JP5011313B2 - ポリメチンマーカー色素を使用したタンパク質分解方法およびキット - Google Patents

Description

本発明は、タンパク質を光学的に検出するためのキット、タンパク質を光学的に検出する方法、タンパク質を分析する方法、及び試料中のタンパク質を光学的に検出するためのポリメチンの使用に関する。

血漿リポタンパク質の循環レベルの測定は、脂質輸送の原発性障害及び続発性障害の診断において、またアテローム性動脈硬化症及び冠状動脈疾患に関する危険性評価において重要である。絶食状態で、３つの主要なリポタンパク質クラス：ＶＬＤＬ（超低密度リポタンパク質）、ＬＤＬ（低密度リポタンパク質）及びＨＤＬ（高密度リポタンパク質）が確認されており、それらはそれぞれ、サイズ及び密度、並びに脂質及びアポリポタンパク質組成が異なる。

早期冠状動脈性心臓疾患の危険性と総血漿コレステロール及び血漿ＬＤＬ−コレステロール（ＬＤＬ−Ｃ）との間に正の相関が見られることが十分確立されている。同様に、ＨＤＬ−コレステロール（ＨＤＬ−Ｃ）の減少と血漿ＴＧ（トリグリセリド）の増加との間にも相関が見られる。ＬＤＬのサイズ及び密度の不均一性は十分裏付けされており、また臨床的関連性を有することも示されている。小さくて濃密なＬＤＬ（パターンＢ）は、大きくて低密度のＬＤＬ（パターンＡ）と比較して増大された相対危険性を有する。冠状動脈疾患の危険性と関連される最も有力な脂質／リポタンパク質パターンの１つは、アテローム発生性リポタンパク質表現型（ＡＬＰ）であり、これは中程度に上昇した血漿ＴＧ、低レベルのＨＤＬ−Ｃ、高い総コレステロールと高いＬＤＬ−Ｃ、及び、小さくて濃密なＬＤＬ粒子を特徴とする。ＨＤＬ、ＬＤＬ及びＶＬＤＬの測定方法が臨床検査室で利用可能であるが、優勢ＬＤＬサブクラスの同定方法は、技術的に困難であり、時間を浪費する。

物理的特性の差に基づく血漿リポタンパク質レベルの分離及び分析に関する主な方法としては、超遠心分離、電気泳動及び差分沈殿が挙げられる。これらのうちで、超遠心分離は、血漿リポタンパク質の分析に関する「究極の判断基準」として従来技術では理解されており、分離されたリポタンパク質の脂質及びアポリポタンパク質組成が分析され得る場合に、最大量の情報を潜在的に提供する。

密度勾配遠心分離に関する方法は概して、塩溶液に基づいており、血漿、及び各遠心分離工程又は不連続勾配若しくは連続勾配での遠心分離後の下澄液(infranatants)の密度の調節を伴う順次浮遊（flotation：浮選）を包含する。塩勾配の使用は、多数の不利点を有する。これらは、調製するのが技術的に困難であり、比較的不安定であり、再現性を達成するのが困難である。さらに、多くの場合、リポタンパク質を勾配へ浮遊させるためには長期にわたる遠心分離の必要があり、高い塩濃度はタンパク質構造を改質させて、リポタンパク質分画からのアポリポタンパク質の損失を招き得る。リポタンパク質分画のさらなる分析のために、例えば透析により塩を除去することが通常必要である。このことは、材料の損失及び乏しい回収率をもたらす。

したがって、患者のアテローム発生危険性をより良好に特性化するために、及び患者を管理するためのより多くの情報を得るために、リポタンパク質を分析する改善された方法、特にリポタンパク質のサブクラスパターンを特性化する改善された方法を提供することが望ましい。

本発明の目的は、タンパク質、特にリポタンパク質を検出及び分析するための改善されたキット並びに方法を提供することである。目的は、独立請求項により解決される。好ましい実施形態は、従属請求項により示される。

本発明の一実施の形態によれば、試料中のタンパク質、特にリポタンパク質を光学的に検出するためのキットが提供される。上記キットは、タンパク質、特にリポタンパク質の分離を実施するためのチップであって、試料を受け取るための少なくとも１つのウェル、及び少なくとも１つのウェルに連結され且つ種々の化合物を分離するように適応されている分離チャネルを含むチップを含む。

この実施の形態によれば、上記キットは、以下の化合物Ｖ

のポリメチンを含有するマーカー色素を含む。

特に、上記で定義されるようなマーカー色素が、他の型のタンパク質若しくは核酸に対してあまり染色活性を有しないか、又は全く染色活性を有さずに、リポタンパク質粒子の疎水性内部区画に対して高い親和性を有するという点で、上記キットはリポタンパク質の分析に好適である。例えばヒト血清試料をこの色素と混合すること、及び続く微小流体チップにおける電気泳動的分析により、リポタンパク質の高密度リポタンパク質（ＨＤＬ）亜分画は、低密度リポタンパク質（ＬＤＬ）亜分画と基線分離（baseline separated）され得る。

さらに、ＨＤＬ亜分画は、定量的に分析することができる少なくとも４つ〜５つの個々の亜集団へ分離され得る。

このキットにより、リポタンパク質クラス分布、即ちＨＤＬ対ＬＤＬの割合に関して、並びにＨＤＬサブパターン及びＬＤＬサブパターンに関して、例えば患者の血清試料に対する迅速且つ再現性のある分析が可能となる。

本発明のさらなる実施形態によれば、試料中のタンパク質、特にリポタンパク質の分析方法が提供される。当該方法は、タンパク質、特にリポタンパク質が少なくとも一次元で分離される工程を含む。当該方法は、タンパク質、特にリポタンパク質が、上記化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素で標識される工程をさらに含む。当該方法は、分離され且つ標識されたタンパク質、特に標識されたリポタンパク質を光学的に検出する工程をさらに含む。

本発明の実施形態はさらに、試料中のリポタンパク質を光学的に検出する方法に関し、ここで当該方法は、上記化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素でリポタンパク質を標識する工程を含む。

最終的に、本発明の実施形態は、化合物Ｖのポリメチンでタンパク質を標識することにより、リポタンパク質を光学的に検出するための、並びに／或いはリポタンパク質クラス分布の分析のための、並びに／或いは試料中のＨＤＬサブクラスパターン及び／又はＬＤＬサブクラスパターンの分析のための上記化合物Ｖのポリメチンの使用に関する。

本発明の実施形態は、任意の種類のデータ記憶媒体上に保存させることができるか、或いはそうでなければ任意の種類のデータ記憶媒体により提供することができ、且つ任意の適切なデータ処理装置において又は任意の適切なデータ処理装置により実行され得る１つ又は複数の適切なソフトウェアプログラムにより部分的に若しくは完全に具現化又は支持され得る。ソフトウェアプログラム又はルーチンは好ましくは、例えば標識されたリポタンパク質を検出する工程において、又は得られた信号を較正するか若しくは得られた信号をゲル様画像へ変換する工程において、タンパク質を分析する方法に適用させることができる。例えば、本発明の実施形態による較正工程は、コンピュータプログラムにより、即ちソフトウェアにより、又は１つ又は複数の特殊電子最適化回路を使用することにより、即ちハードウェアにおいて、又はハイブリッド形態で、即ちソフトウェア構成要素及びハードウェア構成要素を用いて実現され得る。

キットのさらなる例示的な実施形態は以下に記載される。しかしながら、これらの実施形態もまた、リポタンパク質を分析する方法、リポタンパク質を光学的に検出する方法、並びにリポタンパク質を光学的に検出するための、並びに／或いはリポタンパク質クラス分布の分析のための、並びに／或いはＨＤＬサブクラスパターン及び／又はＬＤＬサブクラスパターンの分析のための化合物Ｖのポリメチンの使用に適用される。

キットの好ましい実施形態によれば、分離チャネルは、電気泳動的に、クロマトグラフィ的に又は電気クロマトグラフィ的に種々の化合物を分離するように適応されている。

キットのさらに好ましい実施形態によれば、分離チャネルは、ＳＤＳポリアクリルアミド電気泳動（ＳＤＳ−ＰＡＧＥ）、キャピラリー電気泳動及びマイクロチャネル／微小流体チャネル電気泳動から成る群から選択される電気泳動により電気泳動的に種々の化合物を分離するように適応されている。

キットのさらに好ましい実施形態によれば、チップは、分離チャネルにわたって電界を印加するための素子をさらに含む。

キットのさらに好ましい実施形態によれば、チップは、ガラス、石英、シリカ、シリコン及びポリマーから成る群から選択される材料を含む。

さらに好ましい実施形態によれば、キットは、分離ゲルをさらに含む。

キットのさらに好ましい実施形態によれば、分離ゲルは、ポリアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリエチレンオキシド及びポリビニルピロリドンから成る群から選択され、好ましくはポリジメチルアクリルアミドである。

さらに好ましい実施形態によれば、キットは、較正試料をさらに含む。

キットのさらに好ましい実施形態によれば、較正試料は「ラダー」である。

本発明の他の目的及び本発明の実施形態の付随する利点の多くは、添付の図面に関連して以下の実施形態のより詳細な説明を参照することにより容易に理解され、またより良好に理解されるようになる。

図面中の図解は概略である。

本発明によるキットの構成要素の１つは、化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素である。

タンパク質の標識は、化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素と、標識されるべきタンパク質との間でのイオン相互作用又は非イオン相互作用の形成により成され得る。或いは、求核試薬に関して活性化される前記マーカー色素の官能基は、ＯＨ、ＮＨ_２又はＳＨ官能基と共有結合することができ、したがってこれらは、タンパク質の、特にリポタンパク質の定性的測定及び定量的測定のための系を創出する。

連結反応又は結合反応は、水溶液又はほぼ水の溶液中で、且つ好ましくは室温で行うことができる。この反応中に、リポタンパク質と、蛍光特性を有するマーカー色素との結合が創出される。

化合物Ｖのポリメチンでリポタンパク質を標識することにより、特に以下の利点が達成される：

検出されるべきタンパク質との結合体の形成とは無関係に蛍光を発し、したがって分析されるべき試料と検出工程前に分離されなくてはならない蛍光色素とは対照的に、本発明によるマーカー色素は、非結合状態では本質的に蛍光特性を有しない。さらに、本発明のマーカー色素は、リポタンパク質凝集体の内側にある疎水性残基及び外側上の親水性残基を特徴とするリポタンパク質の特有のミセル様構造と選択的に結合する。リポタンパク質と、化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素との間のかかる結合体の蛍光特性に起因して、リポタンパク質の選択的標識を達成することができる。

本発明のキットを使用することにより、リポタンパク質を選択的に検出することができるだけでなく、リポタンパク質のＨＤＬサブクラスパターン及びＬＤＬサブクラスパターンも分析し得る。

当業者に明らかであるように、この利点は、リポタンパク質にだけでなく、十分量のＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）中に可溶化されて、その結果ミセルが形成されるタンパク質のようなあらゆる種類のミセル様構造にも当てはまる。

さらに、化合物Ｖのポリメチンは、６５０ｎｍより大きいスペクトル範囲ですでに吸収し、当該技術分野で既知の他のポリメチンと比較した場合に有意に改善された光化学的安定性及び熱安定性を有する。

分子工学を用いて、吸収最大及び放出最大の位置並びに強度を随意に制御すること、及び種々の励起レーザ、特に近赤外（ＮＩＲ）レーザダイオードの放出波長にそれらを適応させることが可能である。

マーカー色素は、比較的簡素な２工程合成により生産することができ、それにより、例えば色素の総電荷及び固定化に使用される活性化された基の数、特異性及び反応性に関して異なる官能性を有する様々な色素が、それぞれの用途に特異的である様式で提供され得る。

化合物Ｖのポリメチン、並びにそれらに由来する系、即ちリポタンパク質のようなタンパク質及び化合物Ｖのポリメチンの結合体は、電気泳動、クロマトグラフィ及び電気クロマトグラフィに関する光学的な（特に蛍光光学的な）定性的測定方法及び定量的測定方法に使用することができる。

好ましい実施形態によれば、分離チャネルは、種々の化合物を電気泳動的に、クロマトグラフィ的に又は電気クロマトグラフィ的に分離するように適応される。例えば、電気泳動的分離を実施するためのチップは、主表面を含むベース基板を含み、ここでチャネルは、少なくとも１つの方向で当該ベース基板の当該主表面で形成される。

さらに好ましい実施形態によれば、キットは、分離ゲルをさらに含む。このゲルに含まれるのに適切な材料の例は、ポリアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリエチレンオキシド及び／又はポリビニルピロリドンを含む。好ましいゲルは、ポリジメチルアクリルアミド（ＰＤＭＡ）ゲルである。

任意に、媒質は、Ｎ−メチル尿素のような変性剤を含んでもよい。

チップは、分離チャネル又は媒質にわたって電界を印加するための素子をさらに含んでもよい。電界は、電圧をかけることにより上記分離チャネルにわたって印加される。当該分離メカニズムに基づいて、試料中の化合物の分離が実施される。

特に、本発明によるキットは、様々な電気泳動的技法で用いられ得る。電気泳動的技法の非限定的な例としては、ＳＤＳポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＳＤＳ−ＰＡＧＥ）、キャピラリー電気泳動及びマイクロチャネル／微小流体チャネル電気泳動が挙げられる。

キットを用いるための電気泳動の好ましい型は、微小流体チャネル電気泳動である。

本発明による方法で同様に使用され得る本発明によるキットの別の構成要素は、タンパク質、特にリポタンパク質のような高分子種の分離を実施するためのチップである。

キットが微小流体チャネル電気泳動に使用される場合、キットは好ましくは、流体試料容量の移動用の経路として役立つマイクロチャネルのネットワークを有するマイクロチャネルチップを包含する。単一の試料容量又は多くの試料容量は、同じマイクロチャネルチップ上で同時に実行させてもよい。マイクロチャネルチップは、分子アッセイ用のバイオアナライザー（例えば、米国アジレント・テクノロジー社の２１００バイオアナライザー）のようなデバイスへ搭載され、これがチップウェル上への微小電極のネットワークを提供し、したがって試料容量構成成分の分離に必要な電圧及び電流を供給する。マイクロチャネルチップ電気泳動は概して、伝統的なキャピラリー電気泳動よりも、より高い分解能、より小さな試料容量サイズ、より短い分析時間及び低減された試料の取扱いを提供する。この型の電気泳動の例は、米国特許第６，０４２，７１０号明細書に記載されている。

微小流体チャネル電気泳動に使用される場合、チップは、電極及び被覆素子（同様に、通常構造が平面である）で覆われると溝が加工されて、キャピラリーチャネルを規定する平面物体構造を含む基板（サブストレート）を有し得る。例示的な基板材料としては、例えばガラス、石英、シリカ、シリコン、ポリマー（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））及び当該技術分野で既知である様々な他のプラスチックのようなプラスチック）が挙げられる。基板は、管状基板（例えば、ポリマーキャピラリー又は溶融石英キャピラリー）等を含む様々な形状又は形態を取ってもよい。しかしながら、好ましい態様では、基板は、被覆素子（同様に、通常構造が平面である）で覆われると溝が加工されて、キャピラリーチャネルを規定する平面物体構造を含む。かかる平面キャピラリーシステムの例は、米国特許第５，９７６，３３６号明細書に記載されている。媒質が基板において形成されるマイクロチャネルで用いられ、その結果電極により媒質にわたって誘導される電界の影響下でマイクロチャネルを通過する試料構成成分の分離をもたらす。

キャピラリーチャネルはまた、管状チャネル、長方形チャネル、ひし形チャネル、半球形チャネル等、又はあまり正確でない加工技法（例えば、レーザアブレーション）に起因し得るようなより一層随意な形状を含む横断面が多種多様な形状であり得る。通常、キャピラリーチャネルの形状は、使用する基板型及び伝播方法に応じて多様である。例えば、その典型的な溶融石英キャピラリーでは、キャピラリーチャネルは管状である。平面基板を用いるシステムでは、チャネルは通常、基板材料及びチャネルの加工方法に応じて、ひし形、長方形又は半球形の横断面形状のいずれかを含む。

微細加工チャネルシステムを生産するための様々な製造技法が当該技術分野で既知である。例えば、かかるデバイスが半導体産業で一般的に見られる基板を利用する場合、それらの産業で正規に用いられる製造方法、例えばフォトリソグラフィ、湿式化学エッチング、化学蒸着、スパッタリング、電鋳法等が容易に適用可能である。同様に、射出成型、エンボス加工、レーザアブレーション、ＬＩＧＡ技法等を含む高分子基板でかかるデバイスを加工する方法も容易に適用可能である。他の有用な加工技法としては、中間マイクロスケール構造を提供して、特定のマイクロスケールデバイスの素子を規定するのに使用されるラミネーション技法又はレイヤリング技法が挙げられる。

通常、キャピラリーチャネルは、約１μｍ〜約５００μｍの内部横断面寸法、例えば幅、深さ又は直径を有し、ほとんどのかかるチャネルが、約１０μｍ〜約２００μｍの範囲の横断面寸法を有する。

特に好ましい態様では、多重統合マイクロスケールキャピラリーチャネルを用いた平面微細加工デバイスが使用される。簡潔に述べると、これらの平面マイクロスケールデバイスは、平面基板の表面へ加工された統合チャネルネットワークを用いる。第２の基板は、第１の基板の表面上でかぶせられて、チャネルを覆って密封し、それによりキャピラリーチャネルを規定する。

好ましくは、本発明によるキットのチップは、１つ又は複数の分析チャネル又は分離チャネル又は分離流路が提供され、分析チャネルを多数の異なる試料リザーバへ接続するさらなるチャネルを含む。これらのリザーバは概して、第２のオーバレイ用基板に配置され、且つデバイスのチャネルと液体連通するように位置付けられる開口部により規定される。様々な特異的なチャネルの形状が、材料輸送時間、チャネル長及び基板の使用に関してチャネルレイアウトを最適化するのに用いられる。かかるマイクロスケールチャネルネットワークシステムの例は、国際公開第９８／４９５４８号、米国特許第６，２３５，１７５号明細書、米国特許第６，１５３，０７３号明細書、米国特許第６，０６８，７５２号明細書、米国特許第５，９７６，３３６号明細書及び米国特許出願公開第６０／０６０，９０２号明細書に詳述されている。

キャピラリーチャネル又はマイクロチャネルへの分離ゲル又は媒質の導入は、チャネルの一端を媒質と接触させて配置させること及び媒質をチャネルへ芯から通す(wick)ことのように簡素であり得る。或いは、真空又は圧力を使用して、媒質溶液をキャピラリーチャネルへ推進してもよい。チップ電気泳動で使用されるもののような統合チャネルシステムでは、媒質は通常、一般的なマイクロチャネルの終端、例えば分離チャネルの末端に配置されるリザーバと接触して配置され、わずかな圧力が印加されて、統合チャネル全てへポリマーを押し込める。

本発明による好ましい方法は、特に分離が電気泳動的に実施される場合、以下の工程を含む：
チップへ試料を注入することであって、当該チップが試料を受け取るための少なくとも１つのウェル、及び当該少なくとも１つのウェルに連結され且つ種々の化合物を分離するように適応されている分離チャネルを含む、チップへ試料を注入すること、及び
上記チャネルにわたって電界を印加することであって、それにより当該チャネルを通って上記試料を移動させる、印加すること。

分離が望ましいタンパク質又はリポタンパク質を含有する試料は好ましくは、分離チャネルの一端に配置され、電圧勾配は、チャネルの長さに沿って印加される。試料構成成分が、チャネルの長さの下方へ且つその中に配置される媒質を通って動電的に輸送される場合、それらの構成要素は分離される。次に、分離された構成要素は、チャネルの長さに沿った点で、通常試料が導入される点に対して遠位にある分離チャネルの終端付近で検出される。

本発明による方法における分離は好ましくは、約７〜約８の範囲のｐＨで、より好ましくは約７．３〜約７．７の範囲のｐＨで、最も好ましくは約７．５のｐＨで実施される。

さらに、分離が望ましいタンパク質又はリポタンパク質を含有する試料は、好ましくは約０．１０ｍＭ〜約０．２０ｍＭの量で、より好ましくは約０．１２５ｍＭ〜約０．１７５ｍＭの量で、最も好ましくは約０．１５ｍＭの量でドデシル硫酸ナトリウムを含むことが好ましい。

化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素は、分析されるべき試料と一緒に、又は試料が注入される前若しくは試料が注入された後に、チップへ注入され得る。或いは又はさらに、化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素は、分離ゲル中に含有されてもよい。化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素が分離ゲル中に存在する場合、マーカー色素は、検出デバイスの焦点を合わせるのに役立ち得る。

分離された種の検出は通常、当該技術分野で既知である蛍光検出システムを使用して実施される。通常、かかる検出システムは、上述するような化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素の蛍光を検出することにより作動する。通常、かかるシステムは、分離された種が通り過ぎて輸送される際に、分離チャネルで光エネルギーを誘導することが可能な光源を利用する。光源は通常、標識基を活性化するのに適切な波長の光を生じる。次に、標識基からの蛍光は、キャピラリーチャネルの上に、キャピラリーチャネルの下に又はキャピラリーチャネルに隣接して位置付けられる適切な光学素子、例えば対物レンズにより収集され、収集された光は、フォトダイオード又は光電子倍増管のような測光検出器で誘導される。検出器は通常、コンピュータに連結され、コンピュータは、検出器からデータを受信して、続く保存及び分析用にそのデータを記録する。

複数の未知の種を含む試料を分析する前に、測定の設定は通常較正される。したがって、キットは、較正試料をさらに含むことが好ましい。較正試料は、ＳＲＭ１９５１ｂ、即ち凍結ヒト血清中の脂質、レベル１(NIST, Gaithersburg, MD, USA)、Ｕｌｔｒａ ＨＤＬ較正物質バイアル、１ｍｌ(Genzyme Diagnostics, West Malling Kent, ME, UK)、ヒトＨＤＬ、１０ｍｇ；ヒトＬＤＬ、５ｍｇ；ヒトＯｘ．ＬＤＬ、２ｍｇ；ヒトＬｐ（ａ）、０．１ｍｇ（全て、BTI, Biomedical Technologies, Inc., MA, USAで入手可能）、ＡｕｔｏＨＤＬ／ＬＤＬ較正物質、３ｍｌ；ＨＤＬ標準物質、１５ｍｌ（ともに、Eco-Scientific, Rope Walk, Thrupp, Stroud, UKで入手可能）、脂質対照レベル１、２及び３（全て、Polymedco, Inc., Cortland Manor, NY, USAで入手可能）、低総コレステロール、ＴＣｈ＠５０ｍｇ／ｄＬ、ＬＲＣレベル１；正常総コレステロール、ＴＣｈ＠１６５〜１８０ｍｇ／ｄＬ、ＴＧ＜１００ｍｇ／ｄＬ、ＬＲＣレベル２；高総コレステロール、ＴＣｈ＠２６５、ＴＧ＠２３０；ＬＲＣレベル３；高密度リポタンパク質、ＨＤＬ＠５０、ＬＲＣレベル４（全て、Solomon Park Research Laboratories, Kirkland, WA, USAで入手可能）及びＨＤＬ参照プールＩＤ ２０４（ＴＶ（ＳＤ）６０．１（０．７）ｍｇ／ｄＬ）、ＨＤＬ参照プールＩＤ２０５（ＴＶ（ＳＤ）３０．５（０．８）ｍｇ／ｄＬ）、ＨＤＬ参照プールＩＤ３０１（ＴＶ（ＳＤ）４９．５（１．２）ｍｇ／ｄＬ）、ＨＤＬ参照プールＩＤ３０３（ＴＶ（ＳＤ）５０．６（１．４）ｍｇ／ｄＬ）、ＨＤＬ参照プールＩＤ３０５（ＴＶ（ＳＤ）３０．８（０．８）ｍｇ／ｄＬ）、ＨＤＬ参照プールＩＤ３０７（ＴＶ（ＳＤ）４０．５（０．９）ｍｇ／ｄＬ）（全て、Centers for Disease Control and Prevention Atlanta, GA 3034, USAで入手可能、注記：プールは、Lipid Standardization Program（ＬＳＰ）に従って調製され得る）のような種々のサイズの既知の化合物の組を含む多種多様な較正試料から選択され得る。

いわゆるラダーが較正試料として使用されることが特に好ましい。ラダーは、複数の既知の構成成分を含む較正試料であり、それにより「ラダー」という名称は、較正ピークパターンが様々な構成成分に関連したピークのはしごのように見えるという事実に起因する。較正ピークの組がはしごのように見えるため、較正試料は多くの場合、「ラダー」と称される。ＤＮＡ分析及びタンパク質分析の分野における多数の製造業者は、電気泳動系、クロマトグラフィ系又は電気クロマトグラフィ系用の較正試料即ち「ラダー」を生産する。例えば、タンパク質分析では、種々のタンパク質の組を含む較正試料が使用される。

蛍光検出が種々の種を検出するのに使用される場合、蛍光タグで標識されたフラグメントを含むラダーが用いられ得る。較正試料の種が入射光で刺激されると、種に結合されたタグは蛍光を放つ。第１の波長で蛍光を発するマーカー、及び第２の波長で蛍光を放つ標識フラグメントの組を含む較正試料又は「ラダー」もまた用いられ得る。

較正試料の蛍光ピークパターンが獲得された後、所定の試料は分析される。較正ピークパターンとの整列を可能にするために、ある特定の濃度のマーカー及びある特定の濃度の最大標識ラダーフラグメントを所定の試料に添加してもよい。次に、所定の試料の化合物が分離されて、分離カラムの出口で得られる試料バンドが分析される。

別の好ましい実施形態によれば、化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素は、第１の波長の蛍光を放つのに対して、較正試料の標識フラグメントは、第１の波長と異なる第２の波長の蛍光を放つ。利用可能なラダーの幾つかは、２つ以上の異なる波長の蛍光を放つように適応された２つ以上の異なる蛍光色素を含む。対応して、２つ以上の波長で蛍光強度を同時に追跡するように適応された蛍光検出ユニットが存在する。

ピークパターン較正に関する好ましい方法は、欧州特許出願公開第１６００７７１号明細書（これは、その全体が参照により本明細書に援用される）に開示されている。

以下では、本発明によるタンパク質を分析する方法の好ましい実施形態が記載されている（in described）。

最初に、材料の流れの領域では、おそらく化合物Ｖのポリメチンを含有するマーカー色素のような相当する試験に要される試薬に加えて、検査されるべき材料がマイクロチップへ供給される。その後、マイクロチップ上のこれらの材料は、例えば電気力、圧力源、熱源等を用いて移動又は輸送される。材料の供給及び／又は移動は、適切な電子制御を用いて引き起こされ得る。

この例では、材料は、それ自体が試験を受ける前に予備処理に付される。この予備処理は、例えば所要の熱試験条件を満たすために、例えば加熱システムを用いた予熱又は適切な冷却システムを用いた予冷から構成され得る。既知であるように、化学試験の実行に関する温度条件は通常、試験動力学のサイクルに対してかなりの影響を及ぼす。かかる予備処理はまた、多重配列で行うことができ、その状況では、前処理サイクル及びさらなる輸送サイクルが不要とされる。特に、上述の前処理はこの場合では、相当する試験用の初期材料のある特定の構成成分のみへ接近するような材料の分離の機能を満たす。本質的に、材料の量（量）及び材料の速度（品質）はともに、記載されるような輸送を用いて確定させることができる。特に、材料の量の正確な調節は、個々の材料及び材料構成成分の正確な計量を可能にする。さらに、好適には、後者のプロセスは、電子制御を用いて制御され得る。

１つ又は複数の任意の前処理後に、実際の実験／検査が行われ、その状況では、試験結果は、チップ又はマイクロチップの適切な検出点で検出され得る。好適には、検出は、光学検出を用いて、例えば接続され得る光電池と連結したレーザダイオード若しくは質量分析計により、又は電気検出を用いて行われる。次に、得られた光測定信号は信号処理システムへ、その後測定結果の解釈のための分析ユニット（例えば、適切なマイクロプロセッサ）へ供給される。

本明細書中に記載する本発明によるキットに含有されるチップで通常使用される操作上の構成要素は、図１に図式的に示される。これらは主に、材料の輸送又は流れ１に関連する構成要素、及び試験の実行に際して生じる情報の流れ２を表す構成要素へ再分割される。材料の流れ１は通常、サンプリング操作３及びチップ上で材料を輸送するための操作４、並びに検査されるべき材料の処理又は前処理のための任意の操作５を包含する。さらに、センサシステム６は通常、試験の結果を検出するのに、及び任意に材料の流れの操作をモニタリングするのに用いられ、その結果、制御システムを使用して材料の流れを制御する際に調節を行うことができる。制御メカニズムの一例は、制御電子回路７として示される。検出操作６及び検出操作６’で得られたデータは、信号処理操作８へ通常転送されて、その結果検出された測定結果が分析され得る。かかるマイクロチップシステムの設計における優先目標は、上述の機能に相当する機能ユニット／モジュールの供給及び個々のモジュール間での適切なインターフェースの確立である、これらのインターフェースの適切な規定によって、各種マイクロチップ又は実験装置へ上記システムを適応させるのに高度の柔軟性を達成することが可能である。さらに、厳密にモジュール式のシステム構造に基づいて、各種マイクロチップ及び／又はマイクロチップシステム間の最も広範囲なレベルの互換性を達成することが可能である。

最初に、材料の流れの領域では、検査されるべき材料（おそらく、相当する試験に要される試薬に加えて）がマイクロチップ３に供給される。その後、マイクロチップ上のこれらの材料は、例えば電気力４を用いて移動又は輸送される。材料の供給及び移動は共に、点線によって示されるように適切な電子制御７を用いて引き起こされる。この例では、材料は、それ自体が試験を受ける前に予備処理５に付される。この予備処理は、例えば所要の熱試験条件を満たすために、例えば加熱システムを用いた予熱又は適切な冷却システムを用いた予冷から構成され得る。既知であるように、化学試験の実行に関する温度条件は通常、試験動力学のサイクルに対してかなりの影響を及ぼす。矢印で示されるように、この予備処理はまた、多重配列で行うことができ、その状況では、前処理サイクル５及びさらなる輸送サイクル４’が不要とされる。特に、上述の前処理はこの場合では、相当する試験用の初期材料のある特定の構成成分のみへ接近するような材料の分離の機能を満たし得る。本質的に、材料の量（量）及び材料の速度（品質）はともに、記載されるような輸送を用いて確定させることができる。特に、材料の量の正確な調節は、個々の材料及び材料構成成分の正確な計量を可能にする。さらに、好適には、後者のプロセスは、電子制御７を用いて制御され得る。

１つ又は複数の前処理後に、実際の実験／検査が行われ、その状況では、試験結果は、マイクロチップの適切な検出点６で検出され得る。好適には、検出は、光学検出、例えば接続され得る光電池と連結したレーザダイオード、質量分析計を用いて、又は電気検出を用いて行われる。次に、得られた光測定信号は信号処理システム８へ、その後測定結果の解釈のための分析ユニット９（例えば、適切なマイクロプロセッサ）へ供給される。

上述の検出６に続いて、点線で示されるように、一連のさらなる試験若しくは分析又は材料の分離の実行の選択肢、例えば全体的により複雑な化学的試験サイクルの様々な試験段階に関連した実行の選択肢が存在する。この目的で、材料は、第１の検出点６後にマイクロチップ上で先へ進んで、さらなる検出点６’へ輸送される。そこで、段階４’及び段階６に従って理論上規定される手順が実施される。最終的に、材料は、全ての反応／試験の終結後、最終輸送サイクル又は収集サイクル４’’’を用いて材料排出管（図中では示されていない）へ供給される。

化学分析の分野での小型化に対するさらなる誘因は、材料が輸送される距離及び時間を最小限に抑える能力並びに望ましさを包含する。特に、材料のサンプリングと行われた任意の化学反応のそれぞれの検出点との間で材料を輸送するのに要される時間及び距離の量は最低限に抑えられるべきである。さらに、従来のシステムで可能であったよりも、材料の分離をより迅速に達成することができ、また個々の構成要素をより高度な分解能で分離することができることが、液体クロマトグラフィ及び電気泳動の分野から既知である。さらに、超小型化研究室システムにより、材料、特に試薬の消費のかなりの低減された消費、及び材料の構成成分の遥かに効率的な混合が可能となる。微小流体デバイス、即ち化学処理又は分析のためのマイクロチップ研究室システムの操作のための好ましい装置は、国際公開第００／７８４５４号（これは、参照により本明細書に援用される）に記載されている。

図２は、本発明によるキット又は方法での利用に適切である例示的な研究室マイクロチップ又はチップを示す。基板２０の上側上に、微小流体構造が供給され、それを通って材料は輸送される。基板２０は、例えばガラス又はシリコンで構成されてもよく、その状況では、構造は、化学エッチングプロセス又はレーザエッチングプロセスを用いて生産され得る。或いは、かかる基板は高分子材料を包含してもよく、射出成型、エンボス加工及びレーザアブレーション技法のような既知のプロセスを使用して加工され得る。通常、かかる基板には、密閉チャネル又は導管として導管を密閉するために、さらなる基板がかぶせられる。

検査されるべき材料（これ以降、「試料材料」と呼ぶ）のマイクロチップ上へのサンプリングのために、１つ又は幾つかの凹部２１がマイクロチップ上に提供されて、試料材料用のリザーバとして機能する。特に例示的な分析又は試験を実施する際、試料材料はまず、マイクロチップ上の輸送管路又はチャネル２５に沿って輸送される。この例では、輸送チャネル２５は、説明の便宜上、Ｖ形状の溝として示される。しかしながら、微小流体基板は通常、密閉された長方形（若しくは実質的に長方形）又は円形断面の導管或いはチャネルを含む。

試験サイクルに要される試薬は通常、試薬リザーバ及び／又は試料材料リザーバの機能も満たす凹部２２に収容される。この例では、２つの異なる材料を容易に操作することができる。相当する輸送導管２６を用いて、これらはまず、接合点２７に供給されて、ここでそれらは混合し、任意の化学分析又は合成が完了した後、いつでも使用できる生成物を構成する。さらなる接合部２８では、この試薬は、検査されるべき材料試料と遭遇して、そこで２つの材料は同様に混合する。

次に、形成された材料は、材料検体と試薬との間の反応に利用可能な距離の人工的な広がりを達成するよう機能する蛇行した形状を有し得る導管セクション２９を通過する。材料リザーバとして設計されるさらなる凹部２３では、この例では、さらなる接合点３１ですでに利用可能な材料ミックスへ供給されるさらなる試薬が含有される。

所定の反応は、上述の接合点３１後に行われて、次にこの反応は、検出器を用いて輸送管路の領域３２（又は測定帯域）内で、理想的には非接触手段で、例えば光学的に検出され得る。この状況では、相当する検出器は、領域３２の上又は下に位置付けられ得る。材料が上述の領域３２を通過した後、材料は、全体的に反応の過程で生産された廃棄物材料用の廃棄物リザーバ又は材料排出管を表すさらなる凹部２４へ供給される。

最終的に、マイクロチップ上で、電極の適用のための非接触表面として作用し、順にチップの操作用にマイクロチップへの接続に要される電圧、及びさらには高電圧を可能にする凹部３３が提供される。或いは、チップに関する接触はまた、材料リザーバとして供給される凹部２１、凹部２２、凹部２３及び凹部２４へ直接、相当する電極の挿入によって行われ得る。続いて、輸送導管２５、輸送導管２６、輸送導管２９及び輸送導管３０に沿った電極３３の適切な配列並びに印加される電界の相当する時間的調和又は強度関連的調和によって、基本的な反応プロセスに関する動力学の非常に正確な考察及びそれに対する順守を達成することが可能であるように、個々の材料の輸送が正確に決められた時間／量プロファイルに従って行われる状況を達成することが可能である。

微小流体構造内での材料の圧力駆動型輸送では、加圧媒質（例えば、不活性ガス中で）を輸送管路へ導入することを可能とさせるように又は適切な陰圧を印加することを可能とさせるように、相当する圧力供給導管が凹部３３を密接に且つ密封可能に嵌め込むように凹部３３を作製することが通常必要である。

図３は、複数の異なる試料化合物を含む流体試料を分離及び分析するためのさらなる例示的な測定の設定を示す。試料化合物はそれぞれ、分離流路１を通って進むのに要される個々の移動時間を特徴とする。分離流路１は、例えば電気泳動流路、クロマトグラフィ流路又は電気クロマトグラフィ流路であり得る。分離流路の出口では、検出セルが位置付けられる。検出セルは、例えば光源３及び蛍光検出ユニット４を含む蛍光検出セル２として実行され得る。蛍光検出セル２は、時間の関数として蛍光標識された種の試料バンドを検出するよう適応される。

図４は、本発明によるキットにおけるチップのチャネルの形状のさらなる具体例を示す。操作中、試料材料は、試料リザーバ１１６〜試料リザーバ１３８の１つ又は複数へ配置される。次に、例えばリザーバ１１６に配置された第１の試料材料は、チャネル１４０及びチャネル１１２を通って、また分離チャネル１０４との交差部を横切って、チャネル１８４を通ってロード／廃棄物リザーバ１８６に向かって、試料材料を動電的に輸送することにより負荷される。続いて、試料は、交差部でローディングチャネル１１２：１１４で試料を引き戻しながら、緩衝液リザーバ１０６から分析チャネル１０４を通って廃棄物リザーバ１０８へ動電的な流れを誘導することにより注入される。第１の試料は分析チャネル１０４で分離されるのに対して、例えばリザーバ１１８に配置された第２の試料は、チャネル１４２及びチャネル１１２へと、またチャネル１８２を通ってロード廃棄物リザーバ１８４に向かって、試料を動電的に輸送することにより予め負荷される。次に、第１の試料の分離後に、第２の試料は、チャネル１８４を通ってロード／廃棄物リザーバ１８６に向かって試料を輸送することにより、分析チャネル１０４との交差部を横切って負荷される。

タンパク質のような高分子種を電気泳動的に分離するさらなる方法、並びにかかる方法を実施するのに有用な組成物、システム、デバイス又はチップは、米国特許第６，０４２，７１０号明細書（これは、その全体が参照により本明細書に援用される）に記載されている。

化学的処理、物理的処理及び／又は生物学的処理のための微小流体構造を有するマイクロチップを操作するための他の好ましいデバイスは、欧州特許出願公開第１３６０９９２号明細書及び国際公開第００／７８４５４号（これらはともに、その全体が参照により本明細書に援用される）に記載されている。

刊行物及び特許出願は全て、個々の刊行物又は特許出願がその全体が参照により本明細書に援用されると明確に且つ個別に示されたのと同じ程度に参照により本明細書に援用される。本発明は、明瞭性及び理解の目的で説明及び例として幾らか詳細に記載してきたが、ある特定の変更及び変形が添付の特許請求の範囲内で実施され得ることは明らかである。

「を含む」という用語は、他の要素又は特徴を排除するものではなく、また単数は、複数を排除するものではないことに留意すべきである。また、種々の実施形態に関連して記載される要素は組み合わせてもよい。特許請求の範囲における参照符号は特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではないことにも留意すべきである。

続いて、本発明は、実施形態の実施例を用いてより詳細に説明される。

以下では、リポタンパク質の分離のための本発明によるキットの典型的な用途が示される。

試料緩衝液は以下の試薬を含有する。
−２００ｍＭ ＴＡＰＳ（Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−３−アミノプロパンスルホン酸）、ｐＨ７．５(Sigma, Deisenhofen, Germany)
−染色マーカー色素としての６μＭ 色素Ｖ０２−０４０６４(Dyomics, Jena, Deutschland)
−較正用の下端マーカーとしての１μＭＡｌｅｘａ７００(Invitrogen-Molecular Probes, USA)
−較正用の上端マーカーとしての１μＭ 色素６７６(Dyomics)
−０．１５ｍＭ ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）(Sigma)

分離ゲル又はゲルマトリックスは以下の試薬を含有する：
−２％ＰＤＭＡ １２１６４（Polysciences; USA；ロット番号：５３７４２６）
−２００ｍＭ ＴＡＰＳ（Ｎ−トリス（ヒドロキシメチル）メチル−３−アミノプロパンスルホン酸、ｐＨ７．５(Sigma)
−０．１５ｍＭ ＳＤＳ(Sigma)
−検出器の焦点を合わせるための色素としての０．１５μＭ 色素Ｖ０２−０４０６４(Dyomics)

以下のアッセイプロトコルを使用した：
・１２個の異なるヒト血清試料１μＬを採取して、色素を含有する試料緩衝液それぞれ４９μＬと混合する。
・血清標準物質１μＬを採取して、色素を含有する試料緩衝液それぞれ４９μＬと混合する。
・プライマーステーション上にチップを配置する。
・各チップを標識する。
・２％ゲルマトリックス１０μＬをゲルウェルへ添加する。
・ウェルを１分間加圧する。
・他の２つのゲルウェルにゲルマトリックス１０μＬを充填する。
・試料緩衝液中の希釈血清標準物質１０μＬを標準物質ウェルへ添加する。
・試料緩衝液中の各希釈試料７μＬを１２個の試料ウェルそれぞれへ添加する。
・チップを機器へ配置して、実行を開始する。

アッセイを実施するために、Ａｇｉｌｅｎｔ（商標）２１００バイオアナライザー(Agilent Technologies, USA)を使用した。

バイオアナライザーを用いて微小流体チップ上で分析された血清試料の典型的な電気泳動図は図５に示される。

本発明によるキットにおける利用のためにチップに要される機能的構成要素を図式的に示すブロック図である。 本発明によるキットにおける利用のための例示的なチップを図式的に示す図である。 本発明によるキットにおける利用のためのさらなる例示的なチップを図式的に示す図である。 本発明における使用のためのリポタンパク質のようなタンパク質の電気泳動的分離における使用のための別の例示的なマイクロスケール電気泳動デバイス又はチップを図式的に示す図である。 実施例１に従うバイオアナライザーを用いて微小流体チップ上で分析された血清試料の電気泳動示す図であって、チップ全体にわたって実施された同じ試料の幾つかの電気泳動図の重ね合わせ図である。 本発明によるキットにおける使用に適している例示的なマーカー色素の化学式を示す図である。 脂質粒子の直径と密度との間の相関を示す図である。 種々のリポタンパク質と心臓の危険性との相関を示す図である。

Claims (13)

1. 試料中のリポタンパク質を光学的に検出するためのキットであって、
   該リポタンパク質の分離を実施するためのチップであって、該試料を受け取るための少なくとも１つのウェル、及び該少なくとも１つのウェルに連結され且つ種々の化合物を分離するように適応されている分離チャネルを含むチップ、並びに
   以下の化合物Ｖ
   

   

   のポリメチンを含有するマーカー色素
   を含む、試料中のリポタンパク質を光学的に検出するためのキット。
2. 前記分離チャネルは、電気泳動的に、クロマトグラフィ的に又は電気クロマトグラフィ的に種々の化合物を分離するように適応されている、請求項１に記載のキット。
3. 分離ゲルをさらに含む、請求項１または２のいずれか１項に記載のキット。
4. 較正試料をさらに含む、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のキット。
5. 試料中のリポタンパク質を分析する方法であって、
   少なくとも一次元で該リポタンパク質の分離を実施すること、
   該リポタンパク質を、以下の化合物Ｖ
   

   

   のポリメチンを含有するマーカー色素で標識すること、及び
   該分離され且つ標識されたリポタンパク質を光学的に検出すること
   を含む、試料中のリポタンパク質を分析する方法。
6. 前記分離は、電気泳動的に、クロマトグラフィ的に又は電気クロマトグラフィ的に実施される、請求項５に記載の方法。
7. 前記電気泳動的分離は、ＳＤＳポリアクリルアミド電気泳動（ＳＤＳ−ＰＡＧＥ）、キャピラリー電気泳動及びマイクロチャネル／微小流体チャネル電気泳動から成る群から選択される、請求項６に記載の方法。
8. 前記分離は、７〜８の範囲のｐＨで実施される、請求項５ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記分離は、７．３〜７．７の範囲のｐＨで実施される、請求項８に記載の方法。
10. 前記分離は、７．５のｐＨで実施される、請求項９に記載の方法。
11. 試料中のリポタンパク質を光学的に検出する方法であって、
    該リポタンパク質を、以下の化合物Ｖ
    

    

    のポリメチンを含有するマーカー色素で標識すること、及び
    該標識されたリポタンパク質を光学的に検出すること
    を含む、試料中のリポタンパク質を光学的に検出する方法。
12. 試料中のリポタンパク質クラス分布を分析するための請求項５に記載の方法。
13. 試料中のＨＤＬサブクラスパターン及び／又はＬＤＬサブクラスパターンを分析するための請求項５に記載の方法。

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