KR20110099591A - Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes for detecting intracellular target molecules - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포내 타겟 분자 이미징을 위해 사용할 수 있는 자성 형광 나노입자 이미징 프로브, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 타겟 분자 탐지용 조성물 및 이를 이용한 생체 또는 시료의 영상 수득 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 자성 형광 나노입자 이미징 프로브는 세포 내 타겟 분자의 존재에 따라 형광 신호의 온-오프가 조절되는 방식을 취하고 있어, 특이적인 타겟 바이오마커의 동정 또는 세포 내 유전자의 평가, 세포발달 및 질환진단/치료평가를 위해 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 자성 나노입자를 기반으로 한 본 발명에 따른 자성 형광 나노입자 이미징프로브는 인 비트로 및 인 비보에서의 타겟 분자의 탐지에 따른 광학적 이미지뿐만 아니라 자기공명영상을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 이용하면, 살아있는 대상체에서의 비침범적이고 반복적인 분석이 가능해진다.The present invention provides a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe that can be used for intracellular target molecule imaging, a method for preparing the same, a composition for detecting the target molecule including the same, and a method for obtaining an image of a living body or a sample using the same. The magnetic fluorescence nanoparticle imaging probe according to the present invention has a mode in which on-off of the fluorescence signal is regulated in accordance with the presence of the target molecule in the cell. It can be usefully used for disease diagnosis / treatment evaluation. In particular, the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe according to the present invention based on magnetic nanoparticles can provide magnetic resonance images as well as optical images according to detection of target molecules in vitro and in vivo. In addition, the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe according to the present invention enables non-invasive and repeated analysis in a living subject.

Description

세포내 타겟 분자의 탐지를 위한 자성 형광 나노입자 이미징 프로브{Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes for detecting intracellular target molecules}Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes for detecting intracellular target molecules

본 발명은 세포내 타겟 분자 이미징을 위해 사용할 수 있는 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 관한 것이다.The present invention relates to magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes that can be used for intracellular target molecule imaging.

22 개의 뉴클레오티드로 구성된 비코딩 소 RNA 분자인 MicroRNAs (miRNAs, miRs)는 세포의 증식 및 분화를 포함한 다양한 생물학적 과정에 연관되어 있다. 신경 발달과 관련된 다양한 miRNA가 마이크로어레이 및 노던 블롯 분석을 이용함으로써 동정된 바 있다[L. Smirnova, et al., Eur. J. Neurosci. 2005, 21, 1469.; A. M. Krichevsky, et al., Stem Cells 2006, 24, 85.]. 최근, 본 발명자들은 광학적 유전자 이미징 시스템을 이용하여 신경- 및 암-특이적 miRNA 생성(biogenesis)의 인 비보 이미징을 최초로 보고한 바 있다[H. J. Kim, et al., J. Nucl. Med. 2008, 49, 1686.; H. J. Kim, et al., Mol. Imaging Biol. 2008, 11, 71.; J. Y. Lee, et al., J. Nucl. Med. 2008, 49, 285.; M. H. Ko, et al., FEBS J. 2008, 275, 2605.]. 살아있는 세포 내에서 내재적인 miRNA 발현 패턴을 모니터링하기 위해, 생물발광 리포터 유전자의 30개의 UTR(untranslated region)에 위치한 성숙한 miRNA의 완전하게 상보적인 서열이 개별적인 miRNA를 추적하여 성숙 miRNA의 발현 패턴을 조사하기 위해 널리 사용되어 왔다[H. J. Kim, et al., J. Nucl. Med. 2008, 49, 1686.; X. Cao, et al., Genes Dev. 2007, 21, 531.; A. J. Giraldez, et al., Science 2005, 308, 833.]. 그러나, 그러한 리포터에 기반한 miRNA 탐지는 miRNA가 타겟 mRNA에 결합하고 불안정화시킬 때, 시그널-오프 시스템을 나타낸다. 이 경우, 관찰된 시그널-오프 데이터가 인 비보에서의 miRNA 발현 또는 세포 사멸을 의미하는 것인지 결정하기가 어렵다. 그러므로, miRNA와 같은 세포내 타겟 분자의 탐지를 위한 시그널-온 시스템을 개발할 필요가 있다. MicroRNAs (miRNAs, miRs), a non-coding small RNA molecule consisting of 22 nucleotides, are involved in various biological processes, including cell proliferation and differentiation. Various miRNAs related to neural development have been identified using microarray and northern blot analysis [L. Smirnova, et al., Eur. J. Neurosci. 2005, 21, 1469; A. M. Krichevsky, et al., Stem Cells 2006, 24, 85.]. Recently, we have reported for the first time in vivo imaging of neuro- and cancer-specific miRNA production using an optical gene imaging system [H. J. Kim, et al., J. Nucl. Med. 2008, 49, 1686 .; H. J. Kim, et al., Mol. Imaging Biol. 2008, 11, 71; J. Y. Lee, et al., J. Nucl. Med. 2008, 49, 285 .; M. H. Ko, et al., FEBS J. 2008, 275, 2605.]. To monitor the intrinsic miRNA expression patterns in living cells, fully complementary sequences of mature miRNAs located in 30 untranslated regions (UTRs) of the bioluminescent reporter genes track individual miRNAs to investigate expression patterns of mature miRNAs. It has been widely used for the purpose [H. J. Kim, et al., J. Nucl. Med. 2008, 49, 1686 .; X. Cao, et al., Genes Dev. 2007, 21, 531; A. J. Giraldez, et al., Science 2005, 308, 833.]. However, miRNA detection based on such reporters represents a signal-off system when the miRNA binds to and destabilizes the target mRNA. In this case, it is difficult to determine whether the observed signal-off data means miRNA expression or cell death in vivo. Therefore, there is a need to develop a signal-on system for detection of intracellular target molecules such as miRNAs.

세포막 단백질 또는 수용체를 타겟팅하는 형광 표지된 리간드의 이미징 시그널은 세포의 외부의 경계에서의 리간드와 그들의 타겟과의 결합 친화성에 오로지 의존적이다. 그러나, 세포내 타겟에 대해 사용되는 형광 프로브의 시그널은 그들의 타겟에 대한 상호작용이 있던 없던 간에 세포내의 프로브의 존재 때문에 매우 막연하다. 세포내 타겟을 이미징하는 이러한 문제점을 극복하기 위해, 무형광 염료인 블랙 홀-퀀칭(black hole-quenching (BHQ)) 분자 또는 4-(디메틸아미노아조)벤젠 -4-카복실산(DABCYL)을 포함하는 앱타머를 포함하여, 최근 개발된 이미징 프로브인 단일쇄 또는 이중쇄 DNA를 갖는 분자 비콘(molecular beacon)은 형광 나노입자 다음에 컨쥬게이트되도록 디자인되어 있다. 이는 타겟의 부재시 형광 공명 에너지 전이(fluorescence resonance energy transfer, FRET)에 의해 형광물질의 형광을 소거하기 위해 사용되며, 서열-특이적 결합된 타겟의 존재시 퀀처로부터의 분리에 의해 형광신호가 회복된다 [Y. Li, et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 373, 457.; W. Tan, et al., Curr. Opin. Chem. Biol. 2004, 8, 547.; X. Mao, et al., Chem. Commun. 2009, 3065.] 분자 비콘에 기초한 개발된 퀀처-기반의 분자-타겟팅 시스템은 세포내 타겟 단백질의 탐지 및 살아 있는 세포 내 mRNA의 분포에 대한 향상된 이해를 위한 좋은 방법을 제공해 준다[N. Nitin, et al., Nucleic Acids Res.2004, 32, e58.1.; M. M. Mhlanga, et al., Nucleic Acids Res. 2005, 33, 1902.]. Peng 등은 mRNA 수준에서 다양한 암-연관 유전자를 타겟팅함에 의한 분자 비콘 프로브를 이용한 세포내 분자 이미징에 대해 보고하였다[X. H. Peng, et al., Cancer Res. 2005, 65, 1909.]. Imaging signals of fluorescently labeled ligands targeting cell membrane proteins or receptors are only dependent on the binding affinity of ligands at their outer boundaries and their targets. However, the signals of fluorescent probes used for intracellular targets are very vague due to the presence of probes in the cells, with or without interaction to their targets. To overcome this problem of imaging intracellular targets, an app comprising a black hole-quenching (BHQ) molecule or 4- (dimethylaminoazo) benzene-4-carboxylic acid (DABCYL), a non-fluorescent dye Molecular beacons with single- or double-stranded DNA, including recently developed imaging probes, are designed to be conjugated after fluorescent nanoparticles. It is used to fluoresce the fluorescence by fluorescence resonance energy transfer (FRET) in the absence of the target, and the fluorescence signal is recovered by separation from the quencher in the presence of the sequence-specific bound target. [Y. Li, et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, 373, 457 .; W. Tan, et al., Curr. Opin. Chem. Biol. 2004, 8, 547; X. Mao, et al., Chem. Commun. 2009, 3065.] The developed quencher-based molecular-targeting system based on molecular beacons provides a good method for the detection of intracellular target proteins and an improved understanding of the distribution of live intracellular mRNAs [N. Nitin, et al., Nucleic Acids Res. 2004, 32, e58.1 .; M. M. Mhlanga, et al., Nucleic Acids Res. 2005, 33, 1902.]. Peng et al report on intracellular molecular imaging with molecular beacon probes by targeting various cancer-associated genes at the mRNA level [X. H. Peng, et al., Cancer Res. 2005, 65, 1909.].

나노기술에서의 최근 진보는 생물의약 및 나노이미징 분자에서의 치료 및 진단 과정 양자와 관련하여, 폭넓은 적용을 가능하도록 이끌어 주었다[Y. Liu, et al., Int. J. Cancer 2007, 120, 2527.; S. P. Leary, C. Y. Liu, M. L. Yu, C. Apuzzo, Neurosurgery 2006, 58, 1009.; P. Sharma, et al., Adv. Colloid Interface Sci. 2006, 16, 123.]. 광학 및 방사성핵종 프로브를 구비한 많은 멀티모달 분자 이미징 프로브(multimodal molecular imaging probes)가 살아있는 대상체에서의 비침범적인 바이오이미징을 위한 강력한 도구로서 출현되고 있다[W. Cai, X. Chen, Small 2007, 3, 1840.]. 양자점 및 자성 나노입자와 같은 나노크기의 물질들은 암-특이적 펩타이드를 이용하여 인 비보에서 암의 확산 범위를 탐지하기 위한 유용한 이미징 정보를 제공한다[W. Cai, et al., Nano Lett. 2006, 6, 669.; P. C. Wu, et al., Bioconjugate Chem. 2008, 19, 1972.]. 최근, 로다민-코팅된 코발트 페라이트 자성 형광(MF) 입자가 멀티모달 이미지 획득을 위해 사용된 바 있는데; 이 기술은 바이오이미징프로브로서 세포의 인 비트로 추적뿐만 아니라 인 비보 추적을 위해서도 매우 적합하다[T. J. Yoon, et al., Small 2006, 2, 209.], 이 듀얼 MF 이미징 프로브는 중심 코어 내의 코발트 페라이트와 실리카 쉘로 코팅된 형광 염료로 구성되어 있는데, 이는 케이징 효과(caging effect)에 의한 개선된 형광성, 광표백(photobleaching)에 대한 광안정성 및 낮은 독성에 기인한 개선된 생체적합성 특성들을 갖도록 한다[T. J. Yoon, et al., Small 2006, 2, 209.; J. S. Kim, et al., Toxicol. Sci. 2006, 89, 338.].Recent advances in nanotechnology have led to wide applications for both therapeutic and diagnostic processes in biopharmaceutical and nanoimaging molecules [Y. Liu, et al., Int. J. Cancer 2007, 120, 2527 .; S. P. Leary, C. Y. Liu, M. L. Yu, C. Apuzzo, Neurosurgery 2006, 58, 1009 .; P. Sharma, et al., Adv. Colloid Interface Sci. 2006, 16, 123.]. Many multimodal molecular imaging probes with optical and radionuclide probes have emerged as powerful tools for non-invasive bioimaging in living subjects [W. Cai, X. Chen, Small 2007, 3, 1840.]. Nanoscale materials such as quantum dots and magnetic nanoparticles provide useful imaging information for detecting the spread of cancer in vivo using cancer-specific peptides [W. Cai, et al., Nano Lett. 2006, 6, 669 .; P. C. Wu, et al., Bioconjugate Chem. 2008, 19, 1972.]. Recently, rhodamine-coated cobalt ferrite magnetic fluorescence (MF) particles have been used for multimodal image acquisition; This technique is well suited for in vivo tracking as well as in vitro tracking of cells as a bioimaging probe [T. J. Yoon, et al., Small 2006, 2, 209.], this dual MF imaging probe consists of a fluorescent dye coated with a silica shell and cobalt ferrite in the central core, which is caused by the casing effect. Have improved biocompatibility properties due to improved fluorescence, photostability to photobleaching and low toxicity [T. J. Yoon, et al., Small 2006, 2, 209 .; J. S. Kim, et al., Toxicol. Sci. 2006, 89, 338.].

본 발명은 타겟 분자의 탐지를 위해 유용하게 사용될 수 있는, 새로운 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide new magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes that can be usefully used for detection of target molecules.

본 발명은 형광물질(fluorophore) 및 생체적합성 물질을 포함하는 코팅층을 갖는 자성 나노입자; 및 상기 코팅층에 결합되어 있고 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하는 핵산 프로브 및 상기 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하고 형광제어물질(quencher)이 결합되어 있는 올리고머가 혼성화되어 있는 분자 비콘을 포함하는 타겟 분자의 탐지를 위한 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 제공한다.The present invention provides a magnetic nanoparticle having a coating layer comprising a fluorophore and a biocompatible material; And a molecular beacon coupled to the coating layer and including a nucleic acid probe comprising a region capable of hybridizing with a target molecule and a region capable of hybridizing with the nucleic acid probe and having an oligomer to which a fluorescent control material is bound. It provides a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe for the detection of a target molecule comprising a.

본 발명에서 있어서, 상기 핵산 프로브에 포함되어 있는 “타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역”타겟 분자의 일부분과 상보적인 서열을 가져 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 서열을 의미한다. 예를 들어, 상기 “타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역”은 타겟 분자의 일부분과 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상 상보적인 서열을 갖는 것일 수 있다. 만일 타겟 분자가 단백질인 경우, 상기 “타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역”은 핵산 프로브로서 작용하는 앱타머에 있어서 타겟 분자인 단백질과 혼성화될 수 있는 영역을 의미한다. 상기 "타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역"은 타겟 분자에 따라 적절히 그 길이를 조절할 수 있으며, 특정 길이로 한정될 필요가 없다. 예를 들어, 타겟 분자가 miRNA인 경우 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역은 22개 내외의 뉴클레오타이드로 구성될 수 있으나, 타겟 분자가 mRNA나 단백질인 경우 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역은 그보다 짧거나 더 길 수 있다.In the present invention, it refers to a sequence capable of hybridizing with a target molecule by having a sequence complementary to a portion of the “region capable of hybridizing with a target molecule” contained in the nucleic acid probe. For example, the “region that can hybridize with a target molecule” may be one having a sequence that is at least 90%, preferably at least 95%, complementary to a portion of the target molecule. If the target molecule is a protein, the “region that can hybridize with the target molecule” means a region that can hybridize with a protein that is a target molecule in an aptamer serving as a nucleic acid probe. The "region that can hybridize with the target molecule" may be appropriately adjusted depending on the target molecule, and need not be limited to a specific length. For example, if the target molecule is miRNA, the region that can hybridize with the target molecule may be composed of about 22 nucleotides, but if the target molecule is mRNA or protein, the region that can hybridize with the target molecule may be shorter or It can be longer.

상기 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하고 형광제어물질이 결합되어 있는 올리고머에 있어서, 형광제어물질은 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역의 일 말단에 결합되어 있되, 핵산 프로브가 자성 형광 나노입자의 코팅층에 결합되는 일 말단쪽에 형광제어물질이 근접하게 위치할 수 있도록 디자인된다.In an oligomer comprising a region capable of hybridizing with the nucleic acid probe and having a fluorescent control material bound thereto, the fluorescent control material is bound to one end of the region capable of hybridizing with the nucleic acid probe, wherein the nucleic acid probe is a magnetic fluorescent nanoparticle. It is designed so that the fluorescent control material can be located in close proximity to one end that is bonded to the coating layer.

한편, 본 발명의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브는 상기 핵산 프로브와 타겟 분자와의 혼성화가 상기 핵산 프로브와 형광제어물질이 결합되어 있는 올리고머와의 혼성화에 비해 보다 잘 이루어지도록 설계할 수 있다. 핵산 프로브와 타겟 분자와의 혼성화가 잘 이루어져야만 형광제어물질이 결합되어 있는 올리고머가 떨어져 나가게 될 수 있기 때문이다.On the other hand, the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe of the present invention can be designed such that hybridization of the nucleic acid probe and the target molecule is better than hybridization of the oligomer to which the nucleic acid probe and the fluorescent control material are bound. This is because the oligomer to which the fluorescent control material is bound can be separated from the nucleic acid probe with the target molecule.

이를 위해, 한 구체예에서는, 타겟 분자가 상기 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역이, 타겟 분자가 형광제어물질이 결합되어 있는 올리고머와 혼성화될 수 있는 영역에 비해 크게 설계하여, 타겟 분자의 존재시 상기 핵산 프로브와 혼성화되어 있던 올리고머가 쉽게 떨어져 나갈 수 있도록 한다. 또한, 타겟 분자가 존재하지 않을 때 핵산 프로브와 혼성화되어 있던 올리고머가 떨어져 나가는 것을 방지하기 위해 핵산 프로브와 올리고머 간의 혼성화는 적어도 40℃에서는 안정하도록 설계할 수 있다. To this end, in one embodiment, the region where the target molecule can hybridize with the nucleic acid probe is designed to be larger than the region where the target molecule can hybridize with the oligomer to which the fluorescent control material is bound, so that in the presence of the target molecule, The oligomers that have been hybridized with the nucleic acid probe can be easily separated. In addition, hybridization between the nucleic acid probe and the oligomer may be designed to be stable at least at 40 ° C. in order to prevent the oligomer that has been hybridized with the nucleic acid probe from falling off when the target molecule is not present.

한 구체예에서, 상기 핵산 프로브의 일 말단에 링커가 추가로 포함되어 있는 자성 형광 나노입자 이미징 프로브가 제공된다. 상기 링커는 핵산 프로브가 자성 형광나노입자의 코팅층에 결합될 수 있는 기능기를 도입하기 용이하도록 하기 위해 사용될 수 있다. 한 구체예에서, 상기 링커는 4 내지 10개의 짧은 핵산 서열을 갖는 뉴클레오타이드일 수 있다. 이 경우, 상기 올리고머는 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역 외에도 링커와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하도록 변형될 수 있다.In one embodiment, there is provided a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe further comprises a linker at one end of the nucleic acid probe. The linker may be used to facilitate the introduction of a functional group capable of binding the nucleic acid probe to the coating layer of the magnetic fluorescent nanoparticles. In one embodiment, the linker may be a nucleotide having 4 to 10 short nucleic acid sequences. In this case, the oligomer may be modified to include a region capable of hybridizing with the linker in addition to the region capable of hybridizing with the nucleic acid probe.

본 발명의 일 실시예에서는, 형광-나노입자-기반의 분자 비콘을 합성하기 위해, 한쪽 말단에 자성 나노입자 코팅층에 결합될 수 있는 기능기를 갖는, 부분적으로 이중 가닥인 올리고뉴클레오티드를 디자인하였다. 도 1을 참고하면, 이 분자 비콘(30)은 자성 형광나노입자의 코팅층에 결합될 수 있는 기능기(도면에 미도시, 링커(42)의 앞부분에 존재함)를 포함하는 링커(42) 및 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역(44)을 포함하는 핵산 프로브(40), 및 상기 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역(54)을 포함하고 형광제어물질(52)이 결합되어 있는 올리고머(50)를 포함한다. 하기 실시예에서는 자성 형광나노입자의 코팅층에 결합될 수 있는 기능기(도면에 미도시, 링커(42)의 앞부분에 존재함)를 용이하게 도입할 수 있도록 링커(42)를 이용하였다. 이러한 분자 비콘은 코팅층 상에 존재하는 기능기와 핵산 프로브 상에 존재하는 기능기가 형성하는 결합을 통해 자성 형광 나노입자에 컨쥬게이트된다. 이렇게 되면, 형광제어물질이 자성 형광 나노입자에 근접하게 위치하게 되므로 자성 형광 나노입자가 나타내는 형광이 퀀칭되게 된다.In one embodiment of the present invention, in order to synthesize fluorescent-nanoparticle-based molecular beacons, a partially double stranded oligonucleotide with a functional group capable of binding to a magnetic nanoparticle coating layer at one end was designed. Referring to FIG. 1, the molecular beacon 30 includes a linker 42 including a functional group (not shown in the drawing, located in front of the linker 42) that can be bonded to a coating layer of magnetic fluorescent nanoparticles. An oligomer 50 comprising a nucleic acid probe 40 comprising a region 44 capable of hybridizing with a target molecule, and a region 54 capable of hybridizing with the nucleic acid probe and having a fluorescent control material 52 bound thereto It includes. In the following example, a linker 42 was used to easily introduce a functional group (not shown in the drawing, present in the front of the linker 42) that can be bonded to the coating layer of the magnetic fluorescent nanoparticles. Such molecular beacons are conjugated to the magnetic fluorescent nanoparticles through a bond formed by a functional group present on the coating layer and a functional group present on the nucleic acid probe. In this case, since the fluorescent control material is located close to the magnetic fluorescent nanoparticles, the fluorescence represented by the magnetic fluorescent nanoparticles is quenched.

즉, 형광제어물질이 결합되어 있는 올리고머가 타겟 분자의 부재시에는 자성 형광 나노입자에 결합되어 있는 핵산 프로브와 혼성화되어 있으므로 형광제어물질에 의해 형광이 나타나지 않게 된다. 반면, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 타겟 분자(60)가 존재할 경우 상기 분자 비콘(30)의 핵산 프로브(40)는 형광제어물질(52)이 결합되어 있는 올리고머(50) 대신 타겟 분자(60)와 혼성화되므로 자성 형광 나노입자의 형광을 퀀칭하던 형광제어물질(52)이 결합되어 있는 올리고머(50)가 떨어져 나가 다시 형광을 발하게 된다.That is, since the oligomer to which the fluorescent control material is bound is hybridized with the nucleic acid probe bound to the magnetic fluorescent nanoparticles in the absence of the target molecule, fluorescence does not appear by the fluorescent control material. On the other hand, as shown in Figure 2, when the target molecule 60, the nucleic acid probe 40 of the molecular beacon 30 is instead of the oligomer 50 to which the fluorescent control material 52 is bound to the target molecule ( 60), the oligomer 50 to which the fluorescent control material 52, which was quenched fluorescence of the magnetic fluorescent nanoparticles, is separated, thereby fluorescing again.

요약하면, 본 발명에 따른 자성 형광 나노입자 이미징 프로브는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 타겟 분자가 존재하지 않을 때에는 시그널-오프 되어 있다가, 타겟 분자가 본 발명의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브와 결합하게 되면 시그널-온 되는 분자 탐지 시스템을 제공한다.In summary, the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe according to the present invention is signal-off when the target molecule is not present, as shown in FIG. 3, and the target molecule is separated from the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe of the present invention. The combination provides a molecular detection system that is signaled on.

따라서 이러한 본 발명의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 이용하면 탐지하고자 하는 타겟 분자의 존재 여부를 형광 신호의 on-off를 통해 확인하고, 이를 형광 이미지를 나타냄과 동시에 MR 이미지로도 나타낼 수 있게 된다.Therefore, using the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe of the present invention, it is possible to confirm the presence or absence of a target molecule to be detected through on-off of a fluorescence signal, and to display it as an MR image at the same time as displaying a fluorescent image.

비록, 하기 실시예에서는 자성 형광나노입자의 코팅층에 결합될 수 있는 기능기(도면에 미도시, 링커(42)의 앞부분에 존재함)를 용이하게 도입할 수 있도록 링커(42)를 이용하였지만, 본 발명의 분자 비콘의 구성에 있어서 링커(42)가 반드시 필요한 것은 아니다. 링커(42)가 존재하지 않다고 하더라도 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역(44)의 일말단에 코팅층과 결합할 수 있는 기능기를 갖도록 개질하는 것이 가능하다.Although, in the following embodiment, the linker 42 was used to easily introduce a functional group (not shown in the figure, present in the front of the linker 42) that can be bonded to the coating layer of the magnetic fluorescent nanoparticles. The linker 42 is not necessarily required in the configuration of the molecular beacon of the present invention. Even if the linker 42 is not present, it is possible to modify it to have a functional group capable of bonding with the coating layer at one end of the region 44 that can hybridize with the target molecule.

본 발명에 있어서, 자성 나노입자(nanoparticles)는 자성을 가지고, 직경이 1nm 내지 1000nm, 바람직하게는 2nm 내지 100nm인 입자라면 제한 없이 사용될 수 있다. 한편, 자성 나노입자에 생체적합성 코팅층이 존재하는 점, 그리고 생체 면역 시스템을 고려하면 상기 자성 형광 나노입자 이미징 프로브의 직경은 10nm 내지 200nm일 수 있다.In the present invention, the magnetic nanoparticles (magnetic nanoparticles) are magnetic and can be used without limitation as long as the particle diameter is 1nm to 1000nm, preferably 2nm to 100nm. Meanwhile, in consideration of the presence of a biocompatible coating layer on the magnetic nanoparticles and the biological immune system, the diameter of the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe may be 10 nm to 200 nm.

한 구체예에서, 자성 나노입자는 금속 물질(metal material), 자성 물질(magnetic material), 또는 자성 합금(magnetic alloy)일 수 있다.In one embodiment, the magnetic nanoparticles may be a metal material, a magnetic material, or a magnetic alloy.

상기 금속 물질은 특별히 제한되지는 않으나 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.The metal material is not particularly limited but may be one or more selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Cu, and Au.

상기 자성 물질 역시 특별히 제한되지는 않으나, Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, 및 MpOq (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, 또는 Cr을 나타내고, p 및 q는 각각 식 "0 < P = 3" 및 "0 < q = 5" 를 만족한다.)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.The magnetic material is also not particularly limited, but Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' 2 O 4 , And M p O q (M and M 'each independently represent Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, or Cr, and p and q satisfy the expressions "0 <P = 3" and "0 <q = 5", respectively). It may be one or more selected from the group consisting of.

또한 상기 자성 합금 역시 특별히 제한되지는 않으나, CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.In addition, the magnetic alloy is not particularly limited, but may be at least one selected from the group consisting of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe, and NiFeCo.

또한, 본 발명의 자성 형광 나노입자에 포함되는 상기 형광 물질은 생체 이미징에 사용할 수 있는 형광 물질이면 어떠한 것이든 가능하다. 한 구체예에서, 상기 형광물질은 이에 제한되는 것은 아니나, 로다민과 그의 유도체, 플루오레신과 그의 유도체, 쿠마린과 그의 유도체, 아크리딘과 그의 유도체, 피렌과 그의 유도체, 에리트로신과 그의 유도체, 에오신과 그의 유도체, 및 4-아세트아미도-4'-이소티오시아나토스틸벤-2,2'디설폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 형광 물질을 보다 구체적으로 예시하면 다음과 같다:In addition, the fluorescent material included in the magnetic fluorescent nanoparticles of the present invention may be any fluorescent material that can be used for biological imaging. In one embodiment, the fluorescent material is, but is not limited to, rhodamine and its derivatives, fluorescein and its derivatives, coumarin and its derivatives, acridine and its derivatives, pyrene and its derivatives, erythrocin and its derivatives, eosin And derivatives thereof, and 4-acetamido-4'-isothiocyanatostilbene-2,2'disulfonic acid. More specifically illustrating the fluorescent material is as follows:

로다민 및 그의 유도체 : 6-카복시-X-로다민 (ROX), 6-카복시로다민 (R6G), 리사민 로다민 B 설포닐 클로라이드, 로다민 (Rhod), 로다민 B, 로다민 123, 로다민 X 이소티오시아네이트, 설포로다민 B, 설포로다민 101, 설포로다민 101의 설포닐 클로라이드 유도체(Texas Red), N,N,N',N'-테트라메틸-6-카복시로다민 (TAMRA), 테트라메틸 로다민, 테트라메틸 로다민 이소티오시아네이트 (TRITC), 리보플라빈, 로졸산, 터븀 킬레이트 유도체, Alexa 유도체, Alexa-350, Alexa-488, Alexa-547, Alexa-647; Rhodamine and its derivatives : 6-carboxy-X-rhodamine (ROX), 6-carboxyrodamine (R6G), lysamine rhodamine B sulfonyl chloride, rhodamine (Rhod), rhodamine B, rhodamine 123, Rhodamine X isothiocyanate, sulforhodamine B, sulforhodamine 101, sulfonyl chloride derivatives of sulforhodamine 101 (Texas Red), N, N, N ', N'-tetramethyl-6-carboxyrodamine (TAMRA), tetramethyl rhodamine, tetramethyl rhodamine isothiocyanate (TRITC), riboflavin, rosolic acid, terbium chelate derivatives, Alexa derivatives, Alexa-350, Alexa-488, Alexa-547, Alexa-647;

플루오레세인 및 그의 유도체 : 5-카복시플루오레세인 (FAM), 5-(4,6-디클로로트리아진-2-일)아미노플루오레세인 (DTAF), 2'7'-디메톡시-4'5'-디클로로-6-카복시플루오레세인 (JOE), 플루오레세인, 플루오레세인 이소티오시아네이트, QFITC (XRITC), 플루오레스카민(fluorescamine), IR144, IR1446, 말라카이트 그린 이소티오시아네이트, 4-메틸움벨리페론, 오르토 크레졸 프탈레인, 니트로티로신, 파라로자닐린, 페놀 레드, B-피코에리트린, o-프탈디알데히드; Fluorescein and its derivatives : 5-carboxyfluorescein (FAM), 5- (4,6-dichlorotriazin-2-yl) aminofluorescein (DTAF), 2'7'-dimethoxy-4 '5'-dichloro-6-carboxyfluorescein (JOE), fluorescein, fluorescein isothiocyanate, QFITC (XRITC), fluorescamine, IR144, IR1446, malachite green isothiocyanate, 4-methylumbeliferon, orthocresol phthalein, nitrotyrosine, pararoaniline, phenol red, B-phycoerythrin, o-phthaldialdehyde;

쿠마린 및 그의 유도체 : 쿠마린, 7-아미노-4-메틸쿠마린 (AMC, 쿠마린 120), 7-아미노-4-트리플루오로메틸쿠마린 (쿠마린 151), 시아노신, 4'-6-디아미니디노-2-페닐인돌 (DAPI), 5',5''-디브로모피로갈롤-설폰프탈레인 (Bromopyrogallol Red), 7-디에틸아미노-3-(4'-이소티오시아나토페닐)-4-메틸쿠마린 디에틸렌트리아민 펜타아세테이트, 4-(4'-디이소티오시아나토디하이드로-스틸벤-2,2'-디설폰산, 4,4'-디이소티오시아나토스틸벤-2,2'-디설폰산, 5-[디메틸아미노]나프탈렌-1-설포닐 클로라이드 (DNS, dansyl chloride), 4-(4'-디메틸아미노페닐아조)벤조산(DABCYL) 4-디메틸아미노페닐아조페닐-4'-이소티오시아네이트 (DABITC); Coumarin and its derivatives : coumarin, 7-amino-4-methylcoumarin (AMC, coumarin 120), 7-amino-4-trifluoromethylcoumarin (coumarin 151), cyanosine, 4'-6-diaminidino- 2-phenylindole (DAPI), 5 ', 5''-dibromopyrogallol-sulfonphthalein (Bromopyrogallol Red), 7-diethylamino-3- (4'-isothiocyanatophenyl) -4- Methylcoumarin diethylenetriamine pentaacetate, 4- (4'-diisothiocyanatodihydro-stilben-2,2'-disulfonic acid, 4,4'-diisothiocyanatostilben-2,2 '-Disulfonic acid, 5- [dimethylamino] naphthalene-1-sulfonyl chloride (DNS, dansyl chloride), 4- (4'-dimethylaminophenylazo) benzoic acid (DABCYL) 4-dimethylaminophenylazophenyl-4' Isothiocyanate (DABITC);

아크리딘 및 그의 유도체 : 아크리딘, 아크리딘 이소티오시아네이트, 5-(2'-아미노에틸)아미노나프탈렌-1-설폰산 (EDANS), 4-아미노-N-[3-비닐설포닐)페닐]나프탈이미드-3,5디설포네이트(LuciferYellow VS), N-(4-아닐리노-1-나프틸)말레이미드, 안트라닐아미드, Brilliant Yellow; Acridine and its derivatives : acridine, acridine isothiocyanate, 5- (2'-aminoethyl) aminonaphthalene-1-sulfonic acid (EDANS), 4-amino-N- [3-vinylsulfur Ponyl) phenyl] naphthalimide-3,5 disulfonate (LuciferYellow VS), N- (4-anilino-1-naphthyl) maleimide, anthranilamide, Brilliant Yellow;

피렌 및 그의 유도체 : 피렌, 피렌 부티레이트, 숙신이미딜 1-피렌 부티레이트, Reactive Red 4 (Cibacron® Brilliant Red 3B-A); Pyrene and its derivatives : pyrene, pyrene butyrate, succinimidyl 1-pyrene butyrate, Reactive Red 4 (Cibacron ® Brilliant Red 3B-A);

에리트로신 및 그의 유도체 : 에리트로신 B, 에리트로신 이소티오시아네이트, 에티듐; Erythrosine and its derivatives : erythrosin B, erythrosin isothiocyanate, ethidium;

에오신 및 그의 유도체 : 에오신, 에오신 이소티오시아네이트; Eosin and its derivatives : eosin, eosin isothiocyanate;

4-4- 아세트아미도Acetamido -4'--4'- 이소티오시아나토스틸벤Isothiocyanatostilbene -2,2'-2,2 ' 디설폰산Disulfonic acid ..

한편, 형광물질(fluorophore) 및 생체적합성 물질을 포함하는 코팅층에 사용되는 생체적합성 물질은 생체적합성 물질로서 당업계에 공지된 것이면 어떠한 것이든 사용할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 생체적합성 물질은 실리카, 폴리머, 지질 및 덱스트란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다. 상기 생체적합성 물질들은 보다 나은 생체적합성을 제공하기 위해 개질될 수 있다. 예를 들어, 실리카에 폴리머를 도입하여 사용하거나, 폴리머에 지질을 결합하여 사용하는 것이 가능하다. 생체적합성 폴리머의 구체적인 예로는, 키토산, 엘라스틴, 히알루론산, 알지네이트, 젤라틴, 콜라겐, 셀룰로오스 등의 바이오폴리머나, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리글리콜산(PGA), 폴리[(락틱-co-(글리콜산)) (PLGA), 폴리[(3-하이드록시부티레이트)-co-(3-하이드록시발러레이트) (PHBV), 폴리다이옥산온 (PDO), 폴리[(L-락타이드)-co-(카프로락톤)], 폴리(에스테르우레탄) (PEUU), 폴리[(L-락타이드)-co-(D-락타이드)], 폴리[에틸렌-co-(비닐 알코올)] (PVOH), 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리스티렌(PS), 폴리아닐린 (PAN) 등과 같은 화학적 폴리머를 사용할 수 있다. 한 구체예에서, 상기 생체적합성 물질은 실리카일 수 있다. 다른 구체예에서, 생체적합성 물질은 폴리에틸렌글리콜과 같은 폴리머일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 상기 생체적합성 코팅층은 예를 들어, 알킬 트라이메틸암모늄 할라이드(alkyl trimethylammonium halide)를 포함하는 양이온 계면활성제; 올레산 (oleic acid), 라우르산(lauric acid), 또는 도데실산(dodecylic acid)과 같은 포화 또는 불포화 지방산, 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide: TOPO), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine: TOP), 또는 트리부틸포스핀(tributylphosphine)과 같은 트리알킬포스핀 또는 트리알킬포스핀옥사이드, 올레익아민(oleic amine), 트리옥틸아민(trioctylamine), 또는 옥틸아민(octylamine)과 같은 알킬아민(alkyl amine), 또는 알킬티올(alkyl thiol)을 포함하는 중성 계면활성제; 및 소디움 알킬 설페이트 (sodium alkyl sulfate), 또는 소디움 알킬 포스페이트 (sodium alkyl phosphate)을 포함하는 음이온 계면활성제를 포함할 수 있다. Meanwhile, the biocompatible material used for the coating layer including the fluorophore and the biocompatible material may be used as long as it is known in the art as a biocompatible material. In one embodiment, the biocompatible material may be one comprising a material selected from the group consisting of silica, polymers, lipids and dextran. The biocompatible materials can be modified to provide better biocompatibility. For example, it is possible to introduce and use a polymer in silica or to use a lipid in combination with a polymer. Specific examples of biocompatible polymers include biopolymers such as chitosan, elastin, hyaluronic acid, alginate, gelatin, collagen, cellulose, polyethylene glycol (PEG), polyethylene oxide (PEO), polycaprolactone (PCL), and polylactic acid ( PLA), polyglycolic acid (PGA), poly [(lactic-co- (glycolic acid)) (PLGA), poly [(3-hydroxybutyrate) -co- (3-hydroxybalarate) (PHBV), Polydioxanone (PDO), poly [(L-lactide) -co- (caprolactone)], poly (esterurethane) (PEUU), poly [(L-lactide) -co- (D-lactide) ], Poly [ethylene-co- (vinyl alcohol)] (PVOH), polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene (PS), polyaniline (PAN), etc. Chemical polymers can be used. In one embodiment, the biocompatible material may be silica. In other embodiments, the biocompatible material may be a polymer such as polyethylene glycol. In another embodiment, the biocompatible coating layer comprises, for example, a cationic surfactant comprising an alkyl trimethylammonium halide; Saturated or unsaturated fatty acids such as oleic acid, lauric acid, or dodecylic acid, trioctylphosphine oxide (TOPO), trioctylphosphine (TOP), Or alkyl amines such as trialkylphosphine or trialkylphosphine oxides such as tributylphosphine, oleic amine, trioctylamine, or octylamine Or neutral surfactants including alkyl thiols; And anionic surfactants including sodium alkyl sulfate, or sodium alkyl phosphate.

본 발명의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 사용될 수 있는 형광제어물질은 당업계에 형광제어물질로서 알려진 것이라면 어떠한 것이든 사용가능하다. 이러한 형광제어물질은 이에 제한되는 것은 아니나, 4-(디메틸아미노)아조벤젠-4-카복실산(DABCYL) 또는 4-(디메틸아미노)아조벤젠 설폰산(DABSYL)를 이용할 수 있다. 또한, Biosearch Technologies, Inc로부터 입수가능한 Black Hole Quencher(BHQ)라는 상표로서 판매되고 있는 BHQ-1, BHQ-2, BHQ-3 등 또는 Amersham Biosciences로부터 입수가능한 Eclipse를 사용할 수도 있다. Fluorescent control materials that can be used in the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe of the present invention can be used as long as they are known in the art as fluorescent control materials. Such fluorescence control material may be used as, but not limited to, 4- (dimethylamino) azobenzene-4-carboxylic acid (DABCYL) or 4- (dimethylamino) azobenzene sulfonic acid (DABSYL). It is also possible to use Eclipse available from Amersham Biosciences or BHQ-1, BHQ-2, BHQ-3, etc., sold under the trademark Black Hole Quencher (BHQ) available from Biosearch Technologies, Inc.

한편, 본 발명의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브로 탐지가능한 타겟 분자의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 한 구체예에서, 상기 타겟 분자는 microRNA, mRNA 또는 단백질일 수 있다. 본 발명의 하기 실시예에서는 타겟 분자로서 microRNA를 대상으로 하여 이를 탐지할 수 있는 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 설계하고, 이를 제조하여 microRNA를 탐지한 결과를 보여주고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 타겟 분자가 단백질일 경우 이를 탐지할 수 있는 핵산 프로브로서 적당한 앱타머를 합성하고 이를 자성 형광 나노입자 이미징 프로브로 도입하여 특정 단백질을 탐지할 수도 있다.On the other hand, the kind of target molecule detectable with the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe of the present invention is not particularly limited. In one embodiment, the target molecule can be a microRNA, mRNA or protein. In the following examples of the present invention, a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe that detects microRNA as a target molecule and detects the microRNA is detected, and shows the result of detecting the microRNA, but the present invention is not limited thereto. no. For example, if a target molecule is a protein, a suitable aptamer may be synthesized as a nucleic acid probe capable of detecting it, and then introduced into a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe to detect a specific protein.

한편 본 발명에 따른 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 다른 진단 프로브를 도입할 경우 다중 진단 프로브로 사용될 수 있다. 예를 들면, 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 T1 자기공명 영상 진단 프로브를 결합시키면 T2 자기공명영상 및 T1자기공명영상 진단을 동시에 진행할 수 있으며, 형광물질 외에도 추가의 광학 진단 프로브를 결합시키면 자기공명 영상과 형광물질에 의한 광학 이미징외에도 다른 방식의 광학 이미징을 동시에 할 수 있으며, CT 진단 프로브를 결합시키면 자기공명영상과 CT 진단을 동시에 할 수 있다. 또한 방사선 동위원소와 결합시키면 자기공명영상과 PET, SPECT 진단을 동시에 할 수 있다.Meanwhile, when introducing another diagnostic probe into the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe according to the present invention, it may be used as a multiple diagnostic probe. For example, combining T1 magnetic resonance imaging probes with magnetic fluorescence nanoparticle imaging probes allows simultaneous diagnosis of T2 magnetic resonance imaging and T1 magnetic resonance imaging, and by combining additional optical diagnostic probes in addition to fluorescent materials, magnetic resonance imaging In addition to optical imaging by the fluorescent material and other optical imaging can be performed at the same time, combined with the CT diagnostic probe can be used for magnetic resonance imaging and CT diagnosis at the same time. In addition, when combined with radioisotopes, magnetic resonance imaging, PET, and SPECT can be simultaneously diagnosed.

따라서, 본 발명은 또한 T1 자기공명 영상 진단 프로브, 광학 진단 프로브, CT 진단 프로브 및 방사선 동위원소로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 프로브를 추가로 포함하는 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 제공한다. 이들 프로브는 사용되는 프로브의 작용기나 소수성/친수성 특징에 따라 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 결합하거나 코팅층에 봉입하여 사용할 수 있다.Accordingly, the present invention also provides a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe further comprising one or more probes selected from the group consisting of T1 magnetic resonance imaging diagnostic probes, optical diagnostic probes, CT diagnostic probes and radioisotopes. These probes can be used by binding to magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes or by encapsulating in a coating layer, depending on the functional groups and hydrophobic / hydrophilic characteristics of the probes used.

예컨대, 상기 T1 자기공명 영상 진단 프로브로는 Gd 화합물, Mn화합물 등을 포함하고, 광학 진단 프로브로는 양자점을 포함하며, CT 진단 프로브로는 I (요오드) 화합물, 금 나노 입자를 포함하고, 방사선 동위원소로는 In, Tc, F 등을 포함한다.For example, the T1 magnetic resonance imaging probe includes a Gd compound, a Mn compound, and the like, the optical diagnostic probe includes a quantum dot, the CT diagnostic probe includes an I (iodine) compound, gold nanoparticles, Isotopes include In, Tc, F, and the like.

본 발명의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브는 엔도사이토시스 또는 트랜스펙션에 의해 세포내로 도입될 수 있다.Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes of the invention can be introduced into cells by endocytosis or transfection.

한 구체예에서, 상기 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에는 추가로 세포내 전달 리간드가 결합되어 있을 수 있다. 세포내 전달 리간드는 본 발명의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브가 세포 막 또는 추가적인 세포내 기관 막을 쉽게 통과할 수 있도록 도와주는 물질을 말한다. 예컨대, 이러한 세포내 전달 리간드로는 단백질 전달 도메인(protein transduction domain), 막투과 도메인(transmembrane domain) 또는 세포 침투 펩타이드(cell penetrating peptide)를 이용할 수 있다. 이들 세포내 전달 리간드 및 이를 이미징 프로브에 도입하는 방법에 대해서는 당업계에 잘 알려져 있다.In one embodiment, the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe may be further coupled to an intracellular delivery ligand. Intracellular delivery ligands refer to materials that facilitate the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe of the present invention to easily cross cell membranes or additional intracellular organ membranes. For example, a protein transduction domain, a transmembrane domain, or a cell penetrating peptide may be used as the intracellular delivery ligand. These intracellular delivery ligands and methods for introducing them into imaging probes are well known in the art.

또한, 상기 형광 나노입자 이미징 프로브에는 추가로 세포 또는 조직 타겟팅 리간드가 결합되어 있을 수 있다. 세포 또는 조직 타겟팅 리간드는 본 발명의 형광 나노입자 이미징 프로브가 원하는 표적 핵산 분자가 존재하는 조직 또는 세포 내로 도입될 수 있도록 유도해 주는 역할을 할 수 있다. 이러한 세포 또는 조직 타겟팅 리간드로는 항체, 앱타머, 펩타이드 등을 이용할 수 있으며, 세포나 조직의 유형에 따른 특이적 마커나 이에 대해 결합할 수 있는 타겟팅 리간드, 그리고 이러한 타겟팅 리간드를 이미징 프로브에 도입하는 방법에 대해서는 당업계에 잘 알려져 있다.In addition, the fluorescent nanoparticle imaging probe may be further bound to a cell or tissue targeting ligand. The cell or tissue targeting ligand may serve to guide the fluorescent nanoparticle imaging probe of the present invention to be introduced into the tissue or cell in which the desired target nucleic acid molecule is present. As the cell or tissue targeting ligand, antibodies, aptamers, peptides, and the like may be used. Specific markers according to cell or tissue types or targeting ligands capable of binding thereto, and the targeting ligands may be introduced into the imaging probe. Methods are well known in the art.

본 발명은 또한 자성 나노입자 상에 형광물질(fluorophore) 및 생체적합성 물질을 포함하는 코팅층을 형성하고; 상기 코팅층 상에, 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하는 핵산 프로브 및 상기 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하고 형광제어물질(quencher)이 결합되어 있는 올리고머가 혼성화되어 있는 분자 비콘을 결합시키는 것을 포함하는 타겟 분자의 탐지를 위한 자성 형광 나노입자 이미징 프로브의 제조 방법을 제공한다.The present invention also forms a coating layer comprising a fluorophore and a biocompatible material on the magnetic nanoparticles; On the coating layer, a molecular beacon comprising a nucleic acid probe including a region capable of hybridizing with a target molecule and an oligomer including a region capable of hybridizing with the nucleic acid probe and having a fluorescence control agent bound thereto is hybridized. It provides a method of producing a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe for the detection of a target molecule comprising a.

상기 분자 비콘과 코팅층과의 결합은 자성 나노입자의 코팅층 상에 존재하는 기능기와 분자 비콘의 핵산 프로브 상에 도입된 기능기 간의 공유결합을 통해 이루어질 수 있다. The binding of the molecular beacon and the coating layer may be made through a covalent bond between a functional group present on the coating layer of the magnetic nanoparticles and a functional group introduced on the nucleic acid probe of the molecular beacon.

자성 나노입자의 코팅층에는 핵산 프로브 상에 도입된 기능기와 결합할 수 있는 기능기가 존재한다. 이러한 기능기는 코팅층 상에 본래 존재하거나, 핵산 프로브가 결합될 수 있는 기능기를 갖도록 적절하게 코팅층을 개질할 수 있다. 코팅층 상에 존재하는 기능기의 종류는 핵산 프로브에 도입된 기능기를 어떠한 것으로 선택하느냐에 따라 달라질 수 있다. 즉, 코팅층 상에 존재하는 기능기와 핵산 프로브 상에 도입된 기능기는 서로 결합을 형성할 수 있도록 공지의 기능기 결합예로부터 선택될 수 있다. 이러한 공지의 기능기 결합예 중 대표적인 예를 하기 표 1에 나타내었다.The coating layer of the magnetic nanoparticles has a functional group capable of binding to a functional group introduced on the nucleic acid probe. Such functional groups may be inherently present on the coating layer or the coating layer may be appropriately modified to have a functional group to which the nucleic acid probe may be bound. The type of functional groups present on the coating layer may vary depending on which one is selected. That is, the functional group present on the coating layer and the functional group introduced on the nucleic acid probe may be selected from known functional group binding examples so as to form a bond with each other. Representative examples of such known functional group binding examples are shown in Table 1 below.

I I IIII IIIIII R-NH2 R-NH 2 R'-COOHR'-COOH R-NHCO-R'R-NHCO-R ' R-SH  R-SH R'-SHR'-SH R-SS-RR-SS-R R-OH R-OH R'-(에폭시기)R '-(epoxy) R-OCH2C(OH)CH2-R'R-OCH 2 C (OH) CH 2 -R ' RH-NH2  RH-NH 2 R'-(에폭시기)R '-(epoxy) R-NHCH2C(OH)CH2-R'R-NHCH 2 C (OH) CH 2 -R ' R-SH R-SH R'-(에폭시기)R '-(epoxy) R-SCH2C(OH)CH2-R'R-SCH 2 C (OH) CH 2 -R ' R-NH2  R-NH 2 R'-COHR'-COH R-N=CH-R'R-N = CH-R ' R-NH2  R-NH 2 R'-NCOR'-NCO R-NHCONH-R'R-NHCONH-R ' R-NH2  R-NH 2 R'-NCSR'-NCS R-NHCSNH-R'R-NHCSNH-R ' R-SH  R-SH R'-COCH2 R'-COCH 2 R'-COCH2S-RR'-COCH 2 SR R-SH R-SH R'-O(C=O)XR'-O (C = O) X R-OCH2(C=O)O-R'R-OCH 2 (C = O) O-R ' R-(아지리딘기) R- (aziridine group) R'-SHR'-SH R-CH2CH(NH2)CH2S-R'R-CH 2 CH (NH 2 ) CH 2 S-R ' R-CH=CH2 R-CH = CH 2 R'-SHR'-SH R-CH2CHS-R'R-CH 2 CHS-R ' R-OH  R-OH R'-NCOR'-NCO R'-NHCOO-RR'-NHCOO-R R-SH R-SH R'-COCH2XR'-COCH 2 X R-SCH2CO-R'R-SCH 2 CO-R ' R-NH2 R-NH 2 R'-CON3 R'-CON 3 R-NHCO-R'R-NHCO-R ' R-COOH  R-COOH R'-COOHR'-COOH R-(C=O)O(C=O)-R' + H2OR- (C = O) O (C = O) -R '+ H 2 O R-SH  R-SH R'-X R'-X R-S-R'R-S-R ' R-NH2 R-NH 2 R'CH2C(NH2 +)OCH3 R'CH 2 C (NH 2 + ) OCH 3 R-NHC(NH2 +)CH2-R'R-NHC (NH 2 + ) CH 2 -R ' R-OP(O2 -)OH R-OP (O 2 -) OH R'-NH2 R'-NH 2 R-OP(O2 -)-NH-R' R-OP (O 2 -) -NH-R ' R-CONHNH2 R-CONHNH 2 R'-COHR'-COH R-CONHN=CH-R'R-CONHN = CH-R ' R-NH2 R-NH 2 R'-SHR'-SH R-NHCO(CH2)2SS-R'R-NHCO (CH 2 ) 2 SS-R ' I 또는 II: 코팅층 상에 존재하는 기능기 또는 핵산 프로브 상에 도입된 기능기
III: I과 II의 반응에 따른 결합예
I or II: functional group present on the coating layer or functional group introduced on the nucleic acid probe
III: binding example according to reaction of I and II

한 구체예에서, 상기 코팅층 상에 존재하는 기능기는 -COOH, -CHO, -NH2, -SH, -CONH2, -PO3H, -PO4H, -SO3H, -SO4H, -OH, -술포네이트, -니트레이트, -포스포네이트, -숙신이미딜기, -말레이미드기 및 -알킬리로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In one embodiment, the functional groups present on the coating layer are -COOH, -CHO, -NH 2 , -SH, -CONH 2 , -PO 3 H, -PO 4 H, -SO 3 H, -SO 4 H, And -OH, -sulfonate, -nitrate, -phosphonate, -succinimidyl group, -maleimide group, and -alkylli.

한 구체예에서, 상기 핵산 프로브에 도입된 기능기는 -NH2, -COOH, -COH, -NCO, -NCS, -COCH2, -SH, -CON3 및 -CH2C(NH2 +)OCH3로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In one embodiment, the functional group introduced to the nucleic acid probe is -NH 2 , -COOH, -COH, -NCO, -NCS, -COCH 2 , -SH, -CON 3 and -CH 2 C (NH 2 + ) OCH It may be selected from the group consisting of three .

한 구체예에서, 상기 코팅층 상에 존재하는 기능기는 -COOH이고, 상기 핵산 프로브에 도입된 기능기는 -NH2일 수 있다. 즉, 표면에 -COOH를 갖는 코팅층에 5' 말단에 -NH2를 갖는 핵산 프로브를 결합시킴으로써 핵산 프로브의 한 말단을 자성 형광 나노입자에 연결시킬 수 있게 된다.In one embodiment, the functional group present on the coating layer is -COOH, the functional group introduced to the nucleic acid probe may be -NH 2 . That is, by binding the nucleic acid probe having -NH 2 at the 5 'end to the coating layer having -COOH on the surface, one end of the nucleic acid probe can be connected to the magnetic fluorescent nanoparticles.

상기 코팅층 상에 존재하는 기능기와 핵산 프로브에 도입된 기능기 간의 결합은 공지의 가교제를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 가교제는 이에 제한되는 것은 아니나, N-에틸-N’디메틸아미노프로필 카보디이미드(N-ethyl-N’dimethylaminopropyl carbodiimide), 1,4-디이소티오시아나토벤젠(1,4-Diisothiocyanatobenzene), 1,4-페닐린 디이소시아네이트(1,4-Phenylene diisocyanate), 1,6-디이소시아나토헥산(1,6-Diisocyanatohexane), 4-(4-말레이미도페닐)뷰트릭산 노말-하이드록시숙신이미드 에스터(4-(4-Maleimidophenyl)butyric acid N-hydroxysuccinimide ester), 포스겐(Phosgene solution), 4-(말레이미도)페닐 이소시아네이트(4-(Maleinimido)phenyl isocyanate), 1,6-헥산디아민(1,6-Hexanediamine), 파라-니트로페닐클로로포르메이트(p-Nitrophenyl chloroformate), 노말-하이드록시숙신이미드(N-Hydroxysuccinimide), 1,3-디사이클로헥실카르보이미드(1,3-Dicyclohexylcarbodiimide), 1,1′-카르보닐디이미다졸(1,1′-Carbonyldiimidazole), 3-말레이미도벤조익산 노말-하이드록시숙신이미드 에스터(3-Maleimidobenzoic acid N-hydroxysuccinimide ester), 에틸렌디아민(Ethylenediamine), 비스(4-니트로페닐)카르보네이트(Bis(4-nitrophenyl) carbonate), 숙시닐 클로라이드(Succinyl chloride), N-(3-디메틸아미노프로필)-N′-에틸카르보이미드 하이드로클로라이드(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide Hydrochloride), N,N′-디숙신이미딜 카르보네이트(N,N′-Disuccinimidyl carbonate), N-숙신이미딜 3-(2-피리딜디티오)프로피오네이트(N-Succinimidyl 3-(2-pyridyldithio)propionate), 및 숙시닉 언하이드라이드(sucinic anhydride) 로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. 이러한 결합 반응은 당업계에 공지된 적절한 용매 중에서 수행될 수도 있다.The binding between the functional group present on the coating layer and the functional group introduced into the nucleic acid probe may be performed using a known crosslinking agent. Such crosslinkers include, but are not limited to, N-ethyl-N'dimethylaminopropyl carbodiimide, 1,4-diisothiocyanatobenzene, 1,4-Diisothiocyanatobenzene, 1,4-Phenylene diisocyanate, 1,6-Diisocyanatohexane, 4- (4-maleimidophenyl) butyric acid normal-hydroxysuccinate Imide ester (4- (4-Maleimidophenyl) butyric acid N-hydroxysuccinimide ester), phosgene solution, 4- (maleimido) phenyl isocyanate, 1,6-hexanediamine 1,6-Hexanediamine, p-Nitrophenyl chloroformate, N-Hydroxysuccinimide, 1,3-dicyclohexylcarbodiimide (1,3-Dicyclohexylcarbodiimide ), 1,1'-carbonyldiimidazole, 3-maleimidobenzoic acid normal-hydroxysuccinate 3-Maleimidobenzoic acid N-hydroxysuccinimide ester, Ethylenediamine, Bis (4-nitrophenyl) carbonate, Succinyl chloride, N- (3-dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide hydrochloride (N- (3-Dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide Hydrochloride), N, N'-disuccinimidyl carbonate (N, N ' Group consisting of -Disuccinimidyl carbonate, N-succinimidyl 3- (2-pyridyldithio) propionate, and succinic anhydride Can be selected from. Such binding reaction may be carried out in a suitable solvent known in the art.

또한, 본 발명은 상기 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 포함하는 타겟 분자 탐지용 조성물을 제공한다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브는 인 비보 또는 인 비트로에서 세포 내 타겟 분자 탐지하고 이를 이미징하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 타겟 분자 탐지용 조성물은 의약 분야에서 통상 사용되는 담체 및 비히클을 포함할 수 있다. 구체적으로 이온 교환 수지, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질(예, 사람 혈청 알부민), 완충 물질(예, 각종 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합물), 물, 염 또는 전해질(예, 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소캄륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로즈계 기질, 폴리에틸렌 글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로즈, 폴리아릴레이트, 왁스, 폴리에틸렌 글리콜 또는 양모지 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 조성물은 또한 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제, 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the present invention provides a composition for detecting a target molecule comprising the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe. As described above, the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe of the present invention can be used to detect and image intracellular target molecules in vivo or in vitro. The composition for detecting a target molecule according to the present invention may include a carrier and a vehicle commonly used in the medical field. Particularly glyceride mixtures of ion exchange resins, alumina, aluminum stearate, lecithin, serum proteins (e.g. human serum albumin), buffer substances (e.g. various phosphates, glycine, sorbic acid, potassium sorbate, saturated vegetable fatty acids ), Water, salts or electrolytes (e.g., protamine sulfate, disodium hydrogen phosphate, hydrogen carbonate, sodium chloride and zinc salts), colloidal silica, magnesium trisilicate, polyvinylpyrrolidone, cellulose based substrates, polyethylene glycols, sodium carboxy Methylcellulose, polyarylate, wax, polyethylene glycol or wool, and the like. The compositions of the present invention may also further comprise lubricants, wetting agents, emulsifiers, suspending agents, preservatives and the like in addition to the above components.

한 구체예에서, 본 발명에 따른 타겟 분자 탐지용 조성물은 비경구 투여를 위한 수용성 용액으로 제조할 수 있으며, 바람직하게는 한스 용액(Hank's solution), 링거 용액(Ringer's solution) 또는 물리적으로 완충된 염수와 같은 완충 용액을 사용할 수 있다. 수용성 주입(injection) 현탁액은 소디움 카르복시메틸셀룰로즈, 솔비톨 또는 덱스트란과 같이 현탁액의 점도를 증가시킬 수 있는 기질을 첨가할 수 있다.In one embodiment, the composition for detecting a target molecule according to the present invention may be prepared as an aqueous solution for parenteral administration, preferably Hank's solution, Ringer's solution or physically buffered saline. Buffer solutions such as can be used. Aqueous injection suspensions can be added with a substrate that can increase the viscosity of the suspension, such as sodium carboxymethylcellulose, sorbitol or dextran.

본 발명의 타겟 분자 탐지용 조성물의 다른 바람직한 양태는 멸균 주사용 수성 또는 유성 현탁액의 멸균 주사용 제제의 형태일 수 있다. 이러한 현탁액은 적합한 분산제 또는 습윤제(예를 들면 트윈 80) 및 현탁화제를 사용하여 본 분야에 공지된 기술에 따라 제형화할 수 있다. 멸균 주사용 제제는 또한 무독성의 비경구적으로 허용되는 희석제 또는 용매 중의 멸균 주사 용액 또는 현탁액(예를 들면 1,3-부탄디올 중의 용액)일 수 있다. 사용될 수 있는 비히클 및 용매로는 만니톨, 물, 링거 용액 및 등장성 염화나트륨 용액이 있다. 또한, 멸균 비휘발성 오일이 통상적으로 용매 또는 현탁화 매질로서 사용된다. 이러한 목적을 위해 합성 모노 또는 디글리세라이드를 포함하여 자극성이 적은 비휘발성 오일은 그 어느 것도 사용할 수 있다.Another preferred embodiment of the composition for detecting target molecules of the present invention may be in the form of sterile injectable preparations of sterile injectable aqueous or oily suspensions. Such suspensions may be formulated according to techniques known in the art using suitable dispersing or wetting agents (eg Tween 80) and suspending agents. Sterile injectable preparations may also be sterile injectable solutions or suspensions (eg solutions in 1,3-butanediol) in nontoxic parenterally acceptable diluents or solvents. Vehicles and solvents that may be used include mannitol, water, Ringer's solution, and isotonic sodium chloride solution. In addition, sterile, nonvolatile oils are conventionally employed as a solvent or suspending medium. For this purpose any non-irritating non-volatile oil can be used including synthetic mono or diglycerides.

본 발명은 또한 상기 타겟 분자 탐지용 조성물을 생체 또는 시료에 투여하고;The present invention also administers the target molecule detection composition to a living body or a sample;

상기 생체 또는 시료로부터 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 의해 발산되는 신호를 감지하여 영상을 수득하는 것을 포함하는 생체 또는 시료의 영상 수득 방법을 제공한다.The present invention provides a method of obtaining an image of a living body or a sample, comprising detecting a signal emitted by a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe from the living body or a sample to obtain an image.

상기에서 사용된 용어 “시료”는 진단하고자 하는 대상으로부터 분리한 조직 또는 세포를 의미한다. 또한 상기 타겟 분자 탐지용 조성물을 생체 또는 시료에 주입하는 단계는 의약 분야에서 통상적으로 이용되는 경로를 통해 투여될 수 있으며, 비경구 투여가 바람직하고 예를 들어 정맥내, 복강내, 근육내, 피하 또는 국부 경로를 통하여 투여할 수 있다.The term "sample" as used above refers to tissue or cells isolated from a subject to be diagnosed. In addition, the step of injecting the target molecule detection composition into a living body or a sample may be administered through a route commonly used in the medical field, parenteral administration is preferred, for example, intravenous, intraperitoneal, intramuscular, subcutaneous Or via a local route.

상기 방법에 있어서, 상기 자성 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 의해 발산되는 신호를 감지하기 위해서 자기공명영상 장치(MRI)와 광학 이미징의 이용이 바람직하다. In the method, it is preferable to use a magnetic resonance imaging apparatus (MRI) and optical imaging to detect a signal emitted by the magnetic magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe.

자기공명영상 장치는 강력한 자기장 속에 생체를 넣고 특정 주파수의 전파를 조사하여 생체조직에 있는 수소 등의 원자핵에 에너지를 흡수시켜 에너지가 높은 상태로 만든 후, 상기 전파를 중단하여 상기 수소 등의 원자핵 에너지가 방출되게 하고 이 에너지를 신호로 변환하여 컴퓨터로 처리하여 영상화한 장치이다. 상기 자기 공명 영상 장치는 T2 스핀-스핀 이완 자기 공명영상 장치일 수 있다. 한편, 광학 이미징을 위해서는 공초점현미경, 형광현미경, 생체용광학장비 등을 사용할 수 있다.A magnetic resonance imaging apparatus puts a living body in a strong magnetic field and irradiates radio waves of a specific frequency to absorb energy into atomic nuclei such as hydrogen in biological tissues to make the energy high, and then stops propagating the atomic nuclei energy such as hydrogen. It is a device that processes the energy by converting this energy into a signal and processing it with a computer. The magnetic resonance imaging apparatus may be a T2 spin-spin relaxation magnetic resonance imaging apparatus. Meanwhile, a confocal microscope, a fluorescence microscope, or an optical optics device may be used for optical imaging.

본 발명에 따른 자성 형광 나노입자 이미징 프로브는 세포 내 타겟 분자의 존재에 따라 형광 신호의 온-오프가 조절되는 방식을 취하고 있어, 특이적인 타겟 바이오마커의 동정 또는 세포 내 유전자의 평가, 세포발달 및 질환진단/치료평가를 위해 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 자성 나노입자를 기반으로 한 본 발명에 따른 자성 형광 나노입자 이미징프로브는 인 비트로 및 인 비보에서의 타겟 분자의 탐지에 따른 광학적 이미지뿐만 아니라 자기공명영상을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 이용하면, 살아있는 대상체에서의 비침범적이고 반복적인 분석이 가능해진다.
The magnetic fluorescence nanoparticle imaging probe according to the present invention has a mode in which on-off of the fluorescence signal is regulated in accordance with the presence of the target molecule in the cell, thereby identifying specific target biomarkers or evaluating intracellular genes, cell development and It can be usefully used for disease diagnosis / treatment evaluation. In particular, the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe according to the present invention based on magnetic nanoparticles can provide magnetic resonance images as well as optical images according to detection of target molecules in vitro and in vivo. In addition, the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe according to the present invention enables non-invasive and repeated analysis in a living subject.

도 1은 핵산 프로브 및 상기 형광제어물질이 결합되어 있는 올리고머가 혼성화되어 있는 본 발명의 분자 비콘을 모식화한 도면이다.
도 2는 핵산 프로브와 타겟 분자가 혼성화되어 있는 상태를 모식화한 도면이다.
도 3은 상기 도 1의 분자 비콘이 컨쥬게이션되어 있는 자성 형광 나노입자 이미징 프로브의 핵산 프로브가 타겟 분자의 존재시 상기 형광제어물질이 결합되어 있는 올리고머와 분리되고 타겟 분자와 혼성화되는 과정을 모식화한 도면이다.
도 4a는 MF 입자(좌) 및 miR124a 비콘이 도입된 MF 입자(우)의 사진이고, 도 4b는 MF 입자(레인 1) 및 miR124a 비콘이 도입된 MF 입자(레인 2)의 전기영동 결과를 보여주며, 도 4c는 miR124a 비콘의 농도에 의존적으로 MF 입자의 형광 신호가 퀀칭됨을 보여주는 그래프이며, 도 4d는 miR124a 비콘이 도입된 MF 입자가 miR124a의 농도에 의존적으로 형광 강도가 증가함을 보여주는 그래프이다.
도 5는 P19 세포의 신경 분화 여부에 따른 면역형광 염색 결과를 보여주는 사진이다.
도 6a는 내생적인 성숙 miR124a 발현이 P19 세포의 신경 분화의 유도 후 점진적으로 증가함을 보여주는 qRT-PCR 결과이고, 도 6b는 MF-miR124a 비콘의 P19 세포로의 도입에 따른 내생적인 miR124a 발현 변화를 형광 강도 변화를 통해 관찰한 결과를 나타낸 그래프이며, 도 6c는 P19세포의 신경 분화 동안의 MF-miR124a 비콘이 나타내는 형광 변화를 보여주는 공초점 레이져 스캐닝 현미경 관찰 사진이다.
도 7은 다양한 농도의 MF-miR124a 비콘을 P19세포 이입한 후 농도에 비례하여 T2 Weighted MR 시그널이 감소하는 결과를 보여준다.
도8은 생체에서 MF-miR124a 비콘을 이용하여 P19세포 분화에 따른 miR-124a 생체광학영상화 결과를 보여준다.
1 is a diagram schematically illustrating a molecular beacon of the present invention in which a nucleic acid probe and an oligomer to which the fluorescent control material is bound are hybridized.
2 is a diagram schematically illustrating a state in which a nucleic acid probe and a target molecule are hybridized.
FIG. 3 illustrates a process in which the nucleic acid probe of the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe conjugated to the molecular beacon of FIG. 1 is separated from the oligomer to which the fluorescent control material is bound and hybridized with the target molecule in the presence of the target molecule. One drawing.
4A is a photograph of MF particles (left) and MF particles (right) into which miR124a beacons are introduced, and FIG. 4B shows electrophoresis results of MF particles (lane 1) and MF particles (lane 2) into which miR124a beacons are introduced. 4C is a graph showing the quenching of MF particles in accordance with the concentration of miR124a beacons, and FIG. 4D is a graph showing the increase in fluorescence intensity of MF particles incorporating miR124a beacons depending on the concentration of miR124a. .
Figure 5 is a photograph showing the results of immunofluorescence staining according to the neural differentiation of P19 cells.
FIG. 6A shows qRT-PCR results showing that endogenous mature miR124a expression gradually increases after induction of neural differentiation of P19 cells, and FIG. 6B shows changes in endogenous miR124a expression following introduction of MF-miR124a beacons into P19 cells. Figure 6c is a graph showing the results observed through the change in fluorescence intensity, Figure 6c is a confocal laser scanning micrograph showing the change in fluorescence exhibited by the MF-miR124a beacon during neuronal differentiation of P19 cells.
Figure 7 shows the result of reducing the T2 Weighted MR signal in proportion to the concentration after the P19 cells into the MF-miR124a beacon of various concentrations.
Figure 8 shows the miR-124a bio-optical imaging results according to differentiation of P19 cells using MF-miR124a beacons in vivo.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims.

[[ 실시예Example ]]

하기 실시예를 통해 나타낸 모든 데이터는 평균±표준오차로서 표현하였으며, Student's t-test를 이용하여 계산하였다. 하기 도면에 표기된 * 및 **는 각각 P<0.05 및 P<0.005의 통계적 유의도로 평가하였음을 나타낸다.
All data presented through the following examples were expressed as mean ± standard error, it was calculated using the Student's t-test. * And ** in the following figures indicate that they were evaluated with statistical significance of P <0.05 and P <0.005, respectively.

실시예Example 1: 자성 형광( 1: magnetic fluorescence ( MFMF ) ) 나노입자과Nanoparticles 컨쥬게이트된Conjugated miR124amiR124a -반응성 분자 Reactive molecules 비콘의Beacon 제조 Produce

(1) (One) miR124amiR124a -반응성 분자 Reactive molecules 비콘의Beacon 제조 Produce

타겟 분자로서 miR124a를 탐지할 수 있는 특이적인 MF-miR124a 비콘을 아민-카복실 반응에 의해 제작하였다. Specific MF-miR124a beacons capable of detecting miR124a as target molecules were constructed by amine-carboxyl reaction.

먼저, miR124a와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하는 핵산 프로브를 제작하였다. 이를 위해, 성숙 miR124a의 상보적인 뉴클레오티드의 5’말단에 수개의 랜덤 링커 시퀀스(TTC GCT GT)와 연결시키고, 다시 5’말단에 아미노기를 결합시켰다. First, a nucleic acid probe comprising a region capable of hybridizing with miR124a was constructed. To this end, several random linker sequences (TTC GCT GT) were linked to the 5 'end of the complementary nucleotide of the mature miR124a, and an amino group was bound to the 5' end.

상기 핵산 프로브와 혼성화되며, 형광제어물질로서 Black Hole Quencher 1(BHQ1; Bionics, Inc, Korea)이 결합되어 있는 올리고머를 제작하였다. 전체 miR124a 비콘은 다음과 같다.
An oligomer hybridized with the nucleic acid probe and having a black hole quencher 1 (BHQ1; Bionics, Inc., Korea) as a fluorescent control material was prepared. The full miR124a beacon is:

5’NH2-TTC GCT GTt ggc att cac cgc gtg cct taa-3 5'NH 2 -TTC GCT GTt ggc att cac cgc gtg cct taa-3

3’BHQ1-GCG ACA ACC GT-5
3'BHQ1-GCG ACA ACC GT-5

(2) 형광물질((2) fluorescent material ( fluorophorefluorophore )을 포함하는 생체적합성 코팅층을 갖는 자성 형광(Magnetic fluorescence having a biocompatible coating layer comprising MFMF ) 나노입자(MNP@SiO2() Nanoparticles (MNP @ SiO2 ( RITCRITC )-) - PEGPEG /Of COOHCOOH )의 제조Manufacturing

나노입자를 Biterials (Korea)로부터 구매하여 T. J. Yoon, et al., Small 2006, 2, 209.에서 기술한 바와 같이 MNP@SiO2(RITC)-PEG/COOH를 제조하였다. 요약하면, 코발트 페라이트 자성 코어를 폴리비닐피롤리돈(PVP;Sigma, St. Louis, MO, USA)과 함께 인큐베이션한 후, PVP-안정화된 입자를 4000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 수득하였다. RITC(로다민 B 이소티오시아네이트, 여기/방출=555/578nm)로 개질된 트리메톡시실란을 PVP-안정화된 코발트 페라이트 입자로 주입하였다. 암모니아 용매를 첨가함으로써 중합을 유도하여 RITC (나노입자 당 4×103)가 도입된 실리카-코팅된 자성 나노입자를 생성하였다(크기: 대략 50 nm, 유체역학적 직경(hydrodynamic diameter): 58.1 nm). 카복실 모이어티(나노입자 당 4.4×104) 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)(나노입자 당 1×104, 500 g mol-1)를 MNP@SiO2(RITC)의 표면에 도입하여 MNP@SiO2(RITC)-PEG/COOH를 형성하였다.
Nanoparticles were purchased from Biterials (Korea) to prepare MNP @ SiO2 (RITC) -PEG / COOH as described in TJ Yoon, et al., Small 2006, 2, 209. In summary, the cobalt ferrite magnetic cores were incubated with polyvinylpyrrolidone (PVP; Sigma, St. Louis, MO, USA) and then PVP-stabilized particles were obtained by centrifugation at 4000 rpm for 10 minutes. Trimethoxysilane modified with RITC (rhodamine B isothiocyanate, excitation / release = 555/578 nm) was injected into PVP-stabilized cobalt ferrite particles. Polymerization was induced by the addition of ammonia solvent to produce silica-coated magnetic nanoparticles incorporating RITC (4 × 10 3 per nanoparticle) (size: approximately 50 nm, hydrodynamic diameter: 58.1 nm). . A carboxyl moiety (4.4 × 10 4 per nanoparticle) and polyethylene glycol (PEG) (1 × 10 4 , 500 g mol -1 per nanoparticle) were introduced to the surface of MNP @ SiO2 (RITC) to introduce MNP @ SiO2 (RITC). ) -PEG / COOH was formed.

(3) 자성 형광((3) magnetic fluorescence ( MFMF ) 나노입자와 ) With nanoparticles miR124amiR124a -반응성 분자 Reactive molecules 비콘의Beacon 컨쥬게이션Conjugation

카복실 MF 나노입자와 miR124a 비콘(농도: 20 mM) 과의 공유결합적인 컨쥬게이션은 이들에 N-에틸-N’-디메틸아미노프로필카보디이미디(EDC)를 가하고 실온에서 1시간 동안 인큐베이션함으로써 아민과 카복실 그룹 간의 커플링 효율을 향상시킴으로써 수행되었다 [M.K. So, et al., Nat . Protoc . 2006, 1, 1160]. MF 입자: miR124a beacon: EDC의 반응 비율은 1:3:200였다. 상기 반응물을 15000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여, 컨쥬게이션되지 않은 유리 miR124a 비콘과 EDC를 제거한 후, 트리스 버퍼 용액 (10mM Tris-HCl, pH 7.4)으로 수회 세척하였다. 짧게 초음파 분해(sonication)를 수행한 후, 최종적인 컨쥬게이션된 산물을 보레이트 버퍼 용액(10mM sodium borate, pH 7.4; Sigma, St. Louis, MO, USA) 을 이용하여 혼합하였다. 구 모양의 MF 입자는 수용액에 균질하게 분산되었으며, TEM을 이용하여 측정한 유체역학적 직경(hydrodynamic diameter)은 약 58.1 nm였다. 도 4a는 MF 입자(좌) 및 miR124a 비콘이 도입된 MF 입자(우)의 TEM 사진을 보여준다. miR124a 비콘에서 miR124a 비콘 올리고는 2% 우라닐 아세테이트로 염색되어 검은색 화살표로 표시된 부분와 같이 어두운 프레임으로 나타난다. Covalent conjugation of carboxyl MF nanoparticles with miR124a beacons (concentration: 20 mM) was performed by adding N-ethyl-N'-dimethylaminopropylcarbodiimidi (EDC) to them and incubating at room temperature for 1 hour. This was done by improving the coupling efficiency between carboxyl groups [MK So, et al., Nat . Protoc . 2006, 1, 1160. The reaction ratio of MF particles: miR124a beacon: EDC was 1: 3: 200. The reaction was centrifuged at 15000 rpm for 10 minutes to remove unconjugated free miR124a beacons and EDC, then washed several times with Tris buffer solution (10 mM Tris-HCl, pH 7.4). After brief sonication, the final conjugated product was mixed using borate buffer solution (10 mM sodium borate, pH 7.4; Sigma, St. Louis, MO, USA). The spherical MF particles were homogeneously dispersed in the aqueous solution, and the hydrodynamic diameter measured using TEM was about 58.1 nm. 4A shows TEM images of MF particles (left) and MF particles (right) into which miR124a beacons were introduced. In miR124a beacons miR124a beacon oligos are stained with 2% uranyl acetate and appear in dark frames as indicated by the black arrows.

한편, MF 입자 및 miR124a 간의 컨쥬게이션 패턴을 검증하기 위해, MF 입자 및 miR124a 비콘이 도입된 MF 입자를 각각 0.5% 아가로즈 겔에 로딩하고 겔 전기영동을 수행하였다. 그 결과, 도 4b에 볼 수 있는 바와 같이, MF 입자(레인 1) 및 miR124a 비콘이 도입된 MF 입자(레인 2)의 크기가 차이 나는 것을 확인할 수 있다. On the other hand, in order to verify the conjugation pattern between the MF particles and the miR124a, the MF particles and the miR124a beacon-introduced MF particles were loaded on 0.5% agarose gel and subjected to gel electrophoresis. As a result, as can be seen in Figure 4b, it can be confirmed that the size of the MF particles (lane 1) and the MF particles (lane 2) into which the miR124a beacon is introduced.

miR124a 비콘이 퀀칭을 시키는 최적의 농도를 조사하기 위해, MF 입자의 농도는 고정시키고(100pmol), miR124a 비콘의 농도는 증가시키면서 실온에서 1시간 도안 인큐베이션하면서 퀀칭 효율을 시험하였다. 그 결과, 도 4c에서 볼 수 있는 바와 같이, miR124a 비콘의 농도에 의존적으로 MF 입자의 형광 신호가 퀀칭되었다. To investigate the optimal concentration at which the miR124a beacons were quenched, the quenching efficiency was tested while incubating for 1 hour at room temperature with the concentration of MF particles fixed (100 pmol) and the concentration of miR124a beacons increasing. As a result, as can be seen in Figure 4c, the fluorescent signal of the MF particles was quenched depending on the concentration of miR124a beacons.

PicTar 데이터베이스(http://pictar.bio.nyu.edu)로부터 정보를 얻은 22개의 뉴클레오타이드로 구성된 성숙 miR124a를 합성하여, MF-miR124a 비콘의 miR124a 결합 영역에 혼성화될 수 있는지, 그리고 MF-miR124a 비콘에서의 형광 신호가 성숙 miR124a의 존재시 밝아질 수 있는지를 시험하였다. 각기 다른 농도의 성숙 miR124a(100, 300, 500pmol)로 마이크로튜브 내의 MF-miR124a 비콘의 형광 강도를 시험한 결과, 도 4d에서 볼 수 있는 바와 같이, miR124a의 농도에 의존적으로 형광 강도가 증가하였다. 그러나, 돌연변이 또는 아무 가치없는 화합물로 처리한 경우에는 형광신호는 계속적으로 퀀칭된 상태를 유지하였다. 이들 결과는 miR124a에 대한 MF-miR124a 비콘의 특이성을 제시해주었다.
Mature miR124a consisting of 22 nucleotides from the PicTar database ( http://pictar.bio.nyu.edu ) was synthesized and hybridized to the miR124a binding region of the MF-miR124a beacon, and in the MF-miR124a beacon It was tested whether the fluorescence signal of could brighten in the presence of mature miR124a. As a result of testing the fluorescence intensity of MF-miR124a beacon in the microtube at different concentrations of mature miR124a (100, 300, 500 pmol), as shown in FIG. 4D, the fluorescence intensity increased depending on the concentration of miR124a. However, when treated with a mutant or no value compound, the fluorescent signal remained quenched continuously. These results suggested the specificity of the MF-miR124a beacons for miR124a.

실시예Example 2: 신경발생 동안의  2: during neurogenesis miR124amiR124a 발현에 따른  By manifestation MFMF -- miR124amiR124a 비콘의Beacon 형광 활성 향상 확인 Confirmation of fluorescence activity enhancement

(1) (One) P19P19 세포의 배양 Cell culture

MF-miR124a 비콘을 이용하여 신경발생 동안의 뉴런-특이적 miR124a 발현에 의한 신경세포의 분화를 관찰하기 위해, P19 세포를 선택하였다. 실험에 사용된 마우스 배아 기형암종(teratocarcinoma) 세포주인 P19 세포는 5% CO2-습윤 챔버 내의 7.5% 송아지 혈청(bovine calf serum) (Gibco) 및 2.5% FBS (Cellgro, Herndon, VA, USA), 페니실린(10 UmL_1; Invitrogen, Grand Island, NY, USA), 및 스트렙토마이신(10 mgmL_1; Invitrogen)이 보충된 a-MEM(a-modified minimum essential medium)(Gibco, Grand Island, NY, USA) 중에서 키웠다.
P19 cells were selected to observe differentiation of neurons by neuron-specific miR124a expression during neurogenesis using MF-miR124a beacons. P19 cells, the mouse embryonic teratocarcinoma cell line used in the experiment, were 7.5% bovine calf serum (Gibco) and 2.5% FBS (Cellgro, Herndon, VA, USA), penicillin in a 5% CO2-wetting chamber. (10 UmL_1; Invitrogen, Grand Island, NY, USA), and streptomycin (10 mgmL_1; Invitrogen) were grown in a-modified minimum essential medium (a-MEM) (Gibco, Grand Island, NY, USA).

(2) (2) P19P19 세포의 신경세포 분화 유도 및  Induction of neuronal differentiation of cells and 면역형광Immunofluorescence 염색에 의한 분화 확인 Differentiation confirmation by dyeing

P19 세포의 신경세포 분화 유도를 위해 단층 배양 방법[J. Pachernik, et al., Physiol . Res. 2005, 54, 115]을 이용하였다. 젤라틴-코팅된 플레이트 상에서 P19 세포를 1% 인슐린, 트랜스페린, 셀레늄(ITS; Gibco), 페니실린(10 UmL-1), 및 스트렙토마이신 (10 mgmL-1)을 함유하는 DMEM/F12 (Gibco, Grand Island, NY, USA) 배지 중에서 배양하고, 5×10-7 M의 all-trans-RA (Sigma, St. Louis, MO, USA)로 처리하였다. P19 분화 배지는 새로운 RA-함유 배지로 매 2일마다 교체하였다. 상기 단층 분화 방법을 이용하여 신경 분화를 유도한 지 6일 후, 신경돌기가 자라난 패턴을 관찰할 수 있었다.Monolayer culture method for inducing neuronal differentiation of P19 cells [J. Pachernik, et al., Physiol . Res. 2005, 54 , 115]. P19 cells on gelatin-coated plates were treated with DMEM / F12 (Gibco, Grand Island) containing 1% insulin, transferrin, selenium (ITS; Gibco), penicillin (10 UmL −1 ), and streptomycin (10 mgmL −1 ). , NY, USA) media and treated with 5 × 10 −7 M all-trans-RA (Sigma, St. Louis, MO, USA). P19 differentiation medium was replaced every 2 days with fresh RA-containing medium. Six days after inducing neural differentiation using the tomographic differentiation method, the pattern of neurites was observed.

P19 세포의 신경 분화는 면역형광 염색에 의해 확인되는 MAP2(microtubule-associated protein-2)와 같은 특이적인 신경세포 마커를 이용하여 검증하였다. 미분화된 P19 세포는 또한 줄기세포 마커인 oct4 항체를 이용하여 확인하였다. 면역형광 염색을 위해, 먼저 P19 세포를 4% 포름알데히드로 20분 동안 또는 밤새 고정했다. 그런 다음 그들을 각각 PBS로 10분 동안 3회 세척하고, 인큐베이션하는 동안 약하게 쉐이킹했다. 블로킹 및 투과화 과정은 20% 정상 염소 혈청 반응 혼합물(normal goat serum reaction mixture) 및 0.2% Triton X-100를 세포에 60분 동안 가하는 것으로 동시에 수행하였다. Oct-4 또는 MAP2 단백질이 1:1000로 희석된 항-Oct-4 항체(Chemicon, Millipore, Watford, UK) 또는 항-MAP2 항체(Santa Cruz Biotechnology, Heidelberg, Germany)에 의해 탐지되었으며, 4℃에서 밤새 인큐베이션하였다. 각 10분 동안 3차례 세척한 후, Alexa Fluor 2차 항체 컨쥬게이트를 가하고, 상기 혼합물을 90분 동안 인큐베이션하였다. P19 세포를 커버슬립으로 옮기고, DAPI(Vector Laboratories, Inc., CA, USA)를 함유하는 수성 마운팅 용액으로 마운팅하였다. 그 결과, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, P19세포에 retinoic acid (RA)를 처리한 후 6일째 stem cell biomaker이 Oct4 유전자의 발현은 현격히 줄고, 반면 신경세포 분화 마커인 MAP2 유전자 발현은 증가됨을 통해 P19세포가 RA에 의해 신경세포로 분화가 유도됨을 확인할 수 있었다.
Neuronal differentiation of P19 cells was verified using specific neuronal markers such as MAP2 (microtubule-associated protein-2) identified by immunofluorescence staining. Undifferentiated P19 cells were also identified using the oct4 antibody, a stem cell marker. For immunofluorescence staining, P19 cells were first fixed for 4 minutes with 4% formaldehyde or overnight. They were then washed three times for 10 minutes each with PBS and gently shaken during incubation. The blocking and permeation process was carried out simultaneously by adding 20% normal goat serum reaction mixture and 0.2% Triton X-100 to the cells for 60 minutes. Anti-Oct-4 antibody (Chemicon, Millipore, Watford, UK) or anti-MAP2 antibody (Santa Cruz Biotechnology, Heidelberg, Germany) with Oct-4 or MAP2 protein diluted 1: 1000 and detected at 4 ° C. Incubate overnight. After washing three times for each 10 minutes, Alexa Fluor secondary antibody conjugate was added and the mixture was incubated for 90 minutes. P19 cells were transferred to coverslips and mounted with an aqueous mounting solution containing DAPI (Vector Laboratories, Inc., CA, USA). As a result, as shown in Figure 5, the stem cell biomaker significantly reduced the expression of Oct4 gene on the 6th day after retinoic acid (RA) treatment of P19 cells, whereas the expression of MAP2 gene, a neuronal differentiation marker, was increased. It was confirmed that P19 cells were induced to differentiate into neurons by RA.

(3) 성숙 (3) maturity miR124amiR124a 를 탐지하기 위한 To detect qRTqRT -- PCRPCR 분석  analysis

P19세포의 신경세포 분화 동안의 성숙 miR124a 발현 패턴을 평가하기 위해, RA로 처리한 P19 세포의 신경세포로의 분화 전과 후의 small RNA 추출물을 이용하여 정량적 실시간 중합효소 연쇄 반응(qRT-PCR) 분석을 수행하였다.To assess mature miR124a expression patterns during neuronal differentiation of P19 cells, quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) analysis was performed using small RNA extracts before and after differentiation of RA-treated P19 cells into neurons. Was performed.

먼저, 뉴클라아제가 없는 물로 추출한 전체 small RNA를 mirVana miRNA 분리 키트 (Ambion, Austin, TX, USA)를 이용하여 매 분화 시점에서 P19 세포로부터 분리하였다. 신경세포 분화 동안 성숙 miR124a의 카피수를 조사하기 위해, mirVana qRT-PCR 프라이머 세트(Ambion)와 mirVana qRT-PCR miRNA 탐지 키트(Ambion)를 이용하여 qRT-PCR을 수행하였다. 성숙 miR124a 수준은 SYBR Premix Ex Taq (2×) (Takara, Japan)으로 iCycer (Bio-Rad)를 이용하여 PCR 증폭에 의해 검증하였다(95℃에서 3분, 95℃에서 15초, 60℃에서 30초, 40회의 증폭 사이클). U6 snRNA 프라이머 세트(Ambion, Austin, TX, USA)는 내재적 대조군으로서 사용되었다.First, whole small RNA extracted with nuclease-free water was isolated from P19 cells at every differentiation time point using mirVana miRNA separation kit (Ambion, Austin, TX, USA). To investigate the copy number of mature miR124a during neuronal differentiation, qRT-PCR was performed using mirVana qRT-PCR primer set (Ambion) and mirVana qRT-PCR miRNA detection kit (Ambion). Mature miR124a levels were verified by PCR amplification using iCycer (Bio-Rad) with SYBR Premix Ex Taq (2 ×) (Takara, Japan) (3 min at 95 ° C., 15 sec at 95 ° C., 30 at 60 ° C.). 40 amplification cycles per second). U6 snRNA primer set (Ambion, Austin, TX, USA) was used as an intrinsic control.

그 결과, 도 6a에서 볼 수 있는 바와 같이, 내생적인 성숙 miR124a 발현은 P19 세포의 신경 분화의 유도 후 점진적으로 증가함을 확인할 수 있었다.
As a result, as can be seen in Figure 6a, the endogenous mature miR124a expression was confirmed to increase gradually after the induction of neuronal differentiation of P19 cells.

(4) (4) MFMF -- miR124amiR124a 비콘의Beacon P19P19 세포로의 도입에 따른 내생적인  Endogenous following introduction into cells miR124amiR124a 발현 변화 조사  Expression change investigation

MF-miR124a 비콘을 미분화 및 분화된 P19 세포 내로 도입시켜, 신경세포의 분화 동안의 내생적인 miR124a 발현에 대해 조사하였다. MF-miR124a beacons were introduced into undifferentiated and differentiated P19 cells to investigate for endogenous miR124a expression during differentiation of neurons.

P19 세포를 젤라틴이 선코팅되어 있는 6-웰 플레이트에 분주하고, 멸균 커버 슬립으로 덮었다. 세포를 인산-완충 식염수(PBS)로 2회 세척하였다. MF-miR124a 비콘을 미분화 및 분화된 P19 세포에 트랜스펙션시키고, 37.8℃에서 4시간 동안 인큐베이션하였다. MF 입자의 크기는 엔도사이토시스에 의한 수동적 세포내 도입에 적합한 것으로 확인된 바 있다[J.S. KIM, et al., J. vet . Sci . 2006, 7, 321]. 비교를 위해, miR124a 비콘이 도입되지 않은 MF 입자 또한 각각의 세포 그룹으로 또한 도입되었다. 인 비트로 형광 분석을 위해, MF-miR124a 비콘으로 트랜스팩션된 세포를 PBS로 헹군 후 트립신 처리에 의해 수확하였다. 수집된 세포를 어두운 96-웰 마이크로플레이트로 옮긴 후, 그들의 형광 강도를 Varioskan Flash 마이크로플래이트 리더기(Thermo Fisher Scientific, Vantaa, Finland)로 측정하였다.P19 cells were dispensed into 6-well plates pre-coated with gelatin and covered with sterile cover slips. Cells were washed twice with phosphate-buffered saline (PBS). MF-miR124a beacons were transfected into undifferentiated and differentiated P19 cells and incubated at 37.8 ° C. for 4 hours. The size of the MF particles has been found to be suitable for passive cellular introduction by endocytosis [JS KIM, et al., J. vet . Sci . 2006, 7, 321. For comparison, MF particles without the introduction of miR124a beacons were also introduced into each cell group. For in vitro fluorescence analysis, cells transfected with MF-miR124a beacons were rinsed with PBS and harvested by trypsin treatment. The collected cells were transferred to dark 96-well microplates and their fluorescence intensities were measured with a Varioskan Flash microplate reader (Thermo Fisher Scientific, Vantaa, Finland).

그 결과, 도 6b에서 볼 수 있는 바와 같이, 신경세포 분화 동안 점진적으로 발현이 증가된 성숙 miR124a가 MF-miR124a 비콘의 miR124a 결합 영역에 붙어, 비콘의 백본으로부터 퀀처 올리고를 분리시키고, 이와 동시에 형광을 점진적으로 증가시킴을 확인할 수 있었다. 신경세포 분화 3일 및 6일 후, 미분화된 P19세포와 비교하여 형광 활성이 각각 약 42.3% 및 84.1% 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 항-miR124a(miR124a 저해제, 100pmol)를 신경세포 분화 6일 후의 P19 세포에 전처리한 결과, MF-miR124a 비콘의 퀀칭 상태가 유지되는 것을 관찰할 수 있었다.
As a result, as can be seen in Figure 6b, mature miR124a with progressively increased expression during neuronal differentiation attaches to the miR124a binding region of the MF-miR124a beacon, detaching the quencher oligo from the backbone of the beacon, and simultaneously fluorescence It was confirmed that the increase gradually. After 3 and 6 days of neuronal differentiation, the fluorescence activity was increased by about 42.3% and 84.1%, respectively, compared to undifferentiated P19 cells. In addition, pretreatment of anti-miR124a (miR124a inhibitor, 100 pmol) to P19 cells 6 days after neuronal differentiation showed that the quenching state of the MF-miR124a beacon was maintained.

(5) 내재화된 (5) internalized MFMF 입자의  Particle 공초점Confocal 현미경 관찰 Microscopic observation

신경생성 동안의 miR124a의 세포내 발현의 인 비트로 형광 이미지를 얻기 위해, MF-miR124a 비콘의 공초점 현미경 촬영을 P19 세포의 신경세포로의 유도 동안 수행하였다. 먼저, P19 세포를 3.7% 포름알데히드 용액(Sigma, St. Louis, MO, USA)을 이용하여 고정시킨 후, PBS로 10분 동안 3회 헹구었다. 4’,6-디아미디노-2-페닐인돌디하이드로클로라이드 (DAPI) 용액을 함유하는 마운팅 배지(Vector Laboratories, Inc., CA, USA)를 가한 후 6-웰 플레이트로부터 커버 슬립을 글래스 슬라이드 위로 옮기고, 이를 공초점 현미경으로 관찰하였다. 그 결과, 도 6b에서 본 정량적인 형광 결과와 유사하게, 도 6c에 나타낸 공초점 레이저 스캐닝 현미경 결과는 P19세포의 신경 분화 동안의 MF-miR124a 비콘의 놀라운 형광 변화를 보여주었다. 미분화된 P19세포에서는, 성숙 miR124a가 거의 발현되지 않기 때문에 세포 내에서 MF-miR124a의 형광 신호가 거의 탐지되지 않았다. 대조적으로, 신경세포로의 분화 유도 3일 및 6일 후에는, 성숙 miR124a의 높은 발현에 기인하여 유의하게 강한 형광 밝기가 P19 세포에서 명확하게 관찰되었다. 또한, 신경세포 분화 6일 후 관찰된 MF-miR124a의 형광신호는 항-miR124a의 처리 후 본래의 퀀칭된 상태로 되돌아갔다. 이러한 결과는 형광 나노입자에 컨쥬게이트된 miR124a 비콘이 매우 높은 특이성으로 세포내 miRNA의 이미지를 성공적으로 제공해 줄 수 있음을 증명한다.
Confocal microscopy of MF-miR124a beacons was performed during induction of P19 cells into neurons to obtain in-vitro fluorescence images of intracellular expression of miR124a during neurogenesis. First, P19 cells were fixed using 3.7% formaldehyde solution (Sigma, St. Louis, MO, USA) and then rinsed three times with PBS for 10 minutes. After adding the mounting medium (Vector Laboratories, Inc., CA, USA) containing 4 ', 6-diamidino-2-phenylindoledihydrochloride (DAPI) solution, cover slips from the 6-well plate onto the glass slides. Transferred and observed under confocal microscope. As a result, similar to the quantitative fluorescence results shown in FIG. 6B, the confocal laser scanning microscopy results shown in FIG. 6C showed surprising fluorescence changes of the MF-miR124a beacon during neuronal differentiation of P19 cells. In undifferentiated P19 cells, fluorescence signal of MF-miR124a was hardly detected in the cell because little mature miR124a was expressed. In contrast, three and six days after induction of differentiation into neurons, significantly strong fluorescence brightness was clearly observed in P19 cells due to the high expression of mature miR124a. In addition, the fluorescence signal of MF-miR124a observed 6 days after neuronal differentiation returned to its original quenched state after treatment with anti-miR124a. These results demonstrate that miR124a beacon conjugated to fluorescent nanoparticles can successfully provide intracellular miRNA images with very high specificity.

실시예Example 3:  3: MFMF -- miR124amiR124a 비콘을Beacons 이용한 신경 분화의 인 비보  In vivo of Utilized Neural Differentiation 모니터링monitoring

(1) (One) MFMF -124a -124a 비콘의Beacon 세포내Intracellular 자성성질 조사 Magnetic property investigation

MF-miR124a 비콘을 함유하는 세포의 인 비보 추적을 모니터하기 위해, 세포 내 miR124a 비콘이 컨쥬게이트된 MF 입자의 자성적 특성을 P19 세포로 비콘을 이동시킴으로써 평가하였다. MF-miR124a의 농도가 증가함에 따라 자성 신호 강도가 점진적으로 감소하는 것이 관찰되었다. 도 7은 다양한 농도의 MF-miR124a 비콘을 P19세포 이입한 후 농도에 비례하여 T2 Weighted MR 시그널이 감소하는 결과를 보여준다. 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 특이적인 relaxivity는 53.39mM-1 s- 1 였다. 자기공명영상(MRI)에 의해 P19 세포의 인 비보 세포 추적에 더하여, 사이토메갈로바이러스(CMV) 프로모터에 의해 유도되는 루시퍼라아제 유전자를 포함하는 플라스미드 구조체를 형광 강도의 인 비보 정상화(normalization)을 위한 내부 대조군으로서 P19 세포 내로 miR124a 비콘과 함께 트랜스펙션시켰다. 그 결과 생체에서 이입된 P19세포 존재위치를 MRI로 확인하였고, 아울러 루시퍼라아제 리포터유전자에 의해 좌/우측 대퇴부에 동일한 세포의 수가 생체에 이입되었고 생존함을 확인할 수 있었다.
To monitor in vivo tracking of cells containing MF-miR124a beacons, the magnetic properties of MF particles conjugated with intracellular miR124a beacons were evaluated by moving beacons to P19 cells. It was observed that the magnetic signal intensity gradually decreased with increasing concentration of MF-miR124a. Figure 7 shows the result of reducing the T2 Weighted MR signal in proportion to the concentration after the P19 cells into the MF-miR124a beacon of various concentrations. As can be seen in Figure 7, the specific relaxivity was 53.39mM- 1 s - 1 . In addition to in vivo cell tracing of P19 cells by magnetic resonance imaging (MRI), plasmid constructs comprising the luciferase gene induced by the cytomegalovirus (CMV) promoter can be used for in vivo normalization of fluorescence intensity. Transfected with miR124a beacon into P19 cells as internal control. As a result, the presence of P19 cells introduced from the living body was confirmed by MRI, and the same number of cells were transferred to the left and right thighs by the luciferase reporter gene and confirmed that they survived.

(2) (2) P19P19 세포를 로딩한  Cells loaded PLLAPLLA 스캐폴드의Scaffold 생체 이식 Living transplant

한편, P19 세포가 생체 내에서 안정적으로 자리잡는 것을 돕기 위해, 폴리-L-락틱산(PLLA) 스캐폴드를 이용하였다. PLLA 스캐폴드는 S. J. Lee (Ewha Womans University College of Pharmacy)로부터 제공받았다. 섬유성 PLLA 스캐폴드는 방적된 PLLA 마이크로파이버로부터 wet-spin을 이용하여 이용하여 제조하였다. P19 세포를 분주하기 이전에, PLLA 스캐폴드를 70% 이소프로필 알코올을 이용하여 밤새 멸균시키고 PBS로 3회 헹구었다. 세포 분주 전 PLLA 스캐폴드를 P19 배양 배지로 12시간 동안 인큐베이션하였다. 폴리-L-락틱산(PLLA) 스캐폴드의 사용은 MF-miR124a 비콘이 도입된 세포에서의 더 나은 형광 활성을 얻고, T2 MR 스캐닝에서 흰색 영역으로 관찰되는 스캐폴드 내부의 위-양성 배경 자기 공명(MR) 신호를 감소시켰다 [D. W. Hwang, et al., J. Nucl.Med. Mol. Imaging 2008, 35, 1887.].On the other hand, poly-L-lactic acid (PLLA) scaffolds were used to help stably settle P19 cells in vivo. The PLLA scaffold was provided by S. J. Lee (Ewha Womans University College of Pharmacy). Fibrous PLLA scaffolds were prepared using wet-spin from spun PLLA microfibers. Prior to dispensing P19 cells, PLLA scaffolds were sterilized overnight with 70% isopropyl alcohol and rinsed three times with PBS. PLLA scaffolds were incubated with P19 culture medium for 12 hours prior to cell division. The use of poly-L-lactic acid (PLLA) scaffolds gained better fluorescence activity in cells into which MF-miR124a beacons were introduced and gastric-positive background magnetic resonance inside the scaffolds observed with white areas in T2 MR scanning (MR) signal was reduced [D. W. Hwang, et al., J. Nucl. Med. Mol. Imaging 2008, 35, 1887.].

인 비보 신경세포 유도를 위해, miR124a 비콘을 포함하는 5×106 개의 P19 세포를 PBS로부터 수확하고, 10×10-7 M RA로 재현탁시킨 후, PLLA 스캐폴드 내로 도입하였다. P19-스캐폴드 복합체를 누드 마우스(수컷 BALB/c, 7 주령)의 양쪽 허벅지와 오른쪽 어깨의 피하조직으로 이식하였다.
For in vivo neuronal induction, 5 × 10 6 P19 cells containing miR124a beacons were harvested from PBS, resuspended with 10 × 10 −7 M RA and then introduced into the PLLA scaffold. The P19-scaffold complex was implanted into the subcutaneous tissue of both thighs and right shoulders of nude mice (male BALB / c, 7 weeks old).

(3) 인 비보 형광 이미지의 획득(3) acquisition of in vivo fluorescent images

P19-스캐폴드 복합체의 이식 3일 후, 형광 이미지를 위해, 동물을 케타민(Ketalar, Panpharma, Fougeres, France)/자일라진 (Rompun, Bayer Pharma, Puteaux, France) 용액(2:1,50 mL)으로 마취시켰다. 마우스를 Maestro in vivo imaging system (CRi Inc., Woburn, MA, USA)을 이용하여 스캐닝하였다. 광학적 이미징은 그린 필터 세트(503-555 nm, band-pass filter; 580 nm, long-pass filter)를 이용하여 수행하였다. 카메라를 이용하여 일정 노출 시간(1초)에서 캡쳐된 이미지를 획득하였다. Maestro software 2.6을 이용한 자기형광 보정을 위해, MF-miR124a 비콘이 도입된 누드 마우스로부터 획득된 형광 신호 및 자기형광 신호에서의 슈도-컬러 형광 이미지를, 정상 마우스로부터 순수한 자기형광 신호 스펙트럼을 획득한 후 스펙트럼을 혼합하지 않음으로써 만들어 냈다. MF-miR124a 비콘이 도입된 마우스에 대해 혼합된 스펙트럼으로부터 자기형광 스펙트럼을 제외시킴으로써 MF-miR124a을 가지고 있는 마우스에서의 각각의 로다민 형광 스펙트럼을 획득하였다. 도 8a는 이식된 P19세포에 함께 이입된 CMV-Firefly luciferase 광학영상벡터가 오른쪽(신경분화유도)대퇴부와 왼쪽대퇴부(신경분화전)에서 동일한 광학신호를 통해 동일한 세포가 이입되었고 살아 있다는 것을 확인한 결과를 보여준다. 또한, 도 8b는 P19 세포 이식 후 2일째 오른쪽대퇴부에서 신경분화에 의해 miR-124a가 증가 됨에 따라 MF-miR124a 비콘의 생체광학영상 신호가 왼쪽보다 증가됨을 확인한 결과를 보여준다.도 8b에서 볼 수 있는 바와 같이, 이식 3일 후, 신경세포 분화를 위해 RA로 처리된 마우스의 오른쪽 허벅지에서의 형광 이미지가 RA를 처리하지 않은 왼쪽 허벅지의 형광 이미지와 비교할 때 P19 세포에서의 세포내 miR124a의 높은 발현에 기인하여 증가된 형광 이미지를 탐지할 수 있었다. ROI(Quantitative region of interest) 분석에 따르면, 비처리된 군의 형광 활성과 비교하여 RA-처리된 군에서 대략 82.8%의 형광 회복이 확인되었다.
Three days after implantation of the P19-scaffold complex, for fluorescence imaging, the animals were placed in ketamine (Ketalar, Panpharma, Fougeres, France) / xylazine (Rompun, Bayer Pharma, Puteaux, France) solution (2: 1, 50 mL). Anesthetized with. Mice were scanned using a Maestro in vivo imaging system (CRi Inc., Woburn, MA, USA). Optical imaging was performed using a green filter set (503-555 nm, band-pass filter; 580 nm, long-pass filter). Images captured at constant exposure time (1 second) were acquired using a camera. For autofluorescence correction using Maestro software 2.6, pure autofluorescence signal spectra were obtained from fluorescence signals obtained from MF-miR124a beacon-introduced nude mice and pseudo-color fluorescence images of autofluorescence signals from normal mice. Created by not mixing the spectra. Rhodamine fluorescence spectra in mice with MF-miR124a were obtained by subtracting the autofluorescence spectra from the mixed spectra for mice introduced with MF-miR124a beacons. FIG. 8A shows that the CMV-Firefly luciferase optical image vector transfected into the transplanted P19 cells was transferred to the same cell through the same optical signal in the right (neural differentiation) thigh and the left thigh (pre-neural differentiation). Shows. In addition, FIG. 8B shows a result of confirming that the bio-optical image signal of the MF-miR124a beacon is increased from the left as miR-124a is increased by neuronal differentiation in the right thigh 2 days after P19 cell transplantation. As shown, after 3 days of implantation, the fluorescence image in the right thigh of the mouse treated with RA for neuronal differentiation resulted in high expression of intracellular miR124a in P19 cells as compared to the fluorescence image of the left thigh untreated with RA. Increased fluorescence images could be detected. Quantitative region of interest (ROI) analysis revealed approximately 82.8% fluorescence recovery in the RA-treated group compared to the fluorescence activity of the untreated group.

(4) 인 비보 생물발광 이미지의 획득(4) acquisition of in vivo bioluminescence images

한편, 생물발광 이미지를 위해, 노즈콘(nose cone)을 통해 1 L min-1의 유속의 2% 이소플루란이 포함된 O2 가스로 마우스를 진정시키고, 3 mg/0.1 mL/마우스 루시퍼라아제 기질 루시페린을 복강내로 주사하여 생물발광 이미지를 획득하였다. 동물을 CCD 카메라(Xenogen, CA, USA)가 설치된 IVIS-200 imaging system으로 옮겼다. 생물발광 이미지는 15분 동안 빛을 모으고 통합하여 획득하였다.On the other hand, for bioluminescence images, mice were seded with O 2 gas containing 2% isoflurane at a flow rate of 1 L min −1 through a nose cone and 3 mg / 0.1 mL / mouse luciferase Substrate luciferin was injected intraperitoneally to obtain bioluminescent images. Animals were transferred to an IVIS-200 imaging system equipped with a CCD camera (Xenogen, CA, USA). Bioluminescence images were acquired by collecting and integrating light for 15 minutes.

그 결과, 형광활성과 유사한 생물발광 활성이 양쪽 허벅지 부위에서 발견되었으며, 이는 도 8a 및 8b에서 보여준 형광 신호의 향상이 세포 수의 차이에 기인한 것이 아님을 나타낸다.
As a result, bioluminescent activity similar to fluorescence activity was found at both thigh sites, indicating that the improvement in fluorescence signal shown in FIGS. 8A and 8B was not due to the difference in cell number.

(5) (5) 인비보Invivo T2T2 -강조 -emphasis MRMR 이미지의 획득 Image Acquisition

형광 활성이 MFmiR124a 비콘을 포함하는 세포로부터 기인한 것인지 확인하기 위하여, 마우스의 양쪽 허벅지 및 오른쪽 어깨로부터 T2-강조 MR 이미지를 얻었다. MFmiR124a 비콘의 다양한 농도에서의 T2-강조 MR 이미지는 1.5-T MR imager (GE Medical Systems, Milwaukee, WI, USA)를 이용하여 animal coil box 내에서 획득하였다. MRI 실험동안, 동물을 케타민/자일라진(2:1, 50 mL) 용액으로 마취시키고, 그들의 호흡과 체온을 직장 서미스터(rectal thermistor)를 이용하여 모니터링하였다. 누드 마우스의 인 비보 MRI를 또한 1.5-T whole-body MR scanner (GE Medical Systems, Milwaukee, WI, USA)로 수행하여 T2 axial 이미지를 획득하였다. 이 때, repetitive time (TR)과 echo time (TE)에 대한 sequence parameters는 각각 1400 및 55.8 ms이었다. 도 8c에서 볼 수 있는 바와 같이, 이식전 영역과 비교하여, MF-miR124a 비콘이 도입된 P19 세포를 포함하는 PLLA 스캐폴드가 이식된 양쪽 허벅지에서 어두운 신호가 명백하게 가시화되었다. 빈 스캐폴드만이 이식된 오른쪽 어깨에서는 이식 전과 후 모두에서 자성 신호가 관찰되지 않았다. 인 비보 형광 이미지가 MF-miR124a 비콘에 의해 획득된 것인지를 확인하기 위해 이식된 PLLA 스캐폴드를 조심스럽게 분리해냈다. 도 8d에서 볼 수 있는 바와 같이, 분화전의 P19 세포만을 갖는 스캐폴드에서의 형광 활성과 비교하여 분화 후의 P19 세포가 도입된 PLLA 스캐폴드에서 탐지된 형광 활성이 더 밝았다. 어깨 및 양쪽 허벅지로부터 분리된 스캐폴드의 정량적인 ROI 분석은 왼쪽 허벅지의 비처리군의 형광 활성과 비교하여 RA 처리군에서의 형광 회복이 대략 91.2%에 달하는 것으로 나타났다. 뿐만 아니라, 분리된 스캐폴드 군으로부터 유사한 형광 패턴이 P19-스캐폴드 복합체의 동결 절편에서도 발견되었는데, 이는 RA-비처리된 복합체에 비해 RA-처리된 복합체에서 더 강한 형광 신호를 나타냄을 보여준다.
T2-weighted MR images were obtained from both thighs and right shoulders of mice to confirm whether the fluorescence activity was from cells containing MFmiR124a beacons. T2-weighted MR images at various concentrations of MFmiR124a beacons were obtained in an animal coil box using a 1.5-T MR imager (GE Medical Systems, Milwaukee, WI, USA). During the MRI experiments, animals were anesthetized with a ketamine / xylazine (2: 1, 50 mL) solution, and their breathing and body temperature were monitored using a rectal thermistor. In vivo MRI of nude mice was also performed with a 1.5-T whole-body MR scanner (GE Medical Systems, Milwaukee, WI, USA) to obtain T2 axial images. At this time, the sequence parameters for repetitive time (TR) and echo time (TE) were 1400 and 55.8 ms, respectively. As can be seen in FIG. 8C, dark signals were clearly visualized in both thighs implanted with PLLA scaffolds containing P19 cells into which MF-miR124a beacons were introduced as compared to the pre-transplantation region. In the right shoulder where only the empty scaffold was implanted, no magnetic signal was observed before and after transplantation. The implanted PLLA scaffold was carefully removed to confirm that the in vivo fluorescent image was obtained by the MF-miR124a beacon. As can be seen in FIG. 8D, the fluorescence activity detected in the PLLA scaffold into which P19 cells were differentiated was brighter compared to the fluorescence activity in the scaffold with only P19 cells prior to differentiation. Quantitative ROI analysis of scaffolds separated from the shoulder and both thighs showed approximately 91.2% fluorescence recovery in the RA treated group compared to the fluorescence activity of the untreated group of the left thigh. In addition, a similar fluorescence pattern from the isolated scaffold group was also found in the frozen sections of the P19-scaffold complex, showing a stronger fluorescence signal in the RA-treated complex compared to the RA-untreated complex.

이상 살펴본 바와 같이, 형광 신호를 튜닝할 수 있는 분자 비콘은 특이적 타겟 바이오마커의 동정을 위해 또는 세포내 유전자의 평가를 위해 매우 특이적인 분자 이미징 바이오센서로서 이용할 수 있을 것이다. 또한, 나노입자-기반의 분자 비콘을 사용하면 세포내 분자 타겟팅을 위해 내생적 타겟 분자뿐만 아니라, 살아있는 대상체에서의 신경세포 관련 타겟 분자의 탐지에 의한 신경 분화 패턴을 관찰할 수도 있다. 본 기술은 살아있는 대상체에서의 비침범적인 정보를 제공하며 반복적인 분석을 허용해 준다. 또한, 신경 분화 패턴의 탐지를 위한 miRNA 특이적 분자 비콘 이미징 시스템은 유전자 수준에서의 신경학적 장애의 진단을 위한 유효한 방법이 될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.As discussed above, molecular beacons that can tune fluorescent signals may be used as highly specific molecular imaging biosensors for identification of specific target biomarkers or for evaluation of intracellular genes. Nanoparticle-based molecular beacons can also be used to observe neuronal differentiation patterns by detection of endogenous target molecules as well as neuronal cell-related target molecules in living subjects for intracellular molecular targeting. The technique provides noninvasive information in living subjects and allows for repeated analysis. In addition, miRNA specific molecular beacon imaging systems for the detection of neuronal differentiation patterns have the potential to be an effective method for the diagnosis of neurological disorders at the genetic level.

Claims (22)

형광물질(fluorophore) 및 생체적합성 물질을 포함하는 코팅층을 갖는 자성 나노입자; 및
상기 코팅층에 결합되어 있고 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하는 핵산 프로브 및 상기 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하고 형광제어물질(quencher)이 결합되어 있는 올리고머가 혼성화되어 있는 분자 비콘을 포함하는
타겟 분자의 탐지를 위한 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
Magnetic nanoparticles having a coating layer comprising a fluorophore and a biocompatible material; And
Molecular beacons are coupled to the coating layer and comprises a nucleic acid probe comprising a region capable of hybridizing with the target molecule and a molecular beacon comprising a region capable of hybridizing with the nucleic acid probe and an oligomer to which a fluorescent control material is bound. Containing
Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe for detection of target molecules.
제1항에 있어서,
상기 자성 나노입자는 금속 물질, 자성 물질, 또는 자성 합금인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
The magnetic nanoparticles are magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes of a metal material, magnetic material, or magnetic alloy.
제2항에 있어서,
상기 금속 물질은 Pt, Pd, Ag, Cu 및 Au로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 2,
The metal material is at least one magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe selected from the group consisting of Pt, Pd, Ag, Cu and Au.
제2항에 있어서,
상기 자성 물질은 Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM'2O4, 및 MpOq (M 및 M'은 각각 독립적으로 Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, 또는 Cr을 나타내고, p 및 q는 각각 식 “0 < p =3”및 “0 < q =5”을 만족한다.)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 2,
The magnetic material is Co, Mn, Fe, Ni, Gd, Mo, MM ' 2 O 4 , And M p O q (M and M 'each independently represent Co, Fe, Ni, Mn, Zn, Gd, or Cr, and p and q satisfy the expressions "0 <p = 3" and "0 <q = 5", respectively). One or more magnetic fluorescent nanoparticle imaging probes selected from the group consisting of:.
제2항에 있어서,
상기 자성 합금은 CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe 및 NiFeCo로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 2,
The magnetic alloy is at least one magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe selected from the group consisting of CoCu, CoPt, FePt, CoSm, NiFe and NiFeCo.
제1항에 있어서,
상기 형광 물질은 로다민과 그의 유도체, 플루오레신과 그의 유도체, 쿠마린과 그의 유도체, 아크리딘과 그의 유도체, 피렌과 그의 유도체, 에리트로신과 그의 유도체, 에오신과 그의 유도체, 및 4-아세트아미도-4'-이소티오시아나토스틸벤-2,2'디설폰산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
The fluorescent substance is rhodamine and its derivatives, fluorescein and its derivatives, coumarin and its derivatives, acridine and its derivatives, pyrene and its derivatives, erythrocin and its derivatives, eosin and its derivatives, and 4-acetamido- Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe selected from the group consisting of 4'-isothiocyanatostilbene-2,2'disulfonic acid.
제1항에 있어서,
상기 생체적합성 물질은 실리카, 폴리머, 지질 및 덱스트란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
The biocompatible material is a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe comprising a material selected from the group consisting of silica, polymers, lipids and dextran.
제1항에 있어서,
타겟 분자가 상기 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역이, 타겟 분자가 형광제어물질이 결합되어 있는 올리고머와 혼성화될 수 있는 영역에 비해 큰 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
A magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe having a larger region where a target molecule may hybridize with the nucleic acid probe than a region where the target molecule may hybridize with an oligomer to which a fluorescent control material is bound.
제1항에 있어서,
상기 핵산 프로브의 일 말단에 링커가 추가로 포함되어 있는 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe further comprises a linker at one end of the nucleic acid probe.
제1항에 있어서,
상기 형광제어물질은 4-(디메틸아미노)아조벤젠-4-카복실산(DABCYL), 4-(디메틸아미노)아조벤젠 설폰산(DABSYL) , BHQ-1, BHQ-2, BHQ-3 및 ECLIPSE 로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
The fluorescence control material is selected from the group consisting of 4- (dimethylamino) azobenzene-4-carboxylic acid (DABCYL), 4- (dimethylamino) azobenzene sulfonic acid (DABSYL), BHQ-1, BHQ-2, BHQ-3 and ECLIPSE. Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe that is selected.
제1항에 있어서,
상기 타겟 분자가 microRNA, mRNA 또는 단백질인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
Magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe wherein the target molecule is a microRNA, mRNA or protein.
제1항에 있어서,
상기 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 T1 자기공명 영상 진단 프로브, 광학 진단 프로브, CT 진단 프로브 및 방사선 동위원소로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 프로브가 추가로 도입되어 있는 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
And one or more probes selected from the group consisting of a T1 magnetic resonance imaging diagnostic probe, an optical diagnostic probe, a CT diagnostic probe, and a radioisotope.
제1항에 있어서,
상기 자성 형광 나노입자 이미징 프로브에 추가로 세포내 전달 리간드가 결합되어 있는 것인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
The magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe is further coupled to the intracellular delivery ligand to the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe.
제11항에 있어서,
상기 세포내 전달 리간드는 단백질 전달 도메인(protein transduction domain), 막투과 도메인(transmembrane domain) 또는 세포 침투 펩타이드(cell penetrating peptide)인 형광 나노입자 이미지 프로브.
The method of claim 11,
The intracellular delivery ligand is a protein transduction domain, a transmembrane domain, or a cell penetrating peptide.
제1항에 있어서,
상기 형광 나노입자 이미징 프로브에 추가로 세포 또는 조직 타겟팅 리간드가 결합되어 있는 것인 형광 나노입자 이미징 프로브.
The method of claim 1,
Cell or tissue targeting ligand is further coupled to the fluorescent nanoparticle imaging probe.
자성 나노입자 상에 형광물질(fluorophore) 및 생체적합성 물질을 포함하는 코팅층을 형성하고;
상기 코팅층 상에, 타겟 분자와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하는 핵산 프로브 및 상기 핵산 프로브와 혼성화될 수 있는 영역을 포함하고 형광제어물질(quencher)이 결합되어 있는 올리고머가 혼성화되어 있는 분자 비콘을 결합시키는 것을 포함하는
타겟 분자의 탐지를 위한 자성 형광 나노입자 이미징 프로브의 제조 방법.
Forming a coating layer including a fluorophore and a biocompatible material on the magnetic nanoparticles;
On the coating layer, a molecular beacon comprising a nucleic acid probe including a region capable of hybridizing with a target molecule and an oligomer including a region capable of hybridizing with the nucleic acid probe and having a fluorescence control agent bound thereto is hybridized. Involving
A method of making a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe for the detection of a target molecule.
제16항에 있어서,
상기 분자 비콘과 코팅층과의 결합은 코팅층 상에 존재하는 기능기와 분자 비콘의 핵산 프로브 상에 도입된 기능기 간의 공유결합을 통해 이루어지는 것인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브의 제조 방법.
The method of claim 16,
The binding of the molecular beacon and the coating layer is a method of manufacturing a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe is made through a covalent bond between a functional group present on the coating layer and a functional group introduced on the nucleic acid probe of the molecular beacon.
제17항에 있어서,
상기 코팅층 상에 존재하는 기능기는 -COOH, -CHO, -NH2, -SH, -CONH2, -PO3H, -PO4H, -SO3H, -SO4H, -OH, -술포네이트, -니트레이트, -포스포네이트, -숙신이미딜기, -말레이미드기 및 -알킬리로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브의 제조 방법.
The method of claim 17,
The functional groups present on the coating layer are -COOH, -CHO, -NH 2 , -SH, -CONH 2 , -PO 3 H, -PO 4 H, -SO 3 H, -SO 4 H, -OH, -sulfo Nate, -nitrate, -phosphonate, -succinimidyl group, -maleimide group, and -alkylli manufacturing method of the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe.
제17항에 있어서,
상기 핵산 프로브 상에 도입된 기능기는 -NH2, -COOH, -COH, -NCO, -NCS, -COCH2, -SH, -CON3 및 -CH2C(NH2 +)OCH3로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브의 제조 방법..
The method of claim 17,
The functional group introduced on the nucleic acid probe consists of -NH 2 , -COOH, -COH, -NCO, -NCS, -COCH 2 , -SH, -CON 3 and -CH 2 C (NH 2 + ) OCH 3 A method of making a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe.
제17항에 있어서,
상기 코팅층 상에 존재하는 기능기는 -COOH이고, 상기 핵산 프로브 상에 도입된 기능기는 -NH2인 자성 형광 나노입자 이미징 프로브의 제조 방법..
The method of claim 17,
The functional group present on the coating layer is -COOH, and the functional group introduced on the nucleic acid probe is -NH 2 The method of manufacturing a magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 자성 형광 나노입자 이미징 프로브를 포함하는 타겟 분자 탐지용 조성물.
The composition for detecting a target molecule comprising the magnetic fluorescent nanoparticle imaging probe of any one of claims 1 to 15.
제21항의 조성물을 생체 또는 시료에 투여하고;
상기 생체 또는 시료로부터 형광 나노입자 이미징 프로브에 의해 발산되는 신호를 감지하여 영상을 수득하는 것을 포함하는 생체 또는 시료의 영상 수득 방법.
Administering the composition of claim 21 to a living body or a sample;
Method of obtaining an image of a living body or a sample comprising the step of sensing the signal emitted by the fluorescent nanoparticle imaging probe from the living body or sample.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101233439B1 (en) * 2010-07-29 2013-02-14 연세대학교 산학협력단 Stimuli sensitive magnetic nanocomposites using pyrene conjugated polymer and contrast compositions
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KR20190035218A (en) * 2017-09-26 2019-04-03 연세대학교 산학협력단 Probe for detecting and treating virus
CN112326776A (en) * 2020-10-30 2021-02-05 北京航空航天大学 P140 targeted optical-magnetic particle imaging cell specific fusion device

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