KR102161280B1 - Method of isolating extracellular vesicles using semi-dry size-exclusion chromatography - Google Patents

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Abstract

본 발명은 크기 배제 크로마토그래피를 이용한 세포밖 소포체의 분리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명은 반건식 크기 배제 크로마토그래피 고정상에 세포밖 소포체가 비특이적으로 결합되어 손실되는 것을 방지함으로써 크기 배제 크로마토그래피를 이용한 세포밖 소포체 분리 방법의 단점을 보완하고, 다양한 시료에서 세포밖 소포체를 신속하고 효율적으로 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 세포밖 소포체의 분리 방법은 초원심분리기와 같은 고가의 장비가 필요하지 않고, 세포밖 소포체의 형태나 성질을 보존하면서 효율적으로 분리할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 반건식 크기 배제 크로마토그래피에서 세포밖 소포체가 손실되는 점을 크게 개선함으로써 통상의 세포밖 소포체 분리법과 결합하여 높은 순도의 세포밖 소포체를 분리하는데 적극적으로 활용될 수 있다. 또한, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 소량의 시료에 전처리 및 후처리 단계에 적용함으로써 신속하게 임상 진단에 활용할 수 있다.The present invention relates to a method for separating extracellular vesicles using size exclusion chromatography, and more particularly, the present invention provides size exclusion chromatography by preventing non-specific binding and loss of extracellular vesicles on a semi-dry size exclusion chromatography stationary phase. The present invention relates to a method for supplementing the disadvantages of the method for separating extracellular vesicles used and for rapidly and efficiently separating extracellular vesicles from various samples. The method for separating extracellular vesicles according to the present invention does not require expensive equipment such as an ultracentrifuge, and can efficiently separate the extracellular vesicles while preserving the shape and properties, as well as conventional semi-dry size exclusion chromatography. By greatly improving the loss of extracellular vesicles in the cell, it can be actively used to separate high-purity extracellular vesicles in combination with a conventional extracellular vesicle separation method. In addition, the method for separating extracellular vesicles of the present invention can be quickly utilized for clinical diagnosis by applying to a small amount of samples in pretreatment and post-treatment steps.

Description

반건식 크기 배제 크로마토그래피를 이용한 세포밖 소포체의 분리 방법{Method of isolating extracellular vesicles using semi-dry size-exclusion chromatography}Separation of extracellular vesicles using semi-dry size-exclusion chromatography {Method of isolating extracellular vesicles using semi-dry size-exclusion chromatography}

본 발명은 크기 배제 크로마토그래피를 이용한 세포밖 소포체의 분리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명은 반건식 크기 배제 크로마토그래피 고정상에 세포밖 소포체가 흡착(adsorption) 또는 비특이적으로 결합되어 손실되는 것을 방지함으로써 반건식 크기 배제 크로마토그래피를 이용한 세포밖 소포체 분리 방법에서 단점을 보완하고, 다양한 시료로부터 세포밖 소포체를 신속하고 효율적으로 분리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of separating extracellular vesicles using size exclusion chromatography, and in more detail, the present invention prevents the extracellular vesicles from being adsorbed or non-specifically bound and lost on a semi-dry size exclusion chromatography stationary phase. The present invention relates to a method for quickly and efficiently separating the extracellular vesicles from various samples and to compensate for the shortcomings in the method for separating extracellular vesicles using semi-dry size exclusion chromatography.

세포밖 소포체는 생체 내 또는 시험관 내의 여러 종류의 세포로부터 분비되는 생체 나노입자로서, 혈액, 소변, 침, 눈물 등과 같은 체액에 존재하고 세포에서 유래한 지질이중층을 포함하며, 20 ~ 10,000 nm 범위의 다양한 크기를 갖는 막 구조의 소포체이다.Extracellular vesicles are biological nanoparticles secreted from various types of cells in vivo or in a test tube, exist in body fluids such as blood, urine, saliva, tears, etc., contain a lipid bilayer derived from cells, and range from 20 to 10,000 nm. It is a membrane-structured endoplasmic reticulum having various sizes.

세포밖 소포체는 다른 세포 및 조직에 결합하여 막 구성요소, 단백질, RNA 등의 세포 내 물질을 전달하는 운송체 역할을 하기 때문에 세포밖 소포체를 분비한 원래 세포(모세포)의 단백질, 지질, 아미노산, RNA 등을 그대로 포함하고 있어, 모세포의 생리적·병리적 특성을 알 수 있는 중요한 근거가 된다. 또한 세포밖 소포체에 포함되어 있는 핵산, 성장호르몬, 단백질 등은 세포막 형태의 인지질에 의해 보호되고 있어, 가용성 형태의 성장인자 및 사이토카인보다 안정적인 기능을 수행할 수 있다는 점이 알려지면서, 세포밖 소포체의 중요성이 점차 증대되고 있으며, 세포밖 소포체에 포함된 물질을 분석하여 질병의 진단, 치료를 포함한 다양한 용도로의 활용 가능성이 기대되고 있다.Because the extracellular vesicle binds to other cells and tissues and acts as a transporter that transfers intracellular substances such as membrane components, proteins, and RNA, the proteins, lipids, amino acids, and proteins of the original cell (blast) that secreted the extracellular vesicles Since it contains RNA as it is, it is an important basis for knowing the physiological and pathological characteristics of the parent cell. In addition, as it is known that nucleic acids, growth hormones, proteins, etc. contained in the extracellular vesicles are protected by phospholipids in the form of cell membranes, they can perform more stable functions than soluble growth factors and cytokines. The importance is gradually increasing, and it is expected to be used for various purposes including diagnosis and treatment of diseases by analyzing substances contained in the extracellular vesicles.

세포밖 소포체는 크기가 나노 미터 수준으로 작고, 체액 내 세포 배양액 등에는 세포밖 소포체 이외에도 수 많은 물질이 존재한다. 따라서 세포밖 소포체의 분석을 위해서는 체액 내 및 세포 배양액 등의 시료로부터 세포밖 소포체를 분리하는 것이 중요하며, 세포밖 소포체의 분리는 이를 활용하는 모든 분야에서 가장 핵심적인 기술이다.The extracellular vesicles are as small as nanometers in size, and there are numerous substances in addition to the extracellular vesicles in cell culture fluids in body fluids. Therefore, for the analysis of extracellular vesicles, it is important to separate extracellular vesicles from samples such as in body fluids and cell culture fluids, and separation of extracellular vesicles is the most essential technology in all fields that utilize them.

종래의 보편적인 세포밖 소포체 분리 기술로는 초원심분리(ultra- centrifugation), 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography), 면역친화성 분리(immunoaffinity isolation), 미세유체칩(microfluidics chip) 또는 폴리머를 이용한 방법 등이 있으며, 이중 초원심분리법이 가장 널리 사용되고 있었다. 그러나 초원심분리를 이용하는 경우, 분리 단계가 복잡하여 노동력과 시간이 많이 소요되며, 고가의 장비를 필요로 할 뿐만 아니라 수율과 순도가 현저히 낮아, 소량의 시료만 이용하여 신속하게 결과를 얻어야 하는 임상 진단 및 다량의 세포밖 소포체가 필요한 치료 방법으로 적용하는 데는 적합하지 않다. Conventional techniques for separating extracellular vesicles include ultra-centrifugation, size exclusion chromatography, immunoaffinity isolation, microfluidics chip or polymer. Method, etc., of which ultracentrifugation was the most widely used. However, in the case of ultracentrifugation, the separation step is complicated, requiring a lot of labor and time, and requires expensive equipment, and the yield and purity are significantly low, so clinical results that require rapid results using only a small amount of samples are required. It is not suitable for use as a diagnostic and therapeutic method requiring large amounts of extracellular vesicles.

이에 세포밖 소포체는 이들을 포함하는 생물학적 시료에 존재하는 다양한 물질들에 비하여 상대적으로 분자량이 크다는 물리적 특징을 이용한 크기 배제 크로마토그래피 정제 방법이 점차 보편화되고 있다. 한편, 크기 배제 크로마토그래피 방법은 세포밖 소포체의 순도를 높일 수 있다는 장점이 있으나, 크기 배제 크로마토그래피의 원리상 최종 정제한 물질이 크게 희석된다는 단점이 있고, 세포밖 소포체의 순도를 높이기 위한 전개 시간이 상대적으로 길어 후속 분석 또는 응용에 어려움이 많다는 문제점이 있다.Accordingly, a size-exclusion chromatography purification method using the physical characteristic that extracellular vesicles have a relatively high molecular weight compared to various substances present in a biological sample including them is becoming increasingly common. On the other hand, the size exclusion chromatography method has the advantage of increasing the purity of the extracellular vesicles, but it has the disadvantage that the final purified material is greatly diluted due to the principle of size exclusion chromatography, and the development time to increase the purity of the extracellular vesicles Since this is relatively long, there is a problem that there are many difficulties in subsequent analysis or application.

이러한 크기 배제 크로마토그래피의 단점을 보완한 기법으로 반건식(semi-dry) 크기 배제 크로마토그래피가 점차적으로 이용되고 있다. 반건식 크기 배제 크로마토그래피는 시료 로딩 전 주사식 또는 회전식 방법으로 컬럼내 고정상을 반건식으로 평형시켜 컬럼에 존재하는 이동상의 부피를 최소화시키는 것을 특징으로 한다. 평형시킨 컬럼에 시료를 로딩한 후 세포밖 소포체를 용출함으로써 분리된 세포밖 소포체의 희석률을 크게 감소시킬 뿐 아니라 시료의 신속한 분리가 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 세포밖 소포체를 정제하는 경우 반건식 고정상에 쉽게 흡착되기 때문에 분리 수율이 떨어진다는 한계가 있다. 따라서 세포밖 소포체의 구조와 기능을 온전히 유지함과 동시에 상기 크기 배제 크로마토그래피 기술의 약점을 보완할 수 있는 효율적인 분리, 정제 기술의 개발이 시급한 실정이다.Semi-dry size exclusion chromatography is gradually being used as a technique to compensate for the disadvantages of such size exclusion chromatography. Semi-dry size exclusion chromatography is characterized in that the volume of the mobile phase present in the column is minimized by equilibrating the stationary phase in the column semi-dry by a scanning or rotary method before loading a sample. After loading a sample onto the equilibrated column, the extracellular vesicles are eluted, thereby greatly reducing the dilution rate of the separated extracellular vesicles, as well as enabling rapid separation of the sample. However, when purifying extracellular vesicles, there is a limitation in that the separation yield is deteriorated because they are easily adsorbed onto the semi-dry stationary bed. Therefore, there is an urgent need to develop an efficient separation and purification technology capable of completely maintaining the structure and function of the extracellular vesicles and complementing the weaknesses of the size exclusion chromatography technology.

본 발명의 목적은 (a) 컬럼에 충전된 고정상을 반건식으로 평형시키는 단계, (b) 블로킹 물질 및 세포밖 소포체가 포함된 시료의 혼합물을 상기 고정상에 로딩하는 단계 및 (c) 상기 컬럼에서 세포밖 소포체를 용출시키는 단계를 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to (a) equilibrate a stationary bed packed in a column in a semi-dry manner, (b) loading a mixture of a sample containing a blocking material and extracellular vesicles into the stationary bed, and (c) cells in the column It is to provide a method for separating extracellular vesicles comprising the step of eluting the external vesicles.

본 발명의 또 다른 목적은 (a) 컬럼에 충전된 고정상을 블로킹 물질을 포함하는 용액을 이용하여 반건식으로 평형시키는 단계, (b) 상기 컬럼에 세포밖 소포체가 포함된 시료를 로딩하는 단계 및 (c) 상기 컬럼에서 세포밖 소포체를 용출시키는 단계를 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is (a) semi-dry equilibration of the stationary phase filled in the column using a solution containing a blocking material, (b) loading a sample containing extracellular vesicles into the column, and ( c) to provide a method for separating extracellular vesicles comprising the step of eluting the extracellular vesicles from the column.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 통상의 세포밖 소포체 분리 방법인 반건식 크기 배제 크로마토그래피의 단점을 개선하고 분리 효율을 향상시킬 수 있는 분리 방법을 제공한다. The present invention is to solve the above-described problems, and provides a separation method capable of improving separation efficiency and improving the disadvantages of semi-dry size exclusion chromatography, which is a conventional method for separating extracellular vesicles.

본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 통상의 반건식 크기 배제 크로마토그래피를 이용한 방법에 있어서, 고정상과 비특이적으로 결합하는 블로킹 물질을 투입함으로써 시료 중의 세포밖 소포체가 고정상에 흡착되거나 비특이적으로 결합하여 손실되는 것을 방지함으로써 반건식 크기 배제 크로마토그래피를 통한 세포밖 소포체의 분리 효율을 높일 수 있다. In the method of separating extracellular vesicles of the present invention, in a method using a conventional semi-dry size exclusion chromatography, the extracellular vesicles in the sample are adsorbed to the stationary bed or are lost by non-specific binding by introducing a blocking material that non-specifically binds to the stationary phase. By preventing, it is possible to increase the separation efficiency of extracellular vesicles through semi-dry size exclusion chromatography.

본 발명의 용어 "세포밖 소포체"는 고세균(Archaea), 원핵생물(Prokarya) 또는 진핵생물(Eukarya)의 세포로부터 유래한 생체 나노입자를 통칭하며, 세포밖 소포체(exosome), 아그로좀(argosomes), 덱소좀(dexosomes), 엑토좀(ectosomes), 엑소베지클(exovesicle), 온코좀(oncosome), 프로미노좀(prominosome), 프로스타좀(prostasome), 톨레로좀(tolerosome), 미세입자(microparticle), 미세소포(microvesicle), 나노소포(nanovesicle), 수포성 소포(blebbing vesicle), 출아성 소포(budding vesicle), 세포밖 소포체-유사 소포(exosome-like vesicle), 매트릭스 소포(matrix vesicle), 막 소포(membrane vesicle), 탈피성 소포(shedding vesicle), 막 입자(membrane particle), 탈피성 미세소포(shedding microvesicle), 막 수포(membrane bleb), 에피디디모좀(epididimosome), 프로미니노좀(promininosome), 텍소좀(texosome) 또는 아키오좀(archeosome)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The term "extracellular endoplasmic reticulum" of the present invention collectively refers to biological nanoparticles derived from cells of Archaea, Prokarya, or Eukarya, and extracellular vesicles (exosome), agrosomes (argosomes) , Dexosomes, ectosomes, exovesicles, oncosomes, prominosomes, prostasomes, tolerosomes, microparticles ( microparticles, microvesicles, nanovesicles, blebbing vesicles, budding vesicles, exosome-like vesicles, matrix vesicles , Membrane vesicle, shedding vesicle, membrane particle, shedding microvesicle, membrane bleb, epididimosome, promininosome promininosome), a texosome, or an archeosome, but is not limited thereto.

본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 세포밖 소포체를 포함하는 시료에 세포밖 소포체의 크기보다 작은 블로킹 물질을 혼합한 후 반건식으로 평형된 크기 배제 컬럼에 로딩함으로써 컬럼 내 고정상과 세포밖 소포체 간의 흡착 및 비특이적 결합을 블로킹 물질이 방해하여 시료로부터 효과적으로 세포밖 소포체를 분리하는 방법에 관한 것이다. In the method for separating extracellular vesicles of the present invention, a blocking material smaller than the size of the extracellular vesicles is mixed with a sample containing the extracellular vesicles, and then loaded onto a size exclusion column equilibrated in a semi-dry manner, thereby adsorbing and adsorbing the The present invention relates to a method of effectively separating extracellular vesicles from a sample by interfering with non-specific binding substances.

본 발명의 일구현예는 (a) 컬럼에 충전된 고정상을 반건식으로 평형시키는 단계, (b) 블로킹 물질 및 세포밖 소포체가 포함된 시료의 혼합물을 상기 고정상에 로딩하는 단계 및 (c) 상기 컬럼에서 세포밖 소포체를 용출시키는 단계; 를 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention includes the steps of (a) semi-drying the stationary bed packed in a column, (b) loading a mixture of a sample containing a blocking material and extracellular vesicles into the stationary bed, and (c) the column Eluting the extracellular vesicles in; It provides a method for separating extracellular vesicles comprising a.

본 발명에 따른 상기 세포밖 소포체의 분리 방법을 도 1에 모식적으로 나타내었다.The method for separating the extracellular vesicles according to the present invention is schematically shown in FIG. 1.

본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 크기 배제 크로마토그래피 컬럼에 고정상을 충전한 후 컬럼에 충전된 고정상을 반건식으로 평형시키는 단계[(a) 단계]를 포함한다. The method of separating extracellular vesicles according to the present invention includes a step [Step (a)] of semi-drying the stationary phase packed in the column after filling the stationary phase in a size exclusion chromatography column.

본 발명의 용어 "컬럼"은 크기 배제 크로마토그래피에 사용되는 다공성 고정상이 채워진 단위이며, 상기 "고정상"은 분자량에 따라 물질을 분획하기 위한 다양한 크기의 구멍이 있는 입자를 의미한다. 상기 고정상에 존재하는 구멍의 크기에 따라 시료 내 존재하는 분자들의 분자 크기에 따른 분리 해상능이 변하게 된다. 예로, 고정상에 존재하는 구멍이 큰 경우는 상대적으로 큰 분자들의 분리에 효율적이고 상대적으로 작은 분자는 분리되지 않고 용출된다. 반면, 고정상에 존재하는 구멍의 크기가 작은 경우 큰 분자들의 분리 정도는 낮게 용출되지만, 일정 크기 이상과 이하의 분자를 분리하는 데는 효율적일 수 있다. 따라서 통상적으로는 분리하고자 하는 분자의 크기와 시료 내 오염물질의 크기를 고려하여 최적의 분리 효율을 제공하는 크기의 구멍을 가진 고정상을 선택하게 된다. 크기 배제 크로마토그래피에서 가장 널리 사용되는 고정상은 세파로즈(Sepharose; GE Healthcare), 수퍼로즈(Superose; GE Healthcare), 세파덱스(Sephadex; Pharmacia), Bio-Gel P(Bio-Rad)와 TSKgel® (silica-based; Sigma) 등의 계열이며, 본 발명의 일실시예에서는 나노 입자인 세포밖 소포체를 다양한 크기의 단백질과 분리할 수 있는 크기의 구멍을 가진 세파크릴(Sephacryl) S500 고정상을 사용하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 반건식 크기 배제 크로마토그래피 전개 방식은 회전식을 이용하였지만, 이에 한정되지 않는다.The term "column" of the present invention is a unit filled with a porous stationary phase used in size exclusion chromatography, and the "fixed phase" refers to particles having pores of various sizes for fractionating materials according to molecular weight. Depending on the size of the pores in the stationary phase, the resolution of separation varies according to the molecular size of molecules present in the sample. For example, when the pores in the stationary phase are large, relatively large molecules are efficiently separated, and relatively small molecules are eluted without separation. On the other hand, when the size of the pores in the stationary phase is small, the degree of separation of large molecules is low, but it may be effective in separating molecules above and below a certain size. Therefore, in general, a stationary phase having pores of a size that provides optimum separation efficiency is selected in consideration of the size of molecules to be separated and the size of contaminants in the sample. The most widely used stationary phases in size exclusion chromatography are Sepharose (GE Healthcare), Superose (GE Healthcare), Sephadex; Silica-based; Sigma), etc., and in one embodiment of the present invention, a Sephacryl S500 stationary bed having pores of a size capable of separating the extracellular vesicles, which are nanoparticles, from proteins of various sizes was used. It is not limited thereto. The semi-dry size exclusion chromatography development method of the present invention uses a rotary type, but is not limited thereto.

본 발명의 용어 "평형(equilibration)"이란, 컬럼에 분리하고자 하는 시료를 로딩하기 전에 수행하는 과정으로, 컬럼 내 고정상을 채운 후 완충용액을 로딩하고 회전식으로 고정상을 세척함으로써 컬럼을 반건식 상태로 이동상의 부피를 최소화시키는 단계이다.The term "equilibration" of the present invention is a process performed before loading a sample to be separated into a column. After filling the stationary phase in the column, loading a buffer solution and washing the stationary phase by rotation to move the column to a semi-dry state This is the step of minimizing the volume of the phase.

본 발명의 고정상 평형 단계는 통상적인 크기 배제 크로마토그래피에서 사용되는 완충용액을 사용할 수 있다. In the stationary phase equilibration step of the present invention, a buffer solution used in conventional size exclusion chromatography may be used.

다음으로, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 상기 평형시킨 고정상에 블로킹 물질 및 세포밖 소포체가 포함된 시료의 혼합물을 로딩하는 단계[(b) 단계]를 포함한다. Next, the method of separating extracellular vesicles of the present invention includes loading a mixture of a sample containing a blocking material and extracellular vesicles onto the equilibrated stationary phase [step (b)].

본 발명의 용어 "시료"는 세포밖 소포체를 포함하는 생체 시료 또는 세포 배양액, 조직 시료 등을 포함하는 것으로서, 구체적으로 포유동물 세포 배양 배지, 박테리아 세포 배양 배지, 효모 배양 배지, 조직 추출물, 암 조직, 혈청, 혈장, 침, 눈물, 땀, 소변, 대변, 뇌척수액(CSF, cerebrospinal fluid), 복수(ascite), 양수(amniotic fluid), 정액, 유(milk), 먼지, 담수, 해수, 토양 및 발효식품으로 이루어진 군에서 하나 이상이 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The term "sample" of the present invention includes a biological sample or cell culture medium, tissue sample, etc. including extracellular endoplasmic reticulum, and specifically, a mammalian cell culture medium, a bacterial cell culture medium, a yeast culture medium, a tissue extract, a cancer tissue , Serum, plasma, saliva, tears, sweat, urine, feces, cerebrospinal fluid (CSF), ascite, amniotic fluid, semen, milk, dust, fresh water, sea water, soil and fermentation One or more may be selected from the group consisting of food, but is not limited thereto.

본 발명의 용어 "블로킹 물질"은 크기 배제 크로마토그래피의 고정상에 흡착 또는 비특이적으로 결합하는 물질을 의미하며, 특히 세포밖 소포체와 경쟁적으로 작용하여 세포밖 소포체가 고정상과 결합하는 것을 막을 수 있는 물질이다. 바람직하게, 상기 블로킹 물질은 분리하고자 하는 세포밖 소포체보다 크기가 작은 단백질 물질을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법에 사용될 수 있는 블로킹 물질은 상기 성질을 갖는 하나의 물질일 수 있고, 둘 이상의 물질의 조합일 수도 있다. 상기 블로킹 물질은 크기 배제 크로마토그래피에 이용되는 통상의 고정상과 흡착 또는 비특이적 결합을 이룰 수 있는 단일 물질 또는 다양한 물질의 조합으로, 고정상과 흡착 또는 복잡한 비특이적 결합을 형성할 수 있는 물질을 말한다. 바람직하게 본 발명의 블로킹 물질은 세포밖 소포체보다 크기가 작은 물질일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 블로킹 물질은 우혈청(Fetal bovine serum, FBS), 또는 우혈청 알부민(Fetal bovine albumin, BSA)과 같은 단일 단백질 또는 단백질 복합물이 개시되고 있으나, 상기와 같은 블로킹 역할을 할 수 있는 물질이라면 이에 한정되지 않는다.The term "blocking material" of the present invention refers to a material that adsorbs or non-specifically binds to the stationary phase of size exclusion chromatography, and is a material capable of preventing the extracellular vesicles from binding to the stationary phase by competing with the extracellular vesicles. . Preferably, the blocking material may include a protein material having a size smaller than that of the extracellular vesicles to be separated. The blocking material that can be used in the method of separating extracellular vesicles of the present invention may be one material having the above properties, or may be a combination of two or more materials. The blocking material is a single material capable of adsorbing or non-specific bonding with a conventional fixed bed used in size exclusion chromatography, or a combination of various materials, and refers to a material capable of forming adsorption or complex non-specific bonding with the fixed bed. Preferably, the blocking material of the present invention may be a material having a size smaller than that of the extracellular vesicles. In one embodiment of the present invention, the blocking material is a single protein or protein complex such as fetal bovine serum (FBS), or fetal bovine albumin (BSA), but blocking as described above Any material that can play a role is not limited thereto.

본 발명의 용어 "비특이적 결합"은 다양한 형태의 분자 간 비공유 결합을 의미하며, 구체적으로 수소결합(hydrogen bonds), 이온결합(ion interactions), 소수성 결합(hydrophobic interaction), 반데르발스의 힘(van der Waals force) 등을 포함할 수 있다. 분자 간의 비특이적 결합은 한 가지 종류의 결합에 의한 것일 수도 있고, 2종 이상의 결합이 동시에 작용한 것일 수도 있다. 본 발명에서 크기 배제 크로마토그래피의 고정상은 세포밖 소포체 또는 블로킹 물질과 흡착에 의한 결합 또는 비특이적 결합을 할 수 있으며, 세포밖 소포체와 블로킹 물질은 경쟁적으로 고정상과 비공유 결합을 할 수 있다. The term "non-specific binding" of the present invention refers to non-covalent bonds between various types of molecules, specifically hydrogen bonds, ionic bonds, hydrophobic interactions, and van der Waals forces (van der Waals force), and the like. Nonspecific binding between molecules may be due to one type of binding, or two or more types of binding may act simultaneously. In the present invention, the fixed phase of the size exclusion chromatography may bind or non-specifically bind to the extracellular vesicles or blocking materials by adsorption, and the extracellular vesicles and the blocking materials may competitively bind to the stationary phase and non-covalently.

상기 단계를 통해 블로킹 물질이 고정상에 흡착되거나, 비특이적 결합을 형성함으로써 시료 내에 포함된 세포밖 소포체가 상기 고정상에 결합되는 것을 저해하고, 결과적으로 세포밖 소포체의 분리 효율을 극대화하는 역할을 한다.Through the above step, the blocking material is adsorbed to the stationary phase or forms a non-specific bond, thereby inhibiting binding of the extracellular vesicles contained in the sample to the stationary phase, and consequently maximizing the separation efficiency of the extracellular vesicles.

본 발명의 일실시예에서는 블로킹 물질과 시료의 혼합물을 로딩한 경우 세포밖 소포체 분리 수율이 향상된다는 것을 확인하였고, 특히 우혈청(FBS) 또는 우혈청 알부민(BSA)을 블로킹 물질로 포함시켰을 때 수율이 극대화 된다는 것을 알 수 있었다(도 3). 또한, 블로킹 물질의 농도에 비례하여 분리된 세포밖 소포체의 수율이 증가(도 4)하였으며, 상기 우혈청 알부민의 블로킹 효과는 통상적으로 사용되는 소금(NaCl)의 농도에 영향을 받지 않았다(도 5). In one embodiment of the present invention, it was confirmed that the separation yield of extracellular vesicles was improved when a mixture of a blocking material and a sample was loaded, and in particular, when bovine serum (FBS) or bovine serum albumin (BSA) was included as a blocking material, the yield It was found that this is maximized (Fig. 3). In addition, the yield of isolated extracellular vesicles increased in proportion to the concentration of the blocking substance (Fig. 4), and the blocking effect of the bovine serum albumin was not affected by the concentration of commonly used salt (NaCl) (Fig. 5 ).

다음으로, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 상기 컬럼에서 세포밖 소포체를 용출시키는 단계[(c) 단계]를 포함한다.Next, the method of separating extracellular vesicles of the present invention includes the step of eluting the extracellular vesicles from the column [step (c)].

반건식 크기 배제 크로마토그래피 컬럼에 세포밖 소포체를 포함하는 시료를 로딩하고 회전식으로 이동상을 전개시키면 시료 중 세포밖 소포체와 같이 큰 분자가 선택적으로 용출되고 나머지 크기가 작은 물질은 컬럼 내부에 머무르게 되어 크기가 큰 세포밖 소포체를 시료로부터 분리할 수 있다. 일반적으로 세포밖 소포체는 분자의 크기가 1,000 kDa 이상으로 다른 불순물에 비해 크기가 큰 입자에 속하기 때문에 회전식 이동상 전개에서 우선적으로 이동상과 함께 용출된다. 용출되는 물질의 분자량은 다공성 정지상의 크기 및 구멍 크기, 컬럼의 길이, 이동상의 유속 등에 따라 상이하며, 동일한 조건에서는 용출되는 분자의 크기가 일정하다. 본 발명의 일실시예에서는 세파크릴 S500으로 채워진 컬럼(8 x 20 mm)에 HBS 완충 용액(20 mM HEPES, 150 mM NaCl, pH7.4)을 첨가한 후 회전식(300 xg, 5 분)으로 세척하여 평형시킨 반건식 고정상에, 2 mg의 표본 세포밖 소포체와 다양한 농도의 블로킹 물질을 혼합하여 로딩하고 해당 컬럼을 700 xg, 5 분 간 회전식으로 전개한 후 용출물을 분석하였다. When a sample containing extracellular vesicles is loaded onto a semi-dry size exclusion chromatography column and the mobile phase is developed by rotation, large molecules such as extracellular vesicles are selectively eluted out of the sample, and the remaining small sized substances stay inside the column, resulting in a larger size. Large extracellular vesicles can be isolated from the sample. In general, extracellular vesicles have a molecular size of 1,000 kDa or more and belong to particles that are larger than other impurities, so they are preferentially eluted together with the mobile phase in the development of a rotary mobile phase. The molecular weight of the eluted material is different depending on the size and pore size of the porous stationary phase, the length of the column, the flow rate of the mobile phase, etc., and the size of the eluted molecule is constant under the same conditions. In an embodiment of the present invention, after adding HBS buffer solution (20 mM HEPES, 150 mM NaCl, pH 7.4) to a column (8 x 20 mm) filled with Sephacryl S500, washing with a rotary (300 x g, 5 minutes) In the semi-dry stationary phase equilibrated, 2 mg of the sample extracellular vesicles and various concentrations of blocking material were mixed and loaded, and the column was rotated at 700 xg for 5 minutes, and the eluate was analyzed.

본 발명의 또 다른 일구현예는 (a) 컬럼에 충전된 고정상을 블로킹 물질을 포함하는 용액을 이용하여 반건식으로 평형시키는 단계, (b) 상기 컬럼에 세포밖 소포체가 포함된 시료를 로딩하는 단계 및 (c) 상기 컬럼에서 세포밖 소포체를 용출시키는 단계를 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention is the step of (a) equilibrating a stationary phase filled in a column in a semi-dry manner using a solution containing a blocking material, (b) loading a sample containing extracellular vesicles into the column And (c) provides a method for separating extracellular vesicles comprising the step of eluting the extracellular vesicles from the column.

상기 구현예에서는 크기 배제 크로마토그래피 컬럼에 고정상을 충전한 후 컬럼에 충전된 고정상을 블로킹 물질을 포함하는 용액을 이용하여 반건식으로 평형시키는 단계[(a) 단계]를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the above embodiment, after filling the stationary phase in a size exclusion chromatography column, the step of equilibrating the stationary phase filled in the column using a solution containing a blocking material in a semi-dry manner [Step (a)] is characterized in that it comprises.

고정상의 평형 단계에서 블로킹 물질을 포함하는 완충 용액을 이용함으로써 고정상을 먼저 블로킹시킬 수 있으며, 이로 인해 시료에 별도의 블로킹 물질을 혼합하지 않더라도, 분리 효율을 높일 수 있다는 점을 확인하였다(도 6).It was confirmed that the stationary phase can be first blocked by using a buffer solution containing a blocking material in the equilibrium stage of the stationary bed, and thus, separation efficiency can be improved even if a separate blocking material is not mixed with the sample (Fig. 6). .

또한, 본 발명의 분리 방법에 있어서 상기 블로킹 단계[(a) 단계]와 시료 로딩 단계[(b) 단계] 모두에서 블로킹 물질을 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 경우, 2 단계로 고정상을 블로킹할 수 있으므로, 세포밖 소포체 분리 효율을 극대화할 수 있다는 점을 하기 실시예를 통해 확인하였다(도 7).In addition, in the separation method of the present invention, a blocking material may be mixed and used in both the blocking step [(a) step] and the sample loading step [(b) step]. In this case, it was confirmed through the following examples that the stationary phase can be blocked in two steps, so that the efficiency of separating the extracellular vesicles can be maximized (Fig. 7).

본 발명의 분리 방법에 있어서, 블로킹 물질의 종류, 농도 및 평형 완충 용액 또는 시료에 대한 혼합 비율 등은 분리 대상이 되는 시료 또는 세포밖 소포체의 성질 및 분리 목적에 따라 최적화하여 당업자에 의해 변형될 수 있다.In the separation method of the present invention, the type and concentration of the blocking material and the mixing ratio of the equilibration buffer solution or the sample may be modified by those skilled in the art by optimizing according to the properties of the sample to be separated or the extracellular vesicles and the purpose of separation. have.

본 발명에 따른 세포밖 소포체의 분리 방법은 초원심분리기와 같은 고가의 장비가 필요하지 않고, 분리 과정에서 시료가 극한의 환경에 노출되지 않기 때문에 세포밖 소포체의 형태나 성질을 보존하면서 효율적으로 분리할 수 있다는 장점이 있다. 이 뿐만 아니라 본 발명의 방법은 종래의 반건식 크기 배제 크로마토그래피에서 세포밖 소포체가 손실되는 점을 크게 개선함으로써 통상의 세포밖 소포체 분리법과 결합하여 높은 순도의 세포밖 소포체를 분리하는데 적극적으로 활용될 수 있으며, 종래 방법의 수행 전 단계 또는 후 단계에 적용함으로써 분리 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 효과적으로 세포밖 소포체를 분리할 수 있어, 소량의 시료에 전처리 및 후처리 단계에 적용함으로써 신속하게 임상 진단에 활용할 수 있다.The method for separating extracellular vesicles according to the present invention does not require expensive equipment such as an ultracentrifuge, and since the sample is not exposed to extreme environments during the separation process, it is efficiently separated while preserving the shape and properties of the extracellular vesicles. There is an advantage that you can do it. In addition, the method of the present invention greatly improves the loss of extracellular vesicles in the conventional semi-dry size exclusion chromatography, so that it can be actively used to separate high-purity extracellular vesicles by combining with the conventional extracellular vesicle separation method. In addition, separation efficiency can be maximized by applying it to a step before or after performing the conventional method. In addition, the method of separating the extracellular vesicles of the present invention can effectively separate the extracellular vesicles, and can be quickly utilized for clinical diagnosis by applying to a small amount of samples in the pretreatment and post-treatment steps.

도 1은 본 발명에 따른 세포밖 소포체 분리 방법에 대한 모식도이다.
도 2는 대장암 세포주(SW480) 유래 표본 세포밖 소포체의 분리 결과이다.
도 3은 다양한 블로킹 물질이 혼합된 시료에서, 반건식 크기 배제 크로마토그래피를 통한 세포밖 소포체의 분리 결과이다.
도 4는 다양한 농도의 우혈청 알부민이 혼합된 시료에서, 반건식 크기 배제 크로마토그래피를 통한 세포밖 소포체의 분리 결과이다.
도 5는 10% 우혈청 알부민과 다양한 농도의 소금이 혼합된 시료에서, 반건식 크기 배제 크로마토그래피를 통한 세포밖 소포체의 분리 결과이다.
도 6은 다양한 농도의 우혈청 알부민으로 고정상이 블로킹된 반건식 크기 배제 크로마토그래피를 통한 세포밖 소포체의 분리 결과이다.
도 7은 블로킹 물질을 포함하는 시료에서 고정상이 블로킹된 반건식 크기 배제 크로마토그래피를 통한 세포밖 소포체의 분리 결과이다.
1 is a schematic diagram of a method for separating extracellular vesicles according to the present invention.
2 is a result of isolation of sample extracellular vesicles derived from colon cancer cell line (SW480).
3 is a result of separation of extracellular vesicles through semi-dry size exclusion chromatography in a sample in which various blocking substances are mixed.
4 is a result of separation of extracellular vesicles through semi-dry size exclusion chromatography in samples in which various concentrations of bovine serum albumin are mixed.
5 is a result of separation of extracellular vesicles through semi-dry size exclusion chromatography in a sample in which 10% bovine serum albumin and salts of various concentrations are mixed.
6 is a result of separation of extracellular vesicles through semi-dry size exclusion chromatography in which the stationary phase is blocked with various concentrations of bovine serum albumin.
7 is a result of separation of extracellular vesicles through semi-dry size exclusion chromatography in which a stationary phase is blocked in a sample containing a blocking material.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1. 표본 세포밖 소포체의 정제 및 분석Example 1. Purification and analysis of specimen extracellular vesicles

대장암 세포주 SW480 배양액을 500 xg에서 10분, 2,000 xg에서 20분 간 원심분리하여 침전물을 제거하였다. 상기 상층액에 존재하는 세포밖 소포체를 1차 정제 및 침전하기 위하여, 세포밖 소포체를 폴리에틸렌글리콜 용액(8.4% Polyethylene Glycol 6000, 250 mM NaCl, 20 mM HEPES, pH7.4)을 첨가하여 16시간 동안 냉장 보관한 후, 12,000 xg에서 30분간 원심분리하여 침전된 세포밖 소포체를 수확한 후 HEPES 완충용액(HBS, HEPES-buffered saline, 20 mM HEPES, 150 mM NaCl, pH7.4)에 침전물을 녹였다.The colon cancer cell line SW480 culture was centrifuged at 500 xg for 10 minutes and at 2,000 xg for 20 minutes to remove the precipitate. In order to first purify and precipitate the extracellular vesicles present in the supernatant, the extracellular vesicles were added with a polyethylene glycol solution (8.4% Polyethylene Glycol 6000, 250 mM NaCl, 20 mM HEPES, pH 7.4) for 16 hours. After refrigerated storage, the precipitated extracellular vesicles were harvested by centrifugation at 12,000 xg for 30 minutes, and the precipitate was dissolved in HEPES buffer (HBS, HEPES-buffered saline, 20 mM HEPES, 150 mM NaCl, pH 7.4).

밀도 및 부력을 이용하여 세포밖 소포체를 2차 정제하기 위하여, 상기 시료에 대하여 30% - 20% - 5% 옵티프랩(Optiprep) 부력 밀도 구배 초원심분리를 200,000 xg에서 2 시간 동안 수행하였다. 초원심분리 후 세포밖 소포체와 상등 밀도(1.08 ~ 1.12 g/ml) 밴드를 수확하였다. 수확한 밴드를 세파크릴(Sephacryl) S500으로 충전된 컬럼(10 x 100 mm)에 로딩하고 분자 크기 배제 크로마토그래피를 통해 최종적으로 세포밖 소포체를 정제하였다.In order to secondarily purify the extracellular vesicles using density and buoyancy, the sample was subjected to 30%-20%-5% Optiprep buoyancy density gradient ultracentrifugation at 200,000 xg for 2 hours. After ultracentrifugation, extracellular vesicles and supernatant density (1.08 ~ 1.12 g/ml) bands were harvested. The harvested band was loaded onto a column (10 x 100 mm) packed with Sephacryl S500, and the extracellular vesicles were finally purified through molecular size exclusion chromatography.

상기 세포밖 소포체의 정제 방법에 따라 최종 분리한 표본 세포밖 소포체의 순도를 분석하기 위해 HPLC 분석 및 웨스턴 블럿을 수행하였다(도 2(a) 및 2(b)). HPLC 분석에서는, HPLC용 TSKgel6000 컬럼(7.5 x 600 mm)에 상기 방법에 따라 정제한 표본 세포밖 소포체를 로딩한 후 HEPES 완충용액을 유동상으로 하여 0.5 ml/min 로 흘려주면서 280 nm 흡광도를 추적하여 정제한 시료의 순도를 검증하였다. 웨스턴 블럿에서는 세포밖 소포체 마커 단백질(Alix, CD63, CD9) 및 비 세포밖 소포체 단백질들(calnexin, Histone H2B)을 이용하여 정제 결과를 분석하였다. 또한, 분리된 세포밖 소포체의 크기를 DLS(dynamic light scattering)으로 확인하였고(도 2 (c)), 투과전자현미경으로 모양을 확인하였다(도 2(d)).HPLC analysis and Western blotting were performed to analyze the purity of the sample extracellular vesicles finally isolated according to the method for purifying extracellular vesicles (Figs. 2(a) and 2(b)). In HPLC analysis, after loading the sample extracellular vesicles purified according to the above method on a TSKgel6000 column (7.5 x 600 mm) for HPLC, flowing at 0.5 ml/min using a HEPES buffer solution as a fluidized bed, and tracking the absorbance at 280 nm. The purity of the purified sample was verified. In Western blot, purification results were analyzed using extracellular vesicle marker proteins (Alix, CD63, CD9) and non-extracellular vesicle proteins (calnexin, Histone H2B). In addition, the size of the separated extracellular vesicles was confirmed by dynamic light scattering (DLS) (FIG. 2 (c)), and its shape was confirmed by a transmission electron microscope (FIG. 2(d)).

그 결과, 상기 대장암 세포주로부터 분리한 표본 세포밖 소포체는 순도가 매우 높으며, 평균 크기는 지름 약 160 nm의 온전한 이중막을 가진 나노입자임을 확인할 수 있었다. As a result, it was confirmed that the sample extracellular vesicles isolated from the colon cancer cell line had very high purity, and the average size was a nanoparticle having an intact double membrane of about 160 nm in diameter.

실시예 2. 블로킹 물질 종류에 따른 세포밖 소포체 분리 효율Example 2. Efficiency of separation of extracellular vesicles according to the type of blocking material

본 발명의 방법에 따라 반건식 크기 배제 크로마토그래피의 고정상에 세포밖 소포체의 비특이적 결합을 차단할 수 있는 인자를 탐색하고자 세포밖 소포체 시료와 다양한 블로킹 물질의 혼합물을 이용하여 분리 효율을 비교하였다.Separation efficiencies were compared using a mixture of extracellular vesicle samples and various blocking substances in order to search for factors capable of blocking non-specific binding of extracellular vesicles in the stationary phase of semi-dry size exclusion chromatography according to the method of the present invention.

상기 대장암 유래 표본 세포밖 소포체 2 μg을 동일한 양의 다양한 저분자 물질(Trehalose, Glycerol, DMSO), 나노 입자가 제거된 10%(v/v) 우혈청(Fetal bovine serum), 또는 10%(v/v) 우혈청 알부민(Fetal bovine albumin)과 혼합한 후 반건식으로 평형시킨 크기 배제 크로마토그래피 컬럼에 각각 로딩하였다. 컬럼을 700 xg에서 5분 간 원심분리하면서 회전식 크기 배제 크로마토그래피를 수행하였다(도 3(a)). The colon cancer-derived sample of extracellular vesicles 2 μg in the same amount of various low-molecular substances (Trehalose, Glycerol, DMSO), nanoparticles removed 10% (v / v) Fetal bovine serum, or 10% (v /v) After mixing with fetal bovine albumin, each was loaded onto a size exclusion chromatography column equilibrated in a semi-dry manner. Rotary size exclusion chromatography was performed while the column was centrifuged at 700 xg for 5 minutes (Fig. 3(a)).

상기 용출물 내 세포밖 소포체의 수확률을 확인하기 위하여 세포밖 소포체의 마커인 CD9 단백질에 대한 웨스턴 블럿을 수행하였고(도 3(b)), 추가로 나노입자 분석(NPA, Nanoparticle Analysis)을 수행하여 세포밖 소포체의 용출률을 확인하였다(도 3(c)). In order to confirm the yield of the extracellular vesicles in the eluate, a Western blot was performed on the CD9 protein, which is a marker of the extracellular vesicles (Fig. 3(b)), and further nanoparticle analysis (NPA, Nanoparticle Analysis) was performed. Thus, the dissolution rate of the extracellular vesicles was confirmed (Fig. 3(c)).

그 결과, 우혈청 또는 우혈청 알부민과 같이 단백질 등을 포함하여 복잡한 성질을 가지는 블로킹 물질은 반건식 크기 배제 크로마토그래피의 고정상과 세포밖 소포체와의 결합을 효과적으로 방해함으로써 세포밖 소포체의 수율을 현저히 향상시킨 것을 알 수 있었다. As a result, blocking substances having complex properties, including proteins, such as bovine serum or bovine serum albumin, effectively interfere with the binding of the stationary phase to the extracellular vesicles in semi-dry size exclusion chromatography, thereby significantly improving the yield of extracellular vesicles. I could see that.

실시예 3. 블로킹 물질 농도에 따른 세포밖 소포체 분리 효율Example 3. Efficiency of separation of extracellular vesicles according to the concentration of blocking substances

우혈청 알부민의 농도에 따른 세포밖 소포체의 분리 효율을 확인하고자, 상기 반건식 크기 배제 크로마토그래피의 고정상에 다양한 농도의 우혈청 알부민을 혼합시킨 시료를 로딩하였다. 구체적으로, 정제된 대장암 유래 표본 세포밖 소포체 2 μg과 다양한 농도의 우혈청 알부민(0%, 5%, 10%) 2 μg을 혼합한 후 반건식으로 평형시킨 크기 배제 크로마토그래피 컬럼에 각각 로딩하고, 700 xg에서 5 분 간 원심분리하여 회전식 크기 배제 크로마토그래피를 수행하였다(도 4(a)).In order to confirm the separation efficiency of extracellular vesicles according to the concentration of bovine serum albumin, a sample in which various concentrations of bovine serum albumin were mixed was loaded onto the stationary phase of the semi-dry size exclusion chromatography. Specifically, 2 μg of purified colon cancer-derived sample extracellular vesicles and 2 μg of bovine serum albumin (0%, 5%, 10%) of various concentrations were mixed, and then loaded onto a size exclusion chromatography column equilibrated in a semi-dry manner. , Centrifugation was performed at 700 xg for 5 minutes to perform rotary size exclusion chromatography (Fig. 4(a)).

상기 용출물 내 세포밖 소포체의 수확률을 확인하기 위하여 세포밖 소포체의 마커인 CD9 단백질에 대한 웨스턴 블럿을 수행하여 세포밖 소포체의 용출률을 확인하였다(도 4(b)). 그 결과, 우혈청 알부민을 포함하지 않은 시료(0% BSA)에 비해 5% 또는 10% BSA를 포함한 경우 세포밖 소포체 분리 효율이 현저히 증가하였다. 또한, 우혈청 알부민의 농도에 비례하여 건식 크기 배제 크로마토그래피의 고정상과 세포밖 소포체와의 결합을 효과적으로 방해함으로써 세포밖 소포체의 수확률이 더욱 향상되는 것 알 수 있었다. In order to confirm the yield of the extracellular vesicles in the eluate, Western blotting was performed on the CD9 protein, which is a marker of the extracellular vesicles, to confirm the dissolution rate of the extracellular vesicles (FIG. 4(b)). As a result, the separation efficiency of extracellular vesicles was significantly increased when 5% or 10% BSA was included compared to a sample not containing bovine serum albumin (0% BSA). In addition, it was found that the yield of extracellular vesicles was further improved by effectively interfering with the binding of the stationary phase and extracellular vesicles in dry size exclusion chromatography in proportion to the concentration of bovine serum albumin.

아울러, 통상적으로 크기 배제 크로마토그래피에서 수소결합 및 이온결합을 저해하는 목적으로 첨가되는 소금(NaCl)의 농도에 따라 우혈청 알부민에 의한 블로킹 효과에 영향을 미치는지 확인하였다. 상기와 같은 방법에서 대장암 유래 세포밖 소포체 시료 및 10% BSA 혼합물에 다양한 농도(0.15M, 0.5M, 1.0M)의 소금을 혼합하여 세포밖 소포체를 분리하였다. 용출물 내 세포밖 소포체를 웨스턴 블럿 및 나노 입자 분석으로 확인한 결과, 우혈청 알부민에 의한 블로킹 효과는 소금의 농도에 영향을 받지 않음을 알 수 있었다(도 5).In addition, it was confirmed whether the concentration of salt (NaCl) added for the purpose of inhibiting hydrogen bonding and ionic bonding in size exclusion chromatography affects the blocking effect of bovine serum albumin. In the same method as described above, the extracellular vesicles were separated by mixing various concentrations (0.15M, 0.5M, 1.0M) of salt in the colon cancer-derived extracellular vesicle sample and 10% BSA mixture. As a result of confirming the extracellular vesicles in the eluate by Western blot and nanoparticle analysis, it was found that the blocking effect by bovine serum albumin was not affected by the concentration of salt (FIG. 5).

실시예 4. 블로킹 물질을 이용한 고정상의 평형 후 세포밖 소포체 분리 효율 확인Example 4. After equilibration of the stationary phase using a blocking material, the separation efficiency of extracellular vesicles was confirmed

본 발명의 다른 구현예로서, 세포밖 소포체를 포함하는 시료를 로딩하기 전에 먼저 컬럼을 블로킹하였다. 구체적으로, 준비된 크기 배제 크로마토그래피 컬럼에 고정상을 담고, 원심분리를 통하여 크기 배제 크로마토그래피 컬럼의 고정상을 반건식으로 평형시킨 후, 우혈청 알부민이 없는 HBS 완충용액(20 mM HEPES, 150 mM NaCl, pH7.4) 700 μl, 1% 우혈청 알부민이 포함된 완충용액 700 μl, 또는 2% 우혈청 알부민이 포함된 완충용액 700 μl을 로딩한 후 원심분리하면서 컬럼을 블로킹하였다. 상기 블로킹된 컬럼에 추가로 완충용액을 로딩하고 원심분리하기를 6회 반복하여 잉여의 알부민을 세척하였다. 최종 세척된 컬럼에 2 μg의 대장암 유래 표본 세포밖 소포체를 로딩한 후 원심분리를 통하여 세포밖 소포체를 용출시켰다(도 6(a)). In another embodiment of the present invention, the column was first blocked before loading the sample containing the extracellular vesicles. Specifically, put the stationary phase in the prepared size exclusion chromatography column, and equilibrate the stationary phase of the size exclusion chromatography column in a semi-dry manner through centrifugation, and then a HBS buffer solution without bovine serum albumin (20 mM HEPES, 150 mM NaCl, pH 7 .4) After loading 700 μl, 700 μl of a buffer solution containing 1% bovine serum albumin, or 700 μl of a buffer solution containing 2% bovine serum albumin, the column was blocked while centrifuging. An additional buffer solution was added to the blocked column and centrifugation was repeated six times to wash excess albumin. After loading a sample of 2 μg of colon cancer-derived extracellular vesicles on the final washed column, the extracellular vesicles were eluted through centrifugation (FIG. 6(a)).

각 컬럼의 세포밖 소포체의 수득률을 웨스턴 블럿(도 6(b))을 통하여 비교한 결과, 우혈청 알부민을 이용하여 건식 크기 배제 크로마토그래피의 고정상을 먼저 블로킹한 경우, 세포밖 소포체 수율이 현저히 향상되었다. 이로부터 시료에 블로킹 물질을 혼합하지 않더라도 효과적으로 세포밖 소포체와 고정상의 비특이적 결합을 저해함으로써 세포밖 소포체의 분리 효율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다. As a result of comparing the yield of extracellular vesicles of each column through Western blot (Fig. 6(b)), when the stationary phase of dry size exclusion chromatography using bovine serum albumin is first blocked, the extracellular vesicle yield is significantly improved. Became. From this, it was found that even without mixing the blocking material in the sample, the separation efficiency of the extracellular vesicles can be increased by effectively inhibiting the non-specific binding of the extracellular vesicles and the stationary phase.

실시예 5. 블로킹 물질을 이용한 고정상의 평형 및 시료 로딩 시 세포밖 소포체의 분리 효율 확인Example 5. Checking the separation efficiency of extracellular vesicles during equilibration of the stationary phase and sample loading using a blocking material

본 발명의 또 다른 구현예로서, 크기 배제 크로마토그래피 컬럼을 블로킹시킨 후, 시료와 블로킹 물질의 혼합물을 로딩하여 세포밖 소포체 분리 효율을 확인하였다. 구체적으로, 준비된 크기 배제 크로마토그래피 컬럼에 고정상을 담고, 원심분리를 통하여 크기 배체 크로마토그래피 컬럼의 고정상을 반건식으로 평형시켰다. 다음으로, 700 μl의 완충용액, 또는 700 μl의 2% 우혈청 알부민을 첨가한 완충용액을 로딩하고 원심분리하면서 컬럼을 블로킹하였다. 상기 블로킹된 컬럼은 추가로완충용액을 로딩하고 원심분리하기를 6회 반복하여 잉여의 알부민을 제거하였다. 최종 세척된 컬럼에 세포밖 소포체 시료와 10%의 우혈청 알부민 혼합 시료, 또는 우혈청 알부민이 첨가되지 않은 세포밖 소포체 시료를 각각 로딩한 후 원심분리를 통하여 세포밖 소포체를 용출시키고(도 7(a)), 최종 정제된 세포밖 소포체의 수득율을 웨스턴 블럿(도 7(b))으로 비교하였다. 그 결과, 우혈청 알부민을 이용하여 건식 크기 배제 크로마토그래피의 고정상을 먼저 블로킹한 후, 10% 알부민을 포함하는 세포밖 소포체 시료를 로딩하여 용출하는 경우, 세포밖 소포체 분리 효율이 가장 뛰어난 것으로 나타났다. 이로부터 시료 로딩 전에 컬럼을 블로킹하고, 시료에 추가로 블로킹 물질을 혼합하여 로딩함으로써 세포밖 소포체와 반건식 크기 배제 크로마토그래피의 고정상과의 비특이적 결합을 가장 효과적으로 저해할 수 있으며, 세포밖 소포체의 용출률을 현저히 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다. In another embodiment of the present invention, after blocking a size exclusion chromatography column, a mixture of a sample and a blocking material was loaded to confirm the efficiency of separation of extracellular vesicles. Specifically, the fixed phase was put on the prepared size exclusion chromatography column, and the fixed phase of the size fold chromatography column was equilibrated in a semi-dry manner through centrifugation. Next, 700 μl of a buffer solution or a buffer solution to which 700 μl of 2% bovine serum albumin was added was loaded, and the column was blocked while centrifuging. The blocked column was further loaded with a buffer solution and centrifuged 6 times to remove excess albumin. An extracellular vesicle sample and a 10% bovine serum albumin mixture sample, or an extracellular vesicle sample to which bovine serum albumin was not added, respectively, were loaded onto the final washed column, and then the extracellular vesicles were eluted through centrifugation (Fig. 7 ( a)), the yield of the final purified extracellular vesicles was compared by Western blot (Fig. 7(b)). As a result, when the stationary phase of dry size exclusion chromatography was first blocked using bovine serum albumin, and then an extracellular vesicle sample containing 10% albumin was loaded and eluted, the extracellular vesicle separation efficiency was found to be the best. From this, by blocking the column before loading the sample, and loading the sample with an additional blocking material, non-specific binding between the extracellular vesicles and the stationary phase of semi-dry size exclusion chromatography can be most effectively inhibited, and the elution rate of the extracellular vesicles is reduced. It was found that it can be significantly improved.

Claims (15)

(a) 컬럼에 충전된 고정상을 블로킹 물질을 포함하지 않는 용액을 이용하여 반건식으로 평형시키는 단계;
(b) 블로킹 물질 및 세포밖 소포체가 포함된 시료의 혼합물을 상기 고정상에 로딩하는 단계; 및
(c) 상기 컬럼에서 세포밖 소포체를 용출시키는 단계;
를 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법.
(a) equilibrating the stationary phase charged in the column in a semi-dry manner using a solution containing no blocking material;
(b) loading a mixture of a sample containing a blocking substance and an extracellular vesicle into the stationary bed; And
(c) eluting extracellular vesicles from the column;
Extracellular vesicle separation method comprising a.
제1항에 있어서,
상기 블로킹 물질은 상기 고정상의 흡착 자리 또는 비특이적 결합 자리에 세포밖 소포체와 경쟁적으로 작용하는 물질인 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 1,
The blocking material is a material that competes with the extracellular vesicles at the adsorption site or non-specific binding site of the stationary bed.
제1항에 있어서,
상기 블로킹 물질은 분리하고자 하는 세포밖 소포체보다 크기가 작은 단백질 물질을 포함하는 것인 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 1,
The method of separating extracellular vesicles, wherein the blocking material includes a protein material having a size smaller than that of the extracellular vesicles to be separated.
제1항에 있어서,
상기 블로킹 물질은 우혈청(Fetal bovine serum), 또는 우혈청 알부민(Fetal bovine albumin)인 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 1,
The blocking material is cow serum (Fetal bovine serum), or bovine serum albumin (Fetal bovine albumin) extracellular endoplasmic reticulum separation method.
제1항에 있어서,
상기 시료는 포유동물 세포 배양 배지, 박테리아 세포 배양 배지, 효모 배양 배지, 조직 추출물, 암 조직, 혈청, 혈장, 침, 눈물, 땀, 소변, 대변, 뇌척수액(CSF, cerebrospinal fluid), 복수(ascite), 양수(amniotic fluid), 정액, 유(milk), 먼지, 담수, 해수, 토양 및 발효식품으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 1,
The sample is mammalian cell culture medium, bacterial cell culture medium, yeast culture medium, tissue extract, cancer tissue, serum, plasma, saliva, tears, sweat, urine, feces, cerebrospinal fluid (CSF), ascite , Amniotic fluid, semen, milk (milk), dust, fresh water, seawater, soil and fermented food, characterized in that at least one selected from the group consisting of extracellular vesicle separation method.
제1항에 있어서,
상기 시료를 로딩하기 전에 시료의 전처리 단계를 더 포함하거나,
상기 용출 단계 후에 용출물의 후처리 단계를 더 포함하거나,
또는 전처리 및 후처리 단계 모두를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 1,
Further comprising a pretreatment step of the sample before loading the sample, or
Further comprising a post-treatment step of the eluate after the elution step, or
Or extracellular vesicle separation method, characterized in that it further comprises both pre-treatment and post-treatment steps.
제6항에 있어서,
상기 시료의 전처리 단계는 원심분리, 초원심분리, 여과, 한외여과, 음파처리, 밀도 구배 초원심분리, 크기 배제 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 폴리머 기반 침전 및 유기 용매 침전으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법을 이용하는 것인 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 6,
The pretreatment steps of the sample include centrifugation, ultracentrifugation, filtration, ultrafiltration, sonication, density gradient ultracentrifugation, size exclusion chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, polymer-based precipitation, and organic solvent precipitation. The method of separating extracellular vesicles using one or more methods selected from the group consisting of.
삭제delete 삭제delete (a) 컬럼에 충전된 고정상을 블로킹 물질을 포함하는 용액을 이용하여 반건식으로 평형시키는 단계;
(b) 상기 컬럼에 블로킹 물질 및 세포밖 소포체가 포함된 시료를 로딩하는 단계; 및
(c) 상기 컬럼에서 세포밖 소포체를 용출시키는 단계;
를 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법.
(a) equilibrating the stationary phase filled in the column in a semi-dry manner using a solution containing a blocking material;
(b) loading a sample containing a blocking material and an extracellular vesicle into the column; And
(c) eluting extracellular vesicles from the column;
Extracellular vesicle separation method comprising a.
제10항에 있어서,
상기 블로킹 물질은 상기 고정상의 흡착 자리 또는 비특이적 결합 자리에 세포밖 소포체와 경쟁적으로 작용하는 물질인 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 10,
The blocking material is a material that competes with the extracellular vesicles at the adsorption site or non-specific binding site of the stationary bed.
제10항에 있어서,
상기 블로킹 물질은 분리하고자 하는 세포밖 소포체보다 크기가 작은 단백질 물질을 포함하는 것인 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 10,
The method of separating extracellular vesicles, wherein the blocking material includes a protein material having a size smaller than that of the extracellular vesicles to be separated.
제10항에 있어서,
상기 블로킹 물질은 우혈청(Fetal bovine serum), 또는 우혈청 알부민(Fetal bovine albumin)인 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 10,
The blocking material is cow serum (Fetal bovine serum), or bovine serum albumin (Fetal bovine albumin) extracellular endoplasmic reticulum separation method.
제10항에 있어서,
상기 (a) 단계 이후에 상기 평형시킨 고정상을 블로킹 물질을 포함하지 않는 용액으로 추가로 평형시키는 단계를 더 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법.
The method of claim 10,
The method of separating extracellular vesicles further comprising the step of further equilibrating the equilibrated stationary phase after step (a) with a solution containing no blocking material.
삭제delete
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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써모 사이언티픽 「high recovery resinates for high performance protein desalting」(2014)*
코아사이언스(CoreSciences) [엑소좀 분리, 정제 SEC 컬럼] (2017.02.20.)*

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