KR20190017083A - Colorectal cancer diagnosis using enzyme-sensitive ratiometric fluorescence dye and antibodyquantum dot conjugates for multiplexed detection - Google Patents

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류연미
박영롱
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박준혁
김소희
정의헌
김상엽
왕태준
배동준
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Abstract

The present invention relates to a method for colonoscopic diagnosis of colorectal cancer using multi-fluorescent imaging of an enzyme-sensitive ratiometric fluorescent probe and a biocompatible quantum dot-antibody complex probe. The present invention provides an apparatus for diagnosis of colorectal cancer comprising: organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colorectal cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescent wavelength and has a second fluorescent wavelength by separation of the functional group; a quantum dot having a third fluorescent wavelength while having an antibody that binds to a second enzyme that is overexpressed in cancer; and an apparatus which fluoresces the organic fluorescent dye and the quantum dot and measures the fluorescence.

Description

엔자임 감응 비율 계량 형광 프로브 및 생체 적합형 양자점-항체 복합체 프로브의 다중 형광 이미징을 이용한 대장 내시경용 대장암 진단 방법{Colorectal cancer diagnosis using enzyme-sensitive ratiometric fluorescence dye and antibodyquantum dot conjugates for multiplexed detection} [TECHNICAL FIELD] The present invention relates to a method for diagnosing colorectal cancer using colorimetric fluorescent probes and biotin-type quantum dot-antibody complex probes,

본 발명은 엔자임 감응 비율 계량 형광 프로브 및 생체 적합형 양자점-항체 복합체 프로브의 다중 형광 이미징을 이용한 대장 내시경용 대장암 진단 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for diagnosing colorectal cancer for colonoscopy using multi-fluorescence imaging of an enzyme-responsive quantitative fluorescent probe and a biocompatible quantum dot-antibody complex probe.

대장암은 최근 암 발생률이 급격히 높아지고 있으며 2위에 달하는 사망률을 보이고 있다. 이러한 대장암은 주로 대장 내시경을 통해 진단이 이루어져 있지만 육안으로 검출하기 때문에 발견하지 못할 확률이 존재하며, 용종의 모양이 혹 모양처럼 생기지 않고 평평하다면 더욱 놓칠 확률이 크다.1 또한 조직을 떼어낸 뒤 동결절편병리검사를 하여야 암인지 판별되기 때문에 오랜 시간이 걸리며 채취하는 조직 개수의 제한이 있다는 한계가 존재한다. Colorectal cancer has recently been on the rise in cancer rates and is the second leading cause of cancer deaths. Although these colon cancers are diagnosed mainly through colonoscopy, there is a possibility that they are not detected because they are detected by the naked eye. If the shape of the polyps does not appear like a hump, they are more likely to miss. 1 There is also a limit to the number of tissues to be harvested because it takes a long time because the tissue is judged to be cancerous by removing the tissue and performing frozen section pathology examination.

이러한 한계를 극복하기 위해 형광 신호 기반의 분자 영상에 관한 연구가 진행되고 있으며 형광 물질로는 유기 형광 염료나 양자점 등이 이러한 연구에 많이 사용되고 있다. 형광 신호 영상은 다른 분자 영상에 비해 간단한 장비로 실시간 영상이 가능하며, 다중 영상을 구현할 수 있어 암 진단 연구에 좋은 장점을 갖고 있다. 유기 형광 염료는 그 분자 구조에 따라 형광 파장이 결정되며, 분자 구조에 다른 분자체 및 생분자체의 결합이 가능하다. 양자점은 반도체 나노 입자로 무기 물질로 구성되어 광화학적 안정성, 내구성이 뛰어나고 양자점의 표면에 여러 가지 생분자를 도입할 수 있다는 장점이 있다. In order to overcome these limitations, studies on molecular imaging based on fluorescence signals are underway, and organic fluorescent dyes and quantum dots are widely used as fluorescent materials. Fluorescence signal images are more simple than other molecular images and can be used for real - time imaging. The fluorescence wavelength of an organic fluorescent dye is determined according to its molecular structure, and it is possible to combine molecular sieves and other molecular sieves with molecular structure. Quantum dots are semiconducting nanoparticles composed of inorganic materials, which are excellent in photochemical stability and durability, and can introduce various biomolecules onto the surface of the quantum dots.

1. Pasha, S. F.; Leighton, J. A.; Das, A.; Harrison, M. E.; Gurudu, S. R.; Ramirez, F. C.; Fleischer, D. E.; Sharma, V. K., Comparison of the Yield and Miss Rate of Narrow Band Imaging and White Light Endoscopy in Patients Undergoing Screening or Surveillance Colonoscopy: A Meta-Analysis. Am J Gastroenterol. 2012, 107, 363-370.1. Pasha, S. F .; Leighton, J. A .; Das, A .; Harrison, M. E .; Gurudu, S. R .; Ramirez, F. C .; Fleischer, D. E .; Sharma, V. K., Comparison of the Yield and Missed Bandwidth Imaging and White Light Endoscopy in Patients Undergoing Screening or Surveillance Colonoscopy: A Meta-Analysis. Am J Gastroenterol. 2012, 107, 363-370. 2. Y. Park, Y.M. Ryu, Y. Jung, T. Wang, Y. Baek, Y. Yoon, S.M. Bae, J. Park, S. Hwang, J. Kim, E.J. Do, S.Y. Kim, E. Chung, K.H. Kim, S. Kim, S.J. Myung, Spraying Quantum Dot Conjugates in the Colon of Live Animals Enabled Rapid and Multiplex Cancer Diagnosis Using Endoscopy, ACS Nano, 2014, 8, 8896-8910.2. Y. Park, Y.M. Ryu, Y. Jung, T. Wang, Y. Baek, Y. Yoon, S.M. Bae, J. Park, S. Hwang, J. Kim, E.J. Do, S.Y. Kim, E. Chung, K.H. Kim, S. Kim, S.J. Myung, Spraying Quantum Dot Conjugates in the Colon of Live Animals Enabled Rapid and Multiplex Cancer Diagnosis Using Endoscopy, ACS Nano, 2014, 8, 8896-8910. 3. Torimoto, T. et al. Remarkable photoluminescence enhancement of ZnS-AgInS2solidsolutionnanoparticlesbypost-synthesistreatment. Chem. Commun. 2010, 46, 2082-2084.3. Torimoto, T. et al. Remarkable photoluminescence enhancement of ZnS-AgInS2solidsolutionnanoparticlesbypost-synthesistreatment. Chem. Commun. 2010, 46, 2082-2084. 4. Park, J.; Nam, J.; Won, N.; Jin, H.; Jung, S.; Jung, S.; Cho, S.-H.;Kim, S., Compact and Stable Quantum Dots with Positive, Negative, or Zwitterionic Surface: Specific Cell Interactions and Non-Specific Adsorptions by the Surface Charges. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1558-1566. 4. Park, J .; Nam, J .; Won, N .; Jin, H .; Jung, S .; Jung, S .; Cho, S.-H., Kim, S., Compact and Stable Quantum Dots with Positive, Negative, or Zwitterionic Surface: Specific Cell Interactions and Non-Specific Adsorptions by the Surface Charges. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1558-1566.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 대장암을 판단할 수 있는 형광 이미지를 얻을 수 있는 대장암 진단용 장치를 제공하는 것이다. A problem to be solved by the present invention is to provide a device for diagnosing colon cancer which can obtain a fluorescence image capable of judging colon cancer.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 대장암을 판단할 수 있는 형광 이미지를 얻을 수 있는 대장암 진단용 장치를 이용하여 대장암을 진단하는 방법을 제공하는 것이다. A problem to be solved by the present invention is to provide a method of diagnosing colorectal cancer using a device for diagnosing colorectal cancer which can obtain a fluorescent image capable of judging colon cancer.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 대장암을 진단하기 위한 형광 이미지를 얻을 수 있는 형광체의 조합을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a combination of phosphors capable of obtaining fluorescence images for diagnosing colon cancer.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 대장암을 진단할 수 있는 새로운 유기 형광 염료를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a novel organic fluorescent dye capable of diagnosing colorectal cancer.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 새로운 유기 형광 염료를 이용하여 대장암을 진단하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for diagnosing colorectal cancer using a novel organic fluorescent dye.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 새로운 암 진단용 유기 형광 염료를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a novel organic fluorescent dye for cancer diagnosis.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 새로운 유기 형광 염료를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a novel organic fluorescent dye.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 새로운 암진단용 양자점을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a new quantum dot for cancer diagnosis.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 새로운 양자점을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to provide a new quantum dot.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며; 암에서 과발현되는 제2 엔자임이 결합하는 항체를 가지며, 제3 형광 파장을 가지는 양자점; 및 상기 유기 형광 염료와 양자점을 형광시키고, 상기 형광을 측정하는 장치;를 포함하는 대장암 진단 장치를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention provides an organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colorectal cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength, Has a second fluorescence wavelength; A quantum dot having an antibody that binds with a second enzyme overexpressed in cancer and having a third fluorescent wavelength; And an apparatus for fluorescing the organic fluorescent dye and quantum dots and measuring the fluorescence.

본 발명은 일 측면에서, 피시험 조직을 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며;로 처리하여 형광시키고, 유기형광 염료의 형광을 측정하는 단계; 및 피시험 조직을 암에서 과발현되는 제2 엔자임이 결합하는 항체를 가지며, 제3 형광 파장을 가지는 양자점으로 처리하여 형광시키고, 양자점의 형광을 측정하는 단계;를 포함하는 대장암 진단 방법을 제공한다. In one aspect of the present invention, there is provided an organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in a colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength, Measuring fluorescence of the organic fluorescent dye by fluorescence treatment with the second fluorescent light; And measuring the fluorescence of the quantum dots by treating the test tissue with a quantum dot having an antibody that binds with a second enzyme to be overexpressed in the cancer and having a third fluorescent wavelength, and measuring fluorescence of the quantum dot .

본 발명은 다른 일 측면에서, 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며; 및 암에서 과발현되는 제2 엔자임이 결합하는 항체를 가지며, 제3 형광 파장을 가지는 양자점;을 포함하는 대장암 진단용 키트를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength, Has a fluorescent wavelength; And a quantum dot having an antibody that binds to a second enzyme that is overexpressed in cancer and has a third fluorescent wavelength.

본 발명은 다른 일 측면에서, 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며; 및 상기 유기 형광 염료의 형광을 측정하는 장치;를 포함하는 대장암 진단 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength, Has a fluorescent wavelength; And a device for measuring fluorescence of the organic fluorescent dye.

본 발명은 다른 일 측면에서, 피시험 조직을 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며;으로 처리하여 형광시키고, 상기 형광을 측정하여 대장암을 진단하는 방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in a colorectal cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength, And a second fluorescent light having a second fluorescence wavelength by the fluorescence of the second fluorescent light.

본 발명은 다른 일 측면에서, 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지는 형광 염료를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength, A fluorescent dye having a fluorescent wavelength is provided.

본 발명은 다른 일 측면에서, 하기 화학식(1)로 표현되는 유기 형광 염료를 제공한다. In another aspect, the present invention provides an organic fluorescent dye represented by the following formula (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명은 다른 일 측면에서, 5~7 nm 평균 직경을 가지는 AgInS2 핵과 ZnS 껍질로 이루어진 양자점으로서, 표면이 양쪽성 이온 분자체로 개질되고, matrix metalloproteinase 14 (MMP14) 항체를 가지며, 670~690 nm 형광을 나타내는 암진단용 양자점을 제공한다. In another aspect, the present invention relates to a method of producing an AgInS 2 Nucleus and ZnS shells are quantum dots that are modified with zwitterionic molecular sieves, have matrix metalloproteinase 14 (MMP14) antibodies, and provide cancer diagnostic kits with 670 to 690 nm fluorescence.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며; 암에서 과발현되는 제2 엔자임이 결합하는 항체를 가지며, 제3 형광 파장을 가지는 양자점; 및 상기 유기 형광 염료와 양자점을 형광시키고, 상기 형광을 측정하는 장치;를 포함하는 대장암 진단 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescent wavelength, Has a fluorescent wavelength; A quantum dot having an antibody that binds with a second enzyme overexpressed in cancer and having a third fluorescent wavelength; And an apparatus for fluorescing the organic fluorescent dye and quantum dots and measuring the fluorescence.

본 발명에 있어서, 상기 관능기는 제2 형광 파장을 가지는 유기 형광 염료에 결합되어 형광 염료의 형광 파장, 바람직하게는 피크 파장을 변경시킬 수 있는 관능기이다. 상기 관능기에 의한 파장의 변화는 피크 파장이 10 마이크로미터 이상, 바람직하게는 20 마이크로미터 이상, 보다 더 바람직하게는 30 마이크로미터 이상 증감될 수 있으며, 바람직하게는 10~100 마이크로미터 증감될 수 있는 관능기이다. In the present invention, the functional group is a functional group capable of being bonded to an organic fluorescent dye having a second fluorescent wavelength to change the fluorescence wavelength, preferably the peak wavelength, of the fluorescent dye. The change in wavelength by the functional group can be increased or decreased by 10 micrometer or more, preferably 20 micrometer or more, more preferably 30 micrometer or more, and preferably 10 to 100 micrometer, Functional group.

바람직하게는 상기 관능기는 형광의 강도가 결합 전후의 형광 강도가 유사한 것이 바람직하다. 상기 유사하다는 것은 형광의 P.L의 증감이 ±20%, 바람직하게는 ± 10% 범위에서 유지되는 것으로 이해된다. It is preferable that the fluorescent group of the functional group has a similar fluorescence intensity before and after the binding. This similarity is understood to mean that the increase or decrease in the fluorescence of P.L is maintained within the range of ± 20%, preferably within the range of ± 10%.

상기 관능기는 제2 형광 파장을 가지는 유기 형광 염료에 탈수 축합 반응에 의해서 결합되어 유기 형광 염료의 형광 파장을 제1 파장으로 변경할 수 있으며, 특정 암에서 과발현되는 제1 엔자임에 의해서 가수 분해에 의해서 분리되면서, 제2 파장으로 형광하게 된다. The functional group is bonded to an organic fluorescent dye having a second fluorescent wavelength by a dehydration condensation reaction to change the fluorescence wavelength of the organic fluorescent dye to a first wavelength and is separated by hydrolysis by a first enzyme overexpressed in a specific cancer And becomes fluorescence at the second wavelength.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 관능기는 아미노산일 수 있으며, 예를 들어 대장암에서 특이적으로 과발현되는 λ-glutamyltranspeptidase (GGT)에 의해서 분리될 수 있는 글루탐산일 수 있다.In the practice of the present invention, the functional group may be an amino acid, for example, a glutamic acid that can be separated by λ-glutamyltranspeptidase (GGT) that is specifically overexpressed in colorectal cancer.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 유기형광 염료는 가시광선 영역의 형광파장을 가지는 염료일 수 있으며, 관능기가 결합된 상태에서 610~650 nm의 피크 파장을 가지며, 관능기가 분리된 상태에서 550~590nm의 피크 파장을 가지는 염료일 수 있다. In the practice of the present invention, the organic fluorescent dye may be a dye having a fluorescent wavelength in the visible light region, and has a peak wavelength of 610 to 650 nm in a state where the functional group is bonded, and has a peak wavelength of 550 to 590 nm The dye having the peak wavelength of < RTI ID = 0.0 >

본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 유기 형광 염료는 글루탐산이 결합된 상태에서 하기 화학식(1)으로 표현될 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the organic fluorescent dye may be represented by the following formula (1) in the state where glutamic acid is bound.

Figure pat00002
Figure pat00002

본 발명에 있어서, 상기 양자점은 인체에 영향을 미치는 중금속, 예를 들어, 카드늄이나 납 성분이 없는 양자점 일 수 있다. 상기 양자점은 금성분을 포함하는 양자점이 바람직하며, 보다 바람직하게는 AgInS2 를 포함하는 양자점일 수 있다. In the present invention, the quantum dot may be a heavy metal that affects the human body, for example, a quantum dot free of cadmium or lead. The quantum dot is preferably a quantum dot including a gold component, more preferably AgInS 2 Lt; / RTI >

본 발명의 실시에 있어서, 상기 양자점은 형광 특성을 개선하기 위해서 표면에 쉘이 형성된 코어-쉘 형태일 수 있으며, 바람직하게는 ZnS 껍질을 가질 수 있다. In the practice of the present invention, the quantum dot may be in the form of a core-shell in which a shell is formed on the surface to improve the fluorescent property, and preferably has a ZnS shell.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 양자점은 비특이적 결합을 방지할 수 있도록 표면이 양쪽성 이온으로 개질된 양자점일 수 있다. 상기 양쪽성 이온은 포항공대 산학협력단에게 허여되고, 여기서 전체로 참고문헌으로 도입된 대한민국 특허 제1276693호와 개시된 양쪽성 이온 분자체를 사용할 수 있다. 상기 양쪽성 이온 분자체는 하기 화학식(2)로 표현될 수 있다. In the practice of the present invention, the quantum dot may be a quantum dot whose surface is modified with an amphoteric ion so as to prevent non-specific binding. The amphoteric ion may be used in the amphoteric molecular sieve disclosed in Korean Patent No. 1276693, which is incorporated herein by reference in its entirety. The zwitterionic molecular sieve may be represented by the following formula (2).

Figure pat00003
Figure pat00003

본 발명의 실시에 있어서, 상기 양자점은 항체가 용이하게 결합할 수 있도록 표면이 -COOH기로 개질될 수 있다. 바람직하게는 상기 -COOH기는 양자점에 결합할 수 있는 부분을 가지는 분자체의 말단에 형성될 수 있다. 상기 -COOH기를 가지는 분자체는 포항공대 산한협력단 등에서 출원하고, 여기서 전체로 참고문헌으로 도입된 대한민국 특허공개공보 제2016-0046933호에서 개시된 분자체일 수 있다. In the practice of the present invention, the surface of the quantum dot may be modified to a -COOH group so that the antibody can easily bind thereto. Preferably, the -COOH group may be formed at the end of the molecular sieve having a moiety capable of binding to the quantum dot. The molecular sieve having the -COOH group may be a molecular sieve as disclosed in Korean Patent Application Publication No. 2016-0046933 filed by POSTECH Cooperation Bureau and the like and incorporated herein by reference in its entirety.

상기 분자체는 부착영역, 연결 영역 및 결합 영역으로 이루어지며, 여기서 상기 부착 영역은 싸이올기(-SH), 다이싸이올기(-CS2, -PS2, -CH(SH)(CH2CH2SH)), 아민기(-NH2, -NH), 포스포네이트기(-PO3H), 포스파이드기(-P), 포스핀옥사이드기 (-P=O), 카르복시기 (-COOH), 하이드록시기 (-OH), 이미다졸기 (-imidazole), 다이올기 (-diole)에서 선택되고, 상기 연결 영역은 아미드 결합 (-CONH-), 탄소 결합 (-(CH2)n-), 폴리에틸렌글리콜 (-(CH2CH2O)n-), 트리아졸(triazole)에서 선택되며, 그리고, 상기 결합 영역은 카르복실기일 수 있다. 바람직하게는 상기 -COOH기를 가지는 분자체는 하기 화학식 (3)으로 표현될 수 있다.Wherein the molecular sieve comprises an attachment region, a connecting region and a binding region, wherein the attachment region is selected from the group consisting of a thiol group (-SH), a dithiol group (-CS2, -PS2, -CH (SH) (CH2CH2SH) (-NH2, -NH), a phosphonate group (-PO3H), a phosphide group (-P), a phosphine oxide group (-P = O), a carboxy group (-COOH) Imidazole group and diiodo group and the connecting region is selected from amide bond (-CONH-), carbon bond (- (CH2) n-), polyethylene glycol (- (CH2CH2O) n- ), Triazole, and the binding region may be a carboxyl group. Preferably, the molecular sieve having -COOH group can be represented by the following formula (3).

Figure pat00004
Figure pat00004

본 발명에 있어서, 상기 양자점에 결합되는 항체는 암세포의 침습 및 전이에 주된 역할을 하는 것으로 알려진 세포외 기질 금속함유 단백분해효소(matrix metalloproteinase)에 결합할 수 있는 항체일 수 있다. 발명의 실시에 있어서, 상기 항체는 대장암에서 과발현되는 matrix metalloproteinase 14 (MMP14) 항체인 것이 바람직하다. In the present invention, the antibody bound to the quantum dot may be an antibody capable of binding to an extracellular matrix metal metalloproteinase, which is known to play a major role in invasion and metastasis of cancer cells. In the practice of the invention, the antibody is preferably a matrix metalloproteinase 14 (MMP14) antibody that is overexpressed in colon cancer.

본 발명에 있어서, 상기 MMP14에 대한 항체는 상업적으로 구입해서 사용할 있으며, 상업적으로 판매하는 MMP14에 대한 항체는 Abcam, Santa Cruz Biotechnology, Thermo Fisher Scientific 등에서 구입할 수 있다.In the present invention, the antibody against MMP14 is commercially purchased and used. Commercially available antibodies to MMP14 can be purchased from Abcam, Santa Cruz Biotechnology, and Thermo Fisher Scientific.

본 발명에 있어서, 상기 양자점은 제1 형광 및 제2 형광과 구분될 수 있도록 제3 형광을 가지며, 바람직하게는 가시광 대역 670~690 nm 대역의 피크 형광을 가질 수 있다. In the present invention, the quantum dot has a third fluorescence to be distinguishable from the first fluorescence and the second fluorescence, and preferably has a peak fluorescence in the visible light band of 670 to 690 nm.

본 발명에 있어서, 상기 제1 형광은 550~590nm의 피크 파장을 가지며, 제2 형광은 610~650 nm의 피크 파장을 가지며, 제3형광은 670~690nm의 피크 파장을 가질 수 있다. In the present invention, the first fluorescence may have a peak wavelength of 550 to 590 nm, the second fluorescence may have a peak wavelength of 610 to 650 nm, and the third fluorescence may have a peak wavelength of 670 to 690 nm.

본 발명에 있어서, 상기 형광 측정 장치는 유기 형광 염료의 제1 형광과 제2형광 데이터를 이미지로 표현하고, 양자점의 제3 형광을 이미지로 표현할 수 있으며, 이들을 겹쳐진 이미지로 함께 표현하여 대장암을 보다 정확하게 진단할 수 있다. In the present invention, the fluorescence measurement apparatus may display images of the first fluorescence and the second fluorescence data of the organic fluorescent dye, images of the third fluorescence of the quantum dots, and express the third fluorescence of the quantum dots together with the overlapped image, More accurate diagnosis can be made.

본 발명에 있어서, 상기 형광 측정 장치는 제1 형광과 제2 형광의 비를 측정할 수 있으며, 제1 형광과 제2 형광의 비를 시간에 따라서 측정하는 것도 가능하다. 바람직게는 30 분이상 경과된 데이터로 제1 형광과 제2 형광을 측정하는것이 좋다.In the present invention, the fluorescence measurement apparatus can measure the ratio of the first fluorescence to the second fluorescence, and it is also possible to measure the ratio of the first fluorescence and the second fluorescence with time. It is preferable to measure the first fluorescence and the second fluorescence with data elapsing more than 30 minutes.

본 발명에 따른 엔자임 활성 감응 비율 계량 형광 프로브와 양자점-항체 프로브는 다른 기작으로 작동하는 두 가지 프로브의 형광 신호를 비교하여 대장 종양을 진단하기 때문에 보다 정확하게 대장암을 진단할 수 있다. 이는 한 개의 프로브만 사용하였을시 일어날 수 있는 진단 오류들을 낮출 수 있어 높은 신뢰도로 대장암을 검출 할 수 있다. 또한 대장 내시경시 육안으로 발견하기 힘든 평평한 모습의 암이나 아직 급격히 진행되지 않은 선종에 대하여 형광신호로써 검출이 가능하게 할 수 있다.The enzyme-active quantitative fluorescent probe and the quantum dot-antibody probe according to the present invention can diagnose colorectal cancer more precisely by comparing fluorescent signals of two probes operating with different mechanisms to diagnose colon cancer. This can reduce diagnosis errors that can occur when only one probe is used, and can detect colon cancer with high reliability. In addition, it is possible to detect a flat cancer that is difficult to detect with the naked eye, or a fluorescent signal that is not yet rapidly progressing.

도 1은 합성한 CV-Glu 프로브의 분자 구조 및 Cresyl violet의 분자구조와 각각의 형광 이미지(A). CV-Glu 프로브에 GGT엔자임을 처리해주었을 때 프로브의 흡광(B) 및 형광(C) 스펙트럼의 시간에 따른 변화이다.
도 2는 A. 대장 정상세포(CCD 841 CoTr) 및 여러 가지 대장암 세포(LOVO, HT29, HCT116, SW480, SW620)에서 Western blot 방법으로 GGT 엔자임 발현정도를 확인. B. 대장 정상세포(CCD 841 CoTr) 및 여러 가지 대장암 세포(LOVO, HT29, HCT116, SW480, SW620)에서 비율 계량 유닛을 처리함. 투과이미지(첫줄), 580-600 nm 형광이미지(둘째줄), 615-640 nm 형광이미지(셋째줄), 형광 비율 이미지(넷째줄).
도 3은 정상 쥐의 대장 조직과 암 모델 마우스 대장조직에 대해 ex vivo 로 비율 계량 유닛을 검증함. 비율 계량 유닛 처리 후 10분과 30분에서의 형광 비율 이미지 (A), 대장 조직들 중 선별한 부분의 H&E 염색 이미지 (B).
도 4는 (A) 대장암조직(왼쪽) 및 정상조직(오른쪽)에서 CV-Glu 프로브 처리 후 시간에 따른 형광신호 비율 이미지.
도 5는 (B) 각각의 시간에서의 대장암조직(왼쪽) 및 정상조직(오른쪽)에서의 형광신호 스펙트럼.
도 6은(C) 조직 깊이에 따른 형광신호 비율 이미지.
도 7은 (A) AgInS2 /ZnS 양자점의 흡광 및 형광 스펙트럼. (B) AgInS2 /ZnS 양자점의 투과전자현미경 이미지. (C) 백색광에서 쥐 대장암 모델의 대장 사진(왼쪽) 및 MMP14 양자점 프로브의 형광 신호 이미지(오른쪽). 대조실험을 위해 2개의 장 조직에는 면역글로불린 항체 프로브 (IgG-QD)로 3개의 장 조직에는 MMP14 양자점 프로브를 각각 도포하여 씻어낸 뒤 형광신호를 관찰함.
도 8은 (A) 비율 계량 형광 프로브와 생체 적합형 양자점-항체 복합체 프로브를 이용한 쥐의 대장조직에서의 암 진단 방법의 모식도.
도 9는 (B) 양자점-항체 복합체 프로브의 형광 신호 이미지.
도 10은 (C) 양자점프로브 처리 후 쥐의 대장암 조직에서의 이광자 현미경으로 측정한 자가형광 및 양자점 형광이미지.
도 11은 (D) 동일한 조직에 CV-Glu 프로브 처리후 형광신호 비율 이미지.
도 12는 (E) 두가지 프로브 형광신호의 오버레이 이미지.
도 13은 (F) CV-Gluv프로브 처리후 시간에 따른 이광자 형광 이미지.
도 14는 (G) 두 가지 프로브의 같은 조직 위치에서의 깊이에 따른 이광자 형광 이미지.
도 15은 (A) 환자의 정상 대장 조직 및 대장암 조직에서의 양자점-항체 복합체 프로브의 형광 신호 이미지 및 형광 신호의 평균값 (B) 동일한 조직에 CV-Glu 프로브 처리후 형광신호 비율 이미지 및 형광 신호의 평균값 (C) 두 가지 프로브에 슈도컬러로 표현한 이미지 및 이를 오버레이한 이미지. (D) 조직들의 H&E 이미지.
도 16은 (A) HCT116 세포(인간 대장암 세포)에서의 CV-Glu 프로브 및 생체 적합형 양자점의 다양한 농도 및 처리 시간에 따른 세포 생존률. (B) CV-Glu 형광 변조 프로브 또는 생체 적합형 양자점을 처리한 쥐와 PBS만 처리한 실험 비교군(contol) 쥐에서의 독성 평가, Hematology 마커분석 결과. 이를 통해 의학적 적용이 적합 판정.
Fig. 1 shows the molecular structure of the synthesized CV-Glu probe and the molecular structure of Cresyl violet and respective fluorescent images (A). (B) and fluorescence (C) spectra of the probe when treated with GGT enzyme in a CV-Glu probe.
FIG. 2 shows the expression level of GGT enzyme in A. coli normal cells (CCD 841 CoTr) and various colorectal cancer cells (LOVO, HT29, HCT116, SW480, SW620) by Western blotting. B. Process ratio metering units in colonic normal cells (CCD 841 CoTr) and various colorectal cancer cells (LOVO, HT29, HCT116, SW480, SW620). Transmission image (first line), 580-600 nm fluorescence image (second line), 615-640 nm fluorescence image (third line), fluorescence ratio image (fourth line).
Figure 3 verifies the ratio metering unit ex vivo for colon and mouse model mouse colon tissues of normal rats. The fluorescence ratio image (A) at 10 min and 30 min after the ratio metering unit treatment, and the H & E staining image (B) of the selected portion of the colon tissues.
Figure 4 (A) Fluorescence signal ratio image over time after CV-Glu probe treatment in colon cancer tissue (left) and normal tissue (right).
Fig. 5 (B) Fluorescence signal spectrum at colon cancer tissue (left) and normal tissue (right) at each time. Fig.
Figure 6 (C) Fluorescence signal ratio image according to tissue depth.
7 shows (A) the absorption and fluorescence spectra of AgInS 2 / ZnS quantum dots. (B) Transmission electron microscope image of AgInS 2 / ZnS quantum dots. (C) Large intestine photograph of mouse colon cancer model in white light (left) and fluorescent signal image of MMP14 quantum dot probe (right). For the control experiment, immunoglobulin antibody probe (IgG-QD) was applied to the two intestinal tissues, and the MMP14 quantum dot probe was applied to the three intestinal tissues, followed by washing and observing the fluorescence signal.
FIG. 8 is a schematic diagram of a method for diagnosing cancer in the colon tissue of a rat using (A) a ratio measuring fluorescent probe and a biocompatible quantum dot-antibody complex probe.
9 is a fluorescent signal image of (B) a quantum dot-antibody complex probe.
FIG. 10 is an image of autofluorescence and quantum dot fluorescence measured by two-photon microscopy in a mouse colorectal cancer tissue after (C) quantum dot probe treatment. FIG.
Figure 11 (D) Fluorescence signal ratio image after CV-Glu probe treatment in the same tissue.
12 shows (E) an overlay image of two probe fluorescence signals.
13 shows (F) two-photon fluorescence image over time after CV-Gluv probe treatment.
Figure 14 shows (G) two-photon fluorescence images with depths in the same tissue location of the two probes.
FIG. 15 is a graph showing the fluorescence signal ratio and fluorescence signal intensity after CV-Glu probe treatment in the same tissue as the fluorescence signal image and the fluorescence signal average value (B) of the quantum dot-antibody complex probe in the patient's normal colon tissue and colon cancer tissue, (C) An image expressed in pseudo color on two probes and an image overlaid on it. (D) H & E images of organizations.
16: (A) Cell viability according to various concentrations and treatment time of CV-Glu probe and biocompatible quantum dots in HCT116 cells (human colorectal cancer cells). (B) Toxicity assessment and hematology marker analysis in mice treated with CV-Glu fluorescence-modulated probes or biomimetic quantum dots and PBS alone. This makes it suitable for medical applications.

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 설명한다. 본 발명의 실시예는 엔자임 활성에 감응하는 비율 계량 형광 프로브를 개발하고 양자점-항체 복합체 쌍과 함께 형광 신호를 이용하여 다중 대장 종양을 표지하여 대장암을 진단하는 방법을 소개한다. 유기형광 염료에 아미노산을 결합하여 프로브를 합성하였고, 이 프로브는 대장암에 특이적으로 과발현된 엔자임의 활성에 의해 프로브의 아미노산의 아마이드(amide) 결합이 끊어지면서 형광 파장이 변하도록 고안하였다. 두 가지 형광 파장에서의 형광 신호 비율에 따라 엔자임의 활성정도를 측정하여 대장암에 과발현된 엔자임을 검출함으로써 대장 종양을 판별할 수 있다. 또한 양자점 프로브는 카드뮴 및 납과 같은 중금속이 포함되지 않은 생체 적합한 원소로 이루어진 AgInS2 양자점을 이용하여 표면에는 비특이적 결합이 낮도록 개질하였고, 대장암에 과발현된다고 알려진 단백질들에 특이적으로 결합한다고 알려진 항체를 도입하여 양자점-항체 복합체를 합성하였다. 이와 같은 두 가지 형광 프로브를 이용하여 대장 내시경시 대장 내막에 도포하는 방법으로 쥐의 대장암 모델과 인체 대장암 선종 조직에 대해 암을 표지할 수 있다. Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. An embodiment of the present invention discloses a method for diagnosing colorectal cancer by developing a ratio-metering fluorescence probe responsive to enzyme activity and marking multiple colon tumors using a fluorescence signal together with a pair of quantum dot-antibody complexes. The probe was synthesized by binding an amino acid to an organic fluorescent dye. The probe was designed to change the fluorescence wavelength by breaking the amide bond of the amino acid of the probe due to the enzyme activity that is specifically overexpressed in the colon cancer. By measuring the degree of activity of the enzyme according to the ratio of the fluorescence signal at the two fluorescence wavelengths, the colon cancer can be discriminated by detecting the overexpressed enzyme in the colon cancer. The quantum dots probe was modified to have a low specific binding on the surface using AgInS 2 quantum dots composed of biocompatible elements that do not contain heavy metals such as cadmium and lead and was found to specifically bind to proteins known to be overexpressed in colon cancer Antibody was introduced to synthesize a quantum dot-antibody complex. Using these two fluorescence probes, colonoscopy can be used to label cancer in colorectal cancer models and human colorectal adenomas in rats.

<< 실시예Example 1> 엔자임 감응 비율 계량 형광  1> Enzyme susceptibility ratio Weighing fluorescence 프로브의Of the probe 개발 Development

암 미세환경에서 특이적으로 형광 파장이 변조되는 비율 계량 형광 염료 프로브를 개발하였다. Cresyl violet (CV) 형광 염료에 글루탐산(Glu)이라는 아미노산을 결합하여 암 환경에 과발현되는 λ-glutamyltranspeptidase(GGT) 엔자임에 감응하는 CV-Glu 형광 변조 프로브를 합성하였다. 이 프로브는 580 nm 의 형광을 갖고 있다가 GGT에 의해 Glutamic acid와 형광 염료사이의 아마이드 결합이 끊어지면서 본래 CV의 형광인 620 nm의 형광을 내게 된다 (도 1. A). 따라서 CV-Glu 와 CV의 형광 신호의 비율을 계량함으로써 GGT의 활성 정도를 알 수 있다. 합성한 CV-Glu 프로브는 액체상에서 GGT 엔자임을 처리하여 흡광 및 형광 스펙트럼을 측정하였다 (도 1. B,C) We have developed a ratio - metering fluorescent dye probe that specifically modulates the fluorescence wavelength in a cancerous environment. A CV-Glu fluorescence-modulated probe was synthesized by binding an amino acid called glutamic acid (Glu) to a Cresyl violet (CV) fluorescent dye and sensitive to λ-glutamyltranspeptidase (GGT) enzyme overexpressed in the cancerous environment. The probe has a fluorescence of 580 nm, and the amide bond between the glutamic acid and the fluorescent dye is broken by GGT, resulting in fluorescence of the original CV fluorescence of 620 nm (FIG. Therefore, the degree of activity of GGT can be determined by measuring the ratio of CV-Glu and CV fluorescence signals. The synthesized CV-Glu probe was treated with GGT enzyme in the liquid phase to measure the absorption and fluorescence spectra (Fig. 1B, C)

<실시예 2> 인체 대장암 세포 및 정상세포에서의 CV-Glu 프로브의 암세포 표지 능력 확인Example 2 Confirmation of Cancer Cell Marking Ability of CV-Glu Probe in Human Colorectal Cancer Cells and Normal Cells

먼저 여러 가지 인체 대장 암세포주 (LOVO, HT29, HCT116, SW480, SW620) 및 정상 대장 세포(CCD841CoTr)를 배양하고 Western blot 방법으로 이 세포주들의 GGT 발현량을 측정하였다. (도 2. A). 정상 세포에서의 GGT 발현량이 가장 적었으며, 대장암 세포주들에서는 높은 GGT 발현량을 보였고, HT-29 세포에서는 비교적 적은 발현량을 보였다. 동일한 세포주들에 CV-Glu 프로브를 처리하여 30 분 후 620 nm 와 580 nm 에서의 형광 신호를 확인하였다. 또한 형광 신호 비율 (620/ 580nm)로 이미지(ratio image)를 나타내었다 (도 2. B). 암세포에서는 580-600 nm 영역에서의 형광 신호는 거의 보이지 않았으며 615-640 nm 에서의 형광 신호가 강하게 나옴을 확인하였다. 또한 비율 계량 유닛의 형광 비율 (I620/I580)이미지를 통해 정상세포에서는 낮은 형광 비율을 보이지만 암세포들에서는 높은 형광 비율을 갖음을 보였다. 따라서 비율 계량 형광 프로브가 세포 수준에서 대장암세포을 잘 표지할 수 있음을 검증하였다. GGT expression levels of the human colon cancer cells (LOVO, HT29, HCT116, SW480, SW620) and normal colon cells (CCD841CoTr) were measured by Western blot method. (Fig. 2. A). GGT expression in the normal cells was the least, and the GGT expression level was high in the colon cancer cell lines and relatively low in the HT-29 cells. The same cell lines were treated with CV-Glu probe and fluorescent signals were observed at 620 nm and 580 nm after 30 minutes. In addition, the ratio image (620/580 nm) showed a ratio image (FIG. 2. B). In cancer cells, fluorescence signals in the 580-600 nm region were hardly visible, and fluorescence signals at 615-640 nm were strong. In addition, the fluorescence ratio (I 620 / I 580 ) image of the ratio metering unit showed a low fluorescence ratio in normal cells but a high fluorescence ratio in cancer cells. Therefore, it has been verified that the ratio metering fluorescent probe is able to label colon cancer cells well at the cell level.

<실시예 3> 쥐의 대장 정상조직 및 암 조직에서의 CV-Glu 비율 계량 형광 프로브의 암 표지 능력 확인. Example 3 Confirmation of Cancer-Marking Ability of CV-Glu Ratio Fluorescence Probe in Normal Colonic and Cancerous Tissues of Rats.

정상 쥐의 대장과 대장암 쥐 모델의 대장을 적출함. 이를 길게 잘라 대장의 안쪽이 위로 올라오도록 함. CV-Glu 비율 계량 형광 프로브을 대장 조직에 처리한 뒤 10분, 30분 뒤의 형광 비율 이미지를 얻었다. CV-Glu 프로브는 쥐의 대장조직에서 10분 이내의 빠른 시간에 암을 표지 하였다. 형광 비율 이미지에서 높은 비율을 보이며 육안으로 구분 가능한 암 부분 (t', t")과 비교적 작은 비율을 보이는 부분(1,2,3)과 거의 신호가 없는 부분(n)을 H&E 염색으로 조직검사 하였다. 이때 신호가 없는 부분(n)은 정상조직으로 판별 되었으며 이를 제외하고 나머지 조직들은 모두 암조직 인 것으로 판정되었다. 따라서 비율 계량 유닛이 정상조직에서 암 조직 부분을 잘 판별할 수 있으며, 육안으로 구분하기 어려운 암조직까지도 검출할 수 있음을 검증하였다. 그러나 암조직간의 형광 비율값의 차이는 존재하였으며 이는 암의 이질성(heterogeneity) 때문이라고 생각되어진다. Colonies of normal mouse colon and colon cancer mouse model were excised. Cut it long so that the inside of the colon comes up. Fluorescence ratio images were obtained at 10 and 30 minutes after treatment of the CV-Glu ratio measuring fluorescent probe into the colon tissue. The CV-Glu probe labeled the cancer within 10 min in the rat colon tissue. (1, 2, 3) and almost no signal (n) with H & E staining with a high ratio in the fluorescence ratio image, (N) was judged to be a normal tissue, and all the remaining tissues were judged to be cancer tissues, so that the ratio measuring unit can discriminate the cancer tissue part well from the normal tissues, However, there is a difference in fluorescence ratio between cancer tissues, which is thought to be due to cancer heterogeneity.

<실시예 4> 이광자 현미경을 이용항 CV-Glu 프로브의 조직내 형광 영상 및 투과 깊이 확인Example 4 Confirmation of Intra-Tissue Fluorescence Imaging and Permeation Depth of Anti-CV-Glu Probe Using Two-Photon Microscope

이광자 현미경을 이용해서 CV-Glu 프로브의 조직 내에서의 높은 배율에서, 시간에 따른 형광 영상을 측정하였다. 또한 조직의 깊이에 따라 형광 이미징을 측정함으로써 CV-Glu의 투과깊이를 확인하였다. CV-Glu 프로브는 대장암조직에서 시간에 따라 두가지 파장에서의 형광 신호의 비율이 점점 증가함을 확인하였으며, 정상 대장조직에서는 형광 신호 비율의 변화가 관찰되지 않았다(도 4. A). 이는 조직에서의 형광 신호를 spectroscopy로 측정하여 형광 신호의 스펙트럼을 측정하였을때도 암조직에서는 CV-Glu에서 CV로의 변화와 일치하는 스펙트럼을 보임을 확인하였다(도 5.B). 또한 대장암 조직의 깊이에 따라 CV-Glu의 시간에 따른 형광신호의 변화를 확인하였다(도 6.C). 빠른 시간안에 40 μm까지 도달하였고, 10-20 μm에서 강한 형광 신호를 보였다.  Using a two-photon microscope, fluorescence images were measured over time at high magnifications in the tissues of CV-Glu probes. We also measured the penetration depth of CV-Glu by measuring fluorescence imaging according to tissue depth. The CV-Glu probe confirmed that the ratio of the fluorescence signal at two wavelengths gradually increased with time in the colorectal cancer tissue, and no change in the fluorescence signal ratio was observed in the normal colon tissue (Fig. It was confirmed that when the fluorescence signal of the tissue was measured by spectroscopy and the spectrum of the fluorescence signal was measured, a spectrum corresponding to the change from CV-Glu to CV was observed in cancer tissue (Fig. 5.B). Also, the change of fluorescence signal with time of CV-Glu was observed according to the depth of colon cancer tissue (Fig. 6.C). Reaching up to 40 μm in a short period of time, and a strong fluorescence signal at 10-20 μm.

실시예Example 5> 생체  5> Living body 적합형Conforming type AgInSAgInS 22 기반  base 양자점Qdot -항체 - Antibody 프로브의Of the probe 합성 및 쥐의  Synthesis and Rat 암조직에서의In cancer tissue 암 표지 능력 확인. Check the cancer marking ability.

양자점-항체 프로브는 본 연구진이 개발한 바 있으며, 선행 연구에서는 CdSe 양자점을 이용하여 대장 내시경용 형광 프로브를 제작하였다.2 AgInS2 양자점은 합성은 다음과 같다. Silver nitrate, indium nitrate hydrate, zinc hydrate nitrate 와 sodium diethyldithiocarbamate trihydrate 를 deionized Water에서 1시간 교반하여 생긴 생성물을 필터 후 드라이 하여 얻은 뒤, 이 고체 50 mg과 질소를 주입하면서 180 ℃ 온도에서 oleylamine 용액 3 ml와 30분간 교반하여 합성한다. 이렇게 하여 만든 AgInS2 양자점에 ZnS 껍질을 입히기 위해서 thioacetamide와 zinc acetateoleylamine을 oleylamine 용액에 넣고 110 ℃, 진공상태에서 1시간 교반 후, 합성한 AgInS2 양자점과 섞고 질소를 주입하면서 150 ℃ 온도에서 1시간 교반한다. 이 합성법은 비특허문헌 3에서 참고하였다. 본 특허에서는 생체 적합한 원소로 이루어진 AgInS2 양자점에 ZnS 껍질을 쌓아 평균 6.1 nm 크기의 680 nm에서 형광을 내는 광정성이 뛰어난 생체 적합형 양자점을 합성하였고,3 양자점 표면에 양쪽성 이온 분자와 이와 동시에 카르복실기를 갖는 분자를 이용하여 표면을 개질하였다 (도 7.A,B). 양쪽성 이온 분자를 사용한 이유는 양자점-항체 프로브가 항체에 의해서만 선택적으로 암 표적물질을 표지하기 위해 양자점 표면의 비특이적 결합을 최소화 시키기 위해서이고, 카르복실기를 갖는 분자를 사용한 이유는 양자점의 표면에 항체(Antibody,Ab)를 도입하여 복합체를 형성하기 위해서이다.4 이와 같이 표면 개질한 양자점에 암세포에서 많이 발현한다고 알려진 matrix metalloproteinase 14 (MMP14)을 표지하기 위한 항체를 양자점과 접합시켜 프로브를 합성하였다. 또한 대조실험을 위해 각각의 양자점에 항체와 같은 종 특이성을 갖지만 암을 선택적으로 표지하지 않는 항체인 면역글로불린 G(Immunoglobulin G,IgG)를 접합하였다. 양자점은 680 nm에서 형광을 내므로 CV-Glu 프로브와는 다른 영역에서의 형광을 갖기 때문에 두 가지 프로브를 구별할 수 있다. 이 양자점-항체 프로브의 대장암 쥐 모델에서의 암 표지 능력을 확인하기 위해 적출된 대장 조직 안쪽에 양자점-항체 프로브를 도포하고 30분 후 씻어내어 형광신호를 관찰하였다(도 7.C). MMP14 양자점-항체 복합체 프로브의 경우 백색등 아래에서 확연히 암으로 보이는 조직 부분이 대조 실험인 면역글로불린 G(IgG-QD) 프로브에 비해서 매우 강한 형광신호가 관찰되며(그림 5.C의 t,t′,t″) 이 외에도 육안으로 보기에는 암으로 판단하기 어렵지만 강한 형광 신호를 보이는 부분(도 7.C의 1,2)은 조직 병리검사를 통해 암의 초기 진행과정인 선종으로 판명되었다. 따라서 일반적인 대장내시경으로 판단가능한 암조직 뿐만 아니라 외형상 암조직으로 구분이 되지 않는 초기 암조직 까지 분자 영상화 가능할 것으로 예상된다. 반면 육안으로도 암으로 보이는 부분에서 양자점 프로브의 형광신호가 미비한 조직 부분도 있었다(도 7.C m). 이는 한 가지 양자점 프로브만으로는 암을 정확히 진단하기 어려움을 보여준다. We have developed a quantum dot-antibody probe, and in the previous research, a fluorescent probe for colonoscopy was prepared using CdSe quantum dots. 2 AgInS 2 The quantum dot is synthesized as follows. Silver nitrate, indium nitrate hydrate, zinc hydrate nitrate and sodium diethyldithiocarbamate trihydrate were stirred in deionized water for 1 hour. The resulting product was filtered and dried. Then, 50 mg of this solid and 3 ml of oleylamine solution Followed by stirring for 30 minutes. In this way made AgInS to coat the ZnS shells on two quantum dots into the thioacetamide and zinc acetateoleylamine the oleylamine solution 110 ℃, after stirring for 1 hour in vacuum, synthesized AgInS stirred for 1 hour at second quantum dot and 150 ℃ temperature while injecting the nitrogen mixing do. This synthesis method is referred to in Non-Patent Document 3. In this patent, ZnS shells were stacked on AgInS 2 quantum dots composed of biocompatible elements to synthesize biocompatible quantum dots with excellent photosensitivity that fluoresce at 680 nm, which is 6.1 nm in average size. On the surface of 3 quantum dots, The surface was modified using a molecule having a carboxyl group (Fig. 7.A, B). The reason for using zwitterionic molecules is to minimize the non-specific binding of the quantum dot surface to selectively label the cancer target substance by the antibody, and the reason why the molecule having a carboxyl group is used is that the surface of the quantum dot Antibody, Ab) is introduced to form a complex. 4 The probes were synthesized by conjugating the antibody to the quantum dots to identify matrix metalloproteinase 14 (MMP14), which is known to be highly expressed in cancer cells at surface-modified quantum dots. Immunoglobulin G (IgG), an antibody that has the same species specificity as the antibody but does not selectively label cancer, was conjugated to each quantum dot for the control experiment. Quantum dots fluoresce at 680 nm, so they have fluorescence in a different region than CV-Glu probes, so they can distinguish between the two probes. In order to confirm the cancer marking ability of the QT-antibody probe in the colon cancer mouse model, a QT-antibody probe was applied inside the extracted colon tissue, and after 30 minutes, the fluorescence signal was observed (FIG. In the case of the MMP14 quantum dot-antibody complex probe, the tissue portion which is clearly seen as cancer under the white light shows a strong fluorescence signal as compared with the immunoglobulin G (IgG-QD) probe as a control experiment (t, t ' , t "). In addition, it is difficult to judge cancer by visual examination. However, the portion showing strong fluorescence signal (1, 2 in Fig. 7.C) was proved to be adenoma through histopathological examination. Therefore, it is expected that not only cancer tissues which can be judged by general colonoscopy but also early cancer tissues which can not be classified into external cancer tissues can be molecularly imaged. On the other hand, there was a part of the tissue in which the fluorescent signal of the QD probe was insufficient in the part visible to the naked eye (Fig. 7.C m). This shows that it is difficult to accurately diagnose cancer with only one quantum dot probe.

<< 실시예Example 6> 비율 계량 형광  6> Ratio Weighing Fluorescence 프로브와Probe and 생체  Living body 적합형Conforming type 양자점Qdot -항체 복합체 - antibody complex 프로브를The probe 함께 이용한 쥐의 대장조직에서의 암 표지 능력 확인. Identification of Cancer Marking Ability in Combined Rat Colon Tissue.

CV-Glu 프로브와 MMP14 양자점프로브를 연속적으로 처리하며 이미징함으로써 좀 더 정확한 진단이 가능함을 보였다 (도 8.A). 먼저 MMP14 양자점프로브를 처리하여 형광 신호를 얻었을 때, 도 9.B에서와 같이 암 조직 부분(화살표 1-4)에서 큰 형광 신호를 보였으며, 형광 신호가 없는 부분(n)은 조직 검사결과 정상 조직으로 판별되었다. 양자점을 처리한 쥐의 대장암 조직의 이광자 현미경 이미지에서 조직의 자가형광 신호 및 양자점의 형광 신호를 얻었다(도 10.C). 동일한 조직에 CV-Glu 프로브를 처리하고 5분, 30분 후에 형광신호 비율 이미지를 얻은 결과, 5분안에 빠르게 암 조직 부분을 잘 보였다. 30분에서는 조금 더 증가한 형광 비율을 보였다(도 11.D). 두 개의 프로브의 오버레이한 이미지에서 서로 독립적으로 암을 검출하는 것을 보았으며 두 개의 다른 타겟을 비교, 검출함으로써 좀 더 암 부분에 대한 정확한 진단이 가능할 것으로 보였다 (도 12.E). CV-Glu를 처리하고 양자점신호를 확인하였던 같은 조직 부분에서 시간에 따라 이광자 현미경으로 관찰하였을 때 양자점과는 다른 분포를 보이며 형광신호의 비율이 변함을 확인하였으며, 이 두가지 프로브는 분포를 보이고 있고 이는 각각의 표적 단백질들이 암 조직내에서 발현되는 위치가 다르기 때문인 것으로 보인다(도 13.F). 또한 두 개의 프로브는 20 μm에서 모두 가장 큰 형광 신호를 보였으며, 투과 깊이는 양자점이 좀 더 깊이 투과하였다 (도 14.G)  A more accurate diagnosis was possible by continuously processing and imaging the CV-Glu probe and the MMP14 quantum dot probe (Fig. 8.A). When the MMP14 quantum dot probe was processed to obtain a fluorescence signal, a large fluorescence signal was observed in the cancer tissue portion (arrows 1-4) as shown in FIG. 9.B, and a portion (n) Normal tissue. The autofluorescence signal of the tissue and the fluorescence signal of the quantum dot were obtained from a two-photon microscope image of a colorectal cancer tissue of a rat treated with a quantum dot (Fig. 10.C). The CV-Glu probe was treated in the same tissue and the fluorescence signal ratio image was obtained 5 minutes and 30 minutes later. And showed a slightly increased fluorescence ratio at 30 minutes (Fig. 11.D). We have seen that the overlaid images of two probes detect cancer independently of each other, and by comparing and detecting two different targets, it is likely that more accurate diagnosis of the cancer site is possible (Fig. 12.E). When CV-Glu was processed and observed with a two-photon microscope in the same tissue section where the quantum dot signal was confirmed, it was found that the ratio of the fluorescence signal was different from that of the quantum dot, and these two probes were distributed, It is likely that the respective target proteins are differentially expressed in cancer tissues (Fig. 13.F). Also, the two probes showed the largest fluorescence signal at 20 μm, and the penetration depth was more deeply transmitted through the quantum dots (FIG. 14G)

<< 실시예Example 7> 비율 계량 형광  7> Ratio Weighing Fluorescence 프로브와Probe and 생체  Living body 적합형Conforming type 양자점Qdot -항체 복합체 - antibody complex 프로Pro 브를 함께 이용한 대장암 환자조직에서의 암 표지 능력 확인.Identification of Cancer Marking Ability in Patients with Colorectal Cancer Patients.

대장암 환자에서 얻은 정상 대장조직과 서로 다른 부분에서 절제한 3개의 암 조직에 양자점-항체 프로브와 비율 계량 형광 프로브를 연속적으로 처리하였다 (도 15). 양자점 형광 이미지에서는 정상조직에서 비특이적 결합이 보이지만 암조직에서 큰 형광 신호를 보였으며 이를 5번의 반복실험에서 2배에 가까운 유의미한 차이를 보였다 (도 15.A). 동일한 조직에 CV-Glu 형광 프로브를 처리하였을 때, 정상조직에 비해 암조직에서 높은 형광 비율을 보임을 확인하였다 (도 15.B). 양자점은 빨강, 비율계량 유닛은 초록색으로 표현한 뒤 오버레이하여 두 개의 프로브를 비교하였을 때, 동일한 환자에게서 적출한 암 조직이더라도 서로 다른 타겟을 잡는 프로브가 우세한 정도가 조직에 따라 다름을 알 수 있었다 (도 15.C). 따라서 한 가지의 프로브만 사용하는 것보다 두 개의 다른 생분자를 타겟하는 프로브를 사용함으로써 진단의 정확도를 높일 수 있음을 확인하였다. 각각의 조직들은 조직 검사로 정상 조직 및 암 조직임을 판별하였다 (도 15.D).Quantum-antibody-probe and ratio-measuring fluorescent probes were successively treated in three cancer tissues cut out from different parts of normal colon tissue obtained from patients with colorectal cancer (Fig. 15). In the quantum dot fluorescence image, nonspecific binding was seen in the normal tissue, but the fluorescence signal was large in the cancer tissue, which showed a nearly 2-fold difference in the five repeated experiments (Fig. When the same tissue was treated with a CV-Glu fluorescent probe, it was confirmed that the fluorescence ratio was high in the cancer tissue as compared with the normal tissue (Fig. 15B). When comparing the two probes by overlaying the quantum dots in red and the ratio metering unit in green, it was found that the degree of predominance of the probes holding different targets was different depending on the tissues even in cancer tissues extracted from the same patient 15.C). Therefore, it was confirmed that the accuracy of diagnosis can be improved by using a probe targeting two different biomolecules rather than using only one probe. Each tissue was determined to be normal tissue and cancer tissue by histological examination (Fig. 15.D).

<< 실시예Example 8> 비율 계량 형광  8> Ratio Weighing Fluorescence 프로브와Probe and 생체  Living body 적합형Conforming type 양자점의Quantum dot 세포 독성 및  Cytotoxicity and 소동물에서의In small animals 독성 테스트  Toxicity test

각각의 프로브를 HCT116 세포(인간 대장암 세포)에서 다양한 농도 및 처리 시간으로 처리한 뒤 세포독성을 측정하였다(도 16.A). 개발한 비율계량 형광 프로브가 세포에 안정한지 확인하기 위해 암세포에 고농도로 오랜시간 처리하여 세포독성을 확인하였다. 24시간까지 100 μM의 농도에서 세포가 80% 이상이 살아있음을 확인하여 세포독성이 매우 적음을 확인하였다. 생체 적합형 양자점의 경우 24시간까지 500 nM의 농도에서 세포가 80% 이상이 살아있음을 확인하였다. Balb/c 마우스를 이용하여 광학영상을 이용한 프로브의 농도에 비해 높은 농도의 CV-Glu 프로브 및 생체 적합형 양자점을 항문안쪽으로 도포하고 30분 후에 세척하였다. 7일후에 검체를 얻어 독성시험을 실시하였다(도 16.B). 비교군의 쥐에 대해서 뚜렷한 이상이 없음을 여러가지 혈액 인자들과 간, 신장에 관한 인자로 확인하였다(도 16.B). 이를 통해 의학적 적용이 적합할 것으로 예상된다. Each probe was treated with HCT116 cells (human colorectal cancer cells) at various concentrations and treatment times and cytotoxicity was measured (Fig. 16.A). The cytotoxicity was confirmed by treatment with cancer cells at a high concentration for a long time in order to confirm that the ratio measuring fluorescent probe developed was stable to the cells. It was confirmed that 80% or more of the cells were alive at a concentration of 100 μM until 24 hours, indicating that the cytotoxicity was very low. In the case of biocompatible quantum dots, it was confirmed that more than 80% of the cells were alive at a concentration of 500 nM up to 24 hours. A Balb / c mouse was used to apply a high-concentration CV-Glu probe and a biocompatible quantum dot to the inside of the anus in comparison with the optical density of the probe, and washed 30 minutes later. Seven days later, a specimen was obtained and a toxicity test was conducted (Fig. 16B). No apparent abnormality was found in the rats of the comparative group as a factor relating to various blood factors, liver and kidney (Fig. 16B). It is expected that medical applications will be appropriate.

Claims (22)

대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며;
암에서 과발현되는 제2 엔자임이 결합하는 항체를 가지며, 제3 형광 파장을 가지는 양자점; 및
상기 유기 형광 염료와 양자점을 형광시키고, 상기 형광을 측정하는 장치;를 포함하는 대장암 진단 장치.
An organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength and has a second fluorescence wavelength by separation of a functional group;
A quantum dot having an antibody that binds with a second enzyme overexpressed in cancer and having a third fluorescent wavelength; And
And an apparatus for fluorescing the organic fluorescent dye and quantum dots to measure the fluorescence.
제1항에 있어서, 상기 제1 엔자임은 엔자임은 λ-glutamyltranspeptidase (GGT)인 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.[Claim 2] The colon cancer diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the first enzyme is an enzyme of lambda-glutamyltranspeptidase (GGT). 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관능기는 아미노산인 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.3. The colon cancer diagnostic apparatus according to claim 1 or 2, wherein the functional group is an amino acid. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관능기는 글루탐산인 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.The colon cancer diagnostic apparatus according to claim 1 or 2, wherein the functional group is glutamic acid. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기형광 염료는 하기 화학식(1)으로 표현되는 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.
Figure pat00005
The colon cancer diagnostic apparatus according to claim 1 or 2, wherein the organic fluorescent dye is expressed by the following formula (1).
Figure pat00005
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양자점은 카트늄 또는 납 프리 양자점인 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.The apparatus for diagnosing colorectal cancer according to claim 1 or 2, wherein the quantum dots are capnium or lead-free quantum dots. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양자점은 AgInS2 를 포함하는 양자점인 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the quantum dot is AgInS 2 The colorectal cancer diagnosing apparatus comprising: 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양자점은 양쪽성 이온으로 표면 개질된 것을 개질된 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.The apparatus for diagnosing colorectal cancer according to claim 1 or 2, wherein the quantum dots are surface-modified with amphoteric ions. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 항체는 matrix metalloproteinase 14 (MMP14) 항체인 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.The diagnostic device of claim 1 or 2, wherein the antibody is a matrix metalloproteinase 14 (MMP14) antibody. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 형광은 550~590nm의 피크 파장을 가지며, 제2 형광은 610~650 nm의 피크 파장을 가지며, 제3형광은 670~690nm의 피크 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치.The method of claim 1 or 2, wherein the first fluorescence has a peak wavelength of 550 to 590 nm, the second fluorescence has a peak wavelength of 610 to 650 nm, the third fluorescence has a peak wavelength of 670 to 690 nm Wherein the colorectal cancer diagnosing apparatus comprises: 제1항 또는 제2항에서 있어서, 상기 형광을 측정하는 장치는 유기 형광 염료의 형광과 양자점의 형광이 겹쳐진 그래픽으로 도시하는 것을 특징으로 하는 대장암 진단 장치. The apparatus for diagnosing colorectal cancer according to claim 1 or 2, wherein the device for measuring fluorescence is a graph in which the fluorescence of the organic fluorescent dye and the fluorescence of the quantum dot are overlapped. 피시험 조직을 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며;로 처리하여 형광시키고, 유기형광 염료의 형광을 측정하는 단계; 및
피시험 조직을 암에서 과발현되는 제2 엔자임이 결합하는 항체를 가지며, 제3 형광 파장을 가지는 양자점으로 처리하여 형광시키고, 양자점의 형광을 측정하는 단계;
를 포함하는 대장암 진단 방법.
An organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in a colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength and has a second fluorescence wavelength by separation of a functional group ; Fluorescence and measuring the fluorescence of the organic fluorescent dye; And
Measuring the fluorescence of the quantum dots by treating the test tissue with a quantum dot having an antibody that binds to a second enzyme that is overexpressed in cancer and having a third fluorescent wavelength;
/ RTI &gt;
제12항에 있어서, 유기형광 염료의 형광을 측정한 데이터와 양자점 형광을 측정한 데이터를 겹쳐서 표현하는 것을 특징으로 하는 대장암 진단 방법.The diagnostic method for colon cancer according to claim 12, wherein the data of fluorescence of the organic fluorescent dye and the data of quantum dot fluorescence are superimposed and expressed. 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며; 및
암에서 과발현되는 제2 엔자임이 결합하는 항체를 가지며, 제3 형광 파장을 가지는 양자점;을 포함하는 대장암 진단용 키트.
An organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength and has a second fluorescence wavelength by separation of a functional group; And
A quantum dot having an antibody that binds to a second enzyme that is overexpressed in cancer and has a third fluorescent wavelength.
대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며; 및
상기 유기 형광 염료의 형광을 측정하는 장치;를 포함하는 대장암 진단 장치.
An organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength and has a second fluorescence wavelength by separation of a functional group; And
And an apparatus for measuring fluorescence of the organic fluorescent dye.
피시험 조직을 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지며;으로 처리하여 형광시키고, 상기 형광을 측정하여 대장암을 진단하는 방법.An organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in a colon cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescence wavelength and has a second fluorescence wavelength by separation of a functional group ; And the fluorescence is measured to diagnose colon cancer. 대장암에서 특이적으로 과발현된 제1 엔자임에 의해서 분리되는 관능기를 가지는 유기 형광 염료, 여기 상기 유기 형광 염료는 제1 형광 파장을 가지며, 관능기의 분리에 의해 제2 형광 파장을 가지는 형광 염료.An organic fluorescent dye having a functional group separated by a first enzyme specifically overexpressed in colorectal cancer, wherein the organic fluorescent dye has a first fluorescent wavelength and has a second fluorescent wavelength by separation of a functional group. 제17항에 있어서, 상기 제1 엔자임은 λ-glutamyltranspeptidase (GGT)인 것을 특징으로 하는 형광 염료.18. The fluorescent dye according to claim 17, wherein the first enzyme is? -Glutamyltranspeptidase (GGT). 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 관능기는 아미노산인 것을 특징으로 하는 형광 염료.The fluorescent dye according to claim 17 or 18, wherein the functional group is an amino acid. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 관능기는 글루탐산인 것을 특징으로 하는 형광 염료.The fluorescent dye according to claim 17 or 18, wherein the functional group is glutamic acid. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 유기형광 염료는 하기 화학식(1)으로 표현되는 것을 특징으로 하는 형광 염료.
Figure pat00006
The fluorescent dye according to claim 17 or 18, wherein the organic fluorescent dye is represented by the following formula (1).
Figure pat00006
하기 화학식(1)로 표현되는 유기 형광 염료.
Figure pat00007

An organic fluorescent dye represented by the following formula (1).
Figure pat00007

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CN109824688A (en) * 2019-03-06 2019-05-31 华东理工大学 One kind is based on the internal standard Ratiometric fluorescent probe of fluorescein derivative, preparation method and applications
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