JP7117476B2 - アルツハイマー病の鑑別診断のための複合アッセイ - Google Patents

Description

本発明は、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のための複合免疫赤外線アッセイを提供する。本方法は、確実な疾患診断および患者の層別化用に適用することができる。本アッセイでは、体液中のアミロイド－ベータペプチドおよびタウタンパク質の二次構造分布内の変化について無標識の検出を考慮している。未変性からβシート濃縮アイソフォームへのこういった二次構造の変化は、Ａβおよびタウに対して時間遅れで生じるが、臨床疾患発現の何年も前に現れる。ここで、本複合方法では、液体生検をベースとする診断のためにこのシフトを利用している。

アルツハイマー病（ＡＤ）は、世界中で３，５００万人を超えて影響を及ぼしている最も頻繁に起こる神経変性疾患のうちの１つである（Prince et al., London, UK doi:10.1111/j.0963-7214.2004.00293.x (2015)）。ＡＤの鑑別診断および、特に疾患の初期段階または前駆段階への亜分類は、クリニカルルーチンにおいて依然として難しい問題である。ＡＤの初期検出のための信頼性のあるバイオマーカーの必要性が、現在、非常に望まれている。しかし確実でかつ初期の鑑別診断が将来の治療介入にとって基本である（Chiba, Neurodegenerative Diseases, edited by Uday Kishore, 181-225. InTech doi:10.5772/55293 (2013); Thorsett and Latimer, Current Opinion Chem. Biol. 4(4):377-82 (2000)）。したがって、科学研究所は、好ましくは液体生検をベースとする単純な診断試験に焦点を合わせている（Doecke, Arch. Biol. 69(10):1318 doi:10.1001/archneurol.2012.1282 (2012); Andreasen et al., J. Neurology, Neurosurgery and Psychiatry 64(3):298-305 (1998); Fiandaca et al., Frontiers in Neurology 6(Nov):1-13 doi:10.3389/fneur.2015.00237 (2015); Mapstone et al., Nature Medicine 20(4):415-18. doi:10.1038/nm.3466 (2014)）。

アルツハイマー病では、主として内在的な不規則なアミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチドおよびタウタンパク質のβシート濃縮アイソフォームへの二次構造の変化が疾患の進行中の起因事象として考察されている（Sarroukh et al., Cell. Mol. Life Sci. 68(8):1429-38 doi:10.1007/s00018-010-0529-x (2011); Cerf et al., Biochem. J. 421(3):415-23 doi:10.1042/BJ20090379 (2009); Fandrich, et al., Prion 3(2):89-93 (2009); Sachse et al., PNAS 105(21):7462-66 doi:10.1073/pnas.0712290105 (2008); Glabe, J. Biol. Chem. 283(44):29639-43 doi:10.1074/jbc.R800016200 (2008); Cavallucci et al., Mol. Neurobiol. doi:10.1007/s12035-012-8251-3 (2012); Haass and Selkoe, Nature Rev. Mol. Cell Biol. 8(2):101-12 doi:10.1038/nrm2101 (2007); Kolarova et al., Int. J. Alzheimer's Disease doi:10.1155/2012/731526 (2012); Yang et al., Devel. Brain Res. 156(2):127-38 doi:10.1016/j.devbrainres.2005.02.004 (2005)）。これによって、タウ凝集および神経原線維変化（ＮＦＴ）への沈着がＡβ凝集を伴うことが示唆されている（Lo et al., Arch. Neurol. 68(10):1257-66 doi:10.1001/archneurol.2011.123 (2011); Bennett et al., Arch. Neurol. 61(3):378-84 doi:10.1001/archneur.61.3.378 (2004); Coomaraswamy et al., PNAS 107(17):7969-74 doi:10.1073/pnas.1001056107 (2010); Braak and Braak, Acta Neuropathologica 82(4):239-59 doi:10.1007/BF00308809 (1991); Thal et al., J. Neuropath. Exp. Neurol. 59(8):733-48. (2000); Thal et al., Science of Aging Knowledge Environment 2006(6):re1 doi:10.1126/sageke.2006.6.re1 (2006)）。

クリニカルルーチンでは、神経心理学的試験および脳脊髄液（ＣＳＦ）中の多様なバイオマーカーレベルの神経化学的定量的結果が、従来技術の鑑別診断に使用されている。しかし、Ａβ４０、Ａβ４２、総タウレベルまたは高リン酸化タウレベルなどのバイオマーカー濃度自体は、ＡＤの進行と相関しない可能性がある（Wiltfang et al., J Neurochem., 101(4):1053-59 doi:10.1111/j.1471-4159.2006.04404.x (2007), Gabelle et al., J Alzheimers Dis., 26(3):553-63 doi:10.3233/JAD-2011-110515 (2011), Blennow et al., J Nutr Health Aging, 13(3):205-8 doi:10.1007/s12603-009-0059-0 (2009)）。さらに、これらのバイオマーカー定量化に基づくと、鑑別診断は、依然として難しい問題である。しかし、陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）および磁気共鳴断層撮影法（ＭＲＴ）によれば、ヒトの脳内の斑などの凝集物（βシート濃縮タンパク質から蓄積された）が検出される。それにもかかわらず、ＰＥＴおよびＭＲＴは非常に高価で時間のかかる技法であり、こういった技法は前駆ＡＤ段階の検出には適用できず、したがって疾患の中度／後期の段階の決定のみを提供する。さらなる欠点は、ＰＥＴの場合における造影剤の使用であり、これもまた患者にストレスを与える。既に述べた技法の他に、蛍光に基づく免疫アッセイ、特に酵素結合免疫吸着アッセイ（ＥＬＩＳＡ）および表面蛍光強度分布解析法（ｓＦＩＤＡ）もまた新しい分野である。しかし、これらの技法には、分析対象のバイオマーカーの二次構造に影響を及ぼし得る蛍光標識検出抗体が必要である。さらに、ＥＬＩＳＡおよびｓＦＩＤＡは、タンパク質二次構造または二次構造分布に関してなんら直接的な情報を明らかにしなかった。さらに、タウタンパク質の二次構造は、言及の技法では立体配座への感受性が欠けているので、今日まで診断目的または鑑別目的のために決して使用されなかった。

かかる二次構造の変化を決定するために、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）差分光法が強力なツールである（Kotting and Gerwert, Chemphyschem 6(5):881-888 doi:10.1002/cphc.200400504 (2005)）。ペプチド結合のＣ＝Ｏ振動によって引き起こされるアミドＩバンドの周波数によって、タンパク質骨格の二次構造が示される。特に、体液中のβシート濃縮バイオマーカーアイソフォームの増加は、表面検査減衰全反射（ＡＴＲ）技法によりモニタリングされる１６３０ｃｍ^－１への周波数ダウンシフトによって確実に検出される。体液中の特定のタンパク質の二次構造分布を解析するために、対象のタンパク質を表面層内に選択的に結合させる必要があり、これは抗体機能化内部反射素子（ＩＲＥ）を用いて達成される（Schartner et al., JACS 135(10):4079-87 doi:10.1021/ja400253p (2013)）。本方法は、中度のＡＤと疾患対照との鑑別用に、ＣＳＦおよび血漿由来の可溶性のＡβ画分の二次構造分布の抽出および決定に適用された（Nabers et al., J. Biophotonics 9(3):224-34 doi:10.1002/jbio.201400145 (2016); Nabers et al., Anal. Chem. Doi: 10.1021/acs.analchem.5b04286 (2016)）。

対照的に、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）、表面弾性波または水晶振動子マイクロバランスなどの技法を使用して、タンパク質－リガンドまたはタンパク質薬物相互作用を解析する。こういった技法は動力学的情報のみを提供するが、スペクトル解像度は提供しないので、タンパク質内の直接的な二次構造変化を明らかにすることができない。表面増強赤外吸収（ＳＥＩＲＡ）分光法などのさらなる技法は理論的にはスペクトル解像度を提供するであろうが、測定の再現性は、粗い金表面の調製に起因して極めて困難な問題であり、したがってタンパク質二次構造転移解析用のロバストプラットフォームを提供しない。

国際公開第２０１５／１２１３３９号パンフレットでは、振動分光法による、立体配座および二次構造解析用の、例えば体液のような、複合的な混合物内の、特に単一の選択されたタンパク質の直接非侵襲的定性の二次構造解析用のバイオセンサーが提供されている。解析のために、選択した物質を単離し、濃縮し、または特別な調製手順によって前処理することを必要としない。バイオセンサーは、候補バイオマーカータンパク質の立体配座転移が疾患の進行に関連している疾患の進行の決定に適しており、バイオマーカータンパク質のアミドＩバンド最大値のシフトは、疾患の進行を示す分類指標である。タンパク質ミスフォールディング病を、例えばアルツハイマー病、パーキンソン病、クロイツフェルト－ヤコブ病、またはハンチントン病とすると、こういった情報は、疾患の進行に決定的に関係している。

本発明の簡単な説明
アルツハイマー病（ＡＤ）は、２つの重要なバイオマーカー候補のミスフォールディングを含めて、多因子性プロテオパシーである。アミロイド－ベータペプチド（Ａβ）およびタウタンパク質の両方が、疾患の進行中にβシートアイソフォームの増大を示す。以前に、脳脊髄液（ＣＳＦ）および血漿中の総Ａβ画分中のβシートＡβアイソフォームの含有量の増加を、免疫赤外線センサーによるＡＤ検出に適用することができた。本明細書では、疾患対照（ＤＣ）患者および認知症アルツハイマー型（ＤＡＴ）患者由来の３００試料を、それぞれ可溶性のＡβ（ＣＳＦ、血漿）およびタウタンパク質（ＣＳＦ）の二次構造分布に関して解析した。タウタンパク質の二次構造分布は、ＤＡＴに対して特異的ではなく、認知症の一般的なマーカーであることが証明されたが、Ａβとタウとの複合データ解析により、９３％の精度でＤＣ／ＤＡＴ鑑別のための診断アッセイが得られた。さらに、複合データの評価によってＤＡＴの初期段階および後期段階においてＤＡＴ患者を細別する可能性が示されたが、この評価はＤＣ対象の鑑別診断を実現する可能性がある。したがって本発明は、
（１）体液中の可溶性のアミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド画分および可溶性のタウタンパク質画分の二次構造分布の直接解析による、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のための方法であって、
（ａ）赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、Ａβペプチド用の少なくとも１つの受容体とを有する第１の赤外線センサー素子を含む第１のＩＲセル内で、可溶性のＡβペプチドを有する体液の少なくとも１回のフラックスを行って、前記第１のＩＲセルを通してＩＲビームを送って、ならびにそれから赤外線スペクトルを得る、ステップと；
（ｂ）赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、タウタンパク質用の少なくとも１つの受容体とを有する第２の赤外線センサー素子を含む第２のＩＲセル内で、可溶性のタウタンパク質を有する体液の少なくとも１回のフラックスを行って、前記第２のＩＲセルを通してＩＲビームを送って、ならびにそれから赤外線スペクトルを得る、ステップと；
（ｃ）得られた赤外線スペクトルを解析して、鑑別診断のために体液中の可溶性のＡβペプチドのおよび可溶性のタウタンパク質の二次構造分布を決定するステップであって、好ましくはＡβペプチドのおよび／またはタウタンパク質のアミドＩバンドのダウンシフトによって病期が示される、ステップと
を含む、方法、
（２）上の態様（１）の好ましい一実施形態であって、前記第１のおよび第２の赤外線センサー素子は、台形または平行四辺形の形状であり、アミドＩバンドを検出するのに十分な信号対雑音比を持って赤外線透過であるゲルマニウム内部反射素子と、Ａβペプチド用またはタウタンパク質用の少なくとも１つの受容体であって、Ａβペプチドへのまたはタウタンパク質への、それぞれ、特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体であり、ならびに前記少なくとも１つの受容体の自由にアクセス可能なアミン基を短いシラン／チオールリンカー上のアミン反応基と反応させ、かつ短いシラン／チオールリンカー上の残留するアミン反応基をＡβペプチドまたはタウタンパク質と、それぞれ、交差反応しないブロッキング物質でブロッキングする、短いシランリンカーを用いたシラン化によってまたは短いチオールリンカーを用いたチオール化によって、前記内部ゲルマニウム反射素子の少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、Ａβペプチド用またはタウタンパク質用の少なくとも１つの受容体とを含む、好ましい一実施形態、
（３）上の（１）または（２）に記載の第１のおよび第２の赤外線センサー素子を含む、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のためのキット、
（４）上の（１）または（２）に記載の第１のおよび第２の赤外線センサー素子を含む、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のためのデバイス、ならびに
（５）体液中の可溶性のアミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド画分および可溶性のタウタンパク質画分の二次構造分布の直接解析のための、上の（１）もしくは（２）に記載の第１のおよび第２の赤外線センサー素子、上の（３）に記載のキットまたは上の（４）に記載のデバイスの使用、
を提供する。

本発明は、２つのセンサー素子によるＡβとタウとの個別の検出に基づいている。これに関連して、解析および亜分類は、体液から個別に抽出されたＡβおよびタウ両方の二次構造分布の決定に基づいている。今までのところ、ＣＳＦ中のタウタンパク質の二次構造分布は、診断目的のために考慮されたことがなかった。さらに、アルツハイマー病の検出のためにＣＳＦからタウの二次構造の変化を組み込むことによって、診断精度に対する付加的な効果以上のものが提供される。Ａβ（例えばＣＳＦおよび／または血漿中の）およびタウ（例えばＣＳＦ中の）の二次構造分布を解析することで、軽度から重度の病期におけるアルツハイマー病の亜分類、およびＡＤとその他の認知症タイプとの鑑別が可能になる。

複合免疫赤外線アッセイのスキームおよび解析の原理を示す図である。（Ａ）ＣＳＦおよび／または血漿中に存在するＡβ（１）およびタウ（２）の全画分を、抗体機能化免疫赤外線センサーを使用して個別に抽出した。検出されたＡβおよびタウの二次構造分布は、赤外線アミドＩの最大値の位置によって示される。 ＣＳＦおよび血漿中のＡβ、ならびにＣＳＦ中のタウの解析に基づくＤＣとＤＡＴとの弁別用の箱ひげ図に表示されるようにアミドＩの最大値の位置の分布を示す図である。両方の診断群は、ＣＳＦ（ｐ＝２．５＊１０^－１１、Ｋｒｕｓｋａｌ－Ｗａｌｌｉｓ ＡＮＯＶＡ、信頼水準ａ＝０．０５）およびＥＤＴＡ血漿（ｐ＝３．４＊１０^－９）からのＡβのアミドＩの最大値において高い有意差を、およびＣＳＦからのタウに対して中度の有意性（ｐ＝１．６＊１０^－３）を示した。箱ひげ図では、２５／５０／７５％分位点は水平線として、平均バンド位置は正方形として、±標準偏差はひげとして、および観察最小値／最大値はクロスとして表示されている。 ６１人のＤＣ（灰色）および３９人のＤＡＴ（黒色）の試料について、ＣＳＦ中のタウ、ＣＳＦ中のＡβおよびＥＤＴＡ血漿中のＡβについて決定されたアミドＩの最大値の位置の３Ｄ散布図である。透明なブラックボックス内のデータ点は、３つのアッセイ全てにおいてＤＡＴとして同定された対象を示す。 ＣＳＦ中のＡβ（Ａ）の二次構造分布、ＥＤＴＡ血漿中のＡβ（Ｂ）の二次構造分布、およびＣＳＦ中のタウタンパク質（Ｃ）の二次構造分布の決定に基づくＤＣ（ｎ＝６１）とＤＡＴ（ｎ＝３９）との鑑別のためのＲＯＣ曲線解析の図である。この順序で、０．９０、０．８５、および０．６７のＡＵＣが得られた。したがって、診断精度、９２％（Ａβ、ＣＳＦ）、８５％（Ａβ、血漿）、および６８％（タウ、ＣＳＦ）が算出された（Ｄ）。これらのデータに基づくと、タウの二次構造分布単独では、認知症に対して、特定のＤＡＴ検出に対するよりも一般的なバイオマーカーであるといっそう思われる。 複合免疫赤外線アッセイによるＤＡＴとその他のタイプの認知症との鑑別診断および病期分類のための手順のダイアグラムである。アッセイは、体液中のＡβペプチドおよびタウタンパク質の二次構造分布の決定に基づいている。この分布は、抽出されたバイオマーカー画分の赤外線立体配座感受性アミドＩバンドの最大値の位置で表されている。１６４３ｃｍ^－１の弁別マーカーバンド未満の最大値は病気であると定義される。この手順は、ＣＳＦおよび血漿からの抽出Ａβ画分およびＣＳＦ由来のタウタンパク質画分に適用される。３つのバイオマーカー全ての値が１６４３ｃｍ^－１以上である場合、認知症には割り当てられないことになる。対照的に、１６４３ｃｍ^－１未満のバイオマーカー値は重度のＤＡＴを示す。タウアミドＩの最大値のみがマーカーバンド未満である場合、他のタイプの認知症が同定されることになる。 Ａβ（ＣＳＦ／血漿）およびタウ（ＣＳＦ）の二次構造分布を表すアミドＩの最大値の決定を、６１人のＤＣ患者と３９人のＤＡＴ患者との鑑別のために使用した図である。これによって、多数決（黒色＝最大値＜１６４３ｃｍ^－１および灰色＝最大値≧１６４３ｃｍ^－１）がＤＣおよびＤＡＴを示した。したがって、ＤＣ群については３件のみの偽陽性が、ＤＡＴ群については４件が観察された。これは、ジェロントサイカイアトリストおよび神経科医による臨床評価と比較して、複合データ解析については、９５％の特異性、９０％の感度、したがって全体で９３％の診断精度という結果である。

免疫赤外線センサーおよびその製造は、出願人の先の特許出願国際公開第２０１５／１２１３３９号パンフレットに記載されており、これは体液中のＡβとタウの両方の二次構造分布の検出に現在適用されている。ＩＲセンサーの製造は、最適化され、単純化されたプロトコルを用いたシラン化学またはチオール化学により赤外線透過材料の表面上に、それぞれＡβ用またはタウ用の受容体、すなわち抗体を直接にかつ密接に固定化することを含む。液体（例えば血清、血漿またはＣＳＦ）を解析するために、これをフローシステム中のセンサーに供給する。高分子物質は、機能化センサーの表面上で抗体によって固定化される。光学センサー素子は、赤外線解析に特に適しており、場合によってはさらに、異なる波長での蛍光の検出を含めて別の光学的方法による並行または代替の解析に適している。

本発明によれば、第１のおよび第２のＩＲセルの赤外線透過材料は、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、セレン化ガリウム、およびダイヤモンドから独立して選択され、好ましくはゲルマニウムである。

本発明の好ましい実施形態では、光学センサー素子は台形または平行四辺形の形状、ファイバーまたは桿状の形状を有するゲルマニウム結晶を含む内部反射素子を有する。ゲルマニウム結晶はゲルマニウム単結晶であることが好ましいが、台形に切断されたゲルマニウム単結晶が特に好ましい。

ゲルマニウム結晶は、反射素子を通して赤外光の１回、１回を超える、または３回を超える反射を可能とするまたは提供するのがさらに好ましく、５回を超える反射またはさらに２０回を超える反射が特に好ましい（アクティブに検知された１３回の反射を伴う２５回の反射が好ましい）。かかる多重反射において候補バイオマーカータンパク質との接触を可能にするために、バイオマーカータンパク質用の受容体は、前記内部ゲルマニウム反射素子の適正な数の表面にグラフトされている。

受容体をカップリングするのに、したがって、高分子を内部ゲルマニウム反射素子にカップリングするのに利用されるシランリンカーおよびチオールリンカーは、均一なシランリンカーおよびチオールリンカー、シランリンカーの混合物およびチオールリンカーの混合物を含む。受容体／高分子短鎖リンカーの緊密で密接な結合を可能にするために、好ましくは、原子が２０個以下または原子が１５個以下の有効リンカー鎖長（炭素原子およびヘテロ原子を含めて）を有するリンカーが利用される。

シランリンカーを含むかかる短鎖リンカーは、以下の式のうちの１つを有する：
Ｘ_３Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚ、
Ｘ_２Ｒ^１Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚまたは
Ｘ（Ｒ^１）_２Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚ、
およびチオールリンカーは以下の式を有する：
ＷＳ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚ、
［式中、Ｗは、Ｒ^１Ｓ－またはＨであり、Ｘは、出現する毎にハロゲンおよびＣ_１～６アルコキシから独立して選択され、ｎは、１～１０の整数であり、ｎ’は、１～５の整数であり、Ｒ^１は、出現する毎にＣ_１～６アルキルから独立して選択され、Ｙは、化学結合、－Ｏ－、－ＣＯ－、－ＳＯ_２－、－ＮＲ^２－、－Ｓ－、－ＳＳ－、－ＮＲ^２ＣＯ－、ＣＯＮＲ^２－、－ＮＲ^２ＳＯ_２－および－ＳＯ_２ＮＲ^２－（式中、Ｒ^２はＨまたはＣ_１～６アルキルである）から選択され、およびＺは、－ＣＯ_２Ｈ、－ＳＯ_３Ｈおよびそれらのエステル誘導体を含めてアミン反応基である］。

本発明内のハロゲンには、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素の原子が含まれる。Ｃ_１～６アルキルおよびＣ_１～６アルコキシには、飽和であっても不飽和であってもよい、１～６個の炭素原子を有する直鎖状の、分枝状の、もしくは環状のアルキル基またはアルコキシ基が含まれる。環状のアルキル基およびアルコキシ基の場合、これは３～６個の炭素原子を有するものを指す。適切なＣ_１～６アルキル基およびＣ_１～６アルコキシ基としては、とりわけ、メチルおよびメトキシ、エチルおよびエトキシ、ｎ－プロピルおよびｎ－プロポキシ、イソ－プロピルおよびイソ－プロポキシ、シクロプロピルおよびシクロプロポキシ、ｎ－ブチルおよびｎ－ブトキシ、ｔｅｒｔ－ブチルおよびｔｅｒｔ－ブトキシ、シクロブチルおよびシクロブトキシ、ｎ－ペンチルおよびｎ－ペントキシ、シクロペンチルおよびシクロペントキシ、ｎ－ヘキシルおよびｎ－ヘキソキシ、シクロヘキシルおよびシクロヘキソキシ等が挙げられる。アミン反応基Ｚには、遊離アミノ基と反応性であるあらゆる種類の官能基が含まれる。これらの中で、－ＣＯ_２Ｈ、－ＳＯ_３Ｈ、およびそれらのエステル誘導体（活性なエステルを含めて）が特に好ましい。

上記式中の－（ＣＨ_２）_ｎ－および－（ＣＨ_２）_ｎ’－の構造的要素は、１つもしくは複数の二重結合および／または三重結合も含有することができ、かつ１つまたは複数のフッ素などのハロゲン原子または重水素で置換されていてもよい。

本発明の好ましい一実施形態では、光学センサー素子はシラン化により取得可能であり、式（ｉ）～（ｉｉｉ）のリンカーにおいて、ＸはＣ_１～６アルコキシ基から、好ましくはメトキシ基およびエトキシ基から独立して選択され、Ｙは－ＮＨＣＯ－であり、Ｚは－ＣＯ_２Ｈまたはそのエステル誘導体であり、ならびにｎは１～５の整数でありおよびｎ’は１～３の整数であり、好ましくは、ｎは３でありおよびｎ’は２である。

別の実施形態では、光学センサー素子はチオール化により取得可能であり、式（ｉｖ）のリンカーにおいて、ＷはＨであり、Ｙは化学結合であり、Ｚは－ＣＯ_２Ｈまたはそのエステル誘導体であり、ならびにｎは１～８の整数でありおよびｎ’は１～５の整数であり、好ましくは、ｎは８でありおよびｎ’は４である。特に好ましいのは１２－メルカプトドデカン酸ＮＨＳエステルである。

光学センサー素子の別の好ましい実施形態では、Ａβペプチド用およびタウタンパク質用の受容体は特異的抗体である。Ａβペプチドの場合、抗体は、抗体Ａ８９７８（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ）などの、Ａβペプチドのセントラルエピトープに特異的に結合する抗体であり、タウタンパク質の場合、抗体は、抗体タウ－５（ＡＨＢ００４２、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）などの全てのタウ変異体（リン酸化および切断型変異体、３～４反復領域を有する変異体、またはアイソフォームを含めて）に存在するエピトープに特異的に結合する抗体である。

候補バイオマーカータンパク質と交差反応しないブロッキング物質には、カゼイン、エタノールアミン、Ｌ－リジン、ポリエチレングリコール、アルブミン、およびそれらの誘導体が含まれ、好ましくはカゼインである。

センサー素子を調製する方法では、酸化を、Ｈ_２Ｏ_２／シュウ酸での処理によって実施する。さらに、方法では、短いシランリンカーを用いたシラン化は、以下の式を有するシラン誘導体を用いて実施するのが好ましい：
Ｘ_３Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｙ、
Ｘ_２Ｒ^１Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｙまたは
Ｘ（Ｒ^１）（Ｒ^２）Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｙ
［式中、変数は上に記載の通りである］。
Ｙの記載ではＣＯ_２ＨまたはＳＯ_３Ｈの部分のエステル誘導体を使用することが特に好ましく、これは単純なＣ_１～６アルキルエステルであってもよいが、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステルなどの活性化エステル、またはその他の任意の活性化エステル誘導体であってもよい。方法ではまた、受容体は抗体であることが好ましい。ブロッキング物質はカゼインであることがさらに好ましい。

センサー素子を調製する方法では、表面活性化を、ＨＦ（４９％）での処理によって実施する。さらに、方法では、短いチオールリンカーを用いたチオール化は、以下の式を有するチオールリンカーを用いて実施するのが好ましい：
ＷＳ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚ
［式中、変数は上に記載の通りである］。
Ｙの記載ではＣＯ_２ＨまたはＳＯ_３Ｈの部分のエステル誘導体を使用することが特に好ましく、これは単純なＣ_１～６アルキルエステルであってもよいが、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステルなどの活性化エステル、またはその他の任意の活性化エステル誘導体であってもよい。方法ではまた、受容体は抗体であることが好ましい。ブロッキング物質はカゼインであることがさらに好ましい。

センサー素子を調製する方法では、光学センサー素子は室温中で形成される。ＩＲスペクトルに基づいて、あらゆる単一ステップを評価することができる。このバリデーションステップは、被検化合物の特異的検出および正確な二次構造決定に必須である。

本発明の態様（４）のデバイスは、適切なＩＲセル（チャンバ）内に組み込まれているセンサー素子を有する。これは、光（ＩＲ）発光素子、光（ＩＲ）検出素子およびデータ処理ユニットをさらに含んでもよい。さらなる光学的方法による並行検出のために、デバイスは、異なる波長で、ＵＶ／Ｖｉｓ蛍光用の光源および検出器素子などのかかるさらなる光学的方法のための光源および検出器素子をさらに含んでもよい。

本発明の態様（１）の方法は、
（ａ）赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、Ａβペプチド用の少なくとも１つの受容体とを有する第１の赤外線センサー素子を含む第１のＩＲセル内で、可溶性のＡβペプチドを有する体液の少なくとも１回のフラックスを行って、前記第１のＩＲセルを通してＩＲビームを送って、ならびにそれから赤外線スペクトルを得る、ステップと；
（ｂ）赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、タウタンパク質用の少なくとも１つの受容体と
を有する第２の赤外線センサー素子を含む第２のＩＲセル内で、可溶性のタウタンパク質を有する体液の少なくとも１回のフラックスを行って、前記第２のＩＲセルを通してＩＲビームを送って、ならびにそれから赤外線スペクトルを得る、ステップと；
（ｃ）得られた赤外線スペクトルを解析して、鑑別診断により体液中の可溶性のＡβペプチドのおよび可溶性のタウタンパク質の二次構造分布を決定する、ステップと
を含む。

本発明の方法では、ステップ（ａ）および（ｂ）において適用する体液は、血清、血漿およびＣＳＦを含めてバイオマーカーを含む任意の複合的な体液であってもよい。さらなる適切な体液は涙液および乳頭吸引液である。

好ましい一実施形態では、方法は、ステップ（ａ）および（ｂ）の前に、ＩＲセル内に前記光学センサー素子を取り付けるステップをさらに含む。追加的に／代替的に、方法は、ステップ（ａ’）および（ｂ’）：受容体に対する遊離のリガンド溶液を適用することによって光学素子の表面の再生を行うステップをさらに含んでもよい。

ステップ（ａ）および（ｂ）で得られたスペクトルは、アミドＩバンドを識別するのに十分な信号対雑音比を有する。これにより、ステップ（ｃ）におけるバイオマーカータンパク質のアミドＩバンド最大値のシフトの解析によって、候補バイオマーカータンパク質の二次構造を決定し、鑑別診断を実施することが可能になる。

さらなる一実施形態では、方法のステップ（ｃ）は、得られた赤外線スペクトルを、既知の二次構造および／または既知の濃度を有する可溶性のＡβペプチドのおよび／または可溶性のタウのスペクトルと比較するステップをさらに含む。

別の実施形態では、方法は、赤外線解析の代わりにまたはそれと並行して、異なる波長で、ＵＶ／Ｖｉｓ蛍光含めて、別の光学的方法による検出を含んでもよい。特に、方法は、免疫－ＡＴＲ－ＦＴＩＲ振動分光法を並行の蛍光分光法と組み合わせるのが好ましい。

態様（１）の方法は、前処理なしで（すなわち、個別の先行する濃縮または精製ステップなしで）、体液中の可溶性のＡβペプチドおよび可溶性のタウを決定すること、特に、脳脊髄液、血液または血清を含めて、哺乳動物（ヒト、動物）起源の体液中でこれらを直接決定することを可能にし／これらの決定にとって適切である。方法は、個別の（インビトロでの）またはオンラインの（患者で体液を直接決定する）方法での候補バイオマーカータンパク質の決定に適している。両方の場合において、方法は、鑑別診断およびアルツハイマー病の病期の評価をさらに含み得る。

態様（１）の方法は、候補バイオマーカータンパク質としてアミロイド－ベータおよびタウを有するアルツハイマー病の進行の決定に特に適しており、ここで、１６４７ｃｍ^－１から１６４０ｃｍ^－１までのＡβペプチドのアミドＩバンドの最大値のシフトによって、好ましくは、閾値１６４３ｃｍ^－１＋／－５ｃｍ^－１を伴って、（または１６４３ｃｍ^－１＋／－３ｃｍ^－１、または１６４３ｃｍ^－１＋／－１ｃｍ^－１、または約１６４３ｃｍ^－１）、および１６４７ｃｍ^－１から１６４０ｃｍ^－１までのタウタンパク質のアミドＩバンドの最大値のシフトによって、好ましくは、閾値１６４３ｃｍ^－１＋／－５ｃｍ^－１を伴って、（または１６４３ｃｍ^－１＋／－３ｃｍ^－１、または１６４３ｃｍ^－１＋／－１ｃｍ^－１、または約１６４３ｃｍ^－１）、アルツハイマー病が示される。方法はまた、候補バイオマーカータンパク質としてアミロイド－ベータおよびタウを有するアルツハイマー病の進行の決定に特に適している。本明細書では、鑑別診断は、認知症タイプの確実な臨床プロファイルを提供し、好ましくは方法は、ＣＳＦ由来のＡβ（Ａ）、血漿由来のＡβ（Ｂ）、およびＣＳＦ由来のタウ（Ｃ）の二次構造分布の検出を含む。具体的には、本発明の方法は、認知症アルツハイマー型（ＤＡＴ）と疾患対照（Ｄｉｓｅａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）との鑑別診断を可能にし、ＤＡＴ患者は、初期、中度、および重度のＤＡＴに亜分類され、ＤＣ患者は健康対照、その他の疾患、およびアルツハイマー病とは別の起源に起因する認知症に分けられる。特に、両方のバイオマーカー、Ａβに対しては（Ａ）／（Ｂ）およびタウに対しては（Ｃ）について弁別閾値（１６４３ｃｍ^－１±５ｃｍ^－１）によってアルツハイマー病とＤＣ患者とが分けられる；および／または（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）の組合せによって、確実なＤＡＴ診断に適用可能なバイオマーカーパネルが提供される。

両方のバイオマーカーに対して、Nabers et al., Anal. Chem. Doi: 10.1021/acs.analchem.5b04286 (2016)および国際公開第２０１５／１２１３３９号パンフレットに記載のそれと同様の、単純な閾値分類指標が確立されている。これによって、疾患対照（ＤＣ）と認知症アルツハイマー型（ＤＡＴ）との鑑別のための弁別スペクトルマーカーバンドを使用して、両方の診断群をＣＳＦ Ａβ解析に基づいて９０％の診断精度で分けることができた。血漿Ａβ解析単独から観察された予測精度はより低かった（８４％）。さらに、タウタンパク質の二次構造分布のみに基づく両方の群の分離は、６８％の精度で依然として不十分なままであった。しかし、ＣＳＦおよび血漿由来のＡβの決定されたアミドＩの周波数をタウのものとマーカーパネルへと組み合わせると、単純多数決分類指標によって有意により高い予測値が実証された。ここで、９３％の精度と９５％の特異性を達成することができた。偽陽性の診断は関係当事者に深刻な心理的結果を有する可能性があるので、特異性が高いことは、特にＡＤなどの難病にとって極めて重要である。しかし、複合データ解析によって第２の大きな利点が実証された。Ａβとタウとのデータを組み合わせることで、病期についてより多くの情報と他のタイプの認知症に対する指標とを提供することができる。鑑別診断の原理は単純である。第１のステップでは、ＣＳＦ由来のＡβの抽出可溶性の画分のアミドＩの最大値を、Nabers et al., in Anal. Chem Doi: 10.1021/acs.analchem.5b04286 (2016)および国際公開第２０１５／１２１３３９号パンフレットに記載の通りに決定した。これによって、１６４３ｃｍ^－１以上の最大値によってＤＣが示され、この周波数未満の最大値によってＤＡＴが示された。第２のステップでは、同じ手順を血漿試料に適用した。この場合も、各試料についてＡβのアミドＩの最大値を決定した。ここで、両方の値が一貫してマーカーの周波数超または未満であった場合、ＤＣとＤＡＴとの間の鑑別は高い精度でなし得た。しかし、首尾一貫しないＡβ結果（ＣＳＦおよび血漿）については、タウタンパク質の二次構造分布を決定支援として使用することができた。一方、タウタンパク質の二次構造分布によってまた、ＤＣ群とＤＡＴ群とをアルツハイマーより別の起源に起因する認知症へと、または疾患の初期、中度もしくは重度の段階へと亜分類する可能性が実証された。それとともに、パーキンソン病患者または血管性認知症患者を、ＤＣ群内で同定することができた（Ａβ ＣＳＦ≧１６４３ｃｍ^－１；Ａβ 血漿≧１６４３ｃｍ^－１；タウ ＣＳＦ＜１６４３ｃｍ^－１）。一方、ＤＡＴ群を、疾患の、初期（ｆ．ｅ．Ａβ ＣＳＦ＜１６４３ｃｍ^－１；Ａβ 血漿＜１６４３ｃｍ^－１；タウ ＣＳＦ≧１６４３ｃｍ^－１）、中度（Ａβ ＣＳＦ＜１６４３ｃｍ^－１；Ａβ 血漿≧１６４３ｃｍ^－１；タウ ＣＳＦ＜１６４３ｃｍ^－１）または（Ａβ ＣＳＦ≧１６４３ｃｍ^－１；Ａβ 血漿＜１６４３ｃｍ^－１；タウ ＣＳＦ＜１６４３ｃｍ^－１）、および重度（Ａβ ＣＳＦ＜１６４３ｃｍ^－１；Ａβ 血漿＜１６４３ｃｍ^－１；タウ ＣＳＦ＜１６４３ｃｍ^－１）の段階へと鑑別することができた。

本発明を以下の実施例においてさらに説明するが、それらは本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

材料および方法：国際公開第２０１５／１２１３３９号パンフレットと同じ実験設定を使用した。

サンプリングおよび前処理：ＣＳＦは腰椎穿刺により取り出し、Ｅｓｓｅｎ大学病院で一定量分取し、液体窒素内で急速凍結し、－８０℃で輸送および保管した。試料は、測定前に前処理せず、３７℃で３０秒間解凍のみを行い、使用するまで氷上で保持した。

患者集団：疾患対照（ＤＣ）患者および認知症アルツハイマー型（ＤＡＴ）患者の試料入手および診断の詳細は先に詳細に記載されている（Nabers et al., Anal. Chem. Doi: 10.1021/acs.analchem.5b04286 (2016)）。前の研究では、１４１人の患者試料を免疫赤外線センサーを使用して解析した。この集団のうち、１００人の患者を本研究のために無作為に選択した。ＣＳＦおよび血漿から抽出されたＡβの赤外線アミドＩデータは、（Nabers et al., Anal. Chem. Doi: 10.1021/acs.analchem.5b04286 (2016)）から採用した。

溶液および試薬：
リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳバッファー）：１３７ｍＭ塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、２．７ｍＭ塩化カリウム（ＫＣｌ）、１２ｍＭ総ホスフェート（Ｎａ_２ＨＰＯ_４およびＮａＨ_２ＰＯ_４の形態で）、ｐＨ７．４。

カゼインブロッキング溶液：２００ｍＭ水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、牛乳（粉末）由来の１％（ｗ／ｖ）カゼイン、ｐＨをＨ_３ＰＯ_４で７．４に調整。

シラン化溶液：使用するＮＨＳ－シラン（Ｎ－（４，４，４－トリエトキシシランブチル）スクシンアミド酸２，５－ジオキソピロリジン－１－イルエステル）を合成し、記載の通りに確認した（Schartner et al., JACS 135(10):4079-4087 (2013)）。

抗体：それぞれの体液からＡβを抽出するために、抗体Ａ８９７８（ロット番号：０６１Ｍ４７７３、Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ）を用いた。タウタンパク質検出の場合、抗体タウ－５（ＡＨＢ００４２、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）を使用した。

測定の実施：一般的な手順は、国際公開第２０１５／１２１３３９号パンフレットに記載のものと同じである。ＩＲ測定を、液体窒素で冷却したテルル化カドミウム水銀（ＭＣＴ）検出器を備えたＶｅｒｔｅｘ ７０Ｖ分光光度計（Ｂｒｕｋｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ ＧｍｂＨ、Ｅｔｔｌｉｎｇｅｎ、ドイツ）で実施した。両面インターフェログラムを、インターフェロメーターの前後方向の動きの中で、データレート８０ｋＨｚにて、スペクトル解像度２ｃｍ^－１、ブラックマン－ハリス－３項－アポディゼーション、メルツ相補正、および４回ゼロ充填で記録した。参照スペクトルを、１０００回のインターフェログラムの平均値として、試料スペクトルを、２００回のインターフェログラムの平均値として記録した。ブランクセンサーの参照単一チャンネルスペクトル、２－プロパノールを含むセンサー、シラン化表面、バッファー、平衡状態の抗体コーティング表面またはカゼインコーティング表面を記録することにより、ランベルト－ベールの法則（Ｅ＝－ｌｏｇ（Ｉ／Ｉ_０）に基づく、高感度差分光法が可能となった。状態変化の吸光度は、変化前後における強度関係の１０を底とする負の対数である。

ワークフロー：ＣＳＦ中のタウタンパク質のＦＴＩＲ分光解析のためのセンサー調製の詳細については先に公開した（国際公開第２０１５／１２１３３９号パンフレット; Nabers et al., Anal. Chem. Doi:10.1021/acs.analchem.5b04286 (2016); Nabers et al., Journal of Biophotonics 9(3):224-34 doi:10.1002/jbio.201400145 (2016)）。手短にいえば、全てのコネクションチューブを含めてフローセルの総容量は４００μｌとなった。各解析について、試料あたり１つのセンサー素子をシラン（Schartner et al., JACS 135(10):4079-87 doi:10.1021/ja400253p (2013)）および抗体で新たに機能化した。解析前に、表面をカゼインブロッキング溶液で飽和させた。ＣＳＦおよび血漿中のＡβ検出のために、モノクローナル抗体Ａ８９７８（Ｓｉｇｍａ Ａｌｄｒｉｃｈ、ａａ１３～２８）を使用した。タウ捕捉をモノクローナルタウ－５抗体（Ｌｉｆｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ａａ２１０～２３０）によって可能とした。解析のために、ＣＳＦ５０μｌまたはＥＤＴＡ血漿１５０μｌをそれぞれ１ｍｌ／分の流速で循環バッファーに添加した。

スペクトルの前処理：水蒸気を、参照スペクトルのスケールドサブトラクションにより除去した。スペクトルをベースライン補正した。

[実施例１]：正確なＤＣとＤＡＴとの鑑別のためのＡβおよびタウタンパク質の二次構造分布。
実施した研究には、６１人のＤＣ患者および３９人のＤＡＴ患者由来の３００試料が含まれた。患者の鑑別診断についての詳細は先に記載した（Nabers et al., Anal. Chem. Doi: 10.1021/acs.analchem.5b04286 (2016)）。全体として、患者集団をＤＣ対象とＤＡＴ対象とに分けた。ＤＡＴ群をアルツハイマー病の初期、中度および重度の状態へとさらに亜分類した。少数のＤＣ患者については、パーキンソン病または血管性認知症などのアルツハイマー病起源に起因しない認知症に罹患している患者を含めて、完全な鑑別診断が可能であった。ＣＳＦおよび／または血漿中のＡβおよびタウの二次構造分布の分析のために、両方のバイオマーカーを、Ｎａｂｅｒｓら（Nabers et al., Anal. Chem. Doi: 10.1021/acs.analchem.5b04286 (2016)）によって記載の免疫赤外線センサーによってそれぞれの体液から抽出した。したがって、Ａβおよびタウを、それぞれ、表面固定化モノクローナル抗体Ａ８９７８（Ａβのａａ１３～２８）およびタウ－５（ａａ２１０～２３０）によって、ＣＳＦまたは血漿から個別に捕捉した。Ａβおよびタウの記録されたアミドＩの最大値の周波数によって二次構造分布が示された。先の研究では、ＤＣとＤＡＴとの鑑別用に１６４３ｃｍ^－１の弁別マーカーの周波数を使用して、単純な閾値分類指標を確立した。同じマーカーバンドを今回の研究内で使用した。第１に、ＣＳＦ由来のＡβのアミドＩの最大値を各患者の試料に対して決定した。これによって、１６４３ｃｍ^－１未満の最大値の位置によってＤＡＴが示された。次に、血中ＥＤＴＡ血漿由来のＡβのアミドＩの最大値を同定した。最終的に、本発明者らはＣＳＦ中の抽出タウタンパク質画分の最大値を検出した。弁別マーカーバンドを、両方のバイオマーカーおよび両方の体液に対して、ＤＡＴを示す＜１６４３ｃｍ^－１で同じように定義した。ＤＣ群およびＤＡＴ群のアミドＩの最大値分布は、ＣＳＦ（Ｋｒｕｓｋａｌ－Ｗａｌｌｉｓ ＡＮＯＶＡ；ｐ＝２．５＊１０^－１１；信頼水準β＝０．０５）および血漿（ｐ＝３．４＊１０^－９）由来のＡβについては高度に有意な差を示し、そしてＣＳＦ由来のタウ（ｐ＝１．６×１０^－３）については有意に異なった（図２）。したがって、Ａβと比較して、タウアミドＩの最大値のより小さなシフトが、ＤＡＴ対象に対して観察された。タウの平均アミドＩの最大値は、ＤＣに対して１６４５ｃｍ^－１そしてＤＡＴ対象に対して１６４１ｃｍ^－１であるＣＳＦ由来のＡβと比較して、ＤＣに対して１６４４ｃｍ^－１そしてＤＡＴ群に対して１６４２ｃｍ^－１、であった。血漿由来のＡβは、ＤＣに対して１６４８ｃｍ^－１そしてＤＡＴ群に対して１６４１ｃｍ^－１の平均最大値を明らかにした。これらの分布に基づき、また透明なブラックボックスがＤＡＴを示している、図３の３Ｄ散布図にも示されているが、それ自体で各バイオマーカーの診断性能を、精度、感度、および特異性を与えることによって計算した。加えて、受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線解析を、１６３０．５ｃｍ^－１～１６６０．５ｃｍ^－１の間の閾値を走査しかつ各波数での感度および特異性を決定することによって実施した。Ｎａｂｅｒｓらの結果と同様に、Ａβに基づく解析の診断精度は、８５％である血漿中のＡβ二次構造分布の解析と比較して（図４Ｂ、Ｄ；特異性９０％、感度７７％、０．８５）、ＣＳＦに対して９０％で最高であった（図４Ａ、Ｄ；特異性８９％、感度９２％、ＡＵＣ ０．９０）。対照的に、ＣＳＦにおけるタウタンパク質の二次構造分布に基づくＤＣとＤＡＴとの鑑別は６８％の診断精度を明らかにしたにすぎなく（図４Ｃ、Ｄ；特異性６７％、感度６９％、ＡＵＣ ０．６７）、これはタウ単独ではＤＡＴ検出のための適切なバイオマーカーではないことを示している。しかし、３つのバイオマーカー値全てを多数決分類指標に加えることによって、したがって提示されたバイオマーカーパネルベースの診断決定をなすことによって（閾値未満の２つの最大値＝病気である、閾値超の２つの最大値＝非ＤＡＴ）、診断性能を、臨床診断と比較して、９５％の特異性、９０％の感度へと、したがって全体で９３％の精度へと高めることが可能であった。それとともに、６１件のＤＣのうち３件のみの偽陽性および３１件のＤＡＴのうち４件の偽陰性が同定された。

[実施例２]：ＤＣとＤＡＴとの鑑別診断のための複合アッセイ。
複合データ解析によってまた、両方の診断群を亜分類する可能性も提供された。これを図５に概略的に示す。例えば、ＣＳＦおよび血漿由来のＡβは、１６４３ｃｍ^－１以上のアミドＩの最大値を実証するが、タウアミドＩの最大値は１６４３ｃｍ^－１未満であり、この場合、別のタイプの認知症が複合免疫赤外線アッセイによって潜在的に示されている可能性がある（図５）。対照的に、ＣＳＦおよび血漿由来のＡβのアミドＩの最大値がマーカーバンド未満であるがタウ最大値が超である場合、ＤＡＴの初期状態が表示されるであろう。本発明者らの研究内で、両方の診断群にこの手順を適用した。ＣＳＦ由来のＡβのアミドＩの最大値は、全ＤＣ症例の６９％において、ＣＳＦ由来のタウよりも高い最大値を実証した。この効果は、Ａβと比較してタウタンパク質のより高い不規則な特性によって説明することが可能である。一方、全ＤＣ症例の２５％において、Ａβに対して最大値がより低く、全症例の６％のみにおいて最大値が同じであった。この関係はＤＡＴ群では完全に変わった。そこでは、全てのＤＡＴ患者のうち３１％のみが、Ａβに対して、タウに対するよりも大きいアミドＩの最大値をもたらし、６２％がより低いＡβ最大値を示した（図６）。これが支持するところは、Ａβ蓄積がアルツハイマー病の進行における初期および起因事象であり、かつこれはタウタンパク質凝集を伴うという仮説である。
本発明は、以下の態様をも含むものである。
＜１＞ 体液中の可溶性のアミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド画分および可溶性のタウタンパク質画分の二次構造分布の直接解析による、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のための方法であって、
（ａ）赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、前記Ａβペプチド用の少なくとも１つの受容体であって、
前記Ａβペプチドへの特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体であり、ならびに
前記少なくとも１つの受容体の自由にアクセス可能なアミン基を短いシラン／チオールリンカー上のアミン反応基と反応させ、かつ前記短いシラン／チオールリンカー上の残留するアミン反応基を前記Ａβペプチドと交差反応しないブロッキング物質でブロッキングする、前記短いシランリンカーを用いたシラン化によってまたは前記短いチオールリンカーを用いたチオール化によって、前記内部反射素子の少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、
前記Ａβペプチド用の前記少なくとも１つの受容体と
を有する第１の赤外線センサー素子を含む第１のＩＲセル内で、可溶性のＡβペプチドを有する体液の少なくとも１回のフラックスを行って、前記第１のＩＲセルを通してＩＲビームを送って、ならびにそれから赤外線スペクトルを得る、ステップと；
（ｂ）赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、前記タウタンパク質用の少なくとも１つの受容体であって、
前記タウタンパク質への、それぞれ、特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体であり、ならびに
前記少なくとも１つの受容体の自由にアクセス可能なアミン基を短いシラン／チオールリンカー上のアミン反応基と反応させ、かつ前記短いシラン／チオールリンカー上の残留するアミン反応基を前記タウタンパク質と交差反応しないブロッキング物質でブロッキングする、前記短いシランリンカーを用いたシラン化によってまたは前記短いチオールリンカーを用いたチオール化によって、前記内部反射素子の少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、
前記タウタンパク質用の前記少なくとも１つの受容体と
を有する第２の赤外線センサー素子を含む第２のＩＲセル内で、可溶性のタウタンパク質を有する体液の少なくとも１回のフラックスを行って、前記第２のＩＲセルを通してＩＲビームを送って、ならびにそれから赤外線スペクトルを得る、ステップと；
（ｃ）得られた前記赤外線スペクトルを解析して、前記鑑別診断のために前記体液中の前記可溶性のＡβペプチドのおよび前記可溶性のタウタンパク質の二次構造分布を決定するステップであって、前記Ａβペプチドのおよび／または前記タウタンパク質のアミドＩバンドのダウンシフトによって前記病期が示される、ステップと
を含む、方法。
＜２＞ 前記第１のおよび第２のＩＲセルの前記赤外線透過材料は、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、セレン化ガリウムおよびダイヤモンドから独立して選択され、好ましくはゲルマニウムである、上記１に記載の方法。
＜３＞ 前記第１のおよび第２の赤外線センサー素子は、
台形または平行四辺形の形状であり、前記アミドＩバンドを検出するのに十分な信号対雑音比を持って赤外線透過であるゲルマニウム内部反射素子と、
前記Ａβペプチド用または前記タウタンパク質用の少なくとも１つの受容体であって、
前記Ａβペプチドへのまたは前記タウタンパク質への、それぞれ、特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体であり、ならびに
前記少なくとも１つの受容体の自由にアクセス可能なアミン基を短いシラン／チオールリンカー上のアミン反応基と反応させ、かつ前記短いシラン／チオールリンカー上の残留するアミン反応基を前記Ａβペプチドまたは前記タウタンパク質と、それぞれ、交差反応しないブロッキング物質でブロッキングする、前記短いシランリンカーを用いたシラン化によってまたは前記短いチオールリンカーを用いたチオール化によって、前記内部ゲルマニウム反射素子の少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、
前記Ａβペプチド用または前記タウタンパク質用の前記少なくとも１つの受容体と
を含む、上記１に記載の方法。
＜４＞ 前記内部反射素子は、
（ｉ）ゲルマニウム単結晶、好ましくは台形に切断されたゲルマニウム単結晶であり；および／もしくは
（ｉｉ）前記反射素子を通して、赤外光の１回を超える通過を可能としまたは提供し；および／もしくは
（ｉｉｉ）異なる波長での蛍光の検出を含めて別の光学的方法による代替または並行の解析にさらに適しており；ならびに／または
（ｉｖ）前記Ａβペプチドまたはタウタンパク質と交差反応しない前記ブロッキング物質は、カゼイン、エタノールアミン、Ｌ－リジン、ポリエチレングリコール、アルブミン、およびそれらの誘導体から選択される、上記１または３に記載の方法。
＜５＞ 前記シランリンカーおよびチオールリンカーは、均一なシランリンカーおよびチオールリンカー、シランリンカーの混合物およびチオールリンカーの混合物を含み、原子が２０個以下または原子が１５個以下の有効リンカー鎖長を有し、好ましくは、前記シランリンカーは、以下の式のうちの１つを有する：
（ｉ） Ｘ _３ Ｓｉ－（ＣＨ _２ ） _ｎ －Ｙ－（ＣＨ _２ ） _ｎ’ －Ｚ、
（ｉｉ） Ｘ _２ Ｒ ^１ Ｓｉ－（ＣＨ _２ ） _ｎ －Ｙ－（ＣＨ _２ ） _ｎ’ －Ｚまたは
（ｉｉｉ） Ｘ（Ｒ ^１ ） _２ Ｓｉ－（ＣＨ _２ ） _ｎ －Ｙ－（ＣＨ _２ ） _ｎ’ －Ｚ、
および前記チオールリンカーは以下の式を有する：
（ｉｖ） ＷＳ－（ＣＨ _２ ） _ｎ －Ｙ－（ＣＨ _２ ） _ｎ’ －Ｚ、
［式中、Ｗは、Ｒ ^１ Ｓ－またはＨであり、Ｘは、出現する毎にハロゲンおよびＣ _１～６ アルコキシから独立して選択され、ｎは、１～１０の整数であり、ｎ’は、１～５の整数である；Ｒ ^１ は、出現する毎にＣ _１～６ アルキルから独立して選択され、Ｙは、化学結合、－Ｏ－、－ＣＯ－、－ＳＯ _２ －、－ＮＲ ^２ －、－Ｓ－、－ＳＳ－、－ＮＲ ^２ ＣＯ－、－ＣＯＮＲ ^２ －、－ＮＲ ^２ ＳＯ _２ －および－ＳＯ _２ ＮＲ ^２ －（式中、Ｒ ^２ はＨまたはＣ _１～６ アルキルである）から選択され、およびＺは、－ＣＯ _２ Ｈ、－ＳＯ _３ Ｈおよびそれらのエステル誘導体を含めてアミン反応基である］、
上記１、３または４に記載の方法。
＜６＞ 前記赤外線センサー素子は、
（ｉ）シラン化により取得可能であり、かつ式（ｉ）～（ｉｉｉ）の前記リンカーにおいて、ＸはＣ _１～６ アルコキシ基から、好ましくはメトキシ基およびエトキシ基から独立して選択され、Ｙは－ＮＨＣＯ－であり、Ｚは－ＣＯ _２ Ｈまたはそのエステル誘導体であり、ならびにｎは１～５の整数でありおよびｎ’は１～３の整数であり、好ましくは、ｎは３でありおよびｎ’は２であり；または
（ｉｉ）チオール化により取得可能であり、かつ式（ｉｖ）の前記リンカーにおいて、ＷはＨであり、Ｙは化学結合であり、Ｚは－ＣＯ _２ Ｈまたはそのエステル誘導体であり、ならびにｎは１～８の整数でありおよびｎ’は１～５の整数であり、好ましくは、ｎは８でありおよびｎ’は４である、
上記５に記載の方法。
＜７＞ （ｉ）前記Ａβペプチドに結合する前記受容体は抗体であり、好ましくは、抗体Ａ８９７８を含めて、前記Ａβペプチドのセントラルエピトープに特異的に結合する抗体であり；
または
（ｉｉ）前記タウタンパク質に結合する前記受容体は抗体であり、好ましくは、抗体タウ－５を含めて、タウのミドルエピトープにおよび全てのタウ変異体に存在するエピトープに特異的に結合する抗体である、上記１から６のいずれかに記載の方法。
＜８＞ 前記方法は、アルツハイマー病の初期／前駆、中度、および重度の病期への鑑別を提供し、かつ
（ｉ）記載のバイオマーカー、ＣＳＦ由来のＡβ、血漿由来のＡβ、およびＣＳＦ由来のタウのアミドＩの最大値が全て、弁別閾値（１６４３ｃｍ ^－１ ±５ｃｍ ^－１ ）未満であり、これらによって重度の病期が示され、
（ｉｉ）２つのバイオマーカー、一方はＣＳＦまたは血漿由来のＡβ、他方はＣＳＦ由来のタウ、のアミドＩの最大値が弁別閾値（１６４３ｃｍ ^－１ ±５ｃｍ ^－１ ）未満であることによって、中度の病期が示され、
（ｉｉｉ）１つまたは２つのバイオマーカー（ＣＳＦおよび／または血漿由来のＡβ）の、しかしＣＳＦ由来のタウではないが、アミドＩの最大値が弁別閾値（１６４３ｃｍ ^－１ ±５ｃｍ ^－１ ）未満であることによって、初期の病期が示される、
上記１から７のいずれかに記載の方法。
＜９＞ 前記鑑別診断は、認知症タイプの確実な臨床プロファイルを提供し、好ましくは前記方法は、ＣＳＦ由来のＡβ（Ａ）、血漿由来のＡβ（Ｂ）、およびＣＳＦ由来のタウ（Ｃ）の二次構造分布の検出を含み、最も好ましくは、前記方法は、認知症アルツハイマー型（ＤＡＴ）と疾患対照（Ｄｉｓｅａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）との鑑別診断を可能にし、ＤＡＴ患者は、初期、中度、および重度のＤＡＴに亜分類され、ＤＣ患者は健康対照、その他の疾患、およびアルツハイマー病とは別の起源に起因する認知症に分けられる、
上記１から７のいずれかに記載の方法。
＜１０＞ （ｉ）両方のバイオマーカー、Ａβに対しては（Ａ）および（Ｂ）ならびにタウに対しては（Ｃ）、について弁別閾値（１６４３ｃｍ ^－１ ±５ｃｍ ^－１ ）によってアルツハイマー病とＤＣ患者とが分けられる；および／または
（ｉｉ）（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）の組合せによって、確実なＤＡＴ診断に適用可能なバイオマーカーパネルが提供される、
上記９に記載の方法。
＜１１＞ 体液の解析に基づいて患者の病状について情報を提供し、前記バイオマーカータンパク質の前記アミドＩバンド最大値のシフトが、前記病の進行を示す分類指標である、上記１から１０のいずれかに記載の方法。
＜１２＞ １６３８～１６４８ｃｍ ^－１ の値を有する閾値分類指標が前記病の前記進行を示す分類指標である、上記１１に記載の方法。
＜１３＞ 上記１から７のいずれかに記載の第１のおよび第２の赤外線センサー素子を含む、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のためのキット。
＜１４＞ 上記１から７のいずれかに記載の第１のおよび第２の赤外線センサー素子を含む、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のためのデバイス。
＜１５＞ 体液中の可溶性のアミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド画分および可溶性のタウタンパク質画分の二次構造分布の直接解析のための、上記１から７のいずれかに記載の第１のおよび第２の赤外線センサー素子、上記１３に記載のキットまたは上記１４に記載のデバイスの使用。

Claims (18)

1. アルツハイマー病患者由来の体液中の可溶性のアミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド画分および可溶性のタウタンパク質画分の二次構造分布の測定方法であって、
   （ａ）赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
   前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、前記Ａβペプチド用の少なくとも１つの受容体であって、前記Ａβペプチドへの特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体である前記Ａβペプチド用の前記少なくとも１つの受容体と
   を有する第１の赤外線センサー素子を含む第１のＩＲセル内で、可溶性のＡβペプチドを有する体液の少なくとも１回のフラックスを行って、前記第１のＩＲセルを通してＩＲビームを送って、ならびにそれから赤外線スペクトルを得る、ステップと；
   （ｂ）赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
   前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、前記タウタンパク質用の少なくとも１つの受容体であって、前記タウタンパク質への、それぞれ、特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体である前記タウタンパク質用の前記少なくとも１つの受容体と
   を有する第２の赤外線センサー素子を含む第２のＩＲセル内で、可溶性のタウタンパク質を有する体液の少なくとも１回のフラックスを行って、前記第２のＩＲセルを通してＩＲビームを送って、ならびにそれから赤外線スペクトルを得る、ステップと；
   （ｃ）得られた前記赤外線スペクトルを解析して、前記体液中の前記可溶性のＡβペプチドのおよび前記可溶性のタウタンパク質の二次構造分布を決定するステップであって、前記Ａβペプチドのおよび前記タウタンパク質のアミドＩバンドのダウンシフトを検出する、ステップと
   を含む、方法。
2. 前記第１のおよび第２のＩＲセルの前記赤外線透過材料は、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、セレン化ガリウムおよびダイヤモンドから独立して選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のおよび第２の赤外線センサー素子は、
   台形または平行四辺形の形状であるゲルマニウム内部反射素子を含み、
   前記抗体が、前記抗体の自由にアクセス可能なアミン基を短いシラン／チオールリンカー上のアミン反応基と反応させ、かつ前記短いシラン／チオールリンカー上の残留するアミン反応基を前記Ａβペプチドまたは前記タウタンパク質と、それぞれ、交差反応しないブロッキング物質でブロッキングする、前記短いシランリンカーを用いたシラン化によってまたは前記短いチオールリンカーを用いたチオール化によって、前記内部ゲルマニウム反射素子の少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、請求項１に記載の方法。
4. 前記内部反射素子は、ゲルマニウム単結晶である、請求項１または３に記載の方法。
5. 前記内部反射素子は、前記反射素子を通して、赤外光の１回を超える通過を可能としまたは提供する、請求項１、３および４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記内部反射素子は、異なる波長での蛍光の検出を含めて別の光学的方法による代替または並行の解析にさらに適している、請求項１および３から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記Ａβペプチドまたはタウタンパク質と交差反応しない前記ブロッキング物質は、カゼイン、エタノールアミン、Ｌ－リジン、ポリエチレングリコール、アルブミン、およびそれらの誘導体から選択される、請求項３に記載の方法。
8. 前記シランリンカーおよびチオールリンカーは、均一なシランリンカーおよびチオールリンカー、シランリンカーの混合物およびチオールリンカーの混合物を含み、原子が２０個以下または原子が１５個以下の有効リンカー鎖長を有し、前記シランリンカーは、以下の式のうちの１つを有する：
   （ｉ） Ｘ_３Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚ、
   （ｉｉ） Ｘ_２Ｒ^１Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚまたは
   （ｉｉｉ） Ｘ（Ｒ^１）_２Ｓｉ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚ、
   および前記チオールリンカーは以下の式を有する：
   （ｉｖ） ＷＳ－（ＣＨ_２）_ｎ－Ｙ－（ＣＨ_２）_ｎ’－Ｚ、
   ［式中、Ｗは、Ｒ^１Ｓ－またはＨであり、Ｘは、出現する毎にハロゲンおよびＣ_１～６アルコキシから独立して選択され、ｎは、１～１０の整数であり、ｎ’は、１～５の整数である；Ｒ^１は、出現する毎にＣ_１～６アルキルから独立して選択され、Ｙは、化学結合、－Ｏ－、－ＣＯ－、－ＳＯ_２－、－ＮＲ^２－、－Ｓ－、－ＳＳ－、－ＮＲ^２ＣＯ－、－ＣＯＮＲ^２－、－ＮＲ^２ＳＯ_２－および－ＳＯ_２ＮＲ^２－（式中、Ｒ^２はＨまたはＣ_１～６アルキルである）から選択され、およびＺは、－ＣＯ_２Ｈ、－ＳＯ_３Ｈおよびそれらのエステル誘導体を含めてアミン反応基である］、
   請求項１および３から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記赤外線センサー素子は、
   （ｉ）シラン化により取得可能であり、かつ式（ｉ）～（ｉｉｉ）の前記リンカーにおいて、Ｘはメトキシ基およびエトキシ基から独立して選択され、Ｙは－ＮＨＣＯ－であり、Ｚは－ＣＯ_２Ｈまたはそのエステル誘導体であり、ならびにｎは１～５の整数でありおよびｎ’は１～３の整数であり；または
   （ｉｉ）チオール化により取得可能であり、かつ式（ｉｖ）の前記リンカーにおいて、ＷはＨであり、Ｙは化学結合であり、Ｚは－ＣＯ_２Ｈまたはそのエステル誘導体であり、ならびにｎは１～８の整数でありおよびｎ’は１～５の整数であり、
   請求項８に記載の方法。
10. （ｉ）前記Ａβペプチドに結合する前記受容体は、抗体Ａ８９７８を含めて、前記Ａβペプチドのセントラルエピトープに特異的に結合する抗体であり；
    または
    （ｉｉ）前記タウタンパク質に結合する前記受容体は、抗体タウ－５を含めて、タウのミドルエピトープにおよび全てのタウ変異体に存在するエピトープに特異的に結合する抗体である、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記患者由来の試料は、
    （ｉ）記載のバイオマーカー、ＣＳＦ由来のＡβ、血漿由来のＡβ、およびＣＳＦ由来のタウのアミドＩの最大値が全て、弁別閾値（１６４３ｃｍ^－１±５ｃｍ^－１）未満である、
    （ｉｉ）２つのバイオマーカー、一方はＣＳＦまたは血漿由来のＡβ、他方はＣＳＦ由来のタウ、のアミドＩの最大値が弁別閾値（１６４３ｃｍ^－１±５ｃｍ^－１）未満である、または
    （ｉｉｉ）１つまたは２つのバイオマーカー（ＣＳＦおよび／または血漿由来のＡβ）の、しかしＣＳＦ由来のタウではないが、アミドＩの最大値が弁別閾値（１６４３ｃｍ^－１±５ｃｍ^－１）未満である、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記方法は、ＣＳＦ由来のＡβ（Ａ）、血漿由来のＡβ（Ｂ）、およびＣＳＦ由来のタウ（Ｃ）の二次構造分布の検出を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
13. （ｉ）両方のバイオマーカー、Ａβに対しては（Ａ）および（Ｂ）ならびにタウに対しては（Ｃ）、についての弁別閾値が１６４３ｃｍ^－１±５ｃｍ^－１である、請求項１２に記載の方法。
14. 前記バイオマーカータンパク質の前記アミドＩバンド最大値のシフトを決定する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記患者由来のサンプルに対する閾値分類指標が１６３８～１６４８ｃｍ^－１の値を有する、請求項１４に記載の方法。
16. 第１のおよび第２の赤外線センサー素子を含む、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のためのキットであって、
    前記第１の赤外線センサー素子が、赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
    前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、アミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド用の少なくとも１つの受容体であって、前記Ａβペプチドへの特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体である前記Ａβペプチド用の前記少なくとも１つの受容体と
    を有する赤外線センサー素子であり、
    前記第２の赤外線センサー素子が、赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
    前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、タウタンパク質用の少なくとも１つの受容体であって、前記タウタンパク質への、それぞれ、特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体である前記タウタンパク質用の前記少なくとも１つの受容体と
    を有する赤外線センサー素子である、前記キット。
17. 第１のおよび第２の赤外線センサー素子を含む、アルツハイマー病の鑑別診断および異なる病期への亜分類のためのデバイスであって、
    前記第１の赤外線センサー素子が、赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
    前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、アミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド用の少なくとも１つの受容体であって、前記Ａβペプチドへの特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体である前記Ａβペプチド用の前記少なくとも１つの受容体と
    を有する赤外線センサー素子であり、
    前記第２の赤外線センサー素子が、赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
    前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、タウタンパク質用の少なくとも１つの受容体であって、前記タウタンパク質への、それぞれ、特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体である前記タウタンパク質用の前記少なくとも１つの受容体と
    を有する赤外線センサー素子である、前記デバイス。
18. 体液中の可溶性のアミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド画分および可溶性のタウタンパク質画分の二次構造分布の直接解析のための、第１のおよび第２の赤外線センサー素子の使用であって
    前記第１の赤外線センサー素子が、赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
    前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、アミロイド－ベータ（Ａβ）ペプチド用の少なくとも１つの受容体であって、前記Ａβペプチドへの特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体である前記Ａβペプチド用の前記少なくとも１つの受容体と
    を有する赤外線センサー素子であり、
    前記第２の赤外線センサー素子が、赤外線透過材料のコアを備える内部反射素子と、
    前記コアの少なくとも１つの表面に直接グラフトされている、タウタンパク質用の少なくとも１つの受容体であって、前記タウタンパク質への、それぞれ、特異的かつ立体配座的に独立した結合が可能な抗体である前記タウタンパク質用の前記少なくとも１つの受容体と
    を有する赤外線センサー素子である、前記使用。
    

Images