KR20200100543A - Novel silica forming peptides, and Method for manufacturing silica particles using the same - Google Patents

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KR20200100543A KR1020200016933A KR20200016933A KR20200100543A KR 20200100543 A KR20200100543 A KR 20200100543A KR 1020200016933 A KR1020200016933 A KR 1020200016933A KR 20200016933 A KR20200016933 A KR 20200016933A KR 20200100543 A KR20200100543 A KR 20200100543A
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Abstract

The present invention relates to a silica synthesis peptide and a method for synthesizing silica particles using the same. In the present invention, provided is a novel silica synthesis peptide capable of controlling the size of silica nano particles by mixing ferritin (Kpa-Fn/Kpt-Fn) in which silica forming peptide is fused to the amino-terminus of the ferritin and another ferritin (Fn) without the silica forming peptide in a predetermined ratio taking advantage of properties the ferritin that each of 24 subunits of ferritin is gathered together to form a spherical ferritin protein, and this structure is disassembled in acid, and the 24 subunits are gathered back when pH is adjusted back to neutral, thereby adjusting the density of the bio-silica forming peptide. According to the present invention, as bio-silica nanoparticles with adjustable size can be prepared in a monodisperse form by adjusting the concentration of glycerol, it can be provided a new method of generating bio-silica particles that can be applied in designing of various bio-hybrid nanomaterials.

Description

신규의 실리카 합성 펩타이드 및 이를 이용한 실리카 입자 합성방법{Novel silica forming peptides, and Method for manufacturing silica particles using the same}Novel silica forming peptides, and method for manufacturing silica particles using the same

본 발명은 신규의 실리카 합성 펩타이드 및 이를 이용한 실리카 합성 방법 등에 관한 것이다.The present invention relates to a novel silica synthesis peptide and a silica synthesis method using the same.

산업화 이후 한정된 육상 가용자원의 소비 급증에 따른 육상 자원 소재의 고갈로 인한 새로운 유용자원 개발이 국가적 미래를 위한 중요 이슈가 되고 있다. 따라서 미국, 유럽, 일본 등의 선진국들은 신규 원천 소재 개발 및 확보에 국가 역량을 집중시키고 있다. 여기에 더하여 환경오염으로 인한 지구 온난화 및 기후 변화 등은 인류의 생존을 위협하는 요인으로 작용하고 있어 경제 성장과 환경 보호를 동시에 추구하는 새로운 패러다임이 대두되고 있다.The development of new useful resources due to the depletion of land resources due to the rapid increase in consumption of limited available land resources after industrialization has become an important issue for the national future. Therefore, advanced countries such as the United States, Europe, and Japan are concentrating their national capabilities on developing and securing new source materials. In addition, global warming and climate change caused by environmental pollution are acting as factors that threaten human survival, and a new paradigm is emerging that simultaneously pursues economic growth and environmental protection.

환경 친화적인 생물학적 생산방법을 통해 신소재를 생산화는 방법은 원천 기술의 확보뿐 아니라 친환경 산업으로 인한 국가적인 저탄소 녹색성장의 견인차 역할을 할 기술로 기대된다. 특히, 실리카는 특정 화학종들과 공유 결합이 가능하기 때문에 새로운 하이브리드 소재 (유기-무기 복합체) 합성에 중요하고, 또한, 생체 적합한 소재로서 각 개별 소재의 단점을 보완할 수 있는 우수한 특성을 가지고 있다. 현재 실리카의 공업적 생산 공정은 고온, 강산 또는 강염기 조건이 요구되고 환경적으로 유해한 부산물 생성의 문제점이 있다.The method of producing new materials through environmentally friendly biological production methods is expected to be a technology that will not only secure source technologies, but also serve as a driving force behind national low-carbon green growth due to eco-friendly industries. In particular, silica is important for synthesizing a new hybrid material (organic-inorganic complex) because it can be covalently bonded with specific species, and as a biocompatible material, it has excellent properties that can compensate for the disadvantages of each individual material. . Currently, the industrial production process of silica requires high temperature, strong acid or strong base conditions, and there is a problem of generating environmentally harmful by-products.

그러나 상온 상압에서 실리카를 형성할 수 있는 효소 및 펩타이드가 발견됨으로써 생물학적 생산방법을 통한 바이오실리카 복합 소재 개발에 대한 관심이 증대되고 있다.However, as enzymes and peptides that can form silica at room temperature and pressure have been discovered, interest in the development of biosilica composite materials through biological production methods is increasing.

한편, 페리틴은 생체 내 주요 철 저장 단백질로서 포유류에서 세균류에 이르기까지 다양한 생명체에 존재한다. 페리틴 분자는 18~22 kDa의 단량체 24개가 결합된 약 450 kDa 분자량을 지닌 구형의 거대분자이면서 단백질 내부 공간이 비어 있는 코어셀 (core shell) 형태를 띠고 있다. 이러한 구조적 특징은 다양한 분야에 응용될 수 있는데, 예를 들어 페리틴의 내부 공간을 이용해 다양한 금속 이온, 동위 원소, 약물 전달 소재를 운반할 수 있으며 페리틴 각 단량체의 N-말단 부분에 특정 기능의 리간드를 연결하여 표적 지향적인 영상 지단 및 약물 전달체를 제조할 수 있다. 또한 페리틴 자체의 구조적 특성을 이용, 주형으로 사용하여 규칙적인 나노 구조체를 만들 수 있다.On the other hand, ferritin is a major iron storage protein in vivo and exists in a variety of living organisms ranging from mammals to bacteria. The ferritin molecule is a spherical macromolecule with a molecular weight of about 450 kDa in which 24 monomers of 18 to 22 kDa are bound, and has the form of a core shell with an empty space inside the protein. These structural features can be applied in a variety of fields. For example, ferritin's inner space can be used to transport various metal ions, isotopes, and drug delivery materials, and specific functional ligands are added to the N-terminal portion of each monomer of ferritin. By linking, target-oriented imaging lipids and drug delivery systems can be prepared. In addition, using the structural properties of ferritin itself, it can be used as a template to make a regular nanostructure.

전술한 기술적 배경하에서 본 발명자들은 입자의 크기를 조절할 수 있는 바이오 실리카 입자 제조 기술에 대해 연구하던 중, 신규 실리카 형성 펩타이드를 개발하고, 상기 실리카 형성 펩타이드와 페리틴이 융합된 단백질을 이용할 경우 실리카 나노 입자의 크기를 효과적으로 제어할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Under the above-described technical background, the present inventors are researching a technology for manufacturing bio-silica particles that can control the size of particles, and develop a new silica-forming peptide, and when using a protein in which the silica-forming peptide and ferritin are fused, silica nanoparticles It was confirmed that the size of the can be effectively controlled, and the present invention was completed.

KR 10-2017-0120810KR 10-2017-0120810

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 실리카를 합성할 수 있는 신규 펩타이드 및 이를 이용하여 단분산 입자로 생성되며, 크기 조절이 가능한 바이오 실리카 입자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a novel peptide capable of synthesizing silica, and a method for producing bio-silica particles that are produced as monodisperse particles using the same and can be size-controlled.

또한, 본 발명에서는 상기 펩타이드에 의해 제조된 실리카 기반 복합체의 전자, 화학, 약학 등의 다양한 산업 분야에서의 용도를 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides the use of the silica-based complex prepared by the peptide in various industrial fields such as electronics, chemistry, and pharmaceuticals.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 서열번호 1 또는 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 신규의 실리카 합성 펩타이드(silica forming peptide: SFP)를 제공한다.The present invention provides a novel silica forming peptide (SFP) comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 in order to solve the above problems.

또한, 본 발명은 상기 신규의 실리카 합성 펩타이드와 실리카 전구체를 포함하는 실리카 합성용 조성물을 제공한다. In addition, the present invention provides a composition for silica synthesis comprising the novel silica synthesis peptide and a silica precursor.

또한, 본 발명은 상기 신규의 실리카 합성 펩타이드와 실리카 전구체를 반응시키는 단계를 포함하는 실리카 합성 방법을 제공하며, 상기 반응은 상온 및/또는 상압 조건하에서 수행될 수 있고, pH 5-8 조건 하에서 수행될 수 있다.In addition, the present invention provides a silica synthesis method comprising the step of reacting the novel silica synthesis peptide and a silica precursor, the reaction can be carried out at room temperature and / or under normal pressure conditions, pH 5-8 conditions Can be.

또한, 본 발명은 상기 신규의 실리카 합성 펩타이드와 페리틴(ferritin) 또는 바이러스 캡시드 단백질이 결합된 융합 단백질을 제공한다. In addition, the present invention provides a fusion protein in which the novel silica synthesis peptide and ferritin or viral capsid protein are combined.

또한, 본 발명은 상기 융합 단백질과 실리카 전구체를 포함하는 실리카 파티클 합성용 조성물을 제공하며, 상기 실리카 파티클은 상기 페리틴 또는 바이러스 캡시드 단백질에 의해 형성된 코어쉘 구조체 표면에 실리카가 코팅된 구조를 가질 수 있다. In addition, the present invention provides a composition for synthesizing silica particles comprising the fusion protein and a silica precursor, and the silica particles may have a structure coated with silica on the surface of the core shell structure formed by the ferritin or viral capsid protein. .

또한, 본 발명은 (1) 상기 융합 단백질을 산성 조건하에서 단량체로 분해하는 단계; (2) 약염기 조건하에서 상기 단량체의 페리틴 또는 바이러스 캡시드 서브유닛(subunit)의 결합을 유도하여 코어-쉘 구조체를 제조하는 단계; 및 (3) 상기 구조체와 실리카 전구체를 반응시키는 단계;를 포함하는 실리카 파티클 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of (1) decomposing the fusion protein into monomers under acidic conditions; (2) preparing a core-shell structure by inducing binding of the monomeric ferritin or viral capsid subunit under weak base conditions; And (3) reacting the structure with a silica precursor.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 (1) 단계는 융합 단백질과 페리틴 단백질을 혼합하여 수행될 수 있으며, 그 혼합 비율은 1:1~5일 수 있다. 상기 혼합 비율은 최종 산물인 실리카 파티클의 입자 크기에 영향을 미치며, 제조하고자 하는 실리카 파티클의 크기가 큰 경우 융합 단백질의 비율을 높이고, 그 크기가 작은 경우 페리틴 단백질의 비율을 높인다. As an embodiment of the present invention, step (1) may be performed by mixing a fusion protein and a ferritin protein, and the mixing ratio may be 1:1 to 5. The mixing ratio affects the particle size of the final product silica particles, and when the size of the silica particles to be produced is large, the ratio of the fusion protein is increased, and when the size is small, the ratio of the ferritin protein is increased.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 (1) 단계는 pH 2~3 조건 하에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 pH 2 수용액 하에서 수행될 수 있다. In another embodiment of the present invention, step (1) may be performed under pH 2 to 3 conditions, and preferably may be performed under pH 2 aqueous solution.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 (2) 단계는 pH 7~9 조건 하에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 pH 8 수용액 하에서 수행될 수 있다. As another embodiment of the present invention, step (2) may be performed under a pH of 7 to 9 conditions, and preferably may be performed under a pH of 8 aqueous solution.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 (3) 단계는 글리세롤이 포함된 용액 내에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 50% 글리세롤이 포함된 용액 내에서 수행될 수 있다. As another embodiment of the present invention, step (3) may be performed in a solution containing glycerol, and preferably may be performed in a solution containing 50% glycerol.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 실리카 파티클을 제공한다. In addition, the present invention provides silica particles prepared by the above method.

한편, 본 발명의 실리카 파티클은 내부에 약물을 담지하여 약물 전달체로 이용될 수 있으며, 상기 약물의 담지는 상기 (2) 단계에서 코어-쉘 구조체의 제조시 약물과 융합 단백질의 단량체가 혼합된 용액의 pH를 염기로 조절하여 코어-쉘 구조체를 제조함으로써 수행될 수 있다. On the other hand, the silica particles of the present invention can be used as a drug delivery system by carrying a drug therein, and the drug is a solution in which a drug and a monomer of a fusion protein are mixed when preparing the core-shell structure in step (2). It can be carried out by adjusting the pH of the base to prepare a core-shell structure.

또한, 본 발명의 실리카 파티클은 그 표면에 약물을 로딩하여 약물 전달체로 이용될 수 있다. 상기 약물의 로딩은 상기 (3) 단계 이후에 제조된 실리카 파티클과 약물을 반응시켜 실리카 파티클의 표면과 약물의 결합을 유도함으로써 수행될 수 있다. In addition, the silica particles of the present invention can be used as a drug delivery vehicle by loading a drug on its surface. Loading of the drug may be performed by reacting the drug with the silica particles prepared after step (3) to induce binding of the drug to the surface of the silica particles.

한편, 본 발명의 실리카 파티클은 내부와 표면에 각각 독립적으로 약물을 로딩하여 이중 약물 전달 시스템으로 이용될 수 있고, 상기 파티클 표면에 결합된 약물과 내부에 담지된 약물의 방출 패턴과 로딩되는 약물을 고려하여 표면과 내부에 각각 로딩되는 약물은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. Meanwhile, the silica particles of the present invention can be used as a dual drug delivery system by independently loading drugs on the interior and the surface, respectively, and the drug bound to the particle surface and the release pattern of the drug supported therein and the drug loaded In consideration, drugs loaded on the surface and the interior may be the same or different from each other.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 약물은 화합물, 펩타이드, 단백질, 이미징 제제(imaging agent), 유전자 구성물(gene construct), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. As an embodiment of the present invention, the drug may be one or more selected from the group consisting of a compound, a peptide, a protein, an imaging agent, a gene construct, and a combination thereof.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 실리카 전구체는 테트라에틸 오르토실리케이트, 테트라메틸 오르토실리케이트, 메틸 트리에톡시실란, 에틸 트리에톡시실란, 페닐 트리 에톡시실란, 디메틸 디메톡시 실란, 디메틸 디에톡시실란, 에틸 트리에톡시실란, 트리 메틸에톡시실란, 트리아미노프로필트리에톡시실란, 티타니아 테트라이소프로폭사이드, 티타니움옥시셀페이트, 티타니움비스암모니움락테이토디하이드록사이드, 티타니움 디이소프로폭사이드 비스아세틸아세토네이트 및 테트라에틸 게르마늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the silica precursor is tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate, methyl triethoxysilane, ethyl triethoxysilane, phenyl triethoxysilane, dimethyl dimethoxy silane, dimethyl diethoxysilane, Ethyl triethoxysilane, trimethylethoxysilane, triaminopropyltriethoxysilane, titania tetraisopropoxide, titanium oxysulfate, titanium bisammonium lactate dihydroxide, titanium diisopropoxide bisacetyl It may be one or more selected from the group consisting of acetonate and tetraethyl germanium.

또한, 본 발명은 (가) 서열번호 3의 염기서열로 이루어진 Kps 유전자 또는 서열번호 4의 염기서열로 이루어진 Kpt 유전자와 페리틴(ferritin) 또는 바이러스 캡시드 단백질을 암호화하는 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 제조하는 단계; (나) 상기 발현 벡터를 숙주 세포에 도입하여 형질전환체를 제조하는 단계; 및 (다) 상기 혈질전환체를 배양하는 단계;를 포함하는 실리카 형성 펩타이드와 페리틴의 융합 단백질 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention (a) the Kps gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or the Kpt gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 and ferritin or a recombinant expression vector comprising a gene encoding a viral capsid protein Step to do; (B) preparing a transformant by introducing the expression vector into a host cell; It provides a method for producing a fusion protein of a silica-forming peptide and ferritin comprising; and (c) culturing the hemoglobin.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 방법은 (다) 단계 이후에 상기 형질전환체를 파쇄하고, 원심분리를 통해 형질전환체의 파편을 제가하여 획득된 가용성 분획물을 니켈 수지와 혼합하여 니켈 수지에 결합된 융합 단백질을 수득하는 정제 단계를 추가로 포함하여 고순도의 융합 단백질을 제공할 수 있다.As an embodiment of the present invention, the method comprises crushing the transformant after step (c), and removing fragments of the transformant through centrifugation, and mixing the obtained soluble fraction with a nickel resin to form a nickel resin. A high purity fusion protein may be provided by further comprising a purification step of obtaining the bound fusion protein.

본 발명에서는 페리틴의 각 서브유닛 24개가 모여 구형의 페리틴 단백질을 형성하고 이 구조가 산에서는 해체되었다가 pH를 다시 중성으로 맞추면 페리틴 단백질의 24개 서브유닛이 다시 모이는 성질을 이용하여 페리틴 아미노말단에 실리카 형성 펩타이드가 융합된 페리틴과 (Kps-Fn/Kpt-Fn)과 그렇지 않은 페리틴 (Fn)을 일정 비율로 섞어 바이오 실리카 형성 펩타이드 밀도를 조절함으로써 실리카 나노 입자의 크기를 제어할 수 있는 신규한 실리카 합성 펩타이드를 제공한다.In the present invention, 24 subunits of ferritin are gathered to form a spherical ferritin protein, and this structure is disassembled from acid, and when the pH is adjusted to neutral again, 24 subunits of ferritin protein are reassembled to the ferritin amino terminal. A novel silica capable of controlling the size of silica nanoparticles by mixing ferritin with silica-forming peptide fused (Kps-Fn/Kpt-Fn) and ferritin (Fn) without ferritin in a certain ratio to control the density of bio-silica-forming peptides Provides synthetic peptides.

본 발명에 따르면, 크기 조절이 가능한 바이오 실리카 나노입자를, 글리세롤의 농도 조절을 통해 단분산 형태로 제조할 수 있는바, 다양한 바이오 하이브리드 나노 물질의 디자인에 적용할 수 있는 새로운 바이오 실리카 입자의 생성 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, bio-silica nanoparticles with adjustable size can be prepared in a monodisperse form by controlling the concentration of glycerol, and a method for producing new bio-silica particles that can be applied to the design of various bio-hybrid nanomaterials Can provide.

도 1은 pH에 따른 실리카 형성 펩타이드(R5, Kps, Kpt)의 실리카 침전 활성을 비교 확인한 도면이다.
도 2는 니켈 수지에 대한 펩타이드의 흡착 등온선이다[(A) 6×His. (B) Kps. (C) Kpt].
도 3은 SFP-Fn 단백질의 구조 비교 도면으로, (A)는 Native-PAGE 결과이고, (B)는 SFP-Fn 융합 단백질의 TEM 이미지이다.
도 4는 SFP, Fn, 및 SFP-Fn 융합 단백질의 실리카 형성능을 비교 확인한 도면이다.
도 5는 페리틴 기반의 실리카 파티클(NPs) 제어 방법의 모식도 이다.
도 6은 주형으로 키메라 Fn을 사용하여 50% 글리세롤의 존재하에 졸-겔 공정으로부터 유도된 실리카 입자에 대해 200개 이상의 입자의 통계 분석을 통해 얻어진 입자 크기 히스토그램 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실리카 형성 반응 시 50% 글리세롤 첨가 유무에 따른, 형성된 실리카 입자의 형태를 비교한 이미지이다(a: SiO2/Kps-Fn, b: SiO2/Kpt-Fn, c: SiO2/Kps-Fn, 50% 글리세롤 첨가, d: SiO2/Kpt-Fn, 50% 글리세롤 첨가). 스케일바: 500nm.
도 8은 실리카 입자에 결합한 DNA 양을 비교한 것으로, a는 아가로즈겔 (0.7 %) 전기영동을 통해 각 실리카 입자에 흡착되었던 DNA를 용출시켜 그 양을 비교한 대표도이며(레인1 : SiO2/Kps-Fn, 레인 2: SiO2/Kpt-Fn, 레인 3: SiO2/Kps1:5, 레인 4: SiO2/Kpt1:5, 레인 5: 상업용 SiO2 (170nm), 레인 6: 상업용 SiO2 (310nm), 레인 7: 유리 DNA (500ng)), b는 실리카 입자로부터 용출된 DNA의 양을 ImageJ 소프트웨어로 측정하여 정량화한 결과를 나타낸다(* P <0.01, SiO2/Kps1:5 대 SiO2/Kps-Fn. ** P <0.01, SiO2/Kpt1:5 대 SiO2/Kpt-Fn. # P <0.001, SiO2/Kps1:5 대 상업용 실리카. ## P <0.001, SiO2/Kpt1:5 대 상업용 실리카).
도 9는 Kps6:6 Fn 및 SiO2/Kps6:6Fn에 담지된 Dox의 방출 패턴을 pH에 따라확인한 도면이다.
도 10은 Kpt6:6(Dox)의 표면에 고정된 mRFP와 Dox의 시간의 흐름에 따른 방출 패턴을 확인한 도면이다.
1 is a view comparing and confirming the silica precipitation activity of silica forming peptides (R5, Kps, Kpt) according to pH.
2 is an adsorption isotherm of a peptide to a nickel resin [(A) 6×His. (B) Kps. (C) Kpt].
3 is a structural comparison diagram of the SFP-Fn protein, (A) is a Native-PAGE result, and (B) is a TEM image of the SFP-Fn fusion protein.
Figure 4 is a view confirming the comparison of the silica-forming ability of the SFP, Fn, and SFP-Fn fusion proteins.
5 is a schematic diagram of a ferritin-based silica particle (NPs) control method.
6 shows the particle size histogram results obtained through statistical analysis of 200 or more particles for silica particles derived from a sol-gel process in the presence of 50% glycerol using chimeric Fn as a template.
7 is an image comparing the shape of the formed silica particles according to the presence or absence of 50% glycerol during the silica formation reaction (a: SiO 2 /Kps-Fn, b: SiO 2 /Kpt-Fn, c: SiO 2 /Kps -Fn, 50% glycerol added, d: SiO 2 /Kpt-Fn, 50% glycerol added). Scale bar: 500 nm.
Figure 8 is a comparison of the amount of DNA bound to the silica particles, a is a representative diagram comparing the amount of DNA adsorbed to each silica particle by elution through agarose gel (0.7%) electrophoresis (lane 1: SiO 2 /Kps-Fn, lane 2: SiO 2 /Kpt-Fn, lane 3: SiO 2 /Kps1:5, lane 4: SiO 2 /Kpt1:5, lane 5: commercial SiO 2 (170 nm), lane 6: commercial SiO 2 (310 nm), lane 7: free DNA (500 ng)), b represents the result of quantification by measuring the amount of DNA eluted from silica particles with ImageJ software ( * P <0.01, SiO 2 /Kps1:5 vs. . SiO 2 / Kps-Fn ** P <0.01, SiO 2 / Kpt1:. 5 vs. SiO 2 / Kpt-Fn # P <0.001, SiO 2 / Kps1:. 5 vs. commercial silica ## P <0.001, SiO 2 /Kpt1:5 versus commercial silica).
9 is a view confirming the release pattern of Dox carried on Kps6:6 Fn and SiO 2 /Kps6:6Fn according to pH.
10 is a diagram showing the emission patterns of mRFP and Dox fixed on the surface of Kpt6:6 (Dox) over time.

본 발명자들은 새로운 실리카 합성 펩타이드의 개발과 이를 이용한 바이오 실리카의 다양한 이용방법에 대해 예의 연구하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors have completed the present invention by intensively researching the development of a novel silica synthesis peptide and various methods of using bio-silica using the same.

본 발명자들은 새로운 실리카 합성 펩타이드를 발굴하기 위하여 Kps 서열 (KPSHHHHHTGAN; US20060172282A1; DOI: https://doi.org/10.1166/jnn.2002.074)을 기초로 단백질 데이터베이스 Blast 검색에 의해 Kpt 펩타이드를 선별 하였고, Kps와 Kpt 펩타이드를 R5 펩타이드를 reference로 하여 실리카 합성 능력을 확인한 결과, Kps 및 Kpt 모두 상온, 상압, pH 5 내지 8 조건 하에서 활발하게 실리카를 합성할 수 있음을 확인하였다. 해양 미생물 Ruegeria pomeroyi DSS-3 (이전 Silicibacter pomeroyi)의 막 단백질 (NCBI RefSeq : WP_011046633.1)에 존재하는 서열 (KPTHHHHHHDG)로 이루어진 Kpt 펩타이드는 pH 5, 6, 및 8 조건 하에서 R5 및 Kps보다 우수한 실리카 형성능을 나타내었다(실시예 1-1).The present inventors selected the Kpt peptide by searching the protein database Blast based on the Kps sequence (KPSHHHHHTGAN; US20060172282A1; DOI: https://doi.org/10.1166/jnn.2002.074) to discover a new silica synthetic peptide, and Kps As a result of confirming the silica synthesis ability by using the and Kpt peptide as a reference of the R5 peptide, it was confirmed that silica can be actively synthesized under the conditions of room temperature, normal pressure, and pH 5 to 8 for both Kps and Kpt. The Kpt peptide consisting of the sequence (KPTHHHHHHDG) present in the membrane protein (NCBI RefSeq: WP_011046633.1) of the marine microorganism Ruegeria pomeroyi DSS-3 (formerly Silicibacter pomeroyi) is silica superior to R5 and Kps under pH 5, 6, and 8 conditions. It showed formation ability (Example 1-1).

Kps 및 Kpt 펩타이드는 단독으로도 사용될 수 있지만 효소나 기능성 단백질과 융합을 통해 단백질에 실리카 형성능력을 부여할 수 있다. 그러나 재조합 단백질의 발현을 위해 multi-tag의 융합은 단백질 구조 및 발현에 영향을 줄 수 있어 단일 결합 tag이 다기성을 갖는다면 더 가치 및 유용성이 증가하게 된다. Kps 및 Kpt는 서열 중 히스티딘 잔기 6개가 반복 서열로 존재하기 때문에 정제를 위한 니켈수지에 결합 가능할 것으로 예상되었고 이를 확인한 결과, Kps 및 Kpt 모두 니켈 수지에 대해 높은 친화력을 가짐을 알 수 있었다(실시예 1-2).Kps and Kpt peptides can be used alone, but can impart silica-forming ability to proteins through fusion with enzymes or functional proteins. However, for expression of a recombinant protein, the fusion of multi-tags can affect protein structure and expression, so if a single binding tag has multipotency, its value and usefulness increase. Kps and Kpt were expected to be able to bind to nickel resin for purification because 6 histidine residues in the sequence exist as a repeating sequence.As a result of confirming this, it was found that both Kps and Kpt had high affinity for the nickel resin (Example 1-2).

한편, 페리틴의 각 단량체는 24개가 모여 구형의 페리틴 단백질을 형성하고 이 구조가 산에서는 해체되었다가 pH를 다시 중성으로 맞추면 페리틴 단백질의 24개 단량체가 다시 모여 코어-쉘 구조체를 형성하는 성질을 갖는다. On the other hand, 24 monomers of ferritin are gathered to form a spherical ferritin protein, and this structure is decomposed from acid, and when the pH is adjusted to neutral again, 24 monomers of ferritin protein gather to form a core-shell structure. .

이에, 본 발명자들은 상기 Kps 또는 Kpt에 코어-쉘 구조체를 형성하는 페리틴 단백질을 결합한 융합 단백질(SFP-Fn)을 제조하고 이를 니켈 수지를 이용하여 정제한 후 상기 융합단백질은 산성 조건하에서 단량체로 분해하고 다시 중성 또는 염기성 조건하에서 결합을 유도하여 획득된 구조체의 형태를 관찰한 결과, Kps 및 Kpt는 결합된 페리틴 단백질의 기능에 영향을 미치지 않고 니켈 수지를 이용한 정제에 친화성 태그로 효과적으로 기능함을 확인할 수 있었다(실시예 2). Accordingly, the present inventors prepared a fusion protein (SFP-Fn) in which ferritin protein forming a core-shell structure was combined with the Kps or Kpt and purified using nickel resin, and the fusion protein was decomposed into a monomer under acidic conditions. And again, as a result of observing the shape of the structure obtained by inducing binding under neutral or basic conditions, Kps and Kpt did not affect the function of the bound ferritin protein and effectively function as an affinity tag for purification using nickel resin. Could be confirmed (Example 2).

본 발명에서 상기 SFP-Fn를 이용하여 제조된 구조체는 키메라 페리틴이라고 할 수 있으며, 상기 코어-쉘 구조체와 키메라 페리틴은 혼용될 수 있다. In the present invention, the structure manufactured using the SFP-Fn may be referred to as chimeric ferritin, and the core-shell structure and chimeric ferritin may be mixed.

또한, 본 발명자들은 상기 융합 단백질의 코어-쉘 구조체와 실리카 전구체를 혼합하여 실리카 파티클을 제조하였으며, 상기 실리카 파티클은 상기 융합 단백질로 이루어진 구조체의 표면에 실리카가 코팅된 구조로서, 실리카 파티클의 크기는 융합단백질에 결합된 SFP의 실리카 형성능에 영향을 받음을 확인하였다. 이에 상기 페리틴에 의한 코어-쉘 구조체 표면에 위치한 SFP의 수와 성능에 따라 실리카 파티클의 크기를 조절할 수 있을 것으로 예상하고, Kps-Fn/Kpt-Fn 및 Fn 서브유닛의 비율을 달리하여 키메라 페리틴을 제작하고 실리카 파티클을 제조하여 실리카 파티클의 크기를 효과적으로 조절할 수 있음을 확인하였다(실시예 3-1). 한편, 본 명세서에서 Kps-Fn/Kpt-Fn 및 Fn 을 혼합하여 제작한 키메라 페리틴은 그 혼합 비율에 따라 구분하여 명명한다. 예를들어 Kps-Fn와 Fn을 1대 5의 몰비로 섞은 후 재구성하여 얻은 키메라 페리틴은 Kps1:5로 명명하고 Kpt-Fn와 Fn을 1대 5의 몰비로 섞은 후 재구성하여 얻은 키메라 페리틴은 Kpt1:5로 명명하였다.In addition, the present inventors prepared silica particles by mixing the core-shell structure of the fusion protein and a silica precursor, and the silica particles are a structure coated with silica on the surface of the structure composed of the fusion protein, and the size of the silica particles is It was confirmed that the silica-forming ability of SFP bound to the fusion protein was affected. Accordingly, it is expected that the size of silica particles can be adjusted according to the number and performance of SFPs located on the surface of the core-shell structure by the ferritin, and chimeric ferritin is prepared by varying the ratio of Kps-Fn/Kpt-Fn and Fn subunits. It was confirmed that the size of the silica particles can be effectively controlled by fabricating and preparing silica particles (Example 3-1). Meanwhile, chimeric ferritin produced by mixing Kps-Fn/Kpt-Fn and Fn in the present specification is classified and named according to the mixing ratio. For example, the chimeric ferritin obtained by mixing Kps-Fn and Fn at a molar ratio of 1 to 5 and reconstitution is named Kps1:5, and the chimeric ferritin obtained by mixing Kpt-Fn and Fn at a molar ratio of 1 to 5 and reconstitution is Kpt1. Named as :5.

또한, 본 발명자들은 제조된 실리카 파티클은 서로 뭉치는 현상이 확인되었으나, 이는 실리카 전구체와 반응시 50% 글리세롤을 첨가하여 방지할 수 있음을 확인하였다(실시예 3-2).In addition, the present inventors confirmed that the prepared silica particles clump together, but this can be prevented by adding 50% glycerol when reacting with the silica precursor (Example 3-2).

Kps-Fn은 Kpt-Fn보다 크기가 큰 실리카 나노 파티클을 형성하고, 보다 작은 실리카 파티클을 형성하는 Kpt-Fn은 표면적이 넓은 바이오 실리카를 제조할 수 있음을 알 수 있다. 이에, 본 발명자들은 Kps-Fn, Kpt-Fn 및 키메라 Fn을 주형으로 제조된 실리카 나노입자에 DNA 흡착능을 확인한 결과 동량의 바이오 실리카에서 크기가 작을 수록 DNA 흡착능이 우수함을 확인하였고. 본 발명의 신규한 SFP로 제조된 실리카 파티클은 시판되는 실리카 파티클 보다 우수한 DNA 흡착능을 나타내었다(실시예 5).It can be seen that Kps-Fn forms silica nanoparticles having a larger size than Kpt-Fn, and Kpt-Fn, which forms smaller silica particles, can produce bio-silica with a large surface area. Accordingly, the present inventors confirmed the DNA adsorption ability on silica nanoparticles prepared with Kps-Fn, Kpt-Fn and chimeric Fn as templates, and as a result, it was confirmed that the smaller the size in the same amount of bio-silica, the better the DNA adsorption ability. The silica particles prepared with the novel SFP of the present invention exhibited better DNA adsorption capacity than commercially available silica particles (Example 5).

또한, 본 발명자들은 상기 코어-쉘 구조체 내부에 약물을 담지하여 실리카 파티클을 제조함으로써 약물 전달체로 제공할 수 있음을 확인하기 위하여, 상기 융합단백질의 코어-쉘 구조체 형성시 약물을 혼합하여 쉘 구조 내부에 약물을 담지하고 실리카 파티클을 제조하였다. 약물을 담지한 실리카 파티클은 산성 조건하에서 빠르게 약물을 방출하였고, 중성 부근의 pH에서 서서히 약물을 방출함을 확인할 수 있었다(실시예6). In addition, in order to confirm that the drug can be provided as a drug delivery system by manufacturing silica particles by supporting the drug in the core-shell structure, the present inventors mixed drugs when forming the core-shell structure of the fusion protein to The drug was loaded on and silica particles were prepared. It was confirmed that the drug-carrying silica particles rapidly released the drug under acidic conditions and slowly released the drug at a pH near neutral (Example 6).

또한, 본 발명자들은 상기 코어-쉘 구조체 내부와 실리카 코팅 막에 약물을 각 각 담지하여 2중 약물 전달체로 제공할 수 있음을 확인하기 위하여, 상기 융합단백질의 코어-쉘 구조체 형성시 약물을 혼합하여 쉘 구조 내부에 약물을 담지하고 실리카 파티클을 형성하는 과정에 다른 약물을 첨가하여 페리틴 코어 주위에 실리카가 침전되면서 주위에 존재하는 약물을 함께 실리카에 고정화시켜 약물이 담지된 실리카 파티클을 제조하였다. 페리틴 내부 코어와 외부 실리카 셀에 약물을 담지한 이중 약물전달시스템은 외부 약물이 내부 약물에 비해 빠르게 방출됨을 확인할 수 있었다 (실시예 7). In addition, in order to confirm that the drug can be provided as a dual drug delivery system by supporting each of the drugs inside the core-shell structure and the silica coating film, the present inventors mixed drugs when forming the core-shell structure of the fusion protein. In the process of supporting the drug inside the shell structure and forming silica particles, another drug was added to precipitate the silica around the ferritin core, and the drug present around the ferritin core was immobilized on the silica together to prepare the drug-carrying silica particles. It was confirmed that the dual drug delivery system in which the drug was carried in the ferritin inner core and the outer silica cell was released faster than the inner drug (Example 7).

본 발명의 약물 전달체는 약제학적으로 허용 가능한 담체를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 약물 전달체의 실리카 복합체는 코어-쉘 구조로 내부에 약제학적 활성성분을 내포할 수도 있다. The drug delivery system of the present invention may further include a pharmaceutically acceptable carrier, and the silica complex of the drug delivery system may have a core-shell structure and contain a pharmaceutical active ingredient therein.

상기 약제학적으로 허용 가능한 담체는 의약 분야에서 통상 사용되는 담체 및 비히클을 포함하며, 구체적으로 이온 교환 수지, 알루미나, 알루미늄 스테아레이트, 레시틴, 혈청 단백질(예, 사람 혈청 알부민), 완충 물질(예, 각종 인산염, 글리신, 소르브산, 칼륨 소르베이트, 포화 식물성 지방산의 부분적인 글리세라이드 혼합 물), 물, 염 또는 전해질(예, 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소캄륨, 염화나트륨 및 아연 염), 교질성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로즈계 기질, 폴리에틸렌 글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로즈, 폴리아릴레이트, 왁스, 폴리에틸렌 글리콜 또는 양모지 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.The pharmaceutically acceptable carrier includes carriers and vehicles commonly used in the field of medicine, and specifically, ion exchange resins, alumina, aluminum stearate, lecithin, serum proteins (eg, human serum albumin), buffer substances (eg, Various phosphates, glycine, sorbic acid, potassium sorbate, partial glyceride mixtures of saturated vegetable fatty acids), water, salts or electrolytes (e.g. protamine sulfate, disodium hydrogen phosphate, camium hydrogen phosphate, sodium chloride and zinc salts), colloids Silica, magnesium trisilicate, polyvinylpyrrolidone, cellulose-based substrate, polyethylene glycol, sodium carboxymethylcellulose, polyarylate, wax, polyethylene glycol or wool paper, and the like.

또한, 본 발명의 약물전달체는 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 유화제, 현탁제, 또는 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the drug delivery system of the present invention may further include a lubricant, a wetting agent, an emulsifying agent, a suspending agent, or a preservative in addition to the above components.

본 발명의 구체적인 실시예에서 "벡터 (vector)"는 적합한 숙주 내에서 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물이라면 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 벡터는 플라스미드, 파지 입자, 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물일 수 있다. 적당한 숙주로 형질전환되면, 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이고, 본 발명의 구체적인 실시예에서 이용하고 있는 형태이므로, 본 발명의 명세서에서 "플라스미드 (plasmid)" 및 "벡터 (vector)"는 때로 상호 교환적으로 사용된다. 그러나, 본 발명은 당업계에 알려진 또는 알려지게 되는 바와 동등한 기능을 갖는 벡터의 다른 형태를 포함한다.In a specific embodiment of the present invention, the "vector" is not limited if it is a DNA preparation containing a DNA sequence operably linked to a suitable regulatory sequence capable of expressing DNA in a suitable host. Thus, the vector can be a plasmid, a phage particle, or simply a potential genomic insert. Once transformed into a suitable host, the vector can replicate and function independently of the host genome, or in some cases can be integrated into the genome itself. Since the plasmid is the most commonly used form of the current vector and is used in specific examples of the present invention, "plasmid" and "vector" in the specification of the present invention are sometimes interchangeably Used. However, the present invention encompasses other forms of vectors that have functions equivalent to those known or become known in the art.

또한, 본 명세서에 "재조합 발현 벡터"는 통상 이종의 DNA의 단편이 삽입된 재조합 캐리어 (recombinant carrier)로서 일반적으로 이중 가닥의 DNA의 단편을 의미한다. 여기서, 이종 DNA는 숙주 세포에서 천연적으로 발견되지 않는 DNA인 이형 DNA를 의미한다. 발현 벡터는 일단 숙주 세포내에 있으면 숙주 염색체 DNA와 무관하 게 복제할 수 있으며 벡터의 수 개의 카피 및 그의 삽입된 (이종) DNA가 생성될 수 있다.In addition, in the present specification, "recombinant expression vector" refers to a fragment of double-stranded DNA as a recombinant carrier into which a fragment of a heterogeneous DNA is inserted. Here, heterologous DNA refers to heterologous DNA, which is DNA that is not naturally found in host cells. Once in the host cell, the expression vector can replicate independently of the host chromosomal DNA, and several copies of the vector and its inserted (heterologous) DNA can be generated.

상기 벡터는 클로닝되는 유전자와 작동가능하게 연결된(operatively linked) 프로모터를 포함할 수 있으며, 본 명세서에서 “프로모터”는 형질주입하고자 하는 유전자의 발현을 촉진시키는 것으로서 상기 프로모터에는 전사에 필요한 기본인자(Basal element)뿐만 아니라, 발현의 촉진 및 조절에 사용될 수 있는 인핸서(enhancer)가 더 포함될 수 있다.The vector may include a promoter operatively linked to the gene to be cloned. In the present specification, the term "promoter" promotes expression of the gene to be transfected, and the promoter includes a basic factor required for transcription (Basal element), as well as an enhancer that can be used to promote and regulate expression.

또한, 본 명세서에서 "형질전환" 또는 “형질주입”은 DNA를 숙주로 도입하여 DNA가 염색체 외 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제가능하게 되는 것을 의미한다. 상기 형질전환은 핵산을 유기체, 세포, 조직 또는 기관에 도입하는 어떤 방법도 포함되며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 숙주세포에 따라 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 이런 방법에는 전기충격유전자전달법 (electroporation), 원형질 융합, 인산 칼슘(CaPO4) 침전, 염화 칼슘(CaCl2) 침전, 실리콘 카바이드 섬유 이용 한 교반, 아그로박테리아 매개된 형질전환, PEG, 덱스트란 설페이트, 리포펙타민 등이 포함되나 이로 제한되지 않는다.In addition, in the present specification, "transformation" or "transfection" means that DNA is introduced into a host so that the DNA becomes replicable as an extrachromosomal factor or by chromosomal integration completion. The transformation includes any method of introducing a nucleic acid into an organism, cell, tissue or organ, and as known in the art, it can be performed by selecting an appropriate standard technique according to the host cell. These methods include electroporation, protoplasm fusion, calcium phosphate (CaPO 4 ) precipitation, calcium chloride (CaCl 2 ) precipitation, agitation using silicon carbide fibers, agrobacteria mediated transformation, PEG, dextran sulfate. , Lipofectamine, etc. are included, but are not limited thereto.

또한, 숙주에 따라서 단백질의 발현량과 수식 등이 다르게 나타나므로, 목적에 가장 적합한 숙주세포를 선택하여 사용할 수 있다. 숙주세포로는 대장균(Escherichia coli), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 스트렙토마이세스 (Streptomyces), 슈도모나스(Pseudomonas), 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis) 또는 스타필로코쿠스 (Staphylococcus)와 같은 원핵 숙주 세포가 있으나 이로 제한되는 것은 아니다. 또한, 진균(예를 들어, 아스페르길러스(Aspergillus)), 효모(예를 들어, 피치아 파스토리스(Pichia pastoris), 사카로마이세스 세르비시애 (Saccharomyces cerevisiae), 쉬조사카로마세스(Schizosaccharomyces), 뉴로스포라 크라사(Neurospora crassa))등과 같은 하등 진핵 세포, 곤충 세포, 식물 세포, 포유동물 등을 포함하는 고등 진핵생물 유래의 세포를 숙주세포로 사용할 수 있다.In addition, since the expression level and modification of the protein differ depending on the host, the most suitable host cell for the purpose can be selected and used. Host cells include prokaryotes such as Escherichia coli, Bacillus subtilis, Streptomyces, Pseudomonas, Proteus mirabilis, or Staphylococcus. Host cells are present, but are not limited thereto. In addition, fungi (e.g., Aspergillus), yeast (e.g., Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae), Schizosa caromases ( Schizosaccharomyces), Neurospora crassa), and the like, cells derived from higher eukaryotes, including lower eukaryotic cells, insect cells, plant cells, and mammals, can be used as host cells.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the present invention, various transformations can be applied and various embodiments can be applied, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description below. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

[실험 방법][Experiment method]

1.One. 실리카 형성 펩타이드(Silica forming peptide: SFP)Silica forming peptide (SFP)

1-1. SFP의 준비1-1. Preparation of SFP

실험에 이용된 SFP는 하기 표 1과 같다. Kpt는 Kps 서열을 기초로 Blast 단백질 데이터베이스 검색을 통해 선별하였다.The SFPs used in the experiment are shown in Table 1 below. Kpt was selected through a Blast protein database search based on the Kps sequence.

No.No. SFPSFP Amino acid sequenceAmino acid sequence Molecular weight (kDa)Molecular weight (kDa) Histidine residuesHistidine residues Hydroxyl-containing residuesHydroxyl-containing residues pIpI 1One KpsKps KPSHHHHHTGANKPSHHHHHTGAN 1.361.36 55 22 9.719.71 22 KptKpt KPTHHHHHHDGKPTHHHHHHDG 1.341.34 66 1One 7.987.98 33 R5R5 SSKKSGSYSGSKGSKSSKKSGSYSGSKGSK 1.471.47 00 77 10.8710.87

1-2. SFP의 실리카 형성능 확인1-2. Confirmation of SFP's ability to form silica

탈-이온수에 SFP (R5, Kps, Kpt)를 각각 10 mg / mL의 농도로 제조하고, 1M의 TMOS(Tetramethyl orthosilicate)를 반응 10분전에 HCl을 최종 농도 1mM이 되도록 첨가하여 실리카 전구체 silicic acid을 제조하였다. 실리카 침전을 위해 80 μL의 실리카 침전 반응용 완충제 (아세테이트 완충제 pH 5.0 및 칼륨 포스페이트 완충제 pH 6, 7 또는 8.0)에 가수 분해된 1 M의 TMOS 10 μL 및 SFP 10 μL를 첨가한 후 혼합물을 실온에서 5 분 동안 교반하여 반응시켰다. 침전된 실리카 입자를 원심 분리로 분리 한 다음 탈 이온수로 3 회 세척 하였다. pH에 따른 펩타이드의 실리카 형성능은 몰리브덴블루법을 이용한 실리카 정량법으로 정량하였다.SFP (R5, Kps, Kpt) was prepared in deionized water at a concentration of 10 mg/mL, and 1M of TMOS (Tetramethyl orthosilicate) was added 10 minutes before the reaction to a final concentration of 1mM, and silicic acid as a silica precursor. Was prepared. For silica precipitation, 10 μL of hydrolyzed 1 M TMOS and 10 μL of SFP were added to 80 μL of a buffer for the silica precipitation reaction (acetate buffer pH 5.0 and potassium phosphate buffer pH 6, 7 or 8.0), and then the mixture was brought to room temperature. It was stirred for 5 minutes to react. The precipitated silica particles were separated by centrifugation and then washed three times with deionized water. The silica-forming ability of the peptide according to the pH was quantified by the silica quantification method using the molybdenum blue method.

1-3. 니켈 수지에 대한 SFP의 친화성 확인1-3. Confirmation of the affinity of SFP to nickel resin

PBS에 녹인 10 mg/mL의 펩타이드와 100 μL를 니켈수지를 30분간 상온에서 교반하여 혼합하고 원심분리하여 (14000×g, 5분) 니켈수지와 결합되지 않은 펩타이드를 회수하였다. 상청액 샘플 중 펩티드의 양을 Pierce Quantitative Fluorometric Peptide assay (Thermo Fisher Scientific, IL, USA)를 이용하여 측정하고, 하기 Langmuir 흡착 등온선 식 1에 따라 흡착 용량(q)과 Kd 값을 계산하였다.10 mg/mL of peptide dissolved in PBS and 100 μL of the nickel resin were mixed by stirring at room temperature for 30 minutes, followed by centrifugation (14000×g, 5 minutes) to recover the peptide not bound to the nickel resin. The amount of peptide in the supernatant sample was measured using Pierce Quantitative Fluorometric Peptide assay (Thermo Fisher Scientific, IL, USA), and the adsorption capacity (q) and K d value were calculated according to the Langmuir adsorption isotherm equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

2.2. Fn 단백질 및 SFP-Fn 융합 단백질의 제조Preparation of Fn protein and SFP-Fn fusion protein

2-1. 발현 벡터 및 형질전환체 제조2-1. Expression vector and transformant preparation

인간의 중쇄 페리틴 (human Ferritin heavy chain: Fn) 유전자는 pUC57-Fn OPT (GenScript USA Inc.)를 주형으로 PCR을 수행하여 준비하였다. PCR 수행을 위한 정방향/역방향 프라이머의 구체적인 정보는 하기 표 2와 같다. 이어서, 상기 PCR 산물로 확보된 Fn 유전자를 pET-42b 벡터에 삽입하여 pET-Fn 플라스미드를 제조하고 대장균 시스템 (BL21(DE3))에 도입하여 형질전환체를 제작하였다.The human ferritin heavy chain (Fn) gene was prepared by performing PCR using pUC57-Fn OPT (GenScript USA Inc.) as a template. Specific information on the forward/reverse primers for performing PCR is shown in Table 2 below. Subsequently, the Fn gene secured as the PCR product was inserted into the pET-42b vector to prepare a pET-Fn plasmid, and introduced into the E. coli system (BL21(DE3)) to prepare a transformant.

No.No. PrimerPrimer SequenceSequence 44 F-FnF-Fn CATATGACGACCGCGTCTACCTCTCAAGTGCATATGACGACCGCGTCTACCTCTCAAGTG 55 R-FnR-Fn CCACTGAGGCTGTTACTTAGCACTGAGCTCCCACTGAGGCTGTTACTTAGCACTGAGCTC

Kps-Fn 및 Kpt-Fn을 제조하기 위하여, pUC57-Fn OPT 플라스미드를 주형으로 하여 3 개의 Kps 또는 Kpt 서열을 Fn의 아미노 말단에 도입하기 위한 각 유전자에 대한 전방향 프라이머 3개 (F1, F2 및 F3-Kps 또는 -Kpt)를 제작하였다(표 3). F1과 R-Fn으로 첫 PCR을 수행 후 그 산물을 다시 주형으로 F2와 R-Fn으로 PCR을 수행하고 그 산물을 다시 주형으로 하여 마지막 F3와 R-Fn으로 PCR을 수행하여 Kps-Fn 및 Kpt-Fn 유전자를 얻은 후 T-벡터인 pGEM-T Easy vector (Promega Co., Madison, WI)에 서브 클로닝 하였다. 제한 효소 NdeI / XhoI으로 상기 서브 클로닝된 T- 벡터로부터 Kps-Fn 또는 Kpt-Fn 유전자 단편을 절단하고, 같은 제한 효소로 처리된 pET42b 벡터를 이용하여 pET-Kps-Fn, pET-Kpt-Fn을 발현 벡터를 제조하고 이를 대장균 BL21(DE3)에 도입하여 Kps-Fn 또는 Kpt-Fn 생산 균주를 제작하였다. 삽입된 모든 DNA 염기 서열은 자동화 된 DNA 시퀀싱 (Cosmo Genetech Co., Seoul)에 의해 확인하였다. In order to prepare Kps-Fn and Kpt-Fn, 3 forward primers for each gene (F1, F2 and 3 Kps or Kpt sequences to be introduced into the amino terminus of Fn using the pUC57-Fn OPT plasmid as a template) F3-Kps or -Kpt) was prepared (Table 3). After performing the first PCR with F1 and R-Fn, PCR with F2 and R-Fn with the product as a template again, and PCR with the last F3 and R-Fn with the product as a template, Kps-Fn and Kpt After obtaining the -Fn gene, it was subcloned into a T-vector, pGEM-T Easy vector (Promega Co., Madison, WI). The Kps-Fn or Kpt-Fn gene fragment was cut from the subcloned T-vector with restriction enzymes NdeI / XhoI, and pET-Kps-Fn and pET-Kpt-Fn were prepared using the pET42b vector treated with the same restriction enzyme. An expression vector was prepared and introduced into E. coli BL21 (DE3) to produce a Kps-Fn or Kpt-Fn producing strain. All inserted DNA nucleotide sequences were confirmed by automated DNA sequencing (Cosmo Genetech Co., Seoul).

No.No. PrimerPrimer SequenceSequence 66 F1-KpsF1-Kps ACTGGTGCTAACACGACCGCGTCTACACTGGTGCTAACACGACCGCGTCTAC 77 F2-KpsF2-Kps TCACCATCACC ATCACACTGGTGCTAACTCACCATCACC ATCACACTGGTGCTAAC 88 F3-KpsF3-Kps CATATGAAGCCGTCTCACCATCACCATCACCATATGAAGCCGTCTCACCATCACCATCAC 99 F1-KptF1-Kpt CATCATGATGGCAGTACGACCGCGTCTACCATCATGATGGCAGTACGACCGCGTCTAC 1010 F2-KptF2-Kpt CCCACCATCACCATCATCATGATGGCAGTCCCACCATCACCATCATCATGATGGCAGT 1111 F3-KptF3-Kpt CATATGA AGCCGACCCACCATCACCATCCATATGA AGCCGACCCACCATCACCATC

2-2. 단백질의 발현2-2. Protein expression

Fn, Kps-Fn 또는 Kpt-Fn 발현 벡터가 도입된 대장균 BL21 (DE3)을 카나마이신 (25㎍/㎖)이 포함된 LB 액체 배양액에 배양하여 37 ℃에서 균체 흡광도가 0.6~0.8 (600nm 흡광도) 정도에 이를 때까지 성장 시킨 후, 최종 농도가 0.1mM이되도록 IPTG를 첨가하였다. 이어서, Fn 발현 벡터가 도입된 균주는 20 ℃에서 밤새 배양하여 단백질 발현을 유도하고, Kps-Fn 또는 Kpt-Fn 발현 벡터가 도입된 균주는 37℃에서 4 시간 배양하여 Kps-Fn 또는 Kpt-Fn의 발현을 유도하였다. 다음으로 상기 각 균주를 원심분리로 회수 후 초음파 처리로 파쇄하고, 4℃에서 13000 rpm으로 30분간 원심분리하여 불용성 균체 파편을 제거한 후 가용성 분획만을 회수하였다. 상기 가용성 분획은 60℃에서 10 분간 처리하여 침전된 단백질들을 같은 조건으로 원심분리하여 최종 가용성 분획을 회수하였다.E. coli BL21 (DE3) into which Fn, Kps-Fn or Kpt-Fn expression vector was introduced was cultured in an LB liquid culture solution containing kanamycin (25㎍/㎖), and the absorbance of cells at 37 ℃ was about 0.6~0.8 (600nm absorbance). After growing until reaching the temperature, IPTG was added so that the final concentration was 0.1 mM. Subsequently, the strain into which the Fn expression vector was introduced was cultured overnight at 20° C. to induce protein expression, and the strain into which the Kps-Fn or Kpt-Fn expression vector was introduced was cultured at 37° C. for 4 hours to obtain Kps-Fn or Kpt-Fn. Was induced. Next, each strain was recovered by centrifugation, crushed by ultrasonic treatment, and centrifuged at 13000 rpm for 30 minutes at 4° C. to remove insoluble cell debris, and then only the soluble fraction was recovered. The soluble fraction was treated at 60° C. for 10 minutes, and the precipitated proteins were centrifuged under the same conditions to recover the final soluble fraction.

2-3. 단백질의 정제2-3. Protein purification

- Fn 단백질의 정제: 황산 암모늄 침전, phenyl-sheparose column chromatography 및 Q-sepharose column chromatography 의해 정제하였다. - Purification of Fn protein: Ammonium sulfate precipitation, phenyl-sheparose column chromatography, and Q-sepharose column chromatography.

- Kps-Fn 및 Kpt-Fn 단백질의 정제: 니켈수지를 이용하여 고순도로 정제하였다. - Purification of Kps-Fn and Kpt-Fn proteins: Purified with high purity using nickel resin.

- 최종적으로, 용출된 분획을 투석을 통해 50mM Tris-HCl, 300mM NaCl 및 1 % 수크로스 (pH 8.0)로 완충액을 교환하였다. 각 단백질 농도는 Bradford 분석 시약 (Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 측정하였다.- Finally, the eluted fraction was subjected to dialysis to exchange the buffer solution with 50mM Tris-HCl, 300mM NaCl, and 1% sucrose (pH 8.0). Each protein concentration was measured using Bradford assay reagent (Thermo Fisher Scientific).

3. 키메라 페리틴 단백질의 제조3. Preparation of chimeric ferritin protein

Fn과 Kps/Kpt-Fn 단백질을 다양한 몰 비율로 혼합한 혼합용액 (Kps-Fn 2mol대 Fn 10 mol 의 비율로 융합된 경우 Kps 2:10로 표현, 같은 방법으로 Kpt-Fn 2mol대 Fn 10 mol 의 비율로 융합된 경우 Kpt 2:10) 에 1M HCl을 첨가하여 pH를 2.0으로 조정하여 20분 동안 페리틴을 단량체로 분해하고 다시 1M NaOH를 첨가하여 pH를 8.0로 조절하여 24개 단량체 페리틴이 합체된 키메라 Fn 단백질을 재구성 하였다. HCl 및 NaOH의 첨가로 발생된 염은 4℃에서 완충용액(50mM Tris-HCl, 300mM NaCl, pH 8.0(TBS) 및 1 % 수크로즈로)으로 24 시간 동안 투석하여 제거하었다. 이어서, 투석 후 Amicon Ultra 100K 원심여과액 장치로 여과하여 단량체 및 막대형 올리고머를 제거하고, 크기 구배 크로마토 그라피를 이용하여 구형의 Fn 단백질만을 수득하였다. 상기 획득된 Fn 단백질은 이하 규화 반응의 주형으로 사용하였다. 모든 단백질은 사용 전에 4℃에서 단백질 안정성을 유지하기 위해 1 % 수크로오스를 함유하는 TBS 완충액에 저장하였다.A mixed solution of Fn and Kps/Kpt-Fn protein at various molar ratios (expressed as Kps 2:10 when fused at a ratio of 2 mol of Kps-Fn to 10 mol of Fn, and expressed as Kps 2:10, using the same method as 2 mol of Kpt-Fn vs. 10 mol of Fn In the case of fusion in the ratio of Kpt 2:10), 1M HCl was added to adjust the pH to 2.0 to decompose ferritin into a monomer for 20 minutes, and then 1M NaOH was added to adjust the pH to 8.0 to merge 24 monomers ferritin. The chimeric Fn protein was reconstructed. Salts generated by the addition of HCl and NaOH were removed by dialysis for 24 hours with a buffer solution (50mM Tris-HCl, 300mM NaCl, pH 8.0 (TBS) and 1% sucrose) at 4°C. Subsequently, after dialysis, the monomers and rod-shaped oligomers were removed by filtration through an Amicon Ultra 100K centrifugal filtrate, and only spherical Fn proteins were obtained using size gradient chromatography. The obtained Fn protein was used as a template for the following silicification reaction. All proteins were stored in TBS buffer containing 1% sucrose to maintain protein stability at 4° C. before use.

4. 페리틴 단백질을 템플릿으로 하는 실리카 파티클4. Silica particles using ferritin protein as a template

4-1. 페리틴 기반의 실리카 파티클의 제조4-1. Preparation of ferritin-based silica particles

1M의 TMOS(Tetramethyl orthosilicate)를 반응 10분전에 HCl을 최종 농도 1mM이 되도록 첨가하여 규산을 제조 하였다. 다양한 농도의 글리세롤 (0 %, 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %)을 함유하는 인산 칼륨 완충액 (pH 8.0)에 40㎍/ ml 페리틴 단백질 및 10mM 규산을 첨가한 혼합물을 실온에서 2 시간 동안 진탕 반응시키고, 원심 분리에 의해 실리카로 캡슐화된 Fn 입자를 수득하고, 증류수로 수회 세척하였다.Silicic acid was prepared by adding 1M TMOS (Tetramethyl orthosilicate) to a final concentration of 1mM 10 minutes before the reaction. A mixture of 40 μg/ml ferritin protein and 10 mM silicic acid was added to potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing various concentrations of glycerol (0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%) at room temperature. After shaking for 2 hours, Fn particles encapsulated with silica were obtained by centrifugation, and washed several times with distilled water.

4-2. 실리카 파티클의 정량4-2. Quantification of silica particles

실리카 캡슐화된 Fn 입자를 1M NaOH에 용해시키고 95 ℃에서 5 분 동안 인큐베이션 하였다. 희석 된 시료 총 20 μL를 1 M HCl 20 μL와 증류수 10 μL가 들어있는 96- 웰 플레이트의 각 웰에 첨가하여 pH 값을 중화시켰다. 후속 단계에서, 2 % 암모늄 몰리브데이트 테트라 하이드레이트, 5 % 옥살산 및 100 mM 아스 코르빈산을 각각 50 ㎕씩 순차적으로 첨가 하였다. 마지막으로 200 ㎕ 용액의 흡광도를 파장 700 nm에서 측정하였다. 메타 규산 나트륨 비수화물의 용액을 Si 표준 곡선을 생성하기 위해 사용하였다.Silica encapsulated Fn particles were dissolved in 1M NaOH and incubated at 95° C. for 5 minutes. A total of 20 μL of the diluted sample was added to each well of a 96-well plate containing 20 μL of 1 M HCl and 10 μL of distilled water to neutralize the pH value. In the subsequent step, 2% ammonium molybdate tetrahydrate, 5% oxalic acid, and 100 mM ascorbic acid were sequentially added in 50 μl each. Finally, the absorbance of the 200 µl solution was measured at a wavelength of 700 nm. A solution of sodium metasilicate nonhydrate was used to generate the Si standard curve.

4-3. 실리카 파티클의 표면 특성4-3. Surface properties of silica particles

실리카 침전물을 증류수로 세척하고, 에탄올로 희석하고, 실리카 웨이퍼 상에 스퍼터 코팅 하였다. 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 이미지는 2 kV의 가속 전압으로 Hitachi S-900에서 촬영되었다. 샘플은 이온 스퍼터 시스템 (Hitachi E-1030)을 사용하여 아르곤 대기에서 SEM 관찰 직전에 백금으로 코팅되었다.The silica precipitate was washed with distilled water, diluted with ethanol, and sputtered onto a silica wafer. Scanning electron microscope (SEM) images were taken on a Hitachi S-900 with an acceleration voltage of 2 kV. Samples were coated with platinum just before SEM observation in an argon atmosphere using an ion sputter system (Hitachi E-1030).

또한, 실리카 파티클의 다공성 및 표면적 측정을 위하여, Kps-Fn, Kps 2:10, Kpt-Fn, Kpt 2:10에 의해 형성된 100 mg의 실리카 파티클에 대한 BET analysis를 수행하였다. 질소 흡착 등온선은 ASAP 2020 (Micromeritics, GA, USA)을 사용하여 77K에서 측정되었다. 제조된 샘플의 비 표면적은 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 방정식을 사용하여 질소 흡착 데이터에 의해 결정되었다.In addition, in order to measure the porosity and surface area of the silica particles, BET analysis was performed on 100 mg of silica particles formed by Kps-Fn, Kps 2:10, Kpt-Fn, and Kpt 2:10. Nitrogen adsorption isotherms were measured at 77K using ASAP 2020 (Micromeritics, GA, USA). The specific surface area of the prepared sample was determined by nitrogen adsorption data using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) equation.

4-4. 실리카 파티클의 DNA 흡착 및 용출4-4. DNA adsorption and elution of silica particles

DNA (최종 농도 60 ng/㎕)와 실리카 입자 (최종 농도 100 nM)를 섞은 후 혼합물을 실온에서 2 시간 동안 진탕 반응 시키고 실리카 입자를 원심 분리에 의해 결합 완충액으로부터 제거 하였다. DNA 용출을 위해 실리카 입자에 20㎕의 정제수를 첨가 한 다음, 진탕 조건 (200rpm)하에 30 분 동안 배양 하였다. 원심 분리 후, 실리카 입자를 연속적으로 세척하여 전체 흡착 된 DNA를 용리시켰다. 물에서의 DNA 농도는 겔 전기 영동에서 염색된 DNA 밴드의 세기를 ImageJ 프로그램으로 정량화하여 결정되었다.After mixing DNA (final concentration 60 ng/µl) and silica particles (final concentration 100 nM), the mixture was shaken at room temperature for 2 hours, and the silica particles were removed from the binding buffer by centrifugation. For DNA elution, 20 µl of purified water was added to the silica particles, and then incubated for 30 minutes under shaking conditions (200 rpm). After centrifugation, the silica particles were successively washed to elute the entire adsorbed DNA. The concentration of DNA in water was determined by quantifying the intensity of the stained DNA bands in gel electrophoresis with the ImageJ program.

4-5. 약물이 담지된 페리틴 기반의 실리카 파티클의 제조 및 약물 방출 확인4-5. Preparation of drug-supported ferritin-based silica particles and confirmation of drug release

Kps-Fn 과 Fn 을 6:6 비율로 섞은 1 mL 반응계에 1 N HCl을 넣어 pH를 2로 맞춘 후 20분간 반응시키고, 1mg/mL 농도의 독소루비신(doxorubicin: Dox)을 100μL 첨가하여 5분간 반응 시킨 후 1 N NaOH를 첨가하여 반응용액의 pH를 8로 조절하여 하룻동안 냉장 챔버에서 교반 반응시켰다. 원심분리를 통해 침전물을 제거 후, 상청액을 투석막에 넣고 페리틴 내부에 담지 되지 않은 Dox를 제거하였다. Dox를 담지한 페리틴 샘플 (Kps6:6(Dox)) 에 최종 농도가 40% 되도록 glycerol을 첨가하고 최종 TMOS 농도는 100 mM 조건에서 2시간 동안 실리카 형성 반응을 시킨 후 형성된 실리카를 침전시켜 최종 산물 (SiO2/Kps6:6(Dox)) 을 회수하였다. 실리카 반응을 수행하지 않은 독소 담지 키메라 페리틴 Kps6:6(Dox) 과 실리카로 캡슐화 된 SiO2/Kps6:6(Dox) 로부터 방출된 Dox양을 비교하였다. Add 1 N HCl to a 1 mL reaction system in which Kps-Fn and Fn are mixed in a ratio of 6:6, adjust the pH to 2, react for 20 minutes, and react for 5 minutes by adding 100 μL of doxorubicin (Dox) at a concentration of 1 mg/mL. After that, 1 N NaOH was added to adjust the pH of the reaction solution to 8, followed by stirring in a refrigerating chamber for one day. After removing the precipitate through centrifugation, the supernatant was placed in a dialysis membrane to remove Dox that was not contained in ferritin. To the ferritin sample (Kps6:6(Dox)) carrying Dox, glycerol was added so that the final concentration was 40%, and the final TMOS concentration was 100 mM. After a silica formation reaction was performed for 2 hours, the formed silica was precipitated and the final product ( SiO 2 /Kps6:6 (Dox)) was recovered. The amount of Dox released from the toxin-carrying chimeric ferritin Kps6:6 (Dox) without performing the silica reaction and the silica-encapsulated SiO 2 /Kps6:6 (Dox) was compared.

각 1mL 샘플은 투석막 (10K MWCO, Pierce)에 넣은 후 투석막은 10 mL 의 완충액 (인산-시트레이트 완충액, pH5.5 와 pH7.4)이 들어있는 50 mL 튜브에 넣은 후 37℃의 항온에서 150 rpm으로 진탕 반응시켰다. 상기 Dox 방출량 확인 시마다 투석막 밖의 완충액을 회수하고 새 완충액으로 교환하였다. 샘플로부터 방출된 Dox 농도는 상응하는 완충 용액에서의 Dox표준 곡선과 비교하여 형광 마이크로 플레이트 판독기 (λ485 / λInfinite F200 NanoQuant; TECAN)를 사용하여 결정되었다. 각 시점에 검출된 Dox 양은 시간에 따른 누적양으로 계산하였다. Each 1mL sample is placed in a dialysis membrane (10K MWCO, Pierce), and then the dialysis membrane is placed in a 50 mL tube containing 10 mL of buffer (phosphate-citrate buffer, pH5.5 and pH7.4), and 150 at a constant temperature of 37℃. The shaking reaction was carried out at rpm. Whenever the amount of Dox released was checked, the buffer outside the dialysis membrane was recovered and replaced with a new buffer. The Dox concentration released from the sample was determined using a fluorescent microplate reader (λ485 / λInfinite F200 NanoQuant; TECAN) by comparison to the Dox standard curve in the corresponding buffer solution. The amount of Dox detected at each time point was calculated as the cumulative amount over time.

4-6. 이중 약물 전달 시스템4-6. Dual drug delivery system

이중 약물 전달 시스템의 적용가능성을 확인 하기 위해, mRFP 단백질을 모델 분자로 사용 하였다. 미리 제조 된 Kpt6:6 (Dox) 용액을 mRFP 및 20 mM의 가수 분해 된 TMOS를 함유하는 50 mM 인산 나트륨 완충액에 첨가 하였다 [mRFP 대 Kpt6:6 (Dox)의 몰비는 10 대 1에서 1 대 1 까지]. 24 시간 동안 교반하여 mRFP를 Kpt6:6 (Dox)의 규화 된 쉘에 포획 하였다 (SiO2(mRFP)/Kpt6:6(Dox)). 미 반응 mRFP 및 TMOS는 Amicon Ultra-0.5 장치 (YM100)를 사용하여 제조사의 지시에 따라 PBS (pH 7.4)로 5 번에 걸쳐 한외 여과에 의해 제거되었다.In order to confirm the applicability of the dual drug delivery system, mRFP protein was used as a model molecule. A pre-prepared Kpt6:6 (Dox) solution was added to a 50 mM sodium phosphate buffer containing mRFP and 20 mM hydrolyzed TMOS [the molar ratio of mRFP to Kpt6:6 (Dox) was 10 to 1 to 1 to 1 Until]. By stirring for 24 hours, mRFP was captured in a silicified shell of Kpt6:6 (Dox) (SiO 2 (mRFP)/Kpt6:6 (Dox)). Unreacted mRFP and TMOS were removed by ultrafiltration over 5 times with PBS (pH 7.4) according to the manufacturer's instructions using an Amicon Ultra-0.5 apparatus (YM100).

SiO2(mRFP)/Kpt6:6(Dox)로부터의 mRFP 및 Dox의 방출 프로파일은 8 일 동안 매일 14,000 × g에서 원심 분리하여 수득 하였다. 침전물을 1 mL의 PBS에 재 분산시켰다. 상청액 중의 mRFP 또는 Dox의 양은 형광 마이크로 플레이트 리더 (Infinite F200 NanoQuant; TECAN)를 사용하여 각각 λ590 / λem 635 nm 및 λex 485 / λ535 nm에서 모니터링되었다. 완충액 중의 mRFP 및 Dox의 농도는 각 분자에 대한 표준 곡선에 따라 결정되었다. 가시 광선으로 상등액으로 방출 된 Dox 양을 측정 할 때는 UV / visible microplate reader (Infinite M200 NanoQuant; TECAN)를 사용하여 550 nm에서 모니터링하였다. 샘플로부터 방출된 Dox 농도는 상응하는 완충 용액에서의 Dox표준 곡선과 비교하여 형광 마이크로 플레이트 판독기 (λ485 / λ를 사용하여 결정되었다. 각 시점에 검출된 Dox 양은 시간에 따른 누적양으로 계산하였다.The release profiles of mRFP and Dox from SiO 2 (mRFP)/Kpt6:6 (Dox) were obtained by centrifugation at 14,000 × g daily for 8 days. The precipitate was redispersed in 1 mL of PBS. The amount of mRFP or Dox in the supernatant was monitored at λ590/λem 635 nm and λex 485/λ535 nm, respectively, using a fluorescent microplate reader (Infinite F200 NanoQuant; TECAN). The concentration of mRFP and Dox in the buffer was determined according to the standard curve for each molecule. When measuring the amount of Dox emitted into the supernatant with visible light, it was monitored at 550 nm using a UV / visible microplate reader (Infinite M200 NanoQuant; TECAN). The Dox concentration released from the sample was determined using a fluorescent microplate reader (λ485 / λ) by comparison with the Dox standard curve in the corresponding buffer solution. The amount of Dox detected at each time point was calculated as the cumulative amount over time.

[실험 결과][Experiment result]

실시예 1. 실리카 형성 펩타이드의 특성 확인Example 1. Characterization of the silica-forming peptide

1-1. 3종 SFP의 pH에 따른 실리카 형성능 비교 확인1-1. Comparison of silica formation ability according to pH of three SFPs

상기 표 1에 3종 SFP (R5, Kps, Kpt) 각각을 실리카 전구체(TMOS)와 혼합한 용액의 pH를 달리하여 각 펩타이드의 실리카 형성능을 확인한 결과, 3종 펩타이드 모두 pH 7 및 8에서 높은 실리카 침전을 나타냈다. R5 펩타이드는 Kps 및 Kpt와 비교하여 pH 7.0에서 가장 높은 활성을 나타냈다. 그러나, pH 6.0에서 거의 실리카를 침전 시키지 못하였고, pH 5.0에서 완전히 활성이 없었다. Kpt 펩타이드는 pH 5, 6 및 8에서 R5 및 Kps보다 더 큰 실리카 형성 능력을 나타냈다(도 1).As a result of confirming the silica-forming ability of each peptide by varying the pH of the solution in which each of the three SFPs (R5, Kps, Kpt) was mixed with a silica precursor (TMOS) in Table 1, all three peptides were high in silica at pH 7 and 8. Showed precipitation. R5 peptide showed the highest activity at pH 7.0 compared to Kps and Kpt. However, the silica was hardly precipitated at pH 6.0, and was completely inactive at pH 5.0. The Kpt peptide exhibited greater silica-forming ability than R5 and Kps at pH 5, 6 and 8 (Fig. 1).

1-2. 니켈 수지의 SFP 흡착 용량 및 친화력 확인 1-2. Confirmation of SFP adsorption capacity and affinity of nickel resin

히스티딘은 히스티딘 이미다졸 고리상의 전자 공여체 그룹과 수지에 고정화 된 전이 금속 (니켈 또는 코발트) 사이의 배위 결합을 형성함으로써 매트릭스 상에 고정된 금속이온과 강한 상호 작용을 나타낸다. Kps, Kpt, 및 6×His 펩타이드의 니켈 수지에 대한 결합능의 능력을 조사하였다. Histidine exhibits strong interaction with metal ions immobilized on the matrix by forming a coordination bond between the electron donor group on the histidine imidazole ring and the transition metal (nickel or cobalt) immobilized on the resin. The ability of the Kps, Kpt, and 6×His peptides to bind to the nickel resin was investigated.

Langmuir 등온선을 사용한 Ni- 수지에 대한 펩타이드 흡착 파라미터 비교 결과를 하기 표 4에 나타내었고, 그 등온선은 도 2와 같다.The results of comparing peptide adsorption parameters for Ni- resin using Langmuir isotherms are shown in Table 4 below, and the isotherms are shown in FIG. 2.

PeptidePeptide Dissociation coefficient
Kd (μM)
Dissociation coefficient
K d (μM)
Maximum adsorption capacity qmax (μmoles/g)Maximum adsorption capacity q max (μmoles/g)
6xHis6xHis 52.3652.36 22382238 KpsKps 125.5125.5 16401640 KptKpt 55.9155.91 15221522

중성 pH에서 6×His 펩타이드는 Kps 및 Kpt 펩타이드와 비교하여 니켈 수지에서 최고 흡착 용량 (2238 μmoles/g)을 나타내었다. Kps는 5 개의 히스티딘 잔기를 함유하지만 6개의 히스티딘 잔기를 갖는 Kpt 보다는 약간 높은 흡착 용량 값을 나타내었다. Kps의 qmax는 Kpt보다 약간 높았지만, 친화력을 나타내는 Kd 값은 125.5 μM로 55.91μM의 Kpt보다 2배 이상 높아 Kpt의 니켈수지에 대한 친화력이 Kps보다 더 높은 것으로 나타났다. 6xHis 펩타이드 Kd 값은 52.36μM로 Kpt 펩타이드가 6xHis 와 니켈 수지에 대한 유사한 친화력을 보여주었다.At neutral pH, the 6×His peptide showed the highest adsorption capacity (2238 μmoles/g) in nickel resin compared to the Kps and Kpt peptides. Kps contained 5 histidine residues but exhibited a slightly higher adsorption capacity value than Kpt with 6 histidine residues. The q max of Kps was slightly higher than that of Kpt, but the K d value indicating affinity was 125.5 μM, which was more than twice that of 55.91 μM Kpt, indicating that Kpt's affinity for nickel resin was higher than Kps. The 6xHis peptide K d value was 52.36 μM, and the Kpt peptide showed similar affinity for 6xHis and nickel resin.

실시예 2. 페리틴 기반의 실리카 파티클 형성 확인Example 2. Confirmation of ferritin-based silica particle formation

페리틴의 아미노말단에 도입된 SFP는 페리틴 구조 표면에 노출된 형태로 대장균에서 발현되었다. R5-Fn은 황산암모늄으로 침전 시킨 후 소수성 수지인 페닐 세파로오스 수지로 정제 후 다시 이온교환 수지인 SP-세파로오스 수지를 이용하여 정제하고, Kps-Fn 과 Kpt-Fn 은 니켈수지를 이용한 정제 단계를 추가하여 고순도의 융합 단백질을 획득할 수 있었다. The SFP introduced at the amino terminal of ferritin was expressed in E. coli in a form exposed on the surface of the ferritin structure. R5-Fn was precipitated with ammonium sulfate, purified with phenyl sepharose resin, a hydrophobic resin, and purified again using SP-Sepharose resin, an ion exchange resin, and Kps-Fn and Kpt-Fn were used with nickel resin. A high purity fusion protein could be obtained by adding a purification step.

단백질을 정제 후 Native-PAGE를 통해 형성된 페리틴이 24개의 서브유닛이 모인 480 KDa의 이상의 단백질을 형성하는 것을 확인하였으나 R5-Fn 은 그러한 페리틴 구조를 형성하지 못한 것으로 나타났다 (도3A). 즉, R5 서열이 휴먼 페리틴의 자가조립을 방해 하는 것으로 보인다. Kps와 Kpt는 R5에 비해 아미노산 서열이 짧으며, 실리카를 형성할 수 있고, 또한 정제도 용이하게 때문에 R5에 비해 융합 단백질 제작에 유용함을 보였다. Fn, Kps-Fn, Kpt-Fn 의 TEM 이미지 (도 3B) 또한 융합 단백질과 페리틴 구조가 동일함을 나타내어 Kpt, Kps 펩타이드가 페리틴 구조 형성에 영향을 주지 않음을 확인하였다.After purification of the protein, it was confirmed that ferritin formed through Native-PAGE formed a protein of 480 KDa or more in which 24 subunits were collected, but R5-Fn did not form such a ferritin structure (Fig. 3A). That is, the R5 sequence appears to interfere with the self-assembly of human ferritin. Compared to R5, Kps and Kpt have shorter amino acid sequences, can form silica, and are also easier to purify, so they have been shown to be useful in producing fusion proteins compared to R5. TEM images of Fn, Kps-Fn, and Kpt-Fn (FIG. 3B) also showed that the fusion protein and ferritin structure were the same, and thus it was confirmed that the Kpt and Kps peptides did not affect the ferritin structure formation.

실시예 3. 페리틴 기반의 실리카 파티클 입자 크기 및 분산 정도 조절Example 3. Ferritin-based silica particle size and dispersion degree control

3-1. Fn과 SFP-Fn의 비율에 따른 크기 조절3-1. Size control according to the ratio of Fn and SFP-Fn

Kps-Fn 이 Kpt-Fn 에 비해 실리카 형성능력이 높은 것과 형성된 실리카 파티클 크기도 큰 것을 확인하였다(도 4). 이를 통해 실리카 형성능력과 실리카 파티클 크기에 비례관계가 존재할 것으로 가정하고 SFP가 융합되지 않은 페리틴은 실리카 형성능이 없고, 페리틴 표면에 SFP 밀도를 달리하여 실리카 형성능을 조절함으로써 실리카 파티클의 사이즈 조절이 가능할 것으로 가정하여, 도 5의 모식도와 같이 SFP 밀도에 따른 실리카 파티클 사이즈 조절 전략을 수립하였다.It was confirmed that Kps-Fn had a higher silica-forming ability than Kpt-Fn and that the formed silica particle size was also larger (FIG. 4). Through this, it is assumed that there is a proportional relationship between the silica-forming ability and the silica particle size, and ferritin without SFP fusion has no silica-forming ability, and the size of silica particles can be adjusted by adjusting the silica-forming ability by varying the SFP density on the ferritin surface. Assuming, a strategy for controlling the size of silica particles according to the SFP density was established as shown in the schematic diagram of FIG. 5.

구체적으로, Kps-Fn/Kpt-Fn 및 Fn 서브 유니트의 비율을 5:1 (10:2), 1:1 (6:6), 및 1:5 (2:10) 로 각 각 변경함으로써 크기가 다른 바이오 실리카 입자 (100 ~ 500 nm)를 얻을 수 있었다 (표 5, 도 6).Specifically, the size by changing the ratio of Kps-Fn/Kpt-Fn and Fn subunits to 5:1 (10:2), 1:1 (6:6), and 1:5 (2:10) respectively Different bio-silica particles (100 ~ 500 nm) could be obtained (Table 5, Fig. 6).

Ratio of Kps/Kpt-Fn to FnRatio of Kps/Kpt-Fn to Fn 6:0 (12:0)6:0 (12:0) 5:1(10:2)5:1 (10:2) 3:3(6:6)3:3 (6:6) 1:5(2:10)1:5 (2:10) Peptides No./proteincage*Peptides No./proteincage* 2424 2020 1212 44 SiO2/Kps chimera (nm)SiO 2 /Kps chimera (nm) 513513 290290 250250 150150 SiO2/Kpt chimera (nm)SiO 2 /Kpt chimera (nm) 350350 150150 100100 7272

*이론적으로 Fn 키메라 케이지의 표면에 존재하는 펩타이드의 수 * Theoretically, the number of peptides present on the surface of the Fn chimeric cage

3-2. 반응계의 글리세롤 농도에 따른 분산 정도 조절3-2. Controlling the degree of dispersion according to the concentration of glycerol in the reaction system

Kps-Fn 또는 Kpt-Fn에 의해 형성된 실리카 입자들은 서로 뭉쳐있는 형태이나 실리카 형성 반응 시 50% 글리세롤을 첨가하여 반응 시 뭉침 현상을 방지하고 분산된 실리카 입자를 얻을 수 있었다(도 7).The silica particles formed by Kps-Fn or Kpt-Fn were agglomerated with each other, but 50% glycerol was added during the silica formation reaction to prevent agglomeration during the reaction, and dispersed silica particles were obtained (FIG. 7 ).

실시예 4. 페리틴 기반의 실리카 파티클의 표면 분석Example 4. Surface analysis of ferritin-based silica particles

실리카 파티클의 다공성과 표면적을 측정한 결과는 표 6에 나타내었다. 질소 흡착 등온선 분석은 SiO2/Kps-Fn 및 SiO2/Kps2:10의 표면적이 각각 403.18 및 492.09 m2/g임을 보여 주었다. SiO2/Kps2:10의 평균 기공 크기는 3.02 nm이며, 이는 SiO2/Kps-Fn의 평균 기공 크기 (약 2.65 nm)보다 컸다. 더 작은 크기의 바이오 실리카 나노파티클은 더 큰 표면적을 가짐을 확인하였고 이러한 특징으로 인해 생체분자들이 결합 시 더 큰 부착 표면을 제공할 수 있을 것이다. SiO2/Kpt-Fn 및 SiO2/Kpt2:10 의 표면적은 각각 468.38 및 537.68 m2/g 으로 SiO2/Kps-Fn 및 SiO2/Kps2:10 에 비해 표면적이 더 큰 것으로 나타났다. SiO2/Kpt2:10 의 평균 기공 크기는 2.90 nm이며, SiO2/Kpt-Fn의 평균 기공 크기는 약 2.74 nm보다 약가 증가하였다. 표면적이 넓은 Kpt-Fn 이 Kps-Fn 에 비해 높은 DNA 결합력을 나타낸 것으로 판단된다. 비교를 위해 시판하는 비다공성 310 nm크기의 실리카 파티클에 대한 비교 분석결과 표면적은 2.30 m2/g, 평균 기공크기는 69 nm로 나타났으며, 비다공성 입자이므로 입자 사이의 공극으로 판단된다. The results of measuring the porosity and surface area of the silica particles are shown in Table 6. Nitrogen adsorption isotherm analysis SiO 2 / Kps-Fn and SiO 2 / Kps2: showed that the surface area of each of 10 and 403.18 492.09 m 2 / g. The average pore size of SiO 2 /Kps2:10 was 3.02 nm, which was larger than the average pore size of SiO 2 /Kps-Fn (about 2.65 nm). It was confirmed that the bio-silica nanoparticles having a smaller size have a larger surface area, and this feature may provide a larger adhesion surface when biomolecules are bound. SiO 2 / Kpt-Fn and SiO 2 / Kpt2: surface area of 10 were 468.38 and 537.68 m 2 / g as SiO 2 / Kps-Fn and SiO 2 / Kps2: were more surface area greater than 10. The average pore size of SiO 2 /Kpt2:10 was 2.90 nm, and the average pore size of SiO 2 /Kpt-Fn was increased by about 2.74 nm. It is believed that Kpt-Fn with a large surface area showed higher DNA binding ability than Kps-Fn. For comparison, a comparative analysis of commercially available non-porous 310 nm-sized silica particles showed that the surface area was 2.30 m 2 /g and the average pore size was 69 nm. Since it is a non-porous particle, it is judged as a void between particles.

SampleSample SBET (m2/g)S BET (m 2 /g) Pore size (nm)Pore size (nm) SiO2 (310 nm)SiO 2 (310 nm) 2.302.30 69.3269.32 SiO2/Kps-FnSiO 2 /Kps-Fn 403.18403.18 2.652.65 SiO2/Kps2:10SiO 2 /Kps2:10 492.09492.09 3.023.02 SiO2/Kpt-FnSiO 2 /Kpt-Fn 468.38468.38 2.742.74 SiO2/Kpt2:10SiO 2 /Kpt2:10 537.68537.68 2.902.90

실시예 5. 페리틴 기반의 실리카 파티클의 DNA 흡착 및 용출 확인Example 5. Confirmation of DNA adsorption and elution of ferritin-based silica particles

Kps-Fn, Kpt-Fn 및 키메라 Fn을 주형으로 사용하여 합성된 실리카 나노 입자뿐만 아니라 Bangs Laboratories Inc (Indiana, USA)의 직경 170nm (수성 현탁액) 및 310nm (건식 실리카)의 판매되고 있는 실리카 입자를 이용하여 고농도 칼륨하에서 700 bp 크기의 DNA에 대한 흡착력을 비교하였다. 그 결과, 키메라 템플릿상의 Kps 또는 Kpt의 표면 밀도가 낮으면 더 작은 크기의 바이오 실리카 입자를 만들 수 있으며 크기가 작을수록 표면적이 증가함으로 DNA 흡착성능 비교를 통해 표면적 증가의 이점을 확인하였다 (도 8). 본 발명에서 개발된 바이오 실리카 입자는 시판되는 실리카 입자보다 우수한 DNA 흡착 성능을 보였다.Silica nanoparticles synthesized using Kps-Fn, Kpt-Fn and chimeric Fn as templates, as well as commercially available silica particles of 170 nm in diameter (aqueous suspension) and 310 nm (dry silica) of Bangs Laboratories Inc (Indiana, USA) The adsorption capacity of 700 bp DNA was compared under high concentration of potassium. As a result, when the surface density of Kps or Kpt on the chimeric template is low, bio-silica particles having a smaller size can be made, and as the size is smaller, the surface area increases. Thus, the advantage of increasing the surface area through comparison of DNA adsorption performance was confirmed (Fig. ). The bio-silica particles developed in the present invention showed better DNA adsorption performance than commercially available silica particles.

실시예 6. 약물이 담지된 페리틴 기반의 실리카 파티클의 약물 방출Example 6. Drug release of ferritin-based silica particles loaded with drugs

pH 5.5에서는 Dox 방출량이 증가하였고 실리카 코팅에 의한 차이는 없었다. 이는 페리틴 내부에 담지된 약물의 방출이 산에 의해 촉진되며 실리카 코팅은 pH에 의한 약물 방출을 방해하지 않음을 의미한다. At pH 5.5, the amount of Dox emission increased and there was no difference due to silica coating. This means that the release of the drug carried inside ferritin is promoted by the acid and the silica coating does not interfere with the release of the drug by pH.

pH 7.4에서는 Dox 방출량이 감소하였고, 또한 실리카 코팅에 의해 방출 속도가 보다 감소됨을 확인하였다. 이는 확산에 의해서만 약물 방출이 조절되기 때문에 실리카 코팅에 의해 확산속도가 느려지는 것으로 판단된다. 그러나 시간이 지나면서 약물 방출속도가 서서히 증가하는데, 이는 실리카가 분해되어 실리카 코팅에 의한 약물 방출 저해가 감소되기 때문인 것임을 알 수 있다(도 9).At pH 7.4, it was confirmed that the amount of Dox released was reduced, and the release rate was further reduced by the silica coating. It is judged that the diffusion rate is slowed by silica coating because the drug release is controlled only by diffusion. However, it can be seen that the rate of drug release gradually increases over time, which is because the silica is decomposed and the inhibition of drug release by the silica coating decreases (FIG. 9).

실시예 7. 이중 약물 전달 시스템 기반의 실리카 파티클의 약물 방출Example 7. Drug release of silica particles based on dual drug delivery system

SiO2/Kps6:6(Dox) 제조와 동일한 방법으로 제조된 Kpt6:6(Dox)의 표면에 mRFP 분자의 in situ 고정에 의해 이중 약물 전달 시스템을 시연하였다. 카고 분자 모델로서 모노머 RFP (mRFP)를 사용하고 Kpt6:6(Dox)에 의해 형성된 실리카와 함께 침전시켰다. A dual drug delivery system was demonstrated by in situ immobilization of mRFP molecules on the surface of Kpt6:6 (Dox) prepared in the same manner as SiO 2 /Kps6:6 (Dox). Monomer RFP (mRFP) was used as the cargo molecular model and precipitated with the silica formed by Kpt6:6 (Dox).

37 ℃에서 PBS (pH 7.4)에서 SiO2 (mRFP) / Kpt6:6(Dox) 로부터의 Dox 및 mRFP의 시험 관내 방출 프로파일은 특정 시간 동안 방출된 약물의 양을 원심 분리 후 상등액을 취하여 각 각 λex 485 / λ535 nm 및 λ590 / λ635 nm 에서 측정되었다. SiO2(mRFP)/Kpt6:6 (Dox)에서 방출 된 mRFP의 양은 1 일에 27 % 정도, 2 일 후 50 %, 4 일 후 75 %이고 그 이후 서서히 방출되었다(도 10). Dox 방출률은 mRFP보다 약 2 배 느리게 나타났다. 내부에 코어가 있는 페리틴 실리카 파티클은, 위의 두 가지 결과에 기초하여, 두 종류의 분자가 다른 구획에 적재되고 다른 속도로 방출 될 수 있는 이중 약물전달체로 사용될 수 있다.The in vitro release profile of Dox and mRFP from SiO 2 (mRFP) / Kpt6:6 (Dox) in PBS (pH 7.4) at 37° C. was obtained by centrifuging the amount of drug released for a specific time and then taking the supernatant, respectively, λex. It was measured at 485 / λ535 nm and λ590 / λ635 nm. The amount of mRFP released from SiO 2 (mRFP)/Kpt6:6 (Dox) was about 27% on day 1, 50% after 2 days, and 75% after 4 days, and then slowly released (Fig. 10). The Dox release rate was about 2 times slower than that of mRFP. Ferritin silica particles with an inner core can be used as a dual drug delivery system in which two kinds of molecules can be loaded into different compartments and released at different rates, based on the above two results.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above, a specific part of the present invention has been described in detail, and for those of ordinary skill in the art, it is obvious that this specific technique is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Therefore, it will be said that the practical scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

<110> Korea University Research and Buisness Foundation <120> Novel silica forming peptides, and Method for manufacturing silica particles using the same <130> DHP19-671-P1 <150> KR 1020190017806 <151> 2019-02-15 <160> 16 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> silica forming peptide_Kps <400> 1 Lys Pro Ser His His His His His Thr Gly Ala Asn 1 5 10 <210> 2 <211> 11 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> silica forming peptide_Kpt <400> 2 Lys Pro Thr His His His His His His Asp Gly 1 5 10 <210> 3 <211> 15 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> silica forming peptide_R5 <400> 3 Ser Ser Lys Lys Ser Gly Ser Tyr Ser Gly Ser Lys Gly Ser Lys 1 5 10 15 <210> 4 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer_F-Fn <400> 4 catatgacga ccgcgtctac ctctcaagtg 30 <210> 5 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer_R-Fn <400> 5 ccactgaggc tgttacttag cactgagctc 30 <210> 6 <211> 26 <212> DNA <213> 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Sequence <220> <223> gene_Fn <400> 14 atgacgaccg cgtctacctc tcaagtgcgt caaaactatc atcaggactc ggaagctgcc 60 atcaaccgcc aaatcaatct ggaactgtac gcaagctatg tgtacctgag catgtcttat 120 tactttgatc gtgatgacgt ggcactgaaa aactttgcta agtatttcct gcatcagtcg 180 cacgaagaac gcgaacatgc tgaaaaactg atgaagctgc agaatcaacg tggcggtcgc 240 attttcctgc aagatattaa aaagccggac tgcgatgact gggaaagtgg cctgaacgcg 300 atggaatgtg ccctgcatct ggaaaagaac gttaatcagt ccctgctgga actgcacaaa 360 ctggcaaccg ataagaacga cccgcatctg tgcgatttta ttgaaacgca ctacctgaat 420 gaacaagtga aagcgatcaa ggaactgggc gaccacgtta ccaatctgcg taaaatgggt 480 gccccggaat ctggtctggc tgaatacctg tttgataagc atacgctggg tgactccgac 540 aatgaatcgt ga 552 <210> 15 <211> 588 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gene_fusion protein_Kps-Fn <400> 15 atgaagccgt ctcaccatca ccatcacact ggtgctaaca cgaccgcgtc tacctctcaa 60 gtgcgtcaaa actatcatca ggactcggaa gctgccatca accgccaaat caatctggaa 120 ctgtacgcaa gctatgtgta cctgagcatg tcttattact ttgatcgtga tgacgtggca 180 ctgaaaaact ttgctaagta tttcctgcat cagtcgcacg aagaacgcga acatgctgaa 240 aaactgatga agctgcagaa tcaacgtggc ggtcgcattt tcctgcaaga tattaaaaag 300 ccggactgcg atgactggga aagtggcctg aacgcgatgg aatgtgccct gcatctggaa 360 aagaacgtta atcagtccct gctggaactg cacaaactgg caaccgataa gaacgacccg 420 catctgtgcg attttattga aacgcactac ctgaatgaac aagtgaaagc gatcaaggaa 480 ctgggcgacc acgttaccaa tctgcgtaaa atgggtgccc cggaatctgg tctggctgaa 540 tacctgtttg ataagcatac gctgggtgac tccgacaatg aatcgtga 588 <210> 16 <211> 588 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gene_fusion protein_Kpt-Fn <400> 16 atgaagccga cccaccatca ccatcatcat gatggcagta cgaccgcgtc tacctctcaa 60 gtgcgtcaaa actatcatca ggactcggaa gctgccatca accgccaaat caatctggaa 120 ctgtacgcaa gctatgtgta cctgagcatg tcttattact ttgatcgtga tgacgtggca 180 ctgaaaaact ttgctaagta tttcctgcat cagtcgcacg aagaacgcga acatgctgaa 240 aaactgatga agctgcagaa tcaacgtggc ggtcgcattt tcctgcaaga tattaaaaag 300 ccggactgcg atgactggga aagtggcctg aacgcgatgg aatgtgccct gcatctggaa 360 aagaacgtta atcagtccct gctggaactg cacaaactgg caaccgataa gaacgacccg 420 catctgtgcg attttattga aacgcactac ctgaatgaac aagtgaaagc gatcaaggaa 480 ctgggcgacc acgttaccaa tctgcgtaaa atgggtgccc cggaatctgg tctggctgaa 540 tacctgtttg ataagcatac gctgggtgac tccgacaatg aatcgtga 588 <110> Korea University Research and Buisness Foundation <120> Novel silica forming peptides, and Method for manufacturing silica particles using the same <130> DHP19-671-P1 <150> KR 1020190017806 <151> 2019-02-15 <160> 16 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> silica forming peptide_Kps <400> 1 Lys Pro Ser His His His His His Thr Gly Ala Asn 1 5 10 <210> 2 <211> 11 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> silica forming peptide_Kpt <400> 2 Lys Pro Thr His His His His His His Asp Gly 1 5 10 <210> 3 <211> 15 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> silica forming peptide_R5 <400> 3 Ser Ser Lys Lys Ser Gly Ser Tyr Ser Gly Ser Lys Gly Ser Lys 1 5 10 15 <210> 4 <211> 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gctatgtgta cctgagcatg tcttattact ttgatcgtga tgacgtggca 180 ctgaaaaact ttgctaagta tttcctgcat cagtcgcacg aagaacgcga acatgctgaa 240 aaactgatga agctgcagaa tcaacgtggc ggtcgcattt tcctgcaaga tattaaaaag 300 ccggactgcg atgactggga aagtggcctg aacgcgatgg aatgtgccct gcatctggaa 360 aagaacgtta atcagtccct gctggaactg cacaaactgg caaccgataa gaacgacccg 420 catctgtgcg attttattga aacgcactac ctgaatgaac aagtgaaagc gatcaaggaa 480 ctgggcgacc acgttaccaa tctgcgtaaa atgggtgccc cggaatctgg tctggctgaa 540 tacctgtttg ataagcatac gctgggtgac tccgacaatg aatcgtga 588

Claims (17)

서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 펩타이드 및 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 펩타이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 펩타이드와 실리카 전구체를 포함하는, 실리카 합성용 조성물.
A composition for synthesis of silica comprising at least one peptide selected from the group consisting of a peptide having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and a peptide having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and a silica precursor.
제1항에 있어서,
상기 실리카 전구체는 테트라에틸 오르토실리케이트, 테트라메틸 오르토실리케이트, 메틸 트리에톡시실란, 에틸 트리에톡시실란, 페닐 트리에톡시실란, 디메틸 디메톡시실란, 디메틸 디에톡시실란, 트리 메틸에톡시실란, 트리아미노프로필트리에톡시실란, 티타니아 테트라이소프로폭사이드, 티타니움옥시셀페이트, 티타니움비스암모니움락테이토디하이드록사이드, 티타니움 디이소프로폭사이드 비스아세틸아세토네이트 및 테트라에틸 게르마늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 실리카 합성용 조성물.
The method of claim 1,
The silica precursor is tetraethyl orthosilicate, tetramethyl orthosilicate, methyl triethoxysilane, ethyl triethoxysilane, phenyl triethoxysilane, dimethyl dimethoxysilane, dimethyl diethoxysilane, trimethylethoxysilane, triamino At least one selected from the group consisting of propyltriethoxysilane, titania tetraisopropoxide, titanium oxysulfate, titanium bisammonium lactate dihydroxide, titanium diisopropoxide bisacetylacetonate and tetraethyl germanium Characterized in, a composition for the synthesis of silica.
서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 펩타이드 및 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 펩타이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 펩타이드와 실리카 전구체를 반응시키는 단계를 포함하는 실리카 합성 방법.
Silica synthesis method comprising the step of reacting a silica precursor with at least one peptide selected from the group consisting of a peptide having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and a peptide having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
제3항에 있어서,
상기 반응은 상온 및 상압의 조건에서 pH 5-8의 수용액 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 실리카 합성 방법.
The method of claim 3,
The reaction is characterized in that it is carried out in an aqueous solution of pH 5-8 under the conditions of room temperature and pressure, silica synthesis method.
서열번호 1 또는 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 펩타이드; 및
페리틴(ferritin) 및 바이러스 캡시드 단백질로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이상을 포함하는 융합 단백질.
A peptide comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2; And
A fusion protein comprising at least one selected from the group consisting of ferritin and viral capsid proteins.
제5항의 융합 단백질 및 실리카 전구체를 포함하는 실리카 파티클 합성용 조성물.
A composition for synthesizing silica particles comprising the fusion protein of claim 5 and a silica precursor.
(1) 제5항의 융합 단백질을 산성 조건에서 단량체로 분해하는 단계;
(2) 상기 단량체를 약염기 조건에서 코어-쉘 구조체로 결합시키는 단계; 및
(3) 상기 구조체에 실리카 전구체를 혼합하여 반응시키는 단계;를 포함하는 실리카 파티클 제조 방법.
(1) decomposing the fusion protein of claim 5 into a monomer in an acidic condition;
(2) combining the monomer into a core-shell structure under weak basic conditions; And
(3) Mixing and reacting a silica precursor with the structure; silica particle production method comprising a.
제7항에 있어서,
상기 (1) 단계는 융합 단백질과 페리틴 단백질을 혼합하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 실리카 파티클 제조 방법.
The method of claim 7,
The step (1) is characterized in that performed by mixing a fusion protein and a ferritin protein, a method for producing silica particles.
제8항에 있어서,
상기 융합 단백질과 페리틴 단백질은 1:1~5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는, 실리카 파티클 제조 방법.
The method of claim 8,
The fusion protein and ferritin protein are characterized in that the mixture in a ratio of 1:1 to 5, silica particle production method.
제7항에 있어서,
상기 (1) 단계는 pH 2~3 조건 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 실리카 파티클 제조 방법.
The method of claim 7,
The step (1) is characterized in that it is carried out under the conditions of pH 2-3, silica particle production method.
제7항에 있어서,
상기 (2) 단계는 pH 7~9 조건 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 실리카 파티클 제조 방법.
The method of claim 7,
The step (2) is characterized in that it is carried out under the conditions of pH 7-9, silica particle production method.
제7항에 있어서,
상기 (2) 단계는 하기의 (a) 내지 (c) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 실리카 파티클 제조 방법:
(a) 상기 단량체와 약물을 혼합하는 단계;
(b) 약염기 조건에서 상기 단량체를 코어-쉘 구조체로 결합시켜 약물이 담지된 구조체를 제조하는 단계; 및
(c) 구조체 내부에 담지되지 않은 약물과 구조체를 형성하지 않은 단량체를 제거하여 약물이 담지된 구조체를 분리하는 단계.
The method of claim 7,
The step (2) is characterized in that it comprises the following steps (a) to (c), a method for producing silica particles:
(a) mixing the monomer and the drug;
(b) preparing a drug-carrying structure by combining the monomer into a core-shell structure under weak basic conditions; And
(c) separating the drug-carrying structure by removing the drug not supported in the structure and the monomer not forming the structure.
제7항에 있어서,
상가 (3) 단계는 글리세롤이 포함된 용액 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 실리카 파티클 제조 방법.
The method of claim 7,
Addition (3) step is characterized in that it is carried out in a solution containing glycerol, silica particle production method.
제7항에 있어서,
상기 방법은 (3) 단계 이후에 제조된 실리카 파티클을 약물에 담지하여 파티클 표면에 약물을 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 실리카 파티클 제조 방법.
The method of claim 7,
The method further comprises a step of bonding the drug to the particle surface by supporting the silica particles prepared after step (3) on a drug.
제7항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 실리카 파티클.
The silica particles produced by the method of any one of claims 7 to 15.
(가) 서열번호 12의 염기서열로 이루어진 Kps 유전자 또는 서열번호 13의 염기서열로 이루어진 Kpt 유전자와 페리틴(ferritin)을 암호화하는 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 제조하는 단계;
(나) 상기 발현 벡터를 숙주 세포에 도입하여 형질전환체를 제조하는 단계; 및
(다) 상기 혈질전환체를 배양하는 단계;를 포함하는 실리카 형성 펩타이드와 페리틴의 융합 단백질 제조 방법.
(A) preparing a recombinant expression vector comprising a Kps gene consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 12 or a Kpt gene consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 13 and a gene encoding ferritin;
(B) preparing a transformant by introducing the expression vector into a host cell; And
(C) culturing the blood transducer; a method for producing a fusion protein of a silica-forming peptide and ferritin comprising.
제16항에 있어서,
상기 방법은 (다) 단계 이후에 상기 형질전환체를 파쇄하고, 원심분리를 통해 형질전환체의 파편을 제가하여 획득된 가용성 분획물을 니켈 수지와 혼합하여 니켈 수지에 결합된 융합 단백질을 수득하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 융합 단백질 제조 방법.
The method of claim 16,
The method comprises the steps of crushing the transformant after step (c), removing fragments of the transformant through centrifugation, and mixing the obtained soluble fraction with a nickel resin to obtain a fusion protein bound to the nickel resin. A method for producing a fusion protein, characterized in that it further comprises.
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