【発明の詳細な説明】
臨床化学、免疫検定法、親和性検定法および生物医学研究の為の
長寿命異方性（偏光性）プローブ
発明の属する分野
本発明は、免疫検定法等に用いる蛍光異方性（偏光性）プローブに関し、より
詳細には、蛋白質と共役可能であり、且つ長寿命および強い初期異方性または偏
光性を示す蛍光金属−配位子複合体を用いた免疫検定法を行う方法に関する。
発明の背景
現在、垂直に偏光した光により励起されたときに試料が発する光の偏光性（異
方性）に基づく蛍光偏光（異方性）免疫検定法が臨床化学において広く使用され
ているが、それらの蛍光偏光免疫検定法の使用は薬剤等の低分子量抗原の分析に
限られている。この制限は蛍光プローブの寿命が短いがために生じるものであり
、相対的に小さな抗原に比べて溶液中で遅く回転する、相対的に大きくかつ高分
子量な抗原への適用は、蛍光プローブの寿命の短さにより妨げられている。
金属−配位子複合体に関しては、その励起状態が、むしろ対称な複合体上の複
数の有機配位子中に分配されるのか、あるいは金属と１つの配位子との間に局在
するのかを決定するための研究が多数報告されている。前者のモデルは低異方性
を予測させ、後者のモデルは高異方性を予測させるので、これは重要な区別であ
る。対称な分子は典型的には低い異方性を示し、溶液中の金属イオンは典型的に
はゼロの異方性を示すことから、当業者であれば低異方性であることを予測する
であろう。異方性の損失を引き起こし得る種々の作用の可能性を考慮すると、Ｒ
ｕ−金属−配位子複合体（Ｒｕ−ＭＬＣ）等の複合体が、有用な値の異方性を示
すかどうか不明である。また、たとえ異方性がゼロではないとしても、Ｒｕ−Ｍ
ＬＣ等の複合体が、蛍光偏光免疫検定法（ＦＰＩ）に必要とされる分子サイズに
依存する異方性を示すのか、あるいは配位子同士間での励起状態エネルギーの移
行によって複合体が偏光化し、従ってその異方性が分子の回転拡散またはサイズ
とは独立なものであるのかは明らかではない。その為に、金属−配位子複合体に
ついては、生物医学的適用のために蛍光プローブとして使用し得ることに気付か
れていなかった。
蛍光偏光免疫検定法の分野の現状は、下記資料に示されている。
Measurement of Angiotensinogen in Human Serum By Fluorescence Polariza tion Immunoassay
，David B．Gordon,Clin．& Exper．Hyper．- theory and Pra
ctice，A10(3)，1988，pages485-503．
Immunoassay - Innovations in Label Technology，Joan H．Howanitz，M.D.,
Arch．Pathol．Lab．Med.，Volume 112，August 1988，pages775-779．
Four Fluorescent Polarization Immunoassay for Therapeutic Drug Monitor ing Evaluated
，Virginia M．Harve et al.，Clinical Chemistry，Volume 35，
No．1，1989，pages 138-140．
New Fluorescent Derivatives of Cyclosporin for Use in Immunoassays，M.
T．French et al.，Journal of Pharmaceutical & Biomedical Analysis，Volum
e 10，No．1，1992，pages 23-30．
A Decade of Development of Immunoassay Methodology，James P．Gosling，
Clinical Chemistry，Volume 36，No．8，1990，pages 1408-1427．
Fluoroimmunoassay: Present Status and Key Problems，Erkki Soini et al.
,Clinical Chemistry，Volume 25，No．3，1979，pages 353-361．
Fluorescent Excitation Transfer Immunoassay，Edwin F．Ullman et al.，T
he Journal of Biological Chemistry，Volume 251，No．14，July 25，1976，p
ages 4172-4178．
Fluorescence Polarization in Immunochemistry，W.B．Dandliker et al.，
Immunochemistry，Volume 7，1970，pages 799-828．
Photophysics of Ruthenium Complexes Bound to Double Helical DNA，Chall
a v．Kumar et al.，Journal American Chemical Society，Volume 107，No．19
，1985，pages 5518-5523．
時間分解（time-resolved）免疫検定法の分野の現状は、下記資料に示されて
いる。
Time-resolved Fluorometry in Immunoassay，T．Lovgren et al，Alternativ
e Immunoassays，1985，pages 203-217．
Current Concepts and Future Developments，R.P．Ekins，Alternative Immu
noassays，1985，pages 219-237．
Immunoassays with Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy: Principles and Applications
，Eleftherios P．Diamandis，Clinical Biochemistry，Volum
e 21，June 1988，pages 139-150．
Europium Chelate Labels in Time-Resolved Fluorescence Immunoassays and DNA Hybridization Assays
，Eleftherios P．Diamandis et al.，Analytical C
hemistry，Volume 62，No．22，November 15，1990，pages 114
Europium as a Label in Time-Resolved Immunofluorometric Assays，Ilkka
Hemmila et al.，Analytical Biochemistry，137(1984)，pages 335-343．
Phosphorescent Immunoassay ，Are Metalloporphyrins an Alternative to Ra re Earth Fluorescent Labels?
，A.P．Savitskii et al.，Doklady Akademii Na
uk SSSR，1989，pages 48-51．
Fiber-Optic Time-Resolved Fluorimetry for Immunoassays，Randy D．Petre
a et al.，Talanta，Volume 35，No．2，1988，pages 139-144．
Applications of Lanthanide Chelates for Time-Resolved Fluoroimmunoassa y
，Philip Mottram et al.，American Chemical Laboratry，May/June 1990，pa
ges 34-38．
U.S．4,374,120 2/15/83 Soini et al．
U.S．4,745,076 5/17/88 Muller et al．
下記資料が、遷移金属−配位子複合体の既知のスペクトル特性を開示している
。
Design and Applications of Highly Luminescent Transition Metal Complex es
，J.N．Demas et al.，Ansalytical Chemistry，Volume 63，No.．17，Septem
ber 1，1991，pages 829-837．
Novel Fluorescent Label for Time-Resolved Fluorescence Immunoassay，Ri
chard B．Thompson et al.，SPIE，Volume 909，Time-Resolved Laser Spectros
copy on Biochemistry，1988，pages 426-433．
Redox Properties of Ruthenium （II）Tris Chelate Complexes Containing t he Ligands 2,2'-Bipyrazine，2,2'-Bipyridine，and 2,2'-Bipyrimidine
，D．P
aul Rillema et al.，Inorganic Chemistry，Volume 22，No．1
Localization of Electronic Excitation Energy In Ru(2,2'-Bipyridine)2(2 ,2'-Bipyridine-4,4'-Dicarboxylic Acid)2+ and Related Complexes
，James Fe
rguson et al.，Chemical Physics Letters，Volume 68，No．1
Energy Transfer from Luminescent Transition Metal Complexes to Oxygen,
J.N．Demas et al.，Journal of the American Chemical Society，May 25，197
7，pages 3547-3551．
下記資料が、本発明のさらなる技術背景である。
U.S．4,565,790 1/21/86 Hemmila et al．
U.S．4,837,169 6/6/89 Toner
U.S．4,962,045 10/9/90 Picozza et al．
U.S．5,089,423 2/18/92 Diamandis et al．
U.S．5,202,270 4/13/93 Ungemach et al．
U.S．5,221,605 6/22/93 Bard et al．
U.S．5,221,611 6/22/93 Stenglein et al．
U.S．5,061,857 10/29/91 Thompson et al．
U.S．5,083,852 1/28/92 Thompson
U.S．5,094,819 3/10/92 Yager et al．
Thin Layers of Depolarizers and Sensitizers，Lasovsky et al.，Chem．Ab
struct 106，1987: 95354n．
Time-Resolved Photoselection of [Ru(bpy)3]2+-exciton Hopping in the
Excited State
，Myrick et al.，J．Amer．Chem．Soc．109，1987: 2841-2842．
Circularly Polarized Luminescence of Tris-Bipyridine Ruthenium （II）Co mplexes at Low Temperature
，Tsubomura et al.，Chem．Abstruct 112，1990:
65776h．
本発明者らは、上記に名前を挙げた本技術分野のエキスパートの誰一人として
蛍光偏光免疫検定法に用いるためのＲｕまたはＯｓ金属−配位子複合体を示唆し
たものがいなかったことを強調しておきたい。本発明者らは、まず、これらの複
合体の蛍光としての発光について言及する。励起状態の正確な本質は不明であり
、発光は蛍光またはリン光等として関知される。
上記に示したとおり、現状ではＦＰＩの適用は薬剤およびホルモン類等の低分
子量解析に限られていることが、（完全なＩｇＧ（免疫グロブリン、ヒト）分子
が１６０,０００の分子量を有するのに対して、約４０,０００の分子量を有する
Ｆａｂ断片を使用している）ウリオスらの「巨大分子検定法への蛍光偏光免疫検
定法（Urios et al.，"Adaptation of Fluorescence Polarization Immunoassay
to the Assay of Macromolecules"，Analytical Biochemistry，185，308-312(
1990)」、ならびに、（抗体をコロイド金と結合させてその分子量を増大させ、
より大きな抗原の相関時間を変更させることを試みた）ツルオカらの「不動化抗
体を採用した蛍光偏光免疫検定法（Tsuruoka et al.，"Fluorescence polarizat
ion Immunoassay Employing Immobilized Antibody"，Biosensors & Bioelectro
nics，6，501-505(1991))」において扱われている。特にツルオカらの報告に関
して、本発明者らはあまり有用なアプローチ法ではないように考えるが、それは
抗体の分子量が標識の寿命にとって大きすぎるからである。この点に関しては、
プローブの寿命が約４ナノ秒であることに着目されたい。
低分子量解析への制限は、抗体と結合するときに生じる蛍光標識抗原の見かけ
上の分子量の変化にＦＰＩが依存していることから生じる。大きな抗体分子との
結合の結果として「見かけ上の分子量」の変化が生じる。これは、比較的小さな
抗原がそれよりも大きな抗体と結合するためである。抗原および抗体の典型的な
分子量は、それぞれ１,０００ダルトンおよび１６０,０００ダルトンである。低
分子量抗原への制限は、現在のＦＰＩに用いられているプローブの寿命が短いた
めであり、より長寿命の蛍光体を使用することで回避することができる。しかし
、そのような長寿命のプローブは殆ど知られていない。概説書は、約１０ナノ秒
の寿命を示すピレン誘導体に言及している。しかし、ピレンは３２０ｎｍ近傍の
紫外線励起を必要とし、感光性であり、そして低偏光性を示す。紫外線励起は、
生物学的試料からの大量の自己蛍光という結果を生じる。ＲｕＭＬＣ類のさらな
る利点は、その高い化学的および光化学的安定性である。
上記制限および本発明の理解の一助として、下記に幾つかの例を示す。下記例
示計算式より「見かけ上の分子量」の変化の必要性が理解されよう。
今、標識抗原が１,０００ダルトンの分子量を有し、そのために約０.５ナノ秒
の回転相関時間であるとする。抗体ＩｇＧの分子量は１６０,０００であり、そ
のために回転相関時間は約１００ナノ秒である（ｖ＋ｈは約１.５、下記式８参
照）。蛍光体または標識巨大分子の異方性は、下記式（１）：
［式中、ｒ0は典型的には約０.３の定数、τは寿命、そしてθは回転相関時間で
ある］により与えられる。
ここで、現在の免疫検定法ではプローブの寿命は約４ナノ秒である。従って、
遊離抗原と抗体結合抗原それぞれの異方性は、下記の通りとなる。
即ち、低分子量抗原においては、抗原と抗体との結合時に異方性の大きな変化が
認められる。
しかしながら、高分子量抗原においては上記の好ましい変化が得られない。抗
原の分子量が約１６０,０００、その相関時間が１００ナノ秒、および抗体の分
子量が約４５０,０００、その相関時間が３００ナノ秒とすると、このとき抗原
抗体複合体の相関時間は約４００ナノ秒となるだろう。従って、現在使用されて
いる短寿命蛍光体における異方性の値は下記の通りとなる。
異方性におけるこの変化は小さいが、これは抗原の相関時間に比べて寿命が遥
かに短いからである。
本発明は、好適なγ0値を備える長寿命な標識を提供する。特には、データが
約４００ナノ秒の寿命を示す標識を提供する。より大きな分子量の抗原抗体複合
体（θ＝４００ナノ秒）に関して予想される異方性値は下記の通りである。
寿命が４００ナノ秒の標識の異方性における変化は１５０％であり、寿命が４
ナノ秒の標識における３％だけの変化と比べて、顕著に改善されている。また、
種々の標的抗原（例えばＩｇＭ）は、より大きく(例えば分子量９５０,０００、
θ≧６００ナノ秒)、より高度の異方性(γ＝０．１８０、変化百分率＝２００％
)をもたらす。異方性の絶対値よりも異方性の変化百分率の方が重要であること
に注意していただきたい。
混乱を避けるために、偏光性（Ｐ）と異方性（γ）は同一の現象を表しており
、下式の如き関係にあることに注意しなければならない。
［式中、Ｉ1およびＩは、垂直偏光で励起されたときの、発光の垂直成分および
平行成分である］また、偏光性と異方性は次のように関係付けられる。
変数Ｐおよびγは共に本技術分野で広く用いられているものである。ＦＰＩにお
いてはＰの値の方がよく用いられるが、それはＰの値の方が慣習的に使用されて
いること、およびＰの値の方が異方性の値よりも僅かに大きいからである。理論
の見地からは変数γが好ましい。Ｐおよびγの双方は、相関時間および／または
分子容と下記の如き関係にある。
上式中、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度（カルビン）、ηは粘度、およびＶは分
子容である。相関時間（θ）は、蛋白質の分子量（Ｍ）と次のような関係にある
。
［式中、Ｒは理想気体定数、ｖは蛋白質の比容、そしてｈは水和であり典型的に
は蛋白質１グラム当たり０.２ｇ Ｈ2Ｏである。］
発明の概要
本発明者らは、免疫検定法、臨床化学および生物医学研究における使用に望ま
しい特質を備えた、新しいタイプの蛋白質標識用の試薬またはプローブ、即ち蛋
白質と結合可能であり、且つ回転拡散の不存在下に長寿命および高い異方性また
は偏光を示す、蛍光金属−配位子複合体を合成した。その値は、しばしば初期（
基底）異方性（γ0）または偏光性（Ｐ0）として表される。この試薬またはプロ
ーブは、スペクトルの赤領域で蛍光発光するという利点をも有している。さらに
、この試薬またはプローブは、簡素な光源あるいは可視波長レーザを用いて励起
し得るが、どちらも、自己蛍光および装置の費用と複雑さの減少という見地から
は望ましいことである。また、そのようなプローブのスペクトル特性および長寿
命は、フラッシュランプ、レーザダイオード、ブルー発光ダイオードまたはブル
ー電界発光ランプ等の簡素な励起光源を用いた蛍光寿命測定をも可能にする。長
い発光寿命は、プローブが高分子量種の免疫化学的偏光または強度検定法に使用
されることを可能にする。ＲｕまたはＯｓ金属−配位子複合体等の複合体の使用
は、蛍光偏光免疫検定法が他の蛍光体を用いて定常的に行い得なかった、高分子
量抗原（Ｍｗ＞１,０００）に対して行われることを可能にした。
従って、本発明は、偏光性または異方性の方法によって、より高分子量の抗原
の検定法を可能にする。本発明者らの知る限り、本発明者らよりも先に蛍光偏光
検定法へのルミネセンス金属−配位子複合体の適用は提案されていない。これは
、そのような複合体は典型的には低い異方性（偏光性）を示すからである。また
、これらの複合体からの蛍光の偏光度が減少するのは、複合体内での励起状態エ
ネルギーの内的ランダム化によるものなのか、それとも蛍光偏光免疫検定法に必
要な回転運動によるものであるかは不明であった。内的ランダム化により偏光度
が減少するのであれば、プローブは蛍光偏光免疫検定法に適さないことになる。
それとは対称的に、非同一配位子（non-identical ligand）が存在するので、本
発明に用いられる不斉複合体は高い偏光性を示す。
本発明のその他の利点は、時間分解免疫検定法と称される方法に匹敵する方法
で蛍光偏光免疫検定法が行われ得ることである。従って、典型的には５ナノ秒以
内に減衰（decay）する初期自己蛍光の減衰後まで長い期間蛍光検知器を開くこ
とにより背景自己蛍光を抑制することができる。本発明よりも短寿命な従来技術
のプローブではそのような開口は技術的に現実的でも利点でもないが、それは従
来のプローブが自己蛍光と同じタイムスケールで減衰するためである。この開口
は本発明の長寿命ルミネセンス金属複合体を用いるときには非常に有利かつ現実
的である。
つまり、本発明は、蛍光検知器を一定時間開口することにより自己蛍光の抑制
を可能にしながら高分子量抗原に関して使用される、新規な蛍光偏光免疫検定法
を提供する。これら本発明によるプローブは、高分子量種、特に膜結合蛋白質の
回転力学を測定するために、生化学的および生物医学的研究に使用されることが
できる。本発明の利点は、高価でない光源および簡素な設備の使用を包含するこ
とであるが、これは長寿命の故であり、そのために臨床化学および高分子量抗原
の検定を可能とする。
従って、本発明は、下記工程：
ルミネセンス不斉金属−配位子複合体を目的試料と結合させて結合試料を
形成させる工程；
前記結合試料を、直線偏光した電磁気学的エネルギーにより励起し、該結
合試料に部分的に偏光した蛍光を発しせしめる工程；および
目的試料の生物学的特性の測定値として、前記蛍光発光の偏光を測定する
工程、
を含む、目的試料の免疫検定方法を提供する。
さらに、本発明は、下記工程：
（ａ） 検体と特異的に結合する分子と共役した不斉金属−配位子複合体（１
）と、試料（２）を混合する工程；
（ｂ） 前記工程（ａ）の混合物を、直線偏光した光により励起し、前記複合
体に偏光した光を発しせしめる工程；
（ｃ） 前記複合体により発した光の偏光を測定する工程；
（ｄ） 前記工程（ｃ）にて測定した偏光を、検体を既知量含有する対照試料
から発した光の偏光と相関させることにより試料中の検体の量を計算す
る工程、
を含む、試料中の検体の量を定量するための蛍光偏光検定法を提供する。
また、本発明は、下記工程：
（ａ） 不斉金属−配位子複合体と共役した検体の既知量を含有する対照（１
）と、該検体に特異的に結合する分子（２）を混合させる工程；
（ｂ） 前記工程（ａ）の混合物を、直線偏光した光により励起し、前記複合
体に偏光した光を発しせしめる工程；
（ｃ） 前記複合体から発した光の偏光を測定する工程；
（ｄ） 前記混合物に試料を添加して、検体と特異的に結合する分子との結合
において、前記不斉金属−配位子複合体と共役した検体と競争し、それにより偏
光の変化を引き起こす未共役検体を含む新たな混合物を形成させる工程；
（ｅ） 偏光の変化を測定する工程；および
（ｆ） 偏光の変化を、検体を既知量含有する対照と相関させることにより試
料中の検体の量を計算する工程、
を含む、試料中の検体の量を定量するための競争蛍光偏光免疫検定法を提供する
。
また、本発明は、下記工程：
（ａ） 不斉金属−配位子複合体と共役した検体の既知量を含有する対照（１
）と、該検体に対して親和性を有する分子（２）を混合する工程；
（ｂ） 前記工程（ａ）の混合物を、直線偏光した光により励起し、前記複合
体に偏光した光を発しせしめる工程；
（ｃ） 前記複合体から発した光の偏光を測定する工程；
（ｄ） 前記混合物に試料を添加して、検体に対して親和性を有する分子との
会合において、前記不斉金属−配位子複合体と共役した検体と競争し、それによ
り偏光の変化を引き起こす未共役検体を含む新たな混合物を形成させる工程；
（ｅ） 偏光の変化を測定する工程；および
（ｆ） 偏光の変化を、検体を既知量含有する対照と相関させることにより試
料中の検体の量を計算する工程、
を含む、試料中の検体の量を定量するための、目的試料の親和偏光検定法を行う
方法を提供する。
図面の簡単な説明
図１は、定常状態の偏光性または異方性の測定を用いて本発明の方法を行うた
めの装置の模式的構成図である。ＰＯＬ１およびＰＯＬ２は偏光子である。
図２は、時間分解測定を用いて本発明を行うための装置の模式的構成図である
。
図３は、蛋白質に共有付着するに適した、Ｒｕ金属−配位子複合体の合成を説
明している。
図４は、ｐＨ７.０においてヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）と共有結合した複
合体、ならびにｐＨ０.１およびｐＨ７.０において溶液中に遊離した複合体、そ
れぞれの吸収スペクトルを示している。図中、「ｂｐｙ」は２,２'−ビピリジン
を示し、そして「ｄｃｂｐｙ」は４,４'−ジカルボキシ−２,２'−ビピリジンを
示している。
図５は、（ｐＨ０.１および７.０における）遊離複合体およびＨＳＡ結合複合
体の発光スペクトルを示している。比較のために、不斉Ｒｕ−複合体の発光スペ
クトルも包含している。
図６は、−５５℃におけるグリセロール/水（９：１、ｖ/ｖ）中での遊離Ｒｕ
(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)、およびＨＳＡと結合したＲｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)の
励起異方性スペクトルを示している。また、比較のために、不斉Ｒｕ−複合体で
あるＲｕ(ｂｐｙ)3 2+およびＲｕ(ｄｃｂｐｙ)3 4-の異方性スペクトルも包含して
いる。
図７は、グリセロール/水（６：１、ｖ/ｖ）における遊離複合体および蛋白質
共役体の温度依存性発光異方性を示している。［Ｒｕ(ｂｐｙ)3］2+の発光波長
は６００ｎｍであり、Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)およびＲｕ−標識蛋白の発光
波長は６５０ｎｍであった。
図８は、ＣｏｎＡ（コンカナバリンＡ）と共役した［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐ
ｙ)］の強度減衰を示している。同様の強度減衰が、遊離および他の蛋白質と共
役した［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］においても得られた。これらのデータは
、図２に示す装置に類似の装置を用いて得た。
図９は、図中に明示した種々の温度における、グリセロール/水（６０/４０、
ｖ/ｖ）中の遊離［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の異方性減衰を示している。こ
れらのデータは、図２に示す装置と類似の装置を用いて得た。
図１０は、緩衝液中における、遊離の、および蛋白質と共役した［Ｒｕ(ｂｐ
ｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の異方性減衰を示している。異方性減衰は蛋白質の分子量が
高いほど、遅くなるようである。
図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれＣｏｎＡおよびＩｇＧと共役した［Ｒｕ(
ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の粘度依存性異方性減衰を示している。粘度の増加また
はグリセロール％の増加に連れて、異方性減衰は遅くなる。
図１２Ａおよび１２Ｂは、それぞれＨＳＡおよびフェリチンと共役した［Ｒｕ
(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の温度依存性異方性減衰を示している。異方性の減衰
は温度が低くなるほど遅くなったが、これは回転拡散が遅くなるためである。
図１３は、ＨＳＡの蛍光偏光免疫検定法を示している。
図１４は、ＨＳＡ特異的抗体の不存在下および種々の濃度での存在下における
、ＨＳＡ共役複合体の時間分解異方性減衰を示している。
図１５は、ＨＳＡに関する競争免疫検定法を示している。このとき、試料にお
ける未標識ＨＳＡの存在は、標識ＨＳＡおよび抗体の混合物について観察された
蛍光偏光を減少させる。
図１６は、未標識ＨＳＡの存在下、抗体の不存在下または存在下での、標識Ｈ
ＳＡの異方性減衰を示している。本競争免疫検定法中の未標識ＨＳＡの濃度が高
くなるに連れて、異方性がより急速に減衰する。この結果は、図１５に示したデ
ータと一致している。
図１７は、Ｏｓ複合体であるＯｓ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)の吸収および異方性
スペクトルを示している。
図１８は、Ｏｓ複合体の発光スペクトルを示している。
図１９は、レニウム（Ｒｅ）複合体の吸収スペクトルを示している。
図２０は、Ｒｅ複合体の励起異方性スペクトルを示している。
図２１は、Ｒｅ複合体の発光スペクトルを示している。
図２２は、オスミウム金属−配位子複合体に基づく蛍光偏光免疫検定法を示し
ている。この複合体は、５００または７００ｎｍ近傍で高い偏光で励起され得る
。
発明の詳細な説明
Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、ＩｒおよびＰｔを含む複合
体を始めとして、ルミネセンスを示す金属−配位子複合体が多数ある。特に、遷
移金属複合体、なかでもＲｕ、Ｏｓ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＷおよびＰｔを有する
複合体が使用され得る。金属−配位子複合体中の金属は、ルテニウム、オスミウ
ムおよびレニウムからなる群から選択されることが特に好ましい。本発明の金属
−配位子複合体における好適な配位子はポリピリジン、ビピリジンまたはその関
連化合物を包含し、そしてこの配位子は、カルボン酸のＮ−ヒドロキシサクシン
イミドエステル、ハロアセチル基、マレインイミド、スルホニルクロリドおよび
イソチオシアネート等の、生物学的分子との結合に通常用いられる反応基を包含
し得る。そのような金属−配位子複合体のためのその他の配位子は、ビピラジル
、フェナントロリン、およびその関連置換誘導体であるか、あるいはＣＯ、Ｃｌ
、ニトリルおよびイソニトリル等の無機配位子である。
本発明による蛍光偏光免疫検定法および親和性検定法好適に使用し得る金属−
配位子複合体（ＭＬＣｓ）を幾つか下記に示す。
本発明に使用する複合体は、図３に示すスキームに従って合成することができ
る。この図およびその他の図に関する議論を下記に示す。
図１は、蛍光異方性のＬ方式（L-format）測定に関する模式的構成図である。
ＰＯＬ１およびＰＯＬ２は偏光子を表している。
図２は、典型的な時間相関単光子配列を示している。
図３は、本発明に使用する反応性金属−配位子複合体をどのようにして合成す
るのかを説明している。
図４は、ｐＨ０.１および７.０、ならびにＨＳＡとの共役時における、［Ｒｕ
(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の吸収スペクトルを示している。その他の蛋白質共役
体についても類似の発光スペクトルが認められた。
図５は、ｐＨ７.０での[Ｒｕ(ｂｐｙ)3]2+および[Ｒｕ(ｄｃｂｐｙ)3]4-の発
光スペクトル、ならびにｐＨ０.１、ｐＨ７.０、およびＨＳＡとの共役時におけ
る［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の発光スペクトルを示している。他の蛋白共
役体についても類似の発光スペクトルが認められた。
図６は、−５５℃におけるグリセロール/水（９：１、ｖ/ｖ）中での金属−配
位子複合体の励起異方性スペクトルを示している。図６は、回転運動の起こらな
い凍結溶液中では、本発明の複合体の異方性が、対称的な複合体である［Ｒｕ(
ｂｐｙ)3］2+および［Ｒｕ(ｄｃｂｐｙ)3］4-に関する異方性よりも高いことを
示している。
図７は、金属−配位子複合体および蛋白質共役体の温度依存性発光異方性を示
している。[Ｒｕ(ｂｐｙ)3]2+の発光波長は６００ｎｍであった。図７は、Ｒｕ(
ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)の異方性は蛋白質に結合しているときの方が高いことを示
しているが、これは、異方性が分子量に依存することを明示するものである。
図８は、ＣｏｎＡと共役した［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の強度減衰を説
明している。同様の強度減衰が、他の蛋白質と共役した［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂ
ｐｙ)］においても得られた。図８は、蛋白質と結合したときの複合体の寿命が
約４００ｎｍであること、従ってこの複合体は高分子量抗原のＦＰＩにおいて使
用するに適していることを示している。
図９は、図中に明示した種々の温度における、グリセロール/水（６０/４０、
ｖ/ｖ）中の遊離［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の異方性減衰を説明している。
図９は、客体の異方性減衰が、ＦＰＩのために必要とされる如く、プローブの回
転速度に依存することを示している。
図１０は、緩衝液中における、［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の異方性減衰
を説明している。また、図１０は、［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の異方性は
より高分子量の蛋白質ほどより遅く減衰することを示している。分子量に対する
この感度は、ＦＰＩにおける使用のために必須である。
図１１Ａおよび１１Ｂは、それぞれＣｏｎＡおよびＩｇＧと共役した［Ｒｕ(
ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の粘度依存性異方性減衰を示している。図１１Ａおよび
１１Ｂは、グリセロール添加による粘度の増加に連れて、異方性がより遅く減衰
することを示している。この結果も、複合体の異方性が回転速度、即ち分子量に
依存していることを示している。
図１２Ａおよび１２Ｂは、それぞれＨＳＡおよびフェリチンと共役した［Ｒｕ
(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の温度依存性異方性減衰を示している。図１２Ａおよ
び１２Ｂもまた、この場合は温度の低下によって、回転速度が遅くなるほど異方
性はより遅く減衰することを明確に示している。
図１３は、［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］を、ＨＳＡ特異的抗体と共に（●
）またはＨＳＡ非特異的抗体と共に（○）用いた、ＨＳＡの蛍光偏光免疫検定法
を説明している。ＨＳＡ標識複合体の杭−ＨＳＡとの結合において、偏光の有意
な増加が観察されている。
図１４は、ＨＳＡ特異的抗体の不在下および存在下における、ＨＳＡ共役複合
体の時間分解異方性減衰を説明している。相関減衰が杭−ＨＳＡの量に強く依存
していることが示されている。異方性減衰から観察された相関時間の増加は、図
１３において観察された偏光の増加を追認している。
図１５は、ＨＳＡに関する競争免疫検定法を示している。このとき、試料にお
ける未標識ＨＳＡの存在は、標識ＨＳＡおよび抗体の混合物について観察された
蛍光偏光を減少させる。偏光の減少は、標識ＨＳＡおよび未標識ＨＳＡの杭−Ｈ
ＳＡとの競争結合のためである。
図１６は、未標識ＨＳＡの存在下、抗体の不存在下または存在下での、標識Ｈ
ＳＡの異方性減衰を説明している。本競争免疫検定法中の未標識ＨＳＡの濃度が
高くなるに連れて、異方性がより急速に減衰する。この結果は、図１５に示した
データと一致している。
図１７は、Ｏｓ複合体であるＯｓ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)の吸収および異方性
スペクトルを説明している。この複合体は凍結溶液中で高い異方性を示した。こ
れは、本化合物も、蛋白質回転、即ち親和性検定法のプローブとして有用であろ
うことを明示している。
図１８は、Ｏｓ複合体の発光スペクトルを説明している。
Ｏｓ複合体の重要な特質の１つは、その長波長の吸収および発光である。この
複合体は６００〜７００ｎｍ以上のレーザーダイオードを用いて、そして恐らく
は発光ダイオードまたはエレクトロルミネセンス装置を用いて、励起されること
ができる。自己蛍光の程度は波長がより長くなるほど減少する。
Ｏｓ複合体の寿命は約５０ナノ秒であることができる。５０ナノ秒近傍に相関
時間を有する血清アルブミン（分子量約７０,０００）等の物質に用いるには、
この寿命の方がＲｕ複合体の寿命（４００ナノ秒）よりも好ましいだろう。Ｒｕ
複合体はより高分子量である抗原に用いる方が良いと思われる。しかしながら、
幾つかのオスミウム配位子複合体が約４００ナノ秒のより長い寿命を呈すること
が知られていることに気を付けなければならない。この場合には、オスミウム配
位子複合体の使用は、長波長の吸収および発光に加えて、ルテニウム金属−配位
子複合体に関して述べた長寿命という利点をも合わせて備えることになるだろう
。長波長の吸収は、レーザーダイオードおよびその他の簡素な光源を用いた励起
を可能とする。
図１９および２０は、レニウム（Ｒｅ）複合体の吸収および異方性のスペクト
ルを説明している。Ｒｅ複合体は励起波長の広い範囲に亘って良好な偏光性を示
すので、免疫検定法および親和性検定法において有用であるに違いない。
図２１は、あるＲｅ複合体の発光スペクトルを示している。Ｒｅ複合体の量子
収率および寿命は温度に依存している。
図２２は、オスミウムが吸収する長波長に基づく免疫検定法を示している。図
１７に示すように、この複合体は、５００または７００ｎｍ近傍で励起されると
高い異方性を示す。図２２において、本発明者らは、オスミウム金属−配位子複
合体で標識したＨＳＡと、モノクローナルおよびポリクローナル抗体との間の免
疫検定法を示している。図２２に示すデータは５００ｎｍ励起を用いて得た。本
発明者らは、６００および７００ｎｍ近傍の長波長励起を用いて同様のデータを
得ている。そのような波長は、レーザーダイオードおよびその他の簡素な光源か
ら得ることができる。図２２に示すデータは、図１５における競争検定法と合わ
せて、このオスミウム金属−配位子複合体または類似の金属−配位子複合体に基
づき、長波長励起を用いた競争免疫検定法が可能であることを明示している。
本発明の直接偏光検定法において、不斉金属−配位子複合体は、受容体、抗体
またはレクチンと共役することができる。受容体、抗体またはレクチンは、本発
明の競争免疫検定法において、検体と特異的に結合する分子としても使用される
ことができる。
本発明において、検体試料は分子量２,０００以上の抗原性物質またはその他
の検体であってもよい。前記の抗原性物質は、蛋白質、核酸、ポリサッカロイド
またはそれらの物質の組合せであることができる。また、抗原性物質は、細胞性
抗原、細胞表面抗原、グリコペプチド、リポ蛋白質または糖脂質であることがで
きる。これらは、内性的に存在するものであっても、または（例えば細菌または
ウイルス等の）外性のものであっても良い。
本発明に用いる励起電磁気的エネルギーは直線偏光のパルスであってもよく、
そして本発明の方法はさらに、結合試料の背景自己蛍光が減退した後のみに蛍光
の偏光を測定する工程を含むことができる。励起工程は、フラッシュランプ、変
調ランプ、電界発光装置、発光ダイオードおよび（ダイオードレーザーまたは増
幅変調レーザー等の）レーザーからなる群より選択される光によって行われても
よい。光パルスおよび蛍光は光学ファイバーを通して導伝されることができる。
本発明の測定工程は、結合試料を含む移植パッチ（implanted patch）を用いて
実施することができる。本発明の方法において、直線偏光の定常状態は、結合試
料、または存在する未結合検体の特質に依存し得る。また、強度減衰または偏光
減衰は結合試料に依存し得る。検体の量は、パルスによる励起後に測定される時
間依存異方性減衰から見積もることができる。また、検体の量は、位相変調蛍光
定量法による増幅変調励起を用いて測定される発光異方性減衰から求められ得る
。
本発明の特に好適な態様において、免疫検定法は競争免疫検定法である。
本発明の別の好適な態様は、親和性検定法である。この親和性検定法において
、検体に親和性である分子は、ストレプアビジン(細菌性アビジン;strepavidine
)、アビジン、ビオチンおよびレクチンからなる群より選択されることができる
。好ましいタイプの親和性検定法は、（例えばコンカナバリンＡのように、グル
コースまたはポリサッカロイドと結合した蛋白質等の）蛋白質を使用する。
また、本発明は、巨大分子の間での特異的結合に基づく親和性検定法において
使用されることができる。例えば、コンカナバリンＡ（ＣｏｎＡ）はデキストラ
ンに対して親和性を有しており、そしてグルコースにより置き換えられる。標識
ＣｏｎＡとデキストランの混合物の偏光は、グルコース濃度に依存した偏光値を
示すであろうことが予測される。
本発明を下記実験例に基づきより詳細に説明する。特に断らない限り、下記文
中の全ての部、百分率、比率等は重量に基づくものである。
実験例
材料と方法
ＲｕＣｌ3、Ｒｕ(ｂｐｙ)2Ｃl2およびＲｕ(ｂｐｙ)3Ｃｌ2を、アルドリッチ・
ケミカル・カンパニー（Aldrich Chemical Company）から購入した。[Ｒｕ(ｂｐ
ｙ)2(ｄｃｂｐｙ)]2+のＮＨＳ−エステルの化学合成、およびより対称的な複合
体である[Ｒｕ(ｄｃｂｐｙ)3]2+の化学合成を、図３の記載の如くして実施した
。
Ｒｕ ビス(２,２'−ビピリジン)(２,２'−ビピリジン−４，４'−ジカルボン
酸)ビス(ヘキサフルオロホスフェート)（１）の合成： Ｒｕ(ｂｐｙ)2Ｃｌ2(０
.４ｇ)、ＮａＨＣＯ3（０．４ｇ）および２,２'−ビピリジン−４,４'−ジカル
ボン酸（０．３ｇ）を液（ＭｅＯＨ：Ｈ2Ｏ＝４：１）中で８〜１０時間加熱し
た。溶液を氷浴内で２時間冷却し、そしてＨ2ＳＯ4を用いてｐＨを４.４に調整
した。形成された沈殿を濾過してからＭｅＯＨを用いて洗浄した。得られた濾液
を２５ｍｌのＨ2Ｏ中の５ｇのＮａＰＦ6を用いて処理し、次いで氷浴内で冷却し
た後、沈殿を濾過して回収した。収量：０.６ｇ（７７％）。
Ｒｕ トリス(２,２'−ビピリジン−４,４'−ジカルボン酸)ビス(ヘキサフル
オロホスフェート)（２）の合成： ＲｕＣｌ3（０.１ｇ）および２,２'−ビピ
リジン−４,４'−ジカルボン酸（３.６７ｇ）を、１５ｍｌのエチレングリコー
ルに懸濁して、２時間還流した。溶液を室温まで冷却してから濾過した。２５ｍ
ｌのＨ2Ｏ中の２.５ｇのＮａＰＦ6を添加した後、濃縮Ｈ2ＳＯ4を用いて濾液の
ｐＨを１.０に調整し、得られた溶液を数時間冷却した。沈殿を回収した後Ｍｅ
ＯＨに再懸濁し、濾過してから乾燥させた。収量：０.３８ｇ（６８％）
ＮＨＳエステルの合成： Ｒｕ トリス(２,２'−ビピリジン−４,４'−ジカ
ルボン酸)Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル（４）。０.４６ｇのＤＣＣお
よび０.２３８ｇのＮ−ヒドロキシスクシンイミドを撹拌しながら３ｍｌのＤＭ
Ｆに溶解した後、氷浴中で冷却した。０.３８ｇのＲｕ トリス(２,２'−ビピリ
ジン−４,４'−ジカルボン酸)（２）の溶液を添加し、次いで混合物を数時間撹
拌した。形成された沈殿をシリンジフィルターを通して濾過して取り除き、活性
なＲｕ−複合体を含有する濾液を物質の標識に用いた。
蛋白質ＨＳＡ、ＩｇＧ、ＣｏｎＡおよびフェリチンは、シグマ・ケミカル・カ
ンパニー（Sigma Chemical Company）から入手し、さらなる精製をせずに使用し
た。１ｍｌの撹拌蛋白質溶液（０.２Ｍカーボネート緩衝液、ｐＨ８.３〜９.１
）に、５０μｌのＤＭＦに入れた１００モル倍過剰量のＲｕ−ＮＨＳを添加して
蛋白質（１０ｍｇ蛋白質）を標識した。次いで２〜６時間インキュベートした後
、０.１ＭのＰＢＳを用いたセファデックス（Sephadex）Ｇ-２５またはＧ-５０
でのゲル濾過クロマトグラフィー(ｐＨ７.２)によって標識蛋白質を精製した。
蛍光強度および異方性減衰は、時間相関単光子計数（ＴＣＳＰＣ）法により測
定した。第１光源は、キャビティダンプした（cavity-dumped）(１ＭＨｚ)ピリ
ヂン１色素レーザーであり、周波数を２倍にして波長を３６０ｎｍにした。この
色素レーザーをモード同期したＮｄ：ＹＡＧレーザーによりポンピングした。
３６０ｎｍの光はＲｕ−複合体の励起にあまり有用ではないが、それはこの励起
波長では異方性がやや低いからである。そこで、３６０ｎｍのレーザーパルスは
、おおよそシクロヘキサン中のペリレンのほぼ飽和した溶液および４８３ｎｍ干
渉フィルターに放射して、Ｒｕ−複合体を励起させるために用いたペリレン発光
を単離するために使用した。「ランプ」の約５ナノ秒の減衰時間は、本発明の試
料の示した２００〜５００ナノ秒の減衰時間に対しては非常に短いものであった
。発光の検出は、ハママツ（Hamamatsu）Ｒ２８０９マイクロチャンネルプレー
ト（ＭＣＰ）ＰＭＴおよびＴＣＳＰＣに通常使用される電気機器を用いて行った
。３６０ｎｍ励起を用いて、幾らかの時間分解強度減衰（図１４および１６）を
得た。
時間分解強度減衰（Ｉ(ｔ)）は、１重および２重指数モデルに一致していた：
[式中、α1は未指数（pre-exponential）因子であり、τ1はＩＢＨソフトウエア
（IBH Software，Edinburgh，Scotland）から得たソフトウエアを用いた減衰時
間である]。「ランプ」機能は、ペリレン「ランプ」にて放射された４８３ｎｍ
の波長で散乱溶液から観察された反応として得た。
時間分解異方性減衰は、発光の垂直成分（Ｉ1(ｔ)）および水平成分(Ｉ(ｔ))
の時間依存性減衰を測定して得た。
これらのデータは、再び標準ソフトウエアを用いた、１重または２重相関時間モ
デルに合致していた。
［式中、ｒ0iは振幅であり、そしてθiは回転相関時間である］
定常状態の蛍光のデータは、マジックアングル偏光子条件としたＳＬＭインス
ツルメンツ（SLM Instruments）から得た分光蛍光計、およびハママツＲ-９２８
検出器を用いて得た。発光スペクトルは補正していない。
結果
本文中ではＲｕ−複合体と称する［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の吸収スペ
クトルを図４に示す。これらのスペクトルは正規化して比較を容易にしてある。
Ｒｕ−複合体の吸収スペクトルはｐＨに依存している。ｐＨ７では、複合体への
正味電荷は、Ｒｕ上の２つの正電荷および２つのｄｃｂｐｙ配位子からの２つの
負電荷により、ゼロとなっていると予測される。Ｒｕ標識した蛋白質の長波長吸
収スペクトルは互いに類似しており、ｐＨ７.０および０.１においてＲｕ−複合
体に関して観察された、それぞれのスペクトルの中間であった。これらの吸収波
長は、簡素なブルーＬＥＤ、ブルー電界発光光源または２倍の周波数にしたレー
ザーダイオードを用いた励起を可能にする。
水性溶液中の［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の発光スペクトルを図５に示す
。ｐＨ７.０におけるＲｕ−複合体の発光スペクトルは、[Ｒｕ(ｄｃｂｐｙ)3]4-
について観察された発光スペクトルを少し（５ｎｍ）赤色編偏移したもの、およ
び[Ｒｕ(ｂｐｙ)3]2+に関して２８ｎｍ程度とかなり大きく赤方偏移したものに
匹敵する。このことは、Ｒｕ−複合体のスペクトル特性が、１つのｄｃｂｐｙ配
位子の存在によって決定されることを示唆している。従って、[Ｒｕ(ｂｐｙ)2(
ｄｃｂｐｙ)]の異方性は、より対称的な複合体のそれよりも高いであろうが、そ
れは励起状態が、３つの配位子に遍在しているよりも、むしろ金属と１つの配位
子との間に局在している可能性があるからである。Ｒｕ標識蛋白質の発光スペク
トルもそれぞれ類似しており、やはりｐＨ７および０.１においてＲｕ−複合体
に関して観察された、それぞれのスペクトルの中間であった（図５参照）。全て
の標識蛋白質に関して、同様のスペクトルおよび量子収率が認められた。標識フ
ェリチンに関してはやや低い量子収率が認められたが、これは恐らくフェリチ
ンの長波長吸収およびＲｕから蛋白質へのフェルスターおよび／またはデクスタ
ー移行の為である。
量子収率に対する酸素消光の効果も研究した。酸素の不存在時、空気平衡緩衝
液中、および酸素平衡緩衝液中における相対蛍光強度は、［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃ
ｂｐｙ)］およびＲｕ−ＨＳＡに関して、それぞれ１、０.７７、０.４４、およ
び１、０.８９、０.６５であった。このプローブは溶解酸素に感受性であるが、
Ｒｕ標識蛋白質の感受性は穏当であり、発光を観察するために酸素の排除を必要
としない。
定常状態での励起異方性スペクトルを、[Ｒｕ(ｂｐｙ)3]2+、[Ｒｕ(ｄｃｂｐ
ｙ)3]4-、ならびに遊離の、およびＨＳＡに標識した[Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ
)](図６参照)に関して、励起状態の寿命中に回転拡散の生じないガラス化溶液中
で試験した。重大なことに、不斉複合体［Ｒｕ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］および
その蛋白質共役体は、４８０〜４９０ｎｍ近傍の励起に対して０.２５〜０.３の
異方性を示した。対称的に、[Ｒｕ(ｂｐｙ)3]2+および[Ｒｕ(ｄｃｂｐｙ)3]4-の
異方性スペクトルは４５０ｎｍを越える全ての励起波長において非常に小さな値
しか示さなかった。明らかに、非同一配位子の存在は有用な異方性プローブにと
って重要である。
標識蛋白質およびＲｕ−複合体の定常状態での異方性を、温度および／または
粘度の一定範囲に亘って試験した（図７参照）。溶媒は６０％のグリセロール／
４０％の緩衝液であり、この溶媒は−５５℃で光学的に透明なガラスを形成した
。低温（−５５℃）において、異方性は、遊離Ｒｕ−複合体とＲｕ標識蛋白質と
の間でほぼ同一であった。異方性値は約０.２５であったが、これは−７０℃に
おいて得られた値である０.２８に近い。対称的に、[Ｒｕ(ｂｐｙ)3]2+と[Ｒｕ(
ｂｐｙ)3]4-との定常状態での異方性は全ての温度において低かった。
Ｒｕ−複合体およびＲｕ標識蛋白質に関して、温度依存性異方性は異方性が回
転運動に感受性であることを示した（図７参照）。遊離Ｒｕ−複合体の定常状態
での異方性は−５０℃を越えると急激に減少したが、Ｒｕ標識蛋白質は温度に連
れてそれよりもゆっくりと低下し、２０℃においてさえ比較的高い異方性を維持
していた。定常状態の値は、分子量（フェリチン＝５００,０００、ＩｇＧ＝
１６０,０００、ＣｏｎＡ＝１０２,０００、ＨＳＡ＝６５,０００ダルトン）に
適度に依存していた。下記に見られるように、Ｒｕ−蛋白質複合体の異方性の幾
らかは、蛋白質の回転運動に加えてプローブの速い運動によって失われている。
重要なことに、標識蛋白質の異方性は遊離Ｒｕ−複合体のそれよりも常に大きい
（図７参照）が、このことは蛋白質の流体力学が異方性に寄与することを示して
いる。これらの複合体を用いて回転運動を検出することは、自明な結果ではない
。多数の報告が示唆しているのは、Ｒｕ金属−配位子複合体の異方性および異方
性減衰は、３つの有機配位子間での励起状態のランダム化等の分子間プロセス、
および／またはランダム化後に励起状態の局限という結果を生じる溶媒との相互
干渉によるものであるということである。
異方性減衰測定の時間範囲は、励起状態の寿命により定められる。本発明者ら
は、ＴＣＳＰＣを用いてＲｕ−複合体およびＲｕ標識蛋白質のルミネセンス寿命
を測定した。強度減衰は単減衰時間（single decay time）に極めて近かった(図
８参照)。標識蛋白質の減衰時間は、下記表Ｉに示すような比較可能な実験条件
下でのＲｕ−複合体単独の減衰時間に匹敵していた。
減衰時間は、グリセロールの存在およびより低い温度で幾らか増加したが、最終
的な範囲は約２倍までの増加（２５０〜５００ナノ秒）に過ぎなかった。予想通
りＲｕ標識フェリチンの寿命は他の蛋白質の寿命よりも短かったが、これは恐ら
くフェリチンの長波長吸収へのエネルギー転移のためであろう。これらの標識の
長い寿命は、Ｒｕ−複合体を用いてルミネサンス寿命の約３倍である１.５マイ
クロ秒程の長さの回転相関時間を測定し得ることを示唆している。
気付かれたかもないが、信号／雑音比はこれらのデータにおいては小さなもの
であった（図８参照）が、これは非能率的な「ペリレン（perylene）ランプ」と
、タイミングチャンネル当たりの計測数を相対的に少数（約１０００〜３０００
）とする、複合体の遅延発光速度との組合せによるものである。それにも拘わら
ず、これらのデータは、異方性プローブとしてのこれらの金属−配位子複合体の
利便性を調べるこれらの研究に適している。チャンネル当たりの光子計測数の数
が少なくとも、総計測数が約１０6と高く、そして減衰時間がこれらのデータか
ら良く規定されていることが注目される。
時間依存性異方性が回転拡散に依存することを示すために、遊離［Ｒｕ(ｂｐ
ｙ)2(ｄｃｂｐｙ)］の異方性を、種々の温度および粘度において６０％グリセロ
ール−水（ｖ/v）中で試験した（図９参照）。２０℃において、異方性は約８ナ
ノ秒近い相関時間で急速に減衰した。温度の低下に伴って異方性がより遅く減衰
し、相関時間は、−３０℃では２４０ナノ秒にまで、そして−５１℃では１マイ
クロ秒を越えるまで増加した（図９参照）。Ｒｕ−複合体の寿命は５００ナノ秒
近いので、２４０ナノ秒においてはその初期値の約６０％にまでしか減衰しない
。従って、さらに長い相関時間のものまで測定できるにちがいない。−５１℃で
は相関時間は１マイクロ秒よりも長かったが、約１１５ナノ秒のより急速な成分
の証拠も幾らかあった。この、より短い成分の起源は不明であるが、複合体内で
の励起状態の局限化における溶媒緩和（solvent relaxation）の役割を反映して
いるのであろう。それにも拘わらず、１重指数関数に近い異方性減衰および回転
拡
散のための（図９のデータを用いて）モル当たり９.４６キロカロリー近い見か
け上の活性化エネルギーは、回転拡散プローブとしてのＲｕ−複合体の使用を支
持している。
遊離Ｒｕ−複合体およびＲｕ標識蛋白質の時間依存性異方性減衰を図１０に示
す。Ｒｕ−複合体単独で緩衝液内にあるとき（即ち蛋白質と結合していないとき
）に、異方性は「ペリレンランプ」の５ナノ秒のパルス幅以内に減衰した。対称
的に、Ｒｕ標識蛋白質に関しては、異方性はそれよりかなりゆっくりと減衰した
。重要なことに、異方性における時間依存性減少は標識蛋白質の分子量の増加に
伴い遅くなった。具体的には、Ｒｕ標識フェリチンが最も遅い異方性減衰を示し
、Ｒｕ標識ＣｏｎＡが最も急速な減衰を示し、そしてＩｇＧはその中間的な減衰
を示した。(４量体のときに分子量１０２,０００である)ＣｏｎＡの異方性減衰
は（分子量６５,０００である）ＨＳＡよりも遅いはずだと予測されるかもしれ
ないが、このタイムスケールにおいてＣｏｎＡサブユニットが解離しているか否
か、およびこれら２つの蛋白質の形状が異なるか否かは不明である。全ての事象
において、図１０に示すデータはＲｕ標識蛋白質の異方性減衰が蛋白質のサイズ
および／または形状に感受性であることを明示している。実際、これらのデータ
は、ＨＳＡおよびＣｏｎＡの１重指数関数的異方性減衰と対称的な、ＩｇＧにお
ける多重指数関数的異方性減衰の存在を示唆している。
ＣｏｎＡおよびＩｇＧに関するデータは、Ｒｕ−複合体が蛋白質の回転拡散が
グリセロールの添加により遅くなるに連れて、より遅い異方性減衰を示すことを
明示している（図１１Ａおよび１１Ｂ参照）。既定のグリセロール濃度において
、異方性減衰は温度が低くなるに連れて遅くなる（図１２Ａおよび１２Ｂ参照）
。測定された中で最も長かった相関時間は８０７ナノ秒であり、この値は５℃に
おける３０％グリセロール中のフェリチンの異方性減衰において得られた。１マ
イクロ秒を越える相関時間が下記表１１に示されるとおり測定されたが、それら
は良く解明されていない。
図１３はヒト血清アルブミンの偏光免疫検定法を示している。この場合には、
ＨＳＡは［Ｒｕ(ｂｐｙ)2ｄｃｂｐｙ］で標識された。標識ＨＳＡはＨＳＡ特異
的ＩｇＧにより力価測定された。抗体との結合により、偏光は約２００％まで増
加した。白丸は、標識ＨＳＡを非特異的抗体を用いて力価測定したときに測定さ
れた偏光を示している。この場合には蛍光偏光は変化せずに維持された。
図１４はＨＳＡ特異的抗体の不存在下および存在下における標識ＨＳＡの時間
依存性異方性減衰を示している。ＨＳＡ特異的ＩｇＧの存在時に、標識ＨＳＡ単
独のときよりも異方性減衰がかなり遅くなっていることがわかる。この観察は、
ＩｇＧのＨＳＡとの結合が、Ｒｕ−複合体の回転運動を遅くさせることを示して
いる。
図１５はＨＳＡに関する競争免疫検定法を示している。この場合には、ＨＳＡ
はＲｕ−複合体で標識され、そしてこの標識ＨＳＡは抗体により部分的に飽和さ
れた。試料中における未標識ＨＳＡの存在が、蛍光偏光の減少により観察された
。偏光の減少は、標識ＨＳＡと未標識ＨＳＡの抗体への競争結合の結果生じたも
のである。
図１６は競争免疫検定法における時間依存性異方性減衰を示している。異方性
は、検体（未標識ＨＳＡ）の濃度が増加するに連れてより急速となった。この効
果が観察されたのは、未標識ＨＳＡが抗体への結合において競争して標識ＨＳＡ
の抗体への結合を妨げたからである。
図１７は、Ｏｓ複合体であるＯｓ(ｂｐｙ)2(ｄｃｂｐｙ)の吸収および異方性
スペクトルを示している。この複合体は凍結溶液中で高い異方性を示した。この
ことは、この化合物も蛋白質回転の測定、即ち親和性検定法のためのプローブと
して有用であり得ることを示している。Ｏｓ複合体の重要な特質の１つはその長
波長の吸収および発光である。これは、６００ｎｍから７００ｎｍ以上までのレ
ーザーダイオード、あるいは恐らくは発光ダイオードまたは電界発光装置により
励起されることができる。生物学的試料からの自己蛍光の程度は、より長い励起
波長によって減少する。
図１８はＯｓ複合体の発光スペクトルを示している。Ｏｓ複合体の寿命は約５
０ナノ秒である。この寿命は、約５０ナノ秒の相関時間を有する（分子量約７０
,０００の）血清アルブミンのような物質に関して、(寿命４００ナノ秒の)Ｒｕ
−複合体よりも適しているであろう。Ｒｕ−複合体はより高分子量の光源に関し
てより適しているのであろう。既に述べたことではあるが、約４００ナノ秒
の減衰時間を有するＯｓ複合体が存在し、そのようなＯｓ複合体は長波長励起お
よび発光ならびに長い減衰時間を兼ね備えた利点を有するものであることを、こ
こに記しておく。
図１９および２０は、レニウム（Ｒｅ）複合体の吸収および異方性のスペクト
ルを示している。図２１は、その発光スペクトルを示している。Ｒｅ複合体は良
好な偏光を示しており、免疫検定法および親和性検定法において有用であるにち
がいない。
上記に見られる如く、金属−配位子複合体からの偏光発光は、生物物理学およ
び臨床化学における種々の実験の機会を提供する。広範囲の寿命、最大の吸収お
よび発光は、金属および配位子の注意深い選択により得ることができる。７００
ｎｍ程の長さの吸収波長は、そのような複合体の金属としてオスミウムを使用す
ることで得ることができ、そして１００マイクロ秒程の長さの寿命は、そのよう
な複合体の金属としてレニウムを使用することで得ることができる。レニウム複
合体は水性溶液における良好な量子収率をも示す。
上記の異方性減衰は、本発明のＲｕ−複合体の、全体的な回転拡散から独立し
た、無視できない運動を示してる。もし、この独立した運動を振幅内で減少する
ことができれば、全体的な異方性のより多くの情報（higher fraction）を用い
て蛋白質の全ての流体力学を検出することが可能となる。これは、[Ｒｕ(ｂｐｙ
)2(ｄｃｂｐｙ)]2-複合体の構造変異体により達成される。
また、そのような長寿命プローブは、通常の蛍光プローブでは現時点で接近不
可能なタイムスケールにおける拡散プロセスの研究にも有用であることを記して
おく。例えば、蛋白質のドメイン間同士の運動の速度および振幅等に対しては多
大な関心が寄せられており、時間分解蛍光反応エネルギー移行（ＦＲＥＴ）によ
るそのような運動の研究の試みが報告されている。これらの測定は殆ど成功して
いないが、それは、減衰時間が５〜１０ナノ秒であること、およびこのタイムス
ケールにおけるドメイン間の運動の程度が限られていることによるものである。
より長寿命の金属−配位子複合体（ＭＬＣ）発光の使用は、これらの運動の測定
を可能にする。
最後に、本発明のＭＬＣは、定常状態のデータだけを使用して、回転プロセス
に関する多数の情報を提供することができる。これらの複合体の発光は、種々の
分子およびイオンにより、典型的には消光剤（quencher）への光誘導電子移行に
よって、消光させることができる。これらの複合体の長寿命は、標識巨大分子の
寿命が消光剤の適当な濃度により広範囲に渡って変移させられ得ることを示唆し
ている。寿命または消光剤濃度の関数としての定常状態異方性測定は、膜および
蛋白質結合蛍光団の異方性減衰法則の決定に使用され得る。
本発明をその細部に渡り、特定の実施例に即して説明してきたが、本発明の精
神および主題から離れることなく種々の変形および改変を行い得ることは当業者
にとっては自明であろう。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】１９９６年９月１２日
【補正内容】
請求の範囲
１． 下記工程：
ルミネセンス不斉遷移金属−配位子複合体を目的試料中の検体と結合させ
て結合検体を形成させる工程；
前記結合検体を、直線偏光した電磁気学的光エネルギーにより励起し、該
結合検体に部分的に偏光した蛍光を発しせしめる工程；および
目的試料中の検体の生物学的特性の測定値として、前記蛍光発光の偏光を
測定する工程、
を含む、目的試料の免疫検定方法。
２． 前記金属−配位子複合体中の金属が、ルテニウム、オスミウム、レニウム
、ロジウム、イリジウム、タングステンおよびプラチナからなる群より選択され
る、請求項１に記載の方法。
３． 前記目的検体が、抗原性物質またはその他の分子量２,０００を越える検
体である、請求項１に記載の方法。
４． 前記励起電磁気学的エネルギーが、直線偏光のパルスであり、且つ前記方
法が、前記結合試料の背景自己蛍光が減衰した後だけに前記蛍光の偏光を測定す
る工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
５． 前記励起工程が、フラッシュランプ、変調ランプ、電界発光装置、発光ダ
イオード、および増幅変調レーザーからなる群より選択された光源により行われ
る、請求項４に記載の方法。
６． 前記光のパルスおよび前記平衡が光学ファイバーを介して伝導される、請
求項４に記載の方法。
７． 前記観測工程が、結合試料を含有する埋め込みパッチを用いて実施される
、請求項１に記載の方法。
８． 前記偏光の定常状態が、前記結合試料または存在する未結合検体の特質に
依存する、請求項１に記載の方法。
９． 強度減衰または偏光減衰が前記結合検体に依存する、請求項１に記載の方
法。
１０． 前記抗原性物質が、蛋白質、核酸、またはポリサッカロイドである、請
求項３に記載の方法。
１１． 前記抗原性物質が、細胞性抗原、細胞膜抗原、グリコペプチド、リポ蛋
白質、または糖脂質である、請求項３に記載の方法。
１２． 前記検体の量が、パルスによる励起の後に測定される時間依存性異方性
減衰から見積もられる、請求項１に記載の方法。
１３． 前記検体の量が、位相変調分光計測法による増幅変調励起によって測定
される発光異方性減衰から決定される、請求項１に記載の方法。
１４． 前記免疫検定法が、競争免疫検定法である、請求項１に記載の方法。
１５． 下記工程：
（ａ） 検体と特異的に結合する分子と共役した不斉遷移金属−配位子複合体
（１）と、試料（２）を混合する工程；
（ｂ） 前記工程（ａ）の混合物を、直線偏光した光により励起し、前記複合
体に偏光した光を発しせしめる工程；
（ｃ） 前記複合体により発した光の偏光を測定する工程；および
（ｄ） 前記工程（ｃ）にて測定した偏光を、検体を既知量含有する対照試料
から発した光の偏光と相関させることにより試料中の検体の量を計算する工程、
を含む、試料中の検体の量を定量するための蛍光偏光検定法。
１６． 前記不斉金属−配位子複合体中の金属が、ルテニウム、オスミウム、レ
ニウム、ロジウム、イリジウム、タングステン、およびプラチナからなる群より
選択される、請求項１５に記載の蛍光偏光検定法。
１７． 前記金属−配位子複合体中の配位子が、ポリピリジン、ビピリジンを含
み、且つＣＯ、Ｃｌ、ホスフィン基、ニトリル基またはイソニトリル基をさらに
含み得る、請求項１５に記載の蛍光偏光検定法。
１８． 前記配位子が、カルボン酸のＮ−ヒドロキシサクシンイミドエステル、
ハロアセチル基、スルホニルクロライド、マレインイミド、およびイソチオシア
ネートからなる群より選択される反応基を含有する、請求項１７に記載の蛍光偏
光検定法。
１９． 前記分子が、受容体、抗体またはレクチンである、請求項１７に記載の
蛍光偏光検定法。
２０． 前記金属−配位子複合体中の配位子が、ビピラジル基、フェナントロリ
ン、またはその関連化合物を含む、請求項１５に記載の蛍光偏光検定法。
２１． 下記工程：
（ａ） 不斉遷移金属−配位子複合体と共役した検体の既知量を含有する対照
（１）と、該検体に特異的に結合する分子（２）を混合させる工程；
（ｂ） 前記工程（ａ）の混合物を、直線偏光した光により励起し、前記複合
体に偏光した光を発しせしめる工程；
（ｃ） 前記複合体から発した光の偏光を測定する工程；
（ｄ） 前記混合物に試料を添加して、検体と特異的に結合する分子との結合
において、前記遷移金属−配位子複合体と共役した検体と競争し、それにより偏
光の変化を引き起こす未共役検体を含む新たな混合物を形成させる工程；
（ｅ） 偏光の変化を測定する工程；および
（ｆ） 偏光の変化を、検体を既知量含有する対照と相関させることにより試
料中の検体の量を計算する工程、
を含む、試料中の検体の量を定量するための競争蛍光偏光免疫検定法。
２２． 前記不斉金属−配位子複合体中の金属が、ルテニウム、オスミウム、レ
ニウム、ロジウム、イリジウム、タングステンおよびプラチナからなる群より選
択される、請求項２１に記載の競争蛍光偏光免疫検定法。
２３． 前記金属−配位子複合体中の配位子が、ポリピリジン、ビピリジンを含
む、請求項２１に記載の競争蛍光偏光検定法。
２４． 前記配位子が、カルボン酸のＮ−ヒドロキシスクシンアミドエステル、
ハロアセチル基、スルホニルクロライド、マレインイミド、およびイソチオシア
ネートからなる群より選択される反応基を含有する、請求項２１に記載の競争蛍
光偏光免疫検定法。
２５． 前記分子が、受容体、抗体またはレクチンである、請求項２３に記載の
競争蛍光偏光免疫検定法。
２６． 前記金属−配位子複合体中の配位子が、ビピラジル、フェナントロリン
、またはその関連化合物を含み、且つＣＯ、Ｃｌ、ホスフィン、ニトリル基また
はイソニトリル基をさらに含み得る、請求項２１に記載の競争蛍光偏光免疫検定
法。
２７． 下記工程：
（ａ） 不斉遷移金属−配位子複合体と共役した検体の既知量を含有する対照
（１）と、該検体に対して親和性を有する分子（２）を混合する工程；
（ｂ） 前記工程（ａ）の混合物を、直線偏光した光により励起し、前記複合
体に偏光した光を発しせしめる工程；
（ｃ） 前記複合体から発した光の偏光を測定する工程；
（ｄ） 前記混合物に試料を添加して、検体に対して親和性を有する分子との
会合において、前記不斉遷移金属−配位子複合体と共役した検体と競争し、それ
により偏光の変化を引き起こす未共役検体を含む新たな混合物を形成させる工程
；
（ｅ） 偏光の変化を測定する工程；および
（ｆ） 偏光の変化を、検体を既知量含有する対照と相関させることにより試
料中の検体の量を計算する工程、
を含む、試料中の検体の量を定量するための、目的試料の親和偏光検定法を行う
方法。
２８． 前記検体に親和性を有する分子が、ストレプアビジン、アビジン、ビオ
チンおよびレクチンからなる群より選択される、請求項２７に記載の方法。
２９． 前記検体に親和性を有する分子が、蛋白質である、請求項２７に記載の
方法。
３０． 前記金属−配位子複合体中の金属が、ルテニウム、オスミウム、レニウ
ム、ロジウム、イリジウム、タングステンおよびプラチナからなる群より選択さ
れる、請求項２７に記載の方法。
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フロントページの続き
(72)発明者 ターペットチュニグ、イーワルド
アメリカ合衆国、メリーランド州、ボルチ
モア、フォレスト・ヴュー・アベニュー
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