KR102329816B1 - A Method for Separating and Concentrating Cells or Secretion thereof using Super Absorbent Beads - Google Patents

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KR102329816B1 KR1020200034326A KR20200034326A KR102329816B1 KR 102329816 B1 KR102329816 B1 KR 102329816B1 KR 1020200034326 A KR1020200034326 A KR 1020200034326A KR 20200034326 A KR20200034326 A KR 20200034326A KR 102329816 B1 KR102329816 B1 KR 102329816B1
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Abstract

본 발명은 항체와 핵산 분자로 다중 검출된 세포 또는 이의 분비물을 효과적으로 분리 및 농축하는 방법에 관한 것으로, 쉽고 효율적으로 목적하는 세포 또는 이의 분비물을 빠르게 농축시켜 형광신호를 증폭함으로써 세포 또는 이의 분비물을 이용한 다양한 연구에 활용할 수 있으며, 특히 다양한 병변 조직 및 세포에서 유래하여 특정 질환 마커를 발현하는 세포 또는 이의 분비물을 신속하게 검출함으로서 해당 질환에 대한 신뢰도 높은 진단 방법으로 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a method for effectively separating and concentrating cells or their secretions multiplied by an antibody and a nucleic acid molecule, and by using cells or their secretions by quickly and efficiently concentrating a desired cell or its secretion to amplify a fluorescence signal. It can be used for various studies, and in particular, it can be usefully used as a reliable diagnostic method for the disease by rapidly detecting cells or secretions thereof that are derived from various lesion tissues and cells and express a specific disease marker.

Description

고흡습성 수지를 이용한 세포 또는 이의 분비물의 분리 및 농축방법{A Method for Separating and Concentrating Cells or Secretion thereof using Super Absorbent Beads}A method for separating and concentrating cells or their secretions using a highly hygroscopic resin {A Method for Separating and Concentrating Cells or Secretion thereof using Super Absorbent Beads}

본 발명은 목적하는 세포 또는 이의 분비물을 신속, 정확하게 검출하기 위해, 항체와 핵산 분자로 다중검출된 이들 세포 또는 이의 분비물을 효과적으로 분리 및 농축하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고흡수성 수지를 이용하여 미결합 항체 및 핵산 분자를 제거함으로써 검출 목적물을 분리 및 농축방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for effectively separating and concentrating these cells or their secretions multi-detected with an antibody and a nucleic acid molecule in order to quickly and accurately detect a desired cell or a secretion thereof, and more particularly, using a superabsorbent resin to a method for separating and concentrating a detection target by removing unbound antibodies and nucleic acid molecules.

혈액이나 세포 또는 다양한 생물학적 시료로부터 핵산, 세포 또는 이의 분비물을 분리 또는 농축하기 위한 장치는 생물학, 생화학, 분자의학, 법의학, 진단의학 등과 같은 다양한 분야에 널리 적용되고 있다. 시료의 분석 및 진단 분야가 비약적으로 성장하면서, 특정 표지 단백질 또는 유전자를 함유하는 세포 또는 이로부터 분리된 분비물들을 효율적으로 신속하게 분리 및 분류하고 정량하는 분석방법에 대한 개발 필요성이 높아지고 있다.Devices for separating or concentrating nucleic acids, cells, or secretions thereof from blood, cells, or various biological samples are widely applied in various fields such as biology, biochemistry, molecular medicine, forensics, and diagnostic medicine. As the field of sample analysis and diagnosis has grown rapidly, the need for developing an analysis method for efficiently and rapidly separating, classifying, and quantifying cells containing a specific marker protein or gene or secretions isolated therefrom is increasing.

세포밖 소포체는 대부분 세포에서 분비되는 크기가 50 내지 1,000 nm 사이의 작은 형태의 소포체(membrane vesicle)로, 혈액, 소변 등 체액에 존재하며 세포밖 소포체 내부에는 그 세포에서 유래된 다양한 종류의 단백질, 유전물질(DNA, mRNA, miRNA), 지질 등이 포함되어 있다. Extracellular vesicles are mostly small vesicles with a size between 50 and 1,000 nm secreted from cells, and are present in body fluids such as blood and urine. Contains genetic material (DNA, mRNA, miRNA), lipids, etc.

시료에서 세포 또는 이의 분비물을 분리할 때, 가장 중요한 것은 타겟 유전자 또는 타겟 표면 단백질에 대한 신호는 증가시키고, 배경신호는 감소(background signal을 낮춤)하여 signal to background(S/B) 신호를 높이는데 있다. 그러나, 시료 내에 존재하는 세포 또는 세포밖 소포체(특히 엑소좀)는 소량 존재할 뿐만 아니라, 그 크기도 매우 작기 때문에 원심분리 등과 같은 일반적인 분리방법으로는 충분한 양을 얻을 수 없다. 충분한 양을 얻더라도, 검출 과정에서 세포밖 소포체와 같은 생체물질과 결합하지 않은 프로브로 인해 배경신호가 높아지게 된다.When isolating cells or their secretions from a sample, the most important thing is to increase the signal for the target gene or target surface protein and decrease the background signal to increase the signal to background (S/B) signal. have. However, cells or extracellular vesicles (especially exosomes) present in the sample are not only present in a small amount, but also have a very small size, so a sufficient amount cannot be obtained by a general separation method such as centrifugation. Even if a sufficient amount is obtained, the background signal becomes high due to the probe not bound to a biological material such as an extracellular vesicle during the detection process.

상기 미반응 프로브를 제거하기 위해서는 한외여과(Ultrafiltration)나 초원심분리(ultracentrifugation)등의 방법을 사용해왔으나, 소모성 재료와 고가 장치를 사용해야하는 등의 이슈가 있으며, 농축 및 세척 과정에서 상당량의 세포밖 소포체가 손실되거나 오염되는 등 또 다른 문제가 존재하였다.In order to remove the unreacted probe, methods such as ultrafiltration or ultracentrifugation have been used, but there are issues such as the use of consumable materials and expensive equipment, and in the concentration and washing process, a significant amount of extracellular Another problem existed, such as loss or contamination of the endoplasmic reticulum.

한편, 세포 또는 이의 분비물로부터 질병의 정확한 진단을 위해서는 이들 내부에 존재하는 핵산과 표면 단백질을 동시에 검출함으로써 신뢰도를 높일 수 있다. 종래에는 실시간 PCR과 ELISA(enzyme linked immunosorbent assay)를 각각 사용하였는데, 이는 핵산과 표면 단백질의 동시검출이 불가능하므로 여러 과정과 시간이 많이 소요되고, 실험자의 숙력도에 따라 결과가 달라지는 등 활용도가 매우 떨어지는 단점이 있다.On the other hand, for accurate diagnosis of diseases from cells or secretions thereof, reliability can be increased by simultaneously detecting nucleic acids and surface proteins present therein. Conventionally, real-time PCR and ELISA (enzyme linked immunosorbent assay) have been used, respectively. Since simultaneous detection of nucleic acids and surface proteins is impossible, various processes and time are required, and the results vary depending on the skill level of the experimenter. There is a downside to falling.

따라서 본 발명에서는 고흡수성 수지를 활용하여 세포 또는 세포외 소포체와 같은 세포 분비물로부터 효과적으로 타겟 유전자와 표면 단백질을 동시에 검출할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Therefore, in the present invention, the present invention was completed by focusing on the ability to simultaneously detect a target gene and a surface protein from a cell secretion such as a cell or an extracellular vesicle by using a superabsorbent polymer.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced throughout this specification and their citations are indicated. The disclosure contents of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to more clearly describe the level of the technical field to which the present invention pertains and the content of the present invention.

특허문헌 1. 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0002943호Patent Literature 1. Korean Patent Publication No. 10-2012-0002943

본 발명자들은 항체와 핵산 분자를 통해, 높은 정확성과 재현성으로 생물학적 샘플로부터 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하고, 검출하기 위한 방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 종래에 통상적으로 이용되는 초고속원심분리법 또는 항체 결합에 의한 단리 방법에서 벗어나 다중 바이오마커를 포함하는 세포 또는 이의 분비물을 고순도, 고품질로 회수할 수 있고, 이를 통해 목적세포 또는 이의 분비물의 양과 존재여부를 보다 정확하게 검출할 수 있음으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made intensive research efforts to develop a method for isolating, concentrating, and detecting cells or their secretions from biological samples with high accuracy and reproducibility through antibodies and nucleic acid molecules. As a result, it is possible to recover cells including multiple biomarkers or their secretions with high purity and high quality, away from the conventionally used ultracentrifugation method or the isolation method by antibody binding, and through this, the amount of target cells or secretions thereof and By being able to more accurately detect the presence or absence, the present invention has been completed.

따라서 본 발명의 목적은 생물학적 샘플로부터 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for isolating and concentrating cells or secretions thereof from a biological sample.

또한, 본 발명의 목적은 생물학적 샘플로부터 세포 또는 이의 분비물을 검출하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting a cell or a secretion thereof from a biological sample.

또한, 본 발명의 목적은 세포 또는 이의 분비물의 검출용 키트를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a kit for detecting cells or secretions thereof.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 1) 생체물질을 포함하는 생물학적 샘플에, 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체, 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자 또는 이들의 조합을 첨가하는 단계; 및According to one aspect of the present invention, the present invention provides: 1) an antibody that specifically binds to a target surface protein contained in a cell or a secretion thereof in a biological sample containing a biological material, and a target contained in the cell or secretion thereof adding a nucleic acid molecule that specifically binds to a gene or a combination thereof; and

2) 상기 1)의 생물학적 샘플에 고흡수성 수지를 접촉시켜 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하는 단계;를 포함하는 생물학적 샘플로부터 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하는 방법을 제공한다.2) separating and concentrating cells or secretions thereof by contacting the biological sample of 1) with a superabsorbent polymer;

본 발명자들은 목적하는 세포 또는 이의 분비물의 특이적인 항체와 핵산분자를 검출하고, 이로부터 측정되는 형광신호를 쉽고 빠르면서 효율적으로 증폭시키며, 별도의 세척과정없이 배경신호는 감소시킴으로써, 높은 정확성과 재현성으로 생물학적 샘플로부터 목적하는 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하고, 검출하는 방법을 개발하기 위하여 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 종래에 통상적으로 이용되는 초고속원심분리법 또는 항체 결합에 의한 단리 방법에서 벗어나 고흡수성 수지를 사용하여 다중 바이오마커를 포함하는 세포 또는 이의 분비물을 고순도, 고품질로 회수할 수 있고, 이를 통해 특정 세포 또는 이의 분비물의 양과 존재여부를 보다 정확하게 검출할 수 있음을 발견하였다.The present inventors detect a specific antibody and nucleic acid molecule of a target cell or secretion thereof, amplify the fluorescence signal measured therefrom easily, quickly and efficiently, and reduce the background signal without a separate washing process, thereby providing high accuracy and reproducibility In order to develop a method for isolating, concentrating, and detecting a desired cell or its secretion from a biological sample, intensive research efforts were made. As a result, it is possible to recover cells containing multiple biomarkers or their secretions with high purity and high quality using a superabsorbent resin, away from the conventionally used ultra-high speed centrifugation method or the isolation method by antibody binding, and through this It has been found that the amount and presence of cells or secretions thereof can be more accurately detected.

본 발명에서 '분리'란 생물학적 샘플로부터 타겟 표면 단백질, 타겟 유전자 또는 이들을 동시에 함유하는 세포 또는 이의 분비물을 타겟 표면 단백질과 타겟 유전자를 함유하지 않은 불순물들과 구별하여 수득하는 것을 의미한다. 이때 타겟 표면 단백질 및/또는 타겟 유전자와 결합하지 않은 항체 및/또는 핵산분자가 흡수성 수지를 통해 제거되면서 시료 내 검출대상 물질의 농도 및 순도가 상승하게 된다.In the present invention, 'isolation' refers to obtaining a target surface protein, a target gene, or cells or secretions thereof simultaneously containing the target surface protein, the target gene, from a biological sample by distinguishing them from impurities not containing the target surface protein and the target gene. At this time, as the antibody and/or nucleic acid molecule that is not bound to the target surface protein and/or the target gene is removed through the absorbent resin, the concentration and purity of the substance to be detected in the sample increase.

본 발명에서 '세포'란 혈액순환세포(circulating cell)로, 순환종양세포(circulating tumour cell), 순환내피세포(circulating endothelial cell) 및 순환내피전구세포(circulating endothelial progenitor cell)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 의미하며, 바람직하게는 순환종양세포(circulating tumour cell)일 수 있다.In the present invention, the term 'cell' is a circulating cell, circulating tumor cell, circulating endothelial cell, and circulating endothelial progenitor cell selected from the group consisting of It means any one or more, and may preferably be a circulating tumor cell.

본 발명에서 순환종양세포(CTC)는 혈액 중에 종양세포가 순환하는 것으로, 순환종양세포의 분자적 특징 분석은 경과가 진전된 암환자들을 위한 새로운 진단 방법으로 활용되고 있다. 순환종양세포는 혈액 내 매우 적은 양이 포함되어 있어 종래 기술로는 검출이 어려웠으나, 본 발명을 통해서 갇단한 공정을 통해, 특이적 표면 단백질과 유전자를 함유하는 순환종양세포의 신속한 분리 농축이 가능하다. 순환종양세포(CTC)는 10 내지 25 ㎛ 크기를 갖는다.In the present invention, circulating tumor cells (CTCs) are tumor cells circulating in the blood, and molecular characteristics analysis of circulating tumor cells is being used as a new diagnostic method for advanced cancer patients. Circulating tumor cells contain a very small amount in the blood, which made it difficult to detect them with the prior art. However, through the confined process of the present invention, rapid separation and concentration of circulating tumor cells containing specific surface proteins and genes is possible. do. Circulating tumor cells (CTCs) have a size of 10 to 25 μm.

본 발명에서 '세포의 분비물'이란 살아있는 세포로부터 분리되는, 세포 내에서 일정한 생물학적, 생리학적 작용을 담당하는 일련의 물질을 의미한다. 예를 들면, 세포의 분비물은 본 발명에서 분리 및 농축하고자 하는 단백질, 유전자, 핵산, 펩티드, 세포소기관, 지질, 당 또는 기타물질일 수 있다. 세포소기관은 핵, 미토콘드리아, 엽록체, 소포체, 골지체, 분비과립, 세포밖 소포체, 리소좀, 파고좀, 액포, 또는 퍼옥시좀일 수 있고, 바람직하게는 세포밖 소포체일 수 있다.In the present invention, the term 'cell secretion' refers to a series of substances that are separated from living cells and are responsible for certain biological and physiological actions in cells. For example, the cell secretion may be a protein, gene, nucleic acid, peptide, organelle, lipid, sugar or other substance to be isolated and concentrated in the present invention. The organelle may be a nucleus, mitochondria, chloroplast, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, secretory granule, extracellular endoplasmic reticulum, lysosome, phagosome, vacuole, or peroxisomal, preferably extracellular endoplasmic reticulum.

상기 세포밖 소포체는 대부분 세포에서 분비되는 크기가 50 내지 1,000 nm 사이의 작은 형태의 소포체(membrane vesicle)로, 혈액, 소변 등 체액에 존재하며 세포밖 소포체 내부에는 그 세포에서 유래된 다양한 종류의 단백질, 유전물질(DNA, mRNA, miRNA), 지질 등이 포함되어 있다. The extracellular ER is a small vesicle (membrane vesicle) with a size of 50 to 1,000 nm secreted from most cells, and is present in body fluids such as blood and urine, and various kinds of proteins derived from the cells inside the extracellular ER. , genetic material (DNA, mRNA, miRNA), and lipids.

우선, 1) 세포 또는 이의 분비물을 포함하는 생물학적 샘플에, 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체, 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자 또는 이들의 조합을 첨가한다. 상기 1) 단계를 통해 특정 바이오마커(표면 단백질과 유전자)를 갖는 세포 또는 이의 분비물과 항체, 핵산 분자 및 이들의 혼합물이 결합하는 단계라고도 할 수 있다. 해당 바이오마커를 발현하지 않는 세포 또는 이의 분비물에서는 상기 항체와 핵산 분자가 결합되지 않고 용액 중에 잔류하게 된다.First, 1) a biological sample containing a cell or a secretion thereof, an antibody that specifically binds to a target surface protein contained in the cell or secretion thereof, specifically binding to a target gene contained in the cell or secretion thereof A nucleic acid molecule or a combination thereof is added. It can also be referred to as a step in which a cell or a secretion thereof having a specific biomarker (surface protein and gene) binds to an antibody, a nucleic acid molecule, or a mixture thereof through step 1). In cells or secretions thereof that do not express the biomarker, the antibody and the nucleic acid molecule are not bound and remain in solution.

2) 상기 1)의 생물학적 샘플에 고흡수성 수지를 접촉시켜 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축한다. 도 1, 2를 참고하면 고흡수성 수지를 접촉시키면, 생물학적 샘플 중에서 미반응된 물질(상기 항체와 상기 핵산 분자 등)들은 물 분자와 함께 흡수되고, 항체와 핵산 분자로 포획된 세포 또는 이의 분비물은 고흡수성 수지 내에 흡수되지 않는다.2) Contacting the biological sample of 1) with the superabsorbent resin to separate and concentrate the cells or their secretions. 1 and 2, when the superabsorbent polymer is brought into contact, unreacted substances (the antibody and the nucleic acid molecule, etc.) in the biological sample are absorbed together with water molecules, and the cells or secretions thereof captured by the antibody and the nucleic acid molecule are It is not absorbed into the superabsorbent polymer.

따라서, 배경신호를 나타내는 미반응된 물질은 제거되고 특정 질환과 관련된 세포 또는 이의 분비물은 용액 중에 분리 및 농축된다. 이에 형광강도를 증폭시킬 수 있을 뿐만 아니라 배경신호 즉, 잡음의 감소로 정확한 형광신호를 제공할 수 있다.Accordingly, unreacted substances exhibiting a background signal are removed, and cells or secretions thereof associated with a specific disease are separated and concentrated in solution. Accordingly, it is possible not only to amplify the fluorescence intensity, but also to provide an accurate fluorescence signal by reducing the background signal, that is, noise.

본 발명의 구체적인 구현예에 따르면, 본 발명에서 분리 및 농축하고자 하는 세포 또는 이의 분비물은 병변 조직 및/또는 세포에서 유래하여 특정 질환 마커를 발현하는 질환 관련 세포 또는 이의 분비물일 수 있으며, 구체적으로 혈액순환세포(circulating cell) 또는 세포밖 소포체일 수 있고, 보다 바람직하게는 순환종양세포(CTC), 세포밖 소포체일 수 있다. 상기 세포 또는 이의 분비물이 순환종양세포(CTC), 세포밖 소포체인 경우 질환 특이적 표면 단백질 및/또는 유전자를 함유하는 세포 또는 이의 분비물의 신속한 분리 농축 및 이의 동정을 통해 해당 질환에 대한 신뢰도 높은 진단 정보를 얻을 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, the cell or secretion thereof to be isolated and concentrated in the present invention may be a disease-related cell or secretion thereof derived from a lesion tissue and/or cell and expressing a specific disease marker, specifically blood It may be a circulating cell or an extracellular vesicle, and more preferably a circulating tumor cell (CTC) or an extracellular endoplasmic reticulum. When the cells or their secretions are circulating tumor cells (CTCs) or extracellular vesicles, highly reliable diagnosis of the disease through rapid separation, concentration and identification of cells or secretions containing disease-specific surface proteins and/or genes information can be obtained.

종래에는 정확한 검출을 위해, 미반응 물질을 제거하는데 고가의 장비, 고도의 방법들이 고안되었으나, 이는 과도한 비용을 발생시켰고, 신속한 처리가 불가능하였으며, 게다가 시료의 손실도 다량 발생하여 오히려 신호의 정확도를 떨어뜨리는 문제가 있었다.Conventionally, for accurate detection, expensive equipment and advanced methods have been devised to remove unreacted substances, but this incurs excessive costs, makes rapid processing impossible, and also causes a large amount of sample loss, which reduces signal accuracy. There was a problem with dropping.

그러나, 본 발명은 상술한 문제점을 극복하면서도, 시료의 손실을 최소화하면서 단일 공정만으로 효율적으로 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축할 수 있으며, 미반응된 물질(상기 항체와 상기 핵산 분자 등)까지도 한번에 제거할 수 있기 때문에 매우 유용하다.However, the present invention can efficiently isolate and concentrate disease-related cells or secretions thereof only in a single process while overcoming the above-described problems and minimize sample loss, and unreacted substances (the antibody and the nucleic acid molecule, etc.) It is very useful because it can even be removed at once.

상기 1) 단계의 생물학적 샘플 100 ㎕ 고흡수성 수지를 15 내지 100 mg포함하는 것이 바람직하다. It is preferable that 100 μl of the biological sample of step 1) contains 15 to 100 mg of superabsorbent resin.

본 발명에서 상기 생물학적 샘플은 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 뇨, 객담, 림프액 및 세포로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이거나, 상기 전혈, 혈청, 혈장, 타액, 뇨, 객담, 림프액 및 세포 중에서 어느 하나로부터 분리 및 단리된 세포 또는 이의 분비물일 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the biological sample is any one or more selected from the group consisting of whole blood, serum, plasma, saliva, urine, sputum, lymph and cells, or among the whole blood, serum, plasma, saliva, urine, sputum, lymph and cells. It may be a cell isolated and isolated from any one or a secretion thereof, but is not limited thereto.

본 발명에서 세포밖 소포체는 다양한 크기를 가지며, 특히 이중 크기가 가장 작은 엑소좀(exosome)은 40 ~ 200 nm의 작은 세포막성 수포이다. 세포밖 소포체는 인간과 동물은 물론, 곤충, 식물, 미생물 세포에서 분비된다. 특히 이들은 세포가 갖고 있는 단백질, 핵산, 지질, 탄수화물 등 특정 분자들을 포함하고 있으며, 지질이중층으로 둘러싸여 있어 이들 분자들을 안정적으로 보호하면서, 분비 후 다른 세포로 이들을 전달할 수 있는 특징이 있다. 생체 내 혈액, 소변, 침 등과 같은 체액에서 고농도로 발견되는 세포밖 소포체는 이런 특징으로 인해 새로운 생물학적 소재로서 가능성을 갖고 있다.In the present invention, the extracellular vesicles have various sizes, and in particular, the exosome with the smallest double size is a small cell membrane vesicle of 40 to 200 nm. Extracellular vesicles are secreted by cells of insects, plants, and microorganisms, as well as humans and animals. In particular, they contain specific molecules such as proteins, nucleic acids, lipids, and carbohydrates that cells have, and are surrounded by a lipid bilayer to stably protect these molecules and deliver them to other cells after secretion. Extracellular vesicles found in high concentrations in body fluids such as blood, urine, and saliva in vivo have potential as new biological materials due to these characteristics.

본 발명에서 세포밖 소포체는 세포에서 생성되어 세포밖으로 분비되는 소포체로써, 엑소좀(exosome), 마이크로베시클(microvesicle), 마이크로파티클(microparticle) 등을 포함하고, 바람직하게는 40 내지 200 nm 크기의 엑소좀(exosome)일 수 있다.In the present invention, the extracellular vesicle is an endoplasmic reticulum produced in a cell and secreted out of the cell, and includes exosomes, microvesicles, microparticles, etc., and preferably has a size of 40 to 200 nm. It may be an exosome.

상기 생물학적 샘플에는 정상 세포 또는 이의 분비물과 질환 관련 생세포 또는 이의 분비물이 혼재되어 있다. 본 발명의 상기 방법은 단일 공정으로 질환 관련 바이오마커를 적어도 2개 이상 갖는 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 분리하는 능력을 제공하기 때문에, 배양된 세포로부터 직접적으로 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하기 위해 종래 기술과 같이 시간과 노동과 비용이 소요되는 절차들을 생략할 수 있다.In the biological sample, normal cells or secretions thereof and disease-related live cells or secretions thereof are mixed. Since the method of the present invention provides the ability to isolate disease-related cells or secretions thereof having at least two disease-related biomarkers in a single process, directly separating and concentrating disease-related cells or secretions from cultured cells In order to do this, it is possible to omit procedures that require time, labor and cost as in the prior art.

특히, 본 발명에서 제공되는 정상 세포 또는 이의 분비물과 특정 질환에 대한 바이오마커를 2개 이상 포함하는 세포 또는 이의 분비물을 분리하는 능력은 질환 관련 세포 또는 이의 분비물의 존재를 확인 및 검출함으로써, 피검체의 생물학적 샘플로부터 특정 질환을 진단하는데 있어 매우 중요한 능력이다. 특히, 이와 관련하여 종양 세포로부터 종양 관련 바이오마커(miR-21, CD63)을 동시에 갖는 세포밖 소포체를 분리하는데 현저히 효과적임을 실험을 통해 확인하였다. 또한 본 발명의 방법은 단순히 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 분리하는데 그치지 않고, 높은 신호 대 배경신호(S/B)의 값으로 검출할 수 있으므로, 여러 방면에 매우 유용하다 할 수 있다.In particular, the ability to separate the normal cells or secretions provided in the present invention and cells or secretions thereof containing two or more biomarkers for a specific disease can be obtained by confirming and detecting the presence of disease-related cells or secretions thereof, It is a very important ability in diagnosing a specific disease from a biological sample of In particular, in this regard, it was confirmed through an experiment that it was remarkably effective in isolating the extracellular vesicles simultaneously having tumor-related biomarkers (miR-21, CD63) from tumor cells. In addition, the method of the present invention is not limited to simply isolating disease-related cells or secretions thereof, and can be detected with a high signal versus background signal (S/B) value, so it can be said to be very useful in various fields.

상기 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체는 추후 검출단계에서의 용이성을 위해 형광염료로 표지된 것이 바람직하다.The antibody that specifically binds to the target surface protein is preferably labeled with a fluorescent dye for ease of detection later.

상기 항체는 CD9, CD63, CD81, EpCAM(Epithelial cell adhesion molecule), EGFR(Epidermal growth factor receptor), Survivin, IGF-1R(Insulin-like growth factor 1 receptor)로 이루어지는 것 중에서 선택되는 어느 하나의 항원에 대한 항체일 수 있다. 구체적으로 EpCAM(Epithelial cell adhesion molecule)은tumour-promoting functions을 가지는 signalling molecule로써 전립선암 조직 및 세포주에서 mRNA 및 단백질이 과발현되는 것으로 알려져 있고, EGFR(상피세포 성장인자 수용체)은 대장암, 폐암, 췌장암 등에서 과발현되어 종양을 유발하고, 또한 전립선암세포(in vitro) 전립선암환자(in vivo)의 엑소좀에서 과발현되는 것으로 알려져 있다. Survivin은 inhibitor-of-apoptosis(LAP) 단백질로 survivin이 전립선암 종양에서 과발현되면 좋지 않은 예후와 종양재발을 일으키는 것으로 보고되어 있다. IGF-1R(insulin-like growth factors 1 receptor)은 전립선 상피세포 증식을 자극하며, 전립선암 발생의 중요한 역할을 한다고 보고된 것으로써, 상기 타겟 표면 단백질들의 발현정도는 암 위험정도의 예측할 수 있는 암 바이오마커이다.The antibody is directed to any one antigen selected from the group consisting of CD9, CD63, CD81, EpCAM (Epithelial cell adhesion molecule), EGFR (Epidermal growth factor receptor), Survivin, and IGF-1R (Insulin-like growth factor 1 receptor). It may be an antibody to Specifically, EpCAM (Epithelial cell adhesion molecule) is a signaling molecule with tumor-promoting functions, and it is known that mRNA and protein are overexpressed in prostate cancer tissues and cell lines. It is known that overexpression causes tumors in the back, and it is also overexpressed in exosomes of prostate cancer cells (in vitro) and prostate cancer patients (in vivo). Survivin is an inhibitor-of-apoptosis (LAP) protein, and it has been reported that overexpression of survivin in prostate cancer tumors causes poor prognosis and tumor recurrence. IGF-1R (insulin-like growth factor 1 receptor) stimulates prostate epithelial cell proliferation and has been reported to play an important role in the development of prostate cancer. The expression level of the target surface proteins can predict cancer risk. is a biomarker.

상기 형광염료는 분자 고유의 파장에서 광여기에 의해 여기(excitation) 상태가 되면, 흡수한 에너지를 특정 파장의 빛으로 방출(emission)하며 기저 상태(ground level)로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 물질이다.The fluorescent dye is a material characterized in that when it is in an excitation state by photoexcitation at a molecular wavelength, the absorbed energy is emitted as light of a specific wavelength and returned to a ground level. .

상기 형광염료는 알렉사555(Alexa555), 알렉사647(Alexa647), 보디피 TMR(bodipy TMR), Cy3, DY500, 로다민 레드-X(rhodamine Red-X), 스펙트럼오렌지(spectrum orange), 플루오레세인 이소티오시아네이트(fluorescein isothiocyanate, FITC), 테트라메틸 로다민 이소티오시아네이트(tetramethylrhodamine isothiocyanate, TRITC), 알렉사플루오르(alexa fluor), 텍사스 레드(texas red), 테트라메틸로다민(tetramethylrhodamine), 캐스캐이드 블루(cascade blue), DAPI(4',6-diamidino-2-phenylindole), 쿠마린(coumarine), 루시퍼 옐로우(lucifer yellow) 및 단실아마이드(dansylamide)로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The fluorescent dye is Alexa555 (Alexa555), Alexa647 (Alexa647), body P TMR (bodipy TMR), Cy3, DY500, rhodamine red-X (rhodamine Red-X), spectrum orange (spectrum orange), fluorescein isothiocyanate (fluorescein isothiocyanate, FITC), tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRITC), alexa fluor, texas red, tetramethylrhodamine, Casca It may be any one or more selected from the group consisting of cascade blue, DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole), coumarin, lucifer yellow and dansylamide.

본 발명에 따른 형광염료는 여기(excitation) 및 발광(emission) 파장이 Alexa545인 경우에는 546 nm 및 576 nm 이고, Alexa555는 555 nm 및 580 nm이며, Bodipy TMR은 540 nm 및 580 nm이고, Cy3은 550 nm 및 570 nm이며, DY500은 500 nm 및 575 nm이고, 로다민 레드-X(rhodamin Red-X)는 580 nm 및 590 nm이며, 스펙트럼 오렌지(spectrum orange)는 550 nm 및 590 nm이다.The fluorescent dye according to the present invention has excitation and emission wavelengths of 546 nm and 576 nm when Alexa545 is 555 nm and 580 nm, Bodipy TMR is 540 nm and 580 nm, and Cy3 is 550 nm and 570 nm, DY500 is 500 nm and 575 nm, rhodamine Red-X is 580 nm and 590 nm, and spectrum orange is 550 nm and 590 nm.

상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자는 상기 타겟 유전자를 특이적으로 인식하여 결합할 수 있는 것이라면 특별히 이에 제한되지 않는다. The nucleic acid molecule that specifically binds to the target gene contained in the cell or its secretion is not particularly limited as long as it can specifically recognize and bind the target gene.

본 발명에서 '타겟 유전자'란 피검자로부터 특정 질환을 진단할 수 있는 물질로, 보다 바람직하게는 핵산 바이오마커이고, 가장 바람직하게는 miRNA이다. 세포밖 소포체 내에는 DNA보다 RNA 양이 많기 때문에 miRNA를 이용할 경우 기존의 DNA를 이용하는 기술보다 효율적으로 검출이 가능하다.In the present invention, a 'target gene' refers to a substance capable of diagnosing a specific disease from a subject, more preferably a nucleic acid biomarker, and most preferably a miRNA. Since the amount of RNA in the extracellular endoplasmic reticulum is higher than that of DNA, miRNA can be detected more efficiently than conventional DNA technology.

상기 핵산 분자는 세포 또는 이의 분비물에 존재하면서 특정 miRNA에 상보적으로 결합할 수 있는 서열을 갖는 선형의 DNA 또는 RNA일 수 있고, 상기 RNA는 mRNA, miRNA, snoRNA, snRNA, rRNA, tRNA, siRNA, hnRNA, shRNA로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있는데, 바람직하게는 상기 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산을 중심으로 양 말단 각각에 형광물질과 퀀처가 표지되어 있는 분자비컨일 수 있다.The nucleic acid molecule may be a linear DNA or RNA having a sequence capable of complementary binding to a specific miRNA while present in a cell or secretion thereof, and the RNA may be mRNA, miRNA, snoRNA, snRNA, rRNA, tRNA, siRNA, It may be any one selected from the group consisting of hnRNA and shRNA. Preferably, it may be a molecular beacon in which a fluorescent material and a quencher are labeled at both ends of the nucleic acid that specifically binds to the target gene.

상기 분자비컨(molecular beacon)은 세포 또는 이의 분비물에 존재하는, 특정 질환의 바이오마커인 타겟 유전자와 상보적으로 결합하는 핵산 영역, 상기 핵산의 말단에 결합되어 있는 형광물질 및 상기 핵산의 타단에 결합된 퀀처(quencher)를 포함한다.The molecular beacon is a nucleic acid region that complementarily binds to a target gene, which is a biomarker of a specific disease, present in cells or secretions thereof, a fluorescent substance bound to the end of the nucleic acid, and the other end of the nucleic acid. Including a quencher (quencher).

상기 분자비컨은 타겟 유전자와 결합할 수 있는 부분인 고리(loop)부분과 타겟 유전자가 존재하지 않는 환경에서 헤어핀 고리를 형성하도록 하는 줄기(stem)부분으로 구성된다. 고리(loop)부분은 특정 miRNA 종류와 miRNA 전체서열을 타겟하는지, 부분을 타겟하는지 등에 따라서 달라질 수 있으며, 줄기(stem)부분은 각 분자비컨마다 효율에 따라 달라질 수 있다.The molecular beacon is composed of a loop portion, which is a portion capable of binding to a target gene, and a stem portion, which forms a hairpin ring in an environment in which the target gene does not exist. The loop portion may vary depending on a specific miRNA type and whether the entire miRNA sequence or a portion is targeted, and the stem portion may vary depending on the efficiency of each molecular beacon.

구체적으로 상기 분자비컨은 특정 miRNA가 존재하지 않는 환경에서 헤어핀 고리를 형성하도록 핵산 영역의 양 말단이 상보적인 5' 및 3' 서열을 갖는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 분자비컨은 주쇄 폴리뉴클레오티드를 중심으로 양 말단에 헤어핀 구조를 형성하도록 상보적인 5' 및 3' 서열을 가지는 것일 수 있다. 상기 주쇄 폴리뉴클레오티드는 타겟 유전자에 대해 선택적으로 혼성화할 수 있을 정도로도 충분히 상보적인 서열로 이루어진 것일 수 있다.Specifically, the molecular beacon may have complementary 5' and 3' sequences at both ends of the nucleic acid region to form a hairpin ring in an environment where a specific miRNA does not exist. Specifically, the molecular beacon may have complementary 5' and 3' sequences to form a hairpin structure at both ends of the main chain polynucleotide. The main chain polynucleotide may be composed of a sequence complementary enough to selectively hybridize to a target gene.

본 발명에서 "상보적"은 어떤 특정한 혼성화 또는 어닐링 조건하에서 본 발명의 타겟 유전자에 대하여 선택적으로 혼성화할 수 있을 정도의 상보성을 갖는 것을 의미한다. 따라서 상기 용어 "상보적"은 완전히 상보적(perfectly complementary)과는 다른 의미를 가지며, 본 발명의 핵산 영역이 miR-21(hsa-miR-21), miR-574(hsamiR-574), miR-205(hsa-miR-205), miR-92(hsa-miR-92), miR-147(hsa-miR-147), miR-141(hsa-miR-141) 또는 miR-547(hsa-miR-547)의 뉴클레오타이드 서열에 선택적으로 혼성화할 수 있을 정도이면, 하나 또는 그 이상의 미스매치(mismatch) 염기서열을 가질 수 있다.In the present invention, "complementary" means having a degree of complementarity capable of selectively hybridizing to a target gene of the present invention under certain specific hybridization or annealing conditions. Therefore, the term "complementary" has a meaning different from perfectly complementary, and the nucleic acid region of the present invention is miR-21 (hsa-miR-21), miR-574 (hsamiR-574), miR- 205 (hsa-miR-205), miR-92 (hsa-miR-92), miR-147 (hsa-miR-147), miR-141 (hsa-miR-141) or miR-547 (hsa-miR- 547), it may have one or more mismatched nucleotide sequences as long as it is capable of selectively hybridizing to the nucleotide sequence.

상기 분자비컨의 핵산 영역은 자연의 또는 변형된 모노머 또는 연쇄(linkages)의 선형 올리고머를 의미하고, 타겟 유전자에 특이적으로 혼성화할 수 있으며, 자연적으로 존재하거나 또는 인위적으로 합성된 것일 수 있다.The nucleic acid region of the molecular beacon refers to natural or modified monomers or linear oligomers of linkages, capable of specifically hybridizing to a target gene, and may be naturally occurring or artificially synthesized.

상기 분자비컨의 형광물질은 Cyanine 계열 형광분자, Rodamine 계열 형광분자, Alexa 계열 형광분자, FITC(fluorescein isothiocyanate) 형광분자, FAM(5-carboxy fluorescein) 형광분자 및 Texas Red 형광분자로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 플루오레세인(Fluorecein), 플루오레세인 이소티오시아네이트(fluorescein isothiocyanate), 바이오디피-FL(Biodipy-FL), 알렉사 플루오르 그린(Alexa Fluor Green), R-피코에리트린(R-phycoerythrin), 텍사스레드(TexasRed), 피코에리트린-텍사스 레드(Phycoerythrin-Texas Red), 로다민(rhodamine), 알렉사(alexa), 시아닌(cyanine; Cy3, Cy3.5, Cy5), 피코에리트린-시아닌5(Phycoerythrincyanine5), 피코에리트린-시아닌7(Phycoerythrin-cyanine7), 페리디닌-클로로필 단백질(Peridinin-chlorophyll protein), 알로피코시아닌(Allophycocyanin), 알로피코시아닌-시아닌7(Allophycocyanin-cyanine7), o-프탈데히드(phthaldehyde), 플루오르카민 (fluorescamine), 보디피(BODIPY), 쿠마린(coumarin) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 Cy3일 수 있다.The fluorescent material of the molecular beacon is selected from the group consisting of a Cyanine-based fluorescent molecule, a Rodamine-based fluorescent molecule, an Alexa-based fluorescent molecule, a FITC (fluorescein isothiocyanate) fluorescent molecule, a FAM (5-carboxy fluorescein) fluorescent molecule, and a Texas Red fluorescent molecule. It may be any one or more, preferably fluorescein (Fluorecein), fluorescein isothiocyanate (fluorescein isothiocyanate), Biodipy-FL (Biodipy-FL), Alexa Fluor Green (Alexa Fluor Green), R-Pico Erythrine (R-phycoerythrin), Texas Red (TexasRed), Phycoerythrin-Texas Red, Rhodamine, Alexa, Cyanine (Cy3, Cy3.5, Cy5) , Phycoerythrin-cyanine 5 (Phycoerythrinyanine5), phycoerythrin-cyanine 7 (Phycoerythrin-cyanine7), Peridinin-chlorophyll protein, Allophycocyanin, Allophycocyanin-Cyanine 7 (Allophycocyanin-cyanine7), o-phthalaldehyde, fluorescamine, BODIPY, coumarin and derivatives thereof may be at least one selected from the group consisting of, more preferably Cy3.

본 발명은 보다 정확한 검출을 위해 상기 분자비컨의 형광물질은 상기 항체의 형광염료와 서로 상이한 소재인 것이 바람직하다.In the present invention, for more accurate detection, the fluorescent material of the molecular beacon is preferably a material different from the fluorescent dye of the antibody.

상기 분자비컨의 퀀처는 QSY계 dye, dabsyl, dabcyl, 블랙홀 퀀처(blackhole quencher, BHQ) 및 블랙베리 퀀처(blackberry quencher, BBQ)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있고, 바람직하게는 블랙홀 퀀처(blackhole quencher, BHQ)일 수 있으며, 보다 바람직하게는 BHQ2일 수 있다.The molecular beacon quencher may be any one or more selected from the group consisting of QSY-based dye, dabsyl, dabcyl, blackhole quencher (BHQ) and blackberry quencher (BBQ), preferably black hole quencher ( blackhole quencher, BHQ), and more preferably BHQ2.

상기 분자비컨은 타겟 유전자(바람직하게는 특정 miRNA)가 존재하지 않는 환경에서, 상기 분자비컨의 핵산 영역의 양 말단이 서로 밀접하게 상호작용하여 결합을 형성함에 따라 상기 핵산이 헤어핀 구조로 형성되게 된다. 이로 인해 상기 핵산의 양 말단 각각에 결합되어 있는 형광물질과 퀀처가 FRET가 발생하도록 근접하기 때문에 평상시에 분자비컨은 형광을 발하지 않는다.In the molecular beacon, in an environment where a target gene (preferably a specific miRNA) does not exist, both ends of the nucleic acid region of the molecular beacon interact closely with each other to form a bond, so that the nucleic acid is formed into a hairpin structure. . Due to this, since the fluorescent material and the quencher bound to both ends of the nucleic acid are close to each other so that FRET occurs, the molecular beacon does not normally emit fluorescence.

그러나, 생물학적 샘플의 세포 또는 이의 분비물 중에서, 타겟 유전자가 존재하는 세포 또는 이의 분비물이 있다면, 상기 분자비컨과 타겟 유전자가 혼성화되어 상기 분자비컨의 헤어핀 형태 2차 구조가 붕괴되고, 선형으로 구조가 개방되면서, 상기 분자비컨의 핵산 영역 말단에 결합되어 있는 형광물질과 퀀처의 거리도 멀어지게 된다. 따라서 형광물질에 영향을 미치던 퀀처의 FRET 효과가 사라짐에 따라 분자비컨으로부터 형광이 관찰되게 되는 것이다.However, if there is a cell or a secretion thereof in which the target gene is present among the cells or secretions thereof, the molecular beacon and the target gene are hybridized, and the hairpin-type secondary structure of the molecular beacon is disrupted, and the structure is opened linearly As a result, the distance between the fluorescent material and the quencher bound to the end of the nucleic acid region of the molecular beacon is also increased. Therefore, as the FRET effect of the quencher, which had an effect on the fluorescent material, disappears, fluorescence is observed from the molecular beacon.

본 발명에서 고흡수성 수지(Super Absorbent Polymer, SAP)란 함수율 및 물성조절을 위하여 고분자 사슬 간의 가교 결합을 한 3차원 망상구조를 갖는 것으로, 자체 무게의 최대 300배 까지 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질이다. 개발업체마다 SAM(Super Absorbency Material), AGM(Absorbent Gel Material) 등 각기 다른 이름으로 명명하고 있다. 상기와 같은 고흡수성 수지는 생리용구로 실용화되기 시작해서, 현재는 어린이용 종이기저귀 등 위생용품 외에 원예용 토양보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품유통분야에서의 신선도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다.In the present invention, a super absorbent polymer (SAP) is a three-dimensional network structure in which polymer chains are crosslinked to control moisture content and physical properties, and has the ability to absorb moisture up to 300 times its own weight. It is a synthetic polymer with Each developer has different names such as SAM (Super Absorbency Material) and AGM (Absorbent Gel Material). The superabsorbent polymer as described above began to be put to practical use as a sanitary tool, and now, in addition to hygiene products such as paper diapers for children, a soil repair agent for gardening, a water-retaining material for civil engineering and construction, a sheet for seedlings, a freshness maintenance agent in the food distribution field, and It is widely used as a material for poultice, etc.

가장 널리 사용되는 고흡수성 수지들 중 하나가 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 즉 폴리아크릴산(polyacrylic acid)의 염이다. 예를 들어, 폴리아크릴산의 나트륨 염(가교결합 폴리아크릴산나트륨, crosslinked sodium polyacrylate)이 개시제(initiator)의 존재 하에 수산화나트륨과 혼합된 아크릴산을 중합함으로써 제조될 수 있다.One of the most widely used superabsorbent polymers is polyacrylate, that is, a salt of polyacrylic acid. For example, a sodium salt of polyacrylic acid (crosslinked sodium polyacrylate) can be prepared by polymerizing acrylic acid mixed with sodium hydroxide in the presence of an initiator.

다른 고흡수성 수지로는 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산 무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교결합 카복시메틸셀룰로스(cross-linked carboxymethylcellulose), 폴리비닐알콜 공중합체(polyvinylalcohol copolymer), 가교결합 폴리에틸렌 산화물(cross-linked polyethylene oxide) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile)의 전분 그라프트 공중합체(starch-grafted copolymer)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.Other superabsorbent polymers include polyacrylamide copolymer, ethylene maleic anhydride copolymer, cross-linked carboxymethylcellulose, polyvinylalcohol copolymer , may be any one or more selected from the group consisting of cross-linked polyethylene oxide (cross-linked polyethylene oxide) and a starch-grafted copolymer of polyacrylonitrile (polyacrylonitrile).

본 발명에 사용될 수 있는 다른 종류의 고흡수성 수지는 알지네이트(alginate), 즉 알긴산의 염이다. 이런 재료는 자연적으로 갈조류의 세포벽에 풍부한 점성검(viscous gum)으로 존재하며, 상업적인 형태는 해조류로부터 추출된다. 알긴산은 (1-4)-결합 β-D-마누로네이트((1-4)-linked β-D-mannuronate)와, 상이한 배열과 블록으로 함께 공유결합된 그 C-5 에피머 α-L-굴루로네이트 잔기(C-5 epimer α-L-guluronate residues)의 호모폴리머 블록들을 가진 선형 공중합체이다.Another kind of super absorbent polymer that can be used in the present invention is alginate, that is, a salt of alginic acid. This material naturally exists as a viscous gum rich in the cell walls of brown algae, and commercial forms are derived from seaweed. Alginic acid is associated with (1-4)-linked β-D-mannuronate and its C-5 epimer α-L covalently linked together in different configurations and blocks. It is a linear copolymer with homopolymer blocks of -guluronate residues (C-5 epimer α-L-guluronate residues).

본 발명에서 상기 고흡수성 수지는 상기와 같은 통상적으로 사용가능한 고흡수성 수지라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게 1~5 nm 평균 직경의 이동통로 크기(water channel size)를 갖는 것일 수 있고, 본 발명의 실시예에서는 고흡수성 수지로 준사이언스(3006417364)로부터 구매한 2 nm 직경의 고흡수성 수지 비드를 사용하였다.In the present invention, the superabsorbent polymer is not particularly limited as long as it is a commonly used superabsorbent polymer as described above, but may preferably have a water channel size of 1 to 5 nm average diameter, and the present invention In the example of , superabsorbent polymer beads with a diameter of 2 nm purchased from Jun Science (3006417364) were used as the superabsorbent polymer.

상기 방법을 통해 분리 및 농축된 세포 또는 이의 분비물은 질환 관련 바이오마커를 갖는 세포 또는 이의 분비물일 수 있으며, 상기 질환은 세포 또는 이의 분비물에 존재하는 바이오마커를 통해 검출가능한 질환이라면 특별히 이에 제한되지 않으나, 구체적으로는 종양(cancer)일 수 있다.Cells or secretions thereof isolated and concentrated through the above method may be cells or secretions thereof having a disease-related biomarker, and the disease is a disease detectable through a biomarker present in the cells or secretions thereof, but is not particularly limited thereto. , specifically, a tumor (cancer).

상기 종양은 유방암(breast cancer), 간암(liver cancer), 방광암(bladder cancer), 뇌암(brain cancer), 자궁경부암(cervical cancer), 대장암(colorectal cancer), 식도암(esophageal cancer), 담낭암(gallbladder cancer), 두경부암(head and neck cancer), 신장암(kidney cancer), 폐암(소세포 또는 비-소세포)(lung cancer (small or non-small cell)), 흑색종(melanoma), 난소암(ovarian cancer), 생식세포암(ovary (germ cell) cancer), 전립선암(prostate cancer), 췌장암(pancreatic cancer), 음경암(penile cancer), 피부암(skin cancer), 연조직 육종(soft-tissue sarcoma), 편평상피세포암(squamous cell carcinomas), 위암(stomach cancer), 고환암(testicular cancer), 갑상선암(thyroid cancer), 담도암(bile duct cancer) 및 자궁암(uterine cancer)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The tumor is breast cancer, liver cancer, bladder cancer, brain cancer, cervical cancer, colorectal cancer, esophageal cancer, gallbladder cancer cancer, head and neck cancer, kidney cancer, lung cancer (small or non-small cell), melanoma, ovarian cancer cancer, ovary (germ cell) cancer, prostate cancer, pancreatic cancer, penile cancer, skin cancer, soft-tissue sarcoma, Any one or more days selected from the group consisting of squamous cell carcinomas, stomach cancer, testicular cancer, thyroid cancer, bile duct cancer, and uterine cancer can

상기 세포 분비물은 세포로부터 분리되는, 세포에서 작용하는 모든 물질을 의미하는 것일 수 있고, 바람직하게는 세포밖 소포체이며, 상기 세포밖 소포체는 질환 관련 바이오마커를 갖는 것일 수 있는데, 구체적으로 종양-유래 세포밖 소포체 또는 종양-유래 엑소좀일 수 있다. 이를 분석하기 위해, 문헌에 기재된 바와 같은 넓은 범위의 바이오마커 중 적어도 1개 이상, 바람직하게는 적어도 2개 이상이 존재하는 것일 수 있다. The cell secretion may refer to any substance that acts on a cell, separated from the cell, and is preferably an extracellular ER, and the extracellular ER may have a disease-related biomarker, specifically tumor-derived. It may be extracellular vesicles or tumor-derived exosomes. In order to analyze this, at least one or more, preferably at least two or more, of a wide range of biomarkers as described in the literature may be present.

본 발명에서 상기 종양-유래 엑소좀은 유방암(breast cancer), 간암(liver cancer), 방광암(bladder cancer), 뇌암(brain cancer), 자궁경부암(cervical cancer), 대장암(colorectal cancer), 식도암(esophageal cancer), 담낭암(gallbladder cancer), 두경부암(head and neck cancer), 신장암(kidney cancer), 폐암(소세포 또는 비-소세포)(lung cancer (small or non-small cell)), 흑색종(melanoma), 난소암(ovarian cancer), 생식세포암(ovary (germ cell) cancer), 전립선암(prostate cancer), 췌장암(pancreatic cancer), 음경암(penile cancer), 피부암(skin cancer), 연조직 육종(soft-tissue sarcoma), 편평상피세포암(squamous cell carcinomas), 위암(stomach cancer), 고환암(testicular cancer), 갑상선암(thyroid cancer), 담도암(bile duct cancer) 및 자궁암(uterine cancer)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상으로부터 유래된 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, the tumor-derived exosomes are breast cancer, liver cancer, bladder cancer, brain cancer, cervical cancer, colorectal cancer, esophageal cancer ( esophageal cancer, gallbladder cancer, head and neck cancer, kidney cancer, lung cancer (small or non-small cell), melanoma ( melanoma, ovarian cancer, ovary (germ cell) cancer, prostate cancer, pancreatic cancer, penile cancer, skin cancer, soft tissue sarcoma (soft-tissue sarcoma), squamous cell carcinomas, stomach cancer, testicular cancer, thyroid cancer, bile duct cancer, and uterine cancer It may be derived from any one or more selected from the group, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 양태에 따르면, a) 세포 또는 이의 분비물을 포함하는 생물학적 샘플에, 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 및 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자를 첨가하는 단계; According to another aspect of the present invention, a) in a biological sample comprising a cell or a secretion thereof, an antibody that specifically binds to a target surface protein included in the cell or secretion thereof, and a target gene included in the cell or secretion thereof adding a nucleic acid molecule that specifically binds to

b) 상기 a) 단계의 생물학적 샘플에 고흡수성 수지를 접촉시켜 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하는 단계; 및b) separating and concentrating cells or secretions thereof by contacting the biological sample of step a) with a superabsorbent polymer; and

c) 상기 b) 단계로부터 회수된 분리 및 농축액의 형광강도를 측정하는 단계;를 포함하는 생물학적 샘플로부터 세포 또는 이의 분비물을 검출하는 방법을 제공한다.c) measuring the fluorescence intensity of the isolated and concentrated solution recovered from step b); provides a method for detecting cells or secretions thereof from a biological sample comprising a.

상기 a) 단계 및 b) 단계는 '생물학적 샘플로부터 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하는 방법'에 구체적으로 설명하고 있으므로, 이를 참고로 하고, 반복되는 내용은 생략하였다. Steps a) and b) are described in detail in the 'Method for isolating and Concentrating Cells or Secretions from Biological Samples', so they are referred to and repeated content is omitted.

최종적으로 c) 단계는, 상기 b) 단계로부터 회수된 분리 및 농축액의 형광강도를 측정하여, 생물학적 샘플로부터 세포 또는 이의 분비물의 존재여부 또는 정량적 농도를 분석하였다.Finally, in step c), the presence or quantitative concentration of cells or secretions thereof from the biological sample was analyzed by measuring the fluorescence intensity of the isolated and concentrated solution recovered from step b).

상기 생물학적 샘플로부터 얻은 형광강도를 대조자의 형광강도와 비교하여, 특정 질환을 진단하기 위한 정보를 제공할 수도 있다.By comparing the fluorescence intensity obtained from the biological sample with the fluorescence intensity of a control, information for diagnosing a specific disease may be provided.

예컨대, 상기 생물학적 샘플에 존재하는 세포 또는 이의 분비물 중에서, 혈액순환세포, 특정 질환의 바이오마커를 포함하는 소포체를 포함하는 예를 들어 질환 관련 세포 또는 이의 분비물이 있다면, 상기 핵산 분자와 항체가 결합되어 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 포획한다. 이후 고흡수성 수지와의 접촉을 통해, 배경신호를 나타내는 미반응 물질(항체 또는 핵산분자)를 물분자와 함께 제거되면서, 상기 핵산 분자와 항체가 결합된 질환 관련 세포 또는 이의 분비물은 고농도로 남게 된다.For example, if there are cells or secretions thereof present in the biological sample, for example, disease-related cells or secretions thereof, including blood circulation cells, endoplasmic reticulum containing biomarkers of a specific disease, the nucleic acid molecule and the antibody are bound Capture disease-related cells or secretions thereof. Thereafter, through contact with the superabsorbent polymer, unreacted substances (antibodies or nucleic acid molecules) indicating a background signal are removed together with water molecules, and disease-related cells or secretions thereof to which the nucleic acid molecules and antibodies are bound remain at a high concentration. .

따라서 형광강도를 측정하면 상기 핵산 분자와 항체로부터 형광을 발하게 되므로, 형광강도를 측정하여 '표면 단백질 및 타겟 유전자를 모두 가지고 있는 세포 또는 이의 분비물'이 존재하는지 여부를 검출할 수 있는 것이다. 이를 통해 특정 질환에 대한 진단에도 활용할 수 있다.Therefore, when the fluorescence intensity is measured, fluorescence is emitted from the nucleic acid molecule and the antibody, and by measuring the fluorescence intensity, it is possible to detect whether 'cells having both the surface protein and the target gene or a secretion thereof' are present. Through this, it can be used for diagnosis of specific diseases.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 및 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자를 포함하는 제1상; 및 고흡수성 수지를 포함하는 제2상;을 포함하는 세포 또는 이의 분비물의 분리 및 농축용 키트를 제공하는 것이다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides an antibody that specifically binds to a target surface protein contained in the cell or its secretion, and a nucleic acid molecule that specifically binds to a target gene contained in the cell or its secretion. Phase 1 comprising; and a second phase comprising a superabsorbent resin; to provide a kit for separation and concentration of cells or secretions thereof, including.

상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체와 상기 세포 또는 이의 분비물에 포함된 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자 및 고흡수성 수지는 '생물학적 샘플로부터 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축하는 방법'에 구체적으로 설명하고 있으므로, 이를 참고로 하고, 반복되는 내용은 생략하였다. An antibody that specifically binds to a target surface protein contained in the cell or its secretion, a nucleic acid molecule that specifically binds to a target gene contained in the cell or its secretion, and a superabsorbent resin are 'disease-related cells or Since it is described in detail in 'Method for Separating and Concentrating its Secretion', it is referred to and repeated content is omitted.

제1상과 제2상은 별도의 용기에 개별 포장되어 있는 것이 바람직하다. 제1상을 투여하여 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 포획하고, 제2상을 투여하여 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 분리 및 농축할 수 있다. 상기 키트를 통해 농축된 용액의 형광강도를 측정하여 질환 관련 세포 또는 이의 분비물의 존재유무와 정량적인 농도까지 확인할 수 있다. 또한, 대조자와의 형광강도를 비교하여 질환 진단을 위한 정보도 제공할 수 있다.Preferably, the first phase and the second phase are individually packaged in separate containers. The first phase may be administered to capture the disease-related cells or secretions thereof, and the second phase may be administered to separate and concentrate the disease-related cells or secretions thereof. By measuring the fluorescence intensity of the concentrated solution through the kit, the presence or absence and quantitative concentration of disease-related cells or secretions thereof can be confirmed. In addition, information for diagnosing a disease can be provided by comparing the fluorescence intensity with a control.

본 발명에 따라 항체와 핵산 분자로 포획된 세포 또는 이의 분비물은 고흡수성 수지에 흡수되지 않고, 미반응 물질들과 물 분자들이 고흡수성 수지를 통해 제거됨으로써, 형광강도 측정시 배경신호는 현저히 감소하고 신호는 증가함을 확인한 바, 이는 생물학적 샘플로부터 다중 바이오마커를 갖는 세포 또는 이의 분비물을 보다 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있다. 결국 극미량의 세포 또는 이의 분비물이라도 측정이 가능하며, 종래 기술의 문제점을 해결하고, 다중 바이오마커를 갖는 세포 또는 이의 분비물을 정확하게 측정하여 특정 질환의 정밀한 진단을 할 수 있게 되었다.According to the present invention, cells or secretions captured by the antibody and nucleic acid molecules are not absorbed by the superabsorbent resin, and unreacted substances and water molecules are removed through the superabsorbent polymer, so that the background signal is significantly reduced when measuring the fluorescence intensity and As it was confirmed that the signal was increased, it can be seen that cells having multiple biomarkers or secretions thereof from a biological sample can be measured more accurately. As a result, even a very small amount of cells or secretions thereof can be measured, problems of the prior art can be solved, and cells having multiple biomarkers or secretions thereof can be accurately measured to make a precise diagnosis of a specific disease.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(ⅰ) 본 발명은 목적하는 세포 또는 이의 분비물의 분리, 농축에 있어 고흡수성 수지(SAP)를 이용하여 세척과정 없이 배경신호를 감소시키고 형광신호를 증폭시킬 수 있다.(i) The present invention can reduce the background signal and amplify the fluorescence signal without a washing process by using a superabsorbent polymer (SAP) in the separation and concentration of a desired cell or secretion thereof.

(ⅱ) 본 발명의 방법은 쉽고 효율적으로 세포 또는 이의 분비물을 빠르게 농축시켜 형광신호를 증폭함으로써 질환 관련 세포 또는 이의 분비물을 이용한 다양한 연구에 활용할 수 있다.(ii) The method of the present invention can be utilized for various studies using disease-related cells or secretions thereof by quickly and efficiently concentrating cells or secretions thereof to amplify fluorescence signals easily and efficiently.

(ⅲ) 본 방법은 검출에 필요한 조작 시간, 과정, 노동 및 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 기술로서 특히 다양한 병변 조직 및 세포에서 유래하여 특정 질환 마커를 발현하는 세포 또는 이의 분비물을 신속하게 검출함으로서 질병 진단, 예후 및 치료 반응을 위한 고효율 분석에 매우 유용하게 적용될 수 있다.(iii) The present method is a technology that can dramatically reduce the operation time, process, labor, and cost required for detection, particularly by rapidly detecting cells expressing specific disease markers or secretions thereof derived from various lesion tissues and cells. It can be very usefully applied to high-efficiency analysis for disease diagnosis, prognosis, and treatment response.

도 1은 고흡수성 수지를 이용하여 생물학적 샘플로부터 질환 관련 세포밖 소포체를 분리 및 농축하는 방법의 원리를 간략하게 나타낸 모식도이다. 단일과정으로 생물학적 샘플로부터 질환 관련 세포밖 소포체를 제외한 미반응 물질들을 제거할 수 있음을 알 수 있다.
도 2는 고흡수성 수지를 이용하여 생물학적 샘플로부터 질환 관련 세포밖 소포체를 증폭, 검출하는 방법의 원리를 간략하게 나타낸 모식도이다. 상술한 미반응 물질들의 제거됨에 따라 질환 관련 세포밖 소포체 검출 신호가 증폭됨을 알 수 있다.
도 3은 초기 고흡수성 수지와 PBS 완충액과 접촉시켰을 때, 증가한 고흡수성 수지의 크기를 비교한 것이다.
도 4는 고흡수성 수지와 PBS 완충액과 접촉시켰을 때, 접촉시간에 따른 PBBS 완충액의 부피변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 서로 다른 용량의 고흡수성 수지와 PBS 완충액과 접촉시켰을 때, 접촉시간에 따른 PBBS 완충액의 부피변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 제1군(PBS), 제2군(exosome), 제3군(MB21) 및 제4군(exosome MB21)에 각각 고흡수성 수지를 넣은 것(W/ SAP)과 고흡수성 수지를 넣지 않은 것(W/O SAP)로부터 얻은 시료로부터 측정된 Cy3의 형광신호(signal)를 나타낸 그래프이다. 상기 형광신호는 분자비컨의 형광물질(Cy3)에 의한 것으로, 이는 세포밖 소포체에 핵산 바이오마커(miR-21)가 존재함을 나타내는 것이다.
도 7은 제1군(PBS), 제2군(exosome), 제3군(MB21) 및 제4군(exosome MB21)에 각각 고흡수성 수지를 넣은 것(W/ SAP)과 고흡수성 수지를 넣지 않은 것(W/O SAP)로부터 얻은 시료로부터 측정된 Alexa647의 형광신호(signal)를 나타낸 그래프이다. 상기 형광신호는 CD63-Alexa647의 형광물질(Alexa647)에 의한 것으로, 이는 세포밖 소포체에 CD63 표면 단백질이 존재함을 나타내는 것이다.
도 8은 제4군(exosome MB21)에 고흡수성 수지를 넣은 경우(W/ SAP), 고흡수성 수지를 넣지 않은 경우(W/O SAP)얻어진 시료에 대한 miR-21 signal to background(S/B) 값을 각각 계산하여 나타낸 그래프이다. 이때, 배경신호(background)는 제3군(MB21)의 시료에서 측정된 형광강도를 사용하였다.
도 9는 제4군(exosome MB21)에 고흡수성 수지를 넣은 경우(W/ SAP), 고흡수성 수지를 넣지 않은 경우(W/O SAP)얻어진 시료에 대한 CD63 signal to background(S/B) 값을 각각 계산하여 나타낸 그래프이다. 이때, 배경신호(background)는 제3군(Alexa647)의 시료에서 측정된 형광강도를 사용하였다.
1 is a schematic diagram schematically illustrating the principle of a method for isolating and concentrating disease-related extracellular vesicles from a biological sample using a superabsorbent polymer. It can be seen that unreacted substances other than disease-related extracellular vesicles can be removed from a biological sample by a single process.
2 is a schematic diagram briefly showing the principle of a method for amplifying and detecting disease-related extracellular vesicles from a biological sample using a superabsorbent resin. As the above-mentioned unreacted substances are removed, it can be seen that the disease-related extracellular vesicle detection signal is amplified.
3 is a comparison of the size of the superabsorbent polymer increased when the initial superabsorbent polymer and PBS buffer were contacted.
4 is a graph showing the change in volume of the PBBS buffer according to the contact time when the superabsorbent polymer is in contact with the PBS buffer.
5 is a graph showing the change in volume of the PBBS buffer according to the contact time when in contact with the superabsorbent polymer of different capacities and the PBS buffer.
6 shows that the superabsorbent polymer was added to the first group (PBS), the second group (exosome), the third group (MB21), and the fourth group (exosome MB21), respectively (W/SAP) and the superabsorbent polymer was not added. It is a graph showing the fluorescence signal (signal) of Cy3 measured from a sample obtained from an untreated (W/O SAP). The fluorescent signal is due to the fluorescent substance (Cy3) of the molecular beacon, which indicates the presence of a nucleic acid biomarker (miR-21) in the extracellular endoplasmic reticulum.
7 shows that the superabsorbent polymer was added to the first group (PBS), the second group (exosome), the third group (MB21) and the fourth group (exosome MB21), respectively (W/ SAP) and the superabsorbent polymer was not added. It is a graph showing the fluorescence signal (signal) of Alexa647 measured from a sample obtained from a non-W/O SAP. The fluorescence signal is due to the fluorescent substance of CD63-Alexa647 (Alexa647), which indicates the presence of the CD63 surface protein in the extracellular endoplasmic reticulum.
8 is a miR-21 signal to background (S/B) for the sample obtained when the superabsorbent polymer was added to group 4 (exosome MB21) (W/SAP) and when the superabsorbent polymer was not added (W/O SAP). ) is a graph showing each calculated value. In this case, the fluorescence intensity measured in the sample of the third group (MB21) was used as the background signal.
9 is a CD63 signal to background (S/B) value for the sample obtained when the superabsorbent polymer was added to group 4 (exosome MB21) (W/SAP) and when the superabsorbent polymer was not added (W/O SAP) It is a graph showing the calculation of each. In this case, the fluorescence intensity measured in the sample of the third group (Alexa647) was used as the background signal.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예 Example

고흡수성 수지의 흡수율 확인Check the absorption rate of super absorbent polymer

비드형태의 입자 크기가 2 mm인 고흡수성 수지(준사이언스 3006417364)의 흡수율을 확인하고자 하였다. 우선 PBS(phosphate buffered saline) 완충액에 서로 다른 용량의 고흡수성 수지를 넣고, 접촉시간과 고흡수성 수지의 용량에 따른 흡수율을 계산하였다.The purpose of this study was to determine the absorption rate of a superabsorbent polymer (Jun Science 3006417364) having a particle size of 2 mm in the form of beads. First, superabsorbent polymers of different capacities were put in PBS (phosphate buffered saline) buffer, and absorption rates were calculated according to the contact time and the capacity of the superabsorbent polymer.

구체적으로 PBS 완충액 500 ㎕를 Micro Centrifuge Tube(SPL)에 담고, 여기에 1 개의 고흡수성 수지(19.2 mg)를 첨가한 다음, 80분 동안(접촉시간) 놓아두었다(도 3, 도 4). 반응시작 시점부터 10분 마다 남아있는 용액의 양을 피펫을 이용하여 측정하였다. 고흡수성 수지의 개수(5, 10, 12개)를 달리하여 30분 동안 PBS 완충액 500 ㎕과 접촉시키고, 최종 남아있는 PBS 완충액 부피를 측정하였다(도 5).Specifically, 500 μl of PBS buffer was placed in a Micro Centrifuge Tube (SPL), one superabsorbent resin (19.2 mg) was added thereto, and then left for 80 minutes (contact time) ( FIGS. 3 and 4 ). The amount of the remaining solution was measured every 10 minutes from the start of the reaction using a pipette. The number of superabsorbent polymers (5, 10, 12) was varied and contacted with 500 μl of PBS buffer for 30 minutes, and the final remaining PBS buffer volume was measured (FIG. 5).

도 3, 4에 따르면, 접촉시간이 증가할수록 PBS 완충액의 부피가 현저히 줄어들고, 고흡수성 수지의 부피는 증가함을 확인하였다. 3 and 4, it was confirmed that as the contact time increased, the volume of the PBS buffer significantly decreased and the volume of the superabsorbent polymer increased.

도 5에 나타낸 바와 같이, 고흡수성 수지의 사용량(개수)가 증가할수록 흡수율이 크게 증가함을 확인하였다. 검출시간을 고려하였을 때 시료 100 ㎕ 고흡수성 수지 19.2 내지 96 mg(1 내지 5개) 포함하는 것이 바람직하고, 38.4mg(2개)인 것이 가장 바람직하다.As shown in FIG. 5 , it was confirmed that as the amount (number) of the superabsorbent polymer increased, the absorption rate increased significantly. Considering the detection time, 100 μl of the sample preferably contains 19.2 to 96 mg (1 to 5) of superabsorbent polymer, and most preferably 38.4 mg (2).

HeLa 세포로부터 질환 관련 세포밖 소포체 분리, 농축 및 검출Isolation, Concentration and Detection of Disease-Related Extracellular Vesicles from HeLa Cells

1) 암 질환 세포밖 소포체를 분리, 농축 및 검출하고자 하였다. 이를 위해 우선 HeLa 세포로부터 세포밖 소포체를 분리하기 위하여, 우선 Exo-Quick exosome 분리키트(Invitrogen)를 사용하였다. HeLa 세포를 10% FBS(소태아혈청, Biowest, France) 및 페니실린/스트렙토마이신(Life Technologes, USA)을 함유하는 DMEM(Dulbecco's modified Eagle's medium, Biowest, France)에서 배양하였다. 상기 세포들을 100 mm 접시(dish)에서 37℃ 및 5% CO2 조건으로 유지하였다. 50 ㎖ FALCON tube(SPL)에 상기 세포 배양액 10 ㎖ 넣고 15분간 3000 G force로 (Centrifuge, 한일과학산업, Combi-514R) 원심분리하여 cell debris(세포 파괴물)를 제거하였다. 상기 세포 파쇄물의 상층액 10 ㎖를 회수하고, 여기에 Exo-Quick solution 2 ㎖(5 : 1 비율)를 혼합한 다음, 4℃에서 16 시간동안 배양하였다. 세포 파쇄물의 상층액과 Exo-Quick 혼합액을 30 분동안 1500 G force로 원심분리한 후, 상층액은 제거하고 바닥에 남아있는 펠렛(pellet)을 회수하였다. 상기 펠렛에 33 ㎕의 N.F.PBS(nuclease free phosphate buffered saline)를 첨가하여 피펫팅을 통해 용해하였다. 분리된 세포밖 소포체에는 암 질환 세포밖 소포체와 그렇지 않은 세포밖 소포체가 혼재되어 있다. 이로부터 암 질환을 진단하기 위해서는 암 질환과 관련된 복수의 바이오마커(CD63, miR-21)를 갖는 세포밖 소포체(질환 관련 세포밖 소포체, 또는 표적 세포밖 소포체라고도 한다)를 검출해야 한다. 본 발명의 실시예에서는 다중 바이오마커 검출을 위해 하기의 분자비컨과 형광표지된 항체를 사용하였다.1) To isolate, concentrate and detect cancer disease extracellular vesicles. To this end, to isolate extracellular vesicles from HeLa cells, an Exo-Quick exosome isolation kit (Invitrogen) was first used. HeLa cells were cultured in DMEM (Dulbecco's modified Eagle's medium, Biowest, France) containing 10% FBS (fetal bovine serum, Biowest, France) and penicillin/streptomycin (Life Technologes, USA). The cells were maintained at 37° C. and 5% CO 2 conditions in a 100 mm dish. Put 10 ml of the cell culture solution in a 50 ml FALCON tube (SPL) and centrifuge (Centrifuge, Hanil Science Industry, Combi-514R) at 3000 G force for 15 minutes to remove cell debris. 10 ml of the supernatant of the cell lysate was collected, mixed with 2 ml of Exo-Quick solution (5 : 1 ratio), and then incubated at 4° C. for 16 hours. After centrifuging the supernatant of the cell lysate and the Exo-Quick mixture at 1500 G force for 30 minutes, the supernatant was removed and the pellet remaining at the bottom was recovered. 33 μl of nuclease free phosphate buffered saline (NFPBS) was added to the pellet and dissolved by pipetting. In the isolated extracellular ER, cancer disease extracellular ER and non-extracellular ER are mixed. From this, in order to diagnose a cancer disease, it is necessary to detect an extracellular ER (also called a disease-associated extracellular ER or target extracellular ER) having a plurality of biomarkers (CD63, miR-21) associated with cancer disease. In the example of the present invention, the following molecular beacons and fluorescently-labeled antibodies were used to detect multiple biomarkers.

2) Cy3 형광물질이 표지되어 있는 분자비컨(Molecular beacon)(IDT, 5'-Cy3-GCG CGT CAA CAT CAG TCT GAT AAG CTA CGC GC-BHQ2-3') 및 Alexa647 형광물질이 표지되어있는 CD63(BD Bioscience)(이하, 'CD63-Alexa647'이라고도 한다)을 준비하였다. 이후 상기 분자비컨과 CD63-Alexa647을 하기 반응조건에 따라 상기 1) 단계를 통해 얻은 세포밖 소포체에 첨가하였다. 하기 4개의 실험군을 Micro Centrifuge Tube에 각각 넣은 후, 37℃에서 1시간 동안 반응키고, 50 ㎕ 씩 회수하여 형광을 측정하였다.2) Cy3 fluorescent material-labeled molecular beacon (IDT, 5'-Cy3-GCG CGT CAA CAT CAG TCT GAT AAG CTA CGC GC-BHQ2-3') and Alexa647 fluorescent material-labeled CD63 ( BD Bioscience) (hereinafter also referred to as 'CD63-Alexa647') was prepared. Then, the molecular beacon and CD63-Alexa647 were added to the extracellular vesicles obtained in step 1) according to the following reaction conditions. After putting each of the following four experimental groups in a Micro Centrifuge Tube, they were reacted at 37° C. for 1 hour, and 50 μl of each was recovered and fluorescence was measured.

제1군(PBS) : PBS 용액 500 ㎕만 첨가함Group 1 (PBS): only 500 μl of PBS solution was added

제2군(exosome) : PBS 완충액에 2 x 107 par/㎕의 농도로 세포밖 소포체가 혼합된 용액 500 ㎕를 첨가함Group 2 (exosome): 500 μl of a solution in which the extracellular vesicles were mixed at a concentration of 2 x 10 7 par/μl in PBS buffer was added.

제3군(MB21, Alexa647) : 100 nM 농도의 분자비컨이 용해된 PBS 완충액 500 ㎕에, CD63-Alexa647 1 ㎕를 첨가함Group 3 (MB21, Alexa647): 1 μl of CD63-Alexa647 was added to 500 μl of PBS buffer in which 100 nM molecular beacon was dissolved

제4군(exosome, MB21, Alexa647) : PBS 완충액에 2 x 107 par/㎕ 농도의 세포밖 소포체, 100 nM 농도의 분자비컨을 혼합한 용액 500 ㎕를 준비하고, 여기에 CD63-Alexa647 1 ㎕을 혼합하여 제조함Group 4 (exosome, MB21, Alexa647): Prepare 500 μl of a mixture of 2 x 10 7 par/μl concentration of extracellular vesicles and 100 nM molecular beacon in PBS buffer, and 1 μl of CD63-Alexa647 prepared by mixing

3) 상기 4개의 실험군을 이등분한 후, 하나에는 고흡수성 수지(SAP bead)를 첨가하고(W/ SAP), 다른 하나에는 SAP bead를 첨가하지 않고(W/O SAP), 4℃에서 30분 동안 반응시킨 총 8개의 시료에 대한 최종 용액의 부피와 형광강도를 측정하였다. 이때 고흡수성 수지(SAP bead)는 500 ㎕에 10개를 첨가하였다.3) After dividing the four experimental groups, one was added with a super absorbent polymer (SAP bead) (W/ SAP), and the other was not added with SAP bead (W/O SAP), 30 minutes at 4°C The volume and fluorescence intensity of the final solution for a total of 8 samples reacted during the reaction were measured. At this time, 10 superabsorbent polymers (SAP beads) were added to 500 μl.

고흡수성 수지의 존재 유무에 따른 형광 신호 증폭 정도 분석Analysis of the degree of fluorescence signal amplification according to the presence or absence of superabsorbent polymer

상기 제1군(PBS), 제2군(exosome), 제3군(MB21, Alexa647) 및 제4군(exosome, MB21, Alexa647)에 각각 고흡수성 수지를 넣어 분리 및 농축한 시료(W/ SAP)에는, 각각 최종 용액의 부피가 약 50 ㎕만 남아있음을 확인하였다. 고흡수성 수지를 넣지 않은 시료(W/O SAP)에는 500 ㎕ 그대로 존재하였다.The first group (PBS), the second group (exosome), the third group (MB21, Alexa647) and the fourth group (exosome, MB21, Alexa647) were separated and concentrated samples by adding superabsorbent polymer (W/ SAP), respectively. ), it was confirmed that only about 50 μl of the final solution volume remained. In the sample without superabsorbent polymer (W/O SAP), 500 μl was present as it was.

상기 각각의 군으로부터 회수한 시료를 384 웰 플레이트(corning)의 각 웰에 넣고, varioskan flash(Thermo)를 이용하여 각각의 형광물질에 대한 형광세기를 측정하였다(도 6, 7).Samples recovered from each group were placed in each well of a 384-well plate (corning), and the fluorescence intensity of each fluorescent substance was measured using varioskan flash (Thermo) ( FIGS. 6 and 7 ).

도 6, 7에 나타난 바와 같이, 고흡수성 수지로 분리, 농축한 시료(W/ SAP)는 고흡수성 수지로 분리 및 농축하지 않은 시료(W/O SAP)에 비해 2~3 배 이상 현저히 신호세기가 강함을 알 수 있다.As shown in FIGS. 6 and 7 , the sample (W/SAP) separated and concentrated with the superabsorbent polymer significantly increased signal strength by 2 to 3 times or more compared to the sample (W/O SAP) that was not separated and concentrated with the superabsorbent polymer (W/O SAP). It can be seen that the strong

고흡수성 수지의 존재 유무에 따른 signal to background(S/B) 분석Signal to background (S/B) analysis according to the presence or absence of superabsorbent polymer

제4군(exosome, MB21, Alexa647)에 고흡수성 수지를 넣어 분리 및 농축한 시료(W/ SAP)와 고흡수성 수지를 넣지 않은 시료(W/O SAP)를 회수하고, 각각의 형광물질에 대한 형광세기를 측정하였다. 이후 signal to background(S/B) 신호를 구하기 위해, 각 시료로부터 측정된 형광신호를 신호(signal)로 하였다. 이때, 형광물질(Cy3 및 Alexa647)만을 넣은 제3군의 형광신호를 배경신호(background signal)로 함으로써, 신호를 배경신호로 나누어 signal to background(S/B)를 계산하였다(도 8, 9).In the fourth group (exosome, MB21, Alexa647), samples separated and concentrated by adding superabsorbent resin (W/SAP) and samples without superabsorbent polymer (W/O SAP) were recovered, and The fluorescence intensity was measured. Thereafter, in order to obtain a signal to background (S/B) signal, a fluorescence signal measured from each sample was used as a signal. At this time, the fluorescence signal of the third group containing only the fluorescent substances (Cy3 and Alexa647) was used as a background signal, and the signal to background (S/B) was calculated by dividing the signal by the background signal ( FIGS. 8 and 9 ). .

도 8 및 9에 나타난 바와 같이, 고흡수성 수지로 질환 관련 세포밖 소포체를 분리 및 농축한 시료(W/ SAP)의 S/B가 크게 증가하였음을 확인하였다. 이를 통해 신호(signal)의 증가가 배경신호(background)의 증가보다 더 높으며 이는 배경신호(background signal)를 나타내는 미반응 물질들이 고흡수성 수지를 통해 제거되고, 질환 관련 세포밖 소포체가 분리 및 정제되었기 때문인 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 8 and 9 , it was confirmed that the S/B of the sample (W/ SAP) in which the disease-related extracellular vesicles were isolated and concentrated with the superabsorbent resin was significantly increased. Through this, the increase in the signal is higher than the increase in the background signal, which means that unreacted substances representing the background signal are removed through the superabsorbent resin, and disease-related extracellular vesicles are isolated and purified. It can be seen that this is because

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the present invention, for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and it is clear that the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (12)

1) 세포밖 소포체를 포함하는 생물학적 샘플에, 상기 세포밖 소포체에 포함된 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 및 상기 세포밖 소포체에 포함된 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자의 조합을 첨가하는 단계; 및
2) 상기 1) 단계의 생물학적 샘플에 고흡수성 수지를 접촉시켜 상기 세포밖 소포체에 결합되지 않은 항체와 핵산분자를 제거하여, 세포밖 소포체를 분리 및 농축하는 단계;를 포함하고,
상기 고흡수성 수지(SAP)는 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산 무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교결합 카복시메틸셀룰로스(cross-linked carboxymethylcellulose), 폴리비닐알콜 공중합체(polyvinylalcohol copolymer), 가교결합 폴리에틸렌 산화물(cross-linked polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile)의 전분 그라프트 공중합체(starch-grafted copolymer) 및 알지네이트(alginate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것을 특징으로 하며,
상기 고흡수성 수지의 이동통로 크기는 평균 직경이 1~5nm를 갖는 것을 특징으로 하는,
생물학적 샘플로부터 세포밖 소포체를 분리 및 농축하는 방법.
1) a combination of an antibody that specifically binds to a target surface protein contained in the extracellular ER and a nucleic acid molecule that specifically binds to a target gene contained in the extracellular ER in a biological sample containing the extracellular ER adding; and
2) contacting the biological sample of step 1) with a superabsorbent resin to remove antibodies and nucleic acid molecules that are not bound to the extracellular vesicles, thereby separating and concentrating the extracellular vesicles;
The superabsorbent polymer (SAP) is polyacrylate, polyacrylamide copolymer, ethylene maleic anhydride copolymer, cross-linked carboxymethylcellulose, From the group consisting of polyvinylalcohol copolymer, cross-linked polyethylene oxide, starch-grafted copolymer of polyacrylonitrile and alginate Characterized by any one selected,
The size of the passageway of the superabsorbent polymer is characterized in that it has an average diameter of 1 to 5 nm,
A method for isolating and enriching extracellular vesicles from a biological sample.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 세포밖 소포체는 종양-유래 세포밖 소포체 또는 종양-유래 엑소좀인 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The method, characterized in that the extracellular ER is a tumor-derived extracellular ER or a tumor-derived exosome.
제1항에 있어서,
상기 타겟 표면 단백질 검출용 항체는 CD9, CD63, CD81, EpCAM(Epithelial cell adhesion molecule), EGFR(Epidermal growth factor receptor), Survivin 및 IGF-1R(Insulin-like growth factor 1 receptor)로 이루어지는 것 중에서 선택되는 어느 하나의 항원에 대한 항체인 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The antibody for detecting the target surface protein is selected from the group consisting of CD9, CD63, CD81, EpCAM (Epithelial cell adhesion molecule), EGFR (Epidermal growth factor receptor), Survivin and IGF-1R (Insulin-like growth factor 1 receptor) A method, characterized in that it is an antibody to any one antigen.
제1항에 있어서,
상기 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자는 분자비컨인 것을 특징으로 하는 방법.
According to claim 1,
The nucleic acid molecule that specifically binds to the target gene is a molecular beacon.
제7항에 있어서,
상기 분자비컨은 상기 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산을 중심으로 양 말단 각각에 형광물질과 퀀처가 표지되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
8. The method of claim 7,
The molecular beacon is a method, characterized in that the fluorescent material and quencher are labeled at both ends of the nucleic acid specifically binding to the target gene, respectively.
제8항에 있어서,
상기 타겟 유전자는 miR-21, miR-574, miR-205, miR-92, miR-147, miR-141 및 miR-547로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
9. The method of claim 8,
The target gene is any one selected from the group consisting of miR-21, miR-574, miR-205, miR-92, miR-147, miR-141 and miR-547.
제5항에 있어서,
상기 종양-유래 세포밖 소포체 또는 종양-유래 엑소좀은 유방암(breast cancer), 간암(liver cancer), 방광암(bladder cancer), 뇌암(brain cancer), 자궁경부암(cervical cancer), 대장암(colorectal cancer), 식도암(esophageal cancer), 담낭암(gallbladder cancer), 두경부암(head and neck cancer), 신장암(kidney cancer), 폐암(소세포 또는 비-소세포)(lung cancer (small or non-small cell)), 흑색종(melanoma), 난소암(ovarian cancer), 생식세포암(ovary (germ cell) cancer), 전립선암(prostate cancer), 췌장암(pancreatic cancer), 음경암(penile cancer), 피부암(skin cancer), 연조직 육종(soft-tissue sarcoma), 편평상피세포암(squamous cell carcinomas), 위암(stomach cancer), 고환암(testicular cancer), 갑상선암(thyroid cancer), 담도암(bile duct cancer) 및 자궁암(uterine cancer)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상으로부터 유래된 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
The tumor-derived extracellular vesicles or tumor-derived exosomes are breast cancer, liver cancer, bladder cancer, brain cancer, cervical cancer, colorectal cancer ), esophageal cancer, gallbladder cancer, head and neck cancer, kidney cancer, lung cancer (small or non-small cell) , melanoma, ovarian cancer, ovary (germ cell) cancer, prostate cancer, pancreatic cancer, penile cancer, skin cancer ), soft-tissue sarcoma, squamous cell carcinomas, stomach cancer, testicular cancer, thyroid cancer, bile duct cancer and uterine cancer Cancer), a method characterized in that it is derived from any one or more selected from the group consisting of.
a) 세포밖 소포체를 포함하는 생물학적 샘플에, 상기 세포밖 소포체에 포함된 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체 및, 상기 세포밖 소포체에 포함된 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자의 조합을 첨가하는 단계;
b) 상기 생물학적 샘플에 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산 무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교결합 카복시메틸셀룰로스(cross-linked carboxymethylcellulose), 폴리비닐알콜 공중합체(polyvinylalcohol copolymer), 가교결합 폴리에틸렌 산화물(cross-linked polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile)의 전분 그라프트 공중합체(starch-grafted copolymer) 및 알지네이트(alginate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 고흡수성 수지를 접촉시켜 상기 세포밖 소포체에 결합되지 않은 항체와 핵산분자를 제거하여, 세포밖 소포체를 분리 및 농축하는 단계; 및
c) 상기 분리 및 농축액의 형광강도를 측정하는 단계;를 포함하는 생물학적 샘플로부터 세포밖 소포체를 검출하는 방법에 있어서,
상기 고흡수성 수지의 이동통로 크기는 평균 직경이 1~5nm를 갖는 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체를 검출하는 방법.
a) a combination of an antibody that specifically binds to a target surface protein contained in the extracellular ER, and a nucleic acid molecule that specifically binds to a target gene contained in the extracellular ER, in a biological sample containing the extracellular ER adding a;
b) polyacrylate, polyacrylamide copolymer, ethylene maleic anhydride copolymer, cross-linked carboxymethylcellulose, polyvinyl in the biological sample Alcohol copolymer (polyvinylalcohol copolymer), cross-linked polyethylene oxide (cross-linked polyethylene oxide), polyacrylonitrile (starch-grafted copolymer) of polyacrylonitrile (starch-grafted copolymer) and alginate (alginate) selected from the group consisting of contacting any one of the superabsorbent resins to remove antibodies and nucleic acid molecules not bound to the extracellular vesicles, thereby separating and concentrating the extracellular vesicles; and
In the method of detecting extracellular vesicles from a biological sample comprising; c) measuring the fluorescence intensity of the separated and concentrated solution,
The method of detecting extracellular vesicles, characterized in that the size of the passageway of the superabsorbent polymer has an average diameter of 1 to 5 nm.
세포밖 소포체에 포함된 타겟 표면 단백질에 특이적으로 결합하는 항체, 타겟 유전자에 특이적으로 결합하는 핵산 분자의 조합을 포함하는 제1상; 및
폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산 무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교결합 카복시메틸셀룰로스(cross-linked carboxymethylcellulose), 폴리비닐알콜 공중합체(polyvinylalcohol copolymer), 가교결합 폴리에틸렌 산화물(cross-linked polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile)의 전분 그라프트 공중합체(starch-grafted copolymer) 및 알지네이트(alginate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 고흡수성 수지(SAP)를 포함하는 제2상;을 포함하는 세포밖 소포체의 분리 및 농축용 키트로서,
상기 고흡수성 수지의 이동통로 크기는 평균 직경이 1~5nm를 갖는 것을 특징으로 하는,
세포밖 소포체의 분리 및 농축용 키트.
a first phase comprising a combination of an antibody that specifically binds to a target surface protein contained in the extracellular endoplasmic reticulum, and a nucleic acid molecule that specifically binds to a target gene; and
Polyacrylate, polyacrylamide copolymer, ethylene maleic anhydride copolymer, cross-linked carboxymethylcellulose, polyvinylalcohol copolymer ), cross-linked polyethylene oxide, a starch-grafted copolymer of polyacrylonitrile, and alginate any one superabsorbent polymer selected from the group consisting of As a kit for isolation and enrichment of extracellular vesicles comprising a second phase comprising (SAP),
The size of the passageway of the superabsorbent polymer is characterized in that it has an average diameter of 1 to 5 nm,
Kits for isolation and enrichment of extracellular vesicles.
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