JPH11506568A - 磁気反応粒子の改良した製法 - Google Patents

磁気反応粒子の改良した製法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、合成または天然ポリマー、特に、生物学的に活性なペプチドおよび蛋白質で、遷移的に安定な、コロイド状微粒子磁性基質を直接被覆する方法を提供するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気反応粒子の改良した製法発明の分野 本発明は、磁性粒子の安定な懸濁および再懸濁可能な被覆磁性粒子、特に、限 定はしないが、生化学的または生物学的活性を有するもの、かかる粒子を包含す る組成物に関し、およびかかる粒子ならびに組成物の製法および使用法に関する 。 生物学的に活性な磁性粒子は、様々な調製および診断技術における使用を提供 する。なかでも、磁場を利用して磁性粒子を懸濁から分離する高勾配磁気分離( HGMS)がある。これらの粒子が関係する生物学的物質(例えば、細胞、薬剤 )に結合するところの例において、関係物質または標的物質は、それによって、 磁性粒子と結合しない他の物質から分離できる。 本明細書中で使用するように、「再懸濁可能な被覆粒子」なる語は、コロイド 状懸濁を形成し、懸濁から分離でき、次いで再懸濁できる精巧に分離した固体を 示す。「磁性」は、永久磁性であってもよく、または永久磁性でなくてもよく、 常磁性または超常磁性であってもよいが、どの場合でも、磁場における反応を示 す、すなわち磁気反応する物質を含む。「崩壊した」粒子は、小さすぎて完全な 磁区を含有できない粒子、あるいは、そのブラウンエネルギーが磁気モーメント を上回る粒子である。一般に、これらの粒子は、サイズが0.03ミクロン以下 である。関連分野の記載 多くの技術が、磁性粒子または有機磁性体調製のための先行分野で提唱されて きた。そのような粒子は、一般に、3つのカテゴリー:小粒子の大、小および微 小凝塊に分かれる。10ミクロン(μ)以上の直径を有する大きな磁性粒子は、 弱磁場および磁場勾配に応答する。それらのサイズにより、それらは溶液から迅 速に沈降し、また、単位重量あたりの限られた表面領域を有する傾向がある。ま た、大きな粒子は、永久に磁化し得るので、磁場に属した後、凝集する傾向があ る。平均0.03μ以下の直径の磁心を有する小さな粒子は、ブラウンエネルギ ーによって溶液中に残存し、従って自発的に沈降しない。かかる小磁性粒子の微 小凝塊は、様々な方法によって調製する。微小凝塊のサイズに依存して、無理の ない時間溶液中に残存し得る物質を調製することができる。さらに、小粒子およ び小粒子の微小凝塊の磁性特性は、より大きな永久磁性粒子の磁気特性と有意に 異なる。酸化鉄のような強磁性体の単結晶かまたはかかる結晶の凝塊のいずれか から成る小磁性粒子は、強磁性体の結晶サイズが約0.03μ以下であるとき、 「超常磁性」になる。強磁性結晶とは異なり、超常磁性結晶は、単に、それらが 磁場勾配にあるとき磁気作用のみを示し、永久磁化にはならない。そのような物 質は、分散可能な磁性酸化金属粒子および磁気反応粒子を示す。 生物レセプターを生じる磁性粒子を得るための一の可能な経路は、米国特許第 3970518号および第4018886号にあるGiaeverの、吸着によるかか る物質の磁性粒子への物理的な被覆である。ウシ血清アルブミンの1μ径ニッケ ル粒子への被覆が例示されている。 米国特許第4230685号、Senyeiらは、米国特許第3970518号の教 示を考慮し、「非被覆磁性粒子は、効果的に抗体と結合することができるという 論文の検証はない」、およびおそらく生物レセプターについてもないということ を述べる。米国特許第4554088号、Whiteheadらは、酸化鉄に吸着した抗 体は、1M塩化ナトリウム中50℃、24時間のインキュベーションによって、 実質上分離され、また、吸着した物質の量は少ないことを述べる。 本明細書中に記載された超常磁性粒子の一タイプ、すなわちコロイド粒子に関 して、米国特許第3970518号および第4018886号、Giaeverにおい て提唱された回収方法は、非吸着物質を洗い去るためにかかる粒子を捕獲するの に必要な磁場の力は巨大であるので、かかるコロイド粒子上で容易に使用するこ とはできなかった。さらに、磁場勾配が必要であり、それは、そこに記載された 装置では達成できない。高勾配磁気分離(HGMS)の調製での使用に関連して 、Giaeverの概念は、抗体または生物レセプターのかかる粒子上での吸着および 保持のための効果的な方法が存在するところで働き得る。 機能的に許容できる磁性粒子を生物レセプター吸着を経て製造することが明ら かにできないので、いくつかの他のアプローチを追求している。これらは、マグ ネタイト、アルブミン、および蛋白質Aを含有するミクロスフェアの調製を開示 する、Senyeiらによる米国特許第4230685号を包含する。Senyeiによって 教示された調製法は、前記の成分のエマルジョン重合を含む。米国特許第455 4088号、Whiteheadらは、続いて、生物活性分子と共有結合し得る磁性酸化 金属のシラン化を教示する。隣接して先行するどちらのアプローチも、凝塊した 超常磁性粒子と関係し;従って、凝塊した物質は、磁気反応するとして分類され る。関連すると考えられる他の特許は、Robinsonらによる米国特許第41522 10号、Mosbachによる第4335094号、Kennedyらによる第4070246 号、およびCzer1inskiによる第4454234号を包含する。これらの特許は、 磁性生物学的粒子の調製または使用を開示するが、本発明に類似すると考えられ るものは、一つもない。 Moldayによる米国特許第4452773号は、25%(w/w)ポリサッカラ イド溶液中でマグネタイトを形成することによって非イオン性ポリサッカライド でコートした「コロイドの」酸化鉄粒子を開示する。Moldayはさらに、よく知ら れた化学結合技術による、生物活性分子とそのようにして形成された粒子との共 有結合を教示する。リファレンスによって本明細書中に記載されるOwenらによる 米国特許第4795698号は、実質的に多くの不対電子を有するポリマーまた は蛋白質によって、本質的に共有結合状態であると考えられる方法において、被 覆されたコロイドサイズの酸化鉄粒子の調製法を教示する。抗体または酵素のよ うな生物活性分子は、(1)わずかにアルカリpHまで塩基で滴定することによ る遷移元素酸化物と0.1〜1mg/m1のポリマーまたは蛋白質の共沈、(2 )共沈澱物の連続洗浄および(3)適当な緩衝液中での共沈澱物の再懸濁、次い で穏やかな音波処理の結果得られるコロイド磁気反応粒子を含むOwenらのプロセ スにおいて、生物活性を保持する。該プロセスにおいて、ほぼ全てのポリマーま たは蛋白質が沈澱する。デキストラン被覆粒子の沈澱がOwenらのプロセス条件に 従おうとしたとき、再懸濁可能なコロイド粒子を得ることができなかった。Owen ら が、明らかに直接、遷移金属と相互作用する、実質上多くの不対電子を有するポ リマーとの共沈を必要とする事実(Moldayが教示するデキストランおよび他の非 反応ポリサッカライドとは対照的に)に加えて、その結果は、MoldayおよびOwen らのプロセスが実質上異なることを示唆する。また、Owenらのプロセスは、蛋白 質またはポリマーが水または低イオン強度緩衝液中にあることを必要とすること に注目すべきである。 デキストランを有する第二鉄および第一鉄と天然のMoldayデキストラン粒子と の相互作用は、明らかに存在しないので、そこに教示されたプロセスを調べるこ とは有益である。Moldayのコロイド粒子は、25%(w/w)水性デキストラン T−20(Pharmacia)または他の同様の濃縮ポリサッカライドの存在下で、N H4OHを有する第二および第一塩化鉄からマグネタイトを形成することによっ て調製される。該プロセスにおいて形成された凝集塊は、次いで、低G力での3 サイクルの遠心分離によって除去される。上清中のコロイドデキストランマグネ タイトは、非反応デキストランを空隙容量において現れるコロイド粒子から分離 するゲル濾過によって回収する。遊離のデキストランの実質量は、粒子が形成さ れた後に存在する。コロイドデキストラン形成のメカニズムについての論議は存 在しないが、デキストランが該プロセスにおいて物理的なまたは「バリヤー」と しての役割を果たすという考えが妥当なようである。この考えは、25%(w/ w)デキストラン溶液が、豊富なヒドロキシル基と水との相互作用のために、大 量の水素結合を有し、極度に粘性であるということに基づく。これらの因子は、 拡散を制限する系を創造する。これは、第二および第一鉄イオンと塩基との相互 作用を可能にして、その成長が第三のイオンの関与する能力に関連するであろう 局部結晶核形成部位を形成する。従って、デキストランの存在は、イオンの関与 を制限し、その結果、デキストラン分子がその表面に吸着できる小さいマグネタ イト結晶(300Å以下)が形成する。従って、この筋書きにおいて、デキスト ランは該プロセスにおけるいくつかの役割を果たす。 Moldayデキストランマグネタイトの別法の形成メカニズムは、マグネタイトの 基本的な特性に関連する。Whiteheadらの電子顕微鏡写真から、およびSenyeiら の記載物質から、通常の塩化鉄の塩基性沈澱によって調製したマグネタイトが、 約300Åまたはそれ以下のサイズの安定な結晶からなることは、明らかである 。マグネタイトが安定なコロイド分散中で調製できることを示す報告論文はない ので、これらの結晶は、相互分子引力を経て凝塊する強い傾向を有するようであ る。一方、「in situ」で、およびMoldayによって使用された高濃度のデ キストランによって形成された「チャンバー」中で結晶を形成することによって 、ならびに、かかる結晶上を崩壊でき、およびかかる結晶を被覆できるこれらの 個々のチャンバーの「壁」を有することによって、Moldayは、コロイド安定磁性 粒子の製造を成しげられることを明らかにしている。Giaeverの物質と対照的に 、かかる個々のマグネタイト結晶によって提供される表面領域における莫大な差 異故に、Moldayは、付加的に、思いがけなく発見して、ある特定のポリサッカラ イドの吸着問題を解決したようである。 ロケット燃料における磁性粒子のコロイド分散は、Papellによる米国特許第3 215572号において開示されている。分散は、0.25μ径およびより小さ い、特に0.10μ径以下のマグネタイト(Fe34)のような磁性粒子を包含 すると言われる。分散は、より大きな粒子サイズの磁性粒子の懸濁を推進剤中で 、「破砕進行に従う微小粒子の凝塊または溶結」を防ぐ破砕試薬と共にボールミ ルすることによって製造する(列2、33〜34行)。ボールミルは、破砕作用 を生じるための金属ボールを包含する。一般に2%オーダー、しかし10%でも 可能なレベルで包含される破砕試薬は、典型的に、オレイン酸からなり;さらに 「・・・他の破砕試薬、例えばステアリン酸およびセチルアルコールは、磁性推 進剤の製造に有益であり得、同様の高い表面張力を有する他の長鎖炭化水素、例 えばベンゼン、エタン、ヒドラジンおよびガソリンは、粒子担体として有益であ り、磁気推進剤の主要な成分であり得る」(列4、5〜6行)。 米国特許出願第397106号は、25nmないしミクロンサイズ範囲の物質 を製造するために、被覆剤存在下での先に形成した結晶凝塊(遷移元素酸化物に 関連するマグネタイト)の崩壊を伴うポリマー/蛋白質被覆磁性粒子の製法を開 示する。得られる産物のサイズは、分散の度合および条件ならびに被覆物質の結 晶凝塊に対する割合に依存する。様々な条件下での音波処理は、選択方法として 開示される。ポリマー被覆物質の場合、該プロセスは、例えばMoldayまたはOwen のように、酸化金属が被覆物質存在下のin situで形成されるところの利 益を超える大きな利益を有する。遷移元素酸化物結晶を調製するプロセスを被覆 工程から分離することによって、先のプロセスにおける被覆物質の干渉を回避す る。そのような干渉は、様々な不利益、例えば外来性結晶成長、酸化プロセスの 調節の困難および結晶の不完全という結果になり得、それら全てが最終産物を不 純にし得る。 米国特許出願第397106号のCIPである米国特許出願第08/2313 79号は、多くの点において、結晶凝塊崩壊が被覆剤の非存在下で行われる前記 のプロセスの改善を構成する別の修飾に関する。その修飾は、被覆されるための 物質が崩壊プロセスによって逆に影響されるとき、有益である。崩壊を被覆工程 から分離するすることの別の利益は、被覆剤の存在が2結晶凝塊をいっしょに結 合することによって崩壊を阻害でき、従って崩壊プロセスを干渉することである 。 最後に記載した特許出願において記載されたプロセスの単純さおよび得られる 物質の有益さにもかかわらず、これらのプロセスから分離した物質は、ある特定 の点で制限される。これらの物質の一の制限は、それらに凝塊を引き起こし、最 終的に溶液から沈降させる適度なイオン強度緩衝液(0.01M)中での安定性 の欠如である。従って、製造プロセスにおいて、凝塊を導くイオン強度における 変化は、回避されるべきである。さらにかかる物質は、一般に、もしそれらが低 イオン強度の緩衝液中にあるならば、磁気補集後に再懸濁するのみであろう。次 いで、繰返しの磁気補集および再懸濁でさえも、凝塊を導き得る。しかしながら 、この特性は、血清または0.15Mに近いイオン強度緩衝液中での免疫アッセ イ行う場合において有益であり得る。これらの培地は、アッセイのインキュベー ション時間の間いくつかの凝塊を導くので、および凝塊を、溶液から引き付ける ために、より小さい磁気勾配を要するので、いくつかの例において望ましくない この特性は、本当の利益になり、この現象の存在しない場合よりも小さいサイズ の物質の使用を可能にし、または、別法で低磁気勾配分離装置の使用を認める。 一方、磁性コロイドの完全なサイズがとても重要であり、そのような凝塊はあ まり望ましくないという多くの出願がある。一例は、研究室でのこれらの物質の 使用あるいは、腹水液または培養体からのモノクローナル抗体のバイオプロセシ ング単離(MAb)であろう。典型的にそのような培地は、生理学的イオン強度 (0.15M)であり、例えば、蛋白質AをMAbとの結合、および次に続くM Abの脱着に使用するとき、そのようなイオン強度またはかなり高いイオン強度 の緩衝液を使用する。また、凝塊が望ましくない免疫アッセイ、例えば二工程イ ンキュベーションでにおける例もある。例えば、慢性肝炎をアッセイするために 、典型的なアプローチは、試料中のIgMを捕獲するためにヒトIgMに特異的 な強磁性流体を患者の血清と共にインキュベーションすることを伴うであろう。 捕獲は、捕獲物質を磁気分離し、次いで非特異的な蛋白質を洗い去ることによっ て、成し遂げられるであろう。次に、患者IgMを生じる強磁性流体は、過剰な ラベルした肝炎抗原でインキュベートし、再び分離し、洗浄して、いくつかの適 当な方法でラベル検出を行う。該プロセスの二工程インキュベーションおよび二 工程分離は、イオン強度の調節および、磁気分離ならびに再懸濁操作のどちらに 対しても安定であろう物質を必要とする。 前記のプロセスでの広範囲な研究および発展の過程で、いくつかの観察から、 高イオン強度コロイドの不安定さの問題が、被覆ポリマー/蛋白質の使用による 不完全な結晶凝塊に起因することがわかった。さらに、たとえかかる凝塊の表面 領域およびそれに単層として吸着すべき被覆物質の量を正確に計算することが、 非常に困難であっても、計算は、不完全な結晶凝塊の可能性を示唆する。分散マ グネタイト結晶凝塊での広範囲な経験から、表面電荷が凝塊分散の維持に対して 重要であることは明白である。これは、低イオン強度リン酸緩衝液(10〜20 mM)中でのマグネタイトの音波処理のような単純な実験を行うことによって明 らかにできる。そのようなプロセスの結果、遷移的に安定な分散を生じるであろ う。もしもそのような物質が、分散状態においてだが、磁気的に補集されるなら ば、それは再懸濁しないことがわかるであろう。また分散は、単にイオン強度を 単純な塩で増加させることによって、迅速に凝塊することができる。さらに該プ ロセスが完全な被覆という結果にならないことを示唆する証拠は、(1)アニオ ン性ポリマー、デキストランまたはウシ血清アルブミン(BSA)コート物質が 、哺乳類細胞に対して非特異的に付着し、および結合は、一部分、結晶表面での 鉄原子に起因する正電荷を有するであろう「むきだしの箇所(bare spots)」の 細胞表面シアル酸と拮抗し得るアニオン性ポリマーを用いて減少され得る(米国 特許出願第07/976476号参照);(2)とても純度の高いスチールウー ルを用いるHGMS(150kガウス/cmを超える勾配)によって補集された 物質の実質的部分をプロセスにおいて凝集する;および(3)物質のサイズをイ オン強度によって作用し、0.02M程の低いイオン強度にて凝塊を観察できる ことである。 いくつかの理由のために、よく被覆された粒子塩基物質を有することが望まし い。より大きな度合まで、親水性被覆で物質を被覆することによって、高イオン 強度培地における安定性が達成されるべきであり、「むきだしの箇所」を覆うこ とは、細胞表面に対する非特異的結合を減少させ、よりよく被覆された物質は一 般に、より多量の生物レセプターをより高い生物活性の発生に結び付けるであろ う。また、よりよく被覆された物質は磁気的に補集でき、凝集塊を導くであろう 結晶一結晶相互作用なしで再懸濁できるので、当然生ずるべきプロセス利益が存 在する。かかるプロセスの高イオン強度誘導凝集塊の関係からの独立もまた、様 々な製造工程、例えば精製における有意な利益であろう。さらに、磁気をいくつ かの粒子工程における非結合試薬の除去に用いることは、カラムクロマトグラフ ィーを用いるよりもむしろ単純である。発明の概要 本発明は、一部、磁気反応超常磁性粒子の製造を単純化するための新規な方法 に関する。本発明の一の態様に従って、プロセスを提供し、それにより、磁気反 応酸化金属を、得られる結晶が崩壊状態にある間に被覆を行うことができるよう な、結晶凝塊を崩壊する被覆プロセス法に用いることによって効果的に被覆でき る。広範囲な物質(デキストラン、蛋白質、合成ポリペプチド、ポリマー、コポ リマー、界面活性剤およびそれらの組み合わせを包含する)は、結果としてコロ イド磁気反応粒子を生じるかかる結晶上を被覆し得る。コロイド産物を得ること に加えて、多くの例において、被覆剤の量を制限することによって、非常に効果 的な方法において吸着物質を保持し、単純な研究室の磁石で溶液から除去するこ とができる安定な微小凝塊を得ることが可能である。 別法の具体例において、本発明は、高イオン強度系、例えば1.0〜2.0M NaClにおいてコロイド的に安定であり、繰り返し、高勾配磁気分離および、 濁度または粒子サイズ成長の発生により明示されるようなサイズ成長なしに再懸 濁することができる磁気反応超常磁性粒子の製造に関する。そのような物質は、 製造コストを有意に減少させる製造におけるプロセス利益を提供する。これらの 利益は、得られる粒子をカラムクロマトグラフィーよりむしろ磁気分離によって 、試薬から繰り返し分離する能力、これらのプロセスならびにカップリング化学 または修飾/誘導反応において使用できる緩衝液の選択(タイプおよび緩衝液強 度)における有意により大きい範囲を包含する。また、これらの物質は、フィル ターを通過する産物量に関して、有意により大きいフィルター滅菌(200nm 以下の物質の場合)する能力をも有する。さらに、それらは、フィルター物質の より大きな選択と矛盾しない。また、これらの物質は、特に哺乳類細胞に対して の有意により低い非特異的結合を行う。 また、この新規なクラスの物質は、有意な応用利益、しばしば多くのインキュ ベーションアッセイで要求されるように、例えば繰り返し分離および再懸濁を行 う能力を有する。被覆剤のそれらの増加した含量に起因して、それらは、より大 量の生物リガンドをそれらと結合するより大きな能力を有する。これらの物質の 存在が例えば化学発光免疫アッセイまたは核酸欠失におけるような発達シグナル をクエンチまたは吸収するような応用において、より高い生物活性の結果、より 少量の物質を使用でき、その結果、より大きなシグナルを生じる。幅広い条件下 でのこのより高い生物活性ならびにコロイド安定性は、典型的に、生物学的およ びバイオプロセシング系において見られ、様々な他の製造応用またはプロセスに おいて見られるようであり、それらは、予め可能な方法によって作製された磁性 −ポリマー粒子を超える、これらの物質に有意な利益を与える。これらの物質は 、本当に、様々な遷移元素酸化物の結晶、特にマグネタイトの被覆クラスターに ついての先行文献を超える有意な進歩を表す。 被覆の安定化(好ましくは、生化学的または生物学的に活性な)を伴う小サイ ズの磁性粒子(一般に最大粒子サイズ0.2μ以下)を、本発明の一の具体例に 従って、やや大きなサイズの親磁性粒子(凝塊であると考えられる)の懸濁を、 親粒子の細分で細分された比較的小さい「微小粒子(sub-particle)」上での被 覆形成に適応させた物質といっしょに形成することによって、製造する。該混合 物は、次に、親粒子を細分または崩壊するために、およびその状態において粒子 を維持するために処理し、該混合物を適当に加熱して、脱凝塊または細分粒子上 の被覆を形成し、従って粒子サイズを減じてそれらを安定化する。産物は、安定 な懸濁である。 被覆剤の適当な選択で、被覆細分粒子産物を分離および再懸濁できる。もし安 定化被覆が生物活性化合物またはリガンドであるならば、得られる再懸濁産物は 、生物分析的応用および産業的バイオプロセシングに特に有用である。 本発明の磁性粒子は、また、一時的に安定な微粒子磁性基質で行われる別法の 直接被覆プロセスによって調製でき、それは、さらに本明細書中に後に記載する 。本発明のこの具体例の実施において、微粒子磁性出発物質は、凝集する能力を 有する多数のより小さなサイズの粒子へ分けられ、それにより、むきだしのまた は非被覆粒子磁性基質を提供する。従って、安定な液体培地中に懸濁した得られ る微粒子磁気基質は、次いで、被覆剤が基質粒子に吸着するのに充分な時間、適 当な被覆剤と接触して、実質的に微粒子磁性基質凝塊が起こる前に混合物を形成 し、それによって、所望の再懸濁可能な、被覆磁性粒子を生じる。別法の具体例 において、混合物はまた、充分な時間加熱して、基質の磁性粒子への吸着を容易 にする。 従って、例えば生物活性な生物機能リガンドでコートされた有用なコロイド磁 性粒子を得るために、被覆剤存在下で粒子磁性出発物質を細分することは、最も 重要である。むしろ、この後者の具体例は、予備形成された、一時的に安定な微 粒子磁性基質の被覆を可能にする。基質粒子の安定期間は、以下に記載する方法 におけるありきたりの実験によって容易に決定できる。このアプローチは、ある 特定の顕著な利益を提供し、なかでもそれは、選択した崩壊技術が被覆剤上で有 し得る、いずれの有害な影響の回避である。さらに、被覆剤の一連の付加は、微 粒子出発物質を被覆剤存在下で細分するときに特有のある特定の操作制限を除去 する。これは、一次被覆剤が、磁性微粒子基質に対してより大きな親和性を有す る他の基質との混合物中に存在するところのいくつかの重要点である。また、一 連の被覆は使用される被覆剤量のより大きな調節を提供するので、最終産物の処 理は、大いに単純化される。 付加被覆剤の一次被覆剤を生じる粒子への応用、例えば粒子分散補助もまた、 本発明の範囲内であると考えられる。 また、本発明に従って、様々な高分子電解質、例えばDNAまたはRNAの、 本明細書中に記載の再懸濁可能な、コロイド磁性粒子への選択的結合方法を提供 し、該方法を生物分析技術、例えばポリメラーゼ連鎖反応(PCR)または核酸 配列決定の実施において利益を与えるために使用してもよい。該方法は、高分子 電解質の電荷、化学的処理前のコロイド微粒子に存在するいずれの電荷と同じか または異っている化学的に処理した、再懸濁可能な、コロイド微粒子の表面電荷 と極性が反対の表面電荷を有する化学的に処理した、再懸濁可能な、コロイド微 粒子を提供すること、および高分子電解質を含む試料と化学的に処理し、再懸濁 可能なコロイド微粒子との接触からなり、それにより、コロイド微粒子は直接、 高分子電解質に結合し、それによって、高分子電解質および粒子を含有する凝塊 を形成する。 一度、高分子電解質が化学的に処理した、再懸濁可能な磁性粒子上で捕獲され ると、例えば、一般に本出願と共に挙げられる米国特許第5186827号また は米国特許第5200084号の装置および方法を用いる磁気分離によって、試 験試料から除去することは容易である。最後に記載した特許の両方の全開示は、 本明細書中でリファレンスとして記載される。また、実質的に純粋な高分子電解 質は、イオン強度またはpHの適当な操作によって回収することができる。適当 な回収方法は、以下に例示する。該方法において、核酸の、複合混合物、例えば 細胞ライゼートからの抽出を容易にすることができる。 高分子電解質の選択的結合のための前記の方法の実施において使用した化学的 に処理した、再懸濁可能なコロイド磁性粒子は、標的認識および分離能力が個々 の処理粒子において結合することにおいて独特であると考えられる。すなわち、 高分子電解質とコロイド磁性粒子の化学的に処理した表面との間の親和性は、物 理的相互作用に起因する。磁性粒子に対するそれらの応用のための付加親和性試 薬または方法は、必要ではない。さらに、小サイズの磁性粒子は、反応速度を増 加させ、多くの粒子を標的分子と結合させ、標的分子の磁気誘因を増幅させる。 好ましくは、懸濁中の親磁性粒子出発物質を崩壊する方法は、音波処理である が、他の機械的または化学的方法も使用してもよい。これらの他の「方法」は、 例えば、加熱、他の型の粒子エネルギー賦与、例えば照射、および化学的方法、 例えばpH修飾またはこれらの処理の組み合わせを包含する。特に、pH修飾と 音波処理の組み合わせを使用してもよい。 本発明の別の態様に従って、最大粒子サイズ0.2ミクロン以下を有する、酸 処理した、再懸濁可能な、コロイド粒子を提供し、該コロイド粒子は直接、負電 荷の高分子電解質と結合し、負電荷の高分子電解質および酸性処理したコロイド 微粒子からなる凝塊を形成する。 本発明のさらに別の態様に従って、最大粒子サイズ0.2ミクロン以下を有す る、塩基処理した、再懸濁可能な、コロイド微粒子を提供し、該コロイド微粒子 は直接、正電荷の高分子電解質と結合し、正電荷の高分子電解質および塩基性処 理したコロイド微粒子からなる凝塊を形成する。 本明細書中に記載した方法は、かかる結晶上へのポリマーまたは蛋白質の被覆 が熱によって著しく作用され、増幅される驚くべき発見を具体化する。より特別 には、もし被覆反応が蛋白質を伴うプロセスが通常なされる温度にて実施される ならば、有意により多くの被覆が達成されるだけでなく、高イオン強度において コロイド安定である産物をも得られる。蛋白質被覆反応が冷たいまたは37℃よ り高くない温度でなされるという事とは反対に、もしマグネタイトスラリーをB SAのような蛋白質と混合し、60℃以上の温度、典型的には75〜80℃に加 熱し、音波処理するならば、その結果、塩安定であり、繰り返し分離および再懸 濁できる産物を得るということを発見した。さらに、もし、かかる混合物の音波 処理を米国特許出願第397106号に記載のように、冷たい(0〜5℃)温度 で行い、次いで過剰な被覆剤の存在下で75°に加熱するならば、前記と同じ特 性を有するであろう産物を得るということを発見した。この結果は、塩安定物質 への転換が音波処理に無関係であり、明らかに高温度被覆反応にのみ依存するこ とを実証する。被覆反応を、マグネタイトのスラリーを最初に音波処理して結晶 凝塊の分散−崩壊の度合に依存する200nmの大きさの凝塊までの単結晶−に し、次に独立した工程でコートするという米国特許出願第08/231379号 に開示されたような二工程で行うことができるかどうかを調べるために、マグネ タイトを5℃または75℃での音波処理によって分散し、次に75℃にて蛋白質 /ポリマーでコートした。どちらの場合も、高濃度の単純な塩、2MNaClに 対して、および繰り返しの磁気分離ならびに再分散に対して安定な産物を得る。発明の詳細な説明 磁性体、またはさらに一般的には、遷移元素酸化物は、粒子形において、重要 な表面極性を有する傾向があり、それは、かかる物質の結晶の凝塊によって最小 化するという仮説を設ける。これらの結晶凝塊を細分、または崩壊するとき、そ れらは不安定になり、再び時間をかけて結晶凝塊を形成する傾向がある。本発明 に従って、これらの微小粒子の発生期の(および、おそらく電荷した)表面を、 親粒子が細分されるとき、またはその後、しかし結晶凝塊が形成し始める前に、 同時にまたは続いてこれらの表面上に沈殿し得る被覆剤によって安定化する。そ の目的のために、脱凝塊した磁性粒子の表面極性に応答する特性に基づいて、被 覆剤を選択してもよく、従って、様々な被覆剤が個々に異なる微粒子磁性体と反 応するであろう。もし、処理または崩壊技術がpH修飾であり、またはpH修飾 を包含するならば、微小粒子表面極性および被覆剤極性でのpH修飾の効果もま た、考えられる。被覆剤は、脱凝塊または細分した粒子の表面に付着する、もし くは吸着される能力、あるいは言い換えると、脱凝塊または細分した粒子の表面 の特性を修飾する能力に関して、各々の場合に選択され、それ故、減少したサイ ズの粒子産物の安定性は保持され、その安定な懸濁を提供する。 本発明は、コロイド状物質のためのMoldayおよびOwenらを越える、該方法固有 の単純さを越える有意な利益を提供する。例えば、もしも、化合物を酸化金属粒 子に付着させたいのならば、そこでは、該化合物はその後の他の物質、例えば抗 体または酵素の付着に対して活性基あるいは活性化された基を有するのだが、Mo ldayおよびOwenらの方法は、かかる化合物の選択がかかわる範囲で、制限される 。なぜならば、これらのプロセスは、必ず、かかる化合物とそれら自体が該化合 物と反応でき、また酸性pHを引き起こす塩化金属との混合によって開始するか らである。さらに、塩基付加、通常水酸化アンモニウムが、酸化金属の形成に必 要とされ、明らかに、次のカップリングに使用する様々な活性化された化学基に 有害な影響を与え得る。対照的に、本発明の直接吸着法には、そのような制限が ない。さらに、本発明の被覆プロセスは、非水性条件下または水が微量成分であ る系において行うことができ、それによって、限られた水溶性を有する被覆剤の 使用を可能にする。 ある特定のタイプの被覆、例えばPapellの特許において提唱された長鎖炭化水 素は、界面活性効果を有する。かかる被覆は、細分された凝塊磁性粒子を溶解し 、例えばPapellが教示したような安定な懸濁を生産することができる。本発明に 従って、これらの懸濁をマグネタイトから、崩壊法のような音波処理を用いて、 Papellによって記載されたボールミリングプロセスにおけるよりも速く製造する 。 再懸濁産物を製造するためには、細分された磁性粒子を安定化するだけでなく 、無傷のままで被覆粒子を懸濁から除去できる被覆剤を選択することが重要であ り、それは、Papellのケースではない。 被覆が崩壊と同時にまたは連続して行われる、崩壊した粒子の被覆方法の研究 において、比較的高い温度に加熱することによって、かかる反応が顕著に促進さ れることを発見した。約45〜50℃の温度が効果的であり、85℃程度の高さ の温度では、最適には75℃が使用された。第二および第三構造を有する蛋白質 被覆およびある特定のポリマーの場合、驚くべきことに、これらの物質を該方法 で処理できる。得られる再懸濁可能な産物は、細胞ならびに巨大分子に対する低 い非特異的結合を示す特徴を有し、非加熱処理した産物よりも有意に高レベルの 被覆物質を有し、およびほとんど全てが高イオン強度緩衝液中でコロイド安定を 維持する通常の特徴を有する。加熱の度合(温度または時間)に依存して、0. 5MNaCl〜0.2MNaCl中で安定な物質を製造することができる。 本発明における出発物質として使用し得る磁性化合物は、単磁性化合物、例え ばGd3Fe512において異なる遷移金属を有してもよい遷移金属酸化物、硫化 物、ケイ化物および炭化物を包含する。好ましくは、フェライト、一般にMO・ Fe23(ここで、MはZn、Gd、V、Fe、In、Cu、Co、Mg)およ び特にマグネタイト(FeO・Fe23)として知られる磁性酸化物のクラスで ある。 Owenらによって記載された化合物を含有する遷移元素および前記のフェライト に加えて、鉄を含まない磁性金属酸化物のクラスを本発明の記載に従って被覆で きる。これらの化合物は、2またはそれ以上の金属イオン:Al(+3)、Ti (+4)、V(+3)、Mb(+2)、Co(+2)、Ni(+2)、Mo(+ 5)、Pd(+3)、Ag(+1)、Cd(+2)、Gd(+3)、Tb(+3 )、Dy(+3)、Er(+3)、Tm(+3)およびHg(+1)の組み合わ せの酸化物を包含する。それらは、外見および磁化率の両方においてフェライト とは異なる。非フェライトは、白または黄色から緑および茶色へ、いずれかの色 を着けることができる。このことは、それらを吸光分光への応用において特に有 用にする。非フェライトは、一般にフェライトより磁性が小さく、例えば、選択 的磁性回復を可能にするフェライトを基盤とする物質を補集できる磁場において HGMSフィルターを通過する。 非フェライト酸化物は、Whiteheadらによって記載された酸化金属の代わりに 使用でき、前記の所望の特徴を有するシランコート磁性粒子を製造することがで きる。同様に、かかる組み合わせの塩化物(または硫化物)をmoldayまたはOwen らにより教示された方法に従って使用するとき、非常に望ましい磁性およびスペ クトル特性を有するコート産物を得ることができる。 前記のように、非水性溶液培地中のまたは融解形で安定な被覆剤もまた使用し てもよいが、使用してもよい被覆剤は、水性懸濁または溶液中であるのが好まし い。被覆剤は、通常、合成または天然のポリマーであり、蛋白質、ペプチドまた は核酸であってもよい。しかしながら、原則として、被覆剤は、かかる結晶の表 面に対して親和性を有し、高温度にさらすことによって逆影響を受けるいずれか の物質であり得る。 被覆剤の存在下での微粒子磁性出発物質の崩壊を伴う本発明のプロセスの実施 において、通常、第三液体成分、例えば水を包含する2物質は、液体混合物中で 結合して、懸濁を形成する。該混合物におけるこれらの物質の比率は、重要であ るとは考えられない。しかしながら、一般に、磁性粒子の被覆剤に対する重量比 は、1000:1〜1:10である。 磁性出発物質の被覆微小粒子の安定な懸濁を調製するために、該混合物を磁性 微粒子出発物質を崩壊または細分するための多くの方法で処理してもよい。これ らは、機械的および化学的方法、例えば穏やかな加熱、振動、照射、音波処理、 pH修飾、またはこれらの組み合わせを包含する。なかでも音波処理が特に好ま しい。該プロセスの間または該プロセスの後で、系を好ましくは75℃に加熱し 、被覆が最大化するまでその温度を維持してもよい。 磁性微粒子出発物質を崩壊または細分する方法の研究において、被覆剤非存在 下でさえも、たとえ一般に一時的な状態においても、安定性に関するかぎり、出 発物質を本当に、より小さなサイズの粒子に分けることができることを発見した 。この観察から、もしも被覆剤を適当な液体培地中のより小さなサイズの微粒子 磁性基質の懸濁へ加えるならば、磁性出発物質の分割の後、および実質の微粒子 磁性基質凝集が起こる前に、すなわち、より小さなサイズの磁性粒子が安定に懸 濁している間、再懸濁可能な被覆磁性粒子を製造することができる。「実質の微 粒子磁性基質凝集」によって、実質的数の粒子がそれらの最も微細な分割状態で はないことを意味し、同様に、いくつかの場合、粒子凝集形成を示す、懸濁の外 見の光沢から曇りへの変化によって実証される。別法で、実質の粒子凝集の発生 は、 準電光分散法によって、平均粒子サイズがその最小サイズからの有意な増加を示 すとき決定できる。 被覆剤はまた、粒子関連物質を最初、限られた量の細分した物質に加え、粒子 表面に付着する時間を与えるような崩壊プロセス後に連続で加えることがきる。 抽出時間は、どれほど長く結晶再凝集を選択した特異的被覆剤に暴露する条件下 で行うかに依存するであろう。次に、崩壊した結晶の一次被覆によってむきだし のままの部分を被覆し、および凝塊を防ぐ機能を有する異なる被覆剤を加えて、 系を安定化する。様々な分散補助剤をこの目的に使用してもよい。適当な分散補 助剤は、例えば、常用の界面活性剤、アニオン性、カチオン性および/または非 イオン性界面活性剤などを包含する。適当な分散補助剤の選択は、コロイド磁性 粒子での天然の表面電荷に依存するであろう。分散補助剤は、懸濁中でコロイド 、磁性粒子の安定化を助ける。 連続の被覆アプローチは、関係する被覆剤の取り込みを最大化し、多くの場合 において、実質的に完全な粒子被覆を達成できる。この方法において、一次被覆 剤量を制限でき、被覆プロセスを、非結合一次被覆剤の所望のコート磁性粒子産 物からの実質的精製の必要なしに、行うことを可能にする。さらに、連続で加え られた被覆剤の濃度および/またはタイミングを注意深く調節することによって 、異なるサイズの安定な凝塊を得ることができる。微粒子磁性出発物質の脱凝集 後の被覆剤添加の別の利益は、崩壊プロセスが被覆剤で有し得るいずれの逆効果 をも回避するであろうことである。さらに、二つの別の工程における被覆操作を 行う許容範囲は、粒子状態に対する多くの明白なプロセスの利益を有する。 我々はまた、かかる粒子の製造において高勾配磁気分離(HGMS)の使用が 、今までは達成または認識されていなかったそれらの製造にディメンションを与 えるという発見をした。MoldayおよびOwenらのプロセスは、遠心分離、ゲル濾過 または「塩析」を操作方法として、コロイド物質のプロセシングに利用する。本 明細書中の実施例において、HGMSをコロイド粒子の非結合被覆剤からの分離 に使用した。化学的に物質をかかる粒子に結合させることが望ましいプロセスに おいて、HGMSを伴うプロセシングは、難無く測定され、大いに有効である。 HGMSはまた、調整した磁場に協調して、それらの磁性率/磁性粒子用量比 に基いて試料を分別するために使用することができる。このことは、別個のサイ ズの粒子試料の常用の分別および製造を可能にする。NMR対照試薬として使用 されるとき、粒子のサイズは、物質の代謝の終末において重要な役割を果す。再 び調整した磁場を用いて、HGMSをまた、粒子を選択的に捕獲するために使用 することができ、そこでは、磁気反応核が、混合物において他よりも高い磁性率 を有する遷移元素酸化物を含有する。この概念は、異なる磁性率ならびに異なる 生物レセプターを有するコロイド粒子を試料と混合でき、勾配場強度の増加を用 いる一連のHGMSによって除去できる系において有用である。 HGMSは非吸着被覆剤または非反応物質および副産物をコロイド、磁性粒子 産物から分離するために使用できるだけでなく、被覆磁性産物の固定化および固 定化された物質での反応を行うことにも利用できる。従って、もしも、得られる 被覆を化学的に修飾することが望まれるならば、反応物を磁性固定物質に加える ことができ、磁性固定状態で反応を行い、過剰な反応物または他の反応産物を容 易に洗い去ることができる。この概念は、やや支持体でペプチド合成されるよう に、適確に一連の反応を与える。 磁性微粒子出発物質の細分はまた、被覆剤の非存在下で行うことができ、被覆 工程を行う一連の加熱を利用する。これは、0℃〜85℃の範囲の温度で達成す ることができ、前記の様々な機械的または化学的方法を使用することができる。 磁性微粒子物質の崩壊の好ましい具体例では、0〜5℃にて、低濃度の天然リン 酸緩衝液(5〜30mM)の存在下で崩壊し、崩壊方法として音波処理を使用し た。この範囲の温度を維持することは、結晶の酸化およびその後の磁性の危険性 を低温度で回避することおよび、より小さな結晶凝塊が同じエネルギー投入で得 られるという、高温度崩壊を越える2つの利益を与える。被覆剤非存在下で磁性 体を崩壊することによって、結晶凝塊サイズの分配が生じ、それは再懸濁可能で ある。分配方法は、エネルギー投入(音波処理の時間および強度)に関連し、崩 壊プロセス以前および/または間の様々な化学種の存在、結晶が生じる物質およ び方法の磁気飽和度に関連するようである。例えば、マグネタイトおよび他の遷 移金属酸化物の調製において、塩化物または硫化物からの酸化物形成における塩 基を添加する比率(または天然の塩基、例えば、NH4OH対NaOH)によっ て、得られる結晶のサイズが変化し、および異なる度合に崩壊させることができ る。例えば、鉄の硫酸塩へのNaOHの速い添加は、典型的に、ゆっくり添加す ることによってまたは、酸化に効果的なNH4OHを使用することによってのい ずれかで形成した結晶よりも小さいマグネタイト結晶クラスターをもたらす。結 晶凝塊の分配が形成するとすぐに、被覆剤を再凝塊を抑制するのに充分な濃度で 、速やかに混合し、混合物を加熱して、被覆反応を起こす。被覆剤は、同じ温度 または高温度であり得る。特に好ましい具体例に従って、磁性出発物質を加熱を 用いて、被覆剤存在下で細分し、次に75〜80℃にて、続いて75℃で30〜 40分被覆剤と混合する。 当業者が認識するように、崩壊工程を再凝塊を防ぐ手順から分離し、次に被覆 を行い、完成する工程を行うことにおけるいくつかの利益がある。明らかに、も しも崩壊工程が、明らかに被覆反応が要求される被覆剤の存在下で高温度でなさ れるならば、次に被覆剤の存在は、崩壊反応に干渉するようである。たとえ高イ オン強度コロイド安定物質をこの方法において製造できても、たいへん多くの様 々な反応が高温度で起こっているという事実は、そのようなプロセスの調節が困 難であることを示唆する。一方、原則として被覆剤の非存在下での崩壊反応の実 施には、プロセスを調節でき、結晶サイズ、構造がとても類似した、および磁性 体の場合、磁性特徴が類似した物質で予備操作を行うべきである。再凝塊を防ぐ のに充分量の被覆剤の添加、次いでその系を加熱して被覆反応を起こすことによ る再凝塊からの崩壊系の抑制によって、被覆物質が隣接する結晶凝塊に密接に架 橋するであろう可能性を最小化する。 本発明の前記の方法は被覆方法として特徴づけられるが、かかる方法は、特別 の応用に依存して、適切に抽出方法と考えてもよい。従って、本明細書中に記載 の方法は、複合混合物から標的物質を抽出するという特異的な目的、例えば、汚 れた川からの環境的な有害物質の単離、反応混合物からの産物回収または一般に 価値のない成分を含む混合物からの価値のある成分の分離に有益に利用し得る。 現存する本発明の別の応用は、高分子電解質、例えば核酸をコロイド磁性粒子 に結合させる方法である。該方法は、かかる標的分子を複合混合物から抽出する 方法として、化学的処理した、再懸濁可能な、コロイド磁性粒子の、高分子電解 質、例えばDNAまたはRNAへの選択的結合のための使用を伴う。かかる再懸 濁可能な、コロイド磁性粒子が高分子電解質ならびにかかる物質の巨大な表面領 域に結合する能力は、磁気的に回収される能力といっしょになって、使用時に有 意な利益をもたらす。該結合試薬は、微粒子磁性出発物質を所望の表面電荷をか かる微粒子に与える化学試薬で処理する多数の再懸濁可能な、より小さいサイズ の微粒子へ細分することによって、都合よく調製される。崩壊技術、例えば音波 処理またはpH調整を、この目的に使用してもよく、前者がより好ましい。音波 処理は、微粒子磁性出発物質の脱凝集を生じるだけでなく、ある特定の生物学的 存在、例えば、標的分子をその含量に包含する細胞または細菌の崩壊をも同時に 引き起こす。音波処理を経た解離において、標的分子は、適当な化学処理を施さ れた生ずるコロイド磁性粒子へ結合する。 該プロセスの実施において、微粒子磁性出発物質を崩壊して、一時的なコロイ ドを形成し、本明細書に記載のように、該コロイドに標的分子を含有する試験試 料を結合させるために続いて添加し得る、または、微粒子磁性出発物質は標的分 子存在下で崩壊することができる。 以下に示す実施例は、細分した磁性微粒子のpH調整のための様々な化学試薬 、例えば酸または塩基での処理が、著しく選択的な様々なポリアニオンおよびポ リカチオンの結合に影響することを実証する。従って、抽出方法として、該方法 が関係する高分子電解質の多くの特異性を提供することは、明白である。溶媒、 緩衝液および塩条件を結合工程の後および結合した高分子電解質物質が磁性的に 分離した後に調整することによって、標的高分子電解質を容易に、生物学的活性 型で回収する。標的高分子電解質の回収後、微粒子磁性体を再利用してもよい。 該プロセスが、本明細書中に前記したように、比較的低い磁性率特性を有する 遷移元素酸化物とともに機能し得るであろうことは、高く評価されるべきである 。高分子電解質捕獲に使用される物質が、効果的な磁気分離に充分な磁性体では な い場合、濾過を分離およびその後の回収に使用できた。 以下の実施例は、本発明の原理を説明するであろう。しかしながら、これらの 実施例は、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。 これらの実施例において使用された全ての試薬および化学物質は、特記しない かぎり、分析用の等級であり、Fisher Scientific(Valley Forge,PA)から得 た。 実施例1 マグネタイトは、3.0および1.5mg/mlの塩化第二鉄六水和物溶液お よび塩化第一鉄四水和物溶液をそれぞれ、pHをNH4OHで8.6に上昇させ る間、室温で撹拌して混合することによって、調製した。生ずるマグネタイトを 磁気的に捕集し、蒸留水で3度洗浄し、蒸留水に再懸濁した。そのようにして調 製した試料は、1.5mg/mlのマグネタイトを含有した。3分間70%出力 で音波処理(Fisher-Sonic Dismembrator Model 300)後でさえ、これらの試料 は約2分間以上懸濁のままではないであろう。 本発明の方法によってマグネタイト粒子を被覆するために、様々な濃度の様々 な被覆剤の0.5mlアリコートを1.5mg/mlマグネタイト懸濁の0.5 mlのアリコートと混合した。試料を円錐形のプラスチック遠心管中で混合し、 続いて、室温にて3分間70%出力で音波処理した。正のまたは部分的に正の被 覆結果は、試料によって光が分散される方法の視覚的検査から明らかになった。 被覆能率を決定するために、さらに、生じる試料の沈降を観察し、また、生じ る試料を以下の:12x75mm試験管中の音波処理混合物の0.5mlアリコ ートをCiba-Corning磁気分離器(Walpole,MA)にセットし、視覚的に観察する 方法において、コロイド状被覆マグネタイトまたはそれらの微凝塊へ分画した。 被覆マグネタイト結晶がコロイド状であるかどうか決定するために使用した判定 基準は、生じた物質が磁気分離器中の溶液中に、すなわち、磁性上清中に10分 間残存するかどうかを観察することであった。該判定基準は、Owenらのプロセス によって調製された蛋白質被覆したコロイド状マグネタイト溶液が、かかる期間 磁気分離器中におかれるとき、磁気分離器中で磁気的に分離できなかったことに 基づいて確立された。 磁気分離器中で試験管の側面へ引き付けた、安定で、被覆された、しかし凝塊 した物質を形成した音波処理混合物の一部を決定するために、そのように形成さ れた物質を20mMリン酸塩で3度洗浄し、同じ緩衝液中に再懸濁した。非被覆 マグネタイトと比較したそれらの再懸濁の特徴は、それらが数時間懸濁のままで あったのに比べて、非被覆マグネタイトは数分間であったように、明らかに異な った。 第二の判定基準は:推定コロイド状物質を母液からHGMSによって分離し、 洗浄し、および緩衝液中に再懸濁して、コロイドの発生および安定性を視覚的に 観察したというように、磁性上清を試験することを伴った。HGMSは、約20 mgの高純度の汚れのないスチールウール(McMaster-Carr,New Brunswick,NJ )(界面活性剤中で洗浄し、1%BSAリン酸セーライン緩衝液(PBS)でイ ンキュベートし、脱イオン水でリンスし、乾燥させて、約3mm長にカットする )を12x75mmガラス試験管中へ置くことによって行った。試験するために 、100μlの上清を汚れのないスチールウールを含む試験管に加え、磁気分離 ラック中に2分間置き、その時間によって、磁性体を汚れのないスチールウール 上に捕集した。明らかな非磁性上清をパスツールキャピラリーピペットで除去し 、磁性体を3度300μlの20mMリン酸塩(pH7.5)で洗浄した。3度 目の洗浄後、磁気ラックから試験管を外して、捕集した磁性体をリン酸緩衝液中 に再懸濁し、安定なコロイドの発生を視覚的に試験した。 いくつかの例において、回収した物質はまた、レーザー光分散(Coulter Sub Micron Particle Analyzer N4SD,Hialeah,FL)によってサイズを測定した。い くつかの上清を非吸着物質から、Sephacryl-300(Pharmacia)またはウルトラゲ ルAcA-22上のゲル濾過クロマトグラフィーによって分離した。 表Iは、被覆実験で使用した異なる化合物、それらの濃度、および他の溶媒条 件のリストである。コロイドの存在および半定量ならびに凝塊した物質を前記の 方法によって、コロイドおよび凝塊保存物の既知混合物から調製した標準物と比 較することによって視覚的に決定した。表Iから明らかなように、化合物を試験 する度に、いくつかの量の安定なコロイド物質が生じた。注目すべきことに、H GMSおよびリン酸緩衝液中に再懸濁に従う安定性もまた、示唆される。全ての 場合、被覆実験の成功は、光分散からの音波処理法に従って、または溶液の明ら かな「光沢」によって、すぐに決定できる。対照的に、被覆条件が不適当である (例えば、安定な被覆した細分粒子を生じない)物質は、外見が曇っていて、不 均一であった。 実施例2 蛋白質被覆の定量および保持 I−125ラベルBSAおよびIgGをFrackerおよびSpeckのヨードゲン(Iod ogen)法(Biochem.Biophys.Res.Comm.80 849,(1978))によって調製した。 特異的活性は、それぞれ520,000cpm/μgおよび810,000cp m/μgであった。 BSAを(1)10mMリン酸緩衝液中の7.5%BSAで、その後3分音波 処理する、および(2)25mMリン酸緩衝液中の7.5%BSAで、その後3 分音波処理するような2セットの条件下で、マグネタイト上を被覆した。どちら の場合も、音波処理の前に、800,000cpmのラベルBSAを混合物(0 .5ml)に加えた。視覚的判定基準から、より高濃度のリン酸塩が結果として 有意により多くのコロイド状物質を生じたことが明らかであった。各実験の磁気 的に捕集可能な沈殿を捕集し、20mMリン酸緩衝液で2度洗浄して、カウント し た。条件1および2の磁性凝塊物質は、それぞれ2421および2828cpm を含有した。どれほど良くBSAがこれらの凝塊試料に吸着したかを決定するた めに、回収した物質を0.1Mグリシンに室温でpH3.0にて40分間懸濁し 、磁気分離して、20mMリン酸緩衝液で1度洗浄した。実験条件1および2の 場合、保持されたカウントは、それぞれ91および84%であった。同様な試料 を緩衝液中に再懸濁して37℃で一晩インキュベートしたとき、マグネタイトか ら脱着する物質はなかった。 コロイド状マグネタイトBSAの安定性を決定するために、コロイド上に吸着 したBSAの量を次のとおりに定量した:上清3x100μlアリコートをHG MSによって個々に集め、300μlのリン酸緩衝液で2度洗浄して、100μ lの同じ緩衝液に再懸濁した。長時間(16時間)にわたる観察によって、コロ イド物質が安定であることが明らかとなった。全上清に対してHGMSによって 回収した放射性BSAは、5400cpmであった。条件2の場合に得られた上 清および凝塊物質の放射能ならびに用量から、7,828cpmがマグネタイト に取り入れられたことが決定した。全BSAの0.01%に当たるこの量を、そ のように調製されたマグネタイト約0.75mg/mlに相当する系に加えた。 この値は、Owenらの方法によってマグネタイト上を被覆できるBSAの最適量に 非常に近い。 IgG被覆実験は、PBS/2(PBSのH2O中での1:2希釈)中5%蛋 白質濃度にて行われた。音波処理の前に、混合物に1.8x106cpmの放射 ラベルIgGを加えた。これらの実験の場合、全添加蛋白質の1.2%が吸着さ れ、それは1.2mgIgG/mlのマグネタイトに相当することが明らかにな った。また、これは、Owenらの技法によって得ることができる最大の被覆に近い 。HGMSを該実験のマグネタイト上清で行ったとき、23,000cpmがコ ロイド物質に保持された。凝塊磁性ペレットは、洗浄操作後17,300cpm を保持した。磁性ペレットを前記のようにpH3.0でグリシンに再懸濁したと き、たった50%の数がその後の磁性ペレットに保持された。しかしながら、こ れらの実験において、微凝塊物質のグリシン処理が実質的部分(およそ半分)を コロ イド物質に変化させたことが明らかとなり;従って、IgG被覆物質は、本当に 安定である。HGMSによって回収したコロイド物質は、視覚的観察によって安 定であった。 実施例3 生物活性の保持 ヤギ抗マウスFc(Jackson Laboratories,West Grove,PAから得た)を実施 例1に記載のように、マグネタイト上を被覆した。被覆のために、非処理抗血清 を50mMリン酸塩で1:4に希釈した。音波処理後、生じた物質のほとんどが コロイド状であった。全ての上清をSephacryl-300で分離した。空隙用量中に現 れるコロイド状物質を回収し、以下の試験を行った:回収したコロイド100μ lを100,000カウントの125−IラベルマウスIgGかまたは100, 000カウントの125−IBSAのどちらかと混合した。これらの混合物を前 記のように鉄粉存在下で、12x75mm試験管中でインキュベートした。室温 にて90分後、HGMSを行い、前記のように、上清を捨て、集めた物質を2% BSAを含有する0.8mlのPBSで2度洗浄した。これらのコロイド試料( 3つ)の場合、平均で、5,200カウントのマウスIgGが、632cpmの 非特異的結合BSAに対してFc被覆コロイドに結合したことがわかった。 実施例4 淡色粒子 混合した遷移金属酸化物を室温および65℃にて、実施例1に記載のような適 当な塩化金属に塩基を添加することによって調製した。表IIは調製条件、モル 比、酸化物の最初の色および1週間後の色、または新たに調製した酸化物を8時 間O2バブルした後の色のリストである。 表IIIは、本発明の方法に従って、表IIの酸化物試料(試料1、2、3お よび4)をデキストランで、およびBSAで被覆した結果のリストである。明ら かに、これらの物質をマグネタイトと同様に被覆することができる。表IIに挙 げた非フェライトおよびフェライト酸化物をマグネタイトの代わりに、Whitehea dらの技法と共に使用でき、同様な色のシランコート物質を生じることを示す。 これらの物質の適当な塩化物(または硫化物)をMoldayまたはOwenらの技法で使 用するとき、可視領域において透明に近いコロイド状物質を得ることが可能であ る。 実施例5 コロイド粒子サイズ BSAマグネタイトを、アリコートを2番目の3分間音波処理および別の3番 目の3分間音波処理を除いて前記のように、実施例1のマグネタイトおよび50 mMリン酸塩pH7.0中の1%BSAで調製した。磁気ラックでのいずれの凝 塊物質の除去後、前記のように、生じるコロイド状試料をレーザー光分散(Coul ter Submicron Particle Analyzer)によってサイズ測定した。実験の誤差内で 、各々の試料は、平均80nmの粒子径を有した。 次に、被覆のためのマグネタイトを、Owenらの方法において粒子サイズを減じ ることがわかっている2つの方法、すなわち、塩基の非常に迅速な添加および上 昇した温度(65℃)での塩基の非常に迅速な添加によって調製した。Owenらに 従って調製したマグネタイトを伴うが、BSAマグネタイトを1回の3分間の音 波処理工程で調製したとき、生じたコロイドは、どちらも平均50nm径であっ た。 実施例6 pHによって影響されるようなマグネタイトの特徴 3.75%NH4OHを0.6ml/分にて200mlの脱気した塩化第二鉄 水和物および塩化第一鉄水和物、それぞれ7および3mg/mlの撹拌混合物に 加えた。始めに酸性混合物のpHが7.0に近付いたとき(暗オレンジから黒へ 色が変化することによって示される)、300μlのアリコートを除去し、10 x75ガラス試験管中に入れ、ネオジム/鉄/ホウ素棒磁石を試験管の側面に置 き、視覚的に磁気クリアリング(clearing)を観察することによってマグネタイ トの存在を試験した。非磁性または部分的磁性体から全磁性体への移行は、12 .2mlの塩基を加えた後pH7.4にて起こった。この点にて、60mlの混 合物を除去し、調製Aをとした。付加塩基をpH8.9まで混合物に加え;60 mlのアリコートを除去して、調製Bとした。さらに塩基をpH9.8まで反応 混合物に加え、該物質のアリコートを調製Cとした。マグネタイト調製A、Bお よびCを蒸留水で4度洗浄し、水に再懸濁すると、鉄塩が元の溶液の開始濃度で あった。A、BおよびCの後者の懸濁の0.5mlアリコートを70%出力(Fi sher Sonic Dismembrator)にて3分間音波処理した。音波処理後すぐに、各々 がコロイド状マグネタイトの光沢のある外見を有したが、全て、2分以内に曇っ た懸濁へ(粒子凝集を示す)逆戻りした。調製Cの場合、移行は、音波処理後2 0〜30秒で起こり;調製Bの場合、40〜50秒;一方調製Aでは、この移行 に2分を要した。音波処理後すぐに調製をCorning 磁気ラックに置くと、それら は、完全に前と同じオーダーで、および同じ時間範囲にわたって、懸濁から透明 になった。再凝集の後、試料の間に認識できる差異は無かった。 調製したマグネタイトの音波処理による解離に対する感受性がH+またはOH 処理によって変化するかどうかを決定するために、調製C懸濁のアリコート0. 5mlを試験管中に入れ、磁気分離および上清吸引によってそれらの上清から分 離した。次いで、磁性ペレットを0.5mlの希HCl(0.1、0.01、0 .001または0.0001M)かまたは希NaOH(0.1、0.01、0. 001または0.0001M)に再懸濁し、前記のように3分間音波処理して、 視覚的に調べた。これらの試料の場合、酸および塩基処理が、酸および塩基濃度 に対する比において、マグネタイトの崩壊を増加させることが明らかになった。 0.1MHClまたはNaOH中に再懸濁して音波処理したアリコートは、12 時間近く光沢した、すなわちコロイドのままであった。0.001M酸または塩 基に再懸濁下アリコートもまた、有意な時間、コロイドの性質を示した。一方、 0.0001M酸または塩基に再懸濁したアリコートは、親物質が水中でするよ うに、音波処理後すぐに凝集した。 実施例7 pH修飾したマグネタイトの被覆 実施例6の調製Cは、音波処理を経た崩壊によってアニオン性およびカチオン 性ポリペプチドで被覆された。アニオン性ターポリペプチドは、60モル%グル タミン酸、30モル%アラニン、10モル%チロシン(GAT,Lot #M18G)からな り、およびカチオン性コポリマーは、60モル%リジン、40モル%アラニン( LA,Lot #M-5B)からなり、どちらもPilot Chemicals,Watertown,MAから得ら れたものを使用した。どちらも約100,000ダルトンのこれらのポリペプチ ドは、適当な酸または塩基でトリチュレートすることによって溶解し、中和し、 リン酸セーライン緩衝液(pH7.0)に対して、続いて蒸留水に対して透析し た。被覆は10mg/mlポリペプチド溶液および同じものの1/16の一連の 希釈液で試された。被覆実験は、前記のように音波処理によってなされた。これ らの実験の場合、GATおよびLAの両方の1/16および1/18希釈は、安 定なコロイド溶液を生じた。1/4、1/2および希釈していないポリペプチド 溶液は、結果としてコロイドの分配および凝塊した物質を生じた。どちらの例の コロイド量も、一般に、ポリペプチド濃度の増加とともに減少した。しかしなが ら、25mg/mlGATにて、全ての物質はコロイド状であった。 実施例6の調製AおよびCは、GATで被覆された。マグネタイトの0.5m lのアリコートを1.0mlのHCl(0.01および0.1M)またはNaO H(0.01および0.1M)中に60秒再懸濁し、次に0.5ml水で2回洗 浄した。これらの前処理したマグネタイトを2.5x106cpm125IGAT( 前記のヨードゲン法によって放射ラベルした)を含む1mg/mlGATの0. 5mlアリコート中に再懸濁し、前記のように音波処理した。音波処理した試料 をコーニング磁気ラック(Corning magnetic rack)に置き、一晩分離させてお いた。磁性ペレットを0.5MNaCl中で1度洗浄して、カウントした。様々 なマグネタイト上を被覆したGATの結合数およびパーセントは、表IVに示す 。 表IVのデータから、マグネタイト結晶表面電荷が、酸での前処理によってよ り大きな正電荷を作り得ること、逆に塩基での処理は、一般に負に電荷したポリ マーに対して利用できる部位を減少させることが明らかである。カチオン性ター ポリマーLAT(60モル%Lys、30モル%Ala、10モル%Tyr)の 125I試料(Dr.H.J.Callahan,Jefferson Medical College,Philadelphia, PAから得た)を同様に前処理したマグネタイトといっしょに使用したとき、該正 電荷物質のより大きな結合が、塩基で前処理したマグネタイト上で起こった。 酸または塩基処理を経た結晶表面電荷変化が遷移元素酸化物の一般的特性であ るかどうかを決定するために、例えば、異なるモル比のFe(II)、Dy(I II)、V(III)の塩化物から得た物質を前記のように、酸または塩基で処 理し、放射ラベルGATおよび/またはサケ精子DNA(Sigma Chemical Co., St.Louis,MO)と混合した。マグネタイトを用いる場合のように、酸処理は、 これらの負電荷高分子電解質の結合を促進した。実際、0.1MHClで前処理 し、その後音波処理で水洗浄した非被覆物質は、前記のマグネタイト試料のよう な性質を有する物質、すなわち、一時的に安定なコロイドを与える。これらの物 質が該半安定コロイド状態であるとき、適当な量のサケ精子DNAの添加は、結 晶が実質上、正の表面電荷を有することを示す完全な凝集を導いた。 実施例8 音波処理後の直接被覆 磁性液体第一鉄は、下記の方法に従って、むきだしのマグネタイトを音波処理 した後、被覆剤を添加することによって調製した。 むきだしのマグネタイトは、前記の実施例1に記載のプロセスによって調製し た。マグネタイトを棒磁石によって水から分離し、pH7.5のリン酸緩衝液中 に再懸濁した。マグネタイトの平均粒子サイズは、連続して10秒振動および1 0秒休止を用いる5分間の音波処理(Fisher's Sonic Dismembrator 550)によ って減少した。 音波処理後すぐに、一次被覆剤、すなわちpH7.5にて20mMリン酸緩衝 液中の1mg/m19xビオチン−BSAを、音波処理したむきだしのマグネタ イトといっしょに、室温にて15分間インキュベートした。二次被覆剤、すなわ ちpH7.5の20mMリン酸緩衝液中5mg/mlBSAをマグネタイトと一 次被覆剤の混合物に加えた。 表Vは、被覆濃度の変化の、長時間でのコロイド磁性粒子サイズおよび高勾配 磁場での分離率への影響を示す。粒子サイズは、クールター半微量粒子分析器( Model N4SD)によって測定した。コロイド粒子の磁性特性は、4kG不変磁場に おけるグリッドを用いる300μlミクロタイターウェル中での高勾配磁気分離 によって測定した。 実施例9 同時に音波処理を伴うビオチン化BSAの直接被覆による安定な、コロイド磁 性粒子の調製 安定な、コロイド磁性粒子は、同時に起こる粒子磁性出発物質のサイズ減少お よび音波処理の間の被覆によって調製した。 むきだしのマグネタイトは、前記の実施例1記載のようなプロセスによって調 製した。マグネタイトは、棒磁石によって水から分離し、pH7.5の20mM リン酸緩衝液中1mg/m19xビオチン−BSAに再懸濁した。マグネタイト の平均粒子サイズは、連続して10秒振動および10秒休止を用いる1分間の音 波処理(Fisher's Sonic Dismenmrator 550)によって減少した。 粒子サイズおよびマグネタイト分離率は、前記の実施例8に記載のように測定 した。 平均粒子サイズは、80nmであった。分離率は、30秒に85%および1分 に>95%であった。生じた産物を2週間にわたってモニターして、直接被覆マ グネタイトが懸濁中に残存し、外見が透明であったとき、安定であることを発見 した。 実施例10 非被覆コロイド磁性粒子を用いた、溶液からのDNAの結合および除去 本実施例は、純粋なλDNAがむきだしの、非被覆コロイド磁性粒子を用いて 、酸性条件下で結合し、回収できることを示す。 コロイド磁性粒子は、実施例1のように調製したむきだしのマグネタイトの懸 濁を1mg鉄/ml溶液レベルでの水中で、磁気沈降することよって調製された 。マグナタント(magnatant)(沈降しない液体層)を吸引し、元の用量と等し くなるように、0.1MNaClに再懸濁した。懸濁を5秒間振盪し、次いで、 脱イオン水で3ど連続で洗浄した。それぞれの洗浄の間、マグネタイトは、適所 に磁気を保持した。 Hoechst dye H33258(LIFE TECHNOLOGIES カタログ # 5250SB)で蛍光ラベル したDNAの2試験試料を調製した。1つ目の試料、試料Aは、pH5の20m リン酸緩衝液中8μg/mlのλDNA1mlを加え、すぐに1つ目の試験管を 振盪することによって作った。次いで、得られた混合物を氷上、試験管中でマイ クロチッププローブを用いて1分間音波処理(Fisher Sonic Dismembrator,mod el 550; セッティング 3,1秒オン/1秒オフのサイクル)した。2つ目の試料 、試料Bは、pH7.5の20mMリン酸緩衝液中8μl/mlのλDNA1m lを使用する以外は同じプロトコールで行った。 DNA量は、蛍光分析によって、磁気分離前および後の蛍光量を比較すること によってアッセイした。表VIは、蛍光シグナルおよびコロイド状の、磁性粒子 に結合させることによって溶液から除去した%DNA計算値を示す。 実施例11 むきだしのマグネタイトによるDNAの結合および緩衝液による回収 該実施例は、酸性条件下で捕獲されたλDNAを結合コロイド磁性粒子から、 洗浄緩衝液の選択によって除去できることを示す。 マグネタイトおよびλDNAは、前記の実施例10の記載に従って調製した。 10個のマグネタイト試料を調製した。全てを20mMリン酸緩衝液を用いるp H4の酸性条件下で、蛍光ラベルしたDNAといっしょに音波処理した。開始D NA溶液の初期蛍光シグナルは80であった。DNAを磁気で10分間引き付け 、上清を測定した。開始蛍光および上清シグナル間の差異から、回収したDNA %を計算した。 表VΙΙは、音波処理によって抽出したパーセントが58〜63%に変化した ことを示す。洗浄緩衝液の相対効率を%回収として示す。 実施例12〜23で使用した全ての試薬および化学物質は、特記しないかぎり 分析用の等級であり、Fisher Scientific(Pittsburgh,PA)から得た。 実施例12 熱被覆反応を伴った熱音波処理マグネタイト マグネタイトは、17gおよび12gの硫化第二鉄五水和物および硫化第一鉄 六水和物を、それぞれ、60mlの水酸化アンモニウムでpHを上昇させる間、 水中で窒素雰囲気下70℃で撹拌して混合することによって調製した。生じたマ グネタイトを磁気的に収集し、蒸留水で10分洗浄し、600mlの蒸留水に再 懸濁した。そのようにして作った試料は、約10mg/mlのマグネタイトを含 有した。 ウシ血清アルブミン(BSA)−強磁性流体を調製するために、前記で調製し たマグネタイトを1.0g測定し、ビーカーに入れ、磁気的に2度水で洗浄した 。最終懸濁を100mlの20mMリン酸ナトリウム、pH7.5で行った。マ グネタイトを70℃に予め加熱し、次いでFisher Sonic Dismembrator Model 55 0で20分間、パルス音波処理1秒オン/1秒オフ(全部で40分)で音波処理 した。その間、1.8gのBSAを60mlの20mMリン酸ナトリウム、pH 7.5に溶解し、75℃で10分間加熱した。音波処理後、30mlの音波処理 したマグネタイトをすばやく除去し、熱BSAと混合して、75℃で5〜20分 間加熱し、次いでアイスバス中で冷却した。強磁性流体サイズ分配は、その表面 にて3kガウス磁場を有するチャンバーにおける一連の調節した磁気洗浄によっ て狭くなった。固定時間の合間に捕集した物質を保持した。普通は、該方法をそ れぞれの試料に対して3度行った。下記に、該プロセスを高磁場洗浄と称する。 炭素分析によって測定したときのサイズ、塩安定性、および吸着した蛋白質の値 は、表VΙΙΙ、列1〜3に示す。 実施例13 熱被覆反応を伴った冷音波処理マグネタイト マグネタイトは、前記の実施例12の記載に従って調製した。BSA強磁性流 体を調製するために、3.6gのBSAを120mlの20mMリン酸ナトリウ ム、pH7.5に溶解し、75℃で10分間加熱した。その間、前記で調製した マグネタイトを1.0g測定して、ビーカーに入れ、水で2度磁気的に洗浄した 。最終懸濁を100mlの20mMリン酸ナトリウム、pH7.5中で行った。 マグネタイトをFisher Sonic Dismembrator Model 550で10℃にて30分間、 パルス音波処理1秒オン/1秒オフ(全部で60分)、出力セッティング7で音 波処理した。音波処理温度は、−4℃にてエチレングリコールを含む循環冷却系 で調節した。音波処理後、60mlの音波処理マグネタイトをすばやく除去し、 熱BSAと混合して、75℃で5〜60分間加熱し、次いでアイスバス中で冷却 した。強磁性流体は、高磁場において洗浄した。サイズ、塩安定性、および吸収 した炭素の測定は、表VIII、列4〜9において示す。 実施例14 強磁性流体の塩安定性および吸着した蛋白質の測定 BSA強磁性流体試料の塩安定性を測定するために、強磁性流体の0.25m l試料を最終濃度が0、0.5、1.0およびときどき2.0MであるNaCl を含むリン酸緩衝液中に入れた。次いで、試料をクールターN4CD半微量粒子 分析器(Coulter Corp.,Hialeah,FL)で、室温にてt=0、1、2、4、及び 17時間でサイズを測定した。 吸着した蛋白質量を測定するために、、2〜3mgの強磁性流体を1ml濃H Clと混合し、ガラスアンプル中へ入れ、封をした。一晩110℃で温浸後、試 料をpH2〜4に中和した。全ての吸着炭素は、TOC 5000(Shimadzu, Kyoto,Japan)で測定した。前記の方法の結果は、下記の表VΙΙΙ中の実施例 12および13において調製した強磁性流体を要約する。対照として、強磁性流 体の1試料(実施例12に記載の冷音波処理したマグネタイト)をBSAと混合 して、室温(20℃)にて30分間、加熱しないで放置した(列10参照)。 サイズデータにおける誤差範囲は、約5%であり、それゆえ小さな変化は誤差 範囲内である。しかしながら、より大きなサイズ変化は重要である。前記の約3 00nmの粒子は、結局、溶液から逆に沈降するであろう。吸着炭素データにお ける誤差範囲は、約4%である。注目すべきは、BSAとの「音波処理後の加熱 時間」をより長くした結果、BSAで大いに被覆された(>300μgBSA/ mgFe)強磁性流体を生じることである。また、注目すべきは、これらの強磁 性流体のサイズが、塩安定性の基準を満たす高塩濃度であっても、比較的一定の ままであることである。最後に、注目すべきは、冷対照(列10)は、有意に少 ないBSA被覆を有し、それは、緩衝液イオン(20mMリン酸塩)のみを含む 塩溶液中でさえも、大いに不安定であることである。 実施例15 冷音波処理したBSA強磁性流体の熱処理 強磁性流体は、米国特許出願第397106号に記載のように、マグネタイト と蛋白質の混合物の冷音波処理を用いて調製することができる。該強磁性流体の 加熱はまた、結果として蛋白質被覆および塩安定性の増加をもたらすであろう。 マグネタイトは、前記の実施例1の記載に従って調製した。BSA強磁性流体は 、2.0gのBSAと1.0gのマグネタイトを200ml中で混合することに よって調製した。次いで、混合物をFisher Sonic Dismembrator Model 550で4 5分間、パルス音波処理1秒オン/1秒オフ(全部で90分)、出力7で音波処 理した。音波処理温度は、−4℃にてエチレングリコールを含む循環冷却系で調 節した。音波処理の間測定し温度は、30℃であった。次いで、生じた強磁性流 体を80℃で、時間を0〜90分の範囲で変化させて加熱した。 吸着した蛋白質をBioRad Corp.(Richmond,CA)から商業的に入手できる蛋白 質アッセイキットによって測定した。試料は、米国特許第5200084号に記 載のImmunicon Protein Separator(Immunicon Corp.,Huntingdon Valley,PA) 中に置かれたワイヤースクリーンと適合したミクロタイターウェルにおける5分 HGMSを用いて、全磁性粒子を溶液から除去することによって、アッセイ用に 調製した。上清をピペットを用いてミクロタイターウェルから除去し、キットの 説明書の記載に従って、純粋なBSAから作った標準曲線を用いてアッセイを行 った。磁性粒子に結合した蛋白質は、マグネタイトに加えられた元のBSA量か ら非磁性上清中に見られたBSA量を差し引くことによって測定した。 実験結果は、下記のグラフIに示し、そこでは、鉄mg当たりの吸着したBS A量を加熱時間の相関としてプロットする。約30分で起こる被覆の急な増加は 、塩安定性における増加と相関がある(データを示さない)。 実施例16 音波処理時間の間の加熱の機能としての非特異的結合 マグネタイトは、前記の実施例12に従って調製した。BSA強磁性流体を調 製するために、0.175gのマグネタイトを測定し、ビーカーへ入れ、水で2 度磁気的に洗浄した。最終懸濁を10mMリン酸ナトリウム、pH7.5中10 mg/mlの調製したBSA溶液35mlで行った。混合物を被覆したビーカー (Heat Systems,Farmingdale,NY)に入れ、下記の表IXに挙げた温度に冷却 または加温した。次いで、混合物をFisher Sonic Dismembratorで20分間、パ ルス音波処理1秒オン/1秒オフ(全部で40分)、出力セッティング7で音波 処理した。音波処理の実際の温度を測定した。音波処理後、BioRadアッセイを実 施例15に記載のとおり行い、結合蛋白質量を決定した。次いで、強磁性流体サ イズ分配は、「高磁場」を用いる連続した3度の磁気洗浄によって狭まった。再 懸濁は、10mMリン酸ナトリウム、pH7.5で行った。次いで、強磁性流体 をさらに2度の「低磁場」磁気洗浄を用いて分画した。磁場の強度は、捕集表面 で約0.4kガウスであった。この場合、上清のみを各洗浄後に捕集し、ペレッ トを捨てた。 サイズ、塩安定性、および固有のNSBをこの点で測定した。NSB(非特異 的結合)は、この場合、細胞を次の操作で磁気的に捕集することが可能である強 磁性流体と混合したとき、溶液から除去された細胞パーセントとして定義付けら れる。強磁性流体/細胞溶液において、強磁性流体および細胞に相互作用を引き 起こすべき物質は存在しない。例えば、抗体、レクチン、または一般的な捕獲試 薬、例えばビオチン、ストレプトアビジン、ハプテン、または蛋白質AまたはG は、存在しない。NSBは、放射性相違アッセイで測定した。CEM細胞を51C rで、10%胎児コウシ血清、100ユニットのペニシリン−ストレプトマイシ ン、および1.25%L−グルタミン(全て、Mediatech,Washington,DCによ って供給された)で補助したRPM12ml中5.0x107細胞になるまで懸 濁することによってラベルした。51Crは、Dupont(Wilmington,DE)から得、 ボトルからそのまま使用した。クロムのcpmは、CobraIIガンマカウンター (Packard,Downer's Grove,IL)でカウントすることによって決定した。約1 x107cpmのクロムを細胞に加えて、15分毎振盪しながら37℃で1時間 インキュベートした。アッセイの場合、試験管中で2.5x106細胞/m1の 160μlのラベル細胞を20μgFe/mlの強磁性流体160μlと、等張 リン酸セーライン緩衝液(IPBS)中で混合した。混合液を5分間インキュベ ートした。インキュベーション時間の間、51Crのカウントをガンマカウンター でカウントすることによって決定した。次いで、250μlの混合液をミクロタ イターウェル中へ入れ、米国特許第5200084号に記載のとおりImmunicon Cell Separator(Immunicon Corp.,Huntingdon Valley,PA)で強磁性流体を5 分磁気減少させて除去した。減少後、ミクロタイターウェルを除去し、個々に試 験官へ移した。カウント数を記録した。さらに、試料をミクロタイターウェルに 移した後の試験官に残存しているインキュベーション混合物を51Crでカウント した。開始カウント数は、試験管中に残存しているこれらのカウントを最初に各 試験管へ加えたカウント数から引くことによって決定した。除去パーセント(N SB)は、式: によって決定した。該実施例のデータは、下記の表IXに示す。注目すべきは、 前記の実際の音波処理温度が約60℃で行うときのみ、強磁性流体は塩安定にな るということである。それより高温度では、磁性粒子上の「むきだしの箇所」の 脱離によって引き起こされ得る、鉄の正電荷に起因するNSBドロップが、細胞 に結合し、非特異的にそれらを溶液から除去し得る。 実施例17 ストレプトアビジンのBSA強磁性流体への結合 ストレプトアビジンは、以下の方法によってBSA強磁性流体と結合できる。 熱被覆強磁性流体を、60分BSA被覆時間を用いて実施例13のように調製し た。強磁性流体をデカントし、高磁場で3度洗浄した。各洗浄後、強磁性流体を 180mlの0.1Mリン酸ナトリウム、pH7.5に再懸濁した。BSA強磁 性流体をN−スクシニミジル−4−(N−マレイミドメチル)シクロヘキサン− 1−カルボキシレート(SMCC)(Pierce,Rockford,IL)を用いて、製造者 の説明書に従って活性化した。次いで、活性化した強磁性流体を3度洗浄した。 各洗浄後、強磁性流体を4℃にて180mlの0.1Mリン酸ナトリウム、pH 6.5に再懸濁した。鉄の質量の2倍に等しいストレプトアビジン(Prozyme,R ichmond,CA)量の質量を計り、5mMEDTAを含む0.1Mリン酸ナトリウ ム、pH7.5に溶解した。ストレプトアビジンは、トラーツ(Trauts)試薬( Pierce,Rockford,IL)を用いて、製造者の説明書に従って活性化した。次いで 、活性化したストレプトアビジンをPD−10カラム(Pharmacia Biotech,Upp sala,Sweden)に付して精製し、1mlカラムフラクションを集めた。フラクシ ョン4および5は蛋白質を含んでおり、プールした。次いで、活性化した強磁性 流体および鉄ミリグラムあたり1.5mgの活性化したストレプトアビジンを混 合し、室温で4時間、撹拌しながら反応させた。次いで、反応を5mMEDTA を含む0.1Mリン酸ナトリウム、pH7.5中の4mg/mlメルカプトコハ ク酸でクエンチした。クエンチング反応は、4℃で16時間撹拌しながら反応さ せた。クエンチ反応後、強磁性流体を高磁場で2度洗浄した。各洗浄後、強磁性 流体を0.2mg/mlBSAを含む150mlの0.1Mリン酸ナトリウム、 pH7.5に再懸濁した。しかしながら、最終再懸濁は、10mg/mlBSA を含む10mMHEPES、pH7.5で行った。得られた強磁性流体をFisher bath sonicator FS-14中に2分間浸し、次いで0.1mg/mlBSAを含む 10mMHEPES、pH7.5中で洗浄した。最後に0.2ミクロンの濾過を 行った。 実施例18 熱被覆ストレプトアビジン強磁性流体を伴うCEM細胞の減少 最初に、抗−CD45(Becton-Dickinson,San Jose,CA)モノクローナルを 有効なアミノ基を用いてビオチン化した。約1〜2mgの抗体を約0.5mlの 0.05M重炭酸ナトリウム、pH8.5中で調製した。N−スクシニミジル6 −(ビオチンアミド)ヘキサノエートエステル(Molecular Probes,Eugene,OR ) をDMSOに溶解し、抗−CD45に過剰に加えた。混合物を4℃で2時間反応 させた。抗体をPD−10カラム(Pharmacia Biotech,Uppsala,Sweden)で精 製し、フラクション3および4(1mlフラクション)を集めた。 CEM細胞を捕集し、約2.2x107細胞/mlの濃度になるまで、1%B SAを含む等張リン酸セーライン緩衝液(1%BSA/IPBS)に懸濁した。 一連の細胞懸濁試料0.85mlを、1μgビオチン化抗−CD45を用いて室 温で10分間インキュベートした。実施例6(lot188−143−6)のように、およ び一般に米国特許出願第397106号(lot0994-1282W)に記載のように調製 したストレプトアビジン強磁性流体の溶液を次いで、0.85ml容量で細胞へ 加えた。強磁性流体の量は、鉄12.5μgから100μgへ変化した。混合物 を室温で5分間インキュベートさせた。各試料を米国特許第5200084号( Immunicon Corp.,Huntingdon Valley,PA)に記載のように、ピペットで2m1 細胞分離チャンバーへ移した。試料を7分間磁気的に捕集し、次いでそれらを磁 場から除去した。各試料を次いで、ピペットで混合し、別の7分間の磁気捕集の ために新たに少量を用いて、再び磁場に置いた。減少の効力は、 BD monoclonal antibody sourcebookに示されたように調製し、1:1で細胞懸 濁と混合したエチジウムブロミド/アクリジンオレンジ色素を用いて、細胞数を 血球計(Hausser Scientific,Horsham,PA)でカウントすることによって決定 した。減少の結果は、下記の表Xに示す。注目すべきは、どちらの強磁性流体も 能率よく細胞を除去するが、熱被覆したストレプトアビジン強磁性流体は、非加 熱処理した強磁性流体が要するレベルの半分の鉄レベルと等しい、細胞の99% 以上を除去した。 実施例19 熱被覆した強磁性流体と非加熱処理した強磁性流体の比較 熱被覆した強磁性流体は、実施例13の記載に従って調製し、実施例17に記 載のように(lot #188-191-15)ストレプトアビジンでコートした。非加熱処理 したストレプトアビジン強磁性流体を実施例18において使用された強磁性流体 (lot #0395-1308)と同様にして調製した。TOC5000によって測定したと き、全吸収炭素は、熱被覆強磁性流体の場合278μg/mgであった。非加熱 処理した強磁性流体の場合、全吸着炭素は約145であった。これらの測定は、 いずれのストレプトアビジン結合の以前にBSA粒子を獲得した。さらに、熱被 覆強磁性流体は、塩安定であったが、一方、非加熱処理した強磁性流体は安定で はなかった。 しかしながら、蛋白質被覆における差異および固有の性質は、BSA粒子が二 次蛋白質、例えばストレプトアビジンで被覆された後も続く。例えば、結合能力 は、ストレプトアビジン強磁性流体と結合できるビオチン化した蛋白質の量を測 定する。より多くのストレプトアビジンが粒子、結合できるより多くのビオチン 化BSA(bBSA)を被覆するので、結合能力値は、密接に蛋白質被覆と関係 している。結合能力のアッセイは、ビオチンBSAの125Iでのラベリングで始 まる。ビオチン−BSAは、N−スクシニミジル6−(ビオチンアミド)ヘキサ ノエートエステル(Molecular Probes,Eugene,OR)で、製造者の提示したプロ トコールに従ってビオチン化した。次いで、PD−10カラムに付してランニン グすることによって精製し、0.25Mリン酸ナトリウム緩衝液、pH7.5を 用いて5mg/mlに希釈した。200μlのヨードゲン(Sigma,St.Louis, MO)を試験管中に入れ、窒素ガスを吹きいれることによって乾燥させた。1ミリ キュリーの125Iを試験管に加え、次に200μlのビオチン−BSAを加えた 。混合物を氷上で10分間インキュベートした。次いで、800μlのリン酸緩 衝液を試験管へ加え、全容量を新たなPD−10カラムに付した。ラベルしたビ オチン−BSAは、4および5番目の1mlフラクションに溶出した。 結合能力アッセイは、標準試料で開始した。15〜500μgbBSA/ml の標準試料をリン酸緩衝液(10mg/mlBSAおよび0.15MNaClを 含有する20mMリン酸緩衝液、pH7.5)2.5%125Iラベルしたビオチ ン化BSAで調製した。強磁性流体を0.1mg/mlBSAおよび0.05% ProClin300(Supelco,Inc.,Bellefonte,PA)を含む20mMHEPES、p H7.5を用いて400μg/mlに希釈した。次いで、強磁性流体をさらに、 専用の前記のリン酸緩衝液で10倍に希釈し、15分インキュベートした。10 0μlの強磁性流体をミクロタイターウェルの空の各ウェルに置いた。各標準試 料100μlを各ウェルに加え、10分インキュベートした。次いで、各ウェル を、米国特許第5186827号に記載のように、ミクロタイターウェルのサイ ズを正確に開けて、四極子磁気分離器に置いた。5分後、非磁性上清を各ウェル から捨て、磁性体を5度、0.1%Tween20を含むPBS緩衝液を1mg/ml BSAおよび0.05%ProClin300を含む20mMHEPES中の最終再懸濁と 一緒に用いて洗浄した。次いで、ウェルを磁気分離器から除去し、各ウェルを1 2x75mm試験管に入れた。各ミクロタイターウェル中に残存しているcpm は、ガンマカウンターでカウントした。さらに、10μlの500μg/ml標 準試料(または5μgbBSA)をガンマカウンターでカウントした。この数を 1.25で割って、4μgのbBSAに標準化した。次いで全試料数をこのファ クターで割って、1000をかけて、鉄ミリグラムあたりの結合したビオチンB SAマイクログラム数を計算した。この結合能力アッセイの結果は、熱被覆強磁 性流体(lot#188-191-15)および非加熱処理した強磁性流体(lot#0395-1308) の場合、表XIに示す。データは、ほとんど全部のbBSA範囲に対して、熱被 覆プロセスによって製造した強磁性流体が、熱処理しなかった強磁性流体の約2 倍の結合能力を有したことを示す。これは、いったん粒子がストレプトアビジン で被覆されると、有意により多くのビオチン化蛋白質が強磁性流体によって結合 されたということである。 強磁性流体粒子に結合したストレプトアビジン量の別の結果は、ビオチン化抗 体でラベルした細胞の溶液からの除去における、強磁性流体の作用である。より 多くのストレプトアビジンと結合した粒子は、低い量の鉄でより多くの細胞を除 去できる。作用のアッセイには、非放射性CEM細胞を1.0x107細胞/m lにて使用する。2mlの細胞を実施例18に記載のように調製した2.0μg のビオチン化抗−CD45と混合した。細胞および抗体を30分間インキュベー トした。次いで、150μlの細胞混合物を空のミクロタイターウェルの各々に 置き、次に1.5〜25μg/mlの150μlの強磁性流体と混合した。強磁 性流体は、ブロッキング緩衝液(強磁性流体希釈緩衝液、Immunicon Corporatio n,Huntingdon Valley,PAから入手可能)で少なくとも30分間、プレインキュ ベートした。10分のインキュベートの次に、実施例18に記載のようにImmnic on Cell Separatorで5分分離した。細胞分離器から除去後、ウェル中の上清を ピペットで混合し、100μlの試料を10mlの等張へマタール希釈液で満た した細胞カウンティングびんに移した。細胞数をクールターZF細胞カウンター (Culter,Hialeah,FL)で測定した。減少は、試料から除去した細胞の強磁性 流体の代わりに加えた緩衝液を有する試料と比較したパーセントによって測定し た。様々な鉄濃度での減少を表XIIに示す。高い鉄値では、どちらの強磁性流 体も同様な細胞パーセント減少するが、低い鉄値では、熱被覆した強磁性流体が 有意により多くの細胞を除去することに注目すべきである。 実施例20 熱被覆した強磁性流体を有する低密度フラクション単核細胞の減少 単核細胞は、末梢血液試料からFicoll-Paque ET(Pharmacia Biotech,Uppsal a,Sweden)を用いる密度遠心分離によって単離し、1%BSA/IPBS中で 2度洗浄し、約26.5x106細胞/ml濃度になるまで、同じ緩衝液中に懸 濁した。各細胞懸濁0.85mlの2試料を室温にて10分間、前記の実施例1 8のように調製した1μgビオチン化抗−CD45といっしょにインキュベート した。実施例17(lot 188-143-6)のように調製したストレプトアビジン強磁 性流体溶液を次いで、0.85ml容量における細胞に加えた。10.0μgお よび75μgの鉄/試験を該実施例で用いた。混合物を室温で5分間インキュベ ートさせた。次に、各試料をピペットで前記の実施例18で使用したような2m l細胞分離チャンバー(Immunicon Corp.,Huntingdon Valley,PA)中へ移した 。試料を実施例18のように、7分磁気捕集を2回、捕集の間にピペットで再懸 濁して磁気捕集した。減少の効力は、10.0μg鉄で97.2%および75. 0μg鉄で97.9%であることを決定した。 実施例21 BSA強磁性流体への蛋白質Aの結合 他の蛋白質は、前記のようにBSA強磁性流体へ結合できる。一例は、蛋白質 Aである。BSA強磁性流体は、全音波処理時間を30分にした以外は実施例1 2のとおり調製した。熱被覆は、200ml中600mgのBSAで行った。熱 被覆後、試料を冷却し、−4℃エチレングリコールバス中で冷却しながらさらに 5分間音波処理した。4℃で一晩、強磁性流体をインキュベーションした後、強 磁性流体をデカントし、高界磁石で分画して、20mMHEPES、pH7.5 で4度洗浄した。 BSA強磁性流体を調製して、実施例17の記載のようにSMCCで活性化し た。蛋白質A(Pharmacia Bioteh,Uppsala,Sweden)を実施例17の記載のよ うにトラーツ試薬で活性化した。次いで、1.0mgの強磁性流体および1.0 mgの蛋白質Aを混合し、室温で1時間、次いで4℃で一晩インキュベートした 。反応を実施例17記載のようにメルカプトコハク酸でクエンチし、強磁性流体 を4度洗浄した。この熱被覆した蛋白質A強磁性流体の結合能力は、非加熱処理 した強磁性流体、それ以外は全く同じに調製したものの結合能力より2倍大きく 、該物質は容易にフィルター滅菌した。 実施例22 BSA強磁性流体へのヤギ抗−マウスの結合 ヤギ抗−マウス抗体もまた、BSA強磁性流体に結合できる。BSA強磁性流 体を調製し、実施例21記載のようにSMCCで活性化した。ヤギ抗−マウス抗 体(Jackson Labs,West Grove,PA)を実施例21記載のようにTraut試薬で活 性化した。次いで、30.5mgの強磁性流体および15.6mgヤギ抗−マウ ス抗体を混合し、室温で1時間、次いで4℃で一晩インキュベートした。反応を 実施例21記載のようにメルカプトコハク酸でクエンチし、強磁性流体を4度洗 浄した。該方法で調製した強磁性流体は、同様に調製した非加熱処理した強磁性 流体と比べて低濃度の強磁性流体で、より効果的に細胞を減少させた。 実施例23 BSA以外のポリマーを用いる熱被覆強磁性流体の調製 加熱処理した強磁性流体をBSA以外のポリマーおよび蛋白質を用いて調製す ることもまた、可能である。デキストランT−10およびT−40(Pharmacia Biotech,Uppsala,Sweden)のようなポリマー、およびベーターラクトグロブリ ン(Sigma,St.Louis,MO)のような蛋白質を、BSAでの熱被覆を前記のポリ マーでの熱被覆に置き換えた以外は実施例13記載のプロセスで使用した。該熱 被覆プロセスによって調製した強磁性流体は、同様なプロセスによって、しかし 加熱工程なしで調製した強磁性流体と比較し、およびサイズならびに全吸着炭素 を比較した。全ての場合、熱被覆プロセスの結果、比較的高い度合の被覆を有す る小さい強磁性流体を生じ、一方、冷プロセスの結果、溶液からすみやかに沈降 し、有意に少ない吸着被覆剤を有した大きい、不安定な粒子を生じた。 本発明のある特定の具体例を記載し、例示するが、それは、本発明をかかる具 体例に限定しようとするものではなく、しかし、以下のクレームに示すような本 発明の範囲および精神からはずれることなしに、様々な修飾をそれに行ってもよ い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラオ,ガラ・シー アメリカ合衆国08540ニュージャージー州 プリンストン、ヘリティッジ・ブールバ ード6番 (72)発明者 チャラッパ,ジョゼフ・エヌ アメリカ合衆国08822ニュージャージー州 フレミントン、クラーク・サークル903 番 (72)発明者 ピッコリー,スティーブン・ピー アメリカ合衆国19067ペンシルベニア州 モーリスビル、フェアービュー・アベニュ ー 75番

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.a.磁性出発物質の少なくとも1粒子を複数の、凝集できる、より小さな サイズの粒子に分割して、非被覆微粒子磁性基質を得、 b.該非被覆微粒子磁性基質を液体媒体中に懸濁し、 c.該被覆、懸濁微粒子磁性基質を、微粒子磁性基質の実質的な凝集が起こる 前に、被覆剤が基質に付着するのに十分な時間被覆剤で被覆し、再懸濁できる被 覆磁性粒子を形成させることからなる被覆剤を微粒子磁性基質に直接適用するこ とによる再懸濁できる被覆磁性微粒子の製造法。 2.さらに、被覆工程中で、微粒子磁性基質を少なくとも約45℃にて、被覆 剤が基質に付着するのに十分な時間加熱することからなる請求項1記載の方法。 3.該磁性出発物質が、少なくとも1種の遷移金属酸化物を含む請求項1また は2記載の方法。 4.遷移記載酸化物がマグネタイトである請求項3記載の方法。 5.被覆剤が天然または合成ポリマーである請求項1または2記載の方法。 6.磁性出発物質を、照射、振動、pH変動、音波処理またはこれの組み合わ せの下で分割する請求項1または2記載の方法。 7.被覆した磁性粒子が一般に最大寸法0.2μ以下を有する請求項1または 2記載の方法。 8.微粒子磁性基質の、被覆剤に対する重量比が、約1000:1〜約1:1 0である請求項1または2記載の方法。 9.さらに、磁性被覆粒子を水または水性緩衝液に再懸濁することからなる請 求項1または2記載の方法。 10.さらに、被覆磁性粒子を該被覆に特異的なに二官能性化合物と反応させ る工程を含む請求項1または2記載の方法。 11.さらに、被覆磁性粒子を二官能性化合物と反応させ、得られた粒子を二 官能リガンドと反応させる工程を含む請求項1または2記載の方法。 12.さらに、被覆磁性粒子を活性化剤と反応させ、得られた粒子を二官能リ ガンド反応させる工程を含む請求項1または2記載の方法。 13.加熱を、約60℃〜約85℃の温度で行う請求項2記載の方法。 14.微粒子磁性出発物質を、被覆剤の存在下、約50℃〜約85℃の温度で 細分する請求項2記載の方法。 15.微粒子磁性出発物質を、加熱せずに、被覆剤の実質的に非存在下で細分 し、ついで、細分した出発物質と被覆剤を、加熱しながら接触させる請求項2記 載の方法。 16.磁性出発物質が、 からなる群から選らばれる一対のイオンを含む請求項1記載の方法。 17.さらに、(a)微粒子磁性出発物質の液体混合物を形成し、 (b)該混合物を、約75℃の温度で、40〜180nmのサイズの粒子を生 ずるに十分な時間音波処理して、微粒子磁性出発物質を、液体中に懸濁する、凝 集できる、より小さなサイズの粒子に分割し、 (c)該加熱、非被覆、懸濁した、より小さなサイズの粒子を、該小さなサイ ズの粒子が実質的に凝集する前に、70〜80℃の温度で、被覆剤が基質に付着 するのに十分な時間、被覆剤と接触させて、再懸濁できる、被覆磁性粒子の安定 な懸濁液を形成することからなる請求項2記載の方法。 18.非被覆、懸濁微粒子磁性基質を、再懸濁できる被覆磁性粒子の完全な被 覆を与えるに十分な量以下の被覆剤と接触させる請求項17記載の方法。 19.請求項17の方法により調製された、再懸濁できる、被覆磁性粒子。 20.室温で24時間までの期間、粒子を1モル塩溶液に曝した場合、粒径増 加2倍以下で示される、塩溶液におけるコロイド安定性を示す再懸濁できる被覆 磁性粒子。
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