JP5980127B2 - ストレプトアビジン結合磁性粒子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)磁性粒子は静置条件下で沈殿してしまうため使用時には分散させる必要があるが、粒子量が多いと分散させるのに時間と労力がかかる
(2)粒子量が多いと磁石で容器の片側に寄せた際にその体積が大きくなり、B/F分離及び洗浄時に内部に閉じ込められた反応液を洗浄する効率が低下する
(3)測定対象成分を検出する際に磁性粒子量が多いと磁性粒子そのものの着色による濁度が増加し、例えば化学発光や蛍光による検出では光学的な遮蔽によりその感度が低下する。
[2] 以下の工程を含む方法により製造される、[1]記載のストレプトアビジン結合磁性粒子。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;及び、
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、磁性粒子を、ストレプトアビジン及びグルタルアルデヒドと反応させる工程。
[3] さらに、以下の工程(3)を含む方法により製造される、[2]記載のストレプトアビジン結合磁性粒子。
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と還元剤とを反応させる工程。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載のストレプトアビジン結合磁性粒子と、ビオチン化蛋白質とを用いて製造される、蛋白質結合磁性粒子。
[5] [4]記載の蛋白質結合磁性粒子を用いることを特徴とする、試料中の測定対象成分の測定方法。
[6] [1]〜[3]のいずれかに記載のストレプトアビジン結合磁性粒子と、ビオチン化蛋白質とを用いることを特徴とする、試料中の測定対象成分の測定方法。
[8] [1]〜[3]のいずれかに記載のストレプトアビジン結合磁性粒子、及び、ビオチン化蛋白質を含むことを特徴とする、試料中の測定対象成分の測定用試薬。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;及び、
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、磁性粒子を、ストレプトアビジン及びグルタルアルデヒドと反応させる工程。
[10] さらに、以下の工程(3)を含む、[9]記載の製造方法。
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と還元剤とを反応させる工程。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、ストレプトアビジン結合磁性粒子を調製する工程;及び、
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合粒子と、ビオチン化蛋白質とを反応させる工程。
[12] 以下の工程を含むことを特徴とする、蛋白質結合磁性粒子の製造方法。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、ストレプトアビジン結合磁性粒子を調製する工程;
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と還元剤とを反応させる工程;及び、
(4)工程(3)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と、ビオチン化蛋白質とを反応させる工程。
本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子は、磁性粒子上に、ストレプトアビジンどうしが架橋されている構造を有することを特徴とする。ストレプトアビジンは四量体構造を取っており、単量体どうしは非共有結合により結合している。本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子においては、磁性粒子上で、この四量体構造のストレプトアビジンどうしがグルタルアルデヒドを介して共有結合し、架橋構造を取っている。ストレプトアビジンは、グルタルアルデヒドを介して磁性粒子のアミノ基と結合している。より詳細には、四量体構造のストレプトアビジンのうちの一部が、グルタルアルデヒドを介して磁性粒子のアミノ基と結合している。このストレプトアビジンの架橋構造は、例えばストレプトアビジン結合磁性粒子を1%のSDS溶液に置換し、60℃で1時間処理することによって、磁性粒子上に結合していたストレプトアビジンのサブユニット間結合を解離させ、SDS-PAGE(ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動)、ゲル濾過HPLC等により確認することができる。SDS-PAGEは、電気泳動により蛋白質を大きさに依存して分離する方法であり、試料をSDSで変性させた後、変性した蛋白質をポリアクリルアミドゲル電気泳動に供して、得られた泳動像から、蛋白質の分離、同定を行う方法である。SDS-PAGEとしては、ストレプトアビジンの架橋構造を確認できる方法であれば特に制限はなく、例えばバイオ実験イラストレイテッド5(細胞工学別冊 秀潤社)に記載されている方法等が挙げられる。
本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子の製造方法は、以下の工程を含有する製造方法である。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;及び、
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、磁性粒子を、ストレプトアビジン及びグルタルアルデヒドと反応させる工程。
(1)磁性粒子含有懸濁液を調製する工程
表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液は、表面にアミノ基を有する磁性粒子を水性媒体に添加することにより、又は、水性媒体に表面にアミノ基を有する磁性粒子を添加することにより調製することができる。表面にアミノ基を有する磁性粒子としては、例えば前述の、表面にアミノ基を有する磁性粒子等が挙げられる。水性媒体としては、表面にアミノ基を有する磁性粒子を懸濁し得る水性媒体であれば特に制限はなく、例えば蒸留水、精製水、緩衝液等が挙げられる。水性媒体のpHは、通常pH4.5〜7であり、pH5〜6が好ましい。水性媒体として緩衝液を用いる場合には、設定するpHに応じた緩衝剤を用いることが望ましい。緩衝液に用いる緩衝剤としては、例えば、酢酸緩衝剤、クエン酸緩衝剤、コハク酸緩衝剤、リン酸緩衝剤、グッドの緩衝剤等が挙げられる。
工程(2)は、工程(1)で調製された表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、磁性粒子を、ストレプトアビジン及びグルタルアルデヒドと反応させ、磁性粒子上に、ストレプトアビジンが架橋された構造を形成させる工程である。ストレプトアビジンが架橋された構造は、ストレプトアビジンどうしが、グルタルアルデヒドを介して共有結合することにより形成される。ここで、グルタルアルデヒドをストレプトアビジン存在下に添加するとは、グルタルアルデヒドを添加する際にストレプトアビジンが存在することを意味し、ストレプトアビジンを磁性粒子の懸濁液に添加した後にグルタルアルデヒドを連続的に添加する場合や、グルタルアルデヒドとストレプトアビジンとを同時に磁性粒子の懸濁液に添加する場合も包含する。
添加されるストレプトアビジンの量は、本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子を製造し得る量であれば特に制限はなく、通常、磁性粒子100 mgに対して0.2〜25 mgであり、10〜15 mgが好ましい。
本発明の蛋白質結合磁性粒子は、本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子と、ビオチン化蛋白質とを用いて製造される。磁性粒子上のストレプトアビジンと蛋白質に結合するビオチンとの相互作用により、蛋白質が磁性粒子上に結合する。
・蛋白質結合磁性粒子の製造方法1
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、ストレプトアビジン結合磁性粒子を調製する工程;及び、
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合粒子と、ビオチン化蛋白質とを反応させる工程。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、ストレプトアビジン結合磁性粒子を調製する工程;
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と還元剤とを反応させる工程;及び、
(4)工程(3)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と、ビオチン化蛋白質とを反応させる工程。
本発明の測定対象成分の測定方法の1つの態様は、本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子と、ビオチン化蛋白質とを用いて、試料中の測定対象成分を測定する方法である。また、本発明の測定対象成分の測定方法の別の態様は、本発明の蛋白質結合磁性粒子を用いて、試料中の測定対象成分を測定する方法である。本発明の測定方法は、通常の免疫学的測定方法で使用される方法であれば如何なる方法を用いることができ、サンドイッチ法、競合法等が挙げられる。
(I−1)サンドイッチ法
サンドイッチ法により、試料中の測定対象成分を測定する方法としては、例えば以下の工程を含む方法等が挙げられる。
(1)試料中の測定対象成分を、水性媒体中で、本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子、測定対象成分に結合する第1抗体にビオチンが結合したビオチン化第1抗体、及び、測定対象成分に結合する第2抗体と反応させ、磁性粒子上に、測定対象成分に結合する第1抗体、測定対象成分、及び、測定対象成分に結合する第2抗体からなる免疫複合体を生成させる工程;
(2)工程(1)後の反応混合物中の磁性粒子を磁力により集めて、磁力により集められた磁性粒子とそれ以外の成分とを分離する工程;及び、
(3)工程(2)で分離された磁性粒子上の免疫複合体を測定する工程。
第2抗体に結合する第3抗体に標識が結合した標識化第3抗体を、第1抗体、測定対象成分、及び、第2抗体からなる免疫複合体が結合している磁性粒子と反応させて、磁性粒子上に、第1抗体、測定対象成分、第2抗体、及び、第3抗体からなる免疫複合体を形成させ、該免疫複合体中の標識を測定することにより、分離された磁性粒子上の免疫複合体を測定することができる。第3抗体の代わりに、第3抗体フラグメントを用いることもできる。第2抗体に結合する第3抗体としては、例えば第2抗体のFc領域に結合する抗体又はそのフラグメント等が挙げられる。標識の測定は、分離された磁性粒子上の免疫複合体の測定を可能とする方法であれば、特に制限はなく、例えば化学発光の測定、蛍光の測定、吸光度の測定等が挙げられる。抗体のフラグメントとしては、例えばFab、F(ab’)2、Fab’等が挙げられる。
磁性粒子上に形成された、第1抗体、測定対象成分、及び、標識化第2抗体からなる免疫複合体中の標識を測定することにより、分離された磁性粒子上の免疫複合体を測定することができる。標識の測定は、分離された磁性粒子上の免疫複合体の測定を可能とする方法であれば、特に制限はなく、例えば化学発光の測定、蛍光の測定、吸光度の測定等が挙げられる。
化学発光の測定は、以下の方法等によって行うことができる。
(A-1)標識が酵素である場合
標識が酵素である場合には、例えばその酵素と反応して光を生成する基質を標識化抗体若しくはフラグメントに作用させ、生成した光(hν)の強度を発光強度計等で測定することにより行うことができる。酵素としては、その酵素の基質と反応し、光を生成し得るものであれば特に制限はなく、例えばアルカリホスファターゼ、ペルオキシダーゼ、β−D−ガラクトシダーゼ、ルシフェラーゼ等が挙げられる。
標識が発光物質である場合には、例えば生成した免疫複合体中の発光物質に起因する光の強度を、発光強度計等で測定することにより行うことができる。発光物質としては、本発明の測定を可能とする発光物質であれば特に制限はなく、例えばアクリジニウムおよびその誘導体、ルテニウム錯体化合物、ロフィン等が挙げられる。
蛍光の測定は、以下の方法等によって行うことができる。
(B-1)標識が酵素である場合
標識が酵素である場合には、例えばその酵素と反応して蛍光を生成する基質を標識化抗体若しくはフラグメントに作用させ、生成した蛍光の強度を蛍光強度計等で測定することにより行うことができる。酵素としては、その酵素の基質と反応し、蛍光を生成し得るものであれば特に制限はなく、例えばペルオキシダーゼ、β−D−ガラクトシダーゼ、β−グルクロニダーゼ等が挙げられる。
標識が蛍光物質である場合には、例えば生成した免疫複合体中の蛍光物質に起因する蛍光の強度を、蛍光強度計等で測定することにより行うことができる。蛍光物質としては、本発明の測定を可能とする蛍光物質であれば特に制限はなく、例えばFITC(フルオレッセイン イソチオシアナート)、RITC(ローダミンB−イソチオシアナート)、quantum dot(Science, 281, 2016-2018, 1998)、フィコエリスリン等のフィコビリ蛋白質、GFP(Green fluorescent Protein)、RFP(Red fluorescent Protein)、YFP(Yellow fluorescent Protein)、BFP(Blue fluorescent Protein)等が挙げられる。
吸光度の測定は、以下の方法等によって行うことができる。
(C-1)標識が酵素である場合
標識が酵素である場合には、例えばその酵素と反応して色素を生成する基質を標識化抗体若しくはフラグメントに作用させ、生成した色素の吸光度を分光光度計やマルチウェルプレートリーダー等で測定することにより行うことができる。酵素としては、その酵素の基質と反応し、色素を生成し得るものであれば特に制限はなく、例えばペルオキシダーゼ等が挙げられる。
競合法により、試料中の測定対象成分を測定する方法としては、例えば以下の工程を含む方法等が挙げられる。
(1)試料中の測定対象成分を、水性媒体中で、本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子、測定対象成分及び競合物質の両者に結合する抗体にビオチンが結合したビオチン化抗体、及び、競合物質に標識が結合した標識化競合物質と反応させる工程;及び、
(2)工程(1)で生成した、測定対象成分に結合する抗体と標識化競合物質の免疫複合体中の標識を測定する工程。
磁性粒子上に生成した免疫複合体の測定における測定値に基づいた、試料中の測定対象成分濃度は、例えば、以下の方法により決定することができる。
競合法により、試料中の測定対象成分を測定する方法としては、例えば以下の工程を含む方法等が挙げられる。
(1)試料中の測定対象成分を、水性媒体中で、本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子、競合物質にビオチンが結合したビオチン化競合物質、及び、測定対象成分及び競合物質の両者に結合する抗体に標識が結合した標識化抗体、と反応させる工程;及び、
(2)工程(1)で生成した、競合物質と標識化抗体の免疫複合体中の標識を測定する工程。
磁性粒子上に生成した免疫複合体の測定における測定値に基づいた、試料中の測定対象成分濃度は、例えば、以下の方法により決定することができる。
(II−1)サンドイッチ法
サンドイッチ法により、試料中の測定対象成分を測定する方法としては、例えば、本発明の蛋白質結合磁性粒子において、蛋白質として測定対象成分に結合する抗体を用いる以下の工程を含む方法等が挙げられる。
(1)試料中の測定対象成分を、水性媒体中で、測定対象成分に結合する第1抗体が固定化された磁性粒子、及び、測定対象成分に結合する第2抗体と反応させ、磁性粒子上に、測定対象成分に結合する第1抗体、測定対象成分、及び、測定対象成分に結合する第2抗体からなる免疫複合体を生成させる工程;
(2)工程(1)後の反応混合物中の磁性粒子を磁力により集めて、磁力により集められた磁性粒子とそれ以外の成分とを分離する工程;及び、
(3)工程(2)で分離された磁性粒子上の免疫複合体を測定する工程。
工程(2)及び工程(3)は、前述の(I−1)の工程(2)及び工程(3)と同じである。
競合法により、試料中の測定対象成分を測定する方法としては、例えば、本発明の蛋白質結合磁性粒子において、蛋白質として測定対象成分及び競合物質の両者に結合する抗体を用いる以下の工程を含む方法等が挙げられる。
(1)試料中の測定対象成分を、水性媒体中で、測定対象成分及び競合物質の両者に結合する抗体が固定化された磁性粒子、及び、競合物質に標識が結合した標識化競合物質と反応させる工程;及び、
(2)工程(1)で生成した、測定対象成分に結合する抗体と標識化競合物質の免疫複合体中の標識を測定する工程。
磁性粒子上に生成した免疫複合体の測定における測定値に基づいた、試料中の測定対象成分濃度は、例えば、前述の(I−2)の場合と同様の方法により決定することができる。
競合法により、試料中の測定対象成分を測定する方法としては、例えば、本発明の蛋白質結合磁性粒子において、蛋白質として抗原抗体反応において測定対象成分と競合する競合物質を用いる以下の工程を含む方法等が挙げられる。
(1)試料中の測定対象成分を、水性媒体中で、競合物質が固定化された磁性粒子、及び、測定対象成分及び競合物質の両者に結合する抗体に標識が結合した標識化抗体と反応させる工程;及び、
(2)工程(1)で生成した、競合物質と標識化抗体の免疫複合体中の標識を測定する工程。
工程(2)における標識の測定は、例えば前述の方法等によって行うことができる。
磁性粒子上に生成した免疫複合体の測定における測定値に基づいた、試料中の測定対象成分濃度は、例えば、前述の(I−3)の場合と同様の方法により決定することができる。
本発明の測定対象成分の測定用試薬の1つの態様は、本発明のストレプトアビジン結合磁性粒子と、ビオチン化蛋白質とを含む試薬である。また、本発明の測定対象成分の測定用試薬の別の態様は、本発明の蛋白質結合磁性粒子を含む試薬である。本発明の測定対象成分の測定用試薬は、本発明の測定対象成分の測定方法に使用される。ビオチン化蛋白質及び蛋白質結合磁性粒子における蛋白質としては、例えば前述の蛋白質等が挙げられる。
磁性粒子にはアミノ基タイプEstapor磁性粒子EM2-100/40(メルク社製)を用いた。当該磁性粒子はコア・シェル構造から成り、粒径が1.62μmであり、内部コア部分には全質量比41.2%の磁性体を含み、ポリスチレンからなるシェル部分には化学的にアミノ基が97μeq/gで修飾されている粒子である。当該磁性粒子を2 mg採取し、1.0%のTrimethylstearylammonium Chloride (東京化成社製)を含むpH5.5、10 mmol/L酢酸緩衝液(以下、分散液Aという)を4 mL加え、分散させた。続いて容器横に強力磁石を配することで磁性粒子を収集し、分散液Aを吸引除去した(以下、分散液の添加、磁性粒子の収集、吸引除去の一連の操作を「洗浄」と略す)。該洗浄を続けて4回行った後、pH5.5、10 mmol/L酢酸緩衝液で懸濁させて、30 mg/mLの磁性粒子の懸濁液を調製した。グルタルアルデヒドは25%グルタルアルデヒド水溶液(ナカライテスク社製)をpH5.5、10 mmol/L酢酸緩衝液で希釈し、0.038%、0.063%、0.088%、0.113%の各溶液を調製した。ストレプトアビジンとして、遺伝子組み換え体のストレプトアビジン(ロシュ社製)を用い、pH5.5、10 mmol/L酢酸緩衝液に24.5 mg/mLで溶解することにより、ストレプトアビジン溶液を調製し、氷冷で1時間以上静置した。
上記(1)で得られたストレプトアビジン結合磁性粒子、及び、市販のストレプトアビジン結合磁性粒子について、以下の方法により、ビオチン結合能を測定した。
実施例1の方法と同様の方法により得られたビオチン結合能が2.61 pmol/mm2、4.95 pmol/mm2、6.76 pmol/mm2であるストレプトアビジン結合磁性粒子について、それぞれのストレプトアビジン結合磁性粒子を4 mLのPBSで10回洗浄し、1%SDS/PBSに置換した後、60℃で1時間インキュベートした。次に磁性粒子を磁石で集磁し、上清の蛋白溶液を回収した後、SDS-PAGEで分析した。同様の操作を、市販のストレプトアビジン結合磁性粒子に対しても行った。SDS-PAGEの結果を図1に示す。
実施例1と同様の方法により調製した、ビオチン結合能が4.54 pmol/mm2であるストレプトアビジン結合磁性粒子について、当該ストレプトアビジン結合磁性粒子を0.1%BSAを含むPBSに0.1 mg/mLで分散させ、冷暗所で24時間静置した。これを転倒混和で、25回攪拌し、その分散度合いを比較した。その結果を図2に示す。図2の上は、静置した状態のストレプトアビジン結合磁性粒子を、下は、転倒混和25回後のストレプトアビジン結合磁性粒子の分散状態を表す。
Claims (4)
- 以下の工程を含むことを特徴とする、ストレプトアビジン結合磁性粒子の製造方法。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;及び、
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、磁性粒子を、ストレプトアビジン及びグルタルアルデヒドと反応させる工程。 - さらに、以下の工程(3)を含む、請求項1記載の製造方法。
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と還元剤とを反応させる工程。 - 以下の工程を含むことを特徴とする、蛋白質結合磁性粒子の製造方法。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、ストレプトアビジン結合磁性粒子を調製する工程;及び、
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合粒子と、ビオチン化蛋白質とを反応させる工程。 - 以下の工程を含むことを特徴とする、蛋白質結合磁性粒子の製造方法。
(1)表面にアミノ基を有する磁性粒子を含む懸濁液を調製する工程;
(2)工程(1)で調製した懸濁液に、ストレプトアビジン存在下にグルタルアルデヒドを添加し、ストレプトアビジン結合磁性粒子を調製する工程;
(3)工程(2)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と還元剤とを反応させる工程;及び、
(4)工程(3)で調製したストレプトアビジン結合磁性粒子と、ビオチン化蛋白質とを反応させる工程。
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