KR100673835B1 - Method for assaying protein using surface plasmon resonance - Google Patents

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Abstract

A method for assaying protein is provided to be able to analyze extremely small amount of protein by amplifying a surface plasmon resonance(SPR) signal using a non-labeled antibody through a sandwich technique, thereby being variously applied to a disease detecting sensor, proteomics study and the like. The method comprises the steps of: (a) forming a self-assembled mono-molecule layer having carboxyl group and hydroxyl group on the surface of a metal thin film on a SPR chip, where the metal is selected from the group consisting of Au, Ag, Cu and Al; (b) biotining the self-assembled mono-molecule layer of the SPR chip and then combining it with avidin or streptavidin; (c) fixing the avidin or streptavidin of the SPR chip on a target protein using a specific and biotined primary antibody; (d) reacting the fixed antibody of the SPR chip with a biological sample such as tissue, cell, whole blood, serum, plasma, saliva, sputum, and urine including the target protein; (e) reacting the SPR chip with a specific and non-labeled secondary antibody; and (f) measuring the refractive index change of the SPR chip on the material fixed on the metal thin film surface to calculate the amount of the target protein.

Description

SPR을 이용하여 단백질을 정량하는 방법{Method for assaying protein using surface Plasmon Resonance}Method for assaying protein using surface Plasmon Resonance

도 1은 이차 항체를 이용한 SPR 신호 증폭을 위한 센서칩 제작과정 개념도로, (a)는 금박막에 자기조립단분자층(self assembled monolayer)을 형성하는 단계, (b)는 배향성을 높이기 위해 SAM의 카르복실기를 비오틴화시키는 단계, (c)는 단백질의 고정화 부위를 증가시키기 위해 비오틴에 스트렙타아비딘을 고정화 하는 단계, (d)는 시료인 항원단백질에 결합 할 수 있는 감지용 항체를 streptavidin에 고정화하는 단계, (e)는 비오틴화 된 항원 시료를 흘려주는 단계, (f)는 비표지 항체를 다시 흘려주어 SPR 신호를 증폭시키고 민감도를 향상시키는 단계를 나타낸다.1 is a conceptual diagram of a sensor chip manufacturing process for amplifying an SPR signal using a secondary antibody, (a) forming a self assembled monolayer on a gold thin film, and (b) a carboxyl group of a SAM to increase orientation Biotinylation, (c) immobilizing streptavidin in biotin to increase the immobilization site of the protein, (d) immobilizing a detection antibody capable of binding to the antigenic protein as a sample to streptavidin, (e) flows the biotinylated antigen sample, and (f) flows the unlabeled antibody again to amplify the SPR signal and enhance sensitivity.

도 2는 PSA-ACT 농도에 따른 항원-항체의 면역 반응에 의해 실시간 변화되는 SPR 값을 보여주는 그래프로, (a) PSA-ACT 항원 복합체를 비오틴화 된 PSA-ACT 단클론 항체 복합체에 흘려주는 단계, (b) PSA-ACT 항원 복합체의 주입을 멈추는 단계, (c) PSA-ACT 다클론 항체 복합체를 PSA-ACT 항원 복합체에 다시 흘려주는 단계, (d) PSA-ACT 다클론 항체 복합체의 주입을 멈추는 단계를 나타낸다.Figure 2 is a graph showing the SPR value that is changed in real time by the immune response of the antigen-antibody according to the PSA-ACT concentration, (a) flowing the PSA-ACT antigen complex to the biotinylated PSA-ACT monoclonal antibody complex, (b) stopping the infusion of the PSA-ACT antigen complex, (c) flowing the PSA-ACT polyclonal antibody complex back into the PSA-ACT antigen complex, and (d) stopping the infusion of the PSA-ACT polyclonal antibody complex Represents a step.

도 3은 면역학적 검정법의 직선범위와 일차반응과 이차반응의 차이를 보여주는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the difference between the linear range and the primary and secondary response of the immunological assay.

본 발명은 표적 단백질에 특이적인 일차 항체 및 비표지 이차 항체를 이용하는 샌드위치 분석법을 통하여 SPR(Surface Plasmon Resonance) 신호를 증폭시켜 단백질을 정량하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for quantifying proteins by amplifying Surface Plasmon Resonance (SPR) signals through sandwich assays using primary and non-labeled secondary antibodies specific for the target protein.

특정한 단백질을 정량 분석 방법은 효소면역 측정법 (Enzyme Immunoassay, EI), ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay) 및 방사면역 측정법 (Radioimmunoassay, RIA) 등이 있다. 이 중에서도 ELISA 법은 항체에 효소를 결합시켜 항원-항체 반응을 확인하는 방법으로, 그 방법이 간단하고 비용이 많이 들지 않으며 다량 분석이 가능하여 현재 가장 널리 쓰이고 있는 항원-항체 분석법의 하나가 되고 있다. ELISA 방법은 방사능면역시헙법 (RIA, Radio ImmunoAssay)과 같이 매우 민감한 반응이면서도 RIA에서처럼 방사능을 사용하지 않는다는 잇점이 있어서 많이 이용되고 있다. 하지만 이 방법은 분석시 많은 시료양을 요구하며 시간이 오래 걸리고, 여러 단계의 과정을 거쳐야 한다는 단점이 있다. RIA는 민감도(sensitivity)가 가장 높지만 방사능 물질을 이용한다는 점에서 안전성이 문제가 된다. Methods for quantitative analysis of specific proteins include Enzyme Immunoassay (EI), Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA), and Radioimmunoassay (RIA). Among them, ELISA is a method of binding an enzyme to an antibody to confirm an antigen-antibody reaction. The method is simple, inexpensive, and can be analyzed in large quantities, making it one of the most widely used antigen-antibody assays. . The ELISA method is widely used because it is a very sensitive reaction such as radioimmunoassay (RIA) and does not use radioactivity as in RIA. However, this method requires a large amount of sample to analyze, it takes a long time and has a multi-step process. RIA has the highest sensitivity, but safety is a problem in that it uses radioactive materials.

단백질 정량에서 동위원소 측정법은 안전성에 문제가 있으며, 효소 반응 측 정법은 분석범위가 좁아 다양한 농도로 존재하는 시료를 분석하는 데 어려움이 있으며, 형광측정법은 고가의 형광물질을 검출 단백질에 다시 결합 시켜 사용해야한다는 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 광학적으로 SPR을 이용한 비표지(Label-free) 검출 방식이 선호되고 있다. Isotope measurement in protein quantification is a safety problem, enzyme reaction measurement is difficult to analyze the samples present in various concentrations because of the narrow analysis range, fluorescence method is to bind the expensive fluorescent material to the detection protein again There is a problem that should be used. In order to solve these problems, a label-free detection method using SPR optically is preferred.

SPR 센서 기술은 단백질과 같은 생체 물질이 센서 표면에 결합될 경우 신호 변화를 일으키는 현상을 이용하는 것으로, 바이오센서 또는 바이오칩 등에 이용되고 있다. SPR이 바이오센서로 이용하기에 적합한 이유는 SPR 현상이 금속박막의 표면근처(거의 500 nm이하)에서 일어나는 물리, 화학적 변화에 공명각도나 파장의 변화로서 매우 민감하게 영향을 받기 때문에 금속박막의 표면처리를 통해 다양한 분야에 응용이 가능하기 때문이다. 또한 SPR은 다른 방법에 비해 계측할 때 샘플에 손상이나 변형을 주지 않고 방사성 물질이나 형광물질을 이용한 별도의 표식 없이 광학적 원리만으로 분자들간의 상호계측이 가능하고 실시간으로 결합 친화도를 측정할 수 있다. 이러한 장점으로 SPR은 생체분자 측정을 위한 바이오센서분야의 유용한 기술로 평가되고 있고 단백질 분석에 이용되고 있다. 그러나, SPR을 이용한 바이오센서는 낮은 농도의 생체물질을 분석하기에는 감도가 낮은 단점이 있다.SPR sensor technology uses a phenomenon that causes a signal change when a biological material such as a protein is bonded to the sensor surface, and is used in biosensors or biochips. The reason that SPR is suitable for use as a biosensor is because the SPR phenomenon is very sensitive to the physical and chemical changes occurring near the surface of the metal film (nearly 500 nm or less) as a change in resonance angle or wavelength. This is because the processing can be applied to various fields. In addition, SPR can measure the binding affinity in real time with the optical principle alone without any damage or modification to the sample, and without any markers using radioactive materials or fluorescent materials, compared to other methods. . With these advantages, SPR has been evaluated as a useful technique in the field of biosensor for biomolecule measurement and used for protein analysis. However, biosensors using SPR have a low sensitivity for analyzing low concentration biomaterials.

이런 배경하에, 본 발명자들은 아비딘 또는 스트렙타비딘을 통하여 SPR의 자기조립단분자층에 결합되어 일차 항체로 표적 단백질을 포획하고 이를 비표지된 이차 항체를 이용하여 검출할 경우 SPR(Surface Plasmon Resonance) 신호의 굴절지수 변화가 증가되면서 SPR 신호를 증폭시킬 수 있고 따라서, 낮은 농도로 존재하는 단 백질까지 높은 감도로 측정가능함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Against this background, the inventors bound the self-assembled monolayer of SPR via avidin or streptavidin to capture the target protein with the primary antibody and detected the surface plasma resonance (SPR) signal when detected using the unlabeled secondary antibody. As the refractive index change is increased, the SPR signal can be amplified, and thus, the present invention was completed by confirming that the protein existing at low concentration can be measured with high sensitivity.

본 발명의 하나의 목적은 아비딘 또는 스트렙타비딘을 통하여 SPR의 자기조립단분자층에 결합된 일차 항체로 표적 단백질을 포획하고 포획된 단백질을 비표지된 이차 항체를 이용하여 검출하는 샌드위치 분석법을 이용하여 SPR 신호를 증폭시켜 단백질을 정량하는 방법에 관한 것이다.One object of the present invention is to capture a target protein with a primary antibody bound to the self-assembled monolayer of SPR via avidin or streptavidin and to detect the captured protein using an unlabeled secondary antibody. A method of quantifying protein by amplifying a signal.

하나의 양태로서 본 발명은 (1) SPR(surface plasmon resonance) 칩의 금속 박막 표면에 자기조립단분자층을 형성하는 단계; (2) SPR 칩의 자기조립단분자층을 비오틴화시키고 아비딘 또는 스트렙타비딘과 결합시키는 단계; (3) SPR 칩의 아비딘 또는 스트렙타비딘을 표적 단백질에 특이적이고 비오틴화된 일차 항체로 고정화 시키는 단계; (4) SPR 칩의 고정된 항체를 표적 단백질을 포함하는 생물학적 시료와 반응시키는 단계; (5) SPR 칩을 표적 단백질에 특이적이고 비표지된 이차 항체와 반응시키는 단계; 및 (6) SPR 칩의 금속 박막 표면에 고정화된 물질에 대한 굴절지수변화를 측정하여 표적 단백질의 양을 계산하는 단계를 포함하는, 샌드위치 분석법으로 SPR 신호를 증폭시켜 단백질을 정량하는 방법에 관한 것이다.In one embodiment, the present invention provides a method for forming a self-assembled monolayer on a surface of a metal thin film of a surface plasmon resonance (SPR) chip; (2) biotinylating the self-assembled monolayer of the SPR chip and binding it to avidin or streptavidin; (3) immobilizing avidin or streptavidin of the SPR chip with the primary antibody specific for the target protein and biotinylated; (4) reacting the immobilized antibody of the SPR chip with a biological sample comprising the target protein; (5) reacting the SPR chip with a secondary antibody specific and unlabeled for the target protein; And (6) calculating a target protein amount by measuring a change in refractive index of a material immobilized on the surface of the metal thin film of the SPR chip, and a method for quantifying the protein by amplifying the SPR signal by a sandwich analysis method. .

SPR은 금속박막의 굴절률 변화를 민감하게 측정하는 방법으로 금속표면에 단 백질과 같은 생화학적 물질이 결합될 경우, 변화된 양을 감지하여 단백질을 정량할 수 있다. 이러한 현상을 나타내는 금속은 금, 은, 구리, 알루미늄 등과 같은 외부 자극에 의해 전자의 방출이 쉽고 음의 유전상수를 갖는 금속들이 주로 사용된다. 그 중에서 가장 예리한 SPR 공명 피크를 보이는 은과 우수한 표면 안정성을 나타내는 금이 보편적으로 이용된다. 표면 플라즈몬 공명이 일어나는 공명각, 즉 반사광이 최소가 되는 각도는 금속 박막 표면층 유전체 질량이 증가하거나 구조가 변형되면 결과적으로 유효 굴절률(effective refractive index)이 변화하여 공명각이 달라지게 된다. 따라서 이러한 물질의 변화를 광학적인 방법으로 계측할 수 있는 SPR 원리를 이용하면 금속 박막 표면 층의 적절한 화학적 변형을 통해 다양한 생화학 물질들 사이의 선택적 결합이나 분리와 같은 생화학적 반응을 공명각의 변화로 감지할 수 있어 SPR 센서는 고감도 생화학 센서로 활용할 수 있다. SPR은 별도의 신호증폭 없이 생체 시료의 결합을 직접적으로 측정할 수 있는 장점이 있으나, 극미량의 생체 시료를 측정하고자 할 때 별도의 신호 증폭 기술을 요구하게 된다.SPR is a method of sensitively measuring the change in refractive index of a metal thin film. When a biochemical such as a protein is bound to a metal surface, SPR can detect a changed amount and quantify a protein. As the metal exhibiting such a phenomenon, metals having an easy dielectric emission and negative dielectric constant are mainly used, such as gold, silver, copper, aluminum, and the like. Among them, silver showing the sharpest SPR resonance peak and gold showing excellent surface stability are commonly used. The resonance angle at which surface plasmon resonance occurs, that is, the angle at which the reflected light is minimized, results in an effective refractive index that changes as the mass of the metal thin film surface layer dielectric increases or the structure changes, resulting in a change in the resonance angle. Therefore, using the SPR principle, which can measure the change of these materials in an optical way, biochemical reactions, such as selective bonding or separation between various biochemicals, can be transformed into resonance angles through appropriate chemical modification of the metal thin film surface layer. Sensitive SPR sensors can be used as highly sensitive biochemical sensors. SPR has the advantage of directly measuring the binding of a biological sample without a separate signal amplification, but when measuring a very small amount of biological sample requires a separate signal amplification technology.

본 발명은 SPR 신호를 증폭시키기 위하여 두개의 항체를 이용하는 샌드위치 분석법을 이용한다.The present invention utilizes a sandwich assay using two antibodies to amplify the SPR signal.

본 발명에서, 용어 “일차 항체(primary antibody)”는 SPR 칩의 금속 박막 표면의 자기조립 단분자층과 아비딘 또는 스트렙타아비딘을 통하여 일정한 배향으로 고정화된 항체로, 표적 단백질을 포획하는(capture) 역할을 한다. In the present invention, the term "primary antibody" is an antibody immobilized in a fixed orientation through a self-assembled monolayer and avidin or streptavidin on the surface of the metal thin film of the SPR chip, capture the target protein (capture) do.

SPR 표면의 SAM의 반응기는 일차 항체의 다양한 부위에 존재하는 반응기와 비특이적이고 무작위적인 결합을 하게 된다. 본 발명자는 아비딘-비오틴 또는 스 트렙타비딘-비오틴을 매개로 SAM의 반응기와 일차 항체를 결합시켜 항체의 배향을 조절하였다. 비오틴은 항체의 반응기, 예들 들어 항체의 일차 아민기(primary amino group)와 특이적으로 결합할 수 있고 아비딘 또는 스트렙타비딘은 비오틴에 대하여 4개의 결합 부위를 가지므로 일정한 배향을 가질 수 있다.SAM's reactor on the SPR surface will have non-specific and random binding with reactors present at various sites of the primary antibody. We controlled the orientation of the antibody by binding the primary antibody with the reactor of SAM via avidin-biotin or streptavidin-biotin. Biotin can specifically bind to the reactor of the antibody, eg, the primary amino group of the antibody, and avidin or streptavidin can have a constant orientation since it has four binding sites for biotin.

본 발명에서, 용어 “이차 항체(secondary antibody)”는 일차 항체에 포획된 표적 단백질을 검출하는(detect) 역할을 하는 항체로, 이차 항체를 사용할 경우 굴절지수 변화는 이차 항체를 사용하지 않았을 때 보다 증가하게 된다. 따라서, 이차 항체를 사용하여 표적 단백질을 검출할 경우, SPR 신호를 증폭시킬 수 있고 적은 양의 단백질까지 고감도로 검출 가능하게 된다. In the present invention, the term "secondary antibody" is an antibody that serves to detect a target protein trapped in the primary antibody, the refractive index changes when using the secondary antibody than when not using the secondary antibody Will increase. Therefore, when a target protein is detected using a secondary antibody, the SPR signal can be amplified and a small amount of protein can be detected with high sensitivity.

본 발명 이전의 SPR 신호를 증폭시키기 위한 연구들을 살펴보면 다음과 같다. 대한민국 공개특허 2005-00581854호에는 분석하고자 하는 단백질을 일차 항체로 포획하고 이를 이차 항체에 결합시킨 뒤 HRP 등의 효소를 결합시키고 효소에 반응하는 물질을 첨가하여 칩 표면에 침전물을 형성시켜 SPR 신호를 증폭시키는 방법에 대하여 기술하고 있다. 국제공개 WO 01/09388호에는 단백질 등의 분석물을 일차 항체로 포획하고 2차 항체가 콘쥬게이션된 콜로이드 금속 나노 입자(colloidal metal nanoparticle)을 이용하여 SPR 신호를 증폭시키는 방법에 대하여 기술하고 있다. 본 발명은 목적 단백질과 이의 특이적인 이차 항체 결합와의 결합에 의한 SPR 굴절지수 변화를 직접적으로 측정하지만 상기 선행특허들은 침전물의 형성 또는 금속 나노 입자를 이용하여 SPR 신호를 증폭한다는 점에서 본 발명과 차이가 있다. 또한, 상기 선행 기술은 본 발명에 비하여 절차가 복잡하고 시간이 오래 걸린 다는 단점이 있으며 특히, 금속 나노 입자를 이용하여 SPR 신호를 증폭시키는 방법은, 2차 항체를 금속 나노 입자에 결합시킬 때 항체의 결합력이 약화될 수 있어 표적 단백질과 결합하는 2차 항체의 결합 특이성이 낮고 금속 나노 입자가 표적 단백질 외의 단백질과 비특이적 흡착이 일어나므로 결과의 신뢰성이 낮다는 문제점을 가진다.The studies for amplifying the SPR signal before the present invention are as follows. Korean Patent Publication No. 2005-00581854 discloses an SPR signal by capturing a protein to be analyzed as a primary antibody, binding it to a secondary antibody, binding an enzyme such as HRP, and adding a substance that reacts with the enzyme to form a precipitate on the chip surface. Amplification method is described. WO 01/09388 describes a method for capturing analytes, such as proteins, with primary antibodies and amplifying SPR signals using colloidal metal nanoparticles conjugated with secondary antibodies. The present invention directly measures the change in SPR refractive index due to the binding of the target protein with its specific secondary antibody binding, but the prior patents differ from the present invention in that they form a precipitate or amplify the SPR signal using metal nanoparticles. There is. In addition, the prior art has a disadvantage that the procedure is complicated and time-consuming compared to the present invention, in particular, the method of amplifying the SPR signal using the metal nanoparticles, when binding the secondary antibody to the metal nanoparticles The binding strength of the secondary antibody that binds to the target protein can be weakened, the binding specificity of the metal nanoparticles and non-specific adsorption occurs with the protein other than the target protein has a problem of low reliability of the result.

그러나, 본 발명은 상기 선행 특허가 가지는 문제점을 극복하여 미량으로 존재하는 단백질까지 용이하게 정량할 수 있다. 본 발명자는 PSA-ACT 항원을 이용하여 SPR 신호가 증폭되는 정도를 살펴보았다. SPR 바이오센서를 이용하여 PSA-ACT 항원을 각 농도 별로 분석한 결과, 항원만 주입하면 SPR 신호 값은 PSA-ACT 농도가 높아짐에 따라 증가하였다(도 2의 a-c 구간). 항원 농도 1 ng/ml를 flow cell 에 주입하면 RU 값이 8.5, 10 ng/ml 농도에서는 14 RU, 100 ng/ml 에서는 28 RU, 500 ng/ml 에서는 64 RU, 1000 ng/ml 에서는 112 RU 값을 가졌다. SPR 시스템에서 RU 값이 blank 시료(항원 첨가없이 buffer만 존재하는 시료)때의 3배 이상일 때가 검출한계 값을 갖을 수 있다고 정의하므로, blank 시료만 흘려주었을 때의 RU 값인 7의 3 배가 되는 21 RU 이상이 나오는 단백질 농도 이상의 범위에서만 유효한 결과를 제공한다. 따라서, 항원-항체의 면역 반응 만으로는 100 ng/ml 이하의 농도를 가진 PSA-ACT 단백질을 분석하기는 어렵다고 볼 수 있다.However, the present invention can easily quantify even a small amount of protein by overcoming the problems of the prior patent. The inventors examined the extent to which the SPR signal was amplified using the PSA-ACT antigen. As a result of analyzing the PSA-ACT antigen by each concentration using the SPR biosensor, the SPR signal value increased as the concentration of PSA-ACT increased only when the antigen was injected (a-c section in FIG. 2). Injecting 1 ng / ml of antigen concentration into a flow cell yields an RU value of 8.5, 14 RU at 10 ng / ml, 28 RU at 100 ng / ml, 64 RU at 500 ng / ml, and 112 RU at 1000 ng / ml Had In the SPR system, when the RU value is more than three times that of the blank sample (the sample without the antigen added), the detection limit value can be defined. Therefore, 21 RU is three times the RU value of 7 when only the blank sample is flowed. The results provide only results that are within the range of the above protein concentration. Therefore, it is difficult to analyze the PSA-ACT protein having a concentration of 100 ng / ml or less based on the immune response of the antigen-antibody alone.

그러나, PSA-ACT 항원과 PSA-ACT 단클론 항체 복합체 형성 후 PSA 다클론 항체를 주입할 경우, PSA-ACT 항원 농도 1 ng/ml 농도에서는 78 RU, 10 ng/ml의 농도에서는 87 RU, 100 ng/ml의 농도에서는 128 RU, 500 ng/ml의 농도에서는 345 RU, 1000 ng/ml의 농도에서는 615 RU 값을 나타내었다(도 2에서 c-d 구간). 이차 PSA-ACT 항체와 반응시키지 않은 경우 검출 한계가 100 ng/ml 까지였으나 이차 PSA-ACT 항체와 반응시킬 경우 1 ng/ml의 PSA-ACT 까지 검출가능하였다. 따라서, 본 발명의 방법으로 1 ng/ml 수준으로 미량으로 존재하는 단백질까지 용이하게 정량할 수 있다.However, when PSA polyclonal antibody was injected after formation of the PSA-ACT antigen and PSA-ACT monoclonal antibody complex, 78 RU at 1 ng / ml PSA-ACT antigen concentration and 87 RU at 100 ng / ml concentration, 100 ng 128 RU at a concentration of / ml, 345 RU at a concentration of 500 ng / ml, and 615 RU at a concentration of 1000 ng / ml (CD section in FIG. 2). When not reacted with the secondary PSA-ACT antibody, the detection limit was up to 100 ng / ml, but when reacted with the secondary PSA-ACT antibody, it was detectable up to 1 ng / ml of PSA-ACT. Thus, the protein of the present invention can be easily quantitated even in trace amounts at a level of 1 ng / ml.

또한, 본 발명의 SPR 칩의 자기조립단분자층은 카르복실기(-COOH) (Receptor)와 하이드록실기(-OH)(Spacer)를 가짐을 특징으로 한다. SAM이 상기의 반응기로 개질될 경우, SPR 칩으로 생물학적 시료 주입시 SAM 표면과 시료내의 단백질들과의 비특이적 흡착이 최소화된다. 따라서, SAM과 단백질간의 비특이적인 흡착이 최소화되는 조건에서, 표적 단백질만 일차 항체에 의해 특이적으로 결합되고 이차 항체에 의해 증폭되어 표적 단백질을 정확하게 정량할 수 있다.In addition, the self-assembled monolayer of the SPR chip of the present invention is characterized by having a carboxyl group (-COOH) (Receptor) and a hydroxyl group (-OH) (Spacer). When SAM is reformed into the reactor, nonspecific adsorption of SAM surface and proteins in the sample is minimized when biological sample is injected into the SPR chip. Thus, under conditions where nonspecific adsorption between SAM and protein is minimized, only the target protein can be specifically bound by the primary antibody and amplified by the secondary antibody to accurately quantify the target protein.

본 발명의 두개의 항체를 이용하여 SPR 신호를 증폭시켜 단백질을 정량하는 각 단계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Looking at each step of quantifying the protein by amplifying the SPR signal using the two antibodies of the present invention in detail.

먼저, SPR 칩의 금속 박막 표면에 고정화된 일차 항체를 이용하여 분석을 원하는 표적 단백질을 포획하는 단계로, 제1 내지 제3 단계에 해당한다.First, using a primary antibody immobilized on the surface of the metal thin film of the SPR chip to capture the target protein to be analyzed, corresponding to the first to third steps.

제1 단계는 SPR(surface plasmon resonance) 칩의 금속 박막 표면에 자기조립단분자층을 형성하는 단계이다.The first step is to form a self-assembled monolayer on the surface of the metal thin film of the surface plasmon resonance (SPR) chip.

본 발명에서 용어, “자가 조립 단분자층(self assembled monolayer; SAM)"은 SPR 칩 표면에 생성된 규칙적으로 잘 정렬된 유기 분자막을 의미하는데, 바람 직하게는 카르복실기(-COOH) 및 하이드록실기(-OH)를 가지는 층이다. 구체적인 양태에서는, 말단기가 카르복실기(-COOH)로 치환되어 있는 EG6 올리고머 HS(CH2)11(OH2CH2)6OCH2COOH와 말단기가 하이드록실기(-OH)로 치환되어 있는 EG3 올리고머 HS(CH2)11(OH2CH2)3OH를 에탄올 용액에 적절한 비율, 바람직하게는 1:20, 보다 바람직하게는 1 내지 10의 비율로 혼합하여 SPR 센서칩에 카르복실기 및 하이드록실기를 가지는 자기조립박층을 제조하도록 한다. As used herein, the term "self assembled monolayer (SAM)" refers to a regularly ordered organic molecular film produced on the surface of the SPR chip, preferably a carboxyl group (-COOH) and a hydroxyl group ( -OH) In a specific embodiment, an EG6 oligomer whose end group is substituted with a carboxyl group (-COOH) HS (CH2) 11 (OH2CH2) 6OCH2COOH and an EG3 oligomer whose end group is substituted with a hydroxyl group (-OH) HS (CH 2) 11 (OH 2 CH 2) 3 OH is mixed in an ethanol solution in an appropriate ratio, preferably 1:20, and more preferably in a ratio of 1 to 10 to form a self-assembled thin layer having a carboxyl group and a hydroxyl group on the SPR sensor chip. To manufacture.

제2 단계는 SPR 칩의 SAM을 비오틴화시키고 아비딘 또는 스트렙타비딘과 결합시키는 단계로, 보다 구체적으로는 자기조립단분자층의 카르복실기를 biotin hydrazide 와 EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochloride)를 이용하여 비오틴화시킬 수 있다. EDC는 카르복실기와 상호작용하여 카르복실기가 hydrazide의 아미노기에 반응성을 가지도록 한다. 그 후, SPR 시스템의 flow cell에 아비딘 또는 스트렙타비딘 용액을 주입하여 SAM에 고정시킨다. The second step is to biotinylate the SAM of the SPR chip and bind it with avidin or streptavidin. More specifically, the carboxyl groups of the self-assembled monolayer are biotin hydrazide and EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl)- carbodiimide hydrochloride) can be used for biotinylation. EDC interacts with the carboxyl group to make the carboxyl group reactive with the amino group of hydrazide. Thereafter, avidin or streptavidin solution is injected into the flow cell of the SPR system and fixed to the SAM.

제3 단계는 SPR 칩의 아비딘 또는 스트렙타비딘을 표적 단백질에 특이적이고 비오틴화된 일차 항체로 고정화시키는 단계이다.The third step is the immobilization of avidin or streptavidin of the SPR chip with the primary antibody specific for the target protein and biotinylated.

일차 항체의 특정 영역만을 비오틴화시키기 위하여, 단백질의 라이신 잔기 또는 N-말단의 일차 아민기(-NH)을 비오틴화시킨다. 비오틴의 NHS-ester를 이용하여 단백질을 비오틴화시킬 수 있으며, 본 발명의 구체적인 양태에서는 sulfo-NHS-비오틴을 사용하였다. 비오틴화된 일차 항체를 SPR 시스템의 flow cell에 주입하여 아비딘 또는 스트렙타아비딘과 고정시킨다. To biotinylate only a specific region of the primary antibody, the lysine residues or N-terminal primary amine groups (-NH) of the protein are biotinylated. Biotinylation of proteins can be achieved using NHS-ester of biotin, and sulfo-NHS-biotin was used in specific embodiments of the present invention. Biotinylated primary antibodies are injected into the flow cell of the SPR system to immobilize with avidin or streptavidin.

다음, 포획된 표적 단백질을 이차 항체를 이용하여 증폭시켜 단백질을 정량하는 단계로, 제4 내지 제6 단계에 해당한다.Next, the captured target protein is amplified using a secondary antibody to quantify the protein, which corresponds to the fourth to sixth steps.

4 단계는 SPR 칩의 고정된 항체를 표적 단백질을 포함하는 생물학적 시료와 반응시키는 단계이다.Step 4 is to react the immobilized antibody of the SPR chip with a biological sample containing the target protein.

본 발명에서, 용어 “생물학적 시료”란 분석을 원하는 표적 단백질이 포함하는 조직, 세포, 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 객담, 뇌척수액 또는 뇨와 같은 시료 등을 의미한다. 생물학적 시료에서 단백질을 분리하는 과정은 공지의 공정을 이용하여 수행된다.In the present invention, the term "biological sample" refers to a sample such as tissue, cells, whole blood, serum, plasma, saliva, sputum, cerebrospinal fluid or urine, which the target protein to be analyzed contains. The process of separating proteins from biological samples is carried out using known processes.

제5 단계는 SPR 칩을 표적 단백질에 특이적이고 비표지된 이차 항체와 반응시키는 단계이다.The fifth step is to react the SPR chip with a secondary antibody that is specific and unlabeled for the target protein.

제6 단계는 SPR 칩의 금속 박막 표면에 고정화된 물질에 대한 굴절지수변화를 측정하여 표적 단백질의 양을 계산하는 단계이다.The sixth step is to calculate the amount of the target protein by measuring the change in the refractive index of the material immobilized on the surface of the metal thin film of the SPR chip.

농도를 모르는 생물학적 시료에서 표적 단백질의 농도는, 단백질의 농도를 아는 표준시료의 RU 값을 측정함으로써 알 수 있다. 표준 시료의 RU값을 회귀분석(regression analysis)하여 얻은 농도별 RU 값을 선형의 관련성을 나타내는 함수식으로 전환하도록 한다. 이는 일반적인 프로그램을 통하여 얻을 수 있고 상기 식의 기울기와 절편은 n 개의 자료 쌍을 통하여 최소제곱법(method of least square)으로 추정될 수 있다. 이런 방법으로 얻은 적합된 회귀식(fitted regression equation)에 미지의 (농도를 모르는) 분석 시료의 RU 값을 대입함으로써, 분석시 료의 농도을 계산할 수 있다. The concentration of a target protein in a biological sample of unknown concentration can be determined by measuring the RU value of a standard sample which knows the concentration of the protein. The concentration-specific RU values obtained by regression analysis of the RU values of the standard sample are converted into a function of linear relevance. This can be obtained through a general program, and the slope and intercept of the equation can be estimated by the method of least square over n data pairs. The concentration of the analyte can be calculated by substituting the RU value of an unknown (unknown concentration) sample into a fitted regression equation obtained in this way.

SPR 신호를 효과적으로 증폭하지 않을 경우, 단백질의 검출 및 정량을 유의하게 할 수 없다. 예들 들어, 전립선 진단 마커 PSA 단백질의 경우, 4 ng/ml 이하의 값을 갖을 때는 정상, 그 이상일 때 전립선암으로 진단하는데, SPR 칩에서 항원-항체 반응만으로 4 ng/ml 농도 수준의 PSA 단백질을 분석할 수 없으나, 본 발명의 방법으로 SPR 신호를 증폭할 경우 단백질 분석이 가능하고 나아가 암 여부를 진단할 수 있다. Without effective amplification of the SPR signal, detection and quantification of proteins cannot be made significant. For example, the prostate diagnostic marker PSA protein is diagnosed as prostate cancer when it is normal and above when it has a value of 4 ng / ml or less. Although it cannot be analyzed, amplification of the SPR signal by the method of the present invention enables protein analysis and further diagnoses cancer.

따라서 본 발명의 방법은 SPR 신호를 효과적으로 증폭할 수 있어, 극미량의 단백질을 분석해야 하는 질병진단센서, 프로테오믹스 연구 등에 다양하게 적용될 수 있다.Therefore, the method of the present invention can effectively amplify the SPR signal, it can be applied to a variety of disease diagnostic sensors, proteomics research, etc. that must analyze a trace amount of protein.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to aid in understanding the present invention. However, the following examples are provided only to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

< < 실시예Example 1 > 단백질 PSA-ACT 복합체의 일차반응 측정 1> Primary Response Measurement of Protein PSA-ACT Complex

< 1-1 > 금박막 표면에 ethyleneglycol을 이용하여 자기조립단분자층의 형성<1-1> Formation of Self-assembled Monolayer Using Ethylene Glycol on Gold Thin Film Surface

깨끗하게 세척한 금박막칩의 항체 고정화를 위해 말단기가 카르복실기(-COOH)로 치환되어 있는 EG6 올리고머 HS(CH2)11(OH2CH2)6OCH2COOH(코스바이오텍, 한국)와 말단기가 하이드록실기(-OH)로 치환되어 있는 EG3 올리고머 HS(CH2)11(OH2CH2)3OH(코스바이오텍, 한국)를 0.5 mM 순수 에탄올 용액에 1:9로 비율로 혼합하여 SPR 센서칩에 자기조립박막을 형성하였다. 그리고 급박막 표면에 고정화 되지 못한 잔여물을 초순수 증류수(18.2 mΩ/cm)와 순수 에탄올을 이용하여 차례로 세척하였다. EG 6 oligomer HS (CH 2 ) 11 (OH 2 CH 2 ) 6 OCH 2 COOH (Cosbiotech, Korea) and terminal group whose terminal group is substituted with carboxyl group (-COOH) for antibody immobilization of gold thin film chip SPR by mixing EG 3 oligomer HS (CH 2 ) 11 (OH 2 CH 2 ) 3 OH (Cosbiotech, Korea) substituted with a hydroxyl group (-OH) in a 0.5 mM pure ethanol solution at a ratio of 1: 9. A self-assembled thin film was formed on the sensor chip. And the residue that was not immobilized on the surface of the thin film was washed sequentially with ultra pure distilled water (18.2 mΩ / cm) and pure ethanol.

< 1-2 > 카르복실기와 PSA-ACT 항체의 Biotinylation <1-2> Biotinylation of Carboxyl Group and PSA-ACT Antibody

Streptavidin(Sigma Aldrich, USA)의 고른 배향성을 갖게 하기 위해 EG 말단의 카르복실기에 biotin을 합성하였다. 고체표면에서 말단기가 카르복실기인 자기조립박막을 비오틴화 시키는(biotinylation) 방법은 용액속에서 실시하는 것과 비슷한 방법으로 수행한다(O'Shannessey, D.J., Quarles, R.H., J. Immunol. Methods 99:153-161. (1987)). 먼저 준비된 표면을 0.1 M MES(2-2-morpholinoethane sulfonic acid)(Sigma Aldrich, USA) buffer (pH = 4.7-5.5)로 씻어주었다. 그리고 카르복실기를 활성화시키고 비오틴을 콘쥬게이션시키기 위하여, 100mg/ml EDC (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochloride)(Uppsala, Sweden)의 65 μl 와 biotin hydrazide(Rockford, IL, USA) (50 mM)를 섞은 용액에 12시간 동안 담가 놓았다. 이 때 온도는 상온이었고 약하게 교반(shaking)하였다. 그리고 나서 반응시킨 칩 표면을 고순도 질소 가스로 건조시켜 주었다.Biotin was synthesized at the EG end carboxyl group to have even orientation of Streptavidin (Sigma Aldrich, USA). Biotinylation of self-assembled thin films with terminal groups on the solid surface is carried out in a similar manner as in solution (O'Shannessey, DJ, Quarles, RH, J. Immunol. Methods 99: 153- 161. (1987)). First, the prepared surface was washed with 0.1 M MES (2-2-morpholinoethane sulfonic acid) (Sigma Aldrich, USA) buffer (pH = 4.7-5.5). And 65 μl of 100 mg / ml EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride) (Uppsala, Sweden) and biotin hydrazide (Rockford, IL, USA) to activate the carboxyl group and conjugate the biotin (50 mM) was soaked for 12 hours in a solution. At this time the temperature was room temperature and slightly shaken. Then, the reacted chip surface was dried with high purity nitrogen gas.

또한 스트렙타비딘 항체에 고정화할 단클론 PSA-ACT 항체(Emeryville, CA, USA))를 비오틴화 시키기 위해 EZ-link sulfo-NHS-LC-Biotinylation Kit(Rockford, Il, USA))를 이용하여, 그 프로토콜을 순차적으로 수행하였다. Also, using the EZ-link sulfo-NHS-LC-Biotinylation Kit (Rockford, Il, USA)) to biotinylate monoclonal PSA-ACT antibodies (Emeryville, CA, USA) to be immobilized to streptavidin antibodies, The protocol was performed sequentially.

< 1-3 > SPR 센서를 이용한 스트렙타비딘 과 PSA-ACT 단클론 항체의 고정화<1-3> Immobilization of Streptavidin and PSA-ACT Monoclonal Antibodies Using SPR Sensor

상기 절차까지 수행한 칩을 SPR 바이오센서 시스템(BIACORE 2000)에 장착하였다. 이 절차에서 용액의 흐름속도는 5 μl/ml 로 수행하였고, 모든 실험은 25 ℃의 온도에서 진행하였다. 스트렙타비딘 고정화를 위해 SPR 시스템의 flow cell 2 (Fc2) 에 스트렙타비딘 용액(20 μg/ml, pH = 7.4 인 HBS buffer에 녹임)을 7분 동안 주입하였다. 또한 스트렙타비딘의 주입을 한번 더 수행하여 공정화 효율을 최대화하였다. Fc1은 보다 정확한 반응신호를 보기 위해 reference cell 로서 사용하였다. SPR 신호의 값은 Fc2에서 Fc1을 뺀 값을 이용하였다. 스트렙타비딘을 고정화 한 후에, 미 반응된 표면을 비특이적 흡착을 줄이기 위해 1M ethanolamine-HCl(Uppsala, Sweden) 을 이용하여 7분 동안 흘려주었다.Chips performed up to this procedure were mounted in an SPR biosensor system (BIACORE 2000). The flow rate of the solution in this procedure was carried out at 5 μl / ml, all experiments were carried out at a temperature of 25 ℃. Streptavidin solution (dissolved in HBS buffer at 20 μg / ml, pH = 7.4) was injected into flow cell 2 (Fc2) of the SPR system for 7 minutes for streptavidin immobilization. In addition, the injection of streptavidin was performed once more to maximize process efficiency. Fc1 was used as a reference cell to see a more accurate response signal. The SPR signal was obtained by subtracting Fc1 from Fc2. After immobilization of streptavidin, unreacted surfaces were flowed for 7 minutes using 1M ethanolamine-HCl (Uppsala, Sweden) to reduce nonspecific adsorption.

다음, 비오틴화된 PSA-ACT 단클론 항체(20 mg/ml in HBS buffer)를 SPR 센서 칩 표면에 약 7분 동안 흘려주었다. 이후에 스트렙타비딘에 고정화 되지 않는 biotinylated PSA-ACT 단클론 항체를 씻어내기 위해, 50 mM NaOH 용액과 1 M NaCl 용액의 혼합용액을 2분 동안 흘려주었다. 상기 실험 절차를 끝으로 전입선암의 지표물질인 PSA를 검출할 수 있는 SPR센서 칩이 완성되었다. Next, biotinylated PSA-ACT monoclonal antibody (20 mg / ml in HBS buffer) was flowed on the surface of the SPR sensor chip for about 7 minutes. Afterwards, to wash the biotinylated PSA-ACT monoclonal antibody that is not immobilized to streptavidin, a mixed solution of 50 mM NaOH solution and 1 M NaCl solution was flowed for 2 minutes. At the end of the experimental procedure, an SPR sensor chip capable of detecting PSA, an indicator of prostate cancer, was completed.

< 1-4 > PSA-ACT 항원의 측정<1-4> Measurement of PSA-ACT Antigen

이 절차에서 모든 용액의 흐름속도는 5 μl/min을 유지하였다. PSA-ACT 항원(Emeryville, CA, USA)을 pH 7.4 인 HBS(0.01M HEPES pH 7.4, 0.15M NaCl, 3mM EDTA, 0.005% Surfactant P20)(Uppsala, Sweden) buffer 에 1, 10, 100, 500, 1000 ng/ml 의 농도로 희석하여 Fc2에 각각 2분 동안 주입하여 항원-항체 반응을 이용하여 고정화 하였다. 이 실험에서 0 ng/ml 농도의 PSA-ACT analyte를 주입했다는 것은, blank를 잡기 위해 HBS buffer 만 흘려준 것을 의미한다. 면역반응 측정 후 칩의 재사용을 위해서, 센서 칩에 50 mM NaOH와 1 M NaCl의 혼합용액을 이용하여 2분 동안 흘려주고 칩을 다시 이용하였다. In this procedure, the flow rate of all solutions was maintained at 5 μl / min. PSA-ACT antigen (Emeryville, CA, USA) was added to HBS at pH 7.4 (0.01 M HEPES pH 7.4, 0.15 M NaCl, 3 mM EDTA, 0.005% Surfactant P20) (Uppsala, Sweden) buffer 1, 10, 100, 500, Diluted at a concentration of 1000 ng / ml, and injected into Fc2 for 2 minutes, respectively, and immobilized using the antigen-antibody reaction. In this experiment, injection of 0 ng / ml PSA-ACT analyte meant that only HBS buffer was flushed to capture the blank. In order to reuse the chip after measuring the immune response, the mixed solution of 50 mM NaOH and 1 M NaCl was flowed into the sensor chip for 2 minutes, and the chip was used again.

상기 SPR 바이오센서를 이용하여 PSA-ACT 항원을 각 농도 별로 분석한 결과, 도 2의 a-c 구간에서 보여준 것처럼, 항원만 주입하였을 때 SPR 신호 값은 PSA-ACT 농도가 높아짐에 따라 증가함을 알 수 있었다. PSA-ACT 항원 농도 1 ng/ml를 flow cell 에 흘려 주었을 때는 RU 값이 8.5 였고, 10 ng/ml 농도에서는 14 RU, 100 ng/ml 에서는 28 RU, 500 ng/ml 에서는 64 RU, 1000 ng/ml 에서는 112 RU 값을 얻을 수 있었다. 하지만 BIACORE 사에 의하면 SPR 시스템에서 RU 값이 blank 시료(항원 첨가없이 buffer만 존재하는 시료)때의 3배 이상이 되어야만 시료가 검출한계 값을 갖을 수 있다고 정의 하였다. 실험 결과 blank 시료만 흘려주었을 때의 RU 값은 7 이 나왔기 때문에, 3 배가 되는 21 RU 이상이 나와야 한다. 따라서 항원만 흘려주었을 때의 검출 한계는 100 ng/ml 임을 확인할 수 있었다.As a result of analyzing the PSA-ACT antigen by each concentration using the SPR biosensor, as shown in the ac section of Figure 2, it can be seen that the SPR signal value increases as the PSA-ACT concentration increases when only the antigen is injected. there was. When 1 ng / ml of PSA-ACT antigen was flowed into the flow cell, the RU value was 8.5, 14 RU at 10 ng / ml concentration, 28 RU at 100 ng / ml, 64 RU at 500 ng / ml, and 1000 ng / In ml, a value of 112 RU was obtained. However, according to BIACORE, the SPR system defined that the RU value should be more than three times that of the blank sample (the sample without the antigen added). As a result of the experiment, when the blank sample is only flowed, the value of RU is 7, so that the value of 21 RU should be more than tripled. Therefore, it was confirmed that the detection limit when only the antigen was flowed was 100 ng / ml.

< < 실시예Example 2 > 비표지 이차샌드위치 기법을 이용한 단백질 PSA-ACT 복합체의 이차반응 측정 2> Secondary Reaction Measurement of Protein PSA-ACT Complex Using Unlabeled Secondary Sandwich Technique

항원-항체의 면역 반응 만으로는 100 ng/ml 이하의 농도를 가진 PSA-ACT 단백질을 분석해 낼 수 없었다. 이러한 검출 한계는 SPR센서를 이용한 질병진단에 있어 심각한 한계를 드러낸다. 예를 들어, 전립선암이 걸렸을 때 그 수치가 높아지는 PSA 단백질은 정상범위가 4 ng/ml 이하의 값을 갖고, 그 이상이 되었을 때 전립선암이라고 진단할 수 있는데, 검출 한계가 100 ng/ml 이하이면 실제로 암이 진행되었어도 검출이 안 되는 심각한 문제를 드러내게 된다. 또 다른 암지표물질인 AFP(Alpha-fetoprotein, 알파태아단백질, 간암)의 정상범위도 15 ng/ml 이하이고, 다른 암지표물질도 정상범위가 100 ng/ml 이하이기 때문에 SPR센서를 이용하여 질병진단을 하기 위해서는 검출 한계를 더 낮춰야만 한다. The immune response of the antigen-antibody alone could not analyze PSA-ACT proteins with concentrations below 100 ng / ml. These detection limits reveal serious limitations in disease diagnosis using SPR sensors. For example, a PSA protein that is elevated when prostate cancer develops has a normal range of 4 ng / ml or less and can be diagnosed as prostate cancer when it is over, with a detection limit of 100 ng / ml or less. This reveals a serious problem that cannot be detected even if the cancer has actually advanced. Another cancer marker, AFP (alpha-fetoprotein, liver cancer), has a normal range of 15 ng / ml or less, and other cancer markers have a normal range of 100 ng / ml or less. To make a diagnosis, the detection limit must be lowered.

따라서 상기의 문제점을 해결하기 위해, SPR센서 시스템에서 표지를 안한 이차 항체를 다시 항원과 반응시켜 SPR신호를 증폭시키는 방법을 개발하였다. Therefore, in order to solve the above problems, a method for amplifying the SPR signal by reacting the secondary antibody, which is unlabeled in the SPR sensor system, with the antigen again.

PSA-ACT 항원과 PSA-ACT 단클론 항체와의 면역반응이 끝난 후, SPR 신호 값을 증폭시켜 검출한계를 낮추기 위해, PSA 다클론 항체(20 μg/ml in HBS buffer)(Emeryville, CA, USA)를 2 분 동안 10 μl/min의 흐름 속도로 Fc2에 주입하였다. PSA polyclonal antibody (20 μg / ml in HBS buffer) (Emeryville, CA, USA) to reduce the detection limit by amplifying SPR signal values after the immune reaction between the PSA-ACT antigen and the PSA-ACT monoclonal antibody. Was injected into Fc2 at a flow rate of 10 μl / min for 2 minutes.

그 결과, 도 2의 c-d 구간에서 보여준 것 같이, 항원만 흘려주었을 때보다 이차 항체를 다시 반응시켜주었을 때, SPR 신호 값이 훨씬 증폭됨을 알 수 있었다. PSA-ACT 항원 농도 1 ng/ml을 고정화한 칩에 비표지 이차 PSA 다클론 항체를 흘려준 것은 78 RU 값을 보였고, 10 ng/ml에 흘려준 것은 87 RU, 100 ng/ml에 흘려준 것은 128 RU, 500 ng/ml에 흘려준 것은 345 RU, 마지막으로 1000 ng/ml 에 흘려준 것은 615 RU 값을 나타내었다. 이는 blank 시료를 넣었을 때 보이는 RU값(7 RU)보다 훨씬 높은 수치를 보였다. As a result, as shown in the c-d section of Figure 2, it can be seen that the value of the SPR signal is much amplified when the secondary antibody is reacted again than when only the antigen flowed. The unlabeled secondary PSA polyclonal antibody was given 78 RU for the chip immobilized with 1 ng / ml of PSA-ACT antigen concentration, and 87 RU for 100 ng / ml for 10 ng / ml. 128 RU, 500 ng / ml was 345 RU, and finally 1000 ng / ml was 615 RU. This was much higher than the RU value (7 RU) seen when a blank sample was inserted.

또한 도 3은 면역학적 검정법의 직선범위를 나타내는데, 항원과 항체의 일차반응만 시킨 SPR신호 값의 기울기(0.1013)보다 반응한 항원-항체에 다시 이차 항체를 고정화하는 샌드위치 기법을 사용한 SPR신호 값의 기울기(0.5377)가 약 5배 높아짐을 확인할 수 있었다.3 also shows the linear range of the immunological assay, which is based on the SPR signal value using the sandwich technique of immobilizing the secondary antibody back to the reacted antigen-antibody rather than the slope of the SPR signal value that reacted only with the antigen and antibody (0.1013). The slope (0.5377) was confirmed to be about 5 times higher.

<< 실시예Example 3>  3> SPRSPR 칩에서 비특이적 결합 분석 Nonspecific binding assay on chip

실시예 1의 방법으로 제조된 칩에서 PSA 항원 이외의 다른 단백질의 비특이적 흡착이 얼마나 발생되는지 실험해 보았다. 피브리노겐(fibrinogen)(Sigma-Aldrich, USA), IgG(Sigma-Aldrich, USA), BSA(Sigma-Aldrich, USA)를 스트렙타비딘에 바이오틴화 된 PSA 항체가 고정된 표면에 각각 20 ㎍/ml의 양을 흘려주고 SPR sensor로 측정하였다. 그 결과 도 4에서 보여준 바와 같이 피브리노겐의 RU 값은 20.5 로 측정되었고, IgG의 RU 값은 13.7, 그리고 BSA 의 RU 값은 12.9로 측정되었다. 이러한 값들은 타겟 단백질인 PSA 항원을 흘려주었을 때보다 아주 작은 값으로 거의 무시할 수 있는 수준이다.It was tested how much non-specific adsorption of proteins other than the PSA antigen occurs in the chip prepared by the method of Example 1. Fibrinogen (Sigma-Aldrich, USA), IgG (Sigma-Aldrich, USA) and BSA (Sigma-Aldrich, USA) were each 20 μg / ml on the surface of the biotinylated PSA antibody immobilized on streptavidin. The amount was poured and measured with an SPR sensor. As a result, as shown in FIG. 4, the RU value of fibrinogen was measured as 20.5, the RU value of IgG was 13.7, and the RU value of BSA was 12.9. These values are almost negligible, much smaller than when the target protein, PSA antigen, was given away.

따라서, SPR 칩의 표면을 EG-COOH (Receptor)와 EG-OH(Spacer)를 이용하여 개질할 경우, 단백질과의 비특이적 흡착을 최소화 할 수 있었다.Therefore, when the surface of the SPR chip was modified using EG-COOH (Receptor) and EG-OH (Spacer), nonspecific adsorption with the protein could be minimized.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 측정방법은 비표지 항체를 이용 샌드위치 기법을 사용함으로써 SPR 신호를 증폭할 수 있어, 극미량의 단백질을 분석해야하는 질병진단센서, 프로테오믹스 연구 등에 다양하게 적용될 수 있는 획기적인 분석 방법으로 사용될 수 있다.As described above, the measurement method of the present invention can amplify the SPR signal by using a sandwich technique using an unlabeled antibody, and can be applied to various diseases such as disease diagnosis sensors and proteomics studies that require analysis of trace proteins. Can be used in a way.

Claims (5)

(1) SPR(surface plasmon resonance) 칩의 금속 박막 표면에 자기조립단분자층을 형성하는 단계;(1) forming a self-assembled monolayer on the surface of the metal thin film of the surface plasmon resonance (SPR) chip; (2) SPR 칩의 자기조립단분자층을 비오틴화시키고 아비딘 또는 스트렙타비딘과 결합시키는 단계;(2) biotinylating the self-assembled monolayer of the SPR chip and binding it to avidin or streptavidin; (3) SPR 칩의 아비딘 또는 스트렙타비딘을 표적 단백질에 특이적이고 비오틴화된 일차 항체로 고정화 시키는 단계;(3) immobilizing avidin or streptavidin of the SPR chip with the primary antibody specific for the target protein and biotinylated; (4) SPR 칩의 고정된 항체를 표적 단백질을 포함하는 생물학적 시료와 반응시키는 단계;(4) reacting the immobilized antibody of the SPR chip with a biological sample comprising the target protein; (5) SPR 칩을 표적 단백질에 특이적이고 비표지된 이차 항체와 반응시키는 단계; 및(5) reacting the SPR chip with a secondary antibody specific and unlabeled for the target protein; And (6) SPR 칩의 금속 박막 표면에 고정화된 물질에 대한 굴절지수변화를 측정하여 표적 단백질의 양을 계산하는 단계를 포함하는, (6) calculating the amount of the target protein by measuring the change in refractive index for the material immobilized on the metal thin film surface of the SPR chip; 샌드위치 분석법으로 SPR 신호를 증폭시켜 단백질을 정량하는 방법.How to quantify protein by amplifying SPR signal by sandwich assay. 제1항에 있어서, 금속이 금, 은, 구리 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택되는 방법.The method of claim 1 wherein the metal is selected from the group consisting of gold, silver, copper and aluminum. 제1항에 있어서, 자기조립단분자층이 카르복실기(-COOH) 및 하이드록실기(-OH)를 가지는 방법.The method of claim 1 wherein the self-assembled monolayer has a carboxyl group (-COOH) and a hydroxyl group (-OH). 제1항에 있어서, 표적 단백질의 농도가 1 ng/ml 내지 1000 ng/ml 인 방법.The method of claim 1 wherein the concentration of the target protein is between 1 ng / ml and 1000 ng / ml. 제1항에 있어서, 생물학적 시료가 조직, 세포, 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 객담, 뇌척수액 또는 뇨인 방법.The method of claim 1, wherein the biological sample is tissue, cells, whole blood, serum, plasma, saliva, sputum, cerebrospinal fluid or urine.
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