KR20080008668A - Method for selective binding, separation or purification of proteins using magnetic nanoparticles - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 자성체 나노입자를 이용하여 특정 단백질을 선택적으로 결합, 분리 또는 정제하는 과정을 도시적으로 나타낸 그림이다. 1 is a diagram illustrating a process of selectively binding, separating or purifying a specific protein using magnetic nanoparticles.
도 2는 이미다졸을 결합시킨 산화 니켈 피복을 갖는 니켈 나노입자의 제조 과정을 단계적으로 묘사한 그림이다.2 is a step-by-step depiction of the preparation of nickel nanoparticles having a nickel oxide coating incorporating imidazole.
도 3은 이미다졸로 안정화 되어 물에 분산된 나노 입자(우)와 나노입자의 외피부/내부 구조(좌)가 나타난 투과 전자 현미경 (Transmission Electron Microscopy)사진이다.FIG. 3 is a transmission electron microscopy photograph showing nanoparticles (right) dispersed in water and immobilized with imidazole and the outer skin / internal structure (left) of the nanoparticles.
도 4는 히스티딘이 함유된 녹색형광단백질 (Green Fluorescent Protein) (좌)와 히스티딘을 함유하지 아니하고 적색 형광을 띄도록 표지된 면역글로불린 (normal mouse IgG) 단백질 (우)의 형광 사진과 형광 스펙트럼이다. 1은 나노입자를 사용해서 분리하기 전 용액이며, 2는 나노입자를 이용해 단백질을 분리한 후의 용액, 3은 나노입자 표면에서 분리된 단백질 용액이다.FIG. 4 is a fluorescence photograph and fluorescence spectra of histidine-containing Green Fluorescent Protein (left) and histidine-free immunoglobulin (normal mouse IgG) protein (right). 1 is a solution before separation using nanoparticles, 2 is a solution after protein separation using nanoparticles, and 3 is a protein solution separated from the nanoparticle surface.
본 발명은 특정 단백질과 선택적으로 결합하는, 전이금속 자성체 나노입자로 이루어진 단백질 결합제에 관한 것이다. 보다 상세하게는 히스티딘, 아스파라진, 아르지딘, 시르틴, 글루타민, 라이신, 메티오닌, 프롤린 그리고 트립토판으로 이루어진 군에서 선택되는 아미노산을 포함하는 단백질과 선택적으로 결합하는 특성을 갖는 철, 망간, 니켈, 코발트 그리고 아연 이온으로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속 또는 이들 전이금속 이온을 포함하는 자성체 나노입자로 이루어진, 단백질 결합제에 대한 것이다.The present invention relates to protein binders consisting of transition metal magnetic nanoparticles, which selectively bind to specific proteins. More specifically, iron, manganese, nickel, cobalt having the property of selectively binding to proteins including amino acids selected from the group consisting of histidine, asparagine, arjidine, sirtin, glutamine, lysine, methionine, proline and tryptophan And it relates to a protein binder consisting of a transition metal selected from the group consisting of zinc ions or magnetic nanoparticles comprising these transition metal ions.
또한, 본 발명은 자성체 나노입자로 이루어진 단백질 결합제를 이용하여 특정 단백질을 선택적으로 결합, 분리 또는 정제하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 금속-이온 친화 크로마토그래피를 이용하는 방법에 비해서, 쉽고 빠르고 경제적인 방법으로 특정 단백질들을 분리할 수 있는 방법이다.The present invention also relates to a method for selectively binding, separating or purifying a specific protein using a protein binder consisting of magnetic nanoparticles. The present invention is a method for separating specific proteins in an easy and fast and economical way compared to the conventional method using metal-ion affinity chromatography.
보다 상세하게는, 본 발명은 철, 망간, 니켈, 코발트, 아연 등의 전이금속 또는 이들 전이금속의 이온을 포함하는 자성체 나노입자들을 생체 혼합물에 포함된 특정 단백질과 결합시키는 단계; 자기장을 사용하여 자성체 나노입자와 결합된 특정 단백질을 포집하여 생체 혼합물로부터 분리하는 단계; 이렇게 분리된 나노입자와 특정 단백질 간의 결합체로부터 특정 단백질을 분리해내는 단계를 포함하는, 자성체 나노입자를 이용하여 특정 단백질을 선택적으로 결합, 분리 또는 정제하는 방법에 대한 것이다.More specifically, the present invention comprises the steps of combining magnetic nanoparticles containing transition metals such as iron, manganese, nickel, cobalt, zinc or ions of these transition metals with a specific protein included in the biological mixture; Using a magnetic field to capture specific proteins bound to the magnetic nanoparticles and to separate them from the biological mixture; The present invention relates to a method for selectively binding, separating or purifying a specific protein using magnetic nanoparticles, the method comprising separating a specific protein from a conjugate between the separated nanoparticle and the specific protein.
본 발명은, 전이금속인 니켈을 포함하는 산화 니켈과 특정 아미노산 간의 특이한 친화력을 이용하여 특정 아미노산이 함유된 단백질을 생체 혼합물로부터 선택적으로 분리하거나, 정제하는 방법이며, 나노미터 범위의 직경을 갖는 산화니켈로 피복된 자성체 니켈 나노입자의 특정 단백질 결합제로서의 새로운 용도에 대한 것이다.The present invention is a method for selectively separating or purifying a protein containing a specific amino acid from a biological mixture by using a specific affinity between nickel oxide including nickel, which is a transition metal, and a specific amino acid, and oxidizing having a diameter in the nanometer range. It is for a novel use of nickel coated magnetic nickel nanoparticles as specific protein binders.
현재까지, 말단 구조에 6 내지 10 개의 연속적인 히스티딘 아미노산을 지니고 있는 히스티딘 함유 단백질은 주로 금속-이온 친화 크로마토그래피를 이용하여 분리 및 정제되어왔다. To date, histidine containing proteins with 6 to 10 consecutive histidine amino acids in the terminal structure have been primarily isolated and purified using metal-ion affinity chromatography.
연속적인 히스티딘 서열을 포함하는 단백질을 분리 정제하기 위한 종래 기술에서는 금속-이온 친화 크로마토그래피가 사용되며, Co2 +나Ni2 +같은 전이금속 이온과 히스티딘 아미노산 사이의 가역적인 결합과 분리를 이용한 것이다. 금속-이온 친화크로마토그래피의 컬럼에 사용되는 충전 재료는, 충전물질에 킬레이트 리간드를 연결한 후에, 전이 금속 이온들을 배위시켜서 제조된 것들이 대부분이다. In the prior art for separating proteins comprising contiguous histidine sequences purified metal-ion affinity chromatography is used, utilizes a reversible coupling and separation between the Co 2 + or Ni 2 +, such as transition metal ions and histidine amino acid . Filling materials used in columns of metal-ion affinity chromatography are most often made by coordinating transition metal ions after linking chelating ligands to the filling material.
수 나노미터의 크기를 지니는 자성체 나노입자들은, MRI 조영제, 고체온증(Hyperthermia) 치료용, 약물 또는 유전자 전달 등의 의료-생물학적 용도로 현재 널리 사용되고 있다. 작은 크기와 넓은 표면 면적을 지니는 자성체 나노입자들은, 물이나 생체 용액 내에서 우수한 분산성을 가지며 생체분자와 쉽고 빠르게 결합할 수 있고 외부에서 가해지는 자기장에 의해서 생체 혼합물로부터 쉽게 분리될 수 있는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성으로 인해서, 자성체 나노입자들은 단백질이 나 세포와 같은 생체분자들을 분리-정제하는 데에 유용할 것으로 기대되고 있다. Magnetic nanoparticles having a size of several nanometers are currently widely used in medical-biological applications such as MRI contrast agents, hyperthermia treatments, drugs or gene delivery. Magnetic nanoparticles with small size and large surface area have excellent dispersibility in water or biological solution, can be easily and quickly combined with biomolecules, and can be easily separated from biological mixture by external magnetic field. Have. Due to these properties, magnetic nanoparticles are expected to be useful for the isolation and purification of biomolecules such as proteins and cells.
최근, 홍콩과학기술 대학의 슈(Xu) 교수 그룹에서는 니켈과 니트릴로트리아세트산(Nitrilotriacetic acid)(Ni-NTA) 이 결합된 형태의 자성체 나노입자를 제조하여, 연속적인 히스티딘 서열이 함유된 단백질만을 효과적으로 분리하는 기술을 공개한 바 있다 (C. Xu et. al. "Nitrilotriacetic Acid-Modified Magnetic Nanoparticles as a General Agent to Bind Histidine-Tagged Proteins." J. Am. Chem. Soc. 2004, 26, 3392). Recently, Xu Professor's group at Hong Kong University of Science and Technology produced magnetic nanoparticles in the form of a combination of nickel and nitrilotriacetic acid (Ni-NTA), effectively producing only proteins containing consecutive histidine sequences. Separation techniques have been disclosed (C. Xu et. Al. "Nitrilotriacetic Acid-Modified Magnetic Nanoparticles as a General Agent to Bind Histidine-Tagged Proteins." J. Am. Chem. Soc. 2004, 26, 3392).
슈(Xu) 등에 의해서 공개된 방법에서의 단백질 분리용 나노입자는 복잡한 일련의 순차적인 유기반응 공정을 거쳐서 제조된다. Nanoparticles for protein separation in the method disclosed by Xu et al. Are prepared through a complex series of sequential organic reaction processes.
히스티딘 단백질들이 전이금속 산화물의 표면에 잘 결합하는 현상은 오래전부터 알려져 왔으며, 최근에는 이러한 성질을 이용하여 히스티딘 단백질을, 산화니켈 또는 산화코발트 표면에만 선택적으로 배열하는 기술이 공개되기도 하였다. (Nam, J.-M. et. al. "Bioactive Protein Nanoarrays on Nickel Oxide Surfaces Formed by Dip-Pen Nanolithography." Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1246. Zhu, H. et. al. "Global Analysis of Protein Activities Using Proteome Chips." Science 2001, 293, 2101.) It has long been known that histidine proteins bind well to the surface of transition metal oxides, and recently, a technique for selectively arranging histidine proteins to only nickel oxide or cobalt oxide surfaces has been disclosed. (Nam, J.-M. et. Al. "Bioactive Protein Nanoarrays on Nickel Oxide Surfaces Formed by Dip-Pen Nanolithography." Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1246. Zhu, H. et. "Global Analysis of Protein Activities Using Proteome Chips." Science 2001, 293, 2101.)
종래의 히스티딘 단백질 분리용 재료를 만드는 방법은 충전재에 니트릴로트리아세트산과 같은 리간드를 연결하여 제조하기 때문에, 복잡한 다단계의 유기합성 공정을 거쳐야 하는 문제점을 가지고 있다. 또한, 크로마토그래피를 이용하는 방법은, 단백질을 분리하는 데에 비교적 시간이 오래 걸리는 연속공정이기 때문에, 단백질을 빠른 시간 내에 다음 반응을 거쳐야하는 HTS(High Throughput Screening) 등의 용도로 사용하기 어렵다는 문제점이 있었다.The conventional method for making a histidine protein separation material has a problem of going through a complex multi-step organic synthesis process because it is prepared by connecting a ligand such as nitrilotriacetic acid to the filler. In addition, the chromatographic method is a continuous process that takes a relatively long time to separate the protein, so it is difficult to use the protein for high throughput screening (HTS), etc., where the next reaction must be carried out within a short time. there was.
전술한 종래기술들의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 특정 아미노산과 선택적으로 결합하는 금속 이온을 나노미터 크기의 자성체 나노입자로 제조하여 특정 아미노산을 함유하는 단백질과 선택적으로 결합시키고, 자기장을 이용하여 자성체 나노입자와 결합된 특정 단백질을 포집하여 생체 혼합물로부터 효과적으로 분리하는 방법을 제공한다. In order to solve the problems of the above-mentioned prior arts, the present invention is to prepare a metal ion selectively binding to a specific amino acid nanometer-sized magnetic nanoparticles to selectively bind to a protein containing a specific amino acid, magnetic material using a magnetic field It provides a method for capturing specific proteins bound to nanoparticles and effectively separating them from biological mixtures.
기존의 금속-이온 친화크로마토그래피에 사용되는 충전 재료들은, 킬레이트 리간드를 합성하고 충전물질에 연결하는 일련의 복잡한 다단계의 유기합성의 과정을 거쳐서 제조된다. 그러나 본 발명의 방법은 매우 간편하고 경제적인 과정을 통해서 제조되는 자성체 나노입자의 넓은 표면적을 이용하여 단백질을 분리 또는 정제하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 방법은 기존의 금속-이온 친화크로마토그래피를 이용하는 방법에 비해서 쉽고 빠르고 경제적인 방법으로 특정 단백질들을 분리할 수 있는 방법이다. Filling materials used in conventional metal-ion affinity chromatography are prepared through a series of complex, multi-step organic synthesis processes that synthesize chelate ligands and link to the filler material. However, it is an object of the present invention to provide a method for separating or purifying proteins using a large surface area of magnetic nanoparticles prepared through a very simple and economical process. The method of the present invention is a method for separating specific proteins in an easy and fast and economical way compared to the conventional method using metal-ion affinity chromatography.
전술한 본 발명의 일차적인 목적은, 히스티딘, 아스파라진, 아르지딘, 시르틴, 글루타민, 라이신, 메티오닌, 프롤린 그리고 트립토판으로 이루어진 군에서 선택되는 특정 아미노산을 포함하는 단백질과 선택적으로 결합하는 특성을 갖는 철, 망간, 니켈, 코발트 그리고 아연으로 이루어진 군에서 선택되는 전이금속 또는 이 들 전이금속의 이온을 포함하는 자성체 나노입자로 이루어진, 단백질 결합제를 제공함으로써 달성된다.The primary object of the present invention described above is to have the property of selectively binding to a protein comprising a specific amino acid selected from the group consisting of histidine, asparagine, arzidine, sirtin, glutamine, lysine, methionine, proline and tryptophan It is achieved by providing a protein binder consisting of magnetic nanoparticles comprising a transition metal selected from the group consisting of iron, manganese, nickel, cobalt and zinc or ions of these transition metals.
본 발명에서의 특정 단백질과 자성체 나노입자간의 결합은, 히스티딘, 아스파라진, 아르지딘, 시르틴, 글루타민, 라이신, 메티오닌, 프롤린, 트립토판 등의 아미노산에 포함된 이미다졸, 벤조피롤, 아민, 티올 등의 작용기와 자성체 나노입자의 표면부에 존재하는 전이금속 또는 전이금속의 이온 사이의 가역적인 배위 결합에 의해서 이루어진다. The binding between the specific protein and the magnetic nanoparticles in the present invention is imidazole, benzopyrrole, amine, thiol and the like contained in amino acids such as histidine, asparagine, arzidine, sirtin, glutamine, lysine, methionine, proline, and tryptophan. By a reversible coordination bond between the functional group and the transition metal or ions of the transition metal present on the surface of the magnetic nanoparticle.
바람직하게는, 본 발명의 단백질 결합제로서 사용되는 나노입자들은, 철, 망간, 크롬, 니켈, 코발트, 아연 등의 1 주기 전이금속 또는 이들 전이금속의 이온을 표면에 포함하는 자성체 나노입자들 및 이들 나노입자들을 포함하는 조성물이다.Preferably, the nanoparticles to be used as the protein binder of the present invention, magnetic nanoparticles containing monocyclic transition metals such as iron, manganese, chromium, nickel, cobalt, zinc or ions of these transition metals on the surface thereof and these A composition comprising nanoparticles.
보다 바람직하게는, 본 발명의 단백질 결합제로서 사용되는 나노입자는 More preferably, the nanoparticles used as the protein binder of the present invention
철, 망간, 크롬, 니켈, 코발트, 아연 등의 1 주기 전이금속 또는 이들 전이금속의 산화물, 황화물, 인화물 및 이들 전이금속들의 합금 또는 이들 전이금속들의 합금의 산화물, 황화물, 인화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 전이금속 화합물 나노입자이거나 이들을 포함하는 조성물이다.Selected from the group consisting of oxides, sulfides and phosphides of monocyclic transition metals such as iron, manganese, chromium, nickel, cobalt and zinc or oxides, sulfides, phosphides and alloys of these transition metals or alloys of these transition metals Transition metal compound nanoparticles or a composition comprising them.
본 발명의 단백질 결합제로서 사용되는 자성체 나노입자들은 1 내지 1000 nm의 직경을 가진다. 바람직하게는, 본 발명의 단백질 결합제로서 사용되는 자성체 나노입자들은 1 내지 100 nm의 직경을 가진다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 단백질 결합제로서 사용되는 자성체 나노입자들은 2 내지 50 nm의 직경을 가진다.Magnetic nanoparticles used as the protein binder of the present invention have a diameter of 1 to 1000 nm. Preferably, the magnetic nanoparticles used as the protein binder of the present invention have a diameter of 1 to 100 nm. More preferably, the magnetic nanoparticles used as the protein binder of the present invention have a diameter of 2 to 50 nm.
본 발명의 단백질 결합제를 사용하여 선택적으로 분리 가능한 단백질들은, 연속된 히스티딘, 아스파라진, 아르지딘, 시르틴, 글루타민, 라이신, 메티오닌, 프롤린, 트립토판 등의 아미노산의 서열을 포함하는 단백질들이다. Proteins that are selectively separable using the protein binding agents of the present invention are proteins comprising sequences of amino acids such as consecutive histidine, asparagine, arzidine, sirtin, glutamine, lysine, methionine, proline, tryptophan and the like.
바람직하게는, 본 발명의 단백질 결합제인, 전이금속 또는 전이금속의 이온을 포함하는 자성체 나노입자와 결합시켜 분리 가능한 단백질들은, 당해 단백질의 아미노산 서열의 말단에 4개 내지 12개의 연속된 히스티딘 서열을 포함하는 단백질이다. Preferably, the protein binding agent, which is a protein binder of the present invention, can be separated by binding to a magnetic nanoparticle comprising a transition metal or a ion of a transition metal, and has 4 to 12 consecutive histidine sequences at the ends of the amino acid sequence of the protein. It is a protein containing.
본 발명의 또 다른 목적은, 자성체 나노입자를 이용하여 특정 단백질을 선택적으로 결합, 분리 또는 정제하는 새로운 방법을 제공함으로써 달성된다. 보다 상세하게는, 본 발명의 또 다른 목적은 철, 망간, 니켈, 코발트, 아연 등의 전이금속 또는 이들 전이금속의 이온을 포함하는 자성체 나노입자들을 생체 혼합물에 포함된 특정 단백질과 결합시키는 단계; 외부에서 가해지는 자기장을 사용하여 자성체 나노입자와 결합된 특정 단백질을 생체 혼합물로부터 분리하는 단계; 또는 분리된 나노입자에 결합한 특정 단백질들을 나노입자로부터 분리하는 단계를 포함하는, 자성체 나노입자를 이용하여 특정 단백질을 선택적으로 결합, 분리 또는 정제하는 방법을 제공함으로써 달성된다. Another object of the present invention is achieved by providing a new method for selectively binding, separating or purifying specific proteins using magnetic nanoparticles. More specifically, another object of the present invention is to combine magnetic nanoparticles containing transition metals such as iron, manganese, nickel, cobalt, zinc or ions of these transition metals with a specific protein included in the biological mixture; Using a magnetic field applied externally to separate the specific protein associated with the magnetic nanoparticles from the biological mixture; Or by separating specific proteins bound to the separated nanoparticles from the nanoparticles by providing a method for selectively binding, separating or purifying specific proteins using magnetic nanoparticles.
본 발명의 방법의 특정 단백질의 결합 및 분리는, 특정 단백질을 포함하는 용액에 자성 나노입자를 혼합하는 단계; 자기장을 이용하여 상기 특정 단백질과 결합하고 있는 나노입자들을 포집하는 단계; 및 상기 자기장에 의해 포집되지 아니한 물질을 제거하는 단계를 포함하는 방법을 제공함으로써 달성된다. Binding and separation of specific proteins of the methods of the present invention may comprise mixing magnetic nanoparticles in a solution comprising the specific protein; Capturing nanoparticles that bind to the specific protein using a magnetic field; And removing the material not captured by the magnetic field.
본 발명의 방법에 사용되는 자성체 금속이온 나노입자로 이루어진 결합제와 선택적으로 결합된 특정 단백질의 분리 회수 단계는, 본 발명의 결합제와 특정 단백질 간의 결합체를 이미다졸, 피리딘, 아민, 피롤, 벤조피롤등과 같이 금속이온과 배위결합을 하는 물질을 포함하는 용액이나 산성 수용액과 혼합함으로써 상기 특정 단백질과 본 발명의 결합제를 분리시키는 과정을 통하여 이루어진다. Separation and recovery of the specific protein selectively bound to the binder consisting of magnetic metal ion nanoparticles used in the method of the present invention, the binder between the binder of the present invention and the specific protein is imidazole, pyridine, amine, pyrrole, benzopyrrole, etc. It is made through the process of separating the specific protein and the binder of the present invention by mixing with a solution or acidic aqueous solution containing a material that coordinates the metal ion as shown.
이하, 본 발명의 구성 요소와 기술적 특징을 다음의 실시예들을 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기의 실시예들의 내용에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the components and technical features of the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited to the contents of the following examples.
[실시예 1]EXAMPLE 1
산화니켈로 피복된 니켈 나노입자의 합성Synthesis of Nickel Nanoparticles Coated with Nickel Oxide
니켈 아세토아세토네이트 (Ni(acac)2 (0.2g))과 올레일아민 (oleylamine, 2.0 ml)을 아르곤 분위기에서 가열하여 니켈-올레일아민 착화합물을 제조하였다. 이렇게 제조된니켈- 올레일아민 화합물을 트리옥틸포스핀 옥사이드 (TOPO, 5.0 g)와 트리옥틸포스핀 (TOP, 0.3 ml) 혼합용액에 투입한 후, 250 ˚C 까지 서서히 가열하였다. 혼합용액의 온도를 250 ˚C를 유지하면서 30분 동안 반응시킨 후, 실온까지 서서히 냉각하였다. 과량의 에탄올을 상기 용액에 첨가하고, 침전된 나노입자들을 원심 분리하여 고체 형태로 얻은 후에, 다시 헥산에 분산시키고 수 일 동안 공기 중에서 산화시켜 나노입자의 외피부에 산화니켈을 형성시켰다. Nickel acetoacetonate (Ni (acac) 2 (0.2 g)) and oleylamine (oleylamine, 2.0 ml) were heated in an argon atmosphere to prepare a nickel-oleylamine complex. The nickel-oleylamine compound thus prepared was added to a mixed solution of trioctylphosphine oxide (TOPO, 5.0 g) and trioctylphosphine (TOP, 0.3 ml), and then slowly heated up to 250 ° C. The mixture solution was reacted for 30 minutes while maintaining the temperature of 250 ° C, and then slowly cooled to room temperature. Excess ethanol was added to the solution, and the precipitated nanoparticles were centrifuged to obtain a solid form, which was then dispersed in hexane and oxidized in air for several days to form nickel oxide on the skin of the nanoparticles.
산화니켈로 피복된 니켈 나노입자가 분산된 용액에 과량의 아세톤을 첨가하고 원심분리하여, 니켈 핵과 니켈산화물 껍질 구조를 가지는 나노입자들을 검은색의 고체 형태로 얻었다 (도 2). Excess acetone was added to the solution in which nickel nanoparticles coated with nickel oxide were dispersed and centrifuged to obtain nanoparticles having a nickel nucleus and a nickel oxide shell structure as a black solid (FIG. 2).
제조된 나노입자의 표면을 친수적으로 개질하기 위해서, 나노입자를 이미다졸 (0,5g/ml, 5ml)을 포함한 클로로폼에 다시 분산시키고 6 시간동안 교반하였다. To hydrophilically modify the surface of the prepared nanoparticles, the nanoparticles were dispersed again in chloroform containing imidazole (0,5 g / ml, 5 ml) and stirred for 6 hours.
반응용액을 실온까지 냉각한 후에 과량의 헥산을 첨가하고 원심분리하면, 표면이 이미다졸로 안정화되어 있고 13 nm의 평균 직경을 가지는 산화니켈 층으로 피복된 니켈 나노입자를 제조하였다.(도 3)After the reaction solution was cooled to room temperature, excess hexane was added and centrifuged to prepare nickel nanoparticles coated with a nickel oxide layer stabilized with imidazole and having an average diameter of 13 nm.
[실시예 2]EXAMPLE 2
산화니켈로 피복된 니켈 나노입자와 히스티딘을 함유하는 단백질과의 결합Coupling Nickel Nanoparticles Coated with Nickel Oxide and Proteins Containing Histidine
산화니켈로 피복된 니켈 나노입자 (50 μg)를 히스티딘이 표지된 녹색 형광단백질 (Green Fluorescent Protein, GFP, 30 μg/ml, 250 μl)에 첨가한 후 약 30 min 동안 교반하였다. Nickel nanoparticles coated with nickel oxide (50 μg) were added to histidine-labeled green fluorescent protein (Green Fluorescent Protein, GFP, 30 μg / ml, 250 μl) and then stirred for about 30 min.
자석을 이용해서 단백질이 결합된 나노입자들을 용액에서 분리해낸 후에, 분리된 나노입자들을 다시 이미다졸 수용액 (0.1 g/ml, 250 μl)에 분산시키고 30 분 동안 교반하여 나노입자 표면에 붙은 단백질들을 분리하였다. After the protein-bound nanoparticles were separated from the solution using a magnet, the separated nanoparticles were again dispersed in an aqueous imidazole solution (0.1 g / ml, 250 μl) and stirred for 30 minutes to remove the proteins attached to the nanoparticle surface. Separated.
다시, 자석을 이용하여 나노입자들을 분리-제거하여, 나노입자로부터 분리된 히스티딘이 표지된 Green Fluorescent Protein (GFP, 30 μg/ml, 250 μl)이 용액에 남았다. Again, the nanoparticles were separated and removed using a magnet, leaving histidine-labeled Green Fluorescent Protein (GFP, 30 μg / ml, 250 μl) separated from the nanoparticles.
상기 과정의 각 단계에서의 GFP 단백질의 형광 스펙트럼을 측정하여, 초기 용액에 존재하는 약 90 %의 히스티딘 표지된 GFP 단백질이 나노입자에 결합하고, 약 70 %의 히스티딘 표지된 GFP 단백질이 이미다졸 수용액 속으로 회수되는 것을 알 수 있었다.(도 4) By measuring the fluorescence spectrum of the GFP protein at each step of the process, about 90% of the histidine labeled GFP protein present in the initial solution binds to the nanoparticles, and about 70% of the histidine labeled GFP protein is an aqueous solution of imidazole. It can be seen that it is recovered into the stomach (FIG. 4).
[비교예 1][Comparative Example 1]
산화니켈로 피복된 니켈 나노입자와 히스티딘 표지되지 않은 단백질의 반응Reaction of Nickel Nanoparticles Coated with Nickel Oxide with Histidine Unlabeled Protein
히스티딘이 표지된 녹색 형광단백질을 사용하는 대신에 히스티딘이 표지되지 않고 적색 형광을 띠도록 표지된 면역글로불린 (normal mouse IgG, 30 μg/ml, 250 μl)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2과 같은 과정을 거쳐서 반응시켰다. Example 2 except for using immunoglobulins (normal mouse IgG, 30 μg / ml, 250 μl) labeled with histidine unlabeled and red fluorescent instead of using histidine-labeled green fluorescent protein The reaction was carried out in the same manner.
상기 과정의 각 단계에서의 적색 형광 스펙트럼을 측정하여, 초기 용액에 존재하는 약 10 %의 normal mouse IgG 단백질만이 나노입자에 결합하는 것을 알 수 있었다. (도 4)By measuring the red fluorescence spectrum at each step of the process, it can be seen that only about 10% of the normal mouse IgG protein present in the initial solution binds to the nanoparticles. (Figure 4)
[실시예 3]EXAMPLE 3
산화니켈로 피복된 니켈 나노입자를 이용한 히스티딘 표지된 단백질의 분리Isolation of Histidine Labeled Protein Using Nickel Oxide-coated Nickel Nanoparticles
히스티딘이 표지된 녹색 형광단백질의 용액을 사용하는 대신에 히스티딘이 표지되지 않고 적색 형광을 띠도록 표지된 면역글로불린 (30 μg/ml)과 히스티딘이 표지된 녹색 형광단백질 (30 μg/ml)의 혼합 용액 (250 μl)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 2과 동일한 과정을 거쳐서 반응시켰다. A mixture of histidine-labeled immunoglobulin (30 μg / ml) and histidine-labeled green fluorescent protein (30 μg / ml) instead of using a solution of histidine-labeled green fluorescent protein The reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that a solution (250 μl) was used.
상기 과정의 각 단계에서의 녹색 및 적색 형광 스펙트럼을 측정하여, 초기 용액에 존재하는 약 90 %의 히스티딘 표지된 GFP 단백질이 나노입자에 결합하고, 약 50 %의 히스티딘 표지된 GFP 단백질이 이미다졸 수용액 속으로 회수되는 반면에 초기 용액에 존재하는 약 18 %의 면역글로불린 (normal mouse IgG) 단백질만이 나노입자에 결합하는 것을 알 수 있었다. By measuring the green and red fluorescence spectra at each step of the process, about 90% of the histidine labeled GFP protein present in the initial solution binds to the nanoparticles, and about 50% of the histidine labeled GFP protein is an aqueous solution of imidazole. While recovered into the genus, only 18% of the immunoglobulin (normal mouse IgG) protein present in the initial solution was found to bind to the nanoparticles.
본 발명은 자성체 나노입자 표면에 존재하는 전이금속 또는 전이금속의 이온과 특정 아미노산 간의 선택적인 결합과 이러한 결합체가 자기장에 포집되는 특성을 이용하고 있으므로, 기존의 금속-이온 친화크로마토그래피를 이용하는 방법에 비해서, 보다 쉽고 빠르고 경제적인 방법으로 특정 단백질들을 분리할 수 있다. The present invention takes advantage of the selective binding between transition metals or ions of the transition metal or specific amino acids present on the surface of the magnetic nanoparticles and the nature of the binding of the conjugates in the magnetic field. In comparison, specific proteins can be isolated in an easier, faster and more economical way.
종래의 금속 이온 친화 크로마토그래피에서는 충전물질에 연결된 금속 이온이 작용하지만, 본 발명의 단백질 결합제는, 자성체 나노입자 표면의 산화, 황화, 인화 반응 등에 의해 형성되는 이온이 특정 아미노산과의 친화력을 나타내는 점을 이용하기 때문에, 제조 공정이 매우 간단하고 경제적이라는 기술적 효과가 있을 뿐만 아니라, 단백질의 분리 회수가 금속 이온이 연결된 충전물질을 이용하는 경우보다 보다 신속하게 이루어지기 때문에 다음 공정으로 신속하게 계속되어야 하는 상업적인 대용량의 단백질 분리 정제 공정에 적용될 수 있다.In conventional metal ion affinity chromatography, metal ions connected to the filler material act, but the protein binder of the present invention shows that ions formed by oxidation, sulfidation, ignition reaction, etc. on the surface of magnetic nanoparticles show affinity with specific amino acids. In addition to the technical effect that the manufacturing process is very simple and economical, as well as the separation and recovery of the protein is faster than using a metal ion-filled filler, the commercial process must be continued quickly to the next process. It can be applied to large-scale protein separation purification process.
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US6162926A (en) * | 1995-07-31 | 2000-12-19 | Sphere Biosystems, Inc. | Multi-substituted fullerenes and methods for their preparation and characterization |
WO1999054784A1 (en) * | 1998-04-21 | 1999-10-28 | University Of Connecticut | Free-form nanofabrication using multi-photon excitation |
DE10013670A1 (en) * | 2000-03-20 | 2001-09-27 | Inst Neue Mat Gemein Gmbh | Process for separating at least one component from liquid or gaseous media comprises contacting the medium with a nano composite so that the components to be separated are partially bound with the nano composite |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101313180B1 (en) * | 2008-09-12 | 2013-09-30 | (주)바이오니아 | Magnetic nanoparticles for transferring nucleic acids into cells and method for preparing the same |
KR101135054B1 (en) * | 2008-12-17 | 2012-04-13 | 고려대학교 산학협력단 | A nanoparticle for separating protein, method for preparing the same, and method for separating and purifying protein using the same |
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