JP5648613B2 - 表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップおよびそれを用いた測定方法 - Google Patents
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Description
(ii)一方のリガンドが流路の上流から下流にかけて疎から密になるよう固定化され、もう一方のリガンドが、逆に流路の上流から下流にかけて密から疎になるように、密度勾配を形成して流路底面に固定化されている;
(iii)一方のリガンドのみにおいて流路の流れ方向に密度勾配を形成して、他方のリガンドは密度勾配なく全体的にまたは部分的に、流路上に配置されている。
態様で配置されていることを特徴とする。
上記密度勾配は、二以上の段階的な密度により形成されていることが好ましい。
工程(i):リガンドが流路底面に固定化された流路型の表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップであって、該リガンドは糖鎖の形状の異なる二種以上のタイプが存在するアナライトのそれぞれと異なる結合能を有するものであり、該リガンドが流路の流れ方向に密度勾配を形成している本発明のSPFS用センサチップを、第一のリガンドである上記リガンドの密度勾配の方向と流路の流れ方向とを一致させて配設する工程;
工程(ii):糖鎖の形状の異なる二種以上のタイプが存在するアナライトを含む可能性のある検体を該SPFS用センサチップと接触させる工程;
工程(iii):上記工程(ii)の後に、該アナライトに結合し得る、蛍光物質で標識した第二のリガンドを、該SPFS用センサチップと接触させる工程;および
工程(iv):上記工程(iii)の後に、上記SPFS用センサチップの複数のエリアにおいて、SPFSに基づき該蛍光物質から発生した蛍光を測定し、その測定値に基づき、該複数のエリアに捕捉されたアナライトの全量に対する、特定の形状の糖鎖を有するアナライトの割合を求める工程
を含むことを特徴とする。
<SPFS用センサチップ>
本発明のSPFS用センサチップは、リガンドが固定化された流路型のSPFS用センサチップであって、例えば図1(a)および(b)に示すように、該リガンドが流路の流れ方向に密度勾配を形成していることを特徴とする。
本発明では二種類のリガンドを用いる。
第一のリガンドは、検体中に含まれるアナライトと結合し、所定時間(少なくともSPFSの測定を行う間)保持し得る、流路底面に固定化された生体関連分子であって、糖鎖の形状の異なる二種以上のタイプが存在するアナライトのそれぞれと異なる結合能を有するものである。すなわち、第一のリガンドは、ある特定の形状の糖鎖を有するアナライト(特定アナライト)と高い親和性でもって結合するが、その他のアナライト(非特定アナライト)とも低いながらも多少の親和性をもって結合できるものであってもよいし、特定アナライトのみと特異的に結合して非特定アナライトとは実質的に結合しない(非特異的な結合を除く。)ものであってもよい。
上記レクチンとしては、動・植物、真菌、細菌、ウィルスなどから得られる様々な分子家系に属するレクチン、すなわち、細菌を含むすべての生物界で見出されるリシンB鎖関連の「R型レクチン」、真核生物全般に存在し糖タンパク質のフォールディングに関与する「カルネキシン・カルレティキュリン」、多細胞動物に広く存在し、「セレクチン」、「コレクチン」等代表的なレクチンを多く含むカルシウム要求性の「C型レクチン」、動物界に広く分布しガラクトースに特異性を示す「ガレクチン」、植物豆科で大きな家系を形成する「豆科レクチン」、およびこれと構造類似性をもち動物細胞内輸送に関わる「L型レクチン」、リソソーム酵素の細胞内輸送に関わるマンノース6-リン酸結合性の「P型レクチン」、グリコサミノグリカンをはじめとする酸性糖鎖に結合する「アネキシン」、免疫グロブリン超家系に属し「シグレック」を含む「I型レクチン」などが挙げられる。
本発明において分析の対象とすることのできるアナライトとしては、糖鎖を有し、かつ、前述のような第一および第二のリガンドが存在する生体関連分子またはその断片である。このような生体関連分子としては、例えば、糖鎖を有する核酸(一本鎖であっても二本鎖であってもよいDNA,RNA,ポリヌクレオチド,オリゴヌクレオチド,PNA(ペプチド核酸)等,またはヌクレオシド,ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子);糖鎖を有するタンパク質(ポリペプチド,オリゴペプチド等)、いわゆる糖タンパク質または糖ペプチド;糖鎖を有するアミノ酸(修飾アミノ酸も含む。);糖質(オリゴ糖,多糖類,糖鎖等);糖鎖を有する脂質、いわゆる糖脂質;またはこれらの修飾分子,複合体などが挙げられる。具体的には、バイオマーカーとして用いられる腫瘍マーカー,シグナル伝達物質,ホルモンなどが含まれる。
本発明のSPFS用センサチップにおいて、固定化されているリガンド(第一のリガンド)の密度は、流路の流れ方向に沿って勾配(グラジェント)を形成する。
密度勾配の第一の態様は、図5に示すように、上流側で特定アナライトを優占的に捕捉し、下流側で非特定アナライトを優占的に捕捉する態様である。例えば、第一のリガンドとしてLCAを用い、これを上流側が低密度、下流側が高密度になるような密度勾配を形成した場合、LCA親和性AFP(特定アナライト)はLCAが低密度の上流側でも捕捉され、集積しやすいが、LCA非親和性AFP(非特定アナライト)はLCAが低密度の上流側では捕捉されにくいため、あるいは捕捉されたとしても結合力の弱さにより時間の経過につれて徐々に下流側に流されていくため、最終的にLCAが高密度の下流側に集積するものが多い。そのため、上流側に集積しているAFPの中ではLCA親和性AFP(特定アナライト)が優占的であり、一方、下流側に集積しているAFPの中ではLCA非親和性AFP(非特定アナライト)が優占的になる。このような第一の態様における第一のリガンドとしては、特定アナライトと高い親和性でもって結合するが、非特定アナライトとも低いながらも多少の親和性をもって結合できるものを選択する必要がある。なお、このような態様において、上記とは逆に上流側が高密度、下流側が低密度になるようなLCAの密度勾配を形成することは、LCA親和性AFP(特定アナライト)およびLCA非親和性AFP(非特定アナライト)はともに上流側で捕捉されてしまい、互いに分離して定量することができないため不適切である。
密度勾配の第二の態様は、図5に示すように、上流から下流にかけてのいずれかの密度において特定アナライトを捕捉する一方、非特定アナライトは捕捉せずに流下(素通り)させる態様である。例えば、上述した第一の態様と同様、第一のリガンドとしてLCAを用い、これを上流側が低密度、下流側が高密度になるような密度勾配を形成するが、最も下流側でも非特定アナライトが集積しないようにする。このような第二の態様における第一のリガンドとして、特定アナライトと高い親和性でもって結合するが、非特定アナライトとも低いながらも多少の親和性をもって結合できるものを選択した場合は、その下流側の密度を適切に調節する(所定の値以下の密度にする)必要があるが、特定アナライトのみと特異的に結合して非特定アナライトとは実質的に結合しないものを選択した場合は、その下流側の密度を調節する必要がなくなる。
密度勾配の第三の態様として、図5に示すように、一方の第一のリガンド(A)が流路の上流から下流にかけて疎から密になるよう固定化され、もう一方の第一のリガンド(B)も、同じく流路の上流から下流にかけて疎から密になるよう固定化される態様が挙げられる。
密度勾配の第四の態様として、図5に示すように、一方の第一のリガンド(A)が流路の上流から下流にかけて疎から密になるよう固定化され、もう一方の第一のリガンド(B)が、逆に流路の上流から下流にかけて密から疎になるよう固定化される態様が挙げられる。
本発明の測定方法は、下記工程(i)〜(iv)を含むことを特徴とする。
工程(i):本発明のSPFS用センサチップを、第一のリガンドである上記リガンドの密度勾配の方向と流路の流れ方向とを一致させて配設する工程。
工程(iii):上記工程(ii)の後に、該アナライトに結合し得る、蛍光物質で標識した第二のリガンドを、該SPFS用センサチップと接触させる工程。
検体としては、例えば、血液(血清・血漿),尿,鼻孔液,唾液,便,体腔液(髄液,腹水,胸水等)などが挙げられ、所望の溶媒、緩衝液等に適宜希釈して用いてもよい。これら検体のうち、腫瘍マーカーが含まれる可能性のある血液,血清,血漿,尿,鼻孔液および唾液が好ましい。
接触は、流路中に検体を送液し、SPFS用センサチップの第一のリガンドが固定化されている面が該送液中に浸漬され、該第一のリガンドと検体中のアナライトとが反応できる状態となるよう、SPFS用センサチップと検体とを接触させる態様が好ましい。
蛍光物質としては、SPFS測定できる公知の蛍光物質であれば、特に限定されず、また当該蛍光物質を第二のリガンドに標識する方法も、従来の方法を用いることができる。
SPFSによりアナライトと複合体を形成した第二のリガンドから発せられる蛍光を測定することにより、そのアナライトの検出または定量を行うことができる。流路の各エリアにおいて測定される蛍光の強度は、それぞれのエリアに捕捉されているアナライトの量を反映しており、別途作成した検量線を利用することなどにより、アナライトを定量することが可能である。
[実施例1]
(1-1)抗原捕捉担体の固定化:
屈折率〔nd〕1.52、厚さ1mmで外形が20mm×100mmのガラス製の透明な支持体(SCHOTT AG社製「BK7」)をプラズマ洗浄し、該支持体の片面にクロム薄膜をスパッタリング法により形成した後、その表面にさら金薄膜をスパッタリング法により形成した。クロム薄膜の厚さは1nm、金薄膜の厚さは50nmであった。
BSA溶液を除去・洗浄の後、パッキンを外したSPFS用センサチップの表面に、2mm×10mmの穴を有する、外形が20mm×20mm、流路高さに対応する厚さ0.5mmを有するポリジメチルシロキサン〔PDMS〕製シートを5つ設け、流路の外側からSPFS用センサチップを覆うように厚さ4mmでPDMS製スペーサ(ガスケットとして、流路とSPFS用センサチップとの隙間をシールするためのもの)と同外形のポリメチルメタクリレート板を乗せ圧着し(ただし、このシリコンゴムスペーサは送液に触れない状態とする。)、ビスで流路と該ポリメチルメタクリレート板とを固定した。
抗原として、和光純薬工業(株)製「ミュータスワコー AFP-L3用コントロールL」(AFP-L3が全AFPのうち約32%を占め、全AFP濃度は約49ng/mLであった。)0.5mLを10分間かけてゆっくりと送液し、のちPBS溶液を20分間ゆっくりと送液してから表面プラズモンで共鳴角のシフトを経時的に測定し、抗原が結合されたことを確認した。
蛍光標識抗体を、蛍光物質ラベリングキットを利用し、以下のようにして作製した。
すなわち、抗αフェトプロテイン〔AFP〕モノクローナル抗体(1D5;2.5mg/mL;(株)日本医学臨床検査研究所製)100μg相当と0.1M重炭酸ナトリウムとAlexa Fluor(登録商標)647 reactive dyeとを混合し室温にて1時間反応させた。反応後、ゲル濾過クロマトグラフィおよび限外濾過を行い標識に利用されなかったAlexa Fluor 647 reactive dyeを取り除いた。
蛍光標識した抗AFPモノクローナル抗体を1,000ng/mL含むPBSを、1.5mL添加し、10分間かけてゆっくりと送液した。
その後、Tween20を0.01重量%含むPBSで30分間かけてゆっくりと送液・洗浄した。
洗浄開始から30分後にSPFS用センサチップ上5つのエリアの蛍光を順次CCDイメージセンサにより検出し、それぞれ「SPFSシグナル」を測定した。
(1-3)において、抗原を10分間送液し、その後PBSを20分送液してトータル30分間かけて送液したのと同様に、抗原を10分間送液し、その後PBSをそれぞれ送液して、トータル10分間(抗原のみの送液),20分間,40分間および50分間かけて送液し(流速はいずれの場合も一定である。)、SPFS用センサチップ上5つのエリアそれぞれのSPFSシグナルを測定した。その結果を表1に示す。
(1-1)および(1-2)を実施した後、検量線用サンプル(後述)として調製した「ミュータスワコー AFP-L3用コントロールL」0.5mLを30分間かけてゆっくりと送液した。そして(1-4)で得られた蛍光標識抗AFPモノクローナル抗体を1,000ng/mL含むPBSを、1.5mL添加し、10分間かけてゆっくりと送液した。その後、Tween20を0.01重量%含むPBSで30分間かけてゆっくりと送液・洗浄した。洗浄開始から30分後1つのCCDから5つのエリアを順次観察し、それぞれのSPFSシグナルを測定した。
AFP-L3を含む「ミュータスワコー AFP-L3用コントロールL」と、AFP-L3を含まない「recombinant-AFP」(Abnova社)とを、AFP-L3の含有率が3.2%になるように混合し、SPFSシグナルを測定した。SPFSシグナルの合計値とそれぞれの検量線とから、L3糖鎖を含むAFPは1.72ng/mL、L3糖鎖を含まないAFPは47.0ng/mLと算出され、仕込み計算濃度の1.57ng/mL,47.7ng/mLそれぞれとよく一致した。
(2-1)抗原捕捉担体の固定化は、実施例1(1-1)と同様に実施し、SPFS用センサチップを製造した。
(2-4)検出抗体の送液による反応において、(1-5)の送液時間を2時間とすることで、2番目のエリアと4番目のエリアに集積することが分かった。
(1-8)において、送液時間を2時間とした以外は(1-8)と同様にしてSPFSシグナルを測定した。その結果を表4に示す。
実施例1の(1-9)と同様にSPFSシグナルを測定した。実施例1と同等の結果が得られた。
(3-1)抗原捕捉担体の固定化は、レンズマメレクチン〔LCA〕の代わりに、特開平8-134100号公報(ユニチカ)に準じて作製した抗AFP抗体(アニオン(硫酸化チロシン5量体)結合抗AFPモノクローナル抗体(マウス))を用いた以外は実施例1(1-1)と同様にして実施し、SPFS用センサチップを製造した。
(3-3)抗原の送液は、実施例1(1-3)と同様に実施した。
(3-4)検出抗体の送液による反応は、実施例1(1-5)と同様に実施した。
本発明のSPFS用センサチップを用いた測定方法は、ダイナミックレンジが広いことから、糖鎖構造の比が不明のAFPを分析する場合に、一方が約1pg/mLで、もう一方が約10,000pg/mLであっても、同時測定が可能である。
Claims (7)
- 二種以上のリガンドが流路底面に固定化された流路型の表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップであって、該リガンドはいずれも糖鎖の形状の異なる二種以上のタイプが存在するアナライトのそれぞれと異なる結合能を有するものであり、該リガンドのうち二種が、以下の何れかの態様で流路底面に固定化されていることを特徴とする表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップ:
態様(i)一方のリガンドが流路の上流から下流にかけて疎から密になるように、もう一方のリガンドも同じく流路の上流から下流にかけて疎から密になるように流路底面に固定化されていて、それぞれの密度勾配が異なっている;
態様(ii)一方のリガンドが流路の上流から下流にかけて疎から密になるよう固定化され、もう一方のリガンドが、逆に流路の上流から下流にかけて密から疎になるように、密度勾配を形成して流路底面に固定化されている;
態様(iii)一方のリガンドのみにおいて流路の流れ方向に密度勾配を形成して、他方のリガンドは密度勾配なく全体的にまたは部分的に、流路上に配置されている。 - 上記リガンドが、レクチンである請求項1に記載の表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップ。
- 上記密度勾配が、二以上の段階的な密度により形成されている請求項1または2に記載の表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップ。
- 工程(i):リガンドが流路底面に固定化された流路型の表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップであって、該リガンドは糖鎖の形状の異なる二種以上のタイプが存在するアナライトのそれぞれと異なる結合能を有するものであり、該リガンドが流路の流れ方向に密度勾配を形成している表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップを、第一のリガンドである上記リガンドの密度勾配の方向と流路の流れ方向とを一致させて配設する工程;
工程(ii):糖鎖の形状の異なる二種以上のタイプが存在するアナライト含む可能性のある検体を該表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップと接触させる工程;
工程(iii):上記工程(ii)の後に、該アナライトに結合し得る、蛍光物質で標識した第二のリガンドを、該表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップと接触させる工程;および
工程(iv):上記工程(iii)の後に、該表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップの複数のエリアにおいて、表面プラズモン励起増強蛍光分光法に基づき該蛍光物質から発生した蛍光を測定し、該複数のエリアに捕捉されたアナライトを定量し、その測定値に基づき、該複数のエリアに捕捉されたアナライトの全量に対する、特定の形状の糖鎖を有するアナライトの割合を求める工程を含むことを特徴とする測定方法。 - 上記リガンドが、レクチンである表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップを用いた請求項4に記載の測定方法。
- 上記リガンドの密度勾配が、二以上の段階的な密度により形成されている表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップを用いた請求項4または5に記載の測定方法。
- 請求項1に記載の表面プラズモン励起増強蛍光分光法用センサチップを用いた請求項4〜6のいずれかに記載の測定方法。
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