される。一般的には、機能性核酸種のさらなる濃縮が検出されなくなるまで、少なくとも5〜15回のSELEX選択が行われる。十分な特異性および結合親和性(例えば、ナノモルの解離定数、Kd)を有するアプタマーを単離するには複数回の選択が必要である。一般的には、SELEXは時間がかかる長いプロトコルである。アプタマーの選択が数日で完了し得る自動化SELEX手順でも、依然として大量の製剤および高い操作コストを必要とする。また、キャピラリー電気泳動SELEX(CE−SELEX)およびマイクロ流体SELEX(M−SELEX)を含む、この長い手順を簡略化するいくつかの機能戦略が提案された。しかしながら、CE−SELEXは小分子と結合するアプタマーをスクリーニングするにはあまり効果的でなく、M−SELEXは高価なマイクロ流体装置を必要とする。
アプタマーは多くの面で有望であるので、それらの用途に適した高い親和性および特異性を有するアプタマーを迅速にスクリーニングするのに十分に簡単な、効率的なスクリーニングプロトコルを開発することが望ましい。
SELEXは時間のかかる長いプロトコルである。アプタマーの選択が数日で完了し得る自動化SELEX手順でも、依然として大量の製剤および高い操作コストを必要とする。また、キャピラリー電気泳動SELEX(CE−SELEX)およびマイクロ流体SELEX(M−SELEX)を含む、この長い手順を簡略化するいくつかの機能戦略が提案された。しかしながら、CE−SELEXは小分子と結合するアプタマーをスクリーニングするにはあまり効果的でなく、M−SELEXは高価なマイクロ流体装置を必要とする。
アプタマーは多くの面で有望であるので、それらの用途に適した高い親和性および特異性を有するアプタマーを迅速にスクリーニングするのに十分に簡単な、効率的なスクリーニングプロトコルを開発することが望ましい。
本発明は、DNAライブラリから標的結合オリゴヌクレオチドをスクリーニングするのにバイオ機能化磁性粒子を用いるアプタマー選択プロトコルを提供する。こうしたプロトコル、磁気アシスト迅速アプタマー選択(MARAS)は、高親和性アプタマーを得るための効率的なプロトコルである。さらに、こうしたアプタマー選択プロトコルは、他のアプタマー選択プロトコルにも必要な材料調製およびポスト分析を除き、1時間以内に完了され得、高いスループットで自動化され得る。
本発明はアプタマー選択プロトコルを提供する。まず、複数のオリゴヌクレオチド配列を有する少なくとも1つのランダム配列ライブラリおよびその上に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を含む試料が提供される。複数のオリゴヌクレオチド配列の一部分は、その上に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合される。振動磁場を試料に印加することにより磁気アシストスクリーニングが行われ、その上に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した複数のオリゴヌクレオチド配列の部分を単離する。次に、その上に標的分子が結合していない複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した複数のオリゴヌクレオチド配列の単離部分に陰性選択が行われる。次に磁気スタンドを用いることにより磁気分離が行われ、標的分子に特異的なアプタマーが単離される。
本発明はまたアプタマー選択プロトコルを提供する。まず、複数のオリゴヌクレオチド配列を有する少なくとも1つのランダム配列ライブラリおよびその上に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を含む試料が提供される。標的分子は、複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に付着した第1成分および標的分子に付着した第2成分によって、複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合される。振動磁場を印加することにより磁気アシストスクリーニングが行われ、競合機構が提供される。その上に第1成分が付着した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を用いて試料に陰性選択が行われ、その上に第1成分が付着した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合していない複数のオリゴヌクレオチド配列の一部分が単離される。次に磁気スタンドを用いることにより磁気分離が行われ、その上に第1成分が付着した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合していない複数のオリゴヌクレオチド配列の部分が単離され、標的分子に特異的なアプタマーが選択される。
本発明の実施形態によると、振動磁場は回転磁場である。
本発明の実施形態によると、磁気アシストスクリーニングを行うプロセスは、固定磁場強度およびさまざまな磁場周波数の回転磁場を印加することにより複数回行われる磁気アシストスクリーニングをさらに含み、磁気アシストスクリーニングの各回に用いられる磁場周波数は他の回の磁気アシストスクリーニングのそれとは異なる。
本発明の実施形態によると、14ガウスおよび2Hz〜27KHzで変動する磁場周波数の回転磁場が印加される。
本発明の実施形態によると、振動磁場は交流磁場である。
本発明の実施形態によると、磁気アシストスクリーニングを行うプロセスは、固定磁場強度およびさまざまな磁場周波数の交流磁場を印加することにより複数回行われる磁気アシストスクリーニングをさらに含み、磁気アシストスクリーニングの各回に用いられる磁場周波数は他の回の磁気アシストスクリーニングのそれとは異なる。
本発明の実施形態によると、25ガウスおよび2Hz〜200KHzで変動する磁場周波数の交流磁場が印加される。
本発明の実施形態によると、磁気アシストスクリーニングを行うプロセスは、固定磁場周波数およびさまざまな磁場強度の交流磁場を印加することにより複数回行われる磁気アシストスクリーニングをさらに含み、磁気アシストスクリーニングの各回に用いられる磁場強度は他の回の磁気アシストスクリーニングのそれとは異なる。
本発明の実施形態によると、100KHzおよび12.5ガウス〜400ガウスで変動する磁場強度の交流磁場が印加される。
本発明の実施形態によると、標的はC反応性タンパク質であり、第1成分はストレプトアビジンであり、第2成分はビオチンである。
本開示の前述および他の特徴および利点を理解できるようにするため、いくつかの例となる実施形態を添付の図面とともに以下で詳細に記載する。
本発明は、DNAライブラリから標的結合オリゴヌクレオチドをスクリーニングするのにバイオ機能化磁性粒子を用いるアプタマー選択プロトコルを提供する。こうしたプロトコル、磁気アシスト迅速アプタマー選択(MARAS)は、高親和性アプタマーを得るための効率的なプロトコルである。さらに、こうしたアプタマー選択プロトコルは、他のアプタマー選択プロトコルにも必要な材料調製およびポスト分析を除き、1時間以内に完了され得、高いスループットで自動化され得る。
添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本出願の一部に組み込まれ、これを構成する。図面は本発明の実施形態を例示し、明細書とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。
本発明の1つの実施形態による回転磁場磁気アシスト迅速アプタマー選択(RO−MARAS)プロトコルの実験装置の概略図である(図1A)。本発明の1つの実施形態による交流磁場磁気アシスト迅速アプタマー選択(AC−MARAS)プロトコルの実験装置の概略図である(図1B)。 本発明の1つの実施形態によるRO−MARASの周波数依存性の分析のプロセスフローを概略的に示す。 本発明の1つの実施形態によるRO−MARASにおいて印加された磁場周波数およびRO−MARASによりスクリーニングされた選択された20Nアプタマーの解離定数(Kd)の関係を示す。 本発明の1つの実施形態によるAC−MARASにおいて印加された磁場周波数およびAC−MARASによりスクリーニングされた選択された20Nアプタマーの解離定数(Kd)の関係を示す。 本発明の1つの実施形態によるAC−MARASにおいて用いられた磁場強度およびAC−MARASによりスクリーニングされた選択された20Nアプタマーの解離定数(Kd)の関係を示す。
ここで本発明の実施形態について詳細に参照し、その例を添付図面に示す。可能な場合は必ず、同じまたは同様の部分を指すのに図面および明細書で同じ参照番号を用いる。
本発明は、DNAライブラリから標的結合オリゴヌクレオチドをスクリーニングするのにバイオ機能化磁性粒子を用いるアプタマー選択プロトコルに関する。C反応性タンパク質(CRP)は炎症、心臓発作、脳卒中および心血管疾患の一般的な指標であるので、CRPは下記の実験において標的として用いられ、バイオ機能化磁性粒子は実験目的のためCRPで被覆される。ここでは、CRP被覆バイオ機能化磁性ナノ粒子(CRP−MNP)およびCRP被覆バイオ機能化磁性マイクロ粒子(CRP−MMP)は、外部から印加される振動磁場により発生する磁気トルクにより駆動された。本発明のアプタマー選択プロトコルは磁気アシスト迅速アプタマー選択(MARAS)プロトコルである。
MARASプロトコルを行う前に材料を調製する必要がある。材料調製は、ランダム配列ライブラリの調製、標的の調製、および標的のランダム配列ライブラリとのインキュベーションを含む。これらの調製ステップを下記のセクションにまとめる。
(オリゴヌクレオチドライブラリおよびプライマー)
3タイプのランダム化オリゴヌクレオチド配列60N、40Nおよび20Nがランダム配列ライブラリとして用いられた。ランダム化オリゴヌクレオチド配列は5’−AGCAGCACAGAGGTCAGATG−Xn−CCTATGCGTGCTACCGTGAA−3’と記載され、ランダム化(N)マー中央部Xnを有し、nは10〜100の範囲のいずれかの整数を表し、Xnはnマーヌクレオチドのヌクレオチド配列を意味する。例えば、ランダム化オリゴヌクレオチド配列60N、40Nまたは20Nはランダム化X60、X40またはX20中央部を有する核酸配列であってもよく、ランダム化X60、X40またはX20中央部はそれぞれランダム化60マー配列(60ヌクレオチドの配列)、ランダム化40マー配列またはランダム化20マー配列を表す。ランダム化オリゴヌクレオチド配列は1mMスケールで合成され、PAGE精製される(Invitrogen Life Technologies、米国ニューヨーク州グランドアイランドから購入される)。Lab−順方向5’−AGCAGCACAGAGGTCAGATG−3’(SEQ ID NO.1)およびLab−逆方向5’−TTCACGGTAGCACGCATAGG−3’(SEQ ID NO.2)を含む、1セットのプライマーが用いられ、PCR増幅中にライブラリの5’および3’縮重領域がアニールされた。上述した同じ配列を有する5’ビオチン標識プライマー:Lab−ビオチン−Rが用いられ、二本鎖PCR産物から順方向一本鎖が単離された。なお、逆方向一本鎖アプタマーが好まれる場合、一本鎖精製にLab−ビオチン−Fプライマーを用い、Lab−ビオチンーRを代替することができる。ユニバーサルT7プライマー(T7:5’−TAATACGACTCACTATAGGG-3’(SEQ ID NO.3))が用いられ、選択されたアプタマーのヌクレオチドが配列決定された。
(CRP被覆バイオ機能化磁性粒子)
この研究に用いられるストレプトアビジン被覆磁性ナノ粒子(SA−MNP)を含有する試薬は、Magqu(Magqu、台湾台北)から購入された。試薬中のSA−MNPの平均流体力学的直径は0.3emu/gの濃度で50nmだった。磁性ナノ粒子は、ストレプトアビジンでナノ粒子の最外表面を被覆することによりバイオ機能化され、PBS(pH=7.4)中に分散された。ストレプトアビジン被覆磁性マイクロ粒子(SA−MMP)を含有する試薬もMagquから購入され、SA−MMPの平均流体力学的直径は8mg/mlの濃度で約3μmだった。デキストラン、単もしくは多抗体、またはアミノ基のような他の代替物を用い、磁性粒子をバイオ機能化してもよい。この研究において用いられるヒトCRPの純度は99%より大きかった(MYBIOSOURCE、米国サンディエゴから購入)。ビオチン化キット(ビオチン標識キット−NH)はAbnova(Abnova、台湾台北)から購入された。この研究では、600μgの純粋CRPタンパク質が用いられ、ビオチン化CRPタンパク質は製造業者の指示に従って調製された。その後、合計250μgのビオチン化CRPタンパク質が50μlのSA−MNP試薬またはSA−MMP試薬と混合され、一晩4℃でインキュベートされた。ストレプトアビジンとビオチンとの間の高親和性結合は、磁性粒子とビオチン化CRPタンパク質との間の結合を確保した。ここでは、標的CRPはストレプトアビジン−ビオチンの結合によって磁性粒子(MNPまたはMMP)に付着され、ストレプトアビジン−ビオチンは結合対とみなしてもよい。次にインキュベートされた溶液に磁気分離が行われ、磁気スタンド(Magqu)を用いることにより非結合ビオチン化CRPが除去された。CRP−MNPおよびCRP−MMPは50μlのPBS−T(50nMのKHPO、pH7.5、150mMのNaCl、0.05%Tween−20)中に再懸濁され、それぞれCRP標識磁性ナノ粒子試薬(CRP−MNP試薬)およびCRP標識磁性マイクロ粒子試薬(CRP−MMP試薬)を形成し、4℃で保存された。CRP−MNP試薬中のビオチン化CRPの最終濃度は、ブラッドフォードアッセイ(Bio−Rad、米国カリフォルニア州ハーキュリーズ)により決定され、188.47±1.30ng/μlであり、CRP−MMP試薬中では143.95±4.29ng/μlである。使用前、CRP−MNP試薬およびCRP−MMP試薬の両方は結合バッファ(BDバッファ:50mMのNaHPO、pH8.0、150mMのNaCl、5mMのKCl、2mMのMgCl、0.005%(v/v)Tween−20)で3回洗浄された。各洗浄ステップ中、磁気スタンドが用いられ、CRP−MNPおよびCRP−MMPが回収された。同様に、SA−MNPおよびSA−MMPが必要な場合、ストレプトアビジン被覆磁性ナノ粒子試薬(SA−MNP試薬)およびストレプトアビジン被覆磁性マイクロ粒子試薬(SA−MMP試薬)が結合バッファで3回洗浄され、SA−MNPおよびSA−MMPが磁気スタンドを用いて回収された。
(MARASの実験装置)
MARASプロトコルを行うための実験装置を以下に記載した。実験装置は、振動磁場を発生させるための少なくとも2セットのコイル100、電力増幅器200、信号発生器300を備え、LABVIEWコンピュータプログラムで操作される。MARASにおいて用いられる振動磁場は、回転磁場MARAS(RO−MARAS)の場合は回転磁場または交流磁場MARAS(AC−MARAS)の場合は交流磁場であってもよい。RO−MARASについて、回転磁場は直交に配置された2セットのヘルムホルツコイルにより発生した。LABVIEWプログラムが用いられ、2つの信号、cos(ωt)およびsin(ωt)がNI BNC−2110キャプチャボックスを通して2チャンネル電力増幅器(HCA3030D)に送信された。これらの2つの信号は次に同様に増幅され、これは2セットのコイルを同時に駆動し、回転磁場を生成した。実験装置は図1Aに概略的に示される。図において、試料は2セットのヘルムホルツコイルの中心線の交点に配置された。しかしながら、回転磁場を発生させるのに他の代替装置を用いてもよい。AC−MARASについて、磁場は、試料がソレノイド内に配置された図1Bにおいて概略的に示されるように、電流発生器ユニットにより駆動された単一の励磁ソレノイドにより発生した。なお、図1Aの装置は、コンピュータプログラムが1つの信号のみを1セットのヘルムホルツコイルに送信する場合、AC−MARASに用い、AC磁場を発生させることもできる。さらに、交流磁場を発生させるのに他の代替装置を用いてもよい。また、信号発生器(300)からのサインおよびコサイン信号に電力増幅器(200)の異なる増幅因子を用いることにより発生させることができる楕円磁場のような、他のタイプの振動磁場も印加可能であり得る。
DNAアプタマーは特定の標的分子に結合するオリゴ核酸配列であり、アプタマーは通常大きなランダム配列プールから選択することにより得られる。MARASプロトコルの後、MARASプロトコルによりスクリーニングされた選択されたアプタマーにクローニング、PCR増幅および(解離定数に関する)結合親和性計算のようなポスト分析を行ってもよい。
(MARASプロトコル)
MARASプロトコルは下記のプロセス:複数のオリゴヌクレオチド配列を有する少なくとも1つのランダム配列ライブラリおよびその上に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を含む試料を提供するステップ;振動磁場を試料に印加することにより磁気アシストスクリーニングを行うステップ;磁気分離を行い、その上に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合したオリゴヌクレオチド配列からなる結合混合物を回収するステップ;結合混合物を結合バッファ中に分散させるステップ;溶液を加熱し、その上に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から複数のオリゴヌクレオチド配列を溶出するステップ;磁気スタンドを用いることにより磁気分離を行い、上澄みを回収し、その上に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を除去するステップ;回収された上澄みを95℃まで5分間加熱し、4℃で急冷するステップ;陰性選択を行い、その上に標的分子が結合していない複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合したアプタマーを除去し、標的分子に特異的なアプタマーを選択するステップ;ならびに磁気分離を行い、標的分子に特異的な複数のオリゴヌクレオチド配列を有する上澄みを回収するステップとしてまとめられ得る。
(選択されたアプタマーのクローニングおよび配列決定分析)
各MARAS実験ステップから回収された上澄みは、その後のPCR増幅のため、1mlの100%冷アルコールで沈殿され、100μlのddHOにより希釈された。回収された上澄みはその後PCRによりLab−FおよびLab−Rプライマーで増幅された。1.25UのDNAポリメラーゼ(Invitrogen)、0.1mMのdNTP、0.5mMのMgSO、0.5nMのプライマーを含有するPCR反応は、下記の条件下で行われた:95℃で5分;95℃で40秒の35サイクル、60℃で40秒、72℃で40秒;および72℃で10分。PCR産物はDNA抽出ミニプレップシステム(Viogene、台湾台北)を用いることにより精製された。精製産物はpGEM−Tイージーベクター(Promega、米国ウィスコンシン州マディソン)にサブクローニングされた。クローニング手順は製造業者の指示に従って行われた。選択されたコロニーのプラスミドは高速プラスミドミニキット(Geneaid、台湾台北)を用いることにより精製された。プラスミドはAppliedBiosystemsPRISM3730DNA自動配列決定装置およびBigDyeターミネーターサイクル配列決定キット(米国カリフォルニア州フォスターシティ)を用いることにより配列決定された。
(リアルタイム定量PCRによるアプタマー結合親和性の評価)
アプタマーの標的CRPに対する親和性は、リアルタイムPCRにより測定された、平衡解離定数(Kd)により表された。クローニング実験から選択された各プラスミドについて、10ngのアプタマークローンプラスミドがPCRテンプレートとして用いられ、Lab−ビオチン−RおよびLab−Fプライマーで二本鎖DNA(dsDNA)が生成された。PCR条件および手順は上述したとおりだった。PCR増幅の完了後、PCR産物は、5μlのSA−MNP試薬の洗浄から得られた、SA−MNPと混合された。順方向一本鎖アプタマー(非ビオチン化鎖)は、0.15Nの新鮮なNaOHと5分間インキュベートされることにより、固定化相補的鎖から分離された。結合SA−MNPは磁気スタンドにより除去された。当量の0.15NのHClが回収された上澄みに添加され、最終pHが7.0に調節され、その後順方向ssDNAが1mlの100%氷冷アルコールで沈殿された。なお、逆方向一本鎖アプタマーは、結合混合物を94℃で溶出した後、磁気分離を行うことにより生成することもできる。また、順方向および逆方向一本鎖アプタマーは、PCR増幅中にLab−ビオチン−FおよびLab−Rプライマーを用いることにより単離することもできる。一本鎖アプタマーの濃度は、NanoDrop2000c分光光度計(Thermo Fisher Scientific、米国デラウェア州ウィルミントン)で決定された。20μlのBDバッファ中の一連の漸次希釈アプタマー(200nM〜1.5625nM)は、二次構造の形成のため、95℃まで5分間加熱され、4℃で冷却された。部分希釈アプタマーはインプット対照(インプット)として保持された。5μlのCRP−MNP試薬の洗浄から得られたCRP−MNPは、希釈アプタマーを含有する各マイクロチューブ中に添加され、30分間室温でインキュベートされた。結合CRP−MNPは100μlのBDバッファで2回洗浄された。結合アプタマーは、最終体積20μlのddHO中で94℃で10分間加熱することにより、CRP−MNPから溶出された。溶液中のCRP−MNPが磁気スタンドで除去され、上澄みが回収された。インプット対照および溶出アプタマーの両方は1mlの100%氷冷アルコールで沈殿された。インプット対照および溶出アプタマーは100μlのddHOを充填した試験チューブ中で別々に溶解された。インプット対照チューブおよび溶出アプタマーチューブを含む、各試験チューブ中のアプタマーの量はリアルタイム定量PCR(q−PCR)により計算された。q−PCRはMicroAmp光学96ウェル反応プレートで行われ、閾値サイクル(ct)値はStepOnePlusリアルタイムPCRシステムソフトウェア、バージョン2.0(Applied Biosystems)で最大相関係数アプローチを用いて自動的に計算された。各q−PCRランのための混合物は、2.5μlのSYBRグリーンPCRマスターミックス(AppliedBiosystems)ならびに0.5nMのプライマーLab順方向およびLab逆方向を含有する10μlだった。反応条件は下記のとおりだった:95℃で3分間;94℃で30秒間の40サイクル、60℃で30秒間、および72℃で30秒間。インプット対照および溶出アプタマー中のアプタマーの濃度は、最大結合の指標として200nMのアプタマーを用いて計算された。選択されたアプタマーのKd値は次に、曲線適合プログラム、(curveexpert.webhop.netからの)CurveExpert1.3によって実験データに基づき飽和結合曲線を適合することにより決定された。
(MARAS手順のパラメータ依存性)
1ナノモルの20Nランダム化オリゴヌクレオチドライブラリは、マイクロチューブ中でBDバッファで10μlまで希釈され、95℃まで5分間加熱され、4℃で急冷された。5μlのCRP−MNP試薬の洗浄から得られたCRP−MNPはマイクロチューブ中に添加され、30分間室温でインキュベートされた。CRP−MNPに結合したオリゴヌクレオチド配列は磁気スタンドに誘引されるので、非結合オリゴヌクレオチド配列は除去され、結合混合物は1mlのBDバッファで3回洗浄された。100μlのBDバッファが添加され、試料としてマイクロチューブ中で結合混合物が再懸濁された。印加された磁場は回転磁場(RO−MARAS)または交流磁場(AC−MARAS)のいずれかだった。磁場の強度は試料位置でガウスメータにより測定された。
RO−MARASの周波数依存性の研究について、結合混合物(試料)に、磁気アシストスクリーニングのため、一定の磁場強度(14ガウス)および変動する磁場周波数(例えば:2Hz、20Hz、200Hz、2000Hz、20KHzおよび27KHz)を有する回転磁場が印加された。複数回の磁気アシストスクリーニングが行われ、標的分子に対して異なる結合親和性を有するアプタマーが単離(選択)される。図2は本発明の1つの実施形態によるRO−MARASの周波数依存性の分析のプロセスフローを概略的に示す。この例では、用いられる電力増幅器のため、達することができるもっとも高い周波数はRO−MARASについて14ガウスの磁場強度で27KHzである。まず、試料に2Hzの磁場が10分間印加された後、磁性ナノ粒子に対する磁場の作用による凝集を回避するため、ピペティングにより2.5分毎に撹拌された。振動磁場を試料に印加する目的は、オリゴヌクレオチド配列およびCRP−MNP間の結合上に競合機構を生成することである。試料に振動磁場が印加される際、試料の結合混合物には、溶液中の磁性粒子の回転または振動運動を誘発する、試料の磁性粒子の磁気双極子および外部から印加された磁場の相互作用により生成された駆動トルク、ならびに水溶液中の磁性粒子の運動による散逸トルクが印加される。これらの2つのカウンタートルクは結合オリゴヌクレオチド配列およびCRP−MNP間の結合上に伸縮力を発生させる。CRP−MNPに結合した配列は、伸縮力がCRP−MNPへの配列の結合強度を相殺するまで解離しないだろう。競合機構の向上は、振動磁場の周波数および強度ならびに磁性粒子のサイズを増加する手段により、これらの2つのトルクを増加することにより達成することができる。この例では、振動磁場の周波数が増加すると、磁性粒子の双極子モーメントと磁場方向との間の位相遅れが増加し、磁性粒子の双極子モーメントおよび印加された磁場のベクター産物である駆動トルクの増加をもたらす。一方、駆動磁場の周波数が増加すると増加する磁性粒子のより高い角速度のため、散逸トルクも増加する。よって伸縮力は外部から印加された振動磁場の周波数を増加することにより向上させることができる。第1回目の磁気スクリーニングは2Hzの磁場周波数で行われ、上澄み中の解離(非結合)ヌクレオチド配列は磁気スタンドを用いることにより回収された。14ガウスの磁場強度ならびに2Hz、20Hz、200Hz、2000Hz、20KHzおよび27KHzの磁場周波数の回転磁場(RO)下の20Nランダム化ヌクレオチド配列ライブラリに基づき、これらの回収された非結合ヌクレオチド配列は、(表1に挙げられるように)個別の参照番号を有し、それぞれ20N RO F2、F20、F200、F2K、F20K、F27K配列と称された。その後、100μlのBDバッファが添加され、保持された結合混合物が再懸濁され、混合物に図2に示されるように次の周波数20Hzを有する磁場が印加された。前述のプロセスは最終周波数(27KHz)を有する磁場が印加されるまで繰り返された。最終周波数の磁場の印加後、磁気分離の最終回が行われ、上澄みが分離され、結合混合物が保持された。最後に、100μlのBDバッファが保持された結合混合物に添加され、95℃まで5分間加熱され、アプタマーがCRP−MNPから溶出され、上澄み中の溶出アプタマーが磁気スタンドを用いることにより回収された。次に回収された上澄みに後述する陰性選択が行われた。陰性選択後、最終上澄みは>27Kと示された。振動磁場を印加することによる上記磁気スクリーニングは陽性選択と称される。陽性選択中に標的ストレプトアビジン磁性ナノ粒子が用いられたので、得られたアプタマーは場合によっては標的の代わりにSA−MNPに結合したものから選択され得る。従って、各回収された上澄みに陰性選択が行われ、これはSA−MNPを用いることにより行われ、SA−MNPに結合し得るいずれのアプタマーも除去された。陰性選択は陽性選択前または後に行ってもよい。陰性選択について、5μlのSA−MNP試薬の洗浄から得られたSA−MNPが回収された上澄みに添加され、30分間室温でインキュベートされた。次に回収された上澄みに、磁気スタンドを用いることにより磁気分離が行われ、アプタマー−ストレプトアビジン−磁性ナノ粒子が除去され、上澄みが回収された。なお、SA−MMPは陰性選択に用いることもできる。異なる磁場周波数でのさまざまな回数の磁気アシストスクリーニングからの陰性選択後に得られた上澄みは対応する周波数で称された。回収された上澄みは、クローニング、PCR増幅および配列決定のようなさらなる分析のため、1mlの100%冷アルコールで沈殿された。
(磁性ナノ粒子でRO−MARASを用いることにより選択されたアプタマーの特徴付け)
さまざまな回転磁場周波数の磁気アシストスクリーニング(陽性選択および陰性選択)から得られたアプタマーは20N RO F2(−1、−2)、20N RO F20(−4、−5)、20N RO F200(−1、−3)、20N RO F2K(−1、−4)、20N RO F20K(−1、−2)、20N RO F27K(−4、−6)および20N RO >F27K(−1、−5)と称され、選択された20Nアプタマーの配列決定結果は表1に挙げた。
解離定数(Kd)はq−PCRおよび非線形適合曲線により計算された。図3は、本発明の1つの実施形態によるRO−MARASにおいて用いられた磁場周波数およびRO−MARASによりスクリーニングされた選択された20Nアプタマーの解離定数(Kd)の関係を示す。図3の結果は、RO−MARASの磁場周波数が増加すると、RO−MARASによりスクリーニングされた選択された20Nアプタマーの解離定数(Kd)が減少することを示す。RO−MARASにより14ガウスの一定の磁場強度および一連の周波数でスクリーニングされた20Nアプタマーのもっとも低いKd値は、20N RO >27K−1アプタマーの6.26nMだった。換言すると、より高い結合親和性を有するアプタマーは、RO−MARASの磁場周波数を増加することによりスクリーニングすることができる。これは競合機構を確認し、選択されたアプタマーの標的に対する親和性は駆動磁場の周波数を増加することにより向上させることができることを示す。これはRO−MARASによりスクリーニングされたアプタマ−の標的分子に対する親和性が印加された回転磁場周波数に依存することも示す。より高い磁場周波数および磁場強度でのMARASの選択パラメータを最適化するため、磁場強度および周波数を含む、印加された交流磁場(AC−MARAS)の選択されたアプタマ−の親和性に対する効果が研究された。20Nランダム化オリゴヌクレオチド配列ライブラリのCRP−MNPとの結合混合物の調製は上述したとおりだった。磁場周波数依存性の分析では、一定の磁場強度(25ガウス)および変動する磁場周波数(例えば:2Hz、20Hz、200Hz、2KHz、20KHzおよび200KHz)を有するAC磁場が図1Bの装置によって印加された。まず、結合混合物に25ガウスおよび2HzのAC磁場が10分間印加された。磁場の印加中、混合物はピペティングにより2.5分毎に撹拌された。1回の磁気アシストスクリーニング後、磁気分離が行われ、上澄みが回収され、結合混合物が100μlのBDバッファ中に再懸濁された。混合物により高い周波数(例えば20Hz)を有する別のAC磁場が連続して印加された。上記手順は最終周波数(200KHz)を有するAC磁場が印加されるまで繰り返された。
最終周波数の磁場の印加後、磁気分離が行われ、上澄みが分離され、結合混合物が保持された。最後に、100μlのBDバッファが添加され、保持された結合混合物が再懸濁され、次に溶出のため95℃まで5分間加熱された。上澄み中の溶出アプタマーは磁気スタンドにより分離され、回収された上澄みに上述したように陰性選択が行われた。SA−MNPに結合し得るいずれのアプタマーも除去する陰性選択が行われる最終上澄みは>200Kと示された。また、陰性選択が異なる周波数を有するAC磁場の印加から得られたそれぞれの回収された上澄みについて行われ、アプタマー−ストレプトアビジン−磁性ナノ粒子が除去され、上澄みが回収された。陰性選択はAC−MARASにおいて陽性選択前または後に行われてもよい。陰性選択後、異なる磁場周波数でのさまざまな回数の磁気アシストスクリーニングから得られた上澄みは、対応する周波数として称された。すべての回収された上澄みは、PCR増幅、クローニングおよび配列決定のような、さらなる分析のため1mlの100%冷アルコールで沈殿された。
(磁性ナノ粒子でAC−MARASを用いることにより選択されたアプタマーの特徴付け)
2Hz、20Hz、200Hz、2000Hz、20KHzおよび200KHzの磁場周波数の交流磁場(AC)下の20Nランダム化ヌクレオチド配列ライブラリに基づき、これらの回収された非結合ヌクレオチド配列は、(表2に挙げられるように)個別の参照番号を有する20N AC F2(−2、−4)、F20(−2、−4)、F200(−1、−2)、F2K(−1、−4)、F20K(−1、−3)、F200K(−1、−2)、>200K(−1、−2)と示された。
図4は、本発明の1つの実施形態によるAC−MARASにおいて用いられた磁場周波数およびAC−MARASによりスクリーニングされた選択された20Nアプタマーの解離定数(Kd)の関係を示す。図4の結果は、AC−MARASの磁場周波数が増加すると、AC−MARASによりスクリーニングされた選択された20Nアプタマーの解離定数(Kd)が減少することを示す。AC−MARASにより25ガウスでスクリーニングされた20Nアプタマーのもっとも低いKd値は、20N AC >200K−2アプタマーの8.35nMだった。AC−MARASまたはRO−MARASによって得られた対応するKd値およびKd値対磁場周波数の曲線は同様である。図3または4の結果に基づき、選択されたアプタマーのKdはRO−MARASまたはAC−MARASのいずれについても周波数依存的である。
上記結果によると、(AC−MARASおよびRO−MARASを含む)MARASにより選択されたアプタマーの結合親和性は、MARASの印加された磁場周波数に高度に依存する。MARASの磁場条件を最適化するため、その後の実験ではより高い磁場強度が用いられた。
磁場強度依存性の分析について、固定周波数(100KHz)および変動する磁場強度(例えば:12.5ガウス、25ガウス、50ガウス、100ガウス、200ガウスおよび400ガウス)のAC磁場を用いるAC−MARASは図1Bの装置で行われた。実験手順は周波数依存性の分析の手順と同様だった。また、回収された上澄みは上述したものと同様の指定スキームを用いて示された。陰性選択後、一連の上澄みは回収され、すべての回収された上澄みはさらなるPCR増幅、クローニングおよび配列決定のため1mlの100%冷アルコールで沈殿された。
(高磁場強度MARAS(HAC−MARAS)から選択されたアプタマーの特徴付け)
100KHzの固定磁場周波数ならびに12.5ガウス(12.5g)、25ガウス、50ガウス、100ガウス、200ガウスおよび400ガウスの高磁場強度の交流磁場(AC)下の20Nランダム化ヌクレオチド配列ライブラリに基づき、これらの回収されたアプタマー配列は20N HAC 12.5g(−1、−2)、20N HAC 25g(−1、−2)、20N HAC 50g(−2、−9)、20N HAC 100g(−1、−2)、20N HAC 200g(−2、−3)、20N HAC 400g(−1、−5)および20N HAC >400g(−1、−4)と示され、アプタマーの配列決定結果は表3に挙げた。

HAC:高磁場強度
HAC−MARASにより100KHzの固定磁場周波数でスクリーニングされた20Nアプタマーのもっとも低いKd値は、20N HAC 400g−1アプタマーの5.67nMだった。図5は、本発明の1つの実施形態によるHAC−MARASにおいて用いられた磁場強度およびHAC−MARASによりスクリーニングされた選択された20Nアプタマーの解離定数(Kd)の関係を示す。図5の曲線は、HAC−MARASの印加された磁場強度が増加すると、選択された20NアプタマーのKd値が減少することを示す。よって、標的に対してより高親和性のアプタマーは、印加されたAC磁場の磁場強度の増加からもたらされた競合機構を向上させることにより得ることができる。向上は、磁性粒子がより高い強度を有する振動磁場下で回転または振動する場合、より高い磁場強度およびより大きな瞬間旋回速度からもたらされたより大きな駆動トルクによる。競合機構の同じ向上をRO−MARASについて回転磁場の磁場強度を増加することにより達成することができることも推測することができる。
よって、MARASによりスクリーニングされたアプタマーの結合親和性は、印加された磁場の強度または周波数のいずれかに依存する。さらに、所望の範囲の解離定数を有する標的分子に対するアプタマーは、MARASプロトコルの印加された磁場の下部カットオフおよび上部カットオフ周波数および/または強度を適切に選択することにより、選択することができる。
(ワンショットMARAS(OS−MARAS)手順)
標的分子に対して高い結合親和性を有するアプタマーの選択のためのMARASプロトコルの強度をさらに示すため、RO−MARASの図1Aの装置を用いてワンショットMARAS(OS−MARAS)が行われた。ワンショットMARAS実験では、異なる長さの中央部を有する3タイプのランダム化オリゴヌクレオチド配列(60N、40Nおよび20N)が配列ライブラリとして用いられ、選択されたアプタマーの標的分子に対する親和性に対する配列長さの影響が同時に評価される。ワンショットRO−MARAS(OS−RO−MARAS)実験は14ガウスおよび20KHzで行われた。60N、40Nおよび20NライブラリのCRP−MNPとの結合混合物は上述したように調製された。各結合混合物に14ガウスおよび20KHzの回転磁場が10分間印加され、2.5分毎にピペティングにより撹拌された。1回の磁気アシストスクリーニング後、上澄みは磁気スタンドを用いることにより除去され、保持された結合混合物は100μlのBDバッファで再懸濁された。その後、保持された結合混合物は溶出のため95℃まで5分間加熱された。上澄み中の溶出アプタマーは磁気スタンドにより分離され、回収された上澄みに上述したように陰性選択が行われた。陰性選択が行われ、いずれのSA−MNP結合アプタマーも除去された。もう1回磁気分離が行われ、上澄みが回収され、これは次にさらなる分析のため1mlの100%冷アルコールで沈殿された。2つのアプタマーが配列決定および結合親和性計算のため各実験から選択された。また、AC−MARASの図1Bの装置を用いる高磁場でのワンショットAC−MARAS(OS−AC−MARAS)は、上述した同様の手順に従って、100ガウスおよび150KHzのAC磁場を用いて行われた。
ワンショットRO−MARAS(OS−RO−MARAS)によりスクリーニングされた選択された60N、40Nおよび20Nアプタマーは、OS−RO−60N>20K(−1、−2)、OS−RO−40N>20K(−1、−2)、およびOS−RO−20K>20K(−3、−6)と称され、配列決定結果は表4に挙げた。OS−RO−MARAS実験について、スクリーニングされた20Nアプタマーは、RO−MARASによって連続した磁気アシストスクリーニングで選択されたF27Kおよび>27Kと称される20Nアプタマーに対応する。
60N、40Nおよび20Nアプタマーの結合親和性はq−PCRおよび非線形適合曲線により計算され、ワンショットRO−MARAS実験から選択されたアプタマーの解離定数Kdの平均値は表5に示した。
結果は、OS−RO−MARASによりスクリーニングされたアプタマーのKd値が以前の結果、すなわちアプタマーのKd値と一貫していることを示した。例えば、12.19±0.31nMのKdを有するアプタマーOS−RO−20N>20KHz対22.53nMのKdを有するアプタマー20N RO F27K−6および6.26nMのKdを有するアプタマー20N RO >27K−1が図3に示された。
100ガウスおよび150KHzの周波数で行われたワンショットAC−MARASについて、OS−AC−MARASによりスクリーニングされた選択された60N、40Nおよび20NアプタマーはOS−AC−60N(−1、−2)、OS−AC−40N(−6、−7)、およびOS−AC−20N(−1、−2)と称され、選択されたアプタマーの配列決定結果は表6に示した。
ワンショットAC−MARAS実験からの選択された60N、40Nおよび20NアプタマーのKdの平均値は表7に示した。
異なる長さ(60N、40N、および20N)のランダム化オリゴヌクレオチド配列から選択されたアプタマーの解離定数の結果を比較すると、選択されたアプタマ−の結合親和性がMARASプロトコルのランダム化オリゴヌクレオチド配列の長さから独立していることを示す。
また、前記のとおり、陽性選択前に陰性選択を行うことができ、これは逆方向MARASプロトコルと称される。逆方向RO−MARAS実験について、20Nランダム化オリゴヌクレオチド配列が初期ライブラリとして用いられた。1ナノモルの20Nランダム化オリゴヌクレオチド配列ライブラリにまず陰性選択が行われ、磁気分離が行われ、磁気スタンドを用いることにより結合混合物から上澄みが分離された。ライブラリの調製および陰性選択の手順は上述したとおりだった。陰性選択が行われる回収された上澄みは低減ライブラリとして作用させた。低減ライブラリは上述したようにCRP−MNPとインキュベートされた。結合混合物に14ガウスおよび20KHzの回転磁場が10分間印加され、2.5分毎にピペティングにより撹拌された。1回の磁気アシストスクリーニング後、上澄みが除去され、保持された結合混合物が100μlのBDバッファで再懸濁された。その後、混合物は溶出のため95℃まで5分間加熱され、もう1回磁気分離が行われ、上澄みが回収され、これは次にさらなる分析のため1mlの100%冷アルコールで沈殿された。逆方向AC−MARAS実験は150KHzおよび100ガウスの交流磁場で行われた。逆方向AC−MARASの手順は逆方向RO−MARASのものと同様だった。
表8はMARASおよび逆方向MARASによりスクリーニングされたアプタマーの解離定数Kdの比較を示す。
表8の結果は、MARASおよび逆方向MARASからの選択されたアプタマーの解離定数が同様および同等だったことを示す。従って、陽性選択および陰性選択を行う順番(すなわち、陽性選択が先か陰性選択が先か)は選択されたアプタマーの質(解離定数に関する標的への結合親和性)を変えないだろう。
MARASに用いられる磁性粒子を有効にするため、ナノメートルサイズに限定されず、磁性マイクロ粒子(Mi)を用いることによりMi−MARASが行われた。CRP−MNPは陽性および陰性選択中でCRP−MMPに置換された。アプタマー−CRP−MMPの結合混合物の調製は、CRP−MMPを用いる以外、アプタマー−CRP−MNPのそれと同じだった。混合物にAC磁場が10分間印加され、2.5分毎にピペティングにより撹拌され、マイクロ磁性粒子の凝集および沈殿が回避された。100KHzの周波数および400ガウスの強度を有するAC磁場がワンショットMi−MARASプロトコルに用いられた。陽性選択後、陰性選択が行われ、5μlのSA−MMP試薬の洗浄から得られたSA−MMPを用いることにより、いずれのSA−MMP結合アプタマーも除去された。陰性選択の手順は、SA−MMPを用いる以外、前述したものと同じだった。なお、SA−MNPを陰性選択に用いることもできる。プロセスの詳細は上記のセクションに記載したとおりだった。ワンショットMi−MARASによりスクリーニングされた選択された20NアプタマーはOS−Mi−20N−1およびOS−Mi−20N−2と称され、選択されたアプタマーの配列決定結果は表9に示した。
ワンショットMi−MARAS実験から選択されたアプタマーのKdの平均値は0.825±0.71nM(Kd0.33nMのOS−Mi−20N−1およびKd1.33nMのOS−Mi−20N−2)だった。より大きなサイズを有する磁性粒子は、磁性粒子に作用する磁気トルクおよび散逸トルクを増加することにより、競合機構を向上させることができることを示す。向上は、磁性粒子のより大きな双極子モーメントからもたらされたより高い駆動トルクおよび水溶液中で回転または振動する際の磁性粒子のより高い旋回速度からもたらされたより高い散逸トルクのためである。
要約すると、MARASプロセスによって選択されたアプタマーは標的と相互作用することができる。また、MARASによって選択されたアプタマーの解離定数は磁場依存性であり、そのKd値は磁場周波数および磁場強度が増加すると減少する。加えて、標的と結合する一本鎖アプタマーの解離定数は、MARASプロトコル下で適切な周波数および強度の回転または交流磁場を印加することにより、数ナノモル(nM)のレベルであり得る。さらに、MARASプロトコルにおいて、磁性ナノ粒子の代わりにバイオ機能化磁性マイクロ粒子が用いられた場合、選択されたアプタマーの解離定数はピコモル(pM)レベルにさえ達し得た。AC−MARASにより選択された一本鎖アプタマーの結合親和性は、同じ磁場条件下でRO−MARASにより選択されたアプタマーのそれと同様だった。
また、標的分子に特異的であり、これに対して所定の結合親和性を有する(すなわち所望の範囲内の解離定数を有する)1つ以上のアプタマーは、MARASプロトコルの印加された磁場の下部カットオフおよび上部カットオフ磁場周波数および/または磁場強度を適切に選択することにより、選択することができる。数週から数ヶ月を必要とする従来のss−SELEXプロセスと比較して、この研究に記載されたMARASプロトコルは1時間未満以内に完了することができ、消費する実験用品および労働力がより少ない。
本発明の範囲または精神から逸脱することなく本発明の構造にさまざまな変更および変形を行うことができることは当業者には明らかであるだろう。前述の観点から、本発明は、下記の特許請求の範囲およびそれらの同等物の範囲内に該当する場合、本発明の変更および変形を含むことが意図される。
本発明は、DNAライブラリから標的結合オリゴヌクレオチドをスクリーニングするのにバイオ機能化磁性粒子を用いるアプタマー選択プロトコルを提供する。こうしたプロトコル、磁気アシスト迅速アプタマー選択(MARAS)は、高親和性アプタマーを得るための効率的なプロトコルである。
100:コイル
200:電力増幅器
300:信号発生器

Claims (35)

  1. a)複数のオリゴヌクレオチド配列を有する少なくとも1つのランダム配列ライブラリおよび上部に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を含む試料を提供するステップであって、前記複数のオリゴヌクレオチド配列の第1部分が、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合される、ステップ;
    b)磁気スタンドを用いることにより第1回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分を回収するステップ;
    c)前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分をバッファ中に分散させるステップ;
    d)前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の一部分が、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から解離されるように、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分に振動磁場を印加することにより、磁気アシストスクリーニングを行うステップ;
    e)上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から解離された前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記一部分が除去されるように、前記磁気スタンドを用いることにより第2回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の第2部分を回収するステップ;
    f)上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分を前記バッファ中に分散させるステップ;
    g)上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分を溶出するステップ;
    h)前記磁気スタンドを用いることにより第3回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を除去するステップ;ならびに
    i)前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分に陰性選択を行い、前記標的分子に特異的なアプタマーを選択するステップであって、前記標的分子に特異的な前記アプタマーが、上部に前記標的分子が結合していない前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合されない、ステップ、
    を含む、アプタマー選択プロトコル。
  2. 前記標的分子が、前記複数の磁性ナノ粒子またはミクロ粒子および前記標的分子のそれぞれに付着した結合対によって、前記標的分子が、前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合される、請求項1に記載のアプタマー選択プロトコル。
  3. 前記結合対が、前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に付着した第1成分および前記標的分子に付着した第2成分を含む、請求項2に記載のアプタマー選択プロトコル。
  4. 前記陰性選択を行うステップi)が、
    上部に前記第1成分が付着した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を、前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分へ加える工程、
    上部に前記第1成分が付着した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を、前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分とインキュベーションする工程;ならびに
    上部に前記第1成分が付着した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列を除去することにより、前記標的分子に特異的な前記アプタマーを得るために第4回目の磁気分離をする工程、
    を含む、請求項3に記載のアプタマー選択プロトコル。
  5. 前記振動磁場が、回転磁場である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  6. 前記回転磁場の周波数が、1Hz〜300KHzである、請求項5に記載のアプタマー選択プロトコル。
  7. 前記回転磁場の強度が、5ガウス〜1000ガウスである、請求項5に記載のアプタマー選択プロトコル。
  8. 前記振動磁場が、交流磁場である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  9. 前記交流磁場の周波数が、1Hz〜300KHzである、請求項8に記載のアプタマー選択プロトコル。
  10. 前記交流磁場の強度が、5ガウス〜1000ガウスである、請求項8に記載のアプタマー選択プロトコル。
  11. 前記磁性ナノ粒子のサイズが、5nm〜500nmである、請求項1〜10のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  12. 前記磁性マイクロ粒子のサイズが、0.50μm〜50μmである、請求項1〜10のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  13. a)複数のオリゴヌクレオチド配列を有する少なくとも1つのランダム配列ライブラリを含む試料を提供し、バッファで希釈するステップ;
    b)上部に標的分子が結合していない複数の第1磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子とインキュベートすることにより前記試料に陰性選択を行い、上部に前記標的分子が結合していない前記複数の第1磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合していない前記複数のオリゴヌクレオチド配列の第1部分を単離するステップ;
    c)第1回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合していない前記複数の第1磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列を前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分から除去するステップ;
    d)前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分を、上部に標的分子が結合した複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子とインキュベートするステップであって、前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の第2部分が、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合される、ステップ;
    e)第2回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分を回収するステップ;
    f)上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分を前記バッファ中に分散させるステップ;
    g)前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の一部分が、上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から解離されるように、上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分に振動磁場を印加することにより、磁気アシストスクリーニングを行うステップ;
    h)上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から解離された前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の前記部分が除去されるように、磁気スタンドを用いることにより第3回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の第3部分を回収するステップ;
    i)上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の前記第3部分をddHOで分散させるステップ;
    j)上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の前記第3部分を溶出するステップ;ならびに
    k)第4回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を除去し、前記標的分子に特異的なアプタマーを得るステップ、
    を含む、アプタマー選択プロトコル。
  14. 前記標的分子が、結合対によって前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合され、前記結合対が、前記複数の第2磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に付着した第1成分および前記標的分子に付着した第2成分を含む、請求項13に記載のアプタマー選択プロトコル。
  15. 前記複数の第1磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子が、上部に結合した第1成分を有する、請求項14に記載のアプタマー選択プロトコル。
  16. 前記振動磁場が、回転磁場である、請求項13〜15のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  17. 前記回転磁場の周波数が、1Hz〜300KHzである、請求項16に記載のアプタマー選択プロトコル。
  18. 前記回転磁場の強度が、5ガウス〜1000ガウスである、請求項16に記載のアプタマー選択プロトコル。
  19. 前記振動磁場が、交流磁場である、請求項13〜15のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  20. 前記交流磁場の周波数が、1Hz〜300KHzである、請求項19に記載のアプタマー選択プロトコル。
  21. 前記交流磁場の強度が、5ガウス〜1000ガウスである、請求項19に記載のアプタマー選択プロトコル。
  22. 前記第1または第2磁性ナノ粒子のサイズが、5nm〜500nmである、請求項13〜21のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  23. 前記第1または第2磁性マイクロ粒子のサイズが、0.50μm〜50μmである、請求項13〜21のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  24. a)複数のオリゴヌクレオチド配列を有する少なくとも1つのランダム配列ライブラリおよび上部に標的分子が結合した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を含む試料を提供するステップであって、前記複数のオリゴヌクレオチド配列の第1部分が、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合される、ステップ;
    b)磁気スタンドを用いることにより第1回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分を回収するステップ;
    c)上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分をバッファ中に分散させるステップ;
    d)前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の一部分が、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から解離されるように、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分に第1振動磁場を印加することにより、第1磁気アシストスクリーニングを行うステップ;
    e)上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から解離された前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記部分が除去されるように、前記磁気スタンドを用いることにより第2回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の第2部分を回収するステップ;
    f)上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分を前記バッファ中に分散させるステップ;
    g)前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の一部分が、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から解離されるように、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分に第2振動磁場を印加することにより、第2磁気アシストスクリーニングを行うステップ;
    h)前記磁気スタンドを用いることにより第3回目の磁気分離を行い、上部に前記標的分子が結合した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子から解離された前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の第3部分を回収するステップ;ならびに
    i)前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の前記第3部分に陰性選択を行い、前記標的分子に特異的なアプタマーを選択するステップであって、所望の親和性を有する前記標的分子に特異的な前記アプタマーが、上部に前記標的分子が結合していない前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合されない、ステップ、
    を含む、選択されたアプタマーが標的に対して所望の範囲の親和性を有するアプタマー選択プロトコル。
  25. 前記標的分子が、前記複数の磁性ナノ粒子またはミクロ粒子および前記標的分子のそれぞれに付着した結合対によって前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合され、前記結合対が、前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に付着した第1成分および前記標的分子に付着した第2成分を含む、請求項24に記載のアプタマー選択プロトコル。
  26. 前記陰性選択を行うステップi)が、
    上部に前記第1成分が付着した複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を加える工程、
    上部に前記第1成分が付着した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子を、前記複数のオリゴヌクレオチド配列の前記第1部分の前記第2部分の前記第3部分とインキュベーションする工程;ならびに
    上部に前記第1成分が付着した前記複数の磁性ナノ粒子またはマイクロ粒子に結合した前記複数のオリゴヌクレオチド配列を除去することにより、前記標的分子に特異的な前記アプタマーを得るため第4回目の磁気分離をする工程、
    を含む、請求項25に記載のアプタマー選択プロトコル。
  27. 前記第1振動磁場が、前記第2振動磁場より低い磁場周波数および/または磁場強度を有する、請求項24〜26のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  28. 前記第1および第2振動磁場が、回転磁場である、請求項27に記載のアプタマー選択プロトコル。
  29. 前記回転磁場の磁場周波数が、1Hz〜300KHzである、請求項28に記載のアプタマー選択プロトコル。
  30. 前記回転磁場の磁場強度が、5ガウス〜1000ガウスである、請求項28に記載のアプタマー選択プロトコル。
  31. 前記第1および第2振動磁場が、交流磁場である、請求項27に記載のアプタマー選択プロトコル。
  32. 前記交流磁場の磁場周波数が、1Hz〜300KHzである、請求項31に記載のアプタマー選択プロトコル。
  33. 前記交流磁場の磁場強度が、5ガウス〜1000ガウスである、請求項31に記載のアプタマー選択プロトコル。
  34. 前記磁性ナノ粒子のサイズが、5nm〜500nmである、請求項24〜33のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
  35. 前記磁性マイクロ粒子のサイズが、0.50μm〜50μmである、請求項24〜33のいずれか1項に記載のアプタマー選択プロトコル。
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