JP3318019B2 - サッカリド類の光学的検出法 - Google Patents
サッカリド類の光学的検出法Info
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Description
法、特に、発光寿命とエネルギー転移を利用するサッカ
リド類の検出法に関する。
と定量は、糖尿病患者の臨床的治療にとって必要であ
る。グルコース濃度の典型的な一つの測定法は、グルコ
ースオキシダーゼを利用し、H2O2を電気化学的に測定
する方法である。しかしながら、この方法には、血中の
グルコース濃度を測定するためには血液試料を採取しな
ければならないため、非侵襲性の測定ができないという
欠点がある。
グルコースを検出する方法が知られている。しかしなが
ら、この蛍光強度測定法は、光退色、組織からの光散乱
および血液による高い吸光度に起因して不正確になるた
めに、グルコース濃度の信頼できる測定法としては実用
的ではない。さらに、このような測定法は、蛍光消光酸
素のグルコースオキシダーゼによる消費から求められる
蛍光強度の変化を利用する間接的な方法によっておこな
われる場合が多い。
とエネルギー転移を利用するグルコース測定法によって
上記の問題点を解決するためになされたものである。
励起性発光性ドナーを含むエネルギー転移性のドナー−
アクセプター対を被分析試料と接触させ、次いで該試料
に照射し、発生する発光を検出する。ドナー−アクセプ
ター対のうちの一方はキャリヤーに結合され、他方およ
び試料中のグルコースは、キャリヤー上の結合サイトに
対して競合する。ドナーとアクセプターが結合合体する
と、両者間にエネルギー転移が起こるために、ドナーの
蛍光寿命に検出可能な変化がもたらされる。この寿命変
化は、競合的に結合するグルコースによって低減または
打消される。従って、見掛けの発光寿命を、例えば、位
相変調蛍光分析法または時間分解蛍光分析法によって測
定することにより、試料中のグルコース量を測定するこ
とができる。
キャリヤーに結合させ、アクセプターと試料中のグルコ
ースはConAキャリヤー上の結合サイトに対して競合さ
せる。従って、寿命変化は、アクセプターに対するグル
コースの競合的結合によって低減または打消される。
って血中のグルコース濃度を正確に測定するのに特に有
用である。非侵襲性の方法の場合には、可移植性パッチ
(pa-tch)と体外ファイバーオプチィックセンサーを使用
してもよい。本発明方法は、インシュリン分配装置用制
御シグナルの提供に利用してもよい。さらに、本発明方
法は、体液中のグルコースの検出に限定されるものでは
なく、他の用途、例えば、食物の加工中または発酵反応
におけるグルコースの検出と測定に利用してもよい。本
発明方法はまた、α−メチルマンノシドやグルコース以
外にも、試料中に含有される他のサッカリド、複合サッ
カリドおよびポリサッカリドにも適用できる。同様に、
キャリヤーとしては、コンカナバリンA以外のもの、例
えば、レクチン、小麦胚芽凝集素およびリシン等を使用
してもよい。
ナー−アクセプター対は、被分析試料にさらすか、また
は接触させる。この明細書で使用する「試料」という用語
は広義に解釈すべきものであって、いずれの配合物、表
面、溶液、エマルション、懸濁液、混合物、細胞培養
物、発酵培養物、細胞、組織、分泌物、および/または
これらの誘導体もしくは抽出物等も包含される。本発明
による測定法は試験管内、生体内または現場のいずれで
おこなってもよい。
−アクセプター対のうちのドナーは蛍光性である。適当
な蛍光性ドナーとしては、カスケードブルー、テキサス
レッド、フルオレセイン、7−アミノ−4−メチルクマ
リン−3−カルボン酸(AMCA)およびこれらのエステ
ル(例えば、スクシンイミジルエステル、および比較的
寿命の長い発蛍光団、例えば、ランタニドおよび金属配
位子錯体等が例示される。比較的寿命の長い発蛍光団の
使用は、血液試料の臨床的測定において特に有効である
が、その理由は、該発蛍光団が、組織からの自己蛍光を
抑制することである。テキサスレッド−ConA、AMC
A−ConAおよびカスケードブルー−ConAをそれぞれ
以下の式(1)〜(3)に示す。
ン、エオシンおよびTRITC等が例示され、これら
は、例えば、以下の式(4)に示すマラカイトグリーン−
デキストランのように、キャリヤーに結合していてもよ
い。
は、励起と発光波長を、所望により、長波長または短波
長へ選択的に移動させることができることである。従っ
て、本発明においては、パルスまたは変調レーザーダイ
オードを含む広範囲の光源と共に、組織やヘモグロビン
の吸収波長以上の波長を利用できる。さらに、寿命のよ
り長い発蛍光団を使用することによって、自己蛍光の回
避手段が得られ、また、光源として電界発光装置の使用
が可能となる。この種の装置は米国特許出願第07/7
55,232号明細書(1991年9月5日出願)に開示
されており、該明細書の記載内容も本明細書の一部を成
すものである。
の一方はキャリヤーに結合され、他方は試料中に存在す
るグルコースとキャリヤー上の結合サイトに対して競合
する。好ましい態様においては、ドナーはキャリヤーに
結合され、アクセプターはキャリヤー上の結合サイトに
対してグルコースと競合する。この場合、キャリヤーは
ドナーによって標識化(labelled)されたと言うことがで
きる。ドナー自体はグルコースの影響を受けないか、ま
たは、グルコースとドナー間の競合的置換を妨げること
が重要である。蛍光性ドナーに結合したとき、本発明の
目的にとって特に有用なキャリヤーはコンカナバリンA
(ConA)である。ConAのスクシニル誘導体は安定性と
耐自己凝集性が高いので特に有用である。
ば、糖または高分子糖等に結合させてもよい。この場
合、糖または高分子糖はアクセプターによって標識化さ
れたと言うことができる。この態様は、例えば、可移植
性パッチと接触するセンサー領域がグルコースに対して
浸透性である該パッチからアクセプターが失われること
が防止されるので有利である。本発明方法において有用
な標識化された糖または高分子糖としては、マラカイト
グリーン−デキストラン、エオシンカダベリン−α,T
RITC−マンノシドおよびTRITC−カダベリン−
α,D−マンノースピラノシルフェニル等が例示され
る。
得られる発光を検出する工程が含まれる。エネルギー転
移性のドナー−アクセプター対を使用する利点の一つ
は、直接的または外部的に調整できる光源はいずれも使
用できるということである。本発明に使用できる光源と
しては、イオンレーザー、色素レーザー、LED、レー
ザーダイオードおよびELL等が例示される。所望の波
長を得るためには、フィルターを使用することによっ
て、入射ビームと放射ビームを濾光してもよい。
も一方が光励起性発光性であるドナーとアクセプターの
間においてエネルギーの転移がおこなわれる。ドナーと
アクセプターの間のエネルギー転移によって、グルコー
スの存在に対応する蛍光寿命の変化が引き起こされる。
このエネルギー転移の効率は、ドナーの量子収量、ドナ
ーの発光スペクトルのアクセプターの吸収スペクトルの
重なり、およびドナーとアクセプター間の相対的な距離
と配向に依存することに留意すべきである。
特定の変調周波数で変調され、寿命は既知の位相変調
法、即ち、周波数ドメイン法によって測定される。ある
いは、パルス放射源を使用し、試料の寿命を既知の時間
分解法によって測定してもよい。位相変調および時間分
解による蛍光分析法はいずれも当該分野においては周知
な技術である[例えば、ラコビッツ(Lakowicz)著、「蛍
光分析法の原理」(1983年、プレナム・プレス発
行)、第3章参照]。しかしながら、現在の測定器械の観
点からは、位相変調法の方が簡便である。説明を簡潔に
するために、ここでは、位相変調法のみについて説明す
るが、時間分解測定法の場合にもこれらの説明は一般的
に適用できるものである。
変調された放射線によって試料が励起されると、吸収と
発光との間の時間的ずれによって、発光の位相が遅延
し、励起放射に対して復調する。この位相の移動(φ)お
よびこれに対応する復調因子(m)を用いることによっ
て、光励起性発光寿命を周知の式(ラコビッツの前記文
献参照)に基づいて計算できる。
ば、ミッチェルによる米国特許第4,937,457号明
細書およびラコビッツの報文[生物医学科学における蛍
光の応用、第29頁〜第67頁(1986年)、「蛍光減
衰動力学の光子計数および位相変調による測定に関する
概説」]に記載されている装置を利用することによって測
定でき、これらの明細書等に記載されている内容も本明
細書の一部を成すものである。
験は、標識化したConAとアクセプターで標識化した高
分子糖マラカイトグリーン−デキストラン(分子量10,
000)を用いておこなった。デキストランの標識化は
0.1M炭酸塩緩衝液(pH9.2)を用いておこなっ
た。マラカイトグリーン−デキストラン(MG−D)は、
アミノデキストラン約10mgを緩衝液0.5mlに溶解さ
せ、該溶液を、アミンに対して10倍モル過剰量のマラ
カイトグリーンイソチオシアネートのDMSO溶液50
mlと混合することによって調製した。反応は室温で4時
間おこなった。標識化されたデキストランは、セファデ
ックスG−50カラムを通すことによって遊離の色素か
ら分離した。
スケードブルーの蛍光は、ConAに対するMG−Dの結
合によって消光することが実験によって判明した。Con
A上の結合サイトに対して競合的効果を示す未標識糖で
あるメチルマンノシドを添加することによって、消光は
部分的に逆転した。結果を図1に示す。
おこなった。ConAによって担持されたドナーであるフ
ルオレセインの蛍光は、ConAに対するMG−Dの結合
によって消光することがこの実験によって判明した。C
onA上の結合サイトに対して競合的効果を示す未標識糖
であるメチルマンノシドを添加することによって、消光
は部分的に逆転した。結果を図2に示す。
に別の実験をおこなった。ConAによって担持されたド
ナーであるテキサスレッドの蛍光は、ConAに対するM
G−Dの結合によって消光することがこの実験によって
判明した。ConA上の結合サイトに対して競合的効果を
示す未標識糖であるメチルマンノシドを添加することに
よって、消光は部分的に逆転したが、この逆転効果は大
きくはなかった。結果を図3に示す。位相角に対するア
クセプターの効果を図4に示す。図4から明らかなよう
に、アクセプターの濃度が高くなるにつれて位相角は減
少する。従って、ドナーの位相角は、定常状態強度より
も、ConA−糖相互作用のより鋭敏な指標となる。
また別の実験をおこなった。ConAによって担持された
AMCA、カスケードブルー、およびテキサスレッドの
各ドナーに対する変調周波数100〜500MHzにお
ける位相角は、MHzの存在下において減少することが
この実験によって判明した。ConA上の結合サイトに対
して競合的な効果を示す未標識糖であるメチルマンノシ
ドの添加によって、このような位相角の減少は部分的に
逆転した。結果を図5〜図7に示す。
にまた別の実験をおこなった。ドナーとしてはAMCA
−ConAを用いた。結果を図8に示す。図8から明らか
なように、アクセプターの濃度の増加に伴って、位相角
は減少する。この効果は、未標識糖であるメチルマンノ
シドの添加によって、図9に示すように、逆転した。
をおこなった。実験結果は図示しないが、ConAによっ
て担持されたドナーであるカスケードブルーの蛍光は、
アクセプターで標識化した糖であるエオシン−マンノシ
ドをConAに結合させることによって消光することがこ
れらの実験によって判明した。ConA上の結合サイトに
対して競合的な効果を示すグルコースの添加によって、
このような消光効果は部分的に逆転した。また、これら
の実験によって、位相角が変調周波数100〜200M
Hzにおいて減少することも判明した。このような位相
角の減少効果は、グルコースの添加によって部分的に逆
転した。
インを使用する以外は、実施例4と同様の実験をおこな
った。実験結果は図示しないが、ConAによって担持さ
れたドナーであるフルオレセインの蛍光は、アクセプタ
ーで標識化された糖であるエオシン−マンノシドをCon
Aに結合させることによって消光することがこれらの実
験によって判明した。ConA上の結合サイトに対して競
合的な効果を示すグルコースの添加によって、このよう
な消光効果は部分的に逆転した。また、これらの実験に
よって、位相角が変調周波数100〜200MHzにお
いてわずかに減少することも判明した。このような位相
角の減少効果は、グルコースの添加によって部分的に逆
転した。
ConAに、アクセプターとしてTRITCカダベリンマ
ンノシドを担持させた効果を調べた。結果を図10に示
す。図10から明らかなように、アクセプターはドナー
の蛍光を消光させ、この効果は、アクセプターの濃度を
高めることによってさらに顕著となる。
ConAに、アクセプターとしてエオシンカダベリンマン
ノシドを担持させた効果を調べた。結果を図11に示
す。図11から明らかなように、アクセプターはドナー
の蛍光を消光させ、この消光効果はグルコースの添加に
よって逆転する。位相角または変調と周波数との関係に
対するアクセプターの効果を図12および図13に示
す。
で標識化したConAを使用する以外は実施例9の場合と
同様の実験をおこなった。結果を図14に示す。図14
から明らかなように、実施例9の場合と類似の消光効果
が認められ、この消光効果はグルコースの添加によって
逆転する。位相角または変調と周波数との関係に対する
アクセプターの効果を図15に示す。
の代わりに、スクシニル−ConA−FITCを使用する
以外は、実施例10の場合と同様の実験をおこなった。
結果を図16に示す。図16から明らかなように、実施
例10の場合と類似の消光効果が認められ、この消光効
果はグルコースの添加によって逆転する。
ダベリンマンノシドの代わりにTRITCカダベリンマ
ンノシドを使用する以外は、実施例11の場合と同様の
実験をおこなった。結果を図17に示す。図17から明
らかなように、実施例11の場合と類似の消光効果が認
められ、この消光効果はグルコースの添加によって逆転
する。
てそれぞれAMCA−ConAおよびTRITCカダベリ
ンマンノシドを使用した実験をおこなった。ドナーとア
クセプターのスペクトルの関係を図18に示す。ドナー
の蛍光に対するアクセプターの消光効果を図19に示
す。アクセプターのグルコースによる置換効果を図20
に示すが、消光効果は、糖濃度の増加に伴って次第に逆
転するようになる。図21には、アクセプターの結合に
よって位相角が減少し、変調が増大する様子を示すが、
このことは、エネルギー転移による減衰時間の低減を示
すものである。この効果は、図22から明らかなよう
に、グルコースの添加によって逆転する。図23〜図2
5はこのエネルギー転移の逆転を平均寿命、位相角およ
び変調によってそれぞれ示すものであり、いずれの場合
にも、グルコース濃度の増加効果が認められる。
ものであり、特許請求の範囲によって規定される本発明
の範囲内において、上記説明は修正変更できる。例え
ば、本発明は、上述のようなエネルギー転移と寿命の変
化の測定に限定されるものではない。エネルギー転移や
寿命の変化は偏光、消光に対する感受率の低下およびそ
の他の方法によって測定してもよい。また、波長のより
長いプローブをドナーやアクセプターとして使用するこ
とによって、安価な光源、例えば変調HeNeレーザーお
レーザーダイオード等を利用してもよい。同様に、他の
キャリヤー、例えば、レクチン、リシンまたは小麦胚芽
凝集素等を使用することによって、他のサッカリド、複
合サッカリドおよびポリサッカリド等を検出してもよ
い。
法によれば、試料中のサッカリド類、例えば、血中のグ
ルコース等の濃度を、非侵襲法によって、直接的にも正
確に測定できる。
って、波長と蛍光強度との関係を示すグラフである。
って、波長と蛍光強度との関係を示すグラフである。
って、波長と蛍光強度との関係を示すグラフである。
って、MG−デキストランの濃度と位相角との関係を示
すグラフである。
って、周波数と位相角または変調との関係を示すグラフ
である。
って、周波数と位相角または変調との関係を示すグラフ
である。
って、周波数と位相角または変調との関係を示すグラフ
である。
って、MG−デキストランの濃度と位相角との関係を示
すグラフである。
って、α−メチルD−マンノシドの濃度と位相角との関
係を示すグラフである。
あって、波長と蛍光強度との関係を示すグラフである。
あって、波長と蛍光強度との関係を示すグラフである。
あって、周波数と位相角または変調との関係を示すグラ
フである。
あって、周波数と位相角または変調との関係を示すグラ
フである。
であって、波長と蛍光強度との関係を示すグラフであ
る。
であって、周波数と位相角または変調との関係を示すグ
ラフである。
であって、波長と蛍光強度との関係を示すグラフであ
る。
であって、波長と蛍光強度との関係を示すグラフであ
る。
であって、波長と発光強度または吸収強度との関係を示
すグラフである。
であって、波長と蛍光強度との関係を示すグラフであ
る。
であって、波長と蛍光強度との関係を示すグラフであ
る。
であって、周波数と位相角または変調との関係を示すグ
ラフである。
であって、周波数と位相角または変調との関係を示すグ
ラフである。
であって、TRITC−マンノシドの濃度と平均寿命と
の関係を示すグラフである。図中の挿入グラフはグルコ
ースの添加効果を示す。
であって、TRITC−マンノシドの濃度と位相角との
関係を示すグラフである。図中の挿入グラフはグルコー
スの添加効果を示す。
であって、TRITC−マンノシドの濃度と変調との関
係を示すグラフである。図中の挿入グラフはグルコース
の添加効果を示す。
Claims (15)
- 【請求項1】 次の(i)〜(iv)の工程を含む、サッ
カリド、複合サッカリドまたはポリサッカリドの光学的
検出法: (i)エネルギー転移性ドナー−アクセプター対であっ
て、該対の一方がキャリヤーに結合され、該キャリヤー
が、該対の他方とサッカリド、複合サッカリドまたはポ
リサッカリドに対して親和性を示す結合サイトを有し、
該対の他方とサッカリド、複合サッカリドまたはポリサ
ッカリドが該キャリヤーの結合サイトに対して競合的に
結合することができ、該対の少なくともドナーが光励起
性発光性であるドナー−アクセプター対を被分析試料に
さらし、 (ii)該試料を放射線で励起させ、 (iii)発生する発光ビームを検出し、次いで、 (iv)見掛けの発光寿命を計算して試料中のサッカリ
ド、複合サッカリドまたはポリサッカリッドを定量す
る。 - 【請求項2】 サッカリド、複合サッカリドまたはポリ
サッカリドがグルコースである請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 ドナー−アクセプター対のドナーがキャ
リヤーに結合され、該キャリヤーが、グルコースと該対
のアクセプターに対して親和性を示す結合サイトを有
し、該アクセプターと試料中のグルコースが該キャリヤ
ーの結合サイトに対して競合的に結合する請求項2記載
の方法。 - 【請求項4】 試料中のグルコースの濃度を見掛けの発
光寿命から計算する請求項2記載の方法。 - 【請求項5】 ドナーが蛍光性である請求項1記載の方
法。 - 【請求項6】 寿命を、位相変調蛍光分析法によって計
算する請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 寿命を、時間分解蛍光分析法によって計
算する請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 ドナーが、カスケードブルー、テキサス
レッド、フルオレセイン、7−アミノ−4−メチルクマ
リン−3−カルボン酸、ランタニド、および金属配位子
錯体から成る群から選択されたものである請求項2記載
の方法。 - 【請求項9】 アクセプターが、マラカイトグリーン−
デキストラン、エオシンカダベリン−α,D−マンノー
スピラノシルフェニル、およびTRITCカダベリン−
α,D−マンノースピラノシルフェニルから成る群から
選択されたものである請求項2記載の方法。 - 【請求項10】 ドナーがコンカナバリンAキャリヤー
に結合された請求項3記載の方法。 - 【請求項11】 アクセプターが糖または高分子糖キャ
リヤーに結合された請求項2記載の方法。 - 【請求項12】 アクセプターが糖または高分子糖キャ
リヤーに結合された請求項10記載の方法。 - 【請求項13】 試料がHeNeレーザーまたはレーザーダ
イオードによって励起される請求項1記載の方法。 - 【請求項14】 試料がHeNeレーザーまたはレーザーダ
イオードによって励起される請求項2記載の方法。 - 【請求項15】 試料がHeNeレーザーまたはレーザーダ
イオードによって結合される請求項3記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JPH0674900A JPH0674900A (ja) | 1994-03-18 |
JP3318019B2 true JP3318019B2 (ja) | 2002-08-26 |
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ID=25235866
Family Applications (1)
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