JP7466170B2 - Urine substance detection material and its use - Google Patents

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Description

本発明は、尿中物質検出材及びその使用に関する。 The present invention relates to a material for detecting substances in urine and its use.

高齢化、生活習慣の変化等に伴い、疾患の治療にかかる費用は社会の大きな負担となりつつある。患者の生活の質の向上、治療費の削減の点から、疾患を発症する前に疾患を予測することは重要である。 Due to the aging population and changes in lifestyle, the cost of treating diseases is becoming a heavy burden on society. In order to improve the quality of life of patients and reduce treatment costs, it is important to predict diseases before they develop.

例えば、糖尿病の患者数は世界的に急増している。糖尿病は、ヒトに限らず、ペットとして飼育されるネコやイヌにおいても発症する。糖尿病発症を予測するために、定期的に血液中のグルコース濃度を測定することが標準的に行われている。 For example, the number of diabetes patients is rapidly increasing worldwide. Diabetes is not limited to humans, but can also develop in pet cats and dogs. To predict the onset of diabetes, it is standard practice to periodically measure blood glucose levels.

発明者らは、これまでに、体内のグルコース濃度を継続的に測定することができる技術を開発してきた(例えば、特許文献1及び非特許文献1を参照)。 The inventors have previously developed technology that can continuously measure glucose concentrations in the body (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

特開2018-116043号公報JP 2018-116043 A

Shibata H., et al., Injectable hydrogel microbeads for fluorescence-based in vivo continuous glucose monitoring., 107(42), 17894-17898, 2010.Shibata H., et al., Injectable hydrogel microbeads for fluorescence-based in vivo continuous glucose monitoring., 107(42), 17894-17898, 2010.

しかしながら、疾患の発症を予測するための、血液等に含まれる化学物質を分析する方法には煩雑な操作が必要とされ、必要な費用も高価である。そこで、本発明は、安価に、かつ簡便に、疾患の発症を予測する技術を提供することを目的とする。 However, methods for analyzing chemical substances contained in blood, etc., to predict the onset of disease require complicated operations and are expensive. Therefore, the present invention aims to provide a technology that can predict the onset of disease inexpensively and easily.

本発明は、以下の態様を含む。
[1]多孔質支持体と、前記多孔質支持体中に固定された尿中物質検出用蛍光ゲルとを含む、尿中物質検出材。
[2]前記多孔質支持体が、高分子多孔質体又はセラミックス多孔質体である、[1]に記載の尿中物質検出材。
[3]前記尿中物質が、グルコース、尿素、アンモニア、クレアチン、酸素、尿酸、アミノ酸、タンパク質、硫酸、リン、シュウ酸、イオン、血球、ビリルビン、ウロビリノーゲン、及びケトン体からなる群より選択される1種以上である、[1]又は[2]に記載の尿中物質検出材。
[4]前記尿中物質がグルコースであり、前記尿中物質検出用蛍光ゲルは、ポリエチレングリコール骨格を有する複数の四分岐型ポリマーがそれらの末端で架橋した3次元網目構造を有し、グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素ユニットが共有結合によって前記3次元網目構造中に固定化されたものである、[1]~[3]のいずれかに記載の尿中物質検出材。
[5]前記蛍光色素ユニットが蛍光団及び消光団を有しており、グルコース非存在下では前記消光団により前記蛍光団が消光されているが、前記消光団がグルコースと結合することによって蛍光団が発光することにより蛍光応答を示す、[4]に記載の尿中物質検出材。
[6]前記蛍光団がアントラセンを有し、前記消光団がアリールボロン酸を有する、[5]に記載の尿中物質検出材。
[7]前記蛍光色素ユニットが末端に1又は複数のアミノ基を有し、当該アミノ基と前記四分岐型ポリマーとの共有結合によって前記3次元網目構造中に固定化されている、[4]~[6]のいずれかに記載の尿中物質検出材。
[8]前記蛍光色素ユニットが以下の式(III)又は(IV)で表される、[4]~[7]のいずれかに記載の尿中物質検出材。

Figure 0007466170000001
Figure 0007466170000002
[式(IV)中、「PEG」は、ポリエチレングリコール鎖を表す。]
[9]前記四分岐型ポリマーが、末端に4個の求核性官能基を有する第1のポリマーと、末端に4個の求電子性官能基を有する第2のポリマーからなる、[4]~[8]のいずれかに記載の尿中物質検出材。
[10]前記求核性官能基が、ヒドロキシル基、アミノ基及びチオール基からなる群より選択され、前記求電子性官能基が、カルボキシル基、N-ヒドロキシ-スクシンイミジル(NHS)基、スルホスクシンイミジル基、マレイミジル基、フタルイミジル基、及びニトロフェニル基からなる群より選択される、[9]に記載の尿中物質検出材。
[11]前記第1のポリマーが下記式(I)で表される構造を有し、前記第2のポリマーが下記式(II)で表される構造を有する、[9]又は[10]に記載の尿中物質検出材。
Figure 0007466170000003
[式(I)中、各mは、それぞれ同一又は異なる10~300であり、各Xは、R-NH又はR-SHであり、RはC-Cアルキレン基である。]
Figure 0007466170000004
[式(II)中、各nは、それぞれ同一又は異なる10~300であり、各Yは、-CO-R-COO-NHS又はR-マレイミジル基であり、RはC-Cアルキレン基である。]
[12]哺乳動物が排出した尿を[1]~[11]のいずれかに記載の尿中物質検出材に接触させることと、尿中物質検出材に励起光を照射して蛍光を検出することと、を含み、検出した前記蛍光が対照と比較して有意に高いこと又は有意に低いことが、疾患に罹患していることを示す、疾患予測方法。
[13]尿中物質がグルコースである、[12]に記載の疾患予測方法。 The present invention includes the following aspects.
[1] A material for detecting a substance in urine, comprising a porous support and a fluorescent gel for detecting a substance in urine fixed in the porous support.
[2] The urinary substance detection material according to [1], wherein the porous support is a polymeric porous body or a ceramic porous body.
[3] The urinary substance detection material described in [1] or [2], wherein the urinary substance is one or more selected from the group consisting of glucose, urea, ammonia, creatine, oxygen, uric acid, amino acids, proteins, sulfuric acid, phosphorus, oxalic acid, ions, blood cells, bilirubin, urobilinogen, and ketone bodies.
[4] A urinary substance detection material described in any of [1] to [3], wherein the urinary substance is glucose, the fluorescent gel for detecting urinary substances has a three-dimensional mesh structure in which a plurality of four-branched polymers having a polyethylene glycol backbone are crosslinked at their ends, and a fluorescent dye unit that exhibits a fluorescent response upon binding to glucose is fixed in the three-dimensional mesh structure by a covalent bond.
[5] The fluorescent dye unit has a fluorophore and a quencher, and in the absence of glucose, the fluorophore is quenched by the quencher, but when the quencher binds to glucose, the fluorophore emits light, thereby showing a fluorescent response.
[6] The urinary substance detection material according to [5], wherein the fluorophore has anthracene and the quencher has arylboronic acid.
[7] A urinary substance detection material described in any one of [4] to [6], wherein the fluorescent dye unit has one or more amino groups at an end and is fixed in the three-dimensional mesh structure by a covalent bond between the amino group and the four-branched polymer.
[8] The urinary substance detection material according to any one of [4] to [7], wherein the fluorescent dye unit is represented by the following formula (III) or (IV):
Figure 0007466170000001
Figure 0007466170000002
[In formula (IV), "PEG" represents a polyethylene glycol chain.]
[9] A urinary substance detection material described in any of [4] to [8], wherein the four-branched polymer consists of a first polymer having four nucleophilic functional groups at its terminals and a second polymer having four electrophilic functional groups at its terminals.
[10] The urinary substance detection material described in [9], wherein the nucleophilic functional group is selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, and a thiol group, and the electrophilic functional group is selected from the group consisting of a carboxyl group, an N-hydroxy-succinimidyl (NHS) group, a sulfosuccinimidyl group, a maleimidyl group, a phthalimidyl group, and a nitrophenyl group.
[11] The urinary substance detection material according to [9] or [10], wherein the first polymer has a structure represented by the following formula (I) and the second polymer has a structure represented by the following formula (II):
Figure 0007466170000003
[In formula (I), each m is the same or different and is 10 to 300, each X is R 1 -NH 2 or R 1 -SH, and R 1 is a C 1 -C 7 alkylene group.]
Figure 0007466170000004
[In formula (II), each n is the same or different and is an integer from 10 to 300, each Y is -CO- R2 -COO-NHS or an R2 -maleimidyl group, and R2 is a C1 - C7 alkylene group.]
[12] A disease prediction method comprising: bringing urine excreted by a mammal into contact with a urinary substance detection material described in any one of [1] to [11]; and detecting fluorescence by irradiating the urinary substance detection material with excitation light; wherein the detected fluorescence being significantly higher or significantly lower than that of a control indicates the presence of a disease.
[13] The disease prediction method described in [12], wherein the urinary substance is glucose.

本発明によれば、安価に、かつ簡便に、疾患の発症を予測する技術を提供することができる。 The present invention provides a technology that can predict the onset of disease inexpensively and easily.

尿中物質検出材にグルコース水溶液を浸潤させ、蛍光する様子を撮影した写真である。This is a photograph of the fluorescence that occurs when a glucose solution is soaked into a urinary substance detection material. グルコース水溶液の濃度と尿中物質検出材の蛍光強度の関係を表すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the concentration of an aqueous glucose solution and the fluorescence intensity of a urinary substance detection material. 糖尿病モデルラットの血液中のグルコース濃度を経時的に測定した結果である。This shows the results of measuring blood glucose concentration over time in diabetic model rats. 糖尿病モデルラットの尿中のグルコース濃度を経時的に測定した結果である。This shows the results of measuring urinary glucose concentration over time in diabetic model rats. 糖尿病モデルラットの尿を浸潤させた尿中物質検出材の蛍光を、乾燥させずに、撮影した写真である。This is a photograph showing the fluorescence of a urinary substance detection material that was soaked in urine from a diabetic model rat and was not allowed to dry. 糖尿病モデルラットの尿を浸潤させた尿中物質検出材の蛍光を、乾燥させた後に、撮影した写真である。This is a photograph taken after the fluorescence of a urinary substance detection material that had been soaked in urine from a diabetic model rat and then dried.

[尿中物質検出材]
1実施形態において、本発明は、多孔質支持体と、前記多孔質支持体中に固定された尿中物質検出用蛍光ゲルとを含む、尿中物質検出材を提供する。尿中物質検出材は尿中物質検出デバイスといい換えることもできる。
[Urine substance detection material]
In one embodiment, the present invention provides a urinary substance detection material comprising a porous support and a fluorescent gel for detecting a substance in urine immobilized in the porous support. The urinary substance detection material may also be referred to as a urinary substance detection device.

本実施形態の多孔質支持体としては、多数の微細孔を備えたものである限り特に限定されず、高分子多孔質体、セラミックス多孔質体、微細な孔を切削した部材等が挙げられる。 The porous support of this embodiment is not particularly limited as long as it has a large number of fine pores, and examples of such support include polymeric porous bodies, ceramic porous bodies, and members with fine pores cut into them.

本実施形態の多孔質支持体の孔径は、10nm~100μmが好ましく、100nm~50μmがより好ましく、500nm~20μmが更に好ましい。 The pore size of the porous support in this embodiment is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 100 nm to 50 μm, and even more preferably 500 nm to 20 μm.

高分子多孔質体の材料としては、例えば、合成樹脂、シリコーン樹脂、合成繊維、合成ゴム等の合成高分子;セルロース誘導体、キチン誘導体等の半合成高分子;シリカ、天然ゴム等の天然高分子等が挙げられる。高分子多孔質体は、1種類の材料からなるものであってもよいし、2種類以上の材料からなるものであってもよい。 Examples of materials for the polymeric porous body include synthetic polymers such as synthetic resins, silicone resins, synthetic fibers, and synthetic rubber; semi-synthetic polymers such as cellulose derivatives and chitin derivatives; and natural polymers such as silica and natural rubber. The polymeric porous body may be made of one type of material, or two or more types of materials.

セラミックス多孔質体の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム等の金属酸化物;リン酸カルシウム、ハイドロキシアパタイト等のリン酸塩;炭化ケイ素等の炭化物等が挙げられる。セラミックス多孔質体は、1種類の材料からなるものであってもよいし、2種類以上の材料からなるものであってもよい。 Examples of materials for the ceramic porous body include metal oxides such as aluminum oxide, magnesium oxide, and zirconium oxide; phosphates such as calcium phosphate and hydroxyapatite; and carbides such as silicon carbide. The ceramic porous body may be made of one type of material, or two or more types of materials.

微細な孔を切削した部材としては、例えば、微細なドリルで部材を切削したものであってもよいし、化学物質と部材とを反応させて微細な孔を形成させた部材であってもよい。微細な孔を切削した部材を製造するために用いられる部材としては、形状が保持できるものであれば特に限定されず、例えば、剛体、弾性体、塑性体等が挙げられる。 The member with the micro-holes cut may be, for example, a member cut with a micro-drill, or a member in which micro-holes are formed by reacting a chemical substance with the member. The member used to manufacture the member with the micro-holes cut may be any member that can retain its shape, and examples of such members include rigid bodies, elastic bodies, and plastic bodies.

本実施形態の多孔質支持体の形状としては、例えば、多孔膜状、発泡状、網目状、これらの組み合わせ等が挙げられる。 The shape of the porous support in this embodiment can be, for example, a porous membrane, a foam, a mesh, or a combination of these.

発泡状の多孔質支持体としては、例えば、上述の材料に注入した気泡を分散させたもの、上述の材料に混錬した発泡剤から気泡を発生させたもの、フィラーを分散した上述の材料を延伸して発泡させたもの等が挙げられる。 Examples of foamed porous supports include those in which air bubbles are dispersed in the above-mentioned materials, those in which air bubbles are generated from a foaming agent kneaded into the above-mentioned materials, and those in which the above-mentioned materials in which fillers are dispersed are stretched and foamed.

網目状の多孔質支持体としては、発泡状の多孔質支持体と同様のものであってもよく、例えば、無機塩粒子を混錬した上述の材料から無機塩を水抽出したもの、溶媒と混合した上述の材料から溶媒を除去したもの等が挙げられる。 The mesh-like porous support may be the same as the foamed porous support, and examples thereof include a support obtained by extracting inorganic salts with water from the above-mentioned material in which inorganic salt particles have been kneaded, or a support obtained by removing the solvent from the above-mentioned material mixed with a solvent.

多孔膜状の多孔質支持体としては、例えば、発泡状の多孔質支持体、網目状の多孔質支持体であって、その厚さが薄いものであってもよい。また、多孔膜状の多孔質支持体は、膜に対し、重イオンビーム等を照射した後、化学研削したもの(トラック・エッチング法によるもの)であってもよい。また、多孔膜状の多孔質支持体は、多数の微細孔を有するマスク等を用いて、化学研削等により膜に多数の微細孔アレイを形成させたものであってもよい。
より具体的には、多孔膜状の多孔質支持体としては、例えば、ヒドロキシル基を有しない、ニトロセルロース膜、セルロースアセテート膜、ポリエチレン膜、又はポリカーボネート膜、ポリエチレンテレフタレート膜、ナイロン膜、親水性ポリテトラフルオロエチレン膜等が挙げられる。
The porous membrane-like porous support may be, for example, a foamed porous support or a mesh-like porous support, which is thin. The porous membrane-like porous support may be a membrane that has been irradiated with a heavy ion beam or the like and then chemically ground (by track etching). The porous membrane-like porous support may be a membrane that has been chemically ground using a mask or the like having a large number of micropores to form a large number of micropore arrays on the membrane.
More specifically, examples of the porous support in the form of a porous membrane include a nitrocellulose membrane, a cellulose acetate membrane, a polyethylene membrane, or a polycarbonate membrane, a polyethylene terephthalate membrane, a nylon membrane, a hydrophilic polytetrafluoroethylene membrane, and the like, which do not have hydroxyl groups.

多孔質支持体に支持されない尿中物質検出用蛍光ゲルは、一度、乾燥して水分を失った場合、水分が浸潤しにくくなる。これに対し、上述の範囲内の孔径の多孔質支持体に固定された尿中物質検出用蛍光ゲルは、乾燥して水分を失った場合であっても、再び水分と接触すると、水分を急速に吸収し短時間で膨潤する。 Once a fluorescent gel for detecting substances in urine that is not supported by a porous support dries and loses moisture, it becomes difficult for moisture to penetrate. In contrast, a fluorescent gel for detecting substances in urine that is fixed to a porous support with a pore size within the above-mentioned range will rapidly absorb moisture and swell in a short time when it comes into contact with moisture again, even if it dries and loses moisture.

そのため、尿中物質検出用ゲルを含む多孔質支持体を乾燥した状態で保存し、尿を多孔質支持体に滴下すると、迅速に尿中物質を検出することができる。 Therefore, if the porous support containing the gel for detecting substances in urine is stored in a dry state and urine is dropped onto the porous support, substances in urine can be detected quickly.

尿中物質としては、例えば、グルコース、尿素、アンモニア、クレアチン、酸素、尿酸、アミノ酸、タンパク質、硫酸、リン、シュウ酸、イオン、血球、ビリルビン、ウロビリノーゲン、ケトン体等を挙げることができる。検出する尿中物質は、1種であってもよいし、2種以上であってもよい。 Examples of substances in urine include glucose, urea, ammonia, creatine, oxygen, uric acid, amino acids, proteins, sulfuric acid, phosphorus, oxalic acid, ions, blood cells, bilirubin, urobilinogen, ketone bodies, etc. The substances in urine to be detected may be one type or two or more types.

多孔質支持体に固定された尿中物質検出用ゲルは、多孔質支持体に固定されていない尿中物質検出用ゲルよりも安定した形状を保ち、機械的強度が向上する。 A gel for detecting substances in urine that is fixed to a porous support maintains a more stable shape and has improved mechanical strength than a gel for detecting substances in urine that is not fixed to a porous support.

本実施形態の尿中物質検出材に固定された尿中物質検出用蛍光ゲルは、グルコースを含む液体を吸収することができる。尿中物質検出用蛍光ゲルがグルコースを取り込むことにより、特定の波長の励起光を照射したときの蛍光強度が変化する。 The fluorescent gel for detecting substances in urine fixed to the urine substance detection material of this embodiment can absorb liquid containing glucose. When the fluorescent gel for detecting substances in urine takes in glucose, the fluorescence intensity changes when irradiated with excitation light of a specific wavelength.

実施例において後述するように、本実施形態の尿中物質検出材を用いて蛍光強度の変化を測定することにより、ラットの尿中のグルコース濃度を測定することができる。本実施形態の尿中物質検出材は、例えば、哺乳動物の尿中に含まれるグルコース濃度を測定することができる。 As described later in the Examples, the glucose concentration in the urine of a rat can be measured by measuring the change in fluorescence intensity using the urinary substance detection material of this embodiment. The urinary substance detection material of this embodiment can measure the glucose concentration contained in the urine of a mammal, for example.

本実施形態の尿中物質検出材を用いて、尿中物質の濃度を測定することのできる動物の種類としては、特に限定されず、例えば、ヒト、イヌ、ネコ、ラット、マウス、フェレット、ウサギ、サル、ウシ、ヤギ、ブタ、ヒツジ等を挙げることができる。 The types of animals whose urinary substance concentrations can be measured using the urinary substance detection material of this embodiment are not particularly limited, and examples include humans, dogs, cats, rats, mice, ferrets, rabbits, monkeys, cows, goats, pigs, sheep, etc.

本実施形態の尿中物質検出用蛍光ゲルを構成するポリマーは、ポリマー同士が末端において互いに架橋することによって均質な3次元網目構造を形成する。ゲルを構成するポリマーは、例えば、4つに分岐したエーテル鎖を有するポリエチレングリコール骨格を有していてもよい。このようなゲルは、多量の水を含むことによって、ハイドロゲルを形成する。 The polymers constituting the fluorescent gel for detecting substances in urine of this embodiment form a homogeneous three-dimensional mesh structure by crosslinking each other at the ends of the polymers. The polymer constituting the gel may have, for example, a polyethylene glycol skeleton with an ether chain branched into four. Such a gel forms a hydrogel by containing a large amount of water.

また、尿中物質はグルコースであってもよく、グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素ユニットは、上述したポリマーの3次元網目構造中に共有結合によって固定化されていてもよい。 The urinary substance may be glucose, and the fluorescent dye unit that exhibits a fluorescent response upon binding to glucose may be immobilized by a covalent bond in the three-dimensional network structure of the above-mentioned polymer.

蛍光色素ユニットは、蛍光団及び消光団を有していることが好ましい。ここで、蛍光団は、特定の波長で励起されることにより蛍光を発する分子を含む部位である。また、消光団は、蛍光団との相互作用により蛍光団からの発光を低減し得る電子受容体を含む部位であり、尿中物質との結合により消光作用が解消されて、蛍光団の発光を再び生じさせる。 The fluorescent dye unit preferably has a fluorophore and a quencher. Here, the fluorophore is a moiety containing a molecule that emits fluorescence when excited at a specific wavelength. The quencher is a moiety containing an electron acceptor that can reduce the emission from the fluorophore by interacting with the fluorophore, and the quenching effect is eliminated by binding to a substance in urine, causing the fluorophore to emit light again.

上述の蛍光色素ユニットは、グルコース非存在下では消光団により蛍光は消光されるが、消光団がグルコースと結合することによって蛍光団が蛍光を発するものであってもよい。このような機構により、グルコースを含む尿中物質の存在下では蛍光強度が増強する。 The above-mentioned fluorescent dye unit may be one in which the fluorescence is quenched by the quencher in the absence of glucose, but the fluorophore emits fluorescence when the quencher binds to glucose. This mechanism increases the fluorescence intensity in the presence of urinary substances containing glucose.

上述の蛍光色素ユニットにおいて、蛍光団と消光団の組み合わせは、尿中物質との結合によって蛍光応答を示すものであれば、特に限定されない。例えば、尿中のグルコースを検出する場合、蛍光団はアントラセンを有し、消光団はアリールボロン酸を有していてもよい。 In the above-mentioned fluorescent dye unit, the combination of the fluorophore and the quencher is not particularly limited as long as it shows a fluorescent response by binding to a substance in urine. For example, when detecting glucose in urine, the fluorophore may have anthracene and the quencher may have an arylboronic acid.

また、蛍光色素ユニットは、ポリマー中に共有結合によって固定化されていることが好ましい。蛍光色素ユニットは、末端に1又は複数のアミノ基を有し、そのアミノ基と四分岐型ポリマーとの共有結合によってゲル構造中に固定化されていてもよい。 The fluorescent dye unit is preferably immobilized in the polymer by a covalent bond. The fluorescent dye unit may have one or more amino groups at its terminal, and may be immobilized in the gel structure by a covalent bond between the amino group and the four-branched polymer.

蛍光色素ユニットは、下記式(III)又は(IV)で表される化合物であってもよい。 The fluorescent dye unit may be a compound represented by the following formula (III) or (IV):

Figure 0007466170000005
Figure 0007466170000005

Figure 0007466170000006
(式(IV)中、「PEG」は、ポリエチレングリコール鎖を表す。)
Figure 0007466170000006
(In formula (IV), "PEG" represents a polyethylene glycol chain.)

上記式(III)で表される化合物において、中央に位置するアントラセンが蛍光団であり、その両側に位置する2つのアリールボロン酸が消光団である。 In the compound represented by formula (III) above, the central anthracene is a fluorophore, and the two arylboronic acids on either side of it are quenchers.

下記平衡式に示すように、グルコース非存在下ではアリールボロン酸部位によりアントラセンの蛍光は消光されている。グルコースがアリールボロン酸部位に結合すると、分子内の窒素原子とホウ素原子の静電相互作用によりアントラセン部位への電子移動が抑えられ、その結果、アリールボロン酸部位による消光作用が解消し、アントラセンから蛍光が発せられる。このような機構によって、グルコースの存在を蛍光強度の変化として検出することができる。 As shown in the equilibrium equation below, in the absence of glucose, the fluorescence of anthracene is quenched by the arylboronic acid moiety. When glucose binds to the arylboronic acid moiety, the electrostatic interaction between the nitrogen and boron atoms in the molecule suppresses electron transfer to the anthracene moiety, resulting in the quenching effect of the arylboronic acid moiety being eliminated and fluorescence being emitted from anthracene. Through this mechanism, the presence of glucose can be detected as a change in fluorescence intensity.

Figure 0007466170000007
Figure 0007466170000007

アリールボロン酸はグルコースのヒドロキシル基を認識する。蛍光色素ユニットが、上記式(III)又は(IV)で表される化合物である場合、多孔質支持体はヒドロキシル基を有しないことが好ましい。 Arylboronic acid recognizes the hydroxyl group of glucose. When the fluorescent dye unit is a compound represented by formula (III) or (IV) above, it is preferable that the porous support does not have a hydroxyl group.

尿中物質検出用ゲルは、複数のポリマー成分におけるそれぞれの4つのポリエチレングリコール分岐の末端が、互いに架橋して均一な網目構造ネットワークを形成したものであってもよい。 The gel for detecting substances in urine may be one in which the ends of the four polyethylene glycol branches in each of the multiple polymer components are cross-linked to form a uniform mesh-structure network.

四分岐型のポリエチレングリコール骨格よりなるゲルは、一般に、Tetra-PEGゲルとして知られており、それぞれ末端に活性エステル構造等の求電子性の官能基とアミノ基等の求核性の官能基を有する二種の四分岐高分子間のAB型クロスエンドカップリング反応によって網目構造ネットワークが構築される。 Gels consisting of a four-branched polyethylene glycol backbone are generally known as Tetra-PEG gels, and a mesh-structure network is constructed by an AB-type cross-end coupling reaction between two types of four-branched polymers, each of which has an electrophilic functional group such as an active ester structure and a nucleophilic functional group such as an amino group at its terminal.

尿中物質検出用蛍光ゲルを構成する四分岐型ポリマーは、末端に求核性官能基を有する第1のポリマーと、末端に求電子性官能基を有する第2のポリマーからなっていてもよい。 The four-branched polymer constituting the fluorescent gel for detecting substances in urine may be composed of a first polymer having a nucleophilic functional group at its end and a second polymer having an electrophilic functional group at its end.

第1のポリマーの末端と、第2のポリマーの末端が、共有結合による架橋反応(AB型クロスエンドカップリング反応)によって網目構造ネットワークを形成し、ゲルを構成する。 The ends of the first polymer and the second polymer form a meshwork network through a covalent cross-linking reaction (AB type cross-end coupling reaction), forming a gel.

第1のポリマーの末端に存在する求核性官能基は、好ましくは、ヒドロキシル基、アミノ基又チオール基であり、より好ましくはアミノ基又チオール基である。 The nucleophilic functional group present at the end of the first polymer is preferably a hydroxyl group, an amino group, or a thiol group, more preferably an amino group or a thiol group.

第1のポリマーの末端に存在する求核性官能基は、第2のポリマーと架橋してゲルを形成し得る限り、これら以外の求核性官能基を用いることもできる。当該求核性官能基は、それぞれ同一であっても、異なってもよいが、同一である方が好ましい。官能基が同一であることによって、架橋反応の対象となる求核性官能基との反応性が均一になり、均一な立体構造を有する高強度のゲルを得やすくなる。 As the nucleophilic functional group present at the end of the first polymer, other nucleophilic functional groups can be used as long as they can crosslink with the second polymer to form a gel. The nucleophilic functional groups may be the same or different, but it is preferable that they are the same. By using the same functional groups, the reactivity with the nucleophilic functional group that is the subject of the crosslinking reaction becomes uniform, making it easier to obtain a high-strength gel with a uniform three-dimensional structure.

第2のポリマーの末端に存在する求電子性官能基は、好ましくは、カルボキシル基、N-ヒドロキシ-スクシンイミジル(NHS)基、スルホスクシンイミジル基、マレイミジル基、フタルイミジル基、及びニトロフェニル基よりなる群から選択される官能基である。より好ましくは、NHS基で又はマレイミジル基ある。 The electrophilic functional group present at the end of the second polymer is preferably a functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, an N-hydroxy-succinimidyl (NHS) group, a sulfosuccinimidyl group, a maleimidyl group, a phthalimidyl group, and a nitrophenyl group. More preferably, it is an NHS group or a maleimidyl group.

第2のポリマーの末端に存在する求電子性官能基は、求電子性を有する他の活性エステル基を用いてもよく、当業者であれば公知の活性エステル基を適宜用いることができる。当該官能基は、それぞれ同一であっても、異なってもよいが、同一である方が好ましい。官能基が同一であることによって、架橋反応の対象となる求核性官能基との反応性が均一になり、均一な立体構造を有する高強度のゲルを得やすくなる。 The electrophilic functional group present at the end of the second polymer may be another active ester group having electrophilicity, and a person skilled in the art can appropriately use a known active ester group. The functional groups may be the same or different, but it is preferable that they are the same. By using the same functional groups, the reactivity with the nucleophilic functional group that is the target of the crosslinking reaction becomes uniform, making it easier to obtain a high-strength gel with a uniform three-dimensional structure.

ポリマーの末端に存在する上記求核性官能基と求電子性官能基の組み合わせによる架橋反応に代えて、いわゆるクリック反応を用いてポリマーどうしを架橋させることもできる。例えば、アジド基及びアルキン基の組み合わせによるクリック反応を用いて、上記ポリマーどうしを架橋させてゲル化させることができる。かかるクリック反応は1,3-双極子環化付加反応であるため、アジド基及びアルキン基の双方が求核的かつ求電子的に働く。 Instead of the crosslinking reaction by combining the above-mentioned nucleophilic functional group and electrophilic functional group present at the end of the polymer, the so-called click reaction can be used to crosslink the polymers together. For example, the above-mentioned polymers can be crosslinked together to form a gel by using a click reaction by combining an azide group and an alkyne group. Since this click reaction is a 1,3-dipolar cycloaddition reaction, both the azide group and the alkyne group act both nucleophilically and electrophilically.

尿中物質検出用蛍光ゲルにおいて用いられる第1のポリマーは、下記一般式(I)で表されるポリエチレングリコール骨格を有する四分岐型ポリマーであってもよい。 The first polymer used in the fluorescent gel for detecting substances in urine may be a four-branched polymer having a polyethylene glycol backbone represented by the following general formula (I):

Figure 0007466170000008
[式(I)中、各mは、それぞれ同一又は異なる10~300であり、各Xは、R-NH又はR-SHであり、RはC-Cアルキレン基である。]
Figure 0007466170000008
[In formula (I), each m is the same or different and is 10 to 300, each X is R 1 -NH 2 or R 1 -SH, and R 1 is a C 1 -C 7 alkylene group.]

ここで、「C-Cアルキレン基」とは、分岐を有してもよい炭素数が1以上7以下のアルキレン基を意味し、直鎖C-Cアルキレン基又は1つ又は2つ以上の分岐を有するC-Cアルキレン基(分岐を含めた炭素数が2以上7以下)を意味する。C-Cアルキレン基の例は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基である。C-Cアルキレン基の例は、-CH-、-(CH-、-(CH-、-CH(CH)-、-(CH-、-(CH(CH))-、-(CH-CH(CH)-、-(CH-CH(CH)-、-(CH-CH(C)-、-(CH-、-(CH-C(C-、及び-(CHC(CHCH-等が挙げられる。 Here, the term "C 1 -C 7 alkylene group" refers to an alkylene group having from 1 to 7 carbon atoms which may have branches, and refers to a linear C 1 -C 7 alkylene group or a C 2 -C 7 alkylene group having one or more branches (having from 2 to 7 carbon atoms including the branches). Examples of C 1 -C 7 alkylene groups are a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a butylene group. Examples of C 1 -C 7 alkylene groups include -CH 2 -, -(CH 2 ) 2 -, -(CH 2 ) 3 -, -CH(CH 3 )-, -(CH 2 ) 3 -, -(CH(CH 3 )) 2 -, -(CH 2 ) 2 -CH(CH 3 )-, -(CH 2 ) 3 -CH(CH 3 )-, -(CH 2 ) 2 -CH(C 2 H 5 )-, -(CH 2 ) 6 -, -(CH 2 ) 2 -C(C 2 H 5 ) 2 -, and -(CH 2 ) 3 C(CH 3 ) 2 CH 2 -, and the like.

また、本明細書において、アルキレン基は任意の置換基を1個以上有していてもよい。置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子のいずれであってもよい)、アミノ基、モノ若しくはジ置換アミノ基、置換シリル基、アシル基、又はアリール基などを挙げることができるが、これらに限定されることはない。2個以上の置換基を有する場合には、それらは同一でも異なっていてもよい。 In the present specification, the alkylene group may have one or more optional substituents. Examples of the substituents include, but are not limited to, an alkoxy group, a halogen atom (which may be a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an amino group, a mono- or di-substituted amino group, a substituted silyl group, an acyl group, or an aryl group. When the alkylene group has two or more substituents, they may be the same or different.

上記式(I)中、各mは、それぞれ同一でも又は異なってもよいが、各mの値が近いほど、均一な立体構造をとることができ、高強度となる。そのため、高強度のゲルを得るためには、同一であることが好ましい。各mの値が高すぎるとゲルの強度が弱くなり、各mの値が低すぎると化合物の立体障害によりゲルが形成され難くなる。また、ゲル中の空隙がグルコースを取り込むのに適した大きさの空間とする観点からは、上述のとおり、mは、10~300、好ましくは25~75であることが望ましい。 In the above formula (I), each m may be the same or different, but the closer the value of each m is, the more uniform the three-dimensional structure can be and the higher the strength will be. Therefore, in order to obtain a gel with high strength, it is preferable that they are the same. If the value of each m is too high, the strength of the gel will be weak, and if the value of each m is too low, it will be difficult to form a gel due to steric hindrance of the compound. In addition, from the viewpoint of making the voids in the gel a space of a size suitable for taking up glucose, as mentioned above, it is desirable that m is 10 to 300, preferably 25 to 75.

尿中物質検出用蛍光ゲルにおいて用いられる第2のポリマーは、下記一般式(II)で表されるポリエチレングリコール骨格を有する四分岐型ポリマーであってもよい。 The second polymer used in the fluorescent gel for detecting substances in urine may be a four-branched polymer having a polyethylene glycol backbone represented by the following general formula (II):

Figure 0007466170000009
[式(II)中、各nは、それぞれ同一又は異なる10~300であり、各Yは、-CO-R-COO-NHS又はR-マレイミジル基であり、RはC-Cアルキレン基である。]
Figure 0007466170000009
[In formula (II), each n is the same or different and is an integer from 10 to 300, each Y is -CO- R2 -COO-NHS or an R2 -maleimidyl group, and R2 is a C1 - C7 alkylene group.]

上記式(I)中のnと同様に、式(II)中の各nは、それぞれ同一でも又は異なってもよいが、各nの値が近いほど、均一な立体構造をとることができ、高強度となる。そのため、高強度のゲルを得るためには、同一であることが好ましい。各nの値が高すぎるとゲルの強度が弱くなり、各nの値が低すぎると化合物の立体障害によりゲルが形成され難くなる。また、ゲル中の空隙がグルコースを取り込むのに適した大きさの空間とする観点からは、上述のとおり、nは、10~300、好ましくは25~75であることが望ましい。 As with n in formula (I) above, each n in formula (II) may be the same or different, but the closer the values of n are, the more uniform the three-dimensional structure can be and the higher the strength will be. Therefore, to obtain a gel with high strength, it is preferable that they are the same. If the value of n is too high, the strength of the gel will be weak, and if the value of n is too low, it will be difficult to form a gel due to steric hindrance of the compound. In addition, from the viewpoint of making the voids in the gel a space of a size suitable for taking up glucose, as mentioned above, it is desirable that n is 10 to 300, preferably 25 to 75.

尿中物質検出用蛍光ゲルは、上述の四分岐型ポリマー及び蛍光色素ユニットを用いて、当該技術分野において公知のゲル作製方法により調整することができるが、例えば、末端に求核性官能基を有する四分岐型ポリマー(第1のポリマー)と同じく末端に求核性官能基を有する蛍光色素ユニットを含む混合溶液と、末端に求電子性官能基を有する四分岐型ポリマー(第2のポリマー)を含む溶液とを混合する方法を用いることができる。これにより、四分岐型ポリマー成分の間でアミド結合の架橋反応が起こり、均一な網目構造を有するハイドロゲル構造が形成されるとともに、蛍光色素ユニットが共有結合によって固定化されたゲルを製造することができる。 The fluorescent gel for detecting substances in urine can be prepared by a gel preparation method known in the art using the above-mentioned four-branched polymer and fluorescent dye unit. For example, a method can be used in which a mixed solution containing a four-branched polymer (first polymer) having a nucleophilic functional group at its end and a fluorescent dye unit having the same nucleophilic functional group at its end is mixed with a solution containing a four-branched polymer (second polymer) having an electrophilic functional group at its end. This causes a crosslinking reaction of the amide bonds between the four-branched polymer components, forming a hydrogel structure with a uniform mesh structure, and a gel in which the fluorescent dye unit is immobilized by a covalent bond can be produced.

架橋反応の際のpHを適切な条件とするため、これらのポリマー成分を含む溶液は、適切な緩衝液を含むことが好ましい。用いられる緩衝液としては、例えば、リン酸緩衝液(PBS)、クエン酸緩衝液、クエン酸・リン酸緩衝液、酢酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液、トリス緩衝液、トリス塩酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水、又はクエン酸・リン酸緩衝生理食塩水、塩化カリウム-水酸化ナトリウム緩衝液、りん酸水素二ナトリウム-水酸化ナトリウム緩衝液、炭酸水素ナトリウム-水酸化ナトリウム緩衝液、ほう酸-塩化カリウム-水酸化ナトリウム緩衝液、りん酸二水素カリウム-水酸化ナトリウム緩衝液、フタル酸水素カリウム-水酸化ナトリウム緩衝液が挙げられる。 In order to maintain an appropriate pH condition during the crosslinking reaction, it is preferable that the solution containing these polymer components contains an appropriate buffer solution. Examples of buffer solutions that can be used include phosphate buffer solution (PBS), citrate buffer solution, citrate-phosphate buffer solution, acetate buffer solution, borate buffer solution, tartrate buffer solution, Tris buffer solution, Tris-HCl buffer solution, phosphate buffered saline, citrate-phosphate buffered saline, potassium chloride-sodium hydroxide buffer solution, disodium hydrogen phosphate-sodium hydroxide buffer solution, sodium bicarbonate-sodium hydroxide buffer solution, boric acid-potassium chloride-sodium hydroxide buffer solution, potassium dihydrogen phosphate-sodium hydroxide buffer solution, and potassium hydrogen phthalate-sodium hydroxide buffer solution.

上記ポリマー溶液の混合工程は、例えば、二液混合シリンジを用いて行うことができる。混合時の二液の温度は、特に限定されず、ポリマー成分がそれぞれ溶解され、それぞれの液が流動性を有する状態の温度であればよい。温度が低すぎると化合物が溶解されにくく、または溶液の流動性が低くなり、均一に混ざり難くなる。一方、温度が高すぎると四分岐型ポリマーどうしの反応性を制御し難くなる。そのため、混合するときの溶液の温度としては、1℃~100℃が挙げられ、5℃~50℃が好ましく、10℃~30℃がより好ましい。二液の温度は異なってもよいが、温度が同じである方が、二液が混合されやすいので好ましい。 The mixing step of the polymer solutions can be carried out, for example, using a two-liquid mixing syringe. The temperature of the two liquids during mixing is not particularly limited, and may be any temperature at which the polymer components are dissolved and each liquid has fluidity. If the temperature is too low, the compound is difficult to dissolve, or the fluidity of the solution is reduced, making it difficult to mix uniformly. On the other hand, if the temperature is too high, it becomes difficult to control the reactivity between the four-branched polymers. Therefore, the temperature of the solution during mixing can be 1°C to 100°C, preferably 5°C to 50°C, and more preferably 10°C to 30°C. The temperatures of the two liquids may be different, but it is preferable that the temperatures are the same because the two liquids are more easily mixed.

[疾患予測方法]
1実施形態において、本発明は、哺乳動物が排出した尿を尿中物質検出材に接触させることと、尿中物質検出材に励起光を照射して蛍光を検出することと、を含み、検出した蛍光が対照と比較して有意に高いこと又は有意に低いことが、疾患に罹患していることを示す、疾患予測方法を提供する。
[Disease prediction method]
In one embodiment, the present invention provides a disease prediction method comprising: contacting urine excreted by a mammal with a urinary substance detection material; and detecting fluorescence by irradiating the urinary substance detection material with excitation light, wherein the detected fluorescence being significantly higher or significantly lower than a control indicates the presence of a disease.

検出する尿中物質はグルコースであってもよい。実施例において後述するように、本発明の尿中物質検出材に哺乳動物の尿を接触させた後、尿中物質検出材の蛍光強度を測定することにより、尿中のグルコース濃度を測定することができる。 The substance in urine to be detected may be glucose. As described later in the Examples, the glucose concentration in urine can be measured by contacting the urine of a mammal with the urinary substance detection material of the present invention and then measuring the fluorescence intensity of the urinary substance detection material.

実施例において後述するように、糖尿病モデルラットにおいて、血中のグルコース濃度が糖尿病と判断されるレベルまで上昇するより前に、尿中のグルコース濃度は顕著に上昇する。 As described later in the Examples, in diabetic model rats, urinary glucose concentrations rise significantly before blood glucose concentrations rise to levels that are considered to be diabetes.

すなわち、本発明の尿中物質検出材を用いて、尿中に含まれるグルコース濃度を測定することにより、簡便に糖尿病の発症を予測することができる。 In other words, by using the urinary substance detection material of the present invention to measure the glucose concentration in urine, the onset of diabetes can be easily predicted.

糖尿病を予測することができる哺乳動物の種類としては、特に限定されず、例えば、ヒト、イヌ、ネコ、ラット、マウス、フェレット、ウサギ、サル、ウシ、ヤギ、ブタ、ヒツジ等を挙げることができる。 The types of mammals for which diabetes can be predicted are not particularly limited, and examples include humans, dogs, cats, rats, mice, ferrets, rabbits, monkeys, cows, goats, pigs, sheep, etc.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実験例1]
(尿中物質検出材の作製)
下記式(V)で表されるゲル前駆体(TAPEG)を6質量%含み、上記式(III)で表されるグルコース応答性色素を0.01~0.5質量%含むゲル前駆体溶液Aを調製した。また、下記式(VI)で表されるゲル前駆体(TNPEG)を6質量%含むゲル前駆体溶液Bを調製した。続いて、ゲル前駆体溶液Aと、ゲル前駆体溶液Bとを混合した溶液を直ちにニトロセルロース膜上に滴下した。続いて、得られたニトロセルロース膜を乾燥を防止するために容器に入れて24時間静置した。続いて、静置後のニトロセルロース膜をPBSバッファーで洗浄し、ニトロセルロース膜上の未反応物を除去した。
[Experimental Example 1]
(Preparation of urinary substance detection material)
A gel precursor solution A was prepared containing 6% by mass of a gel precursor (TAPEG) represented by the following formula (V) and 0.01 to 0.5% by mass of a glucose-responsive dye represented by the above formula (III). A gel precursor solution B was also prepared containing 6% by mass of a gel precursor (TNPEG) represented by the following formula (VI). Next, a solution obtained by mixing the gel precursor solution A and the gel precursor solution B was immediately dropped onto the nitrocellulose membrane. Next, the obtained nitrocellulose membrane was placed in a container and left to stand for 24 hours to prevent drying. Next, the nitrocellulose membrane after standing was washed with PBS buffer to remove unreacted substances on the nitrocellulose membrane.

Figure 0007466170000010
Figure 0007466170000010

Figure 0007466170000011
Figure 0007466170000011

[実験例2]
実験例1で得た尿中物質検出材を用いてグルコースの蛍光応答を評価した。ゲルに0~1000mg/dLのグルコース溶液を添加し、各濃度における蛍光強度を測定した(励起波長:405nm、検出波長:490nm)。結果を図1、2に示す。
[Experimental Example 2]
The fluorescence response of glucose was evaluated using the urinary substance detection material obtained in Experimental Example 1. Glucose solutions of 0 to 1000 mg/dL were added to the gel, and the fluorescence intensity at each concentration was measured (excitation wavelength: 405 nm, detection wavelength: 490 nm). The results are shown in Figures 1 and 2.

図1は、各濃度のグルコースを滴下した尿中物質検出材に励起光を照射し蛍光を撮影した写真である。図2は、各濃度のグルコースを滴下した尿中物質検出材の蛍光強度を示すグラフである。 Figure 1 shows a photograph of the fluorescence obtained by irradiating excitation light onto a urinary substance detection material onto which glucose of various concentrations has been dropped. Figure 2 is a graph showing the fluorescence intensity of the urinary substance detection material onto which glucose of various concentrations has been dropped.

その結果、いずれの尿中物質検出材についても、グルコース濃度の増加に伴い、蛍光強度の増大が観測された。繰り返しの測定に対しても、グルコース濃度に対して一意的に蛍光強度が決定された。 As a result, for all urinary substance detection materials, an increase in fluorescence intensity was observed as the glucose concentration increased. Even for repeated measurements, the fluorescence intensity was uniquely determined for each glucose concentration.

[実験例3]
実験例1で得た尿中物質検出材を用いて、ストレプトゾシンを投与したラット糖尿病モデルの尿中に含まれるグルコースに対する蛍光応答を評価した。ストレプトゾシンは、毎日、計10回の腹腔内投与(15mg/kg)を行った。
[Experimental Example 3]
The fluorescence response to glucose contained in the urine of a rat diabetic model administered with streptozocin was evaluated using the urinary substance detection material obtained in Experimental Example 1. Streptozocin was intraperitoneally administered (15 mg/kg) ten times in total every day.

ストレプトゾシンは膵臓β細胞に対して毒性と有することが知られている。ストレプトゾシンを投与されたラットは、膵臓β細胞によるインスリンの分泌が障害されるため、血中のグルコース濃度が上昇し、糖尿病様の症状を示すようになる。 Streptozocin is known to be toxic to pancreatic β cells. In rats administered streptozocin, insulin secretion from pancreatic β cells is impaired, leading to increased glucose levels in the blood and the onset of diabetes-like symptoms.

ストレプトゾシンを投与した3匹のラット糖尿病モデルの、血液中及び尿中のグルコース濃度をそれぞれ定量した。結果を図3、4に示す。 The glucose concentrations in the blood and urine of three rats with diabetes mellitus were quantified after administration of streptozocin. The results are shown in Figures 3 and 4.

図3は、3匹のラット糖尿病モデルの血液中のグルコース濃度を定量した結果である。その結果、血液中のグルコース濃度は、ストレプトゾシンの投与を開始して6~8日後以降に、糖尿病と判断されるレベルまで上昇することが確認された。 Figure 3 shows the results of quantifying blood glucose concentrations in three diabetic rat models. As a result, it was confirmed that blood glucose concentrations rose to a level that was deemed diabetic 6 to 8 days after the start of streptozocin administration.

図4は、上述した3匹のラット糖尿病モデルの尿中のグルコース濃度を定量した結果である。その結果、ストレプトゾシンの投与を開始して5~6日後以降に、尿中のグルコース濃度は、顕著に上昇することが明らかになった。 Figure 4 shows the results of quantifying the glucose concentration in the urine of the three rat diabetic models mentioned above. The results showed that the glucose concentration in the urine increased significantly 5 to 6 days after the start of streptozocin administration.

いずれのラットにおいても、血液中のグルコース濃度が糖尿病と判断されるレベルまで上昇するより前に、尿中のグルコース濃度は顕著に上昇することが明らかになった。すなわち、尿中のグルコース濃度の顕著な上昇を検出することにより、糖尿病を予測することができる。 In both rats, it was found that the glucose concentration in urine rose significantly before the glucose concentration in blood rose to a level that was judged to be diabetes. In other words, diabetes can be predicted by detecting a significant increase in the glucose concentration in urine.

さらに、上述の3匹のラットの尿を、本発明の尿中物質検出材に滴下して蛍光を観察した。結果を図5、6に示す。図5は、尿を滴下した後、尿中物質検出材が乾燥する前に、尿中物質検出材の蛍光を撮影した写真である。図6は、尿を滴下した後、尿中物質検出材を乾燥させた後の、尿中物質検出材の蛍光を撮影した写真である。 Furthermore, urine from the three rats mentioned above was dropped onto the urinary substance detection material of the present invention, and the fluorescence was observed. The results are shown in Figures 5 and 6. Figure 5 is a photograph of the fluorescence of the urinary substance detection material taken after urine was dropped onto it and before it dried. Figure 6 is a photograph of the fluorescence of the urinary substance detection material taken after urine was dropped onto it and it dried.

その結果、本発明の尿中物質検出材は、ストレプトゾシンの投与を開始して5日後と7日後の、ラット1の尿に含まれるグルコース濃度の上昇を検出できることが明らかになった。すなわち、本発明の尿中物質検出材を用いることにより、血中のグルコース濃度の上昇を予測することができることが明らかになった。 As a result, it was revealed that the urinary substance detection material of the present invention can detect an increase in the glucose concentration in the urine of rat 1 5 and 7 days after the start of streptozocin administration. In other words, it was revealed that the use of the urinary substance detection material of the present invention can predict an increase in the glucose concentration in the blood.

また、本発明の尿中物質検出材は、吸収した尿の水分が乾燥により失われた場合であっても、強い蛍光を発することが明らかになった。そのため、本発明の尿中物質検出材を用いると、尿を接触させた後に時間が経過した場合であっても、尿中のグルコースを検出することができる。 It has also been found that the urinary substance detection material of the present invention emits strong fluorescence even when the absorbed water content of the urine is lost due to drying. Therefore, by using the urinary substance detection material of the present invention, glucose in urine can be detected even if time has passed since contact with urine.

[実験例4]
実験例1と同様に、ゲル前駆体溶液Aと、ゲル前駆体溶液Bとを混合した溶液を、ポリエチレンテレフタレート膜、ポリカーボネート膜、ナイロン膜及び親水性ポリテトラフルオロエチレン膜にそれぞれ滴下して、尿中物質検出材を作製した。これらの尿中物質検出材を用いて、実験例2と同様の実験を行った。
[Experimental Example 4]
Similarly to Experimental Example 1, a solution obtained by mixing gel precursor solution A and gel precursor solution B was dropped onto a polyethylene terephthalate film, a polycarbonate film, a nylon film, and a hydrophilic polytetrafluoroethylene film to prepare urinary substance detection materials. Using these urinary substance detection materials, an experiment similar to that of Experimental Example 2 was carried out.

その結果、これらの尿中物質検出材は、いずれも、実験例1において作製した尿中物質検出材と同様に、グルコース濃度の増加に伴い、蛍光強度の増大が観測された。繰り返しの測定に対しても、グルコース濃度に対して一意的に蛍光強度が決定された。 As a result, it was observed that the fluorescence intensity of these urinary substance detection materials increased with increasing glucose concentration, similar to the urinary substance detection material prepared in Experimental Example 1. Even after repeated measurements, the fluorescence intensity was uniquely determined for each glucose concentration.

本発明によれば、安価に、かつ簡便に、疾患の発症を予測する技術を提供することができる。 The present invention provides a technology that can predict the onset of disease inexpensively and easily.

Claims (10)

多孔質支持体と、前記多孔質支持体中に固定された尿中物質検出用蛍光ゲルとを含む、
前記尿中物質がグルコースであり、
前記尿中物質検出用蛍光ゲルは、ポリエチレングリコール骨格を有する複数の四分岐型ポリマーがそれらの末端で架橋した3次元網目構造を有し、グルコースとの結合により蛍光応答を示す蛍光色素ユニットが共有結合によって前記3次元網目構造中に固定化されたものである、尿中物質検出材。
A porous support and a fluorescent gel for detecting a substance in urine immobilized in the porous support.
the urinary substance is glucose,
The fluorescent gel for detecting substances in urine has a three-dimensional mesh structure in which multiple four-branched polymers having a polyethylene glycol backbone are cross-linked at their ends, and fluorescent dye units that exhibit a fluorescent response when bound to glucose are fixed in the three-dimensional mesh structure by covalent bonds.
前記多孔質支持体が、高分子多孔質体又はセラミックス多孔質体である、請求項1に記載の尿中物質検出材。 The urinary substance detection material according to claim 1, wherein the porous support is a polymeric porous body or a ceramic porous body. 前記蛍光色素ユニットが蛍光団及び消光団を有しており、
グルコース非存在下では前記消光団により前記蛍光団が消光されているが、前記消光団がグルコースと結合することによって蛍光団が発光することにより蛍光応答を示す、請求項1又は2に記載の尿中物質検出材。
the fluorescent dye unit comprises a fluorophore and a quencher,
The urinary substance detection material according to claim 1 or 2, wherein the fluorophore is quenched by the quencher in the absence of glucose, but exhibits a fluorescent response by causing the fluorophore to emit light when the quencher binds to glucose.
前記蛍光団がアントラセンを有し、前記消光団がアリールボロン酸を有する、請求項3に記載の尿中物質検出材。 The material for detecting substances in urine according to claim 3, wherein the fluorophore has anthracene and the quencher has arylboronic acid. 前記蛍光色素ユニットが末端に1又は複数のアミノ基を有し、当該アミノ基と前記四分岐型ポリマーとの共有結合によって前記3次元網目構造中に固定化されている、請求項1~4のいずれか一項に記載の尿中物質検出材。 The urinary substance detection material according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluorescent dye unit has one or more amino groups at its terminal and is immobilized in the three-dimensional network structure by a covalent bond between the amino group and the four-branched polymer. 前記蛍光色素ユニットが以下の式(III)又は(IV)で表される、請求項1~5のいずれか一項に記載の尿中物質検出材。
Figure 0007466170000012
Figure 0007466170000013
[式(IV)中、「PEG」は、ポリエチレングリコール鎖を表す。]
The urinary substance detection material according to any one of claims 1 to 5, wherein the fluorescent dye unit is represented by the following formula (III) or (IV):
Figure 0007466170000012
Figure 0007466170000013
[In formula (IV), "PEG" represents a polyethylene glycol chain.]
前記四分岐型ポリマーが、末端に4個の求核性官能基を有する第1のポリマーと、末端に4個の求電子性官能基を有する第2のポリマーからなる、請求項1~6のいずれか一項に記載の尿中物質検出材。 The urinary substance detection material according to any one of claims 1 to 6, wherein the four-branched polymer is composed of a first polymer having four nucleophilic functional groups at its terminals and a second polymer having four electrophilic functional groups at its terminals. 前記求核性官能基が、ヒドロキシル基、アミノ基及びチオール基からなる群より選択され、
前記求電子性官能基が、カルボキシル基、N-ヒドロキシ-スクシンイミジル(NHS)基、スルホスクシンイミジル基、マレイミジル基、フタルイミジル基、及びニトロフェニル基からなる群より選択される、請求項7に記載の尿中物質検出材。
the nucleophilic functional group is selected from the group consisting of a hydroxyl group, an amino group, and a thiol group;
The urinary substance detection material according to claim 7, wherein the electrophilic functional group is selected from the group consisting of a carboxyl group, an N-hydroxy-succinimidyl (NHS) group, a sulfosuccinimidyl group, a maleimidyl group, a phthalimidyl group, and a nitrophenyl group.
前記第1のポリマーが下記式(I)で表される構造を有し、前記第2のポリマーが下記式(II)で表される構造を有する、請求項7又は8に記載の尿中物質検出材。
Figure 0007466170000014
[式(I)中、各mは、それぞれ同一又は異なる10~300であり、各Xは、R -NH 又はR -SHであり、R はC -C アルキレン基である。]
Figure 0007466170000015
[式(II)中、各nは、それぞれ同一又は異なる10~300であり、各Yは、-CO-R -COO-NHS又はR -マレイミジル基であり、R はC -C アルキレン基である。]
The urinary substance detection material according to claim 7 or 8, wherein the first polymer has a structure represented by the following formula (I), and the second polymer has a structure represented by the following formula (II):
Figure 0007466170000014
[In formula (I), each m is the same or different and is 10 to 300, each X is R 1 -NH 2 or R 1 -SH, and R 1 is a C 1 -C 7 alkylene group.]
Figure 0007466170000015
[In formula (II), each n is the same or different and is an integer from 10 to 300, each Y is -CO- R2 -COO-NHS or an R2 -maleimidyl group, and R2 is a C1 - C7 alkylene group.]
哺乳動物が排出した尿を請求項1~9のいずれか一項に記載の尿中物質検出材に接触させることと、
前記尿中物質検出材に励起光を照射して蛍光を検出することと、を含み、
前記尿中物質がグルコースであり、
検出した前記蛍光が対照と比較して有意に高いこと又は有意に低いことが、疾患に罹患していることを示す、
疾患予測のための方法。
Contacting urine excreted by a mammal with the urinary substance detection material according to any one of claims 1 to 9;
Irradiating the urine substance detection material with excitation light and detecting fluorescence,
the urinary substance is glucose,
A significantly higher or lower fluorescence detected compared to a control is indicative of disease.
Methods for disease prediction.
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