KR20120056807A - 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법 및 장치 - Google Patents

자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법은, 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있는 반응기 또는 항원이 표면에 형성된 자성 입자를 제공하는 단계, 상기 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물에 상기 자성 입자를 분산시킴으로써 상기 타겟 물질과 상기 자성 입자가 결합되도록 하는 단계, 상기 혼합물에 자기장을 인가하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 구속시킨 상태에서 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 제외한 불순물을 제거하는 단계, 상기 인가된 자기장을 차단하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질에 대한 구속이 해제된 상태에서 상기 타겟 물질을 상기 자성 입자로부터 분리시키는 단계, 및 자기장을 다시 인가하여 상기 자성 입자를 구속시킨 상태에서 상기 타겟 물질을 정제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR SEPATATING AND PURIFYING TARGET MATERIAL USING MAGNETIC PARTICLE}
본 발명은 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 타겟 물질과 결합될 수 있는 자성 입자를 타겟 물질과 혼합시켜 자성 입자와 타겟 물질이 결합되도록 한 후에, 서로 결합된 자성 입자와 타겟 물질을 포함하는 혼합물에 자기장을 인가하여 불순물로부터 자성 입자와 타겟 물질만을 분리하고, 불순물이 제거된 상태에서 자성 입자와 타겟 물질을 분리시키고 분리된 타겟 물질을 정제함으로써, 불순물이 포함된 혼합물로부터 타겟 물질만을 분리 및 정제해 낼 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
과학 기술의 발달은 의약학 분야에도 많은 성장과 변화를 가져오게 되었다. 특히, 합성 의약품은 다양한 출발 물질을 바탕으로 할 수 있고 다양한 제조 방법으로 제조할 수 있기 때문에, 천연적 생산량이 부족한 의약품 제조 분야가 합성 의약품으로 인해 획기적으로 발달하게 되었다. 이러한 발달로 인하여 여러 질병에 대한 대량 치료제 생산이 가능하였고 인간의 수명은 연장되는 결과를 얻게 되었다. 하지만, 이러한 장점에도 불구하고 분자 구조가 복잡한 고분자 물질이나 단백질 의약품처럼 구조에 따라서 기능이 다르게 되는 치료제는 생산이 제한된다는 큰 단점도 나타났다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 박테리아(bacteria), 효모(yeast), 동물 세포(animal cell) 등으로부터 유전자 재조합 단백질을 생산 기술이 개발되고 이를 추출 및 정제하는 기술이 발달되는 등의 바이오 의약품 산업이 발달하게 되었다.
바이오 의약품 분야는 특정 단백질 치료제를 대량으로 발현하고 효과적으로 정제하는 과정을 통하여 기존의 한계를 극복하고 기능면에서는 오리지널 의약품과 유사하고 있고 가격 경쟁력은 매우 우수하기 때문에 세계적으로 지속적 성장 추세에 있는 분야이다. 따라서, 많은 제약회사 및 연구기관에서는 다양한 세포주를 통한 다양한 항체 의약품 생산기술 개발에 매진하고 있다.
바이오 의약품 산업이 발달하면서 추출 및 정제 기술 또한 발달하게 되었는데 이온 교환 크로마토그래피(ion exchange chromatography), 크기 배제 크로마토그래피(size-exclusion chromatography), 친화성 크로마토그래피(affinity chromatography) 등이 그 대표적인 방법들이다. 각각의 크로마토그래피법은 다양한 표면처리가 된 수지(resin)를 원통형 관에 충진시킨 후 혼합 용액을 넣어주면 각 수지들의 특징에 따라 이온결합, 크기, 친화성에 따라 특정 물질들이 분리가 되는 원리로 작동하게 된다. 이러한 방법은 여러 혼합 물질들을 각각의 특징에 따라 개별적으로 분리가 가능하다는 장점이 있는 반면에 각각의 수지들을 일정하게 충진해야 하고 분리능을 조절하기 위해 관의 길이, 부피, 용액을 흘려주는 속도 등의 여러 요인들을 고려해야 하는 단점도 있다. 또한, 분리 상태를 검출할 수 있는 고가의 수지, 장비 및 시스템도 구축되어야 한다는 경제적 단점과 분리 시간이 다소 오래 걸린다는 시간대비 분리율이 낮다는 단점이 존재하게 된다.
이상에서 살펴본 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명자는 자성 입자를 도입하여 특정 표적 물질을 분리 및 정제하는 기술을 개발하기에 이르렀다.
본 발명은 자성 입자와 자기장을 이용하여 불순물을 포함하는 혼합물로부터 유전자 재조합 단백질과 같은 타겟 물질을 분리 및 정제할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 특정 표면 처리된 자성 입자를 이용하여 대량 생산된 유전자 재조합 단백질 의약품을 빠르고 효율적으로 분리 및 정제하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 표면 처리된 자성 입자로서 균일한 크기 분포를 보이고 물에 대한 분산도가 높고 유전자 재조합 단백질과 같은 타겟 물질과 결합하기 위하여 전하를 띄거나 특이적 결합 구조를 가지며, 초상자성을 갖고 자화값이 높은 자성 입자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 마이크로 리터의 소용량부터 수 백 리터의 산업용 대용량에까지 적용이 가능한 타겟 물질 분리 및 정제 방법 및 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명에 따른 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법은, 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있는 반응기 또는 항원이 표면에 형성된 자성 입자를 제공하는 단계, 상기 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물에 상기 자성 입자를 분산시킴으로써 상기 타겟 물질과 상기 자성 입자가 결합되도록 하는 단계, 상기 혼합물에 자기장을 인가하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 구속시킨 상태에서 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 제외한 불순물을 제거하는 단계, 상기 인가된 자기장을 차단하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질에 대한 구속이 해제된 상태에서 상기 타겟 물질을 상기 자성 입자로부터 분리시키는 단계, 및 자기장을 다시 인가하여 상기 자성 입자를 구속시킨 상태에서 상기 타겟 물질을 정제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법은, 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있도록 하는 전하를 갖는 자성 입자를 제공하는 단계, 상기 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물에 상기 자성 입자를 분산시킴으로써 상기 타겟 물질과 상기 자성 입자가 결합되도록 하는 단계, 상기 혼합물에 자기장을 인가하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 구속시킨 상태에서 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 제외한 불순물을 제거하는 단계, 상기 인가된 자기장을 차단하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질에 대한 구속이 해제된 상태에서 상기 타겟 물질을 상기 자성 입자로부터 분리시키는 단계, 및 자기장을 다시 인가하여 상기 자성 입자를 구속시킨 상태에서 상기 타겟 물질을 정제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 타겟 물질은 유전자 재조합 단백질을 포함할 수 있다.
그리고, 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 장치는, 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물과 상기 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있는 반응기 또는 항원이 표면에 형성된 자성 입자를 포함하는 반응부, 상기 자성 입자에 대한 자기장을 인가하여 상기 자성 입자를 구속시키는 기능을 수행하는 자기장 발생부, 상기 자기장에 의하여 구속되지 않는 물질을 제거하는 기능을 수행하는 배출부, 및 상기 타겟 물질을 재분산시킬 수 있는 버퍼 주입 및 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 장치는, 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물과 상기 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있도록 하는 전하를 갖는 자성 입자를 포함하는 반응부, 상기 자성 입자에 대한 자기장을 인가하여 상기 자성 입자를 구속시키는 기능을 수행하는 자기장 발생부, 상기 자기장에 의하여 구속되지 않는 물질을 제거하는 기능을 수행하는 배출부, 및 상기 타겟 물질을 재분산시킬 수 있는 버퍼 주입 및 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 타겟 물질은 유전자 재조합 단백질을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다양한 바이오 의약품들을 생체 혼합물로부터 대용량으로 분리 및 정제함에 있어서 재사용이 가능한 자성 입자와 자기장을 이용하여, 기존의 방법 및 장치와 비교할 때, 저가의 비용으로 빠르게 분리 및 정제할 수 있는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명에 의하면, 다양한 생산자에 맞게 반응 용량의 조절이 가능하고 자동화 시스템의 적용이 가능하기 때문에 분리 및 정제 공정에 소요되는 시간을 단축시켜 효율성을 증대시킬 수 있는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명에 의하면, 자성 입자 표면에 특정 리셉터에 결합하는 리간드를 결합한 후 외부 자기력을 이용하여 정제하기 때문에 기존의 시스템에 비해 분리 및 정제 시간이 매우 단축된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 타겟 물질을 분리 및 정제하는 과정을 예시적으로 나타내는 도면이다,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 타겟 물질과 자성 입자를 결합시키고 불순물을 제거하는 원리를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 타겟 물질을 분리 및 정제하는 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 11은 본 발명에 따른 자성 입자를 이용하여 타겟 물질을 분리 및 정제하는 방법 및 장치의 다양한 실시예를 예시적으로 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
[입자의 구성]
본 발명의 일 실시예에 따른 입자는, 이종의 물질로 이루어진 코어-쉘(core-shell) 형태로 구성될 수 있고, 이종의 물질로 이루어진 멀티-코어(multi-core) 형태로 구성될 수 있고, 복수의 나노 입자로 이루어진 클러스터 형태로 구성될 수 있으며, 이에 더하여 소정의 전하를 가지는 전하층이 이들 입자를 감싸는 구조로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리부덴(Mo) 등의 원소나 이들의 산화물을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 PS(polystyrene), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride), PET(polyethylen terephthalate) 등의 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 전하를 갖지 않는 입자 혹은 클러스터(cluster)에 전하를 갖는 물질이 코팅된 형태로서 구성될 수도 있는데, 예를 들면, 탄화수소기를 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 카르복실산(carboxylic acid)기, 에스테르(ester)기, 아실(acyl)기를 가지는 유기 화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 할로겐(F, Cl, Br, I 등) 원소를 포함하는 착화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 아민(amine), 티올(thiol), 포스핀(phosphine)을 포함하는 배위화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 표면에 라디칼을 형성함으로써 전하를 갖는 입자가 이에 해당될 수 있다.
한편, 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자는 자기장이 인가됨에 따라 자성을 갖게 되는, 즉, 자화되는 되는 물질을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부에서 자기장이 인가되지 않는 경우에 자성을 지닌 입자끼리 뭉치는 현상을 방지하기 위하여 외부 자기장을 인가하면 자화(magnetization)가 일어나지만 외부 자기장이 인가되지 않는 경우에는 잔류 자화(remnant magnetization)가 일어나지 않는 초상자성(superparamagnetic) 물질을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자가 혼합물 내에서 잘 분산되고 응집되지 않도록 하기 위해서 또한 입자가 타겟 물질과 결합할 수 있도록 하기 위해서 입자 표면을 동일한 부호의 전하로 코팅할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자는 서로 동일한 전하를 갖도록 전하를 갖는 물질로 코팅될 수 있다.
[반응기 또는 항원의 구성]
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소정의 타겟 물질과 결합할 수 있는 반응기 또는 항원이 입자의 표면에 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자와 반응기는 공유결합에 의하여 컨주게이션(conjugation)하여 입자 복합체를 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기로는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 수산화기(-OH)와 같이 전하를 띄는 작용기가 사용될 수 있고, 항원으로는 니켈(Ni), 단백질 A (Protein A), 단백질 G (Protein G), 스트렙타아비딘 (Streptavidin), Anti-AFP, Anti-DEP를 비롯한 다양한 항원이 사용될 수 있다. 이로써, 반응기 또는 항원은 핵산, 단백질, 세포, 박테리아, 바이러스 등의 다양한 물질과 결합하여 정제 작업뿐만 아니라 배란, 당뇨, 심장 질환, 암 등의 다양한 생체 진단에 필요한 검출 기능을 수행할 수 있다.
[타겟 물질을 분리 및 정제하는 방법의 구성]
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 유전자 재조합 단백질(즉, 타겟 물질)을 분리 및 정제할 수 있는 방법은, 재조합 단백질에 선택적으로 결합할 수 있는 특정 리간드 또는 항원 중 하나가 표면에 결합된 복수의 자성 입자가 분산된 용매에 생체 혼합물들을 반응시키는 단계, 상기 복수의 자성 입자가 분산되고 상기 생체 혼합물들이 혼합된 용매에 자기장을 인가하는 단계, 특정 재조합 단백질을 제외한 잔여 혼합물들을 제거하는 단계, 자기장을 제거하여 복수의 자성 입자를 세척 버퍼(washing buffer)에 재분산하고 자기장을 인가하여 잔여 혼합물들을 세척하는 단계, 자기장을 제거하여 복수의 자성 입자를 해리 버퍼(elution buffer)에 재분산하고 자기장을 인가하여 특정 재조합 단백질을 정제하고 자성 입자를 회수하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 유전자 재조합 단백질을 분리 및 정제할 수 있는 방법은, 자성 입자의 표면에 양전하 또는 음전하 중 하나의 전하를 띄게 하는 단계, 특정 재조합 단백질의 등전점(isoelectric point, pI)에 따라 양전하 또는 음전하의 표면 전하를 띄는 자성 입자가 분산된 용매에 생체 혼합물들을 반응시키는 단계, 상기 복수의 특정 전하를 갖는 자성 입자가 분산되고 상기 생체 혼합물들이 혼합된 용매에 자기장을 인가하는 단계, 특정 재조합 단백질을 제외한 잔여 혼합물들을 제거하는 단계, 자기장을 제거하여 복수의 자성 입자를 세척 버퍼(washing buffer)에 재분산하고 자기장을 인가하여 잔여 혼합물들을 세척하는 단계, 자기장을 제거하여 복수의 자성 입자를 해리 버퍼(elution buffer)에 재분산하고 자기장을 인가하여 특정 재조합 단백질을 정제하고 자성 입자를 회수하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명에서의 특정 재조합 단백질과 자성 입자 복합체간의 결합은, 자성 입자의 표면 전하와 특정 재조합 단백질의 표면 전하에 따른 정전기적 상호작용에 의해서 이루어지거나, 자성 입자의 표면에 형성되어 있는 재조합 단백질 특이적 리간드 또는 항원 중 하나를 포함하는 바이오 물질과 특정 재조합 단백질간의 특이적 반응, 항원-항체 반응, 배위결합, 수소결합, 이온결합, 소수성 상호작용, 반 데르 발스 상호작용 등을 포함하는 비공유 상호작용에 의해서 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 공동 침전법(co-precipitation) 또는 열분해법(thermal decomposition) 또는 마이크로이멀젼(microemulsion) 또는 수열 합성법(hydrothermal synthesis) 등의 방법으로 합성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자 복합체는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 수산화기(-OH) 및 설폰기 (-HSO3) 등의 전하 작용기 중 적어도 하나를 포함하는 작용기를 자성 입자 표면에 코팅 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 단백질 A(Protein A), 단백질 G(Protein G), 스트렙트아비딘(Streptavidin), 비오틴(biotin) 및 GST (glutatione S-transferase) 등의 리간드 또는 항원 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 물질을 표면에 코팅 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 30 내지 3000 nm의 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 코어-쉘(core-shell) 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 초상자성(superparamagnetic) 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수 있다.
대표적인 예로, 6~10개의 히스티딘(histidine)이 결합되어 있는 단백질을 니켈(Ni)이온이 결합된 자성 입자를 이용하여 분리 및 정제할 수 있다.
[타겟 물질을 분리 및 정제하는 장치의 구성]
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유전자 재조합 단백질(즉, 타겟 물질)을 분리 및 정제할 수 있는 장치는, 특정 재조합 단백질과 선택적으로 결합할 수 있는 특정 리간드 또는 항원 중 하나가 표면에 결합된 복수의 자성 입자가 분산된 수용액을 포함하고, 특정 재조합 단백질이 포함되어 있는 생체 혼합물들을 반응시킬 수 있는 반응부, 상기 복수의 자성 입자가 분산되고 상기 생체 혼합물들이 혼합된 수용액에 자기장을 인가할 수 있는 자기장 발생부를 포함하고, 상기 특정 재조합 단백질을 제외한 잔여 혼합물들을 제거할 수 있는 배출부, 상기 특정 재조합 단백질을 재분산 할 수 있는 버퍼 주입부 및 배출부로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유전자 재조합 단백질을 분리 및 정제할 수 있는 장치는, 양전하 또는 음전하 중 한 종류의 전하를 띄는 자성 입자가 분산된 수용액을 포함하고, 특정 재조합 단백질이 포함되어 있는 생체 혼합물들을 반응시킬 수 있는 반응부, 상기 복수의 자성 입자가 분산되고 상기 생체 혼합물들이 혼합된 수용액에 자기장을 인가할 수 있는 자기장 발생부를 포함하고, 상기 특정 재조합 단백질을 제외한 잔여 혼합물들을 제거할 수 있는 배출부, 상기 특정 재조합 단백질을 재분산 할 수 있는 버퍼 주입부 및 배출부로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자의 크기는 200 nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자의 크기는 30 ~ 3000 nm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 수용액에 분산 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 Core-Shell 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 초상자성 물질(Superparamagentic)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자는 Fe, Co, Ni 중 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 용매는 수용성 용매일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 재조합 단백질은 박테리아, 효모, 동물 세포 중 적어도 하나를 포함하는 살아있는 세포에서 생산된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 수산화기(-OH) 및 설폰기 (-HSO3) 등의 전하 작용기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응기는 단백질 A(Protein A), 단백질 G(Protein G), 스트렙트아비딘(Streptavidin), 및 글루타치온(glutathione) 등의 다양한 리간드 또는 항원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[다양한 실시예]
이하에서는, 본 발명에 따른 자성 입자를 이용하여 타겟 물질을 분리 및 정제하는 방법 및 장치의 다양한 실시예에 대하여 자세하게 살펴보기로 한다.
1. 전자석 고정식 (on/off system, <200 nm)
도 4를 참조하면, 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 반응기로 표면 처리된 복수의 자성 입자들은 그 크기가 200 nm 이하로 24시간 이상 용매에 균일하게 분산됨이 유지 되어 표적 단백질과의 반응성이 높고, 반응기 상층부에 고정되어 있는 전자석이 잔여 혼합물을 제거하는 단계, 세척용 버퍼로 세척하는 단계, 해리용 버퍼로 해리하는 단계에서 각각 작동되어 자성 입자들의 분리가 가능하여 최종적으로 표적 단백질 수용액을 정제하고 자성 입자들의 회수가 가능하게 하는 방법이 제공될 수 있다.
2. 전자석 회전식(교반식) (on/off system, 30 ~ 3000 nm)
도 5를 참조하면, 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 반응기로 표면 처리된 복수의 자성 입자들은 그 크기가 30 ~ 3000 nm 로 용매에 균일하게 분산 시키고, 반응기 상층부에 있는 전자석이 회전하면서 용매를 교반하여 자성 입자와 표적 단백질의 반응성을 높이고, 전자석이 잔여 혼합물을 제거하는 단계, 세척용 버퍼로 세척하는 단계, 해리용 버퍼로 해리하는 단계에서 각각 작동되어 자성 입자들의 분리가 가능하여 최종적으로 표적 단백질 수용액을 정제하고 자성 입자들의 회수가 가능하게 하는 방법이 제공될 수 있다.
3. 전자석 상하 이동식 (on/off system, <200 nm)
도 6을 참조하면, 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 반응기로 표면 처리된 복수의 자성 입자들은 그 크기가 200 nm 이하로 24시간 이상 용매에 균일하게 분산됨이 유지 되어 표적 단백질과의 반응성이 높고, 반응기 상층부에 고정되어 있는 전자석이 잔여 혼합물을 제거하는 단계, 세척용 버퍼로 세척하는 단계, 해리용 버퍼로 해리하는 단계에서 각각 상하부로 이동하면서 작동되어 자성 입자들의 분리가 가능하여 최종적으로 표적 단백질 수용액을 정제하고 자성 입자들의 회수가 가능하게 하는 방법이 제공될 수 있다.
4. 전자석 상하 이동식 (on/off system, 30 ~ 3000 nm)
도 7을 참조하면, 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 반응기로 표면 처리된 복수의 자성 입자들은 그 크기가 30 ~ 3000 nm 로 용매에 균일하게 분산 시키고, 반응기 하부에 위치한 임펠라가 회전하여 자성 입자와 표적 단백질의 반응성을 높이고, 반응기 상층부에 고정되어 있는 전자석이 잔여 혼합물을 제거하는 단계, 세척용 버퍼로 세척하는 단계, 해리용 버퍼로 해리하는 단계에서 각각 상하부로 이동하면서 작동되어 자성 입자들의 분리가 가능하여 최종적으로 표적 단백질 수용액을 정제하고 자성 입자들의 회수가 가능하게 하는 방법이 제공될 수 있다.
5. 내부 순환 정제형 (on/off system, < 200 nm)
도 8을 참조하면, 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 반응기로 표면 처리된 복수의 자성 입자들은 그 크기가 200 nm 이하로 24시간 이상 용매에 균일하게 분산됨이 유지 되어 표적 단백질과의 반응성이 높고, 반응기 하부에 결합되어 있는 내부 용매 순환 펌프 및 전자석이 잔여 혼합물을 제거하는 단계, 세척용 버퍼로 세척하는 단계, 해리용 버퍼로 해리하는 단계에서 각각 작동되어 자성 입자들의 분리가 가능하여 최종적으로 표적 단백질 수용액을 정제하고 자성 입자들의 회수가 가능하게 하는 방법이 제공될 수 있다.
6. 내부 순환 정제형 (on/off system, 30 ~ 3000 nm)
도 9를 참조하면, 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 반응기로 표면 처리된 복수의 자성 입자들은 그 크기가 30 ~ 3000 nm 로 용매에 균일하게 분산 시키고, 반응기 상부에 위치한 임펠라가 회전하여 자성 입자와 표적 단백질의 반응성을 높이고, 반응기 하부에 결합되어 있는 내부 용매 순환 펌프 및 전자석이 잔여 혼합물을 제거하는 단계, 세척용 버퍼로 세척하는 단계, 해리용 버퍼로 해리하는 단계에서 각각 작동되어 자성 입자들의 분리가 가능하여 최종적으로 표적 단백질 수용액을 정제하고 자성 입자들의 회수가 가능하게 하는 방법이 제공될 수 있다.
7. 임펠라형 전자석 교반식 (on/off system, 30 ~ 3000 nm)
도 10을 참조하면, 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 반응기로 표면 처리된 복수의 자성 입자들은 그 크기가 30 ~ 3000 nm 로 용매에 균일하게 분산 시키고, 반응기 상부에 위치한 임펠라형 전자석이 회전하여 자성 입자와 표적 단백질의 반응성을 높이고, 잔여 혼합물을 제거하는 단계, 세척용 버퍼로 세척하는 단계, 해리용 버퍼로 해리하는 단계에서 각각 작동되어 자성 입자들의 분리가 가능하여 최종적으로 표적 단백질 수용액을 정제하고 자성 입자들의 회수가 가능하게 하는 방법이 제공될 수 있다.
8. 승강기형 자석 정제식 ( <200 nm)
도 11을 참조하면, 표적 단백질에 선택적으로 결합하는 반응기로 표면 처리된 복수의 자성 입자들은 그 크기가 30 ~ 3000 nm 로 용매에 균일하게 분산 시키고, 1차 반응기 측면에 위치한 임펠라가 회전하여 자성 입자와 표적 단백질의 반응성을 높이고, 반응기 상층부에 고정되어 있는 자석이 잔여 혼합물을 제거하는 단계에 1차 반응기에 위치하여 잔여 혼합물을 제거하고 다시 상부로 이동, 용매는 내부 순환관을 통해 2차 반응기로 이동하고, 동시에 2차 반응기 측면에 위치한 임펠라가 회전하면서 세척하는 단계, 자석이 2차 반응기에 위치하여 자성 입자를 분리하고 용매는 내부 순환관을 통해 3차 반응기로 이동하고, 해리용 버퍼로 해리하는 단계에서 각각 상하부로 이동하면서 작동되어 자성 입자들의 분리가 가능하여 최종적으로 표적 단백질 수용액을 정제하고 자성 입자들의 회수가 가능하게 하는 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자를 사용하여 표적 단백질 의약품을 분리/정제하는 장치에 있어서, 영구자석과 교반기를 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 영구 자석은 봉 자석, 판 자석으로 구성됨을 특징으로 하며 봉자석의 경우 최소 2개 이상 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석과 교반기를 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전자석은 봉, 막대, 임펠라 형태로 가공될 수 있으며, 자기장 세기가 용기 내부 전체에 영향을 줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 교반식 반응 용기 또는 비교반식 반응 용기를 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있는 반응기 또는 항원이 표면에 형성된 자성 입자를 제공하는 단계,
    상기 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물에 상기 자성 입자를 분산시킴으로써 상기 타겟 물질과 상기 자성 입자가 결합되도록 하는 단계,
    상기 혼합물에 자기장을 인가하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 구속시킨 상태에서 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 제외한 불순물을 제거하는 단계,
    상기 인가된 자기장을 차단하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질에 대한 구속이 해제된 상태에서 상기 타겟 물질을 상기 자성 입자로부터 분리시키는 단계, 및
    자기장을 다시 인가하여 상기 자성 입자를 구속시킨 상태에서 상기 타겟 물질을 정제하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법.
  2. 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있도록 하는 전하를 갖는 자성 입자를 제공하는 단계,
    상기 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물에 상기 자성 입자를 분산시킴으로써 상기 타겟 물질과 상기 자성 입자가 결합되도록 하는 단계,
    상기 혼합물에 자기장을 인가하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 구속시킨 상태에서 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질을 제외한 불순물을 제거하는 단계,
    상기 인가된 자기장을 차단하여 상기 자성 입자 및 상기 자성 입자와 결합된 타겟 물질에 대한 구속이 해제된 상태에서 상기 타겟 물질을 상기 자성 입자로부터 분리시키는 단계, 및
    자기장을 다시 인가하여 상기 자성 입자를 구속시킨 상태에서 상기 타겟 물질을 정제하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법.
  3. 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟 물질은 유전자 재조합 단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 방법.
  4. 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물과 상기 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있는 반응기 또는 항원이 표면에 형성된 자성 입자를 포함하는 반응부,
    상기 자성 입자에 대한 자기장을 인가하여 상기 자성 입자를 구속시키는 기능을 수행하는 자기장 발생부,
    상기 자기장에 의하여 구속되지 않는 물질을 제거하는 기능을 수행하는 배출부, 및
    상기 타겟 물질을 재분산시킬 수 있는 버퍼 주입 및 배출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 장치.
  5. 타겟 물질이 포함되어 있는 혼합물과 상기 타겟 물질과 선택적으로 결합할 수 있도록 하는 전하를 갖는 자성 입자를 포함하는 반응부,
    상기 자성 입자에 대한 자기장을 인가하여 상기 자성 입자를 구속시키는 기능을 수행하는 자기장 발생부,
    상기 자기장에 의하여 구속되지 않는 물질을 제거하는 기능을 수행하는 배출부, 및
    상기 타겟 물질을 재분산시킬 수 있는 버퍼 주입 및 배출부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 장치.
  6. 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟 물질은 유전자 재조합 단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리 및 정제하는 장치.
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