JPWO2016147825A1 - 被検物質の検出方法およびその方法に用いられる試薬キット - Google Patents

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Abstract

本発明は、試料中の被検物質を検出する方法およびその方法に用いられる試薬キットに関する。

Description

本発明は、試料中の被検物質を検出する方法およびその方法に用いられる試薬キットに関する。
試料中の被検物質を検出する方法として、デジタル検出法が知られている。デジタル検出法とは、被検物質を一分子ずつ検出することによって高感度に被検物質を検出する方法である。
デジタル検出法の一例として、特許文献１の方法が知られている。特許文献１の方法はデジタルELISAと呼ばれ、被検物質を一分子ずつ検出できることが記載されている。この方法によると、まずビーズ上で標識酵素および被検物質一分子を含む免疫複合体が形成される。酵素基質が添加された後、ビーズは一個ずつマイクロウェルや液滴などの区画化された領域(以下、単に「区画」ともいう)に封入される。この区画は、別の区画とは空間的に隔離されており、区画間で化合物の交換は行われない。したがって、免疫複合体が形成されたビーズを含む区画では、酵素反応が生じ、蛍光が生じる。一方、免疫複合体が形成されていないビーズを含む区画では、酵素反応は生じず、蛍光は生じない。蛍光が検出された陽性区画に基づいて被検物質が一分子ずつデジタル検出される。
米国特許出願公開第２０１１／０２１２８４８号明細書
デジタル検出法においては、検出のために上記のように被検物質一分子を含む区画が必要となる。被検物質を複数分子含む混合液から被検物質一分子を含む複数の区画を調製するためには、マイクロウェルや液滴形成のための装置など、特殊な装置を要し、検出操作が煩雑となる。本発明の目的は、上記のような区画化を行わずにデジタル検出を行うことができる方法を提供することである。
本発明は、試料中の被検物質を検出する方法を提供する。この方法は、以下の工程を含む：被検物質に結合可能な第一捕捉物質と、被検物質一分子と、被検物質に結合可能な第二捕捉物質と、触媒とを含む複合体を、担体粒子上に形成する工程；複合体の触媒と、基質とを反応させ、反応産物を担体粒子に固定する工程；および、反応産物が固定された担体粒子を検出することにより、被検物質を検出する工程。
当該方法において、形成工程によって、担体粒子一個につき被検物質が一分子捕捉され；固定工程において、反応産物が、その反応産物を生成した触媒を固定している担体粒子に固定されるが、他の担体粒子には実質的に固定されず；形成工程が、試料と担体粒子を複数含む試薬とを混合する工程を含む。検出工程では、各々の担体粒子は区画化されていない。
また、本発明は、試料中の第一被検物質と、第一被検物質とは異なる種類の第二被検物質とを区別して検出する方法を提供する。この方法は、以下の工程を含む：第一被検物質に結合可能な第一捕捉物質と、第一被検物質一分子と、第一被検物質に結合可能な第二捕捉物質と、触媒とを含む第一複合体を、担体粒子上に形成し、第二被検物質に結合可能な第三捕捉物質と、第二被検物質一分子と、前記第二被検物質に結合可能な第四捕捉物質と、触媒とを含む第二複合体を、担体粒子上に形成する工程；複合体の触媒と、基質とを反応させ、反応産物を担体粒子に固定する工程；および、反応産物が固定された担体粒子を検出することにより、第一被検物質および第二被検物質を区別して検出する工程。
当該方法において、形成工程が、前記試料と、前記担体粒子を複数含む試薬とを混合する工程を含み；形成工程によって、担体粒子一個につき第一被検物質および第二被検物質のいずれかが一分子捕捉され；固定工程において、反応産物が、その反応産物を生成した触媒を固定している担体粒子に固定されるが、他の担体粒子には実質的に固定されず；触媒反応によって、第一被検物質を固定した担体粒子と、第二被検物質を固定した担体粒子とが互いに区別可能なシグナルを生じ；検出工程において、各々の担体粒子は区画化されておらず；検出工程において、互いに区別可能なシグナルに基づいて、第一被検物質および第二被検物質を区別して検出する。
さらに、本発明は、上記の被検物質の検出方法に用いられる試薬キットを提供する。この試薬キットは、複数の担体粒子と、第一捕捉物質と、第二捕捉物質と、触媒と、基質とを含む。
本発明によれば、区画化が不要なデジタル検出法が提供される。これにより、区画化のための特殊な装置や煩雑な検出操作を要せず、簡便に被検物質を検出することができる。
本実施形態の方法を説明する模式図である。(A)は、第一捕捉抗体を固定した複数の担体粒子と、抗原を含む試料と、HRPを標識した第二捕捉抗体との混合工程を示す。(B)は、担体粒子上の複合体形成を示す。(C)は、蛍光チラミドがラジカル化される触媒反応を示す。(D)は、蛍光チラミドの担体粒子への固定化を示す。 検出用粒子(蛍光粒子)を用いる場合の本実施形態の方法を説明する模式図である。(A)は、第一捕捉抗体を固定した複数の担体粒子と、抗原を含む試料と、HRPを標識した第二捕捉抗体との混合工程を示す。(B)は、担体粒子上の複合体形成を示す。(C)は、チラミドがラジカル化される触媒反応を示す。(D)は、チラミドの担体粒子への固定化と、蛍光粒子の添加を示す。(E)は、チラミドが固定された担体粒子への蛍光粒子の固定化を示す。 支持体と複数の基質分子とを含む基質(多基質体)を用いる場合の本実施形態の方法を説明する模式図である。(A)は、第一捕捉抗体を固定した複数の担体粒子と、抗原を含む試料と、HRPを標識した第二捕捉抗体との混合工程を示す。(B)は、担体粒子上の複合体形成を示す。(C)は、多基質体中のチラミドがラジカル化される触媒反応を示す。(D)は、多基質体の担体粒子への固定化を示す。(E)は、担体粒子に固定された多基質体に、さらに多基質体が結合した状態を示す。 実施例２の結果を示すグラフである。 実施例３において撮像した顕微鏡画像である。 実施例３において撮像した顕微鏡画像(HBs抗原濃度0.25 IU/mL)の拡大図である。 実施例４の結果を示すグラフである。 比較例１の結果を示すグラフである。 ブランク磁性粒子の蛍光強度分布を示すグラフである。 HRPポリマー(400量体)を結合させた磁性粒子の蛍光強度分布を示すグラフである。 ブランク磁性粒子および各種の重合度のHRPポリマーを結合させた磁性粒子における陽性ビーズの平均蛍光強度を示すグラフである。 陽性粒子の割合とHRPポリマーの重合度との関係を示すグラフである。 実施例６において撮像した顕微鏡画像(HBs抗原濃度０、0.00025、0.0025および0.025 IU/mL)である。 陽性粒子の割合とHBs抗原濃度との関係を示すグラフである。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 陽性粒子の割合と担体粒子の濃度との関係を示すグラフである。 蛍光粒子を固定した担体粒子の蛍光強度分布を示すグラフ(HBs抗原濃度０、および0.025 IU/mL)である。 陽性粒子の割合とHBs抗原濃度との関係を示すグラフである。 平均粒子径が160 nmの蛍光粒子を固定した担体粒子の蛍光強度分布を示すグラフである。 平均粒子径が200 nmの蛍光粒子を固定した担体粒子の蛍光強度分布を示すグラフである。 平均粒子径が300 nmの蛍光粒子を固定した担体粒子の蛍光強度分布を示すグラフである。 平均粒子径が400 nmの蛍光粒子を固定した担体粒子の蛍光強度分布を示すグラフである。 平均粒子径が500 nmの蛍光粒子を固定した担体粒子の蛍光強度分布を示すグラフである。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 本実施形態の試薬キットの一例を示す概略図である。 実施例１２の結果を示すグラフである。 IL-6濃度と、平均粒子径2.8μmの集団に含まれる粒子数に対する陽性粒子の割合(％)との相関を示すグラフである。 HBs抗原濃度と、平均粒子径4.5μmの集団に含まれる粒子数に対する陽性粒子数の割合(％)との相関を示すグラフである。 エクソソーム濃度と陽性粒子の割合(％)との相関を示すグラフである。
本実施形態の方法に適用される試料は特に限定されない。たとえば、血液、リンパ液などの生体試料、尿、便などの排泄物、河川水、海水、土壌などの環境サンプルなどが例示される。
本実施形態の検出は溶液中で行われることが好ましいので、試料が液状ではない場合、適宜前処理を行うことにより、液状としておくことが好ましい。ここで、「液状」の試料とは、溶質が完全に溶媒に溶解した溶液に限られず、細胞などの微細な固形物が懸濁した懸濁液、ゾルなども含む。前処理の方法は、被検物質の種類によって適宜公知の方法が選択される。たとえば、試料が生体から摘出した固形組織である場合、界面活性剤を含む前処理液中で固形組織をホモジナイズし、遠心分離等で破砕物を分離・除去する等の前処理を行うことができる。この場合、遠心分離後の上清を後の工程に適用することができる。
液状の試料に対して前処理を行ってもよい。公知の方法によって特定の成分を抽出、精製することにより、夾雑物を除去することができ、より高い精度で被検物質の検出を行うことができる。たとえば、血液を前処理して血清や血漿の状態とし、これを後述の検出に用いることができる。
被検物質の種類は、被検物質に対する後述の捕捉物質が存在するか、または、そのような捕捉物質を製造できるかぎり、特に限定されない。後述の捕捉物質が抗体である場合は、抗原性を有する物質であればいかなる物質であっても検出対象となり得る。たとえば、抗体、タンパク質、核酸、生理活性物質、ベシクル、細菌、ウイルス、ポリペプチド、ハプテン、治療薬剤、治療薬剤の代謝物などが挙げられるが、特に限定されない。抗体も抗原になり得る。ここで、ポリペプチドは、アミノ酸残基数の多いタンパク質だけでなく、一般的にペプチドと呼ばれるアミノ酸残基数の少ないポリペプチドも含む。多糖類には、細胞またはタンパク質の表面に存在する糖鎖、および、細菌の外膜成分であるリポ多糖も含む。生理活性物質としては、たとえば、細胞増殖因子、分化誘導因子、細胞接着因子、酵素、サイトカイン、ホルモン、糖鎖、脂質などが挙げられるが、特に限定されない。ベシクルは、膜で構成された小胞であれば特に限定されない。ベシクルは、内部に液相を含んでいてもよい。ベシクルとしては、たとえば、エクソソーム、マイクロベシクル、アポトーシス小体などの細胞外小胞や、リポソームなどの人工のベシクルなどが挙げられる。
［複合体の形成］
本実施形態においては、試料中の被検物質の検出に際して、担体粒子上に被検物質を一分子含む複合体が形成される。この複合体は、担体粒子上に固定された第一捕捉物質、第一捕捉物質に捕捉された被検物質、被検物質を捕捉する第二捕捉物質および触媒を含む。この複合体形成によって、被検物質一分子が担体粒子上に固定される。以下、被検物質を捕捉した担体粒子を「陽性粒子」とも呼び、被検物質を捕捉しなかった担体粒子を「陰性粒子」とも呼ぶ。
本明細書において、「固定する」とは、担体粒子と直接的にまたは間接的に物質が捕捉されることをいう。物質が何らかの結合態様で直接担体粒子に捕捉されること、および担体粒子上に固定された別の物質を介して間接的に固定されることを含む。たとえば、担体粒子にアビジンまたはストレプトアビジン(以下、「アビジン類」ともいう)を結合させ、ビオチンで標識した抗体を担体粒子に結合させた場合、このビオチン標識抗体は担体粒子に間接的に固定されていることとなる。さらにこのビオチン標識抗体に結合した抗原も、担体粒子に間接的に固定されていることとなる。アビジン類とビオチンとの結合の他に、当業界で公知のリンカーを介して物質を固定することも考えられる。
第一捕捉物質および第二捕捉物質、並びに後述の第三捕捉物質および第四捕捉物質(以下、これらをまとめて「捕捉物質」ともいう)は、被検物質と特異的に結合する物質であれば特に限定されない。捕捉物質と被検物質との結合は、被検物質の種類によって様々な態様が考えられる。たとえば、抗原抗体反応を利用した結合、核酸の相補鎖形成を利用した結合、受容体とリガンドの結合などが考えられる。したがって、捕捉物質は、抗体、抗原、オリゴヌクレオチドプローブ、受容体、受容体に結合するリガンド、アプタマーなど、被検物質の種類によって適宜選択することができる。捕捉物質および被検物質が核酸である場合、捕捉物質は一本鎖の核酸であることが好ましい。
第一捕捉物質と第二捕捉物質とは、被検物質の異なる位置に結合することが好ましい。同じ位置に結合すると、第一捕捉物質の結合と第二捕捉物質の結合とが競合し、第一捕捉物質と第二捕捉物質の両方が結合できない可能性があるからである。たとえば、捕捉物質が抗体であり、被検物質が抗原である場合、第一捕捉物質が結合する被検物質のエピトープと、第二捕捉物質が結合する被検物質のエピトープとは異なっていることが好ましい。捕捉物質と被検物質が核酸である場合、第一捕捉物質が結合する被検物質の塩基配列と、第二捕捉物質が結合する被検物質の塩基配列とは異なっていることが好ましい。第一捕捉物質と第二捕捉物質とは同種の物質であってもよく、別種の物質であってもよい。同種の物質である例としては、捕捉物質が何れも抗体である場合が挙げられる。別種の物質である例としては、第一捕捉物質がアプタマーであり、第二捕捉物質が抗体である場合が挙げられる。なお、ここで述べた第一捕捉物質と第二捕捉物質との関係は、後述の第三捕捉物質および第四捕捉物質にも同様に当てはまる。
本明細書において、「抗体」は、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体、FabやF(ab')2など抗体の断片を含む。捕捉物質としての「核酸」は、DNAやRNAだけでなく、Peptide Nucleic Acid (PNA)、Locked Nucleic Acid(LNA)、Bridged Nucleic Acid(BNA)などの人工核酸も含む。あるいはこれらのうち複数種類を含む核酸であってもよい。
触媒の種類は限定されないが、後述の基質の種類を考慮して選択される。触媒は酵素であることが好ましい。酵素としては、ペルオキシダーゼ、アルカリフォスファターゼ(ALP)、グルコシダーゼ、ポリフェノールオキシダーゼなどが例示される。ペルオキシダーゼとしては、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)が好適に用いられる。グルコシダーゼとしては、βグルコシダーゼが好適に用いられる。
触媒は、モノマーであってもよいし、複数分子が重合したポリマーであってもよい。モノマーおよびポリマーのいずれの触媒を用いるかは、後述の標識として用いられる物質に応じて、特に該物質により生じるシグナルの強度に応じて決定すればよい。触媒がポリマーであれば、１つの複合体に多数の触媒が含まれることになる。１つの複合体でより多くの反応産物を生成することができるので、担体粒子から生じるシグナルが増幅される。ポリマーに含まれるモノマー数(以下、「重合度」ともいう)は、特に限定されない。たとえば、ポリマーの重合度が、２以上かつ数百以下、好ましくは50以上かつ400以下である触媒を用いることができる。
触媒は予め第二捕捉物質に結合させておいてもよいし、第二捕捉物質と被検物質との混合時に、第二捕捉物質に結合させてもよい。たとえば、第二捕捉物質をビオチンで修飾しておき、触媒にアビジン類を結合させておけば、第二捕捉物質と被検物質との混合時に触媒が第二捕捉物質と結合する。
本実施形態では、粒子径の小さい担体粒子を用いることが好ましい。その理由は、次のとおりである。本実施形態の方法では、後述の触媒と基質との反応によって、反応産物が担体粒子に固定される。ここで、担体粒子の粒子径が大きい場合、担体粒子の表面積に対して、反応産物が結合した領域の面積の割合は小さくなる。そうすると、粒子を観察する方向や後述の標識からのシグナルの大きさなどによっては、陽性粒子を陰性粒子と誤認する可能性がある。一方、担体粒子の粒子径が小さい場合、粒子の表面積が小さくなるので、反応産物の結合した領域の面積の割合が高くなる。よって、陽性粒子を陰性粒子と誤認する可能性を低減することができる。
本実施形態では、平均粒子径が100μm以下の担体粒子を用いることが好ましい。より好ましくは、平均粒子径が90μm以下、80μm以下、70μm以下、60μm以下、50μm以下または40μm以下である。特に好ましくは、平均粒子径が30μm以下、25μm以下、20μm以下、15μm以下、10μm以下、５μm以下、４μm以下または３μm以下である。後述の検出方法の検出限界や実験操作における扱いやすさの観点から、平均粒子径は100 nm以上が好ましく、200 nm以上がより好ましい。担体粒子の平均粒子径は、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定装置により測定される体積基準のメジアン径である。このような粒度分布測定装置としては、日機装株式会社製「マイクロトラックMT3000II」等が挙げられる。本明細書において、「粒子径」とは、直径を意味する。
担体粒子の材質は、特に限定されない。金属製粒子、樹脂製粒子、シリカ粒子などが用いられ得る。金属製粒子の具体例としては、金、銀、銅、鉄、アルミ、ニッケル、マンガン、チタン、これらの酸化物などが例示される。また、これらの合金であってもよい。樹脂製粒子の具体例としては、ポリスチレン粒子、ラテックス粒子などが例示される。担体粒子は磁性を帯びた粒子であってもよい(以下、「磁性粒子」ともいう)。
担体粒子の表面は、ブロッキング剤で処理されていることが好ましい。ブロッキング剤での処理により、試料や試薬に含まれる物質が非特異的に担体粒子表面に吸着することが抑制される。ブロッキング剤としては、アルブミン、カゼイン、スキムミルクなど公知の物質を用いることができる。
担体粒子の形状は特に限定されない。上述のような小さい粒径を有する粒子の製造方法として当業界で一般的に用いられている方法によると球体に近い形状となるが、正確な球体である必要はない。直方体、立方体、三角錐に近い形状であってもよい。
複合体は、被検物質を含む試料と、複数の担体粒子を含む試薬(以下、「担体粒子試薬」ともいう)と、第一捕捉物質と、第二捕捉物質と、触媒とを混合することによって形成することができる。混合の順序は特に限定されない。
担体粒子試薬は、液状試薬であることが好ましい。水や緩衝液などの水性溶媒中に、担体粒子を分散または懸濁させたものであり得る。溶媒の成分は、複合体形成や触媒反応を実質的に阻害しない成分であれば特に限定されない。
酵素反応時の担体粒子濃度(担体粒子個数／酵素反応液の体積)は、好ましくは5×104個／mL以上かつ5×109個／mL未満であり、より好ましくは5×104個／mL以上かつ1×109個／mL以下であり、特に好ましくは1×105個／mL以上かつ1×108個／mL以下である。ここで、担体粒子濃度は、担体粒子間の平均距離に関係する。たとえば、基質として後述のチラミドを用いる場合は、ラジカル化チラミドの拡散距離が数十nmと推定される。よって、酵素反応時の担体粒子間の平均距離は、ラジカル化チラミドの拡散距離の100倍以上、好ましくは1000倍以上、より好ましくは10000倍以上の距離としてもよい。すなわち、担体粒子間の平均距離は、３μm以上、好ましくは30μm以上、より好ましくは300μm以上である。理論上、担体粒子間の平均距離が３μm以上である場合、ラジカル化チラミドが、そのラジカル化チラミドの生成に関与していない担体粒子まで到達しない。
担体粒子の濃度と担体粒子間の距離との関係について、以下の表１に基づいて説明する。デジタル検出法では、通常、5×104個以上かつ1×107個以下の担体粒子が用いられる。また、デジタル検出法での反応液の量は、通常、１μL以上かつ1000μL以下である。担体粒子の数および反応液の量から、担体粒子が均一に分散した場合の担体粒子間の距離を算出すると、たとえば、表１に示すとおりとなる。表１に示されるように、担体粒子間の距離が３μm以上となる担体粒子濃度の最大値は、1×109個／mLであると推定される。
本実施形態では、被検物質の分子数に対して過剰量の担体粒子を混合するので、理論上、担体粒子一個につき、被検物質一分子が捕捉されることとなる。担体粒子への被検物質の捕捉はポアソン分布に従って生じると考えられる。これに基づくと、反応系に添加する担体粒子の個数は、予想される被検物質の分子数の10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。一方、担体粒子数が多すぎると検出に時間を要する。この観点から、担体粒子数は被検物質の分子数の108倍以下とすることができる。
［触媒と基質との反応］
担体粒子上に複合体を形成した後、複合体中の触媒に基質を反応させる。この反応は、複合体が固定された担体粒子と基質とを含む溶液中で実行されることが好ましい。これにより、この複合体中の触媒と基質との反応を、担体粒子が溶液中に分散した状態で行うことができる。担体粒子を分散させることにより、担体粒子間の距離が保たれる。よって、反応産物は、その反応産物を生成した触媒を固定していない担体粒子には固定されるが、他の担体粒子、すなわちその反応産物を生成した触媒を固定していない担体粒子には実質的に固定されないこととなる。すなわち、本実施形態の方法では、反応産物を担体粒子に固定する工程において、各々の担体粒子は区画化されていない。これにより、区画化を行わずに被検物質一分子をデジタル検出することが可能となる。反応産物がラジカル化チラミドの場合、担体粒子を分散させることにより、担体粒子間の距離が少なくとも３μmを保つことが好ましい。上述のとおり、３μmという距離は、ラジカル化チラミドの飛散距離の約100倍であり、十分に離れた距離である。したがって、担体粒子間の距離が３μm以上であれば、ラジカル化チラミドは、実質的にそれを生成した触媒(HRP)を固定している担体粒子にのみ固定されることとなる。
担体粒子が溶液中に沈殿する粒子である場合、触媒と基質とを反応させている間、溶液中の担体粒子を分散させることが好ましい。担体粒子を分散させる手段は特に限定されないが、たとえば、攪拌、振盪、転倒混和などが挙げられる。
基質は、標識を有することが好ましい(以下、標識を有する基質を「標識基質」ともいう)。この場合、触媒反応により、標識を有する反応産物が生成される。標識を有さない基質を用いる場合、触媒反応の後、反応産物に標識を付加することもできる。たとえば、まずアビジン類を有する基質と触媒とを反応させて、アビジン類を有する反応産物を生成させる。次に、このアビジン類を有する反応産物にビオチンを有する標識物質を結合させる。アビジン類を有する基質に代えてビオチンを有する基質を用い、ビオチンを有する標識に代えてアビジン類を有する標識を用いても同様である。このように、反応産物の生成後に、反応産物に標識を固定することもできる。
基質の種類は、触媒の種類による。触媒としてHRPを用いる場合は、基質としてチラミドを用いることができる。チラミドとは、アミノ基を有するp-フェノール誘導体であり、過酸化水素の存在下においてHRPの触媒作用によりラジカル化される。ここで、ラジカルとは、不対電子を有する化合物をいう。ラジカルは反応性が高いので、近傍にある他の物質と直ちに反応し安定な状態となる。HRPによって生成されたラジカル化チラミドは、近傍の芳香族化合物と非特異的に結合する。この芳香族化合物は、たとえば担体粒子に固定されたブロッキング剤、第一捕捉物質、被検物質、第二捕捉物質および触媒に含まれるチロシン残基やトリプトファン残基である。上記のとおり、ラジカル化チラミドのラジカルは寿命が短いので、実質的に、そのラジカル化チラミドを生成したHRPを固定している担体粒子にのみ固定されることとなり、他の担体粒子には結合しない。これにより、被検物質が捕捉されている担体粒子にはチラミドが多数固定される。触媒反応の前にチラミドに標識を付加しておくか、触媒反応の後担体粒子に固定されたチラミドに標識を結合させることにより、この担体粒子に多数の標識を固定することができる。一方、被検物質が捕捉されていない場合は、HRPも捕捉されていないので、実質的に、ラジカル化チラミドは生成されず、標識の固定化も生じない。なお、触媒としてHRPを用い、基質としてチラミドを用いる場合、触媒反応の産物としてラジカル化チラミドが生成する。このラジカル化チラミドは、近傍の芳香族化合物に結合し、不対電子を失ってチラミドとなる。ここで、「反応産物」は、触媒反応後に生成したラジカル化チラミドだけでなく、触媒反応および芳香族化合物への結合後に不対電子を失ったチラミドをも含む。
触媒としてALPを用いる場合、基質としてFast redなどの色原体を用いることができる。Fast redはALPと反応してリン酸基が離脱するとナフトールと結合できるようになり、赤褐色を呈する。また、蛍光も生じる。この場合、ナフトールは、担体粒子に直接的にまたは間接的に担体粒子に固定しておく。これにより、リン酸基が離脱したFast redは、ナフトールを介して担体粒子に固定される。
触媒としてβグルコシダーゼやポリフェノールオキシダーゼを用いる場合、基質としてオレウロペインを用いることができる。オレウロペインは、酵素反応によってセコイリドイド配糖体部分がグルタルアルデヒド様構造となる。反応産物は化合物内に複数のアルデヒド基を有することとなる。アルデヒド基は一級アミンと強い反応性を有する。この反応はKonno et al., Proceedings of National Academy of Science, 96, 9154-64 (1999)に記載されている。反応産物のアルデヒド基が担体粒子に固定されたアミノ酸残基の一級アミンと結合することにより、反応産物は担体粒子に固定される。担体粒子との結合に用いられなかったアルデヒドに、一級アミンを有する標識を結合させることにより、担体粒子に標識を固定することができる。
標識は、検出可能なシグナルを発生する物質であれば特に限定されない。検出可能なシグナルは、光学的なシグナルであることが好ましい。たとえば、反応液から生じる光の強度や波長の変化をシグナルとすることができる。具体的には、蛍光、発色、発光など、当業界においてよく用いられるシグナルが例示される。シグナルを発生する物質の例としては、蛍光物質、発光物質、発色物質などが例示される。
標識として蛍光物質を用いる場合、蛍光強度の観点から、蛍光物質は、芳香族π共役系ポリマー構造を含むことが好ましい。ここで、芳香族π共役系ポリマー構造は、芳香環を主鎖とするπ共役系で構成されるポリマー構造を意図する。そのようなポリマー構造については、米国特許第８１５８４４４号明細書および米国特許第８５７５３０３号明細書に記載されている。芳香族π共役系ポリマー構造を含む蛍光物質では、励起光によって該ポリマー構造部分が励起されると、フォルスター(または蛍光)共鳴エネルギー移動(FRET)により、励起エネルギーが該ポリマー構造から蛍光物質へ移動する。これにより、該蛍光物質が間接的に励起されて蛍光が生じる。このときに生じる蛍光の強度は、該蛍光物質を単独で直接励起する場合よりも増幅されることが知られている。すなわち、芳香族π共役系ポリマー構造は、励起光を集めるための分子アンテナの役割を果たす。
蛍光物質は特に限定されず、分子生物学、免疫学などの技術分野において用いられる公知の蛍光色素から選択してよい。蛍光色素としては、たとえば、フルオレセイン、ローダミン、テキサスレッド、テトラメチルローダミン、カルボキシローダミン、フィコエリスリン、６-FAM(商標)、Cy(登録商標)3、Cy(登録商標)5、Alexa Fluor(登録商標)のシリーズなどが挙げられる。
好ましくは、芳香族π共役系ポリマー構造を含む蛍光物質は、下記の式(I)で表される。
(式中、
R1は、それぞれ独立して、-(CH2)x(OCH2CH2)y、-(CH2)x(OCH2CH2)yOCH3、-(CH2CH2O)y(CH2)x、ω-アンモニウムアルキル塩、ω-アンモニウムアルコキシ塩、ω-スルホネートアルキル塩またはω-スルホネートアルコキシ塩であり、
R2は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ、アルコキシ、シアノ、-(CH2)x(OCH2CH2)y、-(CH2)x(OCH2CH2)yOCH3、-(CH2CH2O)y(CH2)x、ω-アンモニウムアルキル塩、ω-アンモニウムアルコキシ塩、ω-スルホネートアルキル塩またはω-スルホネートアルコキシ塩であり、
R3は、-(CH2)a-または-(CH2CH2O)b(CH2)c-であり、
L1は、蛍光物質であり、
mおよびnは、同一または異なって、１以上10000以下の整数、好ましくは１以上5000以下の整数、より好ましくは１以上1000以下の整数であり、
xは、それぞれ独立して、０以上20以下の整数、好ましくは０以上10以下の整数であり、
yは、それぞれ独立して、１以上50以下の整数、好ましくは１以上24以下の整数であり、
aは、それぞれ独立して、１以上20以下の整数、好ましくは１以上10以下の整数であり、
bは、それぞれ独立して、１以上50以下の整数、好ましくは１以上24以下の整数であり、
cは、それぞれ独立して、０以上20以下の整数、好ましくは０以上10以下の整数である。)
本明細書において、「アルキル」は、非置換または少なくとも１つの位置で置換されてもよい、炭素数１〜24の直鎖状、分枝状または環状の飽和炭化水素基を指し、多環式化合物を含む。アルキル基の例としては、非置換または置換されたメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、n-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-デシル、ヘキシルオクチル、テトラデシル、ヘキサデシル、エイコシル、テトラコシルなど、ならびにシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、アダマンチル、およびノルボルニルなどのシクロアルキル基が挙げられる。「低級アルキル」とは、炭素数が１以上６以下、好ましくは１以上４以下であるアルキル基を示す。置換されたアルキル基における置換基としては、たとえば、ヒドロキシル、シアノ、アルコキシ、=Ｏ、=Ｓ、-NO2、-SH、ハロゲン、ハロアルキル、ヘテロアルキル、カルボキシアルキル、アミン、アミド、およびチオエーテル挙げられる。
「アルコキシ」は、「-Ｏ-アルキル」基を示し、アルキルは上記に定義したとおりである。「低級アルコキシ」基とは、炭素数が１以上６以下、好ましくは１以上４以下であるアルコキシ基を意図する。
「ハロゲン原子」は、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素を表す。好ましくは、ハロゲン原子は、フッ素である。
芳香族π共役系ポリマー構造を有する蛍光物質は市販されており、たとえば、Brilliant Violet(商標)(Sirigen社)のシリーズが入手可能である。中でも、Brilliant Violet(商標)421が特に好ましい。
反応産物の担体粒子への結合は、触媒と基質との反応直後から開始される。反応系に添加された過剰量の基質は触媒により反応産物と化し、担体粒子に蓄積する。これによって、被検物質が一分子しか固定されていなくとも、多量の反応産物が担体粒子に固定されることとなり、検出感度が向上する。
本実施形態では、標識の一種として検出用粒子を用いてもよい。検出用粒子を担体粒子に固定することによっても、後述のように担体粒子の光学的性質を変化させることができる。よって、本実施形態の方法では、複合体が形成された担体粒子に、検出用粒子をさらに固定してもよい。好ましくは、反応産物が固定された担体粒子に、該反応産物を介して検出用粒子が固定されることが好ましい。具体的には、検出用粒子をあらかじめ結合させた基質と、触媒とを反応させることにより、担体粒子に検出用粒子を固定してもよい。あるいは、触媒と基質との反応後、担体粒子に固定された反応産物に検出用粒子を結合させてもよい。たとえば、まずビオチンを有する基質と触媒とを反応させて、ビオチンを有する反応産物を担体粒子に固定させる。次に、このビオチンを有する反応産物に、アビジン類を有する検出用粒子を結合させる。ビオチンを有する基質に代えてアビジン類を有する基質を用い、アビジン類を有する検出用粒子に代えてビオチンを有する検出用粒子を用いても同様である。このようにして、担体粒子に検出用粒子を固定できる。この実施形態では、反応産物を介して検出用粒子が固定された担体粒子を検出することにより、被検物質を検出できる。
検出用粒子の材質は特に限定されず、担体粒子と同様に、金属およびその化合物、樹脂、シリカなどで作製された粒子を用いることができる。検出用粒子は、蛍光物質、発光物質などの検出可能なシグナルを発する物質を含む粒子であってもよい。そのような検出用粒子としては、蛍光物質を含む粒子(以下、「蛍光粒子」ともいう)が好ましい。蛍光粒子自体は当業界において公知である。たとえば、Estapor(登録商標) Fluorescent Microspheres (Merck社)のシリーズなどが一般に入手可能である。蛍光粒子は、蛍光色素に比べて、サイズが大きく、発生するシグナル(たとえば蛍光の強度)も大きい。したがって、検出用粒子として蛍光粒子を用いれば、被検物質の検出精度が向上する。
検出用粒子の平均粒子径は、担体粒子の平均粒子径の５％以上であることが好ましく、10％以上であることがより好ましい。たとえば、担体粒子の平均粒子径が１μmであるとき、検出用粒子の平均粒子径は50 nm以上が好ましく、100 nm以上がより好ましい。検出用粒子の粒子径が大きいほど、陽性粒子と陰性粒子との区別がより明確になる傾向がある。しかし、検出用粒子の粒子径が大き過ぎると、検出用粒子が担体粒子から脱離しやすくなる可能性がある。よって、検出用粒子の平均粒子径は、担体粒子の平均粒子径よりも小さい方が好ましい。
本実施形態では、基質として、支持体と複数の基質分子とを含む複合体(以下、「多基質体」ともいう)を用いてもよい。支持体は、複数の基質分子を、触媒と反応可能な状態で保持できる物質であればよい。基質分子の数は特に限定されず、支持体の種類、保持の態様などに応じて適宜決定できる。
多基質体としては、複数の基質分子が固定された支持体が用いられ得る。基質分子は、当業界で公知のリンカーを介して支持体に固定されていてもよいし、アビジン類とビオチンとの結合などを介して支持体に固定されていてもよい。たとえば、ビオチンを有する複数の基質分子と、複数のアビジン類を結合させた支持体とを反応させて、ビオチンとアビジン類との結合を介して複数の基質分子を支持体に固定してもよい。ビオチンを有する複数の基質分子に代えてアビジン類を有する複数の基質分子を用い、アビジン類を有する支持体に代えて複数のビオチンを有する支持体を用いても同様である。
本実施形態では、検出可能なシグナルを発生する支持体を用いてもよい。基質分子が上記の標識を有さない場合、支持体からのシグナルを検出することで陽性粒子を検出できる。基質分子が標識を有する場合、支持体からのシグナルおよび標識からのシグナルのうち少なくとも一方を検出することで陽性粒子を検出できる。シグナルを発生する支持体は、蛍光物質または発光物質を含むことが好ましい。それらの中でも蛍光物質を含む支持体が特に好ましい。また、支持体自体が蛍光物質であってもよい。蛍光シグナルを発生する支持体としては、たとえば、上述の蛍光粒子、蛍光タンパク質、Qdot(登録商標)ナノクリスタル(invitrogen社)のシリーズなどが一般に入手可能である。なお、Qdot(登録商標)ナノクリスタルは、半導体物質(セレン又はテルルと混合したカドミウム)をコアとして含む粒子径10〜20 nmの蛍光物質である。
多基質体の基質分子の種類は、上述のように触媒の種類による。多基質体に含まれる基質分子は１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。シグナルを発生しない支持体を用いる場合、基質分子は上記の標識を有していることが好ましい。触媒がHRPである場合、基質分子としてはチラミドが好ましい。複数のチラミドを有する多基質体は、後述のように、反応産物であるラジカル化チラミドが結合する足場を多数提供できる。よって、一分子の基質を用いる場合よりも強いシグナルが得られる。
図１に示されるように、基質として一分子のチラミドを用いた場合、触媒との反応により生じたラジカル化チラミドは、担体粒子上のブロッキング剤、第一捕捉物質、第二捕捉物質、被検物質および触媒と結合できる。これに対して、複数のチラミドを有する多基質体を用いた場合は、図３に示されるように、この多基質体自体にもラジカル化チラミドが結合できる。たとえば、多基質体の複数のチラミド分子のうち少なくとも一分子のチラミドが触媒によりラジカル化すると、担体粒子上の複合体または該担体粒子と反応して固定される。このとき、担体粒子上の複合体または該担体粒子に固定されなかったチラミド分子には、別の多基質体中のラジカル化チラミドが結合できる。これは、チラミド自体も芳香族化合物だからである。すなわち、多基質体を用いることで、ラジカル化チラミドが反応する部位を増やすことができる。よって、多基質体を用いれば、一分子のチラミドを用いる場合よりも多くの反応産物を担体粒子上に固定できる。このとき、チラミドが標識を有するか、または支持体がシグナル発生物質を有する場合、より強いシグナルが発生する。
［検出］
本明細書において、「検出」とは、定性的な検出、定量的な検出および半定量的な検出を含む。「半定量的な検出」とは、「陰性」、「弱陽性」、「陽性」、「強陽性」などといったように、試料中の被検物質の含有量(あるいは濃度)を段階的に示すことをいう。
上述のとおり、標識が担体粒子に結合すると担体粒子の光学的性質が変化する。光学的性質とは、たとえば、担体粒子が発する光の波長である。本実施形態では、標識として、蛍光物質、発光物質などが用いられるので、光学的性質は特定の波長の蛍光、発光などとなる。検出工程においては、担体粒子の光学的情報を検出することにより、被検物質が検出される。光学的情報としては、担体粒子が発する特定の波長の光の強さを用いることができる。たとえば、後述のフローサイトメーターによる検出の場合は、検出された光の信号のピーク値、積分値などを光の強さとして用いることができる。本実施形態では、標識として、蛍光物質、発光物質などが用いられるので、光学的情報は蛍光強度、発光強度などとなる。
検出用粒子が担体粒子に結合したときも、担体粒子の光学的性質は変化する。たとえば、光学的性質は、担体粒子に光を照射したときに生じる光の散乱である。検出用粒子が担体粒子に固定されることにより全体のサイズおよび表面積が大きくなるので、担体粒子への光照射で生じる散乱光が変化する。この場合、光学的情報は散乱光強度である。検出用粒子が蛍光物質、発光物質などを含む粒子である場合、光学的性質は特定の波長の蛍光、発光などであってもよい。この場合、光学的情報は蛍光強度、発光強度などである。このように、検出用粒子が固定された担体粒子の光学的情報を検出することにより、被検物質が検出される。
担体粒子の検出方法は、担体粒子を一個ずつ検出できる方法であれば特に限定されない。たとえば、顕微鏡、フローサイトメーター、イメージセンサーなどを用いて検出することができる。
イメージセンサーとは、入射光を電気信号に変換する半導体素子を備え、レンズなどの光学系を用いない検出系である。イメージセンサーとしては、CMOSイメージセンサーやCCDイメージセンサーなどが例示される。
フローサイトメーターとは、担体粒子などの微細な粒子を計数することのできる装置のことをいう。フローサイトメーターは、細い管を有するフローセルと、検出部とを備える。担体粒子を含む懸濁液をフローセルに導入し、フローセル中を通過する個々の担体粒子を検出部により検出する。検出部は、たとえばフローセルを通過する担体粒子に光を照射する光源と、担体粒子に光が照射されることによって生じる蛍光や散乱光などの光学的情報を検出する受光素子を含む。さらなる実施形態では、検出部はフローセルを通過する個々の担体粒子の写真を撮影する。撮像の機能を有するフローサイトメーターは、イメージングフローサイトメーターと呼ばれる。イメージングフローサイトメーターにより蛍光像を撮像する場合は、検出部は担体粒子に励起光を照射する光源を備える。
顕微鏡やイメージセンサーを用いる場合は、視野を撮像し、撮像したデータを用いて個々の担体粒子を検出することができる。撮像時の担体粒子は、静止していてもよいし、流動していてもよい。
フローサイトメーターを用いる場合は、担体粒子をフローセルに導入し、フローセルを通過する個々の担体粒子から生じる蛍光や散乱光などの光学的情報が検出され得る。また、個々の担体粒子がフローセルを通過する際に生じる電気抵抗などの電気的情報を検出してもよい。イメージングフローサイトメーターを用いる場合は、フローセルを通過する個々の担体粒子を撮像し、撮像したデータを用いて個々の担体粒子を検出することができる。
検出においては、シグナル、すなわち各担体粒子の光学的情報を測定し、その測定値と予め設定された所定の閾値と比較してもよい。比較の結果、測定値が所定の閾値以上である担体粒子を陽性粒子として検出することが好ましい。担体粒子の材質によっては、担体粒子自体がバックグラウンドシグナルを有している場合などが考えられるからである。たとえば、蛍光を検出する場合は担体粒子自体が自家蛍光を有していることがあるので、上記の比較工程を行うことが好適である。
上記の所定の閾値は、陽性粒子と陰性粒子を精度よく分別できる値であれば特に限定されない。たとえば、複数の陽性粒子のシグナルと複数の陰性粒子のシグナルとを測定し、陽性粒子と陰性粒子を最も精度よく分別できる値に設定することができる。偽陰性を抑制するために、複数の陽性粒子のシグナルの最小値を所定の閾値としてもよい。偽陽性を抑制するために、複数の陰性粒子のシグナルの最大値を所定の閾値としてもよい。
標識として蛍光物質を用いる場合は、蛍光顕微鏡が用いられ得る。蛍光顕微鏡により視野を撮像し、撮像したデータを解析して個々の担体粒子から生じる蛍光強度を測定し、蛍光強度が所定の閾値以上の担体粒子を陽性粒子として検出することができる。フローサイトメーターを用いる場合は、まず担体粒子を汎用のフローサイトメーターに流す。標識として蛍光物質を用いる場合は、フローサイトメーターの光源から個々の担体粒子に励起光を照射し、受光素子で蛍光信号を受信し、蛍光信号の強度(たとえば、ピーク値)に基づき担体粒子を検出することができる。
上記の検出方法により、陽性粒子の個数が計数され得る。理論上、一個の陽性粒子には被検物質が一分子のみ固定されているので、陽性粒子の個数は被検物質の分子数と実質的に同じである。
なお、陽性粒子の個数の計数ではなく、陽性粒子のシグナルを生じている面積の総和を算出してもよい。シグナルとして蛍光を検出する場合、「陽性粒子の面積」は、陽性粒子の蛍光が生じている部分の面積であってもよい。この場合、陽性粒子の面積の総和は、ある一定の強度以上の蛍光を発する部分の面積の総和が算出され得る。「面積」は粒子の表面積であってもよいし、粒子を撮像して取得された二次元画像上の面積であってもよい。陽性粒子の面積の総和は被検物質の分子数と相関するため、当該総和に基づいて被検物質の定量を行うことができる。また、被検物質の定量に、陰性粒子の面積の総和と陽性粒子の面積の総和との比率や、全粒子の面積の総和と陽性粒子の面積の総和との比率などを用いることもできる。「陰性粒子の面積」および「全粒子の面積」は、粒子の表面積であってもよいし、粒子を撮像して取得された二次元画像上の面積であってもよい。発光を検出する場合も同様である。
検出に際しては、試料に添加した担体粒子の全てを検出に供してもよいし、試料に添加した担体粒子の一部を検出に供してもよい。たとえば、フローサイトメーターにより検出する場合は、反応に供した担体粒子のうちの一部をフローセルに導入し、検出に供することが考えられる。顕微鏡やイメージセンサーにより検出する場合は、一部の視野の撮像データに基づいて検出を行うことが考えられる。
検出に供した担体粒子(以下、「全担体粒子」ともいう)の個数を計数することが好ましい。たとえば、フローサイトメーターを用いると、蛍光、電気抵抗、散乱光などの情報に基づいて簡便に計数することができる。また、顕微鏡やイメージセンサーを用いる場合は、視野を撮像の上、画像処理により全担体粒子を計数することができる。後述のとおり、陰性粒子の個数を計数している場合は、陰性粒子数と陽性粒子数とを加算して全担体粒子数を算出してもよい。
さらに、陰性粒子の個数を算出してもよい。たとえば、上述の方法で計数した全担体粒子数から陽性粒子数を減算することで算出することができる。また、フローサイトメーターを用いる場合、シグナルが所定の閾値未満の担体粒子を陰性粒子として計数することができる。また、顕微鏡を用いる場合は、撮像の上、画像解析により陰性粒子数を計数することができる。
被検物質の濃度は、陽性粒子の個数に基づいて算出される。たとえば、陽性粒子の個数を試料に含まれる被検物質の分子数とし、濃度等を算出することができる。また、全担体粒子に占める陽性粒子の割合、陽性粒子と陰性粒子との比の値などを用いて算出することが挙げられる。好適には、既知濃度の被検物質を含む標準試料を用いて本実施形態の検出方法を実施し、校正曲線を作成し、この校正曲線に基づいて被検物質を定量する。
試料に添加した担体粒子の一部を検出に供する場合は、試料に添加した担体粒子のうち、どの程度を検出に供したかを考慮して、被検物質の分子数を算出することができる。たとえば、全担体粒子に占める陽性粒子の割合に、試料に添加した担体粒子数を乗じて得た値を用いて被検物質の分子数を算出することができる。
本実施形態の方法では、担体粒子の区画化は行われない。上述したとおり、区画化とは、担体粒子を空間的に隔離して各区画間で化合物の交換が行われない状態とすることである。区画化を行う従来のデジタル検出法の例としては、担体粒子を一個ずつウェルに収容し、各ウェルを疎水性溶媒で密封する方法が挙げられる(たとえば、米国特許出願公開第２０１３／３４５０８８号明細書参照)。また、別の例としては、油相中に複数の液滴を作製し、個々の液滴に担体粒子を一個ずつ封入する方法が挙げられる(たとえば、米国特許第８２３６５７４号明細書参照)。これらの方法によると、各区画では担体粒子一個と被検物質一分子を含む反応系が構築され、被検物質を含む区画の溶媒がシグナルを発生することとなる。シグナルを発生する区画の個数を計数し、計数結果に基づいて被検物質が定量される。これら従来の方法では、溶媒からシグナルが生じることとなるので、担体粒子を区画化しなければデジタル検出が不可能である。本実施形態の方法では、実質的には、標識を有する反応産物は、その反応産物を生成した触媒を固定した担体粒子にのみ固定され、被検物質を固定した担体粒子のみ光学的性質が変化する。実質的に溶媒からはシグナルは検出されない。したがって、区画化を行わずにデジタル検出を行うことができる。本実施形態の方法によると、区画化のための特殊な装置や器具が不要であり、検出操作を簡便化することができる。なお、本実施形態では、検出工程は、複数の担体粒子を含む溶液中で実行してもよい。この場合、各々の担体粒子は溶液中で区画化されていない。
ここで、捕捉物質として抗体(以下、「捕捉抗体」ともいう)、触媒としてHRP、標識基質として蛍光物質を標識したチラミド(以下、「蛍光チラミド」ともいう)を用い、被検物質として抗原を検出する場合の本実施形態の方法について、図１の模式図を用いて説明する。図１において、担体粒子は黒丸；抗体はY字型；抗原は白抜きの三角形；HRPは黒菱形；基質は白丸；蛍光物質は星型；ラジカルはアスタリスク(＊)で表す。
第一捕捉抗体を固定した複数の担体粒子と、抗原を含む試料と、HRPを標識した第二捕捉抗体とを混合する(図１(A))と、担体粒子上に抗原一分子と捕捉抗体とを含む複合体が形成される(図１(B))。次に、蛍光チラミドを混合する。過剰量添加された蛍光チラミドは、HRPによって次々にラジカル化される(図１(C))。ラジカル化蛍光チラミドは当該HRPを含む複合体、および当該複合体を固定した担体粒子に固定される。これにより、担体粒子に蛍光物質が多数固定される(図１(D)の陽性粒子)。このとき、ラジカルは近傍の物質とのみ反応するので、複合体を捕捉していない担体粒子には蛍光チラミドは固定されない(図１(D)の陰性粒子)。その後、担体粒子をフローサイトメーターに流し、担体粒子の蛍光強度が一個ずつ測定される。陽性粒子の個数が計数され、被検物質が定量される。
ビオチンを有するチラミド(以下、「ビオチン化チラミド」ともいう)と、アビジンを有する蛍光物質を用いる場合は、たとえば以下の工程により、本実施形態の方法を実施することができる。まず、第一捕捉抗体を固定した複数の担体粒子と、抗原を含む試料と、HRPを標識した第二捕捉抗体とを混合すると、担体粒子上に抗原一分子と捕捉抗体とを含む複合体が形成される。次に、ビオチン化チラミドを混合する。過剰量添加されたビオチン化チラミドは、HRPによって次々にラジカル化される。ラジカル化されたビオチン化チラミドは当該HRPを含む複合体、および当該複合体を固定した担体粒子に固定される。ビオチン化チラミドが固定された担体粒子と、アビジンを有する蛍光物質とを接触させることにより、担体粒子に蛍光物質が多数固定される。ラジカルは近傍の物質とのみ反応するので、複合体を捕捉していない担体にはビオチン化チラミドは固定されていない。よって、アビジンを有する蛍光物質も固定されない。その後、担体粒子をフローサイトメーターに流し、担体粒子の蛍光強度が一個ずつ測定される。陽性粒子の個数が計数され、被検物質が定量される。
さらなる実施形態として、捕捉物質として抗体、触媒としてHRP、基質としてビオチン化チラミド、検出用粒子としてアビジンを有する蛍光粒子を用い、被検物質として抗原を検出する場合について、図２の模式図を用いて説明する。図２において、担体粒子は黒丸；抗体はY字型；抗原は白抜きの三角形；HRPは黒菱形；基質は白丸；蛍光粒子は灰色の丸；ラジカルはアスタリスク(＊)で表す。
第一捕捉抗体を固定した複数の担体粒子と、抗原を含む試料と、HRPを標識した第二捕捉抗体とを混合する(図２(A))と、担体粒子上に抗原一分子と捕捉抗体とを含む複合体が形成される(図２(B))。次に、ビオチン化チラミドを混合する。過剰量添加されたビオチン化チラミドは、HRPによって次々にラジカル化される(図２(C))。ラジカル化されたビオチン化チラミドは、当該HRPを含む複合体、および当該複合体を固定した担体粒子に固定される。これにより、担体粒子にビオチン化チラミドが多数固定される(図２(D)の右の担体粒子)。このとき、ラジカルは近傍の物質とのみ反応するので、複合体を捕捉していない担体粒子にはビオチン化チラミドは固定されない(図２(D)の左の担体粒子)。ここに、アビジンを有する蛍光粒子を添加する(図２(D))と、ビオチンとアビジンとの結合を介して、ビオチン化チラミドが固定された担体粒子に、蛍光粒子がさらに固定される(図２(E)の陽性粒子)。その後、担体粒子をフローサイトメーターに流し、担体粒子の蛍光強度が一個ずつ測定される。陽性粒子の個数が計数され、被検物質が定量される。
上記の実施形態では、ビオチン化チラミドとアビジンを有する蛍光粒子とをあらかじめ結合させて、蛍光粒子が結合したチラミドを取得し、これを、複合体を固定した担体粒子と接触させてもよい。あるいは、複合体を固定した担体粒子に、ビオチン化チラミドとアビジンを有する蛍光粒子とを実質的に同時に添加してもよい。
さらなる実施形態として、捕捉物質として抗体、触媒としてHRP、基質として、蛍光物質を有する支持体に複数のチラミド分子を結合させた多基質体を用い、被検物質として抗原を検出する場合について、図３の模式図を用いて説明する。図３において、担体粒子は黒丸；抗体はY字型；抗原は白抜きの三角形；HRPは黒菱形；基質分子は白丸；支持体は白抜きの四角形；ラジカルはアスタリスク(＊)で表す。
第一捕捉抗体を固定した複数の担体粒子と、抗原を含む試料と、HRPを標識した第二捕捉抗体とを混合する(図３(A))と、担体粒子上に抗原一分子と捕捉抗体とを含む複合体が形成される(図３(B))。次に、複数のチラミドを含む多基質体を混合する。過剰量添加された多基質体中のチラミドは、HRPによって次々にラジカル化される(図３(C))。なお、図では、多基質体中の一分子のチラミドがラジカル化されているが、二分子以上のチラミドがラジカル化されてもよい。多基質体は、ラジカル化されたチラミドを介して、当該HRPを含む複合体、および当該複合体を固定した担体粒子に固定される。これにより、担体粒子に多基質体が多数固定される(図３(D)の右の担体粒子)。このとき、ラジカルは近傍の物質とのみ反応するので、複合体を捕捉していない担体粒子には多基質体は固定されない(図３(D)の左の担体粒子)。ここで、上記の複合体または担体粒子に固定された多基質体には、固定に寄与していないチラミド分子が存在する。チラミド自体も芳香族化合物であるので、固定に寄与していないチラミド分子には、別の多基質体に含まれるラジカル化チラミドが結合できる。上述のように、多基質体のチラミドはHRPによって次々にラジカル化されている。それゆえ、ラジカル化チラミドを含む別の多基質体が、担体粒子に固定された多基質体のチラミド分子にさらに固定される。このようにして、多基質体は、先に固定された別の多基質体のチラミド分子を足場として次々に結合できる(図３(E)の陽性粒子)。このとき、ラジカル化チラミドは近傍の物質とのみ反応するので、複合体を捕捉していない担体粒子には多基質体は固定されない(図３(E)の陰性粒子)。その後、担体粒子をフローサイトメーターに流し、担体粒子の蛍光強度が一個ずつ測定される。陽性粒子の個数が計数され、被検物質が定量される。
各工程の間に未反応の遊離成分の除去を行ってもよい。一般的には、この操作は、固相に固定された分子(B)と、固相に固定されていない遊離状態の分子(F)とを分離するので、B/F分離と呼ばれる。たとえば、担体粒子上に複合体を形成した後、標識基質と混合する前に未反応の第二捕捉物質を除去する目的で、B/F分離を行うことができる。さらに、標識基質と触媒との反応後、担体粒子の検出前に、未反応の標識基質を除去する目的で、B/F分離を行うことができる。B/F分離は、当技術分野においてよく用いられる方法により行うことができる。たとえば、担体粒子を遠心分離し、未反応の遊離成分を含む上清を除去することによりB/F分離を行うことができる。担体粒子が磁性を帯びている場合は、磁石によって担体粒子を集め(以下、「集磁」ともいう)、液体成分を除去することによりB/F分離を行うことができる。
本実施形態の方法によると、２種類以上の被検物質を検出することも可能である。これは一般的にマルチプレックス検出と呼ばれる。検出工程において、少なくとも２種類の被検物質を互いに区別して検出するために、第一捕捉物質および／または第二捕捉物質として、少なくとも２種類の被検物質のそれぞれに特異的に結合可能な捕捉物質が用いられる。一例として、第一被検物質と、この第一被検物質とは異なる種類の第二被検物質との２種類の被検物質を検出する場合について説明する。この場合、第一被検物質を捕捉する第一捕捉物質を固定した担体粒子(以下、「担体粒子Ａ」という)と、第二被検物質を捕捉する第三捕捉物質を固定した担体粒子(以下、「担体粒子Ｂ」という)とを用いることができる。担体粒子Ａに捕捉された第一被検物質には、第一被検物質を捕捉する第二捕捉物質を結合させて、担体粒子Ａ上に第一複合体を形成する。担体粒子Ｂに捕捉された第二被検物質には、第二被検物質を捕捉する第四捕捉物質を結合させて、担体粒子Ｂ上に第二複合体を形成する。２種類の被検物質を互いに区別して検出するためには、検出工程において、第一被検物質一分子を捕捉した担体粒子(以下、「陽性粒子Ａ」という)と、第二被検物質一分子を捕捉した担体粒子(以下、「陽性粒子Ｂ」という)とが互いに区別可能なシグナルを生じることが好ましい。陽性粒子Ａと陽性粒子Ｂとを互いに区別して検出する場合、陽性粒子Ａと陽性粒子Ｂとが互いに区別可能なシグナルを生じるよう、異なる種類の触媒および／または基質を用いてもよい。また、異なる種類の標識を用いてもよい。これにより、上記の互いに区別可能なシグナルが、触媒と基質との反応産物から生じ得る。具体的には、複合体の形成工程において、第一触媒を有する第二捕捉物質と、第一触媒とは異なる第二触媒を有する第四捕捉物質とを用いることができる。そして、固定工程において、基質として、第一触媒に対応する第一基質と、第二触媒に対応する第二基質とを用いる。ここで、異なる種類の標識として、互いに区別可能な波長の蛍光を発生できる蛍光色素を用いてもよい。たとえば、第一基質は第一蛍光色素を有し、第二基質は、第一蛍光色素とは区別可能な程度に異なる波長の蛍光を生じる第二蛍光色素を有してもよい。これにより、第一被検物質一分子を捕捉した担体粒子Ａに第一蛍光色素が固定され、第二被検物質一分子を捕捉した担体粒子Ｂに第二蛍光色素が固定される。そして、検出工程において、互いに区別可能なシグナルとして、担体粒子に固定された第一蛍光色素及び第二蛍光色素からの蛍光を検出できる。蛍光波長の差異により、第一被検物質一分子を捕捉した担体粒子Ａと、第二被検物質一分子を捕捉した担体粒子Ｂとを互いに区別して検出できる。本実施形態の方法は、上記の互いに区別可能なシグナルに基づいて、いずれの被検物質を検出したかを判定する工程をさらに含んでいてもよい。
異なる種類の標識として、同一の励起光を照射されたときに、互いに区別可能な程度に異なる強度の蛍光を発生できる蛍光色素を用いてもよい。この場合、各蛍光色素は、蛍光強度の差異によって互いを区別できるので、各蛍光色素は同一又は同程度の波長の蛍光を発生してもよい。上記の例においては、第一基質は第一蛍光色素を有し、第二基質は、第一蛍光色素とは区別可能な程度に異なる強度の蛍光を生じる第二蛍光色素を有してもよい。互いに区別可能なシグナルとして、担体粒子に固定された第一蛍光色素及び第二蛍光色素からの蛍光を検出できる。蛍光強度の差異により、第一被検物質一分子を捕捉した担体粒子Ａと、第二被検物質一分子を捕捉した担体粒子Ｂとを互いに区別して検出できる。
本実施形態では、互いに異なる平均粒子径の担体粒子を用いて、少なくとも２種類の被検物質を検出することもできる。平均粒子径は、光学的情報によって各平均粒子径の担体粒子の群を区別できる程度に異なっていることが好ましい。具体的には、平均粒子径が、互いに100 nm以上、好ましくは200 nm以上、より好ましくは500 nm以上異なる複数種類の担体粒子を用いることができる。担体粒子の種類の数は、被検物質の種類の数と同じであることが好ましい。たとえば、第一被検物質および第二被検物質を検出する場合、500 nmの平均粒子径を有する第一担体粒子と、１μmの平均粒子径を有する第二担体粒子とを用いることができる。ここで、第一担体粒子には、第一被検物質を捕捉する第一捕捉物質が固定され、第二担体粒子には、第二被検物質を捕捉する第三捕捉物質が固定されていることが好ましい。第一担体粒子と第二担体粒子とは、担体粒子の平均粒子径に基づくシグナルによって互いに区別可能である。たとえば、第一担体粒子と第二担体粒子のそれぞれに光を照射したとき、平均粒子径の差異により、第一担体粒子および第二担体粒子からは互いに異なる強度の散乱光が生じる。よって、散乱光強度に基づいて、第一担体粒子と第二担体粒子とを互いに区別して検出できる。そして、区別した第一担体粒子の群および第二担体粒子の群のそれぞれにおいて、反応産物が固定された担体粒子を検出することによって陰性粒子と陽性粒子とを区別できる。
また、互いに異なる材質の担体粒子を用いて、少なくとも２種類の被検物質を検出することもできる。たとえば、第一被検物質および第一被検物質の２種類を検出する場合、磁性を有する第一担体粒子と、磁性を有さない第二担体粒子とを用いることができる。この場合、第一担体粒子には、第一被検物質を捕捉する第一捕捉物質が固定され、第二担体粒子には、第二被検物質を捕捉する第三捕捉物質が固定されていることが好ましい。検出前に、磁石を用いて第一担体粒子と第二担体粒子とを分離することにより、第一担体粒子と第二担体粒子とを互いに区別して検出できる。そして、分離した第一担体粒子の群および第二担体粒子の群のそれぞれにおいて、反応産物が固定された担体粒子を検出することによって陰性粒子と陽性粒子とを区別できる。
被検物質が３種類以上であっても、上記と同様の原理により、それぞれの被検物質を互いに区別して検出することができる。
担体粒子、第一捕捉物質、第二捕捉物質、触媒および標識基質は、本実施形態の方法を実施するために、試薬キットとして提供され得る。担体粒子、第一捕捉物質、第二捕捉物質、触媒および標識基質は、それぞれ別々の容器に収容されていることが好ましい。触媒と標識基質は別々の容器に収容されなければならないが、その他については１つの容器に収容されていてもよい。上述したとおり、触媒と第二捕捉物質とを予め結合させておいてもよい。担体粒子と第一捕捉物質とを予め結合させておいてもよい。基質は、支持体と複数のチラミド分子とを含む標識基質であってもよい。標識は、チラミド分子が有していてもよいし、支持体が有していてもよい。
提供される試薬はいずれも液状試薬であることが好ましい。溶媒としては、水や当技術分野において広く用いられている緩衝液を用いることができる。たとえば、リン酸緩衝液、トリス緩衝液、トリエチルアミン緩衝液、MES緩衝液のような緩衝剤を用いることができる。
本実施形態では、上記の各種試薬を収容した容器を箱に梱包して、ユーザに提供してもよい。この箱には、試薬キットの添付文書を同梱していてもよい。この添付文書には、たとえば、試薬キットの構成、被検物質の検出プロトコールなどが記載されることが好ましい。本実施形態の試薬キットの一例を、図１２Ａに示す。図１２Ａにおいて、１０は、試薬キットを示し、１１は、担体粒子を収容した第１容器を示し、１２は、第一捕捉物質を収容した第２容器を示し、１３は、第二捕捉物質を収容した第３容器を示し、１４は、触媒を収容した第４容器を示し、１５は、標識基質を収容した第５容器を示し、１６は、添付文書を示し、１７は、梱包箱を示す。
さらなる実施形態の試薬キットの一例を、図１２Ｂに示す。図１２Ｂにおいて、２０は、試薬キットを示し、２１は、担体粒子、第一捕捉物質および第二捕捉物質を収容した第１容器を示し、２２は、触媒を収容した第２容器を示し、２３は、標識基質を収容した第３容器を示し、２４は、添付文書を示し、２５は、梱包箱を示す。
さらなる実施形態の試薬キットの一例を、図１２Ｃに示す。図１２Ｃにおいて、３０は、試薬キットを示し、３１は、担体粒子を収容した第１容器を示し、３２は、第一捕捉物質を収容した第２容器を示し、３３は、触媒を予め結合させた第二捕捉物質を収容した第３容器を示し、３４は、標識基質を収容した第４容器を示し、３５は、添付文書を示し、３６は、梱包箱を示す。
さらなる実施形態の試薬キットの一例を、図１２Ｄに示す。図１２Ｄにおいて、４０は、試薬キットを示し、４１は、第一捕捉物質を予め結合させた担体粒子を収容した第１容器を示し、４２は、第二捕捉物質を収容した第２容器を示し、４３は、触媒を収容した第３容器を示し、４４は、標識基質を収容した第４容器を示し、４５は、添付文書を示し、４６は、梱包箱を示す。
さらなる実施形態の試薬キットの一例を、図１２Ｅに示す。図１２Ｅにおいて、５０は、試薬キットを示し、５１は、第一捕捉物質を予め結合させた担体粒子を収容した第１容器を示し、５２は、触媒を予め結合させた第二捕捉物質を収容した第２容器を示し、５３は、標識基質を収容した第３容器を示し、５４は、添付文書を示し、５５は、梱包箱を示す。
本実施形態の試薬キットは、担体粒子、第一捕捉物質、第二捕捉物質、触媒および基質に加えて、検出用粒子を含んでいてもよい。この実施形態の試薬キットの一例を、図１７Ａに示す。図１７Ａにおいて、６０は、試薬キットを示し、６１は、担体粒子を収容した第１容器を示し、６２は、第一捕捉物質を収容した第２容器を示し、６３は、第二捕捉物質を収容した第３容器を示し、６４は、触媒を収容した第４容器を示し、６５は、基質を収容した第５容器を示し、６６は、検出用粒子を収容した第６容器を示し、６７は、添付文書を示し、６８は、梱包箱を示す。
さらなる実施形態の試薬キットの一例を、図１７Ｂに示す。図１７Ｂにおいて、７０は、試薬キットを示し、７１は、担体粒子、第一捕捉物質および第二捕捉物質を収容した第１容器を示し、７２は、触媒を収容した第２容器を示し、７３は、基質を収容した第３容器を示し、７４は、検出用粒子を収容した第４容器を示し、７５は、添付文書を示し、７６は、梱包箱を示す。
さらなる実施形態の試薬キットの一例を、図１７Ｃに示す。図１７Ｃにおいて、８０は、試薬キットを示し、８１は、担体粒子を収容した第１容器を示し、８２は、第一捕捉物質を収容した第２容器を示し、８３は、触媒を予め結合させた第二捕捉物質を収容した第３容器を示し、８４は、基質を収容した第４容器を示し、８５は、検出用粒子を収容した第５容器を示し、８６は、添付文書を示し、８７は、梱包箱を示す。
さらなる実施形態の試薬キットの一例を、図１７Ｄに示す。図１７Ｄにおいて、９０は、試薬キットを示し、９１は、第一捕捉物質を予め結合させた担体粒子を収容した第１容器を示し、９２は、第二捕捉物質を収容した第２容器を示し、９３は、触媒を収容した第３容器を示し、９４は、基質を収容した第４容器を示し、９５は、検出用粒子を収容した第５容器を示し、９６は、添付文書を示し、９７は、梱包箱を示す。
さらなる実施形態の試薬キットの一例を、図１７Ｅに示す。図１７Ｅにおいて、１００は、試薬キットを示し、１０１は、第一捕捉物質を予め結合させた担体粒子を収容した第１容器を示し、１０２は、触媒を予め結合させた第二捕捉物質を収容した第２容器を示し、１０３は、基質を収容した第３容器を示し、１０４は、検出用粒子を収容した第４容器を示し、１０５は、添付文書を示し、１０６は、梱包箱を示す。
本実施形態の試薬キットは、上述のマルチプレックス検出を実施するための試薬キットとして提供されてもよい。例えば、第一被検物質および第二被検物質を検出するための試薬キットは、担体粒子、第一捕捉物質、第二捕捉物質、第三捕捉物質、第四捕捉物質、触媒および標識基質を含んでもよい。上述のように、触媒および標識基質は、互いに区別可能なシグナルを発生できる組み合わせであってもよい。たとえば、試薬キットは、第一触媒とこれに対応する第一標識基質、および第二触媒とこれに対応する第二標識基質を含んでもよい。第一標識基質および第二標識基質は、標識として、互いに区別可能な波長または強度の蛍光を発生できる蛍光色素を有していてもよい。各試薬は、それぞれ別々の容器に収容されてもよい。第一触媒と第二捕捉物質とを予め結合させ、第二触媒と第四捕捉物質とを予め結合させておいてもよい。試薬キットは、第一担体粒子と、第一担体粒子とは区別可能な程度に異なる平均粒子径を有する第二担体粒子を含んでいてもよい。また、試薬キットは、磁性を有する第一担体粒子と、磁性を有さない第二担体粒子を含んでいてもよい。第一担体粒子と第一捕捉物質とを予め結合させ、第二担体粒子と第三捕捉物質とを予め結合させておいてもよい。使用時に捕捉物質を担体粒子に結合させる場合は、第一担体粒子と第二担体粒子は別々の容器に収容されることが好ましい。
本発明は、上記の試薬キットの、被検物質の検出のための使用を含む。被検物質の検出については、上記のとおりである。また、本発明は、上記の各種試薬の試薬キット製造のための用途を含む。各種試薬および試薬キットについては、上記のとおりである。
以下、実施例により本実施形態について説明する。実施例において言及される粒子径は全て上述の平均粒子径である。
(実施例１) フローサイトメーターによる担体粒子の検出
(１)磁性粒子の調製
磁性粒子として、平均粒子径200 nmの磁性粒子(FG beads COOHビーズ、多摩川精機製)、500 nmの磁性粒子(SiMAG-COOH、Chemicell GmbH製)、２μmの磁性粒子(micromerM-COOH、micromod Partikeltechnologie GmbH製)および４μmの磁性粒子(micromerM-COOH、micromod Partikeltechnologie GmbH製)を用意した。200 mMのN-ヒドロキシスクシンイミド(NHS、キシダ化学製)溶液と水溶性カルボジイミド(WSC、同仁化学製)溶液を１：１で混合した溶液(NHS/WSC混合溶液)を200μL調製した。NHS/WSC混合溶液に106〜108個の各磁性粒子を添加し、室温で２時間反応させた。集磁後、上清を除去した。磁性粒子にリン酸緩衝液(以下、PBSともいう)(pH 6.0)を500μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、リン酸緩衝液の添加および攪拌の操作をさらに４回行った。集磁後、0.1 mMビオチン結合BSA(シスメックス製)の溶液を800μL添加し、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽(Shaking Incubator SI-300C、ASONE製)内で１時間反応させた。粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、集磁後、上清を除去し、PBS(pH 7.5)を500μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。このようにして、ビオチンを固定した磁性粒子を含む粒子懸濁液を取得した。
(２)HRPの磁性粒子への固定
ストレプトアビジンを結合させたHRP (Streptavidin Poly-HRP80 Conjugate、Stereospecific Detection Technologies製)をPBS(pH 7.4)で希釈し、０pg/mL、10 pg/mLおよび100 pg/mLの濃度のHRP溶液をそれぞれ調製した。上記(１)で調製した各粒子懸濁液80μLにそれぞれHRP溶液20μLを添加した。1600 rpm、25℃に設定した恒温槽内で1時間反応させた。粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、集磁後、上清を除去し、PBS(pH 7.4)を80μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、PBS添加および攪拌をさらに１回行った。
(３)酵素反応
TSA kit ＃22 with HRP, Streptavidin and Alexa Fluor 488 tyramide (製品番号T20932、Life Technologies製)の30％H2O2を、Amplification bufferで希釈し、0.005％基質緩衝液を調製した。Tyramide-Alexa Fluor 488を基質緩衝液で20倍希釈した。希釈したTyramide-Alexa Fluor 488を上記(２)で調製した粒子懸濁液に20μLずつ添加し、磁性粒子を分散させた。1000 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間酵素反応を行った。集磁後、上清を除去した。ここにPBS(pH 7.4)を80μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、PBS添加および攪拌をさらに１回行った。集磁後、上清を除去した。ここにPBS(pH 7.4)を500μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。
(４)フローサイトメーターによる検出
FACS VERSE(Becton Dickinson製)に、(３)で取得した粒子懸濁液を流し、各担体粒子の蛍光強度を測定した。ここで、陰性粒子のみを測定した場合の最大蛍光強度を閾値とし、この閾値以上の蛍光強度を有する磁性粒子を陽性粒子として計数した。また、この閾値未満の蛍光強度を有する磁性粒子(陰性粒子)と陽性粒子との総数を、全粒子として計数した。この全粒子数は、検出に供した磁性粒子の総数を表す。
(５)結果
HRP濃度と陽性粒子数の相関関係を表２に示す。表２に示される陽性粒子数の値は、検出に供した全粒子に対する陽性粒子の割合に、上記(１)において添加した磁性粒子数(106〜108個)を乗じた値である。なお、陽性粒子の割合(％)は、[(フローサイトメーターで計数された陽性粒子数)／(フローサイトメーターで計数された全粒子数)]×100で算出された。
表２に示されるように、200 nm、500 nm、２μmおよび４μmのいずれの粒子径の担体粒子を用いても、一分子検出が可能であることがわかった。また、担体粒子の粒子径が小さくなるほど、多くの陽性粒子を検出することができた。
(実施例２) 顕微鏡による担体粒子の検出
(１)抗体を固定した磁性粒子の調製
磁性粒子として、平均粒子径１μmの磁性粒子(Dynabeads Myone-COOH、Life Technologies製)、２μmの磁性粒子(micromerM-COOH、micromod Partikeltechnologie GmbH製)および４μmの磁性粒子(micromerM-COOH、micromod Partikeltechnologie GmbH製)を用意した。Dynabeads Antibody-Coupling kit (Life Technologies製)を付属の説明書に従って用いて、HBs抗原に結合する抗体(シスメックス製)(以下、「抗HBs抗体」ともいう)を１μmの磁性粒子に固定し、粒子懸濁液を得た。同様に、２μmの磁性粒子、４μmの磁性粒子にも抗HBs抗体を固定し、粒子懸濁液を得た。ここで用いられた磁性粒子数は各々106個であった。
(２)HBs抗原の捕捉
上記(１)で調製した粒子懸濁液を集磁し、上清を除去した。ここに80μLのPBS(pH 7.4)を添加し、磁性粒子を分散させた。ここに、HISCL(登録商標) HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC0(０IU/mL)またはC1(0.25 IU/mL)を20μL添加した。1600 rpm、42℃に設定した振盪恒温槽内で40分間抗原抗体反応を行った。粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、集磁後、上清を除去した。ここにPBS(pH 7.4)を80μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、PBS添加および攪拌の操作をさらに１回行った。
(３)第二捕捉抗体の結合
集磁後、上清を除去した。ここに１μg/mLのビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)溶液を100μL添加し、磁性粒子を分散させた。なお、この第二捕捉抗体のエピトープは、第一捕捉抗体のエピトープとは異なる。1600 rpm、42℃に設定した振盪恒温槽内で20分間抗原抗体反応を行った。粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、集磁後、上清を除去した。ここにPBS(pH 7.4)を80μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、PBS添加および攪拌の操作をさらに１回行った。
(４)HRPの結合
集磁後、上清を除去した。ここに、１μg/mLのStreptavidin Poly-HRP80 Conjugateを100μL添加し、磁性粒子を分散させた。1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で10分間反応させた。粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、集磁後、上清を除去した。ここにPBS(pH 7.4)を80μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、PBS添加および攪拌の操作をさらに１回行った。
(５)酵素反応
最後にPBSを20μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌すること以外は実施例１(３)と同様にして酵素反応を行った。
(６)顕微鏡による検出
10μLの粒子懸濁液を採取し、沈査用検鏡スライドガラス(松浪硝子工業製)に滴下した。蛍光物質であるAlexa Fluor 488を検出するために適切な波長の励起フィルターおよび蛍光フィルターを設置した蛍光顕微鏡(BZX710、キーエンス製)を用い、40×対物レンズを使用して明視野像および蛍光像を撮像した。蛍光像取得の際の露光時間は１/５秒とした。取得した画像を、画像解析ソフトImageJを用いて解析した。画像内の蛍光陽性粒子数として、蛍光像において陰性粒子の最大蛍光輝度よりも高い輝点を計数した。また、画像内の全磁性粒子数は、明視野像においてImageJのThresholdで画像内の信号を二値化し、Particleツールで計数した。
(７)結果
平均粒子径と陽性粒子数との相関を図４に示す。図４の折れ線グラフの縦軸は全粒子数に対する陽性粒子の割合である。なお、全粒子数に対する陽性粒子の割合(％)は、［(蛍光顕微鏡で計数された陽性粒子数)／(蛍光顕微鏡で計数された全粒子数)］×100で算出された。図４に示されるように、平均粒子径の小さい磁性粒子を用いた方がより多くの陽性粒子を検出することができた。
(実施例３) 被検物質濃度と陽性粒子数との相関
(１)抗体を固定した磁性粒子の調製
実施例２(１)に記載の磁性粒子に代えて、平均粒子径2.8μmの磁性粒子(Dynabeads Antibody-Coupling Kit、Life Technologies製)を1.4×106個用いること以外は実施例２(１)と同様にして、抗HBs抗体を固定した磁性粒子の懸濁液を調製した。
(２)HBs抗原の捕捉
上記(１)で調製した粒子懸濁液を集磁し、上清を除去した。ここに80μLのHISCL(登録商標) HBsAg R1試薬(シスメックス製)を添加し、磁性粒子を分散させた。ここにHISCL(登録商標)HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC0(０IU/mL)、C1(0.25 IU/mL)、C2(2.5 IU/mL)、C1をHISCL(登録商標)検体希釈液で10倍希釈した抗原溶液(0.025 IU/mL)および100倍希釈した抗原溶液(0.0025 IU/mL)のいずれかを20μL添加し、42℃、40分間インキュベートした。集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を100μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(３)第二捕捉抗体の結合
集磁後、上清を除去した。ここに、HISCL(登録商標) HBsAg R3試薬用希釈液(シスメックス製)で１mg/mLビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)を1000倍希釈して調製した第二捕捉抗体溶液を100μL添加した。なお、この第二捕捉抗体のエピトープは、第一捕捉抗体のエピトープとは異なる。磁性粒子を分散させ、42℃、20分間反応させた。集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を100μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(４)HRPの結合
集磁後、上清を除去した。ここに、PBS(pH 7.4)で1000倍希釈したPierce Streptavidin Poly-HRP (Thermo Scientific製)を100μL添加した。磁性粒子を分散させ、25℃、10分間反応させた。集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を100μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに２回行った。
(５)酵素反応
TSA kit ＃22 with HRP, Streptavidin and Alexa Fluor 488 tyramide(製品番号T20932、Life Technologies製)の30％H2O2をAmplification bufferで希釈し、0.005％基質緩衝液を調製した。Tyramide-Alexa Fluor 488を基質緩衝液で20倍希釈した。希釈したTyramide-Alexa Fluor 488を上記(４)で調製した粒子懸濁液に10μLずつ添加し、磁性粒子を分散させた。25℃、30分間酵素反応を行った。集磁後、上清を除去した。ここにHISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を100μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。ここにPBS(pH 7.4)を10μL添加し、磁性粒子を分散させた。
(６)顕微鏡による検出
10μLの粒子懸濁液を採取し、沈査用検鏡スライドガラス(松浪硝子工業株式会社製)に滴下した。蛍光物質であるAlexa Fluor 488を検出するために適切な波長の励起フィルターおよび蛍光フィルターを設置した蛍光顕微鏡(BZX710、キーエンス製)を用い、40×対物レンズを使用して明視野像、および蛍光像を撮像した。蛍光像取得の際の露光時間は１／５秒とした。取得した画像を、画像解析ソフトImageJを用いて解析した。画像内の蛍光陽性粒子数として、蛍光像において陰性粒子の最大蛍光輝度よりも高い輝点を計数した。また、画像内の全磁性粒子数は、明視野像においてImageJのThresholdで画像内の信号を二値化し、Particleツールで計数した。
(７)結果
撮像した画像を図５に示す。０IU/mLではほとんど全ての磁性粒子が陰性であった。一方、HBs抗原が含まれる試料では輝点が観察された。HBs抗原濃度0.25 IU/mLの検出において撮像した画像の拡大図を図６に示す。磁性粒子自体が自家蛍光を有しているので、陰性粒子であっても一定の蛍光が観察されているが、矢印で示すように陽性粒子では粒子表面の一部分が強く標識されている。このように、蛍光顕微鏡を用いると陽性粒子と陰性粒子とを明確に識別することができた。また、図５から明らかなように、HBs抗原濃度が高くなるほど輝点数が多くなった。この方法によるとHBs抗原濃度を定量できることが示唆された。
(実施例４)
実施例３(１)〜(４)と同様にして、複合体を形成した磁性粒子の懸濁液を取得した。この粒子懸濁液に対し、最後にPBS(pH 7.4)を５μL添加して磁性粒子を分散させること以外は、実施例３(５)と同様にして酵素反応を行った。実施例３(６)と同様にして全粒子と陽性粒子とを計数した。
(比較例１)
(１)アレイの作製
カバーガラス(Neoカバーガラス 24×32 No. 1、松波硝子工業製)を、10 N KOHに一晩浸漬した。その後、脱イオン水で10回浸漬洗浄した。180℃のホットプレート上で乾燥させた後、室温で静置し、カバーガラスの温度を室温に戻した。カバーガラス上にCYTOP(登録商標)(CTL-809、旭硝子製)を約70μL滴下し、スピンコーター(MS-A100、ミカサ株式会社製)を用い、以下のプログラムAでスピンコートした。
＜プログラムA＞
Slope 5秒
500rpm 10秒
Slope 5秒
2000rpm 30秒
Slope 5秒
END
ホットプレート上でさらに180℃、１時間加熱した。このCYTOP(登録商標)の滴下、スピンコートおよび加熱の操作をさらに３回繰り返し、カバーガラス上に厚さ約４μmのCYTOP(登録商標)層を形成した。この層に直径数μmの微細なウェル(以下、「マイクロウェル」ともいう)を形成するため、フォトリソグラフィを行った。ポジ型のフォトレジスト(AZ-4903、AZ Electronic Materials製)をCYTOP(登録商標)層上に滴下し、以下のプログラムBでスピンコートした。
＜プログラムB＞
Slope 5秒
500rpm 10秒
Slope 5秒
4000rpm 60秒
Slope 5秒
END
カバーガラスのエッジに残ったレジストを、100％エタノールを含ませたガーゼで拭き取った。55℃、３分間ベークした後、110℃、５分間ベークした。フォトマスクをアセトンで洗浄し、マスクアライナー(SAN-EI Electric製)にセットした。フォトレジストを塗布したカバーガラスをマスクアライナーの試料台にセットし、ガラスとフォトマスクとを接触させ、UV光をPower=256で35秒間照射した。その後、現像液(AZ Developer、AZ Electronic Materials製)に５分間浸漬し、現像した。その後、超純水(MilliQ(登録商標))で濯いだ。リアクティブイオンエッチング装置(RIE-10NR、SAMCO製)を用いて、以下のプロセス条件下でO2プラズマエッチングを行った。
＜プロセス条件＞
O2 50sccm, Pressure 10 Pa, Power 50W, Time 30min
本工程により、レジストが積層されていないCYTOP(登録商標)がドライエッチングされ、カバーガラス基板上に微細な開口が形成された。エッチング後のガラスをアセトンに浸漬し、15分間超音波処理を行った。次に、エタノールに液置換し、15分間の超音波処理を行った。さらに超純水に液置換し、15分間の超音波処理を行った。以上によって、カバーガラス上に複数のマイクロウェルを形成有するCYTOP(登録商標)基板を作製した。各マイクロウェルは直径約５μmの円柱形状であり、深さは直径約４μmであり、隣接する２つのマイクロウェルの中心間の距離は約10μmであった。
(２)上面ガラスの作製
直径１mmの貫通孔が形成されている厚さ３mmの石英を用意した。この石英の一方の面に約70μLのCYTOP(登録商標)を滴下し、上記のプログラムAでスピンコートした。ホットプレート上で180℃、１時間ベークした。これにより、厚さ約２μmのCYTOP(登録商標)層を備えた上面ガラスを作製した。
(３)アレイの作製
上記(１)で作製したCYTOP(登録商標)基板のCYTOP(登録商標)層側に厚み60μmの両面テープ(No. 5606、日東電工製)を貼り付け、アレイを作製した。両面テープは、マイクロウェルが形成されていない部分に「コ」の字型に貼付した。上面ガラスを、CYTOP(登録商標)層が形成された面側がCYTOP(登録商標)基板側となるように、CYTOP(登録商標)基板と上面ガラスとを貼付した。これにより、CYTOP(登録商標)基板と上面ガラスとの間に空間が形成された。なお、貼付に際しては、上面ガラス上の貫通孔は、マイクロウェルが形成された部分と両面テープが貼付された部分の間に来るよう調整した。貫通孔と「コ」の字型の開口部との間にマイクロウェルが存在することとなり、貫通孔から導入した流体はマイクロウェルが形成された領域を通過し、「コ」の字型の開口部に到達するような構成となった。
(４)検出
実施例３(１)〜(４)と同様にして、複合体を形成した磁性粒子の懸濁液を取得した。標識基質として、QuantaRed Enhanced Chemifluorescent HRP Substrate kit (Catalog # 15159、ThermoScientific製)を用いた。粒子懸濁液を集磁し、上清を除去した。ここに、QuantaRed ADHP Concentrate、QutantaRED Stable Peroxide Solution、QutantaRED Enhanced Solutionを1:50:50で混合した基質溶液30μLを添加した。反応後、貫通孔から粒子懸濁液30μLをアレイに導入した。氷冷したチューブラック(IR-1、トーワラボ製)上に、試料を導入したアレイを５分間静置し、脱気処理を実施した。その後、貫通孔から疎水性溶媒(FC-40、Sigma-Aldrich製)70μLをアレイに導入した。これにより、アレイのマイクロウェル中に微小液滴が形成された。アレイから漏出した懸濁液や疎水性溶媒は都度キムワイプで除去した。アレイをアルミホイルで遮光し、42℃に設定した恒温槽(Shaking Incubator SI-300C、ASONE製)内で５分間静置した。QuantaRedを検出するために適切な波長の励起フィルターおよび蛍光フィルターを設置した蛍光顕微鏡(BZX710、キーエンス製)を用い、40×対物レンズを使用して明視野像および蛍光像を撮像した。蛍光像取得の際の露光時間は１／11秒であった。取得した画像を画像解析ソフトImageJで解析した。蛍光像において粒子を封入した陰性ウェルの最大蛍光輝度よりも高い輝点を陽性ウェルとして計数した。また、マイクロウェルに封入された全粒子数は、明視野像においてImageJのThresholdで画像内の信号を二値化し、Particleツールで計数した。
実施例４の結果は図７に、比較例１の結果は図８に示される。図７には、HBs抗原濃度と、全粒子数に対する陽性粒子数の割合(％)との相関が示される。なお、全粒子数に対する陽性粒子の割合(％)は、(蛍光顕微鏡で計数された陽性粒子数)／(蛍光顕微鏡で計数された全粒子数)×100で算出された。図８には、HBs抗原濃度と、マイクロウェルに封入された全粒子数に対する陽性ウェル数の割合(％)との相関が示される。なお、マイクロウェルに封入された全粒子数に対する陽性ウェル数の割合(％)は、(陽性ウェル数)／(マイクロウェルに封入された全粒子数)×100で算出された。何れの方法によってもHBs抗原濃度の増加に伴って陽性粒子または陽性ウェルの割合が増加していた。
(実施例５) HRPポリマーを結合させた担体粒子の検出
(１)HRPポリマーを結合させた磁性ビーズの調製および検出
ビオチン化磁性粒子(平均粒子径2.8μm、シスメックス製)の表面をブロッキングバッファー(1xPBS/1% Casein)で２時間ブロッキングした後、ビオチン化磁性粒子を希釈バッファー(1xPBS/1% Casein/0.1% Tween20)で分散させた。ストレプトアビジンを結合させたHRPポリマー(SA-HRPポリマー50、100、200および400量体、Stereospecific Detection Technologies製)を5.4 fMの濃度で希釈バッファーを用いて希釈し、各溶液と、ビオチン化磁性粒子1.5×106個とを1600 rpmで攪拌しながら室温で1.5時間反応させた。また、対照として、ビオチン化磁性粒子を希釈バッファーと攪拌した(以下、「ブランク磁性粒子」ともいう)。反応後のビオチン化磁性粒子を洗浄バッファー(1xPBS/0.1% Tween20)で洗浄した。洗浄後、0.005%過酸化水素を含むAmplification buffer (LifeTechnologies製) 20μL中で、ビオチン化磁性粒子と、５μMのAlexa488標識チラミド(LifeTechnologies製)とを1600 rpmで攪拌しながら室温で30分間反応させた。反応後のビオチン化磁性粒子を洗浄バッファーで洗浄した後、200μLのシース液(FACS Flow, Becton Dickinson製)に粒子を分散させ、フローサイトメーター(FACS Verse, Becton Dickinson製)を流量Lowモードで用いて、各粒子の蛍光および散乱光の強度を測定し、粒子数をカウントした。励起光の波長には488 nm、蛍光フィルターの波長は527/32 nmを用いた。
(２)結果
ブランク磁性粒子、およびSA-HRPポリマー400量体を結合させた磁性粒子をFCMで測定した結果を、図９ＡおよびＢに示す。図９ＡおよびＢにおいて、横軸は蛍光強度を示し、縦軸は側方散乱光強度(粒子の大きさ)を示す。ブランク磁性粒子の平均蛍光強度+5SDの値を閾値とした。この閾値を図９ＡおよびＢにおいて点線で示し、閾値よりも蛍光強度が大きい粒子を陽性粒子とし、残りを陰性粒子とした。図９ＡとＢとを比較すると、SA-HRPポリマー400量体を結合させた磁性粒子では、陽性粒子数の明らかな上昇が見られた。よって、FCMによる目的分子の検出が可能であることが示された。ブランク磁性粒子および各種の重合度のSA-HRPポリマーを結合させた磁性粒子について、陽性粒子のうち蛍光強度上位100個の平均蛍光強度の値と、HRPポリマーの重合度との関係をプロットした結果を、図９Ｃに示す。図９Ｃに示されるように、重合度が増加すると陽性粒子の蛍光強度も上昇し、その変化の割合はほぼ１であることが分かった。HRPポリマーの重合度に比例して粒子上の蛍光標識チラミドの蓄積量が増加していることが分かった。陽性粒子の割合とHRPポリマーの重合度との関係をプロットした結果を、図９Ｄに示す。なお、陽性粒子の割合(%)は、[(フローサイトメーターで計数された陽性粒子数)／(フローサイトメーターで計数された全粒子数)]×100で算出した。図９Ｄに示されるように、重合度が増加すると陽性粒子数も増加することが分かった。以上より、HRPが複数個結合したポリマーを触媒として用いることにより、FCMでの区画化不要なデジタル検出を実現できることが示唆された。
(実施例６) 芳香族π共役系ポリマー構造を含む蛍光物質を用いた被検物質の検出
(１)抗体を固定した磁性粒子の調製
Dynabeads Antibody-Coupling kit (Life Technologies製)を付属の説明書に従って用いて、HBs抗原に結合する抗体(シスメックス製)(以下、「抗HBs抗体」ともいう)を直径2.8μmの磁性粒子に固定し、粒子懸濁液を得た。
(２)HBs抗原の捕捉
上記(１)で調製した粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、80μLの希釈液(0.1 M MES、0.15 M NaCl、0.1% BSA、pH 6.5)を添加し、磁性粒子を分散させた。用いた磁性粒子の数は106個であった。得られた粒子懸濁液に、HISCL(登録商標)HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC1(0.25 IU/mL)を希釈液(0.1 M MES、0.15 M NaCl、0.1% BSA、pH 6.5)で希釈して調製した0.1 IU/mL、0.033 IU/L、0.011 IU/mL、0.004IU/mLおよび0.001 IU/mLのいずれかの抗原溶液を20μL添加し、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で２時間反応させた。粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、磁性粒子を集磁し、上清を除去した。ここにHISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、HISCL洗浄液添加および攪拌の操作をさらに１回行った。
(３)第二捕捉抗体の結合
上記(２)で得た粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標) HBsAg R3試薬用希釈液(シスメックス製)で１mg/mLビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)を5000倍希釈して調製した第二捕捉抗体溶液を100μL添加した。なお、この第二捕捉抗体のエピトープは、第一捕捉抗体のエピトープとは異なる。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で45分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(４)HRPモノマーの結合
上記(３)で得た粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で希釈した50 pM Streptavidin-HRP monomeric (SDT製)を100μL添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに２回行った。
(５)酵素反応
上記(４)で得た粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、TSA Plus Biotin Kit (Perkin Elmer製 製品番号NEL749B001KT)のBiotin Amplification Reagent溶液を1X Plus Amplification Diluentで20倍希釈した溶液を50μLずつ添加し、磁性粒子を分散させた。1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間酵素反応を行った。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(６)蛍光標識
上記(５)で得た粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で20倍希釈したBrilliant Violet(商標)421 Streptavidin(BioLegend製)溶液を20μLずつ添加し、磁性粒子を分散させた。1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子にHISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。磁性粒子を集磁して上清を除去し、0.1% Tween/PBS(pH 7.4)を10μL添加した。
(7.1)フローサイトメーターによる検出
上記(６)で得た粒子懸濁液を５μL分注し、PBS(pH 7.4)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。得られた粒子懸濁液をフローサイトメーター(FACS Verse、Becton Dickinson製)に流して、各磁性粒子の蛍光強度を測定した。励起光の波長には408 nmを用い、検出器光学フィルターにはBD Horizon V450用のフィルターを用いた。ここで、陰性粒子のみを測定した場合の最大蛍光強度＋5SDを閾値とし、この閾値以上の蛍光強度を有する磁性粒子を陽性粒子として計数した。また、この閾値未満の蛍光強度を有する磁性粒子(陰性粒子)と陽性粒子との総数を、全粒子として計数した。この全粒子数は、検出に供した磁性粒子の総数を表す。
(7.2)蛍光顕微鏡よる検出
上記(６)で得た粒子懸濁液を５μL取り、沈査用検鏡スライドガラス(松浪硝子工業製)に滴下した。蛍光物質であるBrilliant Violet(商標)421を検出するために適切な波長の励起フィルターおよび蛍光フィルターを設置した蛍光顕微鏡(BZ-X710、KEYENCE製)を用い、20×対物レンズを使用して、明視野像および蛍光像を取得した。蛍光像取得の際の露光時間は200ミリ秒とした。
(８)結果
Brilliant Violet(商標)421を用いて蛍光標識した磁性粒子の蛍光顕微鏡像を、図１０に示す。図１０に示されるように、輝点数はHBs抗原濃度依存的に増加した。フローサイトメーターによる測定結果を、図１１に示す。陽性粒子の割合(%)は、[(フローサイトメーターで計数された陽性粒子数)／(フローサイトメーターで計数された全粒子数)]×100で算出した。図１１に示されるように、陽性粒子の割合が抗原濃度依存的に増加することを確認した。
(実施例７) 担体粒子濃度の検討
(１)抗体を固定した磁性粒子の調製
Dynabeads Antibody-Coupling kit (Life Technologies製)を付属の説明書に従って用いて、抗HBs抗体(シスメックス製)を直径2.8μmの磁性粒子に固定し、粒子懸濁液を得た。
(２)HBs抗原の捕捉
上記(１)で調製した粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、80μLのHISCL(登録商標) HBsAg R1試薬用希釈液(シスメックス製)を添加し、磁性粒子を分散させた。磁性粒子数は5×106個であった。得られた粒子懸濁液に、HISCL(登録商標) HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC1(0.25 IU/mL)を20μL添加し、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で２時間反応させた。粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、磁性粒子を集磁し、上清を除去した。ここにHISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、HISCL洗浄液添加および攪拌の操作をさらに１回行った。
(３)第二捕捉抗体の結合
上記(２)で得た粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標) HBsAg R3試薬用希釈液(シスメックス製)で１mg/mLビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)を5000倍希釈して調製した第二捕捉抗体溶液を100μL添加した。なお、この第二捕捉抗体のエピトープは、第一捕捉抗体のエピトープとは異なる。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で45分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(４)HRPモノマーの結合
上記(３)で得た粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH7.4)で希釈した50 pM Streptavidin-HRP monomeric (SDT製)を100μL添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに２回行った。
(５)酵素反応
上記(４)で得た粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、TSA Plus Biotin Kit (製品番号NEL749B001KT、Perkin Elmer製)のBiotin Amplification Reagent溶液を1X Plus Amplification Diluentで20倍希釈した溶液を、磁性粒子の濃度が20×106個/mL、200×106個/mL、1000×106個/mL又は5000×106個/mLとなるように添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間酵素反応を行った。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(６)蛍光標識
上記(５)で得た粒子懸濁液中の磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で20倍希釈したBrilliant Violet(商標)421 Streptavidin (BioLegend製)溶液を20μLずつ添加した。磁性粒子を分散させ、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子にHISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。磁性粒子を集磁して上清を除去し、0.1% Tween/PBS(pH 7.4)を10μL添加した。
(７)フローサイトメーターによる検出
上記(６)で得た粒子懸濁液を200μLのPBS(pH 7.4)に添加し、磁性粒子を分散させた。得られた粒子懸濁液をフローサイトメーター(FACS Verse、Becton Dickinson製)に流し、各磁性粒子の蛍光強度を測定した。励起光の波長には408 nmを用い、検出器光学フィルターにはBD Horizon V450用のフィルターを用いた。ここで、陰性粒子のみを測定した場合の最大蛍光強度＋5SDを閾値とし、この閾値以上の蛍光強度を有する磁性粒子を陽性粒子として計数した。また、この閾値未満の蛍光強度を有する磁性粒子(陰性粒子)と陽性粒子との総数を、全粒子として計数した。この全粒子数は、検出に供した磁性粒子の総数を表す。
(８)結果
図１３に示されるように、粒子濃度が20×106〜1000×106個/mLの範囲では、陽性粒子の割合はおおむね一定であった。しかし、粒子濃度が5000×106(5×109)個/mLの場合、陽性粒子の割合が急増した。これは、粒子濃度が高すぎることから粒子間の距離が非常に近くなり、シグナルが拡散していることによると考えられる。すなわち、ラジカル化チラミドが、HBs抗原を捕捉した担体粒子だけでなく、HBs抗原を捕捉していない担体粒子にも結合していると考えられる。よって、酵素と基質とを反応させるとき、粒子濃度は5×109個/mL未満であることが好ましい。
(実施例８) 蛍光粒子およびHRPポリマーを用いた被検物質の検出
(１)担体粒子上での抗原抗体反応
平均粒子径１μmの磁性粒子(Dynabeads Myone-COOH、Life Technologies製)を付属の説明書に従って用いて、第一捕捉抗体としての抗HBs抗体(シスメックス製)を磁性粒子に固定した。得られた磁性粒子(粒子数1.5×106個)を1%BSA/PBSで室温にて２時間ブロッキングした。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。ここに80μLのHISCL(登録商標) HBsAg R1試薬(シスメックス製)を添加し、磁性粒子を分散させた。ここにHISCL(登録商標)HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC0(０IU/mL)、又はC1をHISCL(登録商標)検体希釈液で10倍希釈した抗原溶液(0.025 IU/mL)を20μL添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で２時間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、第二捕捉抗体として1.3 nMビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)を100μL添加した。なお、この第二捕捉抗体のエピトープは、第一捕捉抗体のエピトープとは異なる。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
ストレプトアビジンを結合させた重合度400のHRPポリマー(Streptavidin Poly-HRP80 Conjugate、Stereospecific Detection Technologies製)を1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で希釈して、51 pMの酵素溶液を調製した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、酵素溶液を300μL添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(２)酵素反応
TSA Biotin System (製品番号NEL700001KT、Perkin Elmer製)のBiotin Tyramide溶液をAmplification Diluentで20倍希釈した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、希釈したBiotin Tyramide溶液を50μL添加した。磁性粒子を分散させ、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(３)蛍光粒子の固定
検出用粒子として、ストレプトアビジン修飾した平均粒子径300 nmの蛍光粒子(F1-XC 030、Merck社製)を用いた。この蛍光粒子をHISCL(登録商標) HBsAg R3試薬用希釈液(シスメックス製)で100倍希釈した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、蛍光粒子の懸濁液を50μL添加し、磁性粒子を分散させた。磁性粒子の懸濁液を遮光した状態で、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で20分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(４)フローサイトメーターによる検出
磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、PBS(pH 7.4)を20μL添加し、磁性粒子を分散させた。得られた粒子懸濁液のうちの10μLを、200μLのFACS Flow (Becton Dickinson製)で希釈した。得られた粒子懸濁液をフローサイトメーター(FACS Verse、Becton Dickinson製)に流して、各磁性粒子の蛍光強度を測定し、粒子数をカウントした。励起光の波長には488 nmを用い、検出器光学フィルターにはFITC検出用のフィルターを用いた。
(５)結果
測定結果から作成したヒストグラムを図１４に示す。図１４において、縦軸は粒子数を示し、横軸は粒子の蛍光強度を示す。また、実線は、希釈したC1(抗原濃度0.025 IU/mL)を添加した場合のヒストグラムであり、破線は、C0(抗原濃度０IU/mL)を添加した場合のヒストグラムである。キャリブレータC0は抗原を含まないので、図１４中の破線のピークは、被検物質であるHBs抗原が固定されていない陰性粒子を示す。図１４中の実線のヒストグラムでは、蛍光強度が低いピークと、蛍光強度が高い複数のピークとが認められた。蛍光強度の低いピークは、破線のピークとほぼ重なっていることから陰性粒子を示すと考えられる。一方、蛍光強度が高い複数のピークは、HBs抗原が固定された陽性粒子を示すと考えられる。ピークが複数存在するのは、担体粒子に結合した蛍光粒子の数の違いによると考えられる。図１４に示されるように、蛍光色素による標識に代えて蛍光粒子を用いても、陽性粒子を陰性粒子と区別して検出できることがわかった。
(実施例９) 蛍光粒子およびHRPモノマーを用いた被検物質の検出
(１)担体粒子上での抗原抗体反応
実施例８と同様にして、平均粒子径１μmの磁性粒子(Dynabeads Myone-COOH、Life Technologies製)に抗HBs抗体(シスメックス製)を固定した。得られた磁性粒子(粒子数1.5×106個)を1%BSA/PBSで室温にて２時間ブロッキングした。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。ここに80μLのHISCL(登録商標) HBsAg R1試薬(シスメックス製)を添加し、磁性粒子を分散させた。ここにHISCL(登録商標)HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC0(０IU/mL)、C1をHISCL(登録商標)検体希釈液で10倍希釈した抗原溶液(0.025 IU/mL)および100倍希釈した抗原溶液(0.0025 IU/mL)のいずれかを20μL添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で２時間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、第二捕捉抗体として1.3 nMビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)を100μL添加した。なお、この第二捕捉抗体のエピトープは、第一捕捉抗体のエピトープとは異なる。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
ストレプトアビジンを結合させたHRPモノマー(Streptavidin HRP Conjugate 、Stereospecific Detection Technologies製)を1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で希釈して、51 pMの酵素溶液を調製した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、酵素溶液を300μL添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
(２)酵素反応
TSA Biotin System (製品番号NEL700001KT、Perkin Elmer製)のBiotin Tyramide溶液をAmplification Diluentで20倍希釈した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、希釈したBiotin Tyramide溶液を50μL添加した。磁性粒子を分散させ、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
(３)蛍光粒子の固定
ストレプトアビジン修飾した平均粒子径300 nmの蛍光粒子(F1-XC 030、Merck社製)をHISCL(登録商標) HBsAg R3試薬用希釈液(シスメックス製)で100倍希釈した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、蛍光粒子の懸濁液を50μL添加し、磁性粒子を分散させた。磁性粒子の懸濁液を遮光した状態で、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で20分間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
(４)フローサイトメーターによる検出
磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、PBS(pH 7.4)を20μL添加し、磁性粒子を分散させた。得られた粒子懸濁液のうちの10μLを、200μLのFACS Flow (Becton Dickinson製)で希釈した。得られた粒子懸濁液をフローサイトメーター(FACS Verse、Becton Dickinson製)に流して、各磁性粒子の蛍光強度を測定し、粒子数をカウントした。励起光の波長には488 nmを用い、検出器光学フィルターにはFITC検出用のフィルターを用いた。ここで、陰性粒子のみを測定した場合の最大蛍光強度＋5SDを閾値とし、この閾値以上の蛍光強度を有する磁性粒子を陽性粒子として計数した。また、この閾値未満の蛍光強度を有する磁性粒子(陰性粒子)と陽性粒子との総数を、全粒子として計数した。この全粒子数は、検出に供した磁性粒子の総数を表す。
(５)結果
図１５は、HBs抗原濃度と、全粒子数に対する陽性粒子数の割合(％)との相関を示す。陽性粒子の割合(%)は、[(フローサイトメーターで計数された陽性粒子数)／(フローサイトメーターで計数された全粒子数)]×100で算出した。図１５に示されるように、陽性粒子の割合が抗原濃度依存的に増加した。よって、蛍光粒子を担体粒子に結合させる場合は、触媒としてHRPモノマーを用いても抗原濃度依存的なシグナルを取得できることがわかった。
(実施例１０) 蛍光粒子の粒子径の検討
(１)担体粒子上での抗原抗体反応
実施例８に記載の磁性粒子に代えて、平均粒子径2.8μmの磁性粒子(Life Technologies製)を用いたこと以外は、実施例８と同様にして、磁性粒子に抗HBs抗体(シスメックス製)を固定した。得られた磁性粒子(粒子数1.5×106個)を1%BSA/PBSで室温にて２時間ブロッキングした。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。ここに80μLのHISCL(登録商標) HBsAg R1試薬(シスメックス製)を添加し、磁性粒子を分散させた。ここにHISCL(登録商標)HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC0(０IU/mL)、又はC1 (0.25 IU/mL)を20μL添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で２時間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、第二捕捉抗体として1.3 nMビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)を100μL添加した。なお、この第二捕捉抗体のエピトープは、第一捕捉抗体のエピトープとは異なる。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
ストレプトアビジンを結合させたHRPモノマー(Streptavidin HRP Conjugate、Stereospecific Detection Technologies製)を1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で希釈して、51 pMの酵素溶液を調製した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、酵素溶液を300μL添加した。磁性粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
(２)酵素反応
TSA Biotin System (製品番号NEL700001KT、Perkin Elmer製)のBiotin Tyramide溶液をAmplification Diluentで20倍希釈した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、希釈したBiotin Tyramide溶液を50μL添加した。磁性粒子を分散させ、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
(３)蛍光粒子の固定
ストレプトアビジン修飾した蛍光粒子として、平均粒子径が160 nm、200 nm、300 nm、400 nmおよび500 nmの蛍光粒子(いずれもMerck社製)を用意した。これらの蛍光粒子は、磁性粒子の平均粒子径(2.8μm)に対して、それぞれ5.7％、7.1％、10.7％、14.3％および17.8％の平均粒子径を有する。これらの蛍光粒子をそれぞれHISCL(登録商標) HBsAg R3試薬用希釈液(シスメックス製)で100倍希釈した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、蛍光粒子の懸濁液を50μL添加し、磁性粒子を分散させた。磁性粒子の懸濁液を遮光した状態で、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で20分間反応させた。そして、実施例８と同様にして、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を用いた磁性粒子の洗浄操作を２回行った。
(４)フローサイトメーターによる検出
磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、PBS(pH 7.4)を20μL添加し、磁性粒子を分散させた。得られた粒子懸濁液のうちの10μLを、200μLのFACS Flow(Becton Dickinson製)で希釈した。得られた粒子懸濁液をフローサイトメーター(FACS Verse、Becton Dickinson製)に流して、各磁性粒子の蛍光強度を測定し、粒子数をカウントした。励起光の波長には488 nmを用い、検出器光学フィルターにはFITC検出用のフィルターを用いた。
(５)結果
希釈したC1(抗原濃度0.25 IU/mL)と反応させ、蛍光粒子を結合させた磁性粒子をFCMで測定した結果を、図１６Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥに示す。これらの図において、横軸は蛍光強度を示し、縦軸は前方散乱光強度(粒子の大きさ)を示す。これらの図において、蛍光強度が低い集団と、蛍光強度が高い集団とが認められた。蛍光強度が低い集団は、蛍光粒子が結合していない陰性粒子の集団であり、蛍光強度が高い集団は、蛍光粒子が結合した陽性粒子の集団であると考えられる。これらの図に示されるように、適切な閾値を設定することにより、陰性粒子と陽性粒子とを区別できることがわかる。特に、平均粒子径が300 nm以上の蛍光粒子を用いると、陰性粒子と陽性粒子とが明確に区別できることが示された。
(実施例１１) 多基質体を用いた担体粒子の検出
(１)HRPの捕捉
平均粒子径２μmの磁性粒子(micromerM-COOH、micromod Partikeltechnologie GmbH製)にビオチン結合BSA(シスメックス製)を固定した。得られた磁性粒子(粒子数106個)を80μLのPBS(pH 7.4)に分散させた。ストレプトアビジンを結合させたHRP (Streptavidin Poly-HRP80 Conjugate、Stereospecific Detection Technologies製)をPBS(pH 7.4)で希釈して、100 pg/mLのHRP溶液を調製した。また、０pg/mLのHRP溶液としてPBS(pH 7.4)を用いた。上記の粒子懸濁液80μLに、０pg/mL又は100 pg/mLのHRP溶液を20μL添加して、1600 rpm、25℃に設定した恒温槽内で１時間反応させた。各粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、集磁後、上清を除去し、PBS(pH 7.4)を80μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、PBS添加および攪拌の操作をさらに１回行った。
(２)多基質体の調製
蛍光を発生する支持体として、ストレプトアビジンが結合したQdot(登録商標)ナノクリスタル(Qdot(登録商標)585 Streptavidin Conjugate、invitrogen製)を用いた。このナノクリスタルをTSA plus biotinキット(Life technologies製)中のAmplification bufferで５倍希釈し、ナノクリスタル溶液を調製した。なお、Qdot(登録商標)585 Streptavidin Conjugateでは、ナノクリスタル１つに対して、複数(通常５〜10分子)のストレプトアビジンが結合している。このナノクリスタル溶液と、上記キット中のbiotin-tyramideと、Amplification bufferとを混合し、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で20分間反応させて、複数のチラミド分子を固定したナノクリスタル(多基質体)を含む溶液を調製した。
(３)酵素反応
上記(１)で得た各粒子懸濁液中の担体粒子を集磁し、上清を除去した。ここに、上記の多基質体を含む溶液を20μLずつ添加した。担体粒子を分散させ、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。各粒子懸濁液を振盪恒温槽から取り出し、集磁後、上清を除去し、PBS(pH 7.4)を80μL添加し、ボルテックスミキサーで攪拌した。この集磁、上清除去、PBS添加および攪拌の操作をさらに１回行った。
(４)顕微鏡による検出
上記(３)で得た各粒子懸濁液中の担体粒子を集磁し、上清を除去した。ここに、PBS(pH 7.4)を50μL添加して攪拌した。得られた粒子懸濁液から10μLを採取し、沈査用検鏡スライドガラス(松浪硝子工業製)に滴下した。蛍光物質であるQdot(登録商標)585を検出するために適切な波長の励起フィルターおよび蛍光フィルターを設置した蛍光顕微鏡(BZX710、キーエンス製)を用い、40×対物レンズを使用して明視野像および蛍光像を撮像した。蛍光像取得の際の露光時間は１/10秒とした。取得した画像を、画像解析ソフトImageJを用いて解析した。画像内の蛍光陽性粒子数として、蛍光像において陰性粒子の最大蛍光輝度よりも高い輝点を計数した。また、画像内の全磁性粒子数は、明視野像においてImageJのThresholdで画像内の信号を二値化し、Particleツールで計数した。
(５)結果
全粒子数に対する陽性粒子数の割合(％)および蛍光顕微鏡で観察した全粒子の面積に対する陽性粒子の面積の割合(％)を表３に示す。全粒子数に対する陽性粒子の割合(％)は、(蛍光顕微鏡で計数された陽性粒子数)／(蛍光顕微鏡で計数された全粒子数)×100で算出された。顕微鏡で観察した全粒子の面積に対する陽性粒子の面積の割合(％)は、(蛍光顕微鏡で観察された蛍光像における蛍光部分の面積の総和)／(蛍光顕微鏡で観察された明視野像における粒子の面積の総和)×100で算出された。なお、「蛍光顕微鏡で観察された蛍光像における蛍光部分の面積」および「蛍光顕微鏡で観察された明視野像における粒子の面積」は、粒子の表面積ではなく、画像上の面積である。表３に示す値の解析には、100 pg/mLのHRP溶液を添加した場合のシグナル値から、バックグラウンドとしてPBS(HRP濃度０pg/mL)を添加した場合のシグナル値を差し引いた値を用いた。
表３に示されるように、基質として、複数のチラミド分子を結合させた支持体を用いても、担体粒子を検出できることがわかった。
(実施例１２) 担体粒子の粒子径の検討
(１)担体粒子上での抗原抗体反応
磁性粒子として、平均粒子径30μmのポリマーラテックス粒子(Micromer-COOH、micromod Partikeltechnologie GmbH製)および平均粒子径100μmのポリマーラテックス粒子(Micromer-COOH、micromod Partikeltechnologie GmbH製)を用意した。これらのポリマーラテックス粒子に、第一捕捉抗体として抗HBs抗体(シスメックス製)を固定した。得られたポリマーラテックス粒子(いずれも粒子数105個)を1% BSA/PBSで室温にて２時間ブロッキングした。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した。ここに80μLのHISCL(登録商標) HBsAg R1試薬(シスメックス製)を添加し、ポリマーラテックス粒子を分散させた。
HISCL(登録商標)HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC5をHISCL(登録商標)検体希釈液で希釈して、抗原濃度0.0025 IU/mL、0.025 IU/mLおよび0.25 IU/mLの抗原溶液を調製した。上記の粒子懸濁液に、HISCL(登録商標)HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)のC0(０IU/mL)又は調製した抗原溶液を20μL添加した。ポリマーラテックス粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。
粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した後、第二捕捉抗体として1.3 nMビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)を100μL添加した。なお、この第二捕捉抗体のエピトープは、第一捕捉抗体のエピトープとは異なる。ポリマーラテックス粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、ポリマーラテックス粒子を分散させた。
ストレプトアビジンを結合させたHRP (Streptavidin HRP Conjugate、Stereospecific Detection Technologies製)を1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で希釈して、51 pMの酵素溶液を調製した。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した後、酵素溶液を100μL添加した。ポリマーラテックス粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この遠心分離、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(２)酵素反応
TSA Biotin System (製品番号NEL700001KT、Perkin Elmer製)のBiotin Tyramide溶液をAmplification Diluentで100倍希釈した。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した後、希釈したBiotin Tyramide溶液を50μL添加した。ポリマーラテックス粒子を分散させ、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。
(３)蛍光標識
ストレプトアビジンを結合させた蛍光色素(Brilliant Violet(商標)421 Streptavidin、BioLegend製)をStain Buffer (Becton Dickinson製)で100倍希釈して、蛍光色素溶液を調製した。上記(２)で得た粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した後、調製した蛍光色素溶液を20μL添加した。粒子懸濁液を遮光した状態で、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した。ポリマーラテックス粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、ポリマーラテックス粒子を分散させた。
(４)顕微鏡による検出
上記(３)で得た各粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した。ここに、PBS(pH 7.4)を20μL添加して攪拌した。得られた粒子懸濁液から10μLを採取し、沈査用検鏡スライドガラス(松浪硝子工業製)に滴下した。Brilliant Violet(商標)421を検出するために適切な波長の励起フィルターおよび蛍光フィルターを設置した蛍光顕微鏡(BZX710、キーエンス製)を用い、20×対物レンズを使用して明視野像および蛍光像を撮像した。蛍光像取得の際の露光時間は１/30秒とした。取得した画像を、画像解析ソフトImageJを用いて解析した。画像内の蛍光陽性粒子数として、蛍光像において陰性粒子の最大蛍光輝度よりも高い輝点を計数した。また、画像内の全磁性粒子数は、明視野像においてImageJのThresholdで画像内の信号を二値化し、Particleツールで計数した。
(５)結果
結果を図１８に示す。図１８において、縦軸は陽性粒子数を示し、横軸は抗原濃度を示す。白丸は平均粒子径が30μmの担体粒子径のデータを示し、黒丸は平均粒子径が100μmの担体粒子径のデータを示す。陽性粒子数は、[(蛍光顕微鏡で計数された陽性粒子数)／(蛍光顕微鏡で計数された全粒子数)]×(１アッセイ当たりの粒子数)で算出された。図１８に示されるように、平均粒子径が30μmおよび100μmの担体粒子を用いても、HBs抗原濃度に依存的なシグナルを検出することができた。
(実施例１３) マルチプレックス検出
(１)担体粒子上での抗原抗体反応
平均粒子径2.8μmの磁性粒子(Dynabeads、Life Technologies製)に、第一捕捉抗体としての抗IL-6抗体(R&D systems製)を固定した。また、平均粒子径4.5μmの磁性粒子(Dynabeads、Life Technologies製)に、第三捕捉抗体としての抗HBs抗体(シスメックス製)を磁性粒子に固定した。得られた磁性粒子(いずれも粒子数1×107個)を1% BSA/PBSで室温にて２時間ブロッキングした。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。ここに250μLのHISCL(登録商標) HBsAg R1試薬(シスメックス製)を添加し、磁性粒子を分散させた。得られた２種の粒子懸濁液を混合して、抗IL-6抗体を固定した磁性粒子および抗HBs抗体を固定した磁性粒子を含む粒子懸濁液(500μL、粒子数2×107個)を得た。
被検物質として、HBs抗原および組換え型ヒトIL-6の混合物を用いた。具体的には、HISCL(登録商標)HBsAgキャリブレータ(シスメックス製)およびrecombinant human IL-6 (Biolegend製)を、HISCL(登録商標) HBsAg R1試薬(シスメックス製)で希釈し、表４に示す濃度になるよう混合して抗原試料を調製した。抗原を含まない試料(抗原試料１)として、HISCL(登録商標) HBsAg R1試薬(シスメックス製)を用いた。
上記の粒子懸濁液(50μL)と抗原試料１、２、３又は４(各50μL)とを混合して、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で２時間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、第二および第四捕捉抗体としての濃度0.13μg/mLのビオチン化抗HBs抗体(シスメックス製)および濃度0.2μg/mLのビオチン化抗IL-6抗体(R&D Systems製)を含む1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)を100μL添加した。磁性粒子を分散させ、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で45分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、濃度５ng/mLのストレプトアビジン結合HRP (Stereospecific Detection Technologies製)を含む1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)を100μL添加した。磁性粒子を分散させ、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(２)酵素反応
TSA Biotin System (製品番号NEL700001KT、Perkin Elmer製)のBiotin Tyramide溶液をAmplification Diluentで100倍希釈した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、希釈したBiotin Tyramide溶液を50μL添加した。磁性粒子を分散させ、1300 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
(３)蛍光標識
ストレプトアビジンを結合させた蛍光色素(Brilliant Violet(商標)421 Streptavidin、BioLegend製)をStain Buffer (Becton Dickinson製)で100倍希釈して、濃度２μg/mLの蛍光色素溶液を調製した。上記(２)で得た粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した後、調製した蛍光色素溶液を20μL添加した。粒子懸濁液を遮光した状態で、1600 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で45分間反応させた。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。
(４)フローサイトメーターによる検出
磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、FACS Flow (Becton Dickinson製)を150μL添加して分散させた。得られた粒子懸濁液をフローサイトメーター(FACS Verse、Becton Dickinson製)に流して、各磁性粒子の蛍光強度および散乱光強度を測定し、粒子数をカウントした。励起光の波長には408 nmを用い、検出器光学フィルターにはBD Horizon V450用のフィルターを用いた。散乱光強度と蛍光強度との二次元スキャッタグラム上で粒子径2.8μmの集団および粒子径4.5μmの集団に含まれる粒子の蛍光強度を解析し、それぞれの抗原について陽性粒子の割合(％)を算出した。
(５)結果
上記の検出を２度実行し、その結果を図１９ＡおよびＢに示す。図１９Ａに示されるように、陽性粒子の割合がIL-6濃度依存的に増加した。また、図１９Ｂに示されるように、陽性粒子の割合がHBs抗原濃度依存的に増加した。よって、本実施形態の方法によって、２種類の被検物質を同時に検出できることがわかった。
(実施例１４) エクソソームの検出
(１)担体粒子上での抗原抗体反応
平均粒子径2.8μmの磁性粒子(Dynabeads、Life Technologies製)に、第一捕捉抗体としての抗CD147抗体(Becton Dickinson製)を固定した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。得られた磁性粒子(粒子数1×106個)に1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)を80μL添加し、37℃にて30分間ブロッキングした。
被検物質として、ヒト大腸がん細胞株COLO1の培養上清由来のエクソソームを用いた。具体的には、COLO-1 (Lyophilized exosomes from COLO1 cell culture supernatant、HansaBioMed製)を1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で希釈し、エクソソーム濃度0.0015 mg/mL、0.005 mg/mLおよび0.015 mg/mLの抗原溶液を調製した。抗原を含まない試料(エクソソーム濃度０mg/mL)として、1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)を用いた。
ブロッキングした磁性粒子を集磁し、上清を除去した。ここに、上記の試料を20μL添加した。磁性粒子を分散させ、1000 rpm、37℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。
磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、濃度50 ng/mLのビオチン化抗CD9抗体(Biolegend製)を100μL添加した。磁性粒子を分散させ、1000 rpm、37℃に設定した振盪恒温槽内で１時間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。この集磁、上清除去、洗浄液添加および分散の操作をさらに１回行った。
ストレプトアビジンを結合させたHRP (Streptavidin HRP Conjugate、Stereospecific Detection Technologies製)を1% BSA/0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で希釈して、51 pMの酵素溶液を調製した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、酵素溶液を100μL添加した。磁性粒子を分散させ、1000 rpm、37℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。
(２)酵素反応
TSA Biotin System (製品番号NEL700001KT、Perkin Elmer製)のBiotin Tyramide溶液をAmplification Diluentで100倍希釈した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、希釈したBiotin Tyramide溶液を50μL添加した。磁性粒子を分散させ、1000 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。磁性粒子を集磁し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。
(３)蛍光標識
ストレプトアビジンを結合させた蛍光色素(Brilliant Violet(商標)421 Streptavidin、BioLegend製)を0.1% Tween20/PBS(pH 7.4)で100倍希釈して、蛍光色素溶液を調製した。磁性粒子を集磁し、上清を除去した後、調製した蛍光色素溶液を50μL添加した。粒子懸濁液を遮光した状態で、1000 rpm、25℃に設定した振盪恒温槽内で30分間反応させた。粒子懸濁液を遠心分離し、上清を除去した。磁性粒子に、HISCL(登録商標)洗浄液(シスメックス製)を200μL添加し、磁性粒子を分散させた。
(４)フローサイトメーターによる検出
上記(３)で得た粒子懸濁液のうちの５μLを、200μLのFACS Flow (Becton Dickinson製)で希釈した。得られた粒子懸濁液をフローサイトメーター(FACS Verse、Becton Dickinson製)に流して、各磁性粒子の蛍光強度を測定し、粒子数をカウントした。励起光の波長には408 nmを用い、検出器光学フィルターにはBD Horizon V450用のフィルターを用いた。ここで、陰性粒子のみを測定した場合の最大蛍光強度＋5SDを閾値とし、この閾値以上の蛍光強度を有する磁性粒子を陽性粒子として計数した。また、この閾値未満の蛍光強度を有する磁性粒子(陰性粒子)と陽性粒子との総数を、全粒子として計数した。この全粒子数は、検出に供した磁性粒子の総数を表す。
(５)結果
結果を図２０に示す。図２０に示されるように、陽性粒子の割合がエクソソーム濃度依存的に増加した。よって、本実施形態の方法によって、被検物質としてエクソソームを検出できることがわかった。
本出願は、２０１５年３月１３日に出願された日本国特許出願特願２０１５−５０２０５号、２０１５年８月２８日に出願された日本国特許出願特願２０１５−１６９２０６号および２０１６年１月２８日に出願された日本国特許出願特願２０１６−１４７４４号に関し、これらの特許請求の範囲、明細書、図面及び要約書の全ては本明細書中に参照として組み込まれる。
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００： 試薬キット
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１： 第１容器
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２、１０２： 第２容器
１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３： 第３容器
１４、３４、４４、６４、７４、８４、９４、１０４： 第４容器
１５、６５、８５、９５： 第５容器
６６： 第６容器
１６、２４、３５、４５、５４、６７、７５、８６、９６、１０５： 添付文書
１７、２５、３６、４６、５５、６８、７６、８７、９７、１０６： 梱包箱

Claims (39)

  1. 試料中の被検物質を検出する方法であって、
    前記被検物質に結合可能な第一捕捉物質と、被検物質一分子と、前記被検物質に結合可能な第二捕捉物質と、触媒とを含む複合体を、担体粒子上に形成する工程、
    前記複合体の触媒と基質とを反応させ、反応産物を前記担体粒子に固定する工程、および
    前記反応産物が固定された担体粒子を検出することにより、被検物質を検出する工程、
    を含み、
    前記形成工程によって、担体粒子一個につき被検物質が一分子捕捉され、
    前記固定工程において、前記反応産物が、その反応産物を生成した触媒を固定している担体粒子に固定されるが、他の担体粒子には実質的に固定されず、
    前記形成工程が、前記試料と、前記担体粒子を複数含む試薬とを混合する工程を含み、
    前記検出工程において、各々の担体粒子は区画化されていない、
    被検物質の検出方法。
  2. 前記固定工程において、前記反応産物を前記担体粒子に固定することにより前記担体粒子の光学的性質が変化し、
    前記検出工程において、前記担体粒子の光学的情報を検出することにより、前記被検物質を検出する、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記固定工程が、前記複合体が固定された担体粒子と、前記基質とを含む溶液中で実行され、前記複合体の触媒と前記基質との反応が、前記担体粒子が前記溶液中に分散した状態で行われる、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記固定工程において、分散した担体粒子間の距離が少なくとも３μmである、請求項３に記載の方法。
  5. 前記固定工程が、溶液中の前記担体粒子を分散させる工程を含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記固定工程において、前記溶液中の担体粒子の濃度が、5×104個/mL以上かつ1×109個/mL以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記複数の担体粒子の平均粒子径が100μm以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記固定工程において、前記担体粒子に検出用粒子をさらに固定する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記検出用粒子が、蛍光粒子である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記検出用粒子の平均粒子径が、前記担体粒子の平均粒子径の５％以上である、請求項８又は９に記載の方法。
  11. 前記検出用粒子の平均粒子径が、前記担体粒子の平均粒子径の10％以上である、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記基質が、支持体と複数の基質分子とを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 前記支持体が、検出可能なシグナルを発生する、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記支持体が、蛍光物質を含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記検出工程が複数の担体粒子を含む溶液中で実行され、各々の担体粒子は前記溶液中で区画化されていない、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記基質が、標識を有する基質であり、
    前記固定工程において、前記標識を有する反応産物が生成され、前記標識を有する反応産物が前記担体粒子に固定され、
    前記検出工程において、前記担体粒子に固定された前記反応産物の標識に基づき、被検物質を検出する、
    請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
  17. 前記検出工程において、
    前記担体粒子の光学的情報を測定し、
    前記光学的情報の測定値と所定の閾値とを比較し、
    前記測定値が所定の閾値以上となった担体粒子を、前記反応産物が結合した担体粒子として検出する、
    請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 前記固定工程において、検出用粒子が、反応産物を介して担体粒子に固定され、
    前記検出工程において、前記検出用粒子が固定された担体粒子を検出することにより、被検物質を検出する、
    請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
  19. 前記標識が蛍光物質であり、前記光学的情報が蛍光強度である、請求項１６に記載の方法。
  20. 前記蛍光物質が、芳香族π共役系ポリマー構造を含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記触媒が酵素である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
  22. 前記酵素が、複数の酵素分子が重合しているポリマーである、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記酵素分子のポリマーの重合度が、50以上かつ400以下である、請求項２２に記載の方法。
  24. 前記触媒がペルオキシダーゼであり、
    前記基質が標識チラミドであり、
    前記反応産物がラジカル化チラミドであり、
    前記固定工程において、前記ラジカル化標識チラミドが、その標識チラミドをラジカル化したペルオキシダーゼが固定された担体粒子に固定されることにより、前記担体粒子の蛍光強度が変化し、
    前記検出工程において、前記担体粒子の蛍光強度を検出することにより、前記被検物質を検出する、
    請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
  25. 前記触媒がペルオキシダーゼであり、
    前記基質が検出用粒子とチラミドとを含み、
    前記反応産物がラジカル化チラミドであり、
    前記検出用粒子が蛍光粒子であり、
    前記固定工程において、前記ラジカル化チラミドが、そのチラミドをラジカル化したペルオキシダーゼが固定された担体粒子に固定され、
    チラミドが固定された担体粒子に蛍光粒子がさらに固定されることにより、前記担体粒子の蛍光強度が変化し、
    前記検出工程において、前記担体粒子の蛍光強度を検出することにより、前記被検物質を検出する、
    請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
  26. 前記触媒がペルオキシダーゼであり、
    前記基質が、支持体と複数のチラミド分子とを含み、
    前記反応産物がラジカル化チラミドであり、
    前記固定工程において、前記ラジカル化チラミドが、そのチラミドをラジカル化したペルオキシダーゼが固定された担体粒子に固定されることにより、前記担体粒子の蛍光強度が変化し、
    前記検出工程において、前記担体粒子の蛍光強度を検出することにより、前記被検物質を検出する、
    請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
  27. 前記検出工程が、
    前記反応産物が結合した担体粒子を計数する工程、および
    前記計数結果に基づいて前記被検物質を定量する工程
    を含む、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
  28. 前記検出工程が、
    検出に供した担体粒子の総数を計数する工程、および
    前記反応産物が結合した担体粒子の計数結果と、前記総数の計数結果とに基づいて、前記被検物質を定量する工程
    を含む、請求項２７記載の方法。
  29. 前記計数工程が、フローサイトメーターまたは顕微鏡を用いて行われる、請求項２７または２８に記載の方法。
  30. 試料中の第一被検物質と、前記第一被検物質とは異なる種類の第二被検物質とを区別して検出する方法であって、
    前記第一被検物質に結合可能な第一捕捉物質と、前記第一被検物質一分子と、前記第一被検物質に結合可能な第二捕捉物質と、触媒とを含む第一複合体を、担体粒子上に形成し、前記第二被検物質に結合可能な第三捕捉物質と、前記第二被検物質一分子と、前記第二被検物質に結合可能な第四捕捉物質と、触媒とを含む第二複合体を、担体粒子上に形成する工程、
    前記複合体の触媒と基質とを反応させ、反応産物を前記担体粒子に固定する工程、および
    前記反応産物が固定された担体粒子を検出することにより、前記第一被検物質および前記第二被検物質を区別して検出する工程、
    を含み、
    前記形成工程が、前記試料と、前記担体粒子を複数含む試薬とを混合する工程を含み、
    前記形成工程によって、担体粒子一個につき第一被検物質および第二被検物質のいずれかが一分子捕捉され、
    前記固定工程において、前記反応産物が、その反応産物を生成した触媒を固定している担体粒子に固定されるが、他の担体粒子には実質的に固定されず、
    前記触媒反応によって、前記第一被検物質を固定した担体粒子と、前記第二被検物質を固定した担体粒子とが互いに区別可能なシグナルを生じ、
    前記検出工程において、各々の担体粒子は区画化されておらず、
    前記検出工程において、前記互いに区別可能なシグナルに基づいて、前記第一被検物質および前記第二被検物質を区別して検出する、
    被検物質の検出方法。
  31. 前記互いに区別可能なシグナルが、前記担体粒子の平均粒子径に基づく、請求項３０に記載の方法。
  32. 前記互いに区別可能なシグナルが、前記担体粒子に固定された反応産物に基づく、請求項３０に記載の方法。
  33. 前記互いに区別可能なシグナルが、蛍光であり、
    前記第一被検物質および前記第二被検物質が、反応産物が固定された担体粒子の蛍光強度または蛍光波長に基づいて区別される、
    請求項３２に記載の方法。
  34. 前記第一捕捉物質および前記第二捕捉物質が抗体である、請求項１〜３３のいずれか１項に記載の方法。
  35. 被検物質が、抗体、核酸、生理活性物質、ベシクル、細菌、ウイルス、ポリペプチド、ハプテン、治療薬剤または治療薬剤の代謝物である、請求項１〜３４のいずれか１項に記載の方法。
  36. 前記ベシクルが、エクソソームである、請求項３５に記載の方法。
  37. 請求項１〜３６のいずれか１項に記載の被検物質の検出方法に用いられる試薬キットであって、
    複数の担体粒子と、
    前記第一捕捉物質と、
    前記第二捕捉物質と、
    前記触媒と、
    前記基質と、
    を含む、試薬キット。
  38. 検出用粒子をさらに含む、請求項３７に記載の試薬キット。
  39. 前記基質が、支持体と複数の基質分子とを含む、請求項３７または３８に記載の試薬キット。
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