KR20110112177A - Method for diagnosing of alzheimer's disease using giant magneto resistance and magnetic bead-polyprotein complex for alzheimer's disease - Google Patents
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Abstract
본 발명은 거대자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법 및 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체에 관한 것이다. 본 발명에 따른 거대자기저항 센서를 이용하여 알츠하이머병의 진단방법은 기존의 형광물질이나 유전자 분석 대신 거대자기저항 센서를 이용하여 간단한 방법으로 알츠하이머병을 쉽게 진단할 수 있고, 알츠하이머병 진단용 바이오 센서로 대량생산이 가능하므로, 알츠하이머병의 모니터링과 치료에 유용하게 사용할 수 있다.The present invention relates to a method for diagnosing Alzheimer's disease using a giant magnetoresistive sensor and a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease. Diagnosis method of Alzheimer's disease using the giant magnetoresistance sensor according to the present invention can easily diagnose Alzheimer's disease by a simple method using a giant magnetoresistance sensor instead of conventional fluorescent material or genetic analysis, as a biosensor for diagnosing Alzheimer's disease Mass production is possible, making it useful for monitoring and treating Alzheimer's disease.
Description
본 발명은 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법 및 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor and to a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease.
알츠하이머병(Alzheimer’s disease)은 치매의 주요 원인이며, 가장 일반적인 퇴행성 신경 질환이다. 사실상 진행성인 알츠하이머병은 기억 상실, 언어 능력, 상황 판단 및 분별력의 퇴화가 특징이다. 흔히 고령의 생리학적 병과 혼돈되는 증상의 특성, 이러한 증상의 심각성 및 이러한 증상이 발생하는 연령은 개개마다 다르다. 이로 인해 알츠하이머병의 정확한 병인이나 치료법이 알려져 있지 않고 있으며, 알츠하이머병을 초기에 진단하기는 어려운 실정이다. Alzheimer's disease is the leading cause of dementia and the most common degenerative neurological disease. Indeed, progressive Alzheimer's disease is characterized by a loss of memory, speech, language judgment, and discernment. The nature of symptoms that often confuse with older physiological illness, the severity of these symptoms, and the age at which these symptoms occur varies from person to person. For this reason, the exact etiology or treatment of Alzheimer's disease is not known, and it is difficult to diagnose Alzheimer's disease at an early stage.
알츠하이머병의 병리학적 특징으로는 노인반점(senile plaques), 신경섬유덩어리(neurofibrilary tangles), 그리고 신경세포의 손실(neuronal loss)을 대표적으로 들 수 있다. 노인반점의 대부분을 차지하고 있는 응집된 아밀로이드-베타 단백질은 여러 가지 실험 증거들에 의하여 알츠하이머병의 주요 병인으로 생각되고 있다.
Pathological features of Alzheimer's disease include senile plaques, neurofibrilary tangles, and neuronal loss. Aggregated amyloid-beta protein, which accounts for most of the senile plaques, is considered to be a major cause of Alzheimer's disease by various experimental evidence.
한편, 알츠하이머병을 진단하는 방법에는 여러 방법들이 있다. 대한민국 공개특허 제10-2009-0048192호에는 치매(알츠하이머 병)의 진단, 예방 및 치료제 그리고 이들의 스크리닝 방법이 기재되어 있으며, 구체적으로는 FcγRⅡb와 그의 변이체, FcγRⅡb 세포외 도메인 단백질, 항-FcγRⅡb 항체, FcγRⅡb 특이 펩티드, 및 FcγRⅡb 특히 siRNA로 이루어진 군으로부터 선택된 결합 억제제는 FcγRⅡb와 Aβ에 의한 신호 전달, 세포내 이동, 신경 독성, 세포 사멸도 및 기억력 감퇴를 감소시키므로 알츠하이머 병의 진단, 예방 및 치료가 기재되어 있다. On the other hand, there are many ways to diagnose Alzheimer's disease. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0048192 describes methods for diagnosing, preventing and treating dementia (Alzheimer's disease) and screening methods thereof. Specifically, FcγRIIb and its variants, FcγRIIb extracellular domain proteins, and anti-FcγRIIb antibodies , Binding inhibitors selected from the group consisting of FcγRIIb-specific peptides, and FcγRIIb, in particular siRNA, reduce signal transduction, intracellular migration, neurotoxicity, cell death, and memory loss by FcγRIIb and Aβ, thus making it possible to diagnose, prevent, and treat Alzheimer's disease. It is described.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2007-0073778호에는 혈중 등, 생체시료검체 중의 β-아밀로이드의 측정수법을 공부하여, 알츠하이머 병의 진단에 응용하는 것이 기재되어 있으며, β-아밀로이드 1-42의 C말단부분을 인식하는 항체를 사용하는 면역측정법에 의해, 생체시료검체 중의 β-아밀로이드 1-42와 β-아밀로이드 1-42의 C말단부분을 보유하는 β-아밀로이드 1-42 단편의 총량을 측정하는 것에 의해 알츠하이머 병의 검정을 가능하게 하는 방법이 기재되어 있다. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0073778 describes a method of measuring β-amyloid in a biological sample such as blood, and describes its application to diagnosis of Alzheimer's disease. By immunoassay using an antibody that recognizes the terminal portion, the total amount of the β-amyloid 1-42 fragment having the C-terminal portions of β-amyloid 1-42 and β-amyloid 1-42 in the biological sample was measured. A method for enabling the assay of Alzheimer's disease is described.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2009-0098941호에는 포유동물, 특히 사람에게 알츠하이머 질환을 검출하는데 사용할 수 있는 방법 및 조성물이 기재되어 있고, 특히 알츠하이머 질환용 혈청 마커 및 진단 절차에 사용되는 방법이 기재되어 있다. 상기 방법들은 광학적 또는 화학적 방법을 사용하기 때문에 실시간 진단이 힘들고, 진단 비용이 비싸며, 알츠하이머병 진단 키트의 대량생산이 불가능하기 때문에 상용화가 어려운 문제가 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-2009-0098941 discloses methods and compositions that can be used to detect Alzheimer's disease in mammals, particularly humans, and in particular, serum markers for Alzheimer's disease and methods used in diagnostic procedures. It is. Since the methods use optical or chemical methods, real-time diagnosis is difficult, expensive to diagnose, and commercialization is difficult because mass production of Alzheimer's disease diagnosis kits is impossible.
이에 따라, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자기저항 센서를 이용하여 아밀로이드-베타 단백질을 검출함으로써 알츠하이머병을 기존 방법보다 간단하고 쉬운 방법으로 검출할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for detecting Alzheimer's disease in a simpler and easier manner than conventional methods by detecting amyloid-beta protein using a magnetoresistance sensor.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병을 진단시 사용되는 자기비드를 단백질 바이오 마커와 결합시킬 수 있도록 전처리된 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체를 제공하는 데 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease, which is pretreated so that magnetic beads used for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor can be combined with protein biomarkers. .
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병을 진단시 사용되는 자기비드를 다중단백질과 결합시켜 단백질 바이오 마커와 결합되는 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, the problem to be solved by the present invention, a method for producing a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease combined with a protein biomarker by combining magnetic beads used for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistance sensor with a multiprotein. To provide.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 알츠하이머병을 유발하는 단백질 바이오 마커와 결합할 수 있도록 자기비드를 전처리하는 단계; 자기저항 센서 위에 진단 대상 세포를 배치시키는 단계; 상기 진단 대상 세포 상부에 상기 전처리된 자기비드를 위치시키고 외부자기장을 인가하여 자화시키는 단계; 및 상기 전처리된 자기비드와 상기 단백질 바이오 마커와의 결합 여부에 따른 자기장 변화를 상기 자기저항 센서로 검출하여 상기 진단 대상 세포의 알츠하이머병 유무를 판단하는 단계를 포함하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of pretreatment with magnetic beads to be able to bind with protein biomarkers that cause Alzheimer's disease; Placing the cell to be diagnosed on the magnetoresistive sensor; Placing the pretreated magnetic beads on the cell to be diagnosed and applying an external magnetic field to magnetize them; And detecting a change in the magnetic field according to whether the pretreated magnetic beads and the protein biomarker are coupled to the magnetoresistive sensor to determine whether Alzheimer's disease is present in the cell to be diagnosed. Provide diagnostic methods.
상기 자기장 변화는 단백질 바이오 마커가 존재하여 자기비드가 결합된 경우에 자기비드에서 발생하는 표유자기장(stray field)에 의해 발생할 수 있다. The magnetic field change may be caused by a stray field generated in the magnetic beads when the protein biomarker is present and the magnetic beads are bound.
상기 단백질 바이오 마커는 아밀로이드-베타 단백질일 수 있다. The protein biomarker may be an amyloid-beta protein.
상기 자기비드는 직경이 50 ㎚ 내지 5 ㎛ 범위일 수 있다.The magnetic beads may range in diameter from 50 nm to 5 μm.
상기 전처리는 자기비드를 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅시키고 바이오틴(biotin)과 결합시킨 후 폴리에틸렌 글리콜(poly(ethylene glycol))을 결합시켜 수행될 수 있다.The pretreatment may be performed by coating magnetic beads with streptavidin, binding to biotin, and then combining polyethylene glycol (poly (ethylene glycol)).
상기 자기저항 센서는 이방성 자기저항 박막, 거대자기저항 박막, 터널형 자기저항 박막 등을 사용할 수 있다. The magnetoresistive sensor may be an anisotropic magnetoresistive thin film, a giant magnetoresistive thin film, a tunnel-type magnetoresistive thin film, or the like.
상기 자기저항 센서는 자유층(Free Layer), 사이층(Spacer), 고정층(Pinned Layer) 및 피닝층(Pinning Layer)을 포함할 수 있다. The magnetoresistive sensor may include a free layer, a spacer, a pinned layer, and a pinning layer.
상기 자기저항 센서는 십자형 또는 막대형의 형상일 수 있다. The magnetoresistive sensor may have a cross shape or a rod shape.
상기 자기저항 센서는 산화물 또는 질화물 박막층으로 보호될 수 있다.The magnetoresistive sensor may be protected by an oxide or nitride thin film layer.
상기 세포는 아밀로이드-베타 단백질이 축적될 수 있는 뇌세포, 후각세포, 미각세포 또는 시각세포일 수 있다. The cells may be brain cells, olfactory cells, taste cells or visual cells in which amyloid-beta proteins may accumulate.
상기 자화는 자기저항 센서 표면에 대하여 외부자기장을 수직 또는 수평 방향으로 인가하여 수행될 수 있다. The magnetization may be performed by applying an external magnetic field in a vertical or horizontal direction with respect to the magnetoresistive sensor surface.
또한, 본 발명은 자기비드 주위는 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅되고 상기 스트렙타비딘은 바이오틴(biotin)과 결합하며 상기 바이오틴은 단백질 바이오 마커와 결합되기 위해 링커가 결합된 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체를 제공한다.In addition, the present invention Alzheimer's disease, characterized in that the magnetic bead is coated with streptavidin (streptavidin), the streptavidin binds to biotin (biotin) and the linker is coupled to the protein biomarker Diagnostic magnetic bead-polyprotein complexes are provided.
상기 단백질 바이오 마커는 아밀로이드-베타 단백질이다.The protein biomarker is an amyloid-beta protein.
상기 링커는 폴리에틸렌 글리콜(poly(ethylene glycol)) 등을 사용할 수 있다. The linker may be used polyethylene glycol (poly (ethylene glycol)) and the like.
또한, 본 발명은 자기비드 주위를 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅시키는 단계; 상기 스트렙타비딘으로 코팅된 자기비드를 바이오틴(biotin)과 결합시키는 단계; 및 상기 바이오틴을 링커(linker)와 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 링커는 단백질 바이오 마커와 결합되는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of coating around the magnetic beads with streptavidin (streptavidin); Binding the magnetic beads coated with streptavidin with biotin; And combining the biotin with a linker, wherein the linker provides a method for preparing a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease, wherein the linker is combined with a protein biomarker.
본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법은 기존의 형광물질이나 유전자 분석 대신 거대자기저항 센서를 이용하여 간단한 방법으로 알츠하이머병을 쉽게 진단할 수 있다. In the diagnosis method of Alzheimer's disease using a magnetoresistance sensor according to the present invention, Alzheimer's disease can be easily diagnosed by a simple method using a giant magnetoresistance sensor instead of a conventional fluorescent substance or genetic analysis.
또한, 본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병 진단방법은 알츠하이머병 진단용 바이오 센서를 대량으로 생산할 수 있어 알츠하이머병의 모니터링과 치료에 유용하게 사용할 수 있다.In addition, the method for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor according to the present invention can produce a large amount of biosensor for diagnosing Alzheimer's disease, which can be usefully used for monitoring and treating Alzheimer's disease.
도 1은 본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 알츠하이머병 진단을 위한 거대자기저항 센서를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 알츠하이머병 진단을 위한 거대자기저항 박막 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5는 자기비드를 자기저항 센서표면에 대하여 수직방향으로 자화시 자기비드의 자기장방향을 나타낸 모식도이다.
도 6은 자기비드를 자기저항 센서표면에 대하여 수평방향으로 자화시 자기비드의 자기장방향을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체를 나타낸 모식도이다.
도 8은 본 발명에 따른 거대자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법을 나타낸 모식도이다.1 is a process flowchart showing a method for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor according to the present invention.
Figure 2 is a process flow diagram illustrating a method for producing a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing a giant magnetoresistance sensor for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing the structure of a large magnetoresistive thin film for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention.
5 is a schematic diagram showing the magnetic field direction of the magnetic beads when the magnetic beads are magnetized in a direction perpendicular to the magnetoresistive sensor surface.
6 is a schematic diagram showing the magnetic field direction of the magnetic beads when the magnetic beads are magnetized in the horizontal direction with respect to the magnetoresistive sensor surface.
Figure 7 is a schematic diagram showing a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention.
8 is a schematic diagram showing a method for diagnosing Alzheimer's disease using a giant magnetoresistive sensor according to the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법에 있어서, 알츠하이머병을 유발하는 단백질 바이오 마커와 결합할 수 있도록 자기비드(magnetic bead)를 전처리하는 공정이 필요하다.In the method for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor according to the present invention, a process of pretreating magnetic beads is required to be combined with a protein biomarker that causes Alzheimer's disease.
이때, 상기 단백질 바이오 마커는 아밀로이드-베타 단백질이고, 상기 단백질 바이오 마커는 표면에 존재하는 세포를 사용할 수 있다.In this case, the protein biomarker is an amyloid-beta protein, and the protein biomarker may use cells existing on the surface.
또한, 상기 자기비드는 알츠하이머병을 유발시키는 것으로 알려진 아밀로이드-베타 단백질과 선택적으로 결합시키기 위해 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅시킨 후 바이오틴과 선택적으로 결합시키고 폴리에틸렌 글리콜(poly(ethylene glycol)) 등과 같은 링커(linker)를 이용하여 아밀로이드-베타 단백질과 결합할 수 있게 전처리 공정이 수행된다. 상기 자기비드는 50 ㎚ 내지 5 ㎛ 범위의 직경을 가지는 것이 바람직하다. 만약, 상기 자기비드의 직경이 50 ㎚ 미만인 경우에는 자기비드에서 발생하는 표유자기장(stray field)를 센싱하기 어려운 문제가 있고, 5 ㎛를 초과하는 경우에는 세포 표면에 존재하는 아밀로이드-베타와 결합하기 어려운 문제가 있다. In addition, the magnetic beads are coated with streptavidin to selectively bind to amyloid-beta protein, which is known to cause Alzheimer's disease, and then selectively binds to biotin, such as poly (ethylene glycol). The pretreatment process is performed to allow binding to amyloid-beta protein using a linker. The magnetic beads preferably have a diameter in the range of 50 nm to 5 μm. If the diameter of the magnetic beads is less than 50 nm, it is difficult to sense stray fields generated in the magnetic beads. If the diameter of the magnetic beads exceeds 5 µm, the magnetic beads bind to amyloid-beta present on the cell surface. There is a difficult problem.
상기 전처리를 통해 자기비드는 아밀로이드-베타 단백질과 선택적으로 결합할 수 있다. 즉, 알츠하이머병인 경우에는 아밀로이드-베타 단백질을 포함하고 있기 때문에 자기비드와 결합하고 정상세포인 경우에는 자기비드와 결합하지 않게 된다.
Through the pretreatment, magnetic beads can selectively bind with amyloid-beta protein. In other words, Alzheimer's disease contains amyloid-beta protein, so that it binds to magnetic beads, and normal cells do not bind to magnetic beads.
본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법에 있어서, 자기저항 센서 위에 진단 대상 세포를 배치시키는 공정을 수행한다.In the method for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor according to the present invention, a step of placing a cell to be diagnosed on the magnetoresistive sensor is performed.
상기 자기저항 센서는 이방성 자기저항 박막, 거대자기저항 박막, 터널형 자기저항 박막 등을 사용할 수 있고, 상기 거대자기 저항 박막은 작은 자장에서도 5∼10%의 큰 저항변화를 얻을 수 있는 스핀밸브 박막을 사용할 수 있다. The magnetoresistive sensor may be an anisotropic magnetoresistive thin film, a giant magnetoresistive thin film, a tunnel-type magnetoresistive thin film, and the like. Can be used.
상기 자기저항 센서는 자유층(Free Layer), 사이층(Spacer), 고정층(Pinned Layer) 및 피닝층(Pinning Layer)을 포함하며, 십자형 또는 막대형의 형상일 수 있다.The magnetoresistive sensor includes a free layer, a spacer, a pinned layer, and a pinning layer, and may have a cross or bar shape.
또한, 상기 자기저항 센서는 산화물 또는 질화물 박막층으로 보호될 수 있으며, 상기 자기저항 센서 위에 배치되는 세포는 아밀로이드-베타 단백질이 축적될 수 있는 뇌세포, 후각세포, 미각세포 또는 시각세포인 것이 바람직하다.
In addition, the magnetoresistive sensor may be protected by an oxide or nitride thin film layer, and the cells disposed on the magnetoresistive sensor are preferably brain cells, olfactory cells, taste cells, or visual cells in which amyloid-beta proteins may accumulate. .
본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법에 있어서, 상기 진단 대상 세포 상부에 상기 전처리된 자기비드를 위치시키고 외부자기장을 인가하여 자화시키는 공정을 수행한다.In the method for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor according to the present invention, the pre-treated magnetic beads are placed on the cell to be diagnosed and an external magnetic field is applied to magnetize the same.
상기 전처리된 자기비드는 외부인가 자기장을 자기저항 센서표면에 대하여 수직 또는 수평방향으로 인가하여 자화시키며, 자화로 인해 자기비드로부터 미세한 표유자기장(stray field)이 발생한다.
The pretreated magnetic beads are magnetized by applying an externally applied magnetic field in a vertical or horizontal direction with respect to the magnetoresistive sensor surface, and a fine stray field is generated from the magnetic beads due to the magnetization.
본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법에 있어서, 상기 전처리된 자기비드와 상기 단백질 바이오 마커와의 결합 여부에 따른 자기장 변화를 상기 자기저항 센서로 검출하여 상기 진단 대상 세포의 알츠하이머병 유무를 판단하여 알츠하이머병을 진단할 수 있다.In the method of diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor according to the present invention, magnetic field change depending on whether the pretreated magnetic beads and the protein biomarker are combined is detected by the magnetoresistive sensor to detect Alzheimer's disease of the cell to be diagnosed. It is possible to diagnose Alzheimer's disease by determining the presence or absence.
아밀로이드-베타 단백질과 결합된 자기비드는 외부자기장에 의한 자화로 발생하는 표유자기장에 의한 자기장의 변화를 자기저항 센서를 이용하여 감지할 수 있으며, 아밀로이드-베타 단백질의 존재를 검출할 수 있다. 따라서, 자기저항 센서에 공급되는 인가전압과 출력전압의 변화에 의한 자기저항 센서의 자기저항값으로 알츠하이머병의 유무를 판단할 수 있다. 이때, 아밀로이드-베타 단백질의 수가 증가함에 따라 결합된 자기비드의 수도 증가하기 때문에 자기저항값은 선형적으로 변화하게 된다.
Magnetic beads combined with amyloid-beta protein can detect the change of the magnetic field caused by stray magnetic field caused by magnetization by an external magnetic field using a magnetoresistance sensor, and detect the presence of amyloid-beta protein. Therefore, the presence or absence of Alzheimer's disease can be determined by the magnetoresistance value of the magnetoresistance sensor caused by the change of the applied voltage and the output voltage supplied to the magnetoresistance sensor. In this case, as the number of amyloid-beta proteins increases, the number of bound magnetic beads increases so that the magnetoresistance value changes linearly.
또한, 본 발명은 자기비드 주위가 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅되고 상기 스트렙타비딘을 바이오틴(biotin)과 결합되며 상기 바이오틴은 단백질 바이오 마커와 결합하기 위해 링커가 결합된 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체를 제공한다.In addition, the present invention Alzheimer's disease, characterized in that the magnetic bead is coated with streptavidin (streptavidin), the streptavidin is combined with biotin (biotin) is a linker to bind the protein biomarker Diagnostic magnetic bead-polyprotein complexes are provided.
상기 단백질 바이오 마커는 아밀로이드-베타 단백질이 바람직하며, 상기 링커는 폴리에틸렌 글리콜(poly(ethylene glycol))이 바람직하다.
The protein biomarker is preferably amyloid-beta protein, and the linker is preferably polyethylene glycol (poly (ethylene glycol)).
또한, 본 발명은 자기비드 주위를 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅시키는 단계; 상기 스트렙타비딘으로 코팅된 자기비드를 바이오틴(biotin)과 결합시키는 단계; 및 상기 바이오틴을 링커(linker)와 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 링커는 단백질 바이오 마커와 결합되는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체의 제조방법을 제공한다.
In addition, the present invention comprises the steps of coating around the magnetic beads with streptavidin (streptavidin); Binding the magnetic beads coated with streptavidin with biotin; And combining the biotin with a linker, wherein the linker provides a method for preparing a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease, wherein the linker is combined with a protein biomarker.
<실시예 1> ≪ Example 1 >
자기비드Magnetic beads 전처리 단계( Preprocessing step ( S100S100 ))
알츠하이머병을 유발하는 단백질 바이오 마커를 감지하기 위해 직경인 약 100 ㎚인 자기비드를 전처리하였다. 상기 전처리는 자기비드 주위에 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅시킨 후 상기 스트렙타비딘을 바이오틴(biotin)과 결합시키고 상기 바이오틴은 아밀로이드-베타 단백질 바이오 마커와 결합하기 위해 링커인 폴리에틸렌 글리콜과 결합시켰다. 상기 전처리를 통해 자기비드는 아밀로이드-베타 단백질과 선택적으로 결합하게 되고, 알츠하이머병인 경우에는 아밀로이드-베타 단백질을 포함하고 있기 때문에 자기비드와 결합하고 정상세포인 경우에는 자기비드와 결합하지 않게 된다.Magnetic beads about 100 nm in diameter were pretreated to detect protein biomarkers causing Alzheimer's disease. The pretreatment was coated with streptavidin around magnetic beads followed by binding the streptavidin with biotin and the biotin bound with polyethylene glycol, a linker, to bind amyloid-beta protein biomarkers. Through the pretreatment, the magnetic beads are selectively bound to amyloid-beta protein. In the case of Alzheimer's disease, the magnetic beads bind to the magnetic beads and not to the magnetic beads in the case of normal cells.
진단 대상 세포 배치 단계(Stage of cell placement for diagnosis ( S120S120 ))
산화물 박막층으로 보호되고 있는 스핀 밸브 구조의 거대자기저항 센서 상부 일면에 아밀로이드-베타 단백질이 축적될 수 있는 뇌세포를 배치시켰으며, 상기 거대자기저항 센서는 자유층(Free Layer), 사이층(Spacer), 고정층(Pinned Layer) 및 피닝층(Pinning Layer)을 포함하는 막대형을 사용하였다. A brain cell capable of accumulating amyloid-beta protein is disposed on the upper surface of the giant magnetoresistance sensor of the spin valve structure which is protected by the oxide thin film layer. The giant magnetoresistance sensor includes a free layer and a spacer. ), A rod type including a pinned layer and a pinning layer was used.
자기비드Magnetic beads 자화 단계( Magnetization stage ( S130S130 ))
상기 거대자기저항 센서 위에 상기 전처리된 자기비드를 위치시키고 외부자기장을 인가하였다. 상기 전처리된 자기비드는 자기저항 센서표면에 대하여 수직 방향으로 외부자기장을 인가하였으며, 외부자기장에 의해 자화된 자기비드에서 미세한 표유자기장이 발생하였다.The pretreated magnetic beads were placed on the giant magnetoresistive sensor and an external magnetic field was applied. The pretreated magnetic beads applied an external magnetic field in a direction perpendicular to the magnetoresistive sensor surface, and generated a fine stray magnetic field in the magnetic beads magnetized by the external magnetic field.
알츠하이머병 유무 판단 단계(Alzheimer's disease determination stage ( S140S140 ))
아밀로이드-베타 단백질과 결합된 자기비드는 외부자기장에 의한 자화로 발생하는 표유자기장에 의한 자기장의 변화를 거대자기저항 센서로 감지할 수 있으며, 정상세포가 존재할 때의 자기저항값과 알츠하이머병 세포가 존재할 때의 자기저항값을 비교하여 알츠하이머병을 진단하였다. 이때, 아밀로이드-베타 단백질의 수가 증가함에 따라 결합된 자기비드의 수도 증가하기 때문에 자기저항값은 선형적으로 변화하였다.Magnetic beads combined with amyloid-beta protein can detect changes in magnetic field caused by stray magnetic field caused by magnetization by external magnetic field, and can detect magnetic resistance and Alzheimer's disease when normal cells exist. Alzheimer's disease was diagnosed by comparing magnetoresistance when present. At this time, as the number of amyloid-beta proteins increases, the number of bound magnetic beads increases so that the magnetoresistance value changes linearly.
<실시예 2> <Example 2>
100 ㎚ 직경의 자기비드 주위를 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅시킨 후(S200) 상기 스트렙타비딘은 바이오틴(biotin)과 결합시키고(S210), 상기 바이오틴을 아밀로이드-베타 단백질과 결합시키기 위해 폴리에틸렌 글리콜과 결합시켜(S220) 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체를 제조하였다.
After coating with streptavidin around 100 nm diameter magnetic beads (S200), the streptavidin binds to biotin (S210) and polyethylene glycol to bind the biotin with amyloid-beta protein. In combination with (S220) to prepare a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the repeated description, well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, and detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.
도 1은 본 발명에 따른 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법을 나타낸 공정흐름도이다.1 is a process flowchart showing a method for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체의 제조방법을 나타낸 공정흐름도이다.Figure 2 is a process flow diagram illustrating a method for producing a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 알츠하이머병 진단을 위한 거대자기저항 센서를 나타낸 모식도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a giant magnetoresistance sensor for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention.
도 3을 참조하면, 기판(substrate, 130) 위에 거대자기저항 센서(GMR sensor, 120)층이 증착되어 있으며, 거대자기저항 센서 위에는 산화물로 이루어진 패시베이션(passivation, 110)층이 형성되고, 거대자기저항 센서(120)의 양쪽 옆에는 Ta/Au로 이루어진 전극(electrode, 100)이 형성된다.Referring to FIG. 3, a
도 4는 본 발명에 따른 알츠하이머병 진단을 위한 거대자기저항 박막 구조를 나타낸 모식도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing the structure of a large magnetoresistive thin film for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 사용되는 거대자기저항 센서 구조는 자유층(Free Layer), 사이층(Spacer), 고정층(Pinned Layer), 피닝층(Pinning Layer)으로 구성된 스핀 밸브(spin valve) 구조이다.Referring to FIG. 4, the giant magnetoresistive sensor structure used in the present invention is a spin valve composed of a free layer, a spacer, a pinned layer, and a pinning layer. Structure.
이러한 스핀 밸브 구조는 작은 자장에서도 5~10%의 큰 저항변화를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있기 때문에, 거대자기저항 센서에서 아밀로이드-베타 단백질과 결합한 자성 입자의 자기저항값을 측정하는데 적합하다.Since the spin valve structure has the advantage of obtaining a large resistance change of 5 to 10% even in a small magnetic field, it is suitable for measuring the magnetoresistance of magnetic particles bound to amyloid-beta protein in a giant magnetoresistance sensor.
본 발명에서 사용되는 거대자기저항 센서는 수십 ㎚에서부터 수 ㎛ 크기를 갖는 구형의 자성체 입자에서 발생하는 미세한 표유필드(stray field)로 인한 외부인가 자기장의 변화를 측정할 수 있고, 이러한 자기장의 변화에 의한 자기저항센서의 저항변화 특성을 전기적 출력 신호로 나타낼 수 있다.The giant magnetoresistive sensor used in the present invention can measure the change in the externally applied magnetic field due to the fine stray field generated in the spherical magnetic particles having a size of several tens of nanometers to several micrometers. The resistance change characteristic of the magnetoresistive sensor can be represented as an electrical output signal.
도 5 및 도 6은 자기비드를 자기저항 센서표면에 대하여 수직방향 또는 수평방향으로 자화시 자기비드의 자기장방향을 나타낸 모식도이다.5 and 6 are schematic diagrams showing the magnetic field direction of the magnetic beads when the magnetic beads are magnetized in the vertical direction or the horizontal direction with respect to the magnetoresistive sensor surface.
도 5 및 도 6을 참조하면, 외부에서 인가되는 자기장의 방향은 거대자기저항 센서표면에 수직방향으로 인가하거나 수평방향으로 인가할 수 있으며, 도 2에 나타낸 바와 같이 자기비드를 거대자기저항 센서의 표면에 수직방향으로 자화시키거나 수평방향으로 자화시킬 수 있으며, 이때 발생하는 자기비드에서 발생하는 표유필드는 거대자기 저항 센서의 자화에 영향을 주어 거대자기저항 센서의 저항특성을 변화시키게 되고 자기비드에 의한 출력 전압의 특성이 달라지게 된다.5 and 6, the direction of the magnetic field applied from the outside may be applied to the surface of the giant magnetoresistive sensor vertically or horizontally. As shown in FIG. 2, magnetic beads may be applied to the giant magnetoresistive sensor. It can be magnetized in the direction perpendicular to the surface or in the horizontal direction, and the stray field generated in the magnetic beads generated at this time affects the magnetization of the giant magnetoresistive sensor, thereby changing the resistance characteristics of the giant magnetoresistive sensor. The characteristic of the output voltage is changed.
도 7은 본 발명에 따른 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체를 나타낸 모식도이다.Figure 7 is a schematic diagram showing a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease according to the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명에 사용되는 자기비드(또는 자성 입자, 300)는 아밀로이드-베타 단백질(340)과 선택적 결합을 하기 위해서 스트렙타비딘(streptavidin, 310)으로 코팅된다. 상기 스트렙타비딘(310)으로 코팅된 자기비드(300)는 바이오틴(biotin, 320)과 선택적으로 결합하고 바이오틴(320)과 아밀로이드-베타 단백질(340)은 폴리에틸렌 글리콜(ploy(ethylene glycol), 330)과 같은 링커(linker)를 이용하여 결합시킨다. 이러한 과정을 통해 자기비드(300)는 아밀로이드-베타 단백질(340)과 결합할 수 있다.Referring to FIG. 7, magnetic beads (or magnetic particles) 300 used in the present invention are coated with
이와 같은 결합 방법을 통해 자기비드는 아밀로이드-베타 단백질과 선택적 결합을 하게 되고, 알츠하이머병을 유발하는 아밀로이드-베타 단백질을 포함하는 세포인 경우 자기비드와 결합하게 되고, 아밀로이드-베타 단백질을 포함하지 않은 정상 세포인 경우에는 자기비드와 결합하지 않는다.Through this binding method, the magnetic bead is selectively bound to amyloid-beta protein, and in the case of cells containing amyloid-beta protein causing Alzheimer's disease, the magnetic bead is bound to magnetic bead, and does not contain amyloid-beta protein. Normal cells do not bind to magnetic beads.
도 8은 본 발명에 따른 거대자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법을 나타낸 모식도이다.8 is a schematic diagram showing a method for diagnosing Alzheimer's disease using a giant magnetoresistive sensor according to the present invention.
도 8을 참조하면, 진단대상 세포는 자기저항 센서 위에 배치하고 외부자기장을 인가하여 자기비드를 자화시킨 이후에 자기비드에서 발생하는 표유전류에 의한 자기장의 변화를 자기저항 센서가 감지하여 아밀로이드-베타 단백질의 존재를 검출할 수 있게 된다. 따라서 거대자기저항 센서를 이용하여 정상세포가 존재할 때의 자기저항값과 알츠하이머병 세포가 존재할 때의 자기저항값을 비교하여 알츠하이머병을 판단할 수 있다. 또한 아밀로이드-베타 단백질의 수가 증가함에 따라 결합된 자기비드의 수도 증가하기 때문에 자기저항값이 선형적으로 변화하게 된다. 결국 아밀로이드-베타 단백질과 결합한 자기비드를 이용하여 변화된 자기저항값을 측정함으로써 알츠하이머병의 조기진단뿐만 아니라 알츠하이머병의 진행과정도 진단할 수 있게 된다.Referring to FIG. 8, the magneto-resistance sensor detects a change in the magnetic field due to stray current generated in the magnetic beads after placing the diagnosis target cell on the magnetoresistance sensor and applying an external magnetic field to magnetize the magnetic beads. The presence of beta protein can be detected. Therefore, Alzheimer's disease can be determined by comparing the magnetoresistance in the presence of normal cells with the magnetoresistance in the presence of Alzheimer's disease cells. In addition, as the number of amyloid-beta proteins increases, the number of bound magnetic beads increases so that the magnetoresistance value changes linearly. As a result, by measuring the changed magnetoresistance using the magnetic beads combined with amyloid-beta protein, it is possible to diagnose the progression of Alzheimer's disease as well as the early diagnosis of Alzheimer's disease.
본 발명은 기존 형광 물질을 사용하거나 유전자 분석, 비교 방법보다 쉽고 간편하게 진단이 가능하며 알츠하이머병 진단용 바이오 센서로 상용화할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
The present invention has the advantage that it can be easily and simply diagnosed using conventional fluorescent materials or genetic analysis and comparison methods, and commercialized as a biosensor for diagnosing Alzheimer's disease.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the best embodiment has been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
100: 전극(electrode: Ta/Au)
110: 패시베이션(passivation: oxide)
120: 거대자기저항 센서(GMR sensor)
130: 기판(substrate)
300: 자기비드(magnetic bead)
310: 스트렙타비딘(Streptavidin)
320: 바이오틴(Biotin)
330: 폴리에틸렌 글리콜(Poly(ethylene glycol))
340: 아밀로이드-베타 단백질(Amyloid-beta)100: electrode (Ta / Au)
110: passivation (oxide)
120: giant magnetoresistive sensor (GMR sensor)
130: substrate
300: magnetic bead
310: Streptavidin
320: Biotin
330: Polyethylene glycol
340: Amyloid-beta protein
Claims (15)
자기저항 센서 위에 진단 대상 세포를 배치시키는 단계;
상기 진단 대상 세포 상부에 상기 전처리된 자기비드를 위치시키고 외부자기장을 인가하여 자화시키는 단계; 및
상기 전처리된 자기비드와 상기 단백질 바이오 마커와의 결합 여부에 따른 자기장 변화를 상기 자기저항 센서로 검출하여 상기 진단 대상 세포의 알츠하이머병 유무를 판단하는 단계를 포함하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.Pretreatment of the magnetic beads to bind to the protein biomarker causing Alzheimer's disease;
Placing the cell to be diagnosed on the magnetoresistive sensor;
Placing the pretreated magnetic beads on the cell to be diagnosed and applying an external magnetic field to magnetize them; And
Diagnosis of Alzheimer's disease using a magnetoresistance sensor comprising detecting a change in the magnetic field according to whether the pre-treated magnetic beads and the protein biomarker is combined with the magnetoresistance sensor Way.
상기 자기장 변화는 단백질 바이오 마커가 존재하여 자기비드가 결합된 경우에 자기비드에서 발생하는 표유자기장(stray field)에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The magnetic field change is caused by a stray field generated in magnetic beads when a protein biomarker is present and magnetic beads are combined, and the Alzheimer's disease diagnosis method using a magnetoresistive sensor.
상기 단백질 바이오 마커는 아밀로이드-베타 단백질인 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The protein biomarker is a method for diagnosing Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor, characterized in that the amyloid-beta protein.
상기 자기비드는 직경이 50 ㎚ 내지 5 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The magnetic bead has a diameter of 50 nm to 5 ㎛ range Alzheimer's disease diagnostic method using a magnetoresistive sensor.
상기 전처리는 자기비드를 스트렙타비딘(streptavidin)으로 코팅시키고 바이오틴(biotin)과 결합시킨 후 폴리에틸렌 글리콜(poly(ethylene glycol))을 결합시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The pretreatment is a diagnosis of Alzheimer's disease using a magnetoresistance sensor, characterized in that the magnetic beads are coated with streptavidin (streptavidin) and combined with biotin and then combined with polyethylene glycol (poly (ethylene glycol)) Way.
상기 자기저항 센서는 이방성 자기저항 박막, 거대자기저항 박막 및 터널형 자기저항 박막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The magnetoresistive sensor is an anisotropic magnetoresistive thin film, a giant magnetoresistive thin film and tunnel-type magnetoresistive thin film of any one of the Alzheimer's disease diagnosis method using a magnetoresistive sensor.
상기 자기저항 센서는 자유층(Free Layer), 사이층(Spacer), 고정층(Pinned Layer) 및 피닝층(Pinning Layer)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The magnetoresistive sensor is a diagnostic method of Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor, characterized in that it comprises a free layer, a spacer, a pinned layer and a pinning layer.
상기 자기저항 센서는 십자형 또는 막대형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The magnetoresistive sensor of the Alzheimer's disease diagnosis method using a magnetoresistive sensor, characterized in that the cross-shaped or rod-shaped.
상기 자기저항 센서는 산화물 또는 질화물 박막층으로 보호되는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The magnetoresistive sensor is a diagnostic method of Alzheimer's disease using a magnetoresistive sensor, characterized in that the oxide or nitride thin film layer is protected.
상기 세포는 아밀로이드-베타 단백질이 축적될 수 있는 뇌세포, 후각세포, 미각세포 또는 시각세포인 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
Said cell is a brain cell, olfactory cell, taste cell or visual cell which can accumulate amyloid-beta protein, The diagnosis method of Alzheimer's disease using a magnetoresistance sensor.
상기 자화는 자기저항 센서 표면에 대하여 외부자기장을 수직 또는 수평 방향으로 인가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 자기저항 센서를 이용한 알츠하이머병의 진단방법.The method according to claim 1,
The magnetization is a diagnostic method of Alzheimer's disease using a magnetoresistance sensor, characterized in that performed by applying an external magnetic field in the vertical or horizontal direction with respect to the magnetoresistance sensor surface.
상기 단백질 바이오 마커는 아밀로이드-베타 단백질인 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체.The method of claim 12,
The protein biomarker is a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease, characterized in that the amyloid-beta protein.
상기 링커는 폴리에틸렌 글리콜(poly(ethylene glycol))인 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체.The method of claim 12,
The linker is polyethylene glycol (poly (ethylene glycol)) characterized in that the magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease.
상기 스트렙타비딘으로 코팅된 자기비드를 바이오틴(biotin)과 결합시키는 단계; 및
상기 바이오틴을 링커(linker)와 결합시키는 단계를 포함하고,
상기 링커는 단백질 바이오 마커와 결합되는 것을 특징으로 하는 알츠하이머병 진단용 자기비드-다중단백질 복합체의 제조방법.Coating around magnetic beads with streptavidin;
Binding the magnetic beads coated with streptavidin with biotin; And
Coupling the biotin with a linker,
The linker is a method for producing a magnetic bead-polyprotein complex for diagnosing Alzheimer's disease, characterized in that coupled to a protein biomarker.
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