KR20210068812A - Apparatus and method for preparing a liquid biopsy sample with an exosome subpopulation or the lower - Google Patents

Apparatus and method for preparing a liquid biopsy sample with an exosome subpopulation or the lower Download PDF

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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for preparing a liquid biopsy sample with an exosome subpopulation. The apparatus for preparing a liquid biopsy sample with an exosome subpopulation according to an embodiment of the present invention comprises: an immobilization member (10) in a solid state; a first capture material (20) which specifically binds to a first isolation marker (m1) of a predetermined disease-associated exosome (1a) among exosomes (1) secreted from a plurality of cells, so as to capture the disease-associated exosome (1a); a first reversible linker (30) which detachably couples the immobilization member (10) and the first capture material (20); and a second capture material (40) which binds to the immobilization member (10) that is not coupled with the first capture material (20) and specifically binds to a second separation marker (m2) of a target exosome (1b) in an exosome subpopulation (S), which is a population of the disease-associated exosome (1a), so as to capture the target exosome (1b).

Description

엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치 및 제조방법{APPARATUS AND METHOD FOR PREPARING A LIQUID BIOPSY SAMPLE WITH AN EXOSOME SUBPOPULATION OR THE LOWER}Exosome subpopulation liquid biopsy sample manufacturing apparatus and manufacturing method {APPARATUS AND METHOD FOR PREPARING A LIQUID BIOPSY SAMPLE WITH AN EXOSOME SUBPOPULATION OR THE LOWER}

본 발명은 암 질환 등 특정 질환 관련 엑소좀 차아집단으로 구성된 액체생검 샘플을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for preparing a liquid biopsy sample composed of a subpopulation of exosomes related to a specific disease, such as cancer.

최근에, 암 질환 및 퇴행성 질환 등 특정 질환 검사의 고통을 최소화하고 조기진단을 구현하기 위한 '액체생검(liquid biopsy)' 개념이 소개되었다. 액체생검은 비침습적인 방법으로 비교적 간편하게 혈액, 타액, 소변 등과 같은 체액을 추출하여 특정 질환 관련 세포 혹은 이로부터 유출된 성분(펩타이드, 단백질, 핵산, 소기관, 특정물질 등)에 대해 분석을 실시하는 방법이다. 이를 통해 특정 질환 발생 여부를 조기에 확인할 수 있으므로, 기존의 영상진단과 조직검사 그리고 혈액검사 방법 등과 같은 검사방법의 대안으로 주목받고 있다. Recently, the concept of 'liquid biopsy' to minimize the pain of screening for specific diseases such as cancer and degenerative diseases and to implement early diagnosis was introduced. Liquid biopsy is a non-invasive method that extracts bodily fluids such as blood, saliva, and urine relatively easily and analyzes specific disease-related cells or components (peptides, proteins, nucleic acids, organelles, specific substances, etc.) way. Since it is possible to confirm the occurrence of a specific disease at an early stage through this, it is attracting attention as an alternative to the existing test methods such as imaging, biopsy, and blood test.

특정 질환 예를 들어, 암 질환 진단 시 액체생검을 이용하면 조직생검(tissue biopsy)과 비교하여 일반적으로 다음과 같은 장점이 있다. 첫째로, 보통 침습적인 외과적 조직 채취가 잠재적인 위험이 있고 고가인 것에 비해, 액체생검 시 체액의 이용은 비교적 용이하고 합병증 위험이 경감된다. 둘째로, 조직생검은 필요 시 단일 부위에 대한 질환의 스냅촬영을 제공할 뿐이고 또한 질환 진행 및 치료에 대해 시시각각 모니터링을 할 수 없는데 반해, 액체생검을 이용하면 암 질환 진행에 대한 실시간 연속 모니터링이 가능하다. 셋째로, 조직생검을 통해서는 종양이 다양하기 때문에 그 구성에 대한 완전한 이해가 어렵지만, 액체생검 시에는 종양 세포로부터 생성된 바이오 물질을 수집하므로 분자 수준에서 종양의 구성에 대한 더 종합적인 분석이 가능하다. 넷째로, 조직생검에서는 샘플 크기가 제한되어 여러 진단 목적으로 나누어 쓸 경우 부족하게 되지만, 액체생검에서는 필요에 따라 다양한 체액으로부터 샘플의 다중 채취가 가능하다. 다섯째로, 조직생검에서 낮은 정확도로 인해 시험결과의 임상 유용성이 제한되는 데에 비해, 액체생검은 상대적으로 더 높은 정확도와 민감도를 제공하므로 임상 의사결정을 위한 확실한 결과를 제공할 수 있다. When a liquid biopsy is used to diagnose a specific disease, for example, a cancer disease, compared to a tissue biopsy, there are generally advantages as follows. First, the use of body fluids in liquid biopsy is relatively easy and the risk of complications is reduced, compared to the usual invasive surgical tissue harvesting, which is potentially risky and expensive. Second, while tissue biopsy only provides a snapshot of the disease at a single site when necessary and cannot monitor disease progression and treatment every moment, liquid biopsy enables real-time continuous monitoring of cancer disease progression. Do. Third, through tissue biopsy, it is difficult to fully understand the composition of tumors due to the diversity of tumors. However, in liquid biopsy, biomaterials generated from tumor cells are collected, enabling a more comprehensive analysis of the composition of tumors at the molecular level. Do. Fourth, in tissue biopsy, the sample size is limited and it is insufficient when divided for various diagnostic purposes. However, in liquid biopsy, multiple samples can be collected from various body fluids as needed. Fifth, compared to the limited clinical usefulness of test results due to low accuracy in tissue biopsy, liquid biopsy provides relatively higher accuracy and sensitivity, so it can provide reliable results for clinical decision-making.

액체생검 바이오마커로서 엑소좀이 주목받고 있다. 인체 내 세포에서 미세 소포체 형태로 분비되어 그 유래 세포의 특징을 그대로 반영하고 있는 엑소좀 (30 ~ 120 nm 크기)은 소위 세포의 '아바타'라고 불리며, 혈액, 타액, 소변 등 다양한 체액에서 추출 가능하다. 엑소좀은 지질 이중층으로 되어있는 소포체이기 때문에 체내에서 안정적일 뿐만 아니라, protease, RNase, DNase 등의 공격으로부터 자유롭다. 따라서, 엑소좀을 암 질환 및 퇴행성 질환 등 특정 질환 진단의 새로운 바이오마커로 이용하려는 연구가 증가하고 있으며, 실제로 엑소좀이 함유한 단백질 및 RNA 등 구성성분을 마커로 이용한 암의 조기진단 및 동반진단 목적의 제품들이 개발되고 있다. Exosomes are attracting attention as liquid biopsy biomarkers. Exosomes (30 ~ 120 nm in size) that are secreted in the form of microvesicles from cells in the human body and reflect the characteristics of the derived cells as they are are called 'avatars' of cells, and can be extracted from various body fluids such as blood, saliva, and urine. Do. Because exosomes are endoplasmic reticulum with a lipid bilayer, they are not only stable in the body, but also free from attack by protease, RNase, and DNase. Therefore, research to use exosomes as new biomarkers for diagnosing specific diseases such as cancer and degenerative diseases is increasing, and in fact, early diagnosis and companion diagnosis of cancer using components such as proteins and RNA contained in exosomes as markers. Purpose-built products are being developed.

특정 질환 특히, 암 질환에 대한 액체생검 시 진단에 사용할 수 있는 엑소좀 함유 단백질 및 RNA 바이오마커는 다음과 같다. 우선 엑소좀 생합성 및 공정을 보면, 첫째로, 엑소좀과 같은 미세 소포체(micro-vesicles; MVEs)는 세포 내부에서 봉우리를 튀우는데, 이때 세포질 내 단백질, mRNAs, 및 microRNAs(miRNAs) 등을 포함하는 작은 세포내부 소포체를 형성한다. 둘째로, 이러한 내부 소포체들은 MVEs가 세포막과 융합되어 엑소좀으로서 외부로 방출된다. 셋째로, 방출된 엑소좀은 그 표면의 특정 리간드가 부착됨으로서 결정되는 목적지를 향해 이동을 시작한다. 넷째로, 타겟 세포에 도달한 엑소좀은 세포내 도입(endocytosis) 경로를 통해 유입되거나 혹은 타겟 세포 막과 융합되어 세포질 내로 직접 엑소좀 성분들을 방출한다. Exosome-containing protein and RNA biomarkers that can be used for diagnosis during liquid biopsy for specific diseases, particularly cancer diseases, are as follows. First of all, looking at exosome biosynthesis and processes, first, micro-vesicles (MVEs) such as exosomes flip peaks inside the cell, at which time intracytoplasmic proteins, mRNAs, and microRNAs (miRNAs) containing Forms small intracellular vesicles. Second, these internal vesicles are released to the outside as exosomes as MVEs fuse with the cell membrane. Third, the released exosomes begin migrating toward a destination determined by the attachment of specific ligands on their surface. Fourth, exosomes reaching the target cell are introduced through the endocytosis pathway or are fused with the target cell membrane to release the exosome components directly into the cytoplasm.

첫째 단계의 엑소좀 생합성 시 관여하는 단백질 성분들로, HRS(hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate), STAM1(signal transducing adaptor melecule), TSG101(tumor susceptability gene), 및 CD81 등이 있다. 둘째 단계의 엑소좀 방출단계에 관여하는 단백질들로서, RAB2B, RAB5A, RAB7, 및 RAB9A 등이 알려져 있다. 이와 같은 단백질 분자들은 치료제 개발 시 잠재적인 치료대상 후보일 뿐만 아니라 엑소좀에 대한 탐지 및 분리 기술 개발에 있어서 주요 타겟으로 이용될 수 있다. Protein components involved in exosome biosynthesis in the first step include hepatocyte growth factor-regulated tyrosine kinase substrate (HRS), signal transducing adapter melecule (STAM1), tumor susceptability gene (TSG101), and CD81. As proteins involved in the exosome release step of the second step, RAB2B, RAB5A, RAB7, and RAB9A are known. Such protein molecules are not only potential therapeutic candidates in the development of therapeutic agents, but also can be used as main targets in the development of detection and isolation technologies for exosomes.

또한 체액으로 방출된 엑소좀은 2중 나선구조의 DNAs, RNAs, 단백질, 및 지질 성분 등 다양한 세포 구성성분들을 포함한다. 최근 연구에 따르면, 엑소좀 탑재 DNA 분자는 게놈 전체를 대표하고 또한 엑소좀을 방출한 종양세포의 돌연변이 상태를 반영할 수 있다. 따라서 엑소좀 내 2중 나선구조의 DNA 분자들에 대한 분석은 특히 암 질환이나 전이를 조기 탐지하는데 유용할 수 있다. 엑소좀 함유 단백질의 경우, 그 조성은 방출한 세포나 조직에 따라 변화되지만, 대부분의 엑소좀은 진화상 보존되는 단백질 분자들의 일반적인 집합체를 포함한다. 엑소좀 내 단백질 함량은 엑소좀의 분리 및 탐지 기술 그리고 분석방법을 개발하는데 중요하다. 나아가, 엑소좀 단백질 분자들은 다른 병리학적 조건들의 정보수집과 진단에 있어서 바이오마커로 이용될 수 있다. 엑소좀 함유 RNA의 경우, 세포 유래 및 엑소좀 유래 mRNA와 miRNA 함량에 있어서의 차이 그리고 엑소좀 함유 mRNAs의 기능성에 대해 보고된 이후, 동시적으로 발표된 여러 miRNAs에 대한 연구 결과는 엑소좀에 대한 폭발적인 연구를 촉발하였다. 실제로, miRNAs는 진단은 물론 치료제 개발에 있어서 특별한 타겟으로 주목받고 있다. 새로운 탐지기술을 이용한 많은 보고에서 miRNAs는 거의 모든 체액에 존재하고 따라서 진단 목적의 분석 시 잠재적인 바이오마커로 부각되고 있다. 실제로, 다양한 체액 샘플들을 분석한 결과에 의하면, 샘플 출처에 따라 많은 수의 다른 miRNAs가 발견되고 있다.In addition, exosomes released into body fluids contain various cellular components such as double-helical DNAs, RNAs, proteins, and lipid components. According to recent studies, exosome-loaded DNA molecules represent the entire genome and may also reflect the mutational status of tumor cells that have released exosomes. Therefore, analysis of double-helix DNA molecules in exosomes can be particularly useful for early detection of cancer diseases or metastases. In the case of exosome-containing proteins, the composition changes depending on the cell or tissue released, but most exosomes contain a general aggregate of evolutionarily conserved protein molecules. Protein content in exosomes is important for the development of techniques for isolation and detection of exosomes and analysis methods. Furthermore, exosome protein molecules can be used as biomarkers in information gathering and diagnosis of other pathological conditions. In the case of exosome-containing RNA, the difference in the contents of cell-derived and exosome-derived mRNA and miRNA, and the functionality of exosome-containing mRNAs were reported, and the results of studies on several miRNAs published simultaneously were sparked an explosion of research. In fact, miRNAs are attracting attention as special targets in the development of therapeutics as well as diagnostics. In many reports using the new detection technology, miRNAs are present in almost all body fluids and thus are emerging as potential biomarkers for diagnostic analysis. Indeed, according to the results of analysis of various body fluid samples, a large number of different miRNAs have been found depending on the source of the sample.

특히 암 관련 주요 사안으로, 엑소좀은 종양 발생, 암 전이, 및 약물 저항성에 있어서 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 종양이 발생된 미시적 환경에서 다른 세포와 마찬가지로 종양세포들 또한 엑소좀 및 다른 미세 소포체를 분비하는데, 이 물질들은 혈관형성 촉진에 의한 종양의 진행 및 전이 시 종양세포 이동에 기여한다. 종양세포 유래 소포체들은 또한 면역억제에 관여하는 분자들을 함유하는데, 이 분자들은 T lymphocytes 혹은 natural killer cells를 불활성화시킬 수 있으며, 혹은 면역반응을 억제하기 위해 regulatory T lymphocytes 혹은 myeloid cells의 분화를 촉진할 수 있다. 또한, 종양세포에서 분비된 엑소좀에 의한 종양 활성의 전이도 보고된 바 있다.In particular, as a key issue related to cancer, exosomes are known to play a role in tumorigenesis, cancer metastasis, and drug resistance. In the microenvironment where tumors are generated, tumor cells, like other cells, also secrete exosomes and other microvesicles, which contribute to tumor cell migration during tumor progression and metastasis by promoting angiogenesis. Tumor cell-derived ERs also contain molecules involved in immunosuppression, which may inactivate T lymphocytes or natural killer cells, or promote differentiation of regulatory T lymphocytes or myeloid cells to suppress the immune response. can In addition, metastasis of tumor activity by exosomes secreted from tumor cells has also been reported.

하지만, 체액에는 모든 세포에서 유래된 엑소좀이 혼합된 형태로 존재하기 때문에, 단순히 체액에서 분리된 벌크 모집단(bulk population) 형태의 엑소좀 샘플로는 암 등 특정 질환을 정확하게 진단하기에 한계가 있다. 더욱이 질환 발병 초기에는 체액 내 특정 질환 관련 세포 유래의 엑소좀 농도가 상대적으로 매우 낮아서, 조기진단을 위해서는 체액으로부터 타겟 엑소좀의 분리 및 농축이 선행되어야 한다. 현존하는 엑소좀 분리 기술 중, 밀도 차이 기반의 초원심분리 방법이 재현성이 높으며 비교적 안정된 공정으로 인해 최상위 표준(gold standard) 분리과정으로 채택되고 있다. 그러나 고가의 장비가 반드시 필요하고 분리 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해, 엑소좀을 침전시켜 분리하는 방법, size exclusion chromatography를 이용하거나, 하기 선행문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이 microfluidics를 이용하여 크기에 따라 분리하는 방법들이 개발되었다. However, since exosomes derived from all cells exist in a mixed form in the body fluid, there is a limitation in accurately diagnosing specific diseases such as cancer with exosome samples in the form of a bulk population simply isolated from body fluid. . Moreover, in the early stage of disease onset, the concentration of exosomes derived from specific disease-related cells in body fluids is relatively very low, so for early diagnosis, separation and concentration of target exosomes from body fluids must be preceded. Among the existing exosome separation technologies, the density difference-based ultracentrifugation method is adopted as the gold standard separation process due to its high reproducibility and relatively stable process. However, there are disadvantages in that expensive equipment is absolutely necessary and the separation time is long. In order to compensate for these drawbacks, a method for separating exosomes by precipitating them, using size exclusion chromatography, or using microfluidics as disclosed in the patent literature of the following prior literature, has been developed.

그러나 이와 같은 기존의 엑소좀 분리 기술들은 체액에 존재하는 모든 엑소좀을 하나의 모집단 형태로 제공하기 때문에, 암과 같은 특정 세포에서 유래된 극미량의 엑소좀을 선택적으로 탐지하는데 한계가 있다. 실제로, 세포에서 방출된 엑소좀들에는 생화학적 성분들(막 단백질, 내부탑재 단백질 및 RNA 등)이 엑소좀 막이나 내부에 다양하게 포함되어 있어서, 성분 구성상 매우 이질적이다. 특히, 암세포로부터 유래된 엑소좀 중 특정 엑소좀에는 혈관신생 및 암전이 전초단계에서 국지적 환경조성 작업에 관여하는 mRNA 내지는 miRNA가 함유되어 있는 것으로 보고되고 있다. 더욱이 상기한 바와 같이 암 전이 시 상기한 특정 엑소좀은 면역세포의 사멸을 유도하거나 정상세포를 암세포화 하는 과정에 관여하는 생화학 성분들을 포함하고 있는 것으로 알려져 있다. However, since these existing exosome isolation techniques provide all the exosomes present in the body fluid in the form of a single population, there is a limitation in selectively detecting trace amounts of exosomes derived from specific cells such as cancer. In fact, biochemical components (membrane protein, internally mounted protein, RNA, etc.) are variously included in the exosome membrane or the inside of the exosomes released from the cell, so they are very heterogeneous in composition. In particular, it has been reported that certain exosomes among exosomes derived from cancer cells contain mRNA or miRNA involved in the creation of a local environment at the outpost stage of angiogenesis and cancer metastasis. Moreover, as described above, during cancer metastasis, the specific exosomes are known to contain biochemical components involved in inducing the death of immune cells or transforming normal cells into cancer cells.

암과 같은 특정 질환의 진단 시, 체액에 존재하는 모든 엑소좀이 포함된 벌크 모집단을 액체생검 샘플로 이용할 경우 높은 진단정확도를 얻기 매우 어렵다. 이것은 비특이 엑소좀들에 의해 야기되는 비특이 부착 등 샘플모체 효과(sample matrix effect)로 인해 분석 특이도 및 민감도에 부정적 결과를 초래하기 때문이다. 이러한 분석적 문제를 극복하기 위해 특이성은 낮으나 특정 질환자의 체액에서 증가한다고 알려진 다중 바이오마커(예: 복수의 다른 miRNA 화학종들)를 동시에 측정하여 질환발생 여부에 대한 판별에 사용할 수 있다. 그러나 다중 바이오마커 사용에 의한 시너지 효과는 제한적일 수밖에 없는데, 이것은 질환과 특이하게 연관되지 않은 대부분의 엑소좀 마커들의 질환 특이성이 근본적으로 낮기 때문이다.When diagnosing a specific disease such as cancer, it is very difficult to obtain high diagnostic accuracy when a bulk population including all exosomes present in body fluid is used as a liquid biopsy sample. This is because it causes negative results on assay specificity and sensitivity due to sample matrix effects such as non-specific adhesion caused by non-specific exosomes. In order to overcome this analytical problem, multiple biomarkers (eg, a plurality of different miRNA species) that have low specificity but are known to be increased in body fluids of patients with specific diseases can be simultaneously measured and used to determine whether or not a disease occurs. However, the synergistic effect by the use of multiple biomarkers is bound to be limited, because the disease specificity of most exosome markers not specifically related to disease is fundamentally low.

이에 암과 같은 특정 질환의 발생과 연관된 엑소좀을 선택적으로 분리하여 특정 질환의 진단에 활용하지 못하는 문제점을 해결하기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 상황이다.Accordingly, there is an urgent need for a method to solve the problem of not being able to selectively isolate exosomes associated with the occurrence of a specific disease, such as cancer, and use it for diagnosis of a specific disease.

KRUS 10-180725610-1807256 B1B1

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면은 암, 퇴행성질환, 심장질환, 감염질환과 같은 특정 질환 진단 시, 체액 내 특정 질환 관련 타겟 엑소좀 차아집단을 고수율 및 원래의 상태로 분리 및 회수하여 액체생검 샘플로 제공할 수 있도록 온화한 조건을 사용하는 순차적 다중 면역친화 분리 기술을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and one aspect of the present invention is to identify a specific disease-related target exosome subpopulation in body fluids when diagnosing specific diseases such as cancer, degenerative diseases, heart diseases, and infectious diseases. An object of the present invention is to provide a sequential multiplex immunoaffinity separation technique using mild conditions so that it can be isolated and recovered in yield and in its original state and provided as a liquid biopsy sample.

본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치는 고상(solid state)의 고정 부재; 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀 중 소정의 질환 관련 엑소좀이 가지는 제1 분리마커와 특이적으로 결합하여 상기 질환 관련 엑소좀을 포획하는 제1 포획소재; 상기 고정 부재와 상기 제1 포획소재를 분리 가능하게 결합시키는 제1 가역적 링커; 및 상기 제1 포획소재가 미결합된 상기 고정 부재에 결합되고, 상기 질환 관련 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단 내의 타겟 엑소좀이 가지는 제2 분리마커와 특이적으로 결합하여 상기 타겟 엑소좀을 포획하는 제2 포획소재;를 포함한다.Exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention is a solid state fixing member; a first capture material that specifically binds to a first separation marker of a predetermined disease-related exosome among exosomes secreted from a plurality of cells to capture the disease-related exosome; a first reversible linker separably coupling the fixing member and the first capture material; And the first capture material is coupled to the non-bonded fixing member, and specifically binds to a second separation marker of the target exosome in the exosome subpopulation, which is a group of disease-related exosomes, to form the target exosome. and a second capture material to capture.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 제1 포획소재가 미결합된 상기 고정 부재와 상기 제2 포획소재를 분리 가능하게 결합시키는 제2 가역적 링커;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, a second reversible linker for separably coupling the fixing member to which the first capture material is not bound and the second capture material; may further include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 제1 가역적 링커, 및 상기 제2 가역적 링커 중 적어도 어느 하나는, 리간드; 상기 포획소재와 중합되어 중합체를 형성하며, 상기 리간드가 탈착 가능하게 부착되고, 상기 리간드와의 부착반응에 의해 구조가 변하는 바인더; 및 상기 고정 부재의 표면에 고정되고, 구조가 변한 상기 바인더와 특이적으로 결합하되, 상기 리간드가 상기 바인더에서 탈착될 때에 상기 바인더와 분리되는 인식소재;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, at least one of the first reversible linker and the second reversible linker is a ligand; a binder that is polymerized with the capture material to form a polymer, the ligand is detachably attached, and the structure is changed by an attachment reaction with the ligand; and a recognition material that is fixed to the surface of the fixing member and specifically binds to the binder whose structure is changed, and is separated from the binder when the ligand is detached from the binder.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 제1 가역적 링커, 및 상기 제2 가역적 링커 중 적어도 어느 하나는, 리간드; 상기 고정 부재의 표면에 고정되며, 상기 리간드가 탈착 가능하게 부착되고, 상기 리간드와의 부착반응에 의해 구조가 변하는 바인더; 및 상기 포획소재와 중합되어 중합체를 형성하고, 구조가 변한 상기 바인더와 특이적으로 결합하되, 상기 리간드가 상기 바인더에서 탈착될 때에 상기 바인더와 분리되는 인식소재;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, at least one of the first reversible linker and the second reversible linker is a ligand; a binder fixed to the surface of the fixing member, to which the ligand is detachably attached, and whose structure is changed by an attachment reaction with the ligand; and a recognition material that is polymerized with the capture material to form a polymer and specifically binds to the binder whose structure is changed, but is separated from the binder when the ligand is desorbed from the binder.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 리간드는, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 펩타이드, 비타민, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, the ligand is any selected from the group consisting of sugar molecules, ions, substrates, antigens, peptides, vitamins, growth factors, and hormones. It may include more than one.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 바인더는, 당 결합단백질, 이온 결합단백질, 효소, 항체, 앱타머, 세포 수용체, 및 나노 구조체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, the binder is selected from the group consisting of a sugar-binding protein, an ion-binding protein, an enzyme, an antibody, an aptamer, a cell receptor, and a nanostructure. It may include any one or more selected.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 인식소재는, 항체, 단백질 수용체, 세포 수용체, 앱타머, 효소, 나노입자, 나노 구조체, 및 중금속 킬레이터(chelator)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, the recognition material is an antibody, a protein receptor, a cell receptor, an aptamer, an enzyme, a nanoparticle, a nanostructure, and a heavy metal chelator ( chelator) may include any one or more selected from the group consisting of.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 제1 가역적 링커, 및 상기 제2 가역적 링커 중 적어도 어느 하나는, 상기 포획소재와 중합되어 중합체를 형성하는 리간드; 및 상기 고정 부재의 표면에 고정되고, 상기 리간드와 결합되되, 경쟁반응 리간드와의 경쟁반응에 의해 상기 리간드와 분리되는 바인더;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, at least one of the first reversible linker and the second reversible linker is a ligand that polymerizes with the capture material to form a polymer ; and a binder fixed to the surface of the fixing member, coupled to the ligand, and separated from the ligand by a competition reaction with the competing ligand.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 제1 가역적 링커, 및 상기 제2 가역적 링커 중 적어도 어느 하나는, 상기 고정 부재의 표면에 고정되는 리간드; 상기 포획소재와 중합되어 중합체를 형성하고, 상기 리간드와 결합되되, 경쟁반응 리간드와의 경쟁반응에 의해 상기 리간드와 분리되는 바인더;를 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, at least one of the first reversible linker and the second reversible linker may include a ligand fixed to the surface of the fixing member; It may include; a binder that is polymerized with the capture material to form a polymer, is bound to the ligand, and is separated from the ligand by a competitive reaction with the competing ligand.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 바인더는, 2가 금속이온, 아비딘 류, 당 결합단백질, 이온 결합단백질, 효소, 항체, 앱타머, 단백질 수용체, 세포 수용체, 및 나노 구조체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 리간드는, 히스택(His-tag, polyhistidine-tag), 비타민, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로 선택되는 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 경쟁반응 리간드는, 이미다졸(imidazole), 비타민, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, the binder is a divalent metal ion, avidin, sugar-binding protein, ion-binding protein, enzyme, antibody, aptamer, protein receptor , cell receptors, and any one or more selected from the group consisting of nanostructures, wherein the ligand is, His-tag (polyhistidine-tag), vitamins, sugar molecules, ions, substrates, antigens, amino acids, peptides , nucleic acids, growth factors, and any one or more selected from the group consisting of hormones, wherein the competitive ligand is imidazole, vitamins, sugar molecules, ions, substrates, antigens, amino acids, peptides, nucleic acids, It may include any one or more selected from the group consisting of growth factors, and hormones.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 고정 부재는, 하이드로 젤, 자성비드, 라텍스 비드, 글라스 비드, 나노금속 구조체, 세공성 멤브레인, 및 비세공성 멤브레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, the fixing member is a hydrogel, a magnetic bead, a latex bead, a glass bead, a nanometal structure, a porous membrane, and a non-porous membrane It may include any one or more selected from the group consisting of.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 내부에 상기 고정 부재를 수용하는 반응기;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, a reactor for accommodating the fixing member therein; may further include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 있어서, 상기 질환 관련 엑소좀 또는 상기 타겟 엑소좀과 결합된 상기 고정 부재는, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상에 의해 농축될 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention, the fixing member coupled to the disease-related exosome or the target exosome may be at least one of magnetic force, gravity, and centrifugal force. can be concentrated by

한편, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법은 (a) 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀 중 소정의 질환 관련 엑소좀이 가지는 제1 분리마커와 특이적으로 결합하는 제1 포획소재를, 제1 가역적 링커를 이용해, 고상(solid state)의 고정 부재에 결합시키는 단계; (b) 상기 엑소좀의 집단을 함유하는 샘플 용액과, 상기 고정 부재에 결합된 상기 제1 포획소재를 반응시켜, 상기 질환 관련 엑소좀을 포획함으로써, 상기 질환 관련 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단을 분리하는 단계; (c) 포획된 상기 질환 관련 엑소좀이 상기 고정 부재에서 분리되도록, 상기 제1 가역적 링커를 해리시켜, 상기 엑소좀 아집단을 회수하는 단계; (d) 상기 엑소좀 아집단 내의 타겟 엑소좀이 가지는 제2 분리마커와 특이적으로 결합하는 제2 포획소재를, 상기 고정 부재에 결합시키는 단계; 및 (e) 회수된 상기 엑소좀 아집단을 함유하는 엑소좀 아집단 용액과, 상기 고정 부재에 결합된 상기 제2 포획소재를 반응시켜, 상기 타겟 엑소좀을 포획함으로써, 상기 타겟 엑소좀의 집단인 엑소좀 차아집단을 분리하는 단계;를 포함한다.On the other hand, the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to an embodiment of the present invention is (a) a first separation marker specifically binding to a predetermined disease-related exosome among exosomes secreted from a plurality of cells. 1 binding the capture material to a fixing member in a solid state using a first reversible linker; (b) reacting the sample solution containing the population of exosomes with the first capture material bound to the fixing member to capture the disease-related exosomes, thereby forming the disease-related exosome population separating the population; (c) recovering the exosome subpopulation by dissociating the first reversible linker so that the captured disease-related exosomes are separated from the fixing member; (d) binding a second capture material that specifically binds to a second separation marker of the target exosome in the exosome subpopulation to the fixing member; And (e) by reacting the exosome subpopulation solution containing the recovered exosome subpopulation and the second capture material bound to the fixing member to capture the target exosome, the target exosome population Including; isolating the exosome subpopulation.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법에 있어서, 상기 (d) 단계는, 상기 제2 포획소재가 제2 가역적 링커에 의해 상기 고정 부재에 결합될 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to an embodiment of the present invention, in step (d), the second capture material may be coupled to the fixing member by a second reversible linker.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법에 있어서, 포획된 상기 타겟 엑소좀이 상기 고정 부재에서 분리되도록, 상기 제2 가역적 링커를 해리시켜, 상기 엑소좀 차아집단을 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to an embodiment of the present invention, the second reversible linker is dissociated so that the captured target exosome is separated from the fixing member to form the exosome subpopulation. The step of recovering; may further include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계와, 상기 (c) 단계 사이에, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 상기 질환 관련 엑소좀이 포획된 상기 고정 부재를 농축하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to an embodiment of the present invention, between the step (b) and the step (c), using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, the Concentrating the fixing member in which the disease-related exosomes are captured; may further include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법에 있어서, 상기 (e) 단계 이후에, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 상기 타겟 엑소좀이 포획된 상기 고정 부재를 농축하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to an embodiment of the present invention, after step (e), using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, the target exosome is captured Concentrating the fixing member; may further include.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary meaning, and the inventor may properly define the concept of the term to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.

본 발명에 따르면, 타겟 질환 연관성이 상대적으로 낮지만 질환 관련 엑소좀을 포함하는 포괄적인 상위 집단의 엑소좀 마커(1차 분리마커)에 대한 엑소좀 아집단 분리를 통해 타겟 질환과 연관성이 높은 특이 엑소좀을 차후 분리가 가능할 정도로 농축 및 회수할 수 있고, 1차 분리 용액 내 엑소좀 특이 마커 (2차 분리마커)에 대한 엑소좀 차아집단 분리를 통해 타겟 질환의 확산에 관여하는 바이오마커가 내포된 엑소좀을 농축된 형태의 액체생검 샘플로 제공할 수 있다.According to the present invention, although the target disease association is relatively low, the specificity with high association with the target disease is high through the separation of the exosome subgroup for the exosome marker (primary segregation marker) of a comprehensive upper group including disease-related exosomes. Exosomes can be concentrated and recovered to the extent that they can be separated later, and biomarkers involved in the spread of target diseases are contained through the separation of exosome subpopulations for exosome-specific markers (secondary separation markers) in the primary separation solution. The exosomes can be provided as a liquid biopsy sample in a concentrated form.

이렇게 아집단 형태로 분리 및 농축된 액체생검 샘플 내의 엑소좀을 용해시켜 용출된 바이오마커에 대한 분석을 통해, 암 질환, 퇴행성 질환, 심장질환, 감염질환 등 특정 질환의 조기진단 및 동반진단 시 진단 정확도를 현저히 증가시킬 수 있다. Through analysis of biomarkers eluted by dissolving exosomes in liquid biopsy samples separated and concentrated in the form of subgroups, early diagnosis and diagnosis of specific diseases such as cancer, degenerative disease, heart disease, and infectious disease It can significantly increase the accuracy.

도 1은 종래 액체생검 샘플을 이용한 바이오마커 분석 공정(좌)과 본 발명에 따라 제조된 액체생검 샘플을 이용한 바이오마커 분석 공정(우)을 비교한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 제1 가역적 링커 및 제2 가역적 링커를 다양한 실시예에 따라 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법의 순서도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법의 순서도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법의 순서도이다.
도 14 내지 도 17은 본 발명에 따른 엑소좀 아집단 분리효과를 검증하기 위하여 비표지 센서를 이용하여 엑소좀 표준샘플 및 면역친화 분리 후에 얻은 샘플 각각에 대해 CD9 및 Cav1 마커를 동시 측정한 실험결과로서, 도 12는 정상인 엑소좀 샘플 내 CD9 발현 농도를, 도 13은 정상인 엑소좀 샘플내 Cav1 발현 농도를, 도 14는 암세포 엑소좀 샘플 내 CD9 발현 농도를, 도 15는 암세포 엑소좀 샘플내 Cav1 발현 농도를 각각 나타낸다.
도 18은 CD63+ 엑소좀 아집단을 분석샘플로 이용한 순차적인 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단의 측정(도 14의 파란색 곡선) 시 타겟 엑소좀의 농축 및 분석 윈도우 축소에 따른 타겟팅 시너지 효과를 나타낸 모식도이다.
1 is a schematic diagram comparing a biomarker analysis process using a conventional liquid biopsy sample (left) and a biomarker analysis process using a liquid biopsy sample prepared according to the present invention (right).
Figure 2 is a configuration diagram schematically showing an exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 to 6 are schematic diagrams illustrating the first reversible linker and the second reversible linker shown in FIG. 2 according to various embodiments.
7 to 11 are flowcharts of a method for preparing a subpopulation exosome liquid biopsy sample according to an embodiment of the present invention.
12 is a flowchart of a method for preparing a liquid biopsy sample of exosome subpopulation according to another embodiment of the present invention.
13 is a flowchart of a method for preparing an exosome subpopulation liquid biopsy sample according to another embodiment of the present invention.
14 to 17 are experimental results of simultaneous measurement of CD9 and Cav1 markers for each of the exosome standard sample and the sample obtained after immunoaffinity separation using an unlabeled sensor in order to verify the effect of separating the exosome subgroup according to the present invention. As , FIG. 12 is a CD9 expression concentration in a normal exosome sample, FIG. 13 is a Cav1 expression concentration in a normal exosome sample, FIG. 14 is a CD9 expression concentration in a cancer cell exosome sample, FIG. 15 is Cav1 in a cancer cell exosome sample Expression concentrations are respectively indicated.
18 is a schematic diagram showing the targeting synergistic effect according to the concentration of the target exosome and the reduction of the analysis window when sequential CD63+/Cav1+ exosome subpopulation is measured (blue curve in FIG. 14) using the CD63+ exosome subgroup as an analysis sample. .

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings and preferred embodiments. In the present specification, in adding reference numbers to the components of each drawing, it should be noted that only the same components are given the same number as possible even though they are indicated on different drawings. Also, terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another, and the component is not limited by the terms. Hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of related known technologies that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래 액체생검 샘플을 이용한 바이오마커 분석 공정(좌)과 본 발명에 따라 제조된 액체생검 샘플을 이용한 바이오마커 분석 공정(우)을 비교한 모식도이다.1 is a schematic diagram comparing a biomarker analysis process using a conventional liquid biopsy sample (left) and a biomarker analysis process using a liquid biopsy sample prepared according to the present invention (right).

본 발명은 체액 내 엑소좀을 아집단 그리고 순차적으로 그 이상 연장하여 차아집단으로 분리하여 액체생검 샘플을 제조하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for preparing a liquid biopsy sample by separating exosomes in body fluid into subgroups and sequentially extending beyond them into subgroups.

특정 질환 발생 여부를 조기에 확인하는 진단 방법으로서, 혈액, 타액, 소변 등 체액을 추출하여 특정 질환 관련 세포로부터 방출된 엑소좀(exosome)에 대한 분석을 실시하는 '액체생검(liquid biopsy)' 이 있다. 체액에서 추출되는 엑소좀을 암 질환, 퇴행성 질환, 감염질환, 및 심장질환 등 특정 질환 진단의 새로운 바이오마커로 이용하는 기술이 최근 연구되고 있다. 다만, 체액에는 모든 세포에서 유래된 엑소좀이 혼합된 형태로 존재하기 때문에, 도 1의 좌측에 도시된 종래와 같이 단순히 체액에서 분리된 벌크 모집단(bulk population) 형태의 엑소좀 샘플로는 암과 같은 특정 질환을 정확하게 진단하는데 한계가 있다. 샘플로 제공되는 체액 전체에서 타겟 엑소좀에 함유된 특정 바이오마커 분자들을 찾는 것은 상당히 어렵다. 엑소좀 나노 소포체들을 바이오마커로서 이용할 수 있는지에 대한 가능성은 엑소좀 분리 시 고도로 선택된 마커들을 얼마나 농축시킬 수 있느냐에 달려있다. 농축되지 못할 경우, 타겟 엑소좀은 체액 내 총 단백질체/전사체 중 극히 일부분에 해당된다. 이와 같이 엑소좀에 따른 바이오마커 등 함유물 분류가 필요하기 때문에, 엑소좀 포함 체액 등 자원에서 진단 마커의 농축은 일반적으로 탐지하기 어려울 정도로 상대적으로 적게 발현되는 바이오마커를 찾는데 도움이 된다. 이에 타겟 엑소좀의 분리 및 농축 기술이 요구된다. 종래 엑소좀 분리 기술로는 초원심분리, 침전 분리, 크기배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography) 또는 미세유체공학(microfluidics)을 이용하여 분리하는 방법이 있지만, 이러한 종래 기술들은 여전히 체액에 존재하는 모든 엑소좀을 하나의 모집단 형태로 제공하기 때문에, 암과 같은 특정 세포에서 유래된 극미량의 타겟 엑소좀을 선택적으로 탐지하는데 한계가 있다. As a diagnostic method for early confirmation of the occurrence of a specific disease, 'liquid biopsy', which extracts body fluids such as blood, saliva, and urine, and analyzes exosomes released from specific disease-related cells have. A technique for using exosomes extracted from bodily fluids as new biomarkers for diagnosing specific diseases such as cancer, degenerative diseases, infectious diseases, and heart diseases has been recently studied. However, since exosomes derived from all cells exist in a mixed form in the body fluid, as in the prior art shown on the left of FIG. 1, exosome samples in the form of a bulk population simply separated from body fluids are There is a limit in accurately diagnosing a specific disease, such as It is quite difficult to find specific biomarker molecules contained in the target exosomes in the whole body fluid provided as a sample. The possibility of using exosome nanovesicles as biomarkers depends on how highly selected markers can be enriched in exosome isolation. If not concentrated, the target exosomes represent only a small fraction of the total proteomic/transcriptome in body fluid. As such, it is necessary to classify inclusions such as biomarkers according to exosomes, so the enrichment of diagnostic markers in resources such as body fluids containing exosomes helps to find biomarkers that are expressed relatively low enough to be difficult to detect in general. Accordingly, a technology for separating and enriching the target exosome is required. Conventional exosome separation technology includes a method of separation using ultracentrifugation, sedimentation separation, size exclusion chromatography, or microfluidics, but these prior techniques are still all exo present in body fluid. There is a limitation in selectively detecting a trace amount of a target exosome derived from a specific cell, such as cancer, because it provides a small amount in the form of a single population.

이에, 도 1의 우측과 같이, 본 발명은 엑소좀 표면에 암과 상관성이 높은 단백질 마커들, 예를 들면 흑색종 암의 경우 Caveolin 1(Cav1), 위암의 경우 HER-2/neu, 그리고 난소암의 경우 L1CAM이 존재하는 점에 착안하여, 특정 마커에 대한 면역친화 분리방법을 채용함으로써, 특정 질환 관련 엑소좀 아집단 그리고 순차적으로 그 이상 연장하여 차아집단을 분리하고자 한다. 즉, 타겟 질환 연관성이 상대적으로 낮지만 질환 관련 엑소좀을 포함하는 포괄적인 상위 집단의 엑소좀 마커(예를 들어, 흑색종 암의 경우 CD63)에 대한 엑소좀 아집단을 1차 분리하고, 1차 분리 용액 내 엑소좀 특이 마커(예를 들어, 흑색종 암의 경우 Cav1)에 대한 엑소좀 차아집단 분리를 통해 타겟 질환의 확산에 관여하는 바이오마커(예를 들어, 특정 miRNA)가 내포된 엑소좀을 농축된 형태의 액체생검 샘플로 제조할 수 있다.Accordingly, as shown on the right side of FIG. 1 , the present invention provides protein markers highly correlated with cancer on the surface of the exosome, for example, Caveolin 1 (Cav1) for melanoma cancer, HER-2/neu for gastric cancer, and ovarian cancer. In the case of cancer, paying attention to the presence of L1CAM, by adopting an immunoaffinity separation method for a specific marker, a specific disease-related exosome subgroup and a subpopulation by sequentially extending beyond it are to be separated. That is, the target disease association is relatively low, but the exosome subpopulation for the exosome marker (eg, CD63 for melanoma cancer) of a comprehensive supergroup that includes disease-related exosomes is first isolated, 1 Exosomes containing biomarkers (eg, specific miRNAs) involved in the spread of target diseases through exosome subpopulation isolation for exosome-specific markers (eg, Cav1 in case of melanoma cancer) in the tea isolation solution Mosses can be prepared as liquid biopsy samples in concentrated form.

엑소좀 프로파일링은 개별 환자에 대한 맞춤 정보를 제공할 수 있고 그리고 정확한 예후 혹은 차별화된 진단에 있어서 중대하다. 또한, 엑소좀 유래 바이오마커들의 변화는 단일 조건 이상에 대한 반응을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 체액 내 예를 들어, 혈장 엑소좀은 혈액세포 및 주변 조직 모두로부터의 다양한 세포 자원에 의해 분비된다. Exosome profiling can provide personalized information for an individual patient and is important for accurate prognosis or differentiated diagnosis. In addition, changes in exosome-derived biomarkers may indicate a response to more than a single condition, as well as exosomes in body fluids, for example, plasma exosomes are secreted by various cellular resources from both blood cells and surrounding tissues.

액체생검 시 체액 내 엑소좀 표면에는 다양한 단백질들이 엑소좀마다 이질적으로 분포되어 있는데, 특히 암 질환과 연관된 특정 표면단백질들은 발현 비율에 차이가 있기는 하지만 정상인의 엑소좀에서도 복합적으로 존재한다. Tetraspanins(CD9, CD63, CD81, CD82, CD151 등), histocompatibility complex (MHC) class-Ⅰ 및 class-Ⅱ 와 같은 cell type-specific molecules, adhesion molecules, HSP60, HSP70 등 표면 단백질의 종류 및 발현량은 모세포의 특징과 관련되어 증가하거나 감소할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 예를 들어, tetraspanin 계열의 엑소좀 표면 단백질인 CD63은 B cell 에서 유래된 엑소좀의 lysosomal membrane에 포함되어 있는 단백질로 흑색종 암을 포함한 몇 가지 암 질환 환자의 샘플에서 증가한다고 보고되었다. 또한, CD63은 같은 계열의 CD81과 CD9에 비해 모세포의 종류에 따라 발현 정도가 변화하는 것으로 나타나서, 이를 질환진단을 위한 최적의 엑소좀 마커로 이용하려는 연구도 보고되고 있다. 나아가, 엑소좀 표면단백질의 정확한 정량분석을 위해 모세포 특징과는 무관한 invariant housekeeping marker를 정량 시 표준화 용도로 활용할 수 있다. 이와 같은 표준화 목적으로는 tetraspanin 계열에서는 CD63 보다는 CD9가 더 적합할 것으로 예측된다. During a liquid biopsy, various proteins are heterogeneously distributed on the surface of exosomes in body fluids for each exosome. In particular, specific surface proteins associated with cancer disease exist complexly in exosomes of normal individuals although their expression ratios are different. Cell type-specific molecules such as Tetraspanins (CD9, CD63, CD81, CD82, CD151, etc.), histocompatibility complex (MHC) class-I and class-II, adhesion molecules, HSP60, HSP70, etc. It has been reported that it can increase or decrease in relation to the characteristics of For example, CD63, a tetraspanin-type exosome surface protein, is a protein contained in the lysosomal membrane of exosomes derived from B cells and is reported to be increased in samples of patients with several cancer diseases, including melanoma cancer. In addition, since the expression level of CD63 appears to change depending on the type of parental cell compared to CD81 and CD9 of the same family, studies to use it as an optimal exosome marker for disease diagnosis have also been reported. Furthermore, for accurate quantitative analysis of exosome surface proteins, invariant housekeeping markers independent of the characteristics of hair cells can be used for standardization purposes when quantifying. For this standardization purpose, it is predicted that CD9 is more suitable than CD63 in the tetraspanin family.

이와 같은 배경하에서, 엑소좀 표면 단백질을 기반으로 엑소좀 아집단으로의 면역친화 분리는 다음과 같은 장점을 제공할 수 있다. 첫째로, 밀도, 크기, 침전 등에 의거한 분리 방법들과 달리 항원-항체 부착반응을 이용하므로, 분리 후 용액에는 타겟 엑소좀 이외의 불순물의 내포가 최소화 된다. 상기한 바와 같이 진단 시 분석샘플에 불순물의 함량이 적을수록 비특이 반응 등 샘플 모체효과가 감소하므로 진단 민감도 및 특이도가 향상될 수 있다. 둘째로, 특정 질환과 연관된 엑소좀을 포함하지만 질환 연관성이 상대적으로 낮은 포괄적인 상위 집단의 엑소좀 마커에 대해 면역친화 분리를 실행하면, 분리된 아집단 내에 특정 질환 관련 엑소좀의 농도를 증가시킬 수 있다. 이와 같은 접근방법은 엑소좀 모집단 내 질환 관련 엑소좀의 농도가 초기에 체액 내에서 탐지하기 어려울 정도로 낮은 경우에 유용하다. 이 경우, 분리된 아집단을 진단 샘플로 이용하여 특정 질환 진단 시 그 민감도를 향상시킬 수 있다. Under this background, immunoaffinity separation into exosome subpopulations based on exosome surface proteins can provide the following advantages. First, unlike the separation methods based on density, size, precipitation, etc., since the antigen-antibody adhesion reaction is used, the inclusion of impurities other than the target exosome in the solution after separation is minimized. As described above, as the amount of impurities in the analyte sample during diagnosis decreases, the sample maternal effect such as a non-specific reaction decreases, so that the diagnostic sensitivity and specificity can be improved. Second, if immunoaffinity separation is performed on exosome markers of a comprehensive supergroup that includes exosomes associated with a specific disease but has relatively low disease association, the concentration of specific disease-related exosomes in the isolated subpopulation may be increased. can Such an approach is useful when the concentration of disease-related exosomes in the exosome population is initially low enough to be difficult to detect in body fluids. In this case, the sensitivity can be improved when diagnosing a specific disease by using the isolated subpopulation as a diagnostic sample.

나아가, 암 질환 등 특정 질환과 연관된 특이 엑소좀 표면 단백질을 매개로 상기한 엑소좀 아집단의 분리가 추가로 가능할 경우, 특이 엑소좀에 함유된 고농도의 특정 질환 마커, 예를 들어 mRNA 및 miRNA 등이 포함된 엑소좀 차아집단을 진단 샘플로 제공할 수 있게 된다. 특히, 암세포에서 방출된 엑소좀에는 암 전이 전단계에서 혈관신생 등 국지적 환경 조성 및 전이단계에서 실행 역할을 하는 여러 종류의 RNA가 내포된 것으로 알려져 있는데, 이와 같은 바이오마커가 특정 엑소좀에 탑재된 것으로 보고되고 있다. Furthermore, if the isolation of the exosome subgroup is further possible through the specific exosome surface protein associated with a specific disease such as cancer, a high concentration of a specific disease marker contained in the specific exosome, for example, mRNA and miRNA, etc. This included exosome subpopulation can be provided as a diagnostic sample. In particular, it is known that exosomes released from cancer cells contain various types of RNAs that play a role in local environmental composition such as angiogenesis in the pre-cancer metastasis stage and execution roles in the metastasis stage. is being reported

실제로, 증가된 수의 엑소좀 유래 단백질이 암 질환 뿐만 아니라 간염, 간, 신장, 및 퇴행성 질환 등 다양한 질환에 대한 잠재적인 바이오마커로 확인되고 있다. 엑소좀 단백질들이 특정 질환과 관련 있는 것으로 보고되고 있고, 따라서 향후 제품개발 시 진단 혹은 분리 타겟으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 혈장 내 만성 C형 간염과 연관된 엑소좀 단백질 마커로서 CD81 이 있고, 흑색종 암과 연관된 마커로서 CD63, caveolin-1, TYRP2, VLA-4, HSP70, 및 HSP90 이 있고, 전립선암과 연관된 마커로서 survivin 이 있고, 난소암과 연관된 마커로서 L1CAM, CD24, ADAM10, EMMPRIN, 및 claudin 이 있다. 또한, 소변 내 급성 신장손상과 연관된 엑소좀 단백질 마커로서 Fetuin-A 및 ATF 3 이 있고, 간 손상과 연관된 마커로서 CD26, CD81, S1c3A1, 및 CD10 이 있고, 방광암과 연관된 마커로서 EGF, resistin, 및 retinoic acid-induced protein 3 이 있고 전립선암과 연관된 마커로서 PSA 및 PCA3 이 있다. 나아가, 뇌 조직 내 알츠하이머와 연관된 엑소좀 펩타이드 마커로서 amyloid peptides 그리고 뇌척수액 내 알츠하이머와 연관된 마커로서 Tau phosphorylated Thr181 이 있다.In fact, an increased number of exosome-derived proteins have been identified as potential biomarkers for various diseases such as hepatitis, liver, kidney, and degenerative diseases as well as cancer diseases. Exosome proteins are reported to be related to specific diseases, and thus can be used as diagnostic or isolation targets in future product development. For example, there is CD81 as an exosomal protein marker associated with chronic hepatitis C in plasma, and CD63, caveolin-1, TYRP2, VLA-4, HSP70, and HSP90 as markers associated with melanoma cancer, prostate cancer and There is survivin as an associated marker, and L1CAM, CD24, ADAM10, EMMPRIN, and claudin as markers associated with ovarian cancer. In addition, there are Fetuin-A and ATF 3 as exosomal protein markers associated with acute kidney injury in urine, CD26, CD81, S1c3A1, and CD10 as markers associated with liver injury, EGF, resistin, and EGF as markers associated with bladder cancer. retinoic acid-induced protein 3 and PSA and PCA3 as markers associated with prostate cancer. Furthermore, there are amyloid peptides as exosome peptide markers associated with Alzheimer's in brain tissue and Tau phosphorylated Thr181 as markers associated with Alzheimer's in cerebrospinal fluid.

골격 막 단백질의 일종인 tetraspanins는 엑소좀에 매우 풍부하게 존재한다. 예를 들어, 혈장 CD63+ 엑소좀은 건강인 대조군과 비교하여 흑색종 암 환자군에서 현저히 증가한다. Tetraspanin 계열의 다른 엑소좀 마커인 CD81은 C형 간염 바이러스 부착 그리고/혹은 세포 내로의 유입 시 결정적인 역할을 한다. 부가하여, 혈청 엑소좀 함유 CD81의 농도는 만성 C형 간염 환자에서 상승하고, 염증 및 섬유증 (fibrosis) 악화와도 연관되어 있다. 이로부터, 엑소좀 함유 CD81은 C형 간염 진단 및 치료 반응에 잠재적인 마커가 될 수 있음을 시사한다. 더욱이, 많은 엑소좀 함유 단백질 바이오마커들이 중추신경계 질환의 진단에 잠재적으로 유용한 것으로 보고되고 있다. EGFRvIII(glioblastoma-specific epidermal growth factor receptor vIII)는 신경교아세포종(glioblastoma) 환자의 혈청 엑소좀에서 발견되었는데, 이것은 신경교아세포종의 진단학적 탐지에 유용할 수 있다. 또한, 엑소좀 함유 아밀로이드 펩타이드는 알츠하이머 질환자의 뇌 플라그에 축적되는 것으로 보고되었다. Thr-181에 인산화된 Tau 단백질은 알츠하이머 질환의 잘 정립된 바이오마커인데, 온순한 증세의 알츠하이머 환자의 뇌척수액 표본으로부터 분리된 엑소좀에서 증가된 농도로 존재한다. 이와 같은 발견으로부터 알츠하이머의 조기진단에 엑소좀의 잠재적 가치가 부각되고 있다. 현재, 초기 알츠하이머 질환을 확인할 수 있는 진단 시험방법이 없는 상태이다.Tetraspanins, a type of skeletal membrane protein, are abundantly present in exosomes. For example, plasma CD63+ exosomes are significantly increased in melanoma cancer patients compared to healthy controls. Another exosome marker of the Tetraspanin family, CD81, plays a crucial role in hepatitis C virus adhesion and/or entry into cells. In addition, the concentration of serum exosome-containing CD81 is elevated in chronic hepatitis C patients and is also associated with exacerbation of inflammation and fibrosis. This suggests that exosome-containing CD81 could be a potential marker for hepatitis C diagnosis and therapeutic response. Moreover, many exosome-containing protein biomarkers are reported to be potentially useful for the diagnosis of central nervous system diseases. EGFRvIII (glioblastoma-specific epidermal growth factor receptor vIII) was found in serum exosomes from glioblastoma patients, which may be useful for the diagnostic detection of glioblastoma. In addition, it has been reported that exosome-containing amyloid peptides accumulate in brain plaques of Alzheimer's disease patients. Tau protein phosphorylated at Thr-181 is a well-established biomarker of Alzheimer's disease, and it is present in elevated concentrations in exosomes isolated from cerebrospinal fluid samples from mild Alzheimer's patients. From these findings, the potential value of exosomes for the early diagnosis of Alzheimer's is being highlighted. Currently, there is no diagnostic test method that can confirm early Alzheimer's disease.

또한, 비침습 수단으로 얻을 수 있는 소변 엑소좀 내 함유 단백질들이 진단에 있어서 어떤 잠재적 유용성이 있는지 특히 요로 질환에 대해 탐구되고 있다. 예를 들어, 뇨 엑소좀 함유 fetuin-A는 정상인과 비교하여 중환자실의 급성 신장손상 환자에서 증가한다. ATF3는 또한 만성 신장질환자 혹은 정상인과 비교하여 급성 신장손상 환자로부터 분리된 엑소좀에서 단지 발견된다. 나아가, 뇨 엑소좀 단백질들은 방광암 및 전립선암에 대한 잠재적인 바이오마커로의 이용에도 연구되고 있다. 연구결과에 따르면, 두 종류의 전립선암 바이오마커인 PCA-3와 PSA가 전립선암 환자의 뇨에서 분리된 엑소좀에 존재한다. 전체적으로, 다른 체액에서 확인된 엑소좀 함유 단백질들은 향후 진단용 분석시스템 개발 시 타겟 플랫폼으로 이용될 전망이다.In addition, the potential usefulness of proteins contained in urine exosomes that can be obtained by non-invasive means in diagnosis is being explored, particularly for urinary tract diseases. For example, urinary exosome-containing fetuin-A is increased in patients with acute kidney injury in the intensive care unit compared with normal subjects. ATF3 is also found only in exosomes isolated from patients with chronic kidney disease or acute kidney injury compared to normal individuals. Furthermore, urinary exosome proteins are being studied for use as potential biomarkers for bladder and prostate cancer. According to the research results, two types of prostate cancer biomarkers, PCA-3 and PSA, are present in exosomes isolated from the urine of prostate cancer patients. Overall, exosome-containing proteins identified in other bodily fluids are expected to be used as target platforms in the future development of diagnostic analysis systems.

그 외에, 엑소좀 표면에 암과 상관성이 높은 단백질 마커들, 예를 들어 흑색종 암의 경우 Caveolin 1(Cav1), 위암의 경우 HER-2/neu, 그리고 난소암의 경우 L1CAM 등이 존재하는 것으로 보고되어 있다. 그러나 이와 같은 특정 엑소좀은 특히 조기진단용 샘플 내에는 그 함유 비율이 매우 낮기 때문에, 이를 선택적으로 분리하기 위해서는 상기한 바와 같은 순차적 반복 분리공정의 도입이 불가피하다. In addition, protein markers highly correlated with cancer on the exosome surface, for example, Caveolin 1 (Cav1) for melanoma cancer, HER-2/neu for gastric cancer, and L1CAM for ovarian cancer, are present. has been reported However, since the content of this specific exosome is very low, especially in the sample for early diagnosis, the introduction of the sequential and repeated separation process as described above is inevitable in order to selectively isolate it.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram schematically showing an exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치는 고상(solid state)의 고정 부재(10), 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀(1) 중 소정의 질환 관련 엑소좀(1a)이 가지는 제1 분리마커(m1)와 특이적으로 결합하여 질환 관련 엑소좀(1a)을 포획하는 제1 포획소재(20), 고정 부재(10)와 제1 포획소재(20)를 분리 가능하게 결합시키는 제1 가역적 링커(30), 및 제1 포획소재(20)가 미결합된 상기 고정 부재(10)에 결합되고, 질환 관련 엑소좀(1a)의 집단인 엑소좀 아집단(S) 내의 타겟 엑소좀(1b)이 가지는 제2 분리마커(m2)와 특이적으로 결합하여 타겟 엑소좀(1b)을 포획하는 제2 포획소재(40)를 포함한다. As shown in Figure 2, the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention is a fixed member (10) of a solid state, exosomes secreted from a plurality of cells (1) The first capture material 20, the fixing member 10, and the first capture material that specifically binds to the first separation marker (m1) of the disease-related exosome (1a) and captures the disease-related exosome (1a) The first reversible linker 30 that separably binds the material 20, and the first capture material 20 are coupled to the unbound fixing member 10, and is a group of disease-related exosomes 1a. It includes a second capture material 40 that specifically binds to the second separation marker (m2) of the target exosome (1b) in the exosome subgroup (S) to capture the target exosome (1b).

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치는, 고정 부재(10), 제1 포획소재(20), 제1 가역적 링커(30), 및 제2 포획소재(40)를 포함한다. 또한, 제2 포획소재(40)를 고정 부재(10)에 결합하기 위한 수단으로서, 제2 가역적 링커(50)를 더 포함할 수 있다.Specifically, the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a fixing member 10, a first capture material 20, a first reversible linker 30, and a second capture material 40 ) is included. In addition, as a means for coupling the second capture material 40 to the fixing member 10 , a second reversible linker 50 may be further included.

고정 부재(10)는 고상(solid state)의 부재로서, 그 표면에 제1 가역적 링커(30), 제2 포획소재(40) 및 제2 가역적 링커(50)가 선택적으로 결합 고정될 수 있다. 하나의 고정 부재(10) 상에 제1 가역적 링커(30)가 결합 고정되었다가 분리되고 이후에 제2 포획소재(40) 또는 제2 가역적 링커(50)가 결합 고정될 수 있다. 또한, 제1 가역적 링커(30)가 고정되는 고정 부재(10)와, 제2 포획소재(40) 또는 제2 가역적 링커(50)가 고정되는 고정 부재(10)가 서로 다를 수 있다. 이러한 고정 부재(10)는 하이드로 젤, 자성비드, 라텍스 비드, 글라스 비드, 나노금속 구조체, 세공성 멤브레인, 및 비세공성 멤브레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 고정 부재(10)가 반드시 상기에 한정되는 것은 아니고, 제1 가역적 링커(30), 제2 포획소재(40) 또는 제2 가역적 링커(50) 각각과 결합될 수 있는 소재이면 특별한 제한이 없다.The fixing member 10 is a member in a solid state, and the first reversible linker 30 , the second capture material 40 and the second reversible linker 50 may be selectively coupled and fixed to the surface thereof. The first reversible linker 30 may be bonded and fixed on one fixing member 10 and then separated, and then the second capture material 40 or the second reversible linker 50 may be bonded and fixed. In addition, the fixing member 10 to which the first reversible linker 30 is fixed and the fixing member 10 to which the second capture material 40 or the second reversible linker 50 is fixed may be different from each other. The fixing member 10 may include any one or more selected from the group consisting of a hydrogel, a magnetic bead, a latex bead, a glass bead, a nanometal structure, a porous membrane, and a non-porous membrane. However, the fixing member 10 is not necessarily limited to the above, and if it is a material that can be combined with each of the first reversible linker 30 , the second capture material 40 or the second reversible linker 50 , there is a special limitation. none.

제1 포획소재(20) 및 제2 포획소재(40)는 소정의 엑소좀(1)을 선택적으로 포획하는 소재이다. 제1 포획소재(20) 및 제2 포획소재(40)는 엑소좀(1)이 가지는 분리마커(m)와 특이적으로 결합함으로써, 엑소좀(1)을 포획한다. 여기서, 분리마커(m)는 특정 질환 발생 시에 정상인과 비교하여 체액 내에 상대적으로 증가하는 성분으로서, 엑소좀(1)의 표면에 존재하는 단백질, 핵산, 지질성분, 당 성분, 펩타이드, 및 그 외의 생화학 성분 등을 포함할 수 있다. 이러한 분리마커(m)는 항원-항체 반응 등과 같은 면역화학적 상호작용을 통해 제1 포획소재(20), 및 제2 포획소재(40)에 특이적으로 결합될 수 있다. 제1 포획소재(20), 및 제2 포획소재(40)는 엑소좀(1)의 표면 단백질 등과 항원-항체 반응하는 소정의 항체일 수 있다.The first capture material 20 and the second capture material 40 are materials for selectively capturing a predetermined exosome (1). The first capture material 20 and the second capture material 40 capture the exosome 1 by specifically binding to the separation marker m of the exosome 1 . Here, the separation marker (m) is a component that is relatively increased in the body fluid compared to a normal person when a specific disease occurs, and is a protein, nucleic acid, lipid component, sugar component, peptide, and its present on the surface of the exosome (1). Other biochemical components may be included. These separation markers (m) may be specifically bound to the first capture material 20 and the second capture material 40 through an immunochemical interaction such as an antigen-antibody reaction or the like. The first capture material 20 and the second capture material 40 may be a predetermined antibody that reacts with the surface protein of the exosome 1 and the like antigen-antibody.

분리마커(m) 중 제1 포획소재(20)와 특이적으로 결합하는 제1 분리마커(m1)는 소정의 질환 관련 엑소좀(1a) 표면에 존재한다. 따라서, 다수의 세포로부터 분리된 엑소좀(1)의 집단인 벌크 엑소좀 모집단(B)에서부터, 제1 분리마커(m1)를 갖는 질환 관련 엑소좀(1a)은 제1 포획소재(20)에 포획됨으로써 분리될 수 있다. 여기서, 분리된 질환 관련 엑소좀(1a)의 집단이 엑소좀 아집단(S)이 된다. 이렇게 생성된 엑소좀 아집단(S) 내의 질환 관련 엑소좀(1a) 중 제2 분리마커(m2)를 갖는 타겟 엑소좀(1b)이 제2 분리마커(m2)와 특이적으로 반응함으로써 이에 포획되어, 엑소좀 아집단(S) 내에서 엑소좀 차아집단(SA)이 분리된다. 엑소좀(1) 상의 제1 분리마커(m1)는 제2 분리마커(m2)와 비교하여, 특정 질환 진단에 이용 시 상대적으로 낮은 정확도를 나타내나, 체액 내에 상대적으로 높은 농도로 존재하며, 엑소좀(1) 집단의 마커에 따른 양적 체계 분류 시 상위에 위치하여 더 포괄적인 특성을 지닌다.Among the separation markers (m), the first separation marker (m1) that specifically binds to the first capture material (20) is present on the surface of a predetermined disease-related exosome (1a). Therefore, from the bulk exosome population (B), which is a population of exosomes (1) isolated from a plurality of cells, the disease-related exosomes (1a) having the first separation marker (m1) are transferred to the first capture material (20). It can be separated by being captured. Here, the isolated group of disease-related exosomes (1a) becomes the exosome subgroup (S). The target exosome (1b) having the second separation marker (m2) among the disease-related exosomes (1a) in the exosome subpopulation (S) generated in this way specifically reacts with the second separation marker (m2) to capture it Thus, the exosome subpopulation (SA) is separated within the exosome subgroup (S). The first separation marker (m1) on the exosome (1) exhibits relatively low accuracy when used for diagnosing a specific disease compared to the second separation marker (m2), but is present in a relatively high concentration in the body fluid, exo It has more comprehensive characteristics as it is located higher in quantitative system classification according to group markers (1).

본 발명은 진단 샘플에서 특정 암 질환 등에 특이한 바이오마커가 포함된 엑소좀 아집단(subpopulation, S)을 선택적으로 분리하여 진단 지표의 민감도를 증가시키는 기술을 제공한다. 여기서 분리하고자 하는 엑소좀 아집단(S)은 체액에 존재하는 모든 엑소좀(1)을 포함하는 벌크 아집단 모집단(bulk population, B)의 일부이며 또한 분석 타겟 바이오마커를 포함한다. 본 발명에서는, 체액 내 농도가 낮을 것으로 예측되는 질환 특이 마커를 포함하는 상위 엑소좀 표면 단백질 마커(제1 분리마커) 양성 엑소좀 아집단(S)을 1차 분리, 농축, 및 회수한 후, 순차적으로 질환 특이 마커(제2 분리마커)에 대해 2차 분리 및 농축하여 엑소좀 차아집단(SA)을 회수할 수 있다. 여기서, 다른 엑소좀 표면 단백질 마커에 대해 순차적으로 수행할 수 있는 분리, 농축, 및 회수 공정의 반복 횟수는 목적에 따라 2회 혹은 그 이상 연장될 수 있다. 차아집단 형태로 분리 및 농축된 엑소좀에 함유된 특정 질환 진단용 바이오마커는 특정 질환 발생 시 정상인과 비교하여 체액 내에 상대적으로 증가하는 성분으로, 세포 내에서 엑소좀 생합성 시 관여하거나, 세포로부터 엑소좀 방출단계에 관여하거나, 혹은 수용 세포에 의한 엑소좀 수용에 관여하는 단백질, mRNAs, tRNAs, miRNAs, long non-coding RNAs, DNAs, 지질성분, 당 성분, 펩타이드, 및 그 외 생화학 성분을 포함할 수 있다.The present invention provides a technique for increasing the sensitivity of a diagnostic index by selectively separating an exosome subpopulation (S) containing a biomarker specific for a specific cancer disease or the like from a diagnostic sample. Here, the exosome subpopulation (S) to be isolated is a part of the bulk subpopulation (B) including all exosomes (1) present in the body fluid, and also includes the analysis target biomarker. In the present invention, after the primary separation, concentration, and recovery of the upper exosome surface protein marker (first separation marker) positive exosome subpopulation (S) containing the disease-specific marker predicted to have a low concentration in the body fluid, Sequentially, it is possible to recover the exosome subpopulation (SA) by secondary separation and concentration for the disease-specific marker (second separation marker). Here, the number of repetitions of the separation, concentration, and recovery processes that can be sequentially performed for other exosome surface protein markers can be extended to two or more times depending on the purpose. Biomarkers for diagnosis of specific diseases contained in exosomes isolated and concentrated in the form of subpopulations are components that increase relatively in body fluids compared to normal people when a specific disease occurs, and are involved in the biosynthesis of exosomes in cells, or exosomes from cells. Proteins, mRNAs, tRNAs, miRNAs, long non-coding RNAs, DNAs, lipid components, sugar components, peptides, and other biochemical components involved in the release step or in exosome reception by recipient cells. have.

체액 내 엑소좀을 이용한 액체생검 시, 단순히 농축한 벌크 모집단 형태의 엑소좀 샘플에서 검사대상 질병에 선택적으로 분리된 엑소좀(disease-relevant exosome) 샘플 사용으로의 전환은 진단 정확도를 향상시킬 수 있다. 멜라닌 생성세포에서 발생하는 피부암인 흑색종 암의 경우, 엑소좀의 표면 단백질인 Caveolin 1(Cav1)은 정상인에 비해 흑색종 암 환자의 혈액에서 현저하게 증가하여서 Cav1 양성(Cav1+) 엑소좀 기반의 진단 민감도는 68%로 다른 흑색종 암 마커인 CD63 기반 진단 진단민감도인 43%보다 상대적으로 높다. 이러한 액체생검의 성능 향상을 통해 임상에 이용하기 위해서는 Cav1+ 엑소좀과 같은 타켓 엑소좀의 선택적인 분리 및 농축이 필요하지만, 체액 내 전체 엑소좀 중 그 비율이 매우 낮기 때문에 기존에 알려진 일반적인 공정으로는 실현하기 어렵다. When performing a liquid biopsy using exosomes in body fluids, the conversion from simply concentrated exosome samples in the form of bulk populations to the use of disease-relevant exosome samples selectively isolated for the disease to be tested can improve diagnostic accuracy. . In the case of melanoma cancer, which is a skin cancer that occurs in melanocytes, Caveolin 1 (Cav1), a surface protein of exosomes, is significantly increased in the blood of melanoma cancer patients compared to normal people, so Cav1-positive (Cav1+) exosome-based diagnosis The sensitivity was 68%, which is relatively higher than the 43% sensitivity of CD63-based diagnostic diagnostics, which is another melanoma cancer marker. Selective separation and concentration of target exosomes such as Cav1+ exosomes are required for clinical use through improved performance of liquid biopsy. However, since the ratio of the total exosomes in the body fluid is very low, conventional known general processes difficult to realize

따라서, 본 발명은 체액 내 엑소좀을 선택적으로 분리하여 일례로서, Cav1+ 엑소좀을 함유한 아집단 내지는 차아집단을 획득하고, 이를 검사 샘플로 이용하여 흑색종 암 진단 정확도 및 민감도를 증가시키는 방법으로 활용하고자 한다. 엑소좀 분리 시 그 수율과 재현성을 고려하여 Cav1+ 엑소좀을 우선 분리대상으로 타겟팅하지 않고 암 발생과 연관성 있는 그 상위 엑소좀 집단을 1차 분리대상으로 삼았다. 예를 들어, 다른 표면 단백질과 비교하여 일반적인 엑소좀에 많이 존재하는 house-keeping protein인 CD63 단백질은 흑색종 암을 포함한 몇 가지 암 발생 시에 엑소좀 표면에 증가되어 발현되므로, 이 표면 단백질을 제1 분리마커(m1)로 이용하여, CD63+ 엑소좀 아집단(S)을 분리하고, Cav1 을 제2 분리마커(m2)로 이용하여 CD63+ 엑소좀 아집단(S)으로부터 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단(SA)을 분리할 수 있다.Therefore, the present invention is a method of selectively separating exosomes in body fluids, as an example, obtaining a subgroup or subpopulation containing Cav1+ exosomes, and using this as a test sample to increase the accuracy and sensitivity of melanoma cancer diagnosis. want to use In consideration of the yield and reproducibility of exosome isolation, Cav1+ exosomes were not first targeted as an isolation target, but the upper exosome population associated with cancer was used as the primary isolation target. For example, compared to other surface proteins, CD63 protein, a house-keeping protein, which is abundant in common exosomes, is increased and expressed on the surface of exosomes during the occurrence of several cancers including melanoma cancer, so this surface protein is not recommended. 1 Using the isolation marker (m1), the CD63+ exosome subpopulation (S) was isolated, and using Cav1 as the second isolation marker (m2), the CD63+/Cav1+ exosome subpopulation from the CD63+ exosome subpopulation (S) was used. (SA) can be isolated.

한편, 제1 포획소재(20)는 제1 가역적 링커(30)를 매개로 고정 부재(10)에 고정되었다가 분리될 수 있다. 제2 포획소재(40)는 직접 고정 부재(10)에 분리 없이 결합 고정되거나, 또는 제2 가역적 링커(50)의 도입에 의해 고정 부재(10)에 고정되었다가 분리될 수 있다.Meanwhile, the first capture material 20 may be fixed to the fixing member 10 via the first reversible linker 30 and then separated. The second capture material 40 may be directly coupled and fixed to the fixing member 10 without separation, or may be fixed and then separated from the fixing member 10 by introducing the second reversible linker 50 .

가역적 링커 중 어느 하나인 제1 가역적 링커(30)는 제1 포획소재(20)를 고정 부재(10)에 분리 가능하게 결합시키고, 다른 하나의 제2 가역적 링커(50)는 제2 포획소재(40)를 고정 부재(10)에 분리 가능하게 결합시킨다. 여기서, 제2 포획소재(40)가 고정되는 고정 부재(10)에는 제1 포획소재(20)가 결합되지 않는다. 즉, 제1 포획소재(20)가 미결합된 고정 부재(10) 상에 제2 가역적 링커(50)를 통해 제2 포획소재(40)가 고정된다. 이러한 제1 가역적 링커(30)와 제2 가역적 링커(50)는 서로 동일한 소재 및 구조로 이루어지거나, 또는 서로 다르게 구현될 수 있는데, 구체적인 소재 및 구조에 대해서는 후술한다.The first reversible linker 30, which is any one of the reversible linkers, separably binds the first capture material 20 to the fixing member 10, and the other second reversible linker 50 is a second capture material ( 40) is detachably coupled to the fixing member 10 . Here, the first capturing material 20 is not coupled to the fixing member 10 to which the second capturing material 40 is fixed. That is, the second capture material 40 is fixed on the fixing member 10 to which the first capture material 20 is not coupled through the second reversible linker 50 . The first reversible linker 30 and the second reversible linker 50 may be made of the same material and structure, or may be implemented differently, and the specific material and structure will be described later.

현존하는 엑소좀 표면 단백질에 대한 면역분리 기술로는, 분리 후 엑소좀 회수 시 산성 pH 등 가혹조건의 사용으로 엑소좀의 원형 보존이 어려울 뿐만 아니라 그 회수율도 낮다. 따라서 2회 이상 순차적인 면역분리를 위해, 현존하는 크로마토그패피, 자성분리, FACS, microfluidic separation 등 기존 기술을 그대로 사용하기 어렵다. 실제로, 표면 단백질 기반 단순한 분리방법 이외에 입자 크기 및 밀도에 기반하여 분획하는 등 아직 초보 단계에 불과한 실정이고, 연속적인 면역친화 분리공정 등을 통한 엑소좀 차아집단 분리에 관한 사항은 아직 보고되고 있지 않다.With the existing immunoseparation technology for exosome surface proteins, it is difficult to preserve the original form of exosomes due to the use of severe conditions such as acidic pH when recovering exosomes after separation, as well as low recovery rates. Therefore, it is difficult to use existing technologies such as chromatography, magnetic separation, FACS, and microfluidic separation for sequential immunoisolation two or more times. In fact, in addition to a simple separation method based on surface protein, fractionation based on particle size and density is still only in a rudimentary stage, and details on the separation of exosome subpopulations through a continuous immunoaffinity separation process have not been reported yet. .

온화한 조건 하에서의 엑소좀 면역친화 분리는 리간드-바인더 부착반응 기반 가역적 링커를 이용하면 가능하다. 가역적 링커는 초기에 특정 엑소좀(1) 포획소재(항체)를 고정 부재(10) 상에 고정화시키는 역할을 하지만, 샘플 내 엑소좀(1)을 고정 부재(10)에 포획한 후에는 반응조건 변화를 통해 해리되어 포획된 엑소좀(1)을 회수할 수 있게 한다. 예를 들어, 친수성 및 소수성 결합을 통한 당-당 수용체 결합반응, 이온 간 혹은 이온-이온 수용체 결합반응, 기질-효소 반응, 항원-항체 반응, 핵산접합 반응, 호르몬-세포 수용체 반응, 및 리간드-나노 구조체 반응 외에 특히 폴리히스티딘택(polyhistidine-tag), 비오틴-아비딘(biotin-avidin) 반응, 및 킬레이터(chelator)를 이용한 부착반응 등이 가역적 링커로 이용될 수 있다. 이와 같은 부착반응들은 결합 후 바인더 구조변화 혹은 바인더에 대한 경쟁반응 등 링커의 바인더-리간드 간 친화력 조절을 통해 해리가 가능하다. 따라서, 가역적 링커를 이용하면 산성 pH와 같은 가혹조건을 사용하지 않고 샘플 내 엑소좀(1)을 면역학적으로 포획 후 온화한 조건 하에서 타겟 엑소좀(1b)의 분리 및 회수가 가능하게 된다. Exosome immunoaffinity separation under mild conditions is possible using a reversible linker based on ligand-binder adhesion reaction. The reversible linker initially serves to immobilize a specific exosome (1) capture material (antibody) on the fixing member 10, but after capturing the exosome (1) in the sample to the fixing member 10, reaction conditions It is possible to recover the dissociated and captured exosomes (1) through the change. For example, sugar-sugar receptor binding reaction through hydrophilic and hydrophobic bonding, interion or ion-ion receptor binding reaction, matrix-enzyme reaction, antigen-antibody reaction, nucleic acid conjugation reaction, hormone-cell receptor reaction, and ligand- In addition to the nanostructure reaction, in particular, polyhistidine-tag, biotin-avidin reaction, and attachment reaction using a chelator may be used as a reversible linker. Such attachment reactions can be dissociated by adjusting the binder-ligand affinity of the linker, such as a change in the structure of the binder after binding or a competition reaction for the binder. Therefore, the use of a reversible linker enables the isolation and recovery of the target exosome 1b under mild conditions after immunological capture of the exosome 1 in the sample without using harsh conditions such as acidic pH.

또한, 상기한 부착반응 기반 가역적 링커를 이용한 면역친화 분리공정으로, 밀도, 크기, 용해도, 막 투과성, 분자 구조, 및 자성 등 물리적, 생물학적, 그리고 화학적 특성을 이용하여 분리 및 회수를 가능하게 하는 모든 공정이 사용될 수 있다. 특히, 크로마토그래피 혹은 자성분리 등 각별히 고안된 면역친화 분리 공정을 이용하면, 링커 내 바인더-리간드 간 친화력 조절을 통해 체액 내 미량의 엑소좀을 분리하고 회수하는 것이 가능하다. 예를 들어, 리간드 부착 시 유발되는 링커 내 바인더의 구조변화를 인식하는 인식소재의‘스위치 성 부착반응’을 이용하면 단지 리간드 유무에 따라 면역분리 공정을 통해 엑소좀의 분리 및 회수가 가능하다(도 3 내지 도 4 참조). 또한, 면역분리 시 리간드-바인더 반응에서 바인더에 대해 리간드와 경쟁 반응하는 리간드 유사 구조체를 이용한 경쟁 부착반응 방법을 도입하면 경쟁 부착반응 유무에 따라 엑소좀의 분리 및 회수가 가능하다(도 5 내지 도 6 참조). In addition, it is an immunoaffinity separation process using the above-described attachment reaction-based reversible linker, which enables separation and recovery using physical, biological, and chemical properties such as density, size, solubility, membrane permeability, molecular structure, and magnetism. process can be used. In particular, using a specially designed immunoaffinity separation process such as chromatography or magnetic separation, it is possible to separate and recover a trace amount of exosomes in body fluids by controlling the affinity between the binder-ligand in the linker. For example, by using the 'switched attachment reaction' of a recognition material that recognizes the structural change of the binder in the linker induced during ligand attachment, it is possible to isolate and recover exosomes through the immunoseparation process only depending on the presence or absence of ligand ( 3 to 4). In addition, by introducing a competitive attachment reaction method using a ligand-like structure that competes with a ligand for a binder in a ligand-binder reaction during immunoseparation, it is possible to separate and recover exosomes depending on the presence or absence of a competitive attachment reaction (FIGS. 6).

이와 같은 면역분리 공정을 이용하면 엑소좀 샘플의 순차적인 반복 분리 및 재현성 유지가 가능하게 된다. 이것은, 고정 부재(10)에 포획된 특정 엑소좀(1a, 1b)을 해리시키기 위해 산성 pH 혹은 계면활성제의 포함과 같은 가혹조건을 사용하지 않으므로, 엑소좀(1)의 손상 및 수율을 감소시키는 근본적인 문제점이 해결되기 때문이다. 따라서, 기존 기술로는 엑소좀 아집단 회수 시 원형보존이 어렵고 회수율이 낮은 문제점들이 극복됨에 따라, 순차적 다중 분리를 통해 특정 질환과 연관된 타겟 엑소좀 차아집단 분리가 가능하게 된다.Using such an immunoseparation process makes it possible to sequentially and repeatedly separate exosome samples and maintain reproducibility. This is because it does not use harsh conditions such as acidic pH or the inclusion of a surfactant to dissociate the specific exosomes 1a and 1b trapped in the fixing member 10, thereby reducing the damage and yield of the exosomes 1 Because the fundamental problem is solved. Therefore, as existing technologies overcome the problems of difficulty in preserving the original form and low recovery rate when recovering exosome subpopulations, it is possible to isolate a target exosome subpopulation associated with a specific disease through sequential multiple separation.

상기한 바와 같이 암 질환 등 특정 질환과 연관된 특이 엑소좀 표면 단백질을 매개로 엑소좀 차아집단으로의 분리가 가능할 경우, 특이 엑소좀에 함유된 고농도의 특정 질환 바이오마커, 예를 들어 mRNA 및 miRNA 등을 액체생검 샘플로 제공할 수 있게 된다. 최근 연구에서 특히, 엑소좀 함유 miRNA는 RNase에 의한 분해로부터 보호되어 순환 혈장이나 혈청에서 안정적으로 탐지될 수 있음이 알려짐에 따라 임상진단에 응용 시 이상적인 바이오마커로 부각되고 있다. 혈장 내 엑소좀에서 발견된 miRNA(miR)의 예를 들면, 난소암과 연관된 miR-21, -141, -200a, -200c, -203, -205, 및 -214 가 있고, 폐암과 연관된 miR-17, -3p, -21, -20b, -223, -301, 및 let-7f 가 있고, 전립선암과 연관된 miR-141 및 miR-375 가 있고, 유방암과 연관된 miR-21 이 있고, 심혈관 질환과 연관된 miR-1 및 miR-133a 가 있고, 그리고 알코올성 간 질환과 연관된 miR-122 및 miR-155 가 있다. 또한, 소변 내 엑소좀에서 발견되는 miRNA의 예를 들면, 신장섬유증과 연관된 miR-29c 및 CD2APmRNA 가 있다.As described above, when it is possible to separate exosome subpopulations through specific exosome surface proteins associated with specific diseases such as cancer diseases, high concentrations of specific disease biomarkers contained in specific exosomes, such as mRNA and miRNA, etc. can be provided as a liquid biopsy sample. In recent studies, in particular, exosome-containing miRNAs have emerged as an ideal biomarker for clinical diagnosis as it is known that miRNAs containing exosomes are protected from degradation by RNase and can be stably detected in circulating plasma or serum. Examples of miRNAs (miRs) found in exosomes in plasma include miR-21, -141, -200a, -200c, -203, -205, and -214 associated with ovarian cancer, and miR- associated with lung cancer. 17, -3p, -21, -20b, -223, -301, and let-7f, miR-141 and miR-375 associated with prostate cancer, miR-21 associated with breast cancer, and cardiovascular disease miR-1 and miR-133a are associated, and miR-122 and miR-155 are associated with alcoholic liver disease. Also, examples of miRNAs found in exosomes in urine include miR-29c and CD2AP mRNA associated with renal fibrosis.

엑소좀 유래 miRNA에 관한 연구의 대부분은 암 진단에 초점이 맞춰져 왔다. 연구결과에 따르면, 특정 miRNA는 난소암 생검 표본이나 동일한 난소암 환자로부터 분리된 혈청 엑소좀에서 비슷한 농도로 발견된다. 그러나 이러한 엑소좀 함유 miRNA는 정상인군에서는 발견되고 있지 않은데, 이로부터 엑소좀 유래 miRNA는 생검 자료수집 시 잠재적인 진단 마커로서 사용될 수 있음을 시사한다. 전립선암 조기탐지와 진단은 prostate-specific antigen(PSA)를 이용하여 수행될 수 있다. 그러나 PSA 기반 검사는 낮은 진단특이도와 높은 위양성 비율을 나타내는데 이로 인해 전립선암의 과잉 진료를 초래할 수 있다. 따라서 전립선암 진단 시 더 높은 진단정확도를 나타내는 새로운 마커들의 개발이 요구된다. 몇몇 연구에 따르면, miRNA(miR) 마커로서 miR-141 및 miR-375 농도의 증가는 전립선암에서 종양진행과 연관된다. 엑소좀 유래 miRNA는 혈청이나 혈장 표본 내에서 RNase 저항성을 지니므로 엑소좀 유래 miR-141 및 miR-375는 전립선암 진단 시 가치있는 마커가 될 수 있다. Most of the research on exosome-derived miRNAs has been focused on cancer diagnosis. According to the study results, specific miRNAs are found at similar concentrations in ovarian cancer biopsy specimens or in serum exosomes isolated from the same ovarian cancer patient. However, such exosome-containing miRNA has not been found in the normal group, suggesting that exosome-derived miRNA can be used as a potential diagnostic marker when collecting biopsy data. Early detection and diagnosis of prostate cancer can be performed using prostate-specific antigen (PSA). However, PSA-based tests show low diagnostic specificity and high false-positive rates, which may lead to overtreatment of prostate cancer. Therefore, there is a need for the development of new markers that show higher diagnostic accuracy when diagnosing prostate cancer. According to several studies, increased concentrations of miR-141 and miR-375 as miRNA (miR) markers are associated with tumor progression in prostate cancer. Since exosome-derived miRNA has RNase resistance in serum or plasma specimens, exosome-derived miR-141 and miR-375 may be valuable markers in the diagnosis of prostate cancer.

엑소좀에 함유된 miRNA는 또한 편평 상피세포 식도암(sophageal squamous cell cancer; ESCC) 진단 시 바이오마커로서 잠재성이 있다. 연구결과에 따르면, 엑소좀 유래 miR-21 농도는 체계적 염증 없이 양성종양을 갖는 환자의 혈청 대비 ESCC 환자로부터의 혈청에서 상승하고, 그 농도는 종양 진행 및 공격성과 분명히 연관되어 있다. 더욱이, 엑소좀 유래 miRNA는 또한 심혈관 질환 및 신장 섬유증에 대한 진단 바이오마커로서 잠재성이 있다. The miRNA contained in exosomes also has potential as a biomarker in the diagnosis of sophageal squamous cell cancer (ESCC). According to the study results, the concentration of exosome-derived miR-21 is elevated in serum from ESCC patients compared to that of patients with benign tumors without systemic inflammation, and the concentration is clearly associated with tumor progression and aggression. Moreover, exosome-derived miRNAs also have potential as diagnostic biomarkers for cardiovascular disease and renal fibrosis.

miRNA에 부가하여, 엑소좀 함유 mRNA도 임상진단에서 바이오마커로 잠재적 유용성이 있다. 실제로, 전립선암 환자로부터의 뇨 엑소좀 샘플은 PCA3의 mRNA 및 ERG(v-ets avian erythroblastosis virus E26 oncogene homolog) 융합 염색체 재배열의 결과 산물인 TMPRSS2의 mRNA를 포함한다. 유사한 사례로, 뇨 엑소좀에는 신장 허혈/재관류(ischemia/reperfusion) 손상 혹은 항이뇨성 호르몬 작용의 진단 및 예후 마커(예를 들어, aquaporin-1 및 -2)가 또한 발견되었다. In addition to miRNA, exosome-containing mRNA has potential utility as a biomarker in clinical diagnosis. Indeed, urine exosome samples from prostate cancer patients contain mRNA of PCA3 and mRNA of TMPRSS2, a product of v-ets avian erythroblastosis virus E26 oncogene homolog (ERG) fusion chromosomal rearrangement. Similarly, diagnostic and prognostic markers of renal ischemia/reperfusion injury or antidiuretic hormone action (eg, aquaporin-1 and -2) were also found in urinary exosomes.

이상으로부터, 특정 타입의 암에 따라 연관된 특정 엑소좀 마커가 있는 것이 확실한데, 이와 같은 자료들은 종양학 관련 시장에서 진단 검사방법의 개발에 대한 거대한 상업적 기회가 있을 것임을 대변한다.From the above, it is clear that there are specific exosome markers associated with specific types of cancer, and these data represent a huge commercial opportunity for the development of diagnostic test methods in the oncology-related market.

이하에서는 전술한 제1 가역적 링커(30) 및 제2 가역적 링커(50)에 대해 자세하게 설명한다. 가역적 링커는 이하의 제1 ~ 제4 실시예에 따라 구현될 수 있는데, 제1 가역적 링커(30, 30a ~ 30d), 및 제2 가역적 링커(50, 50a ~ 50d)는 그 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 제1 가역적 링커 및 제2 가역적 링커를 다양한 실시예에 따라 개략적으로 도시한 구성도이다.Hereinafter, the above-described first reversible linker 30 and the second reversible linker 50 will be described in detail. The reversible linker may be implemented according to the following first to fourth embodiments, and the first reversible linker (30, 30a ~ 30d), and the second reversible linker (50, 50a ~ 50d) may consist of any one of them. have. 3 to 6 are schematic diagrams illustrating the first reversible linker and the second reversible linker shown in FIG. 2 according to various embodiments.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)는 리간드(31a), 바인더(33a), 및 인식소재(35a)를 포함할 수 있다. 3, the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment of the present invention may include a ligand 31a, a binder 33a, and a recognition material 35a.

리간드(31a)는 바인더(33a)에 탈착 가능하게 결합되는 물질로서, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 펩타이드, 비타민, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The ligand 31a is a material detachably coupled to the binder 33a, and may include any one or more selected from the group consisting of sugar molecules, ions, substrates, antigens, peptides, vitamins, growth factors, and hormones. .

바인더(33a)는 리간드(31a)와의 부착반응에 의해 구조변화(conformation change) 야기되는 물질이다. 이러한 바인더(33a)는 당 결합단백질, 이온 결합단백질, 효소, 항체, 앱타머, 세포 수용체, 및 나노 구조체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 바인더(33a) 및 리간드(31a)는 당 결합단백질-당 분자 쌍, 이온 결합단백질-이온 쌍, 효소-기질 쌍, 항원-항체 쌍, 앱타머(aptamer)-리간드 쌍, 세포 수용체-리간드 쌍, 나노 구조체-리간드 쌍 등과 같은 바인더-리간드 쌍을 이룰 수 있고, 가장 대표적인 바인더(33a)와 리간드(31a)의 예로는, 칼슘 결합단백질(calcium binding protein, CBP)과 칼슘 이온을 들 수 있다. 다만, 바인더(33a) 및 리간드(31a)가 반드시 상기 물질에 한정되는 것은 아니고, 서로 탈착 가능하게 결합하여 구조변화를 일으키는 물질이기만 하면 어떠한 것이라도 무방하다. 제1 실시예에 따른 가역적 링커에서 바인더(33a)는 제1 포획소재(20) 및/또는 제2 포획소재(40)와 중합되어 바인더-포획소재 중합체(C)를 형성한다. The binder 33a is a material that causes a conformation change by an adhesion reaction with the ligand 31a. The binder (33a) may include any one or more selected from the group consisting of a sugar-binding protein, an ion-binding protein, an enzyme, an antibody, an aptamer, a cell receptor, and a nanostructure. Accordingly, the binder 33a and the ligand 31a are a sugar-binding protein-sugar molecule pair, an ion-binding protein-ion pair, an enzyme-substrate pair, an antigen-antibody pair, an aptamer-ligand pair, a cell receptor-ligand A binder-ligand pair such as a pair, a nanostructure-ligand pair, etc. may be formed, and the most representative examples of the binder 33a and the ligand 31a include calcium binding protein (CBP) and calcium ions. . However, the binder 33a and the ligand 31a are not necessarily limited to the above materials, and may be any material as long as they are detachably coupled to each other to cause a structural change. In the reversible linker according to the first embodiment, the binder 33a is polymerized with the first capture material 20 and/or the second capture material 40 to form the binder-trapping material polymer (C).

인식소재(35a)는, 리간드(31a)와 결합하여 구조가 변한 바인더(33a)와 특이적으로 결합하는 물질로서, 항체, 단백질 수용체, 세포 수용체, 앱타머, 효소, 나노입자, 나노 구조체, 및 중금속 킬레이터(chelator)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만, 상기 물질은 인식소재(35a)의 일례에 불과하므로, 반드시 이에 한정하여 본 발명의 권리범위가 정해져서는 안 된다. 일례로, 리간드(31a), 바인더(33a) 및 인식소재(35a) 사이의 결합 반응을 설명하면, 칼슘 이온(리간드)이 칼슘 결합단백질(바인더)과 1차 결합하여 칼슘 결합단백질의 구조변화가 야기되고, 구조가 변한 칼슘 결합단백질과 항체(인식소재) 사이에 항원-항체 반응이 일어나 서로 결합될 수 있다. 제1 실시예에 따른 가역적 링커에서 인식소재(35a)는 고정 부재(10)의 표면에 고정된다. The recognition material (35a) is a material that specifically binds to the binder (33a) whose structure is changed by binding to the ligand (31a), an antibody, a protein receptor, a cell receptor, an aptamer, an enzyme, a nanoparticle, a nanostructure, and It may include any one or more selected from the group consisting of heavy metal chelators. However, since the material is only an example of the recognition material 35a, the scope of the present invention should not be limited thereto. As an example, when describing the binding reaction between the ligand 31a, the binder 33a, and the recognition material 35a, calcium ions (ligands) bind to the calcium-binding protein (binder) and the structural change of the calcium-binding protein is An antigen-antibody reaction occurs between the calcium-binding protein and the antibody (recognition material), which is caused and changed in structure, and can be bound to each other. In the reversible linker according to the first embodiment, the recognition material 35a is fixed to the surface of the fixing member 10 .

한편, 가역적 링커(30, 50)를 매개로 고정 부재(10)에 결합된 제1 포획소재(20) 및/또는 제2 포획소재(40)에 의해 엑소좀(1)이 포획되면, 반응조건 변화를 통해 가역적 링커를 해리시킴으로써, 포획된 엑소좀(1a, 1b)을 회수할 수 있다. 제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)의 경우에는 구조가 변한 바인더(33a)가 본래의 구조로 회복될 때에 해리될 수 있다. 일례로, 칼슘 이온(리간드)이 부착되어 구조가 변한 칼슘 결합단백질(바인더)에 항체(인식소재)가 결합되고 그 항체가 엑소좀(1)을 포획한 경우에, 칼슘 이온이 함유되지 않은 회수용액을 첨가하여, 칼슘 결합단백질로부터 칼슘 이온을 탈착시킴으로써, 칼슘 결합단백질의 구조를 회복시키고 칼슘 결합단백질과 항체를 분리할 수 있다.On the other hand, when the exosome 1 is captured by the first capture material 20 and/or the second capture material 40 coupled to the fixing member 10 via the reversible linkers 30 and 50, reaction conditions By dissociating the reversible linker through the change, the captured exosomes (1a, 1b) can be recovered. In the case of the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment, the binder 33a having a changed structure may be dissociated when it is restored to its original structure. For example, when an antibody (recognition material) is bound to a calcium-binding protein (binder) whose structure is changed due to attachment of calcium ions (ligand) and the antibody captures the exosome (1), recovery without calcium ions By adding the solution, calcium ions are desorbed from the calcium-binding protein, thereby restoring the structure of the calcium-binding protein and separating the calcium-binding protein and the antibody.

도 4를 참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가역적 링커(30b, 50b)는 리간드(31b), 바인더(33b), 및 인식소재(35b)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the reversible linkers 30b and 50b according to the second embodiment of the present invention may include a ligand 31b, a binder 33b, and a recognition material 35b.

제2 실시예에 따른 가역적 링커(30b, 50b)의 리간드(31b), 바인더(33b), 및 인식소재(35b)는 각각 제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)의 리간드(31a), 바인더(33a), 및 인식소재(35a)와 대응되는바, 이하에서는 차이점 위주로 설명한다.The ligand 31b, the binder 33b, and the recognition material 35b of the reversible linkers 30b and 50b according to the second embodiment are the ligands 31a of the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment, respectively. , the binder 33a, and the bar corresponding to the recognition material 35a, the differences will be mainly described below.

제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)에서는, 바인더(33a)가 포획소재(20, 40)와 중합되어 중합체(C)를 형성하고, 인식소재(35a)가 고정 부재(10)의 표면에 고정되는데 반해, 제2 실시예에 따른 가역적 링커(30b, 50b)의 경우에는 바인더(33b)가 고정 부재(10)의 표면에 고정되고, 인식소재(35b)가 포획소재(20, 40)와 중합되어 인식소재-포획소재 중합체(C)를 형성한다. 이외에는 제1 실시예에 따른 가역적 링커(30a, 50a)와 동일한바, 자세한 설명은 생략한다. In the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment, the binder 33a is polymerized with the capture materials 20 and 40 to form a polymer (C), and the recognition material 35a is the fixing member 10 . In contrast to being fixed to the surface, in the case of the reversible linkers 30b and 50b according to the second embodiment, the binder 33b is fixed to the surface of the fixing member 10, and the recognition material 35b is the capture material 20, 40 ) to form a recognition material-capturing material polymer (C). Other than that, it is the same as the reversible linkers 30a and 50a according to the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.

온화한 조건하에서 샘플 내 엑소좀 아집단 내지는 차아집단 회수를 가능하게 하는 제1 및 제2 실시예에 따른 가역적 링커(30, 50)의 일례로서, 칼슘 결합단백질과 같은 바인더(33a, 33b)가 이와 특이하게 반응하는 칼슘이온과 같은 리간드(31a, 31b)와 결합하여 야기되는 구조변화를 특이하게 인식하는 항체 등 인식소재(35a, 35b)가 이용될 수 있다. 이러한 항원-항체 반응과 같은 바인더-인식소재 반응은 칼슘이온과 같은 리간드(31a, 31b) 유무에 따라 신속하게 결합 혹은 해리되어 마치 스위치를 조작하여 불을 켜고 끄는 원리와 유사하기 때문에 '스위치 성 가역 부착반응(switch-like reversible binding)'으로 묘사된다. As an example of the reversible linkers 30 and 50 according to the first and second embodiments that enable the recovery of exosome subpopulations or subpopulations in a sample under mild conditions, binders 33a and 33b such as calcium binding proteins are Recognition materials (35a, 35b) such as antibodies that specifically recognize structural changes caused by binding to ligands (31a, 31b) such as calcium ions that react specifically may be used. Binder-recognition material reactions such as these antigen-antibody reactions are rapidly combined or dissociated depending on the presence or absence of ligands (31a, 31b) such as calcium ions, and are similar to the principle of turning on and off a light by manipulating a switch. described as 'switch-like reversible binding'.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)는 리간드(31c), 및 바인더(33c)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment of the present invention may include a ligand 31c and a binder 33c.

제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)의 리간드(31c)는 제1 포획소재(20) 및/또는 제2 포획소재(40)와 중합되어 포획소재-리간드 중합체(C)를 형성한다. The ligand 31c of the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment is polymerized with the first capture material 20 and/or the second capture material 40 to form a capture material-ligand polymer (C). .

제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)의 바인더(33c)는 고정 부재(10)의 표면에 고정되는데, 엑소좀(1a, 1b)과 특이적으로 결합된 포획소재-리간드 중합체(C)와 결합함으로써, 엑소좀(1a, 1b)을 고정 부재(10)에 포획한다. 바인더(33c)는 리간드(31c)와 결합하되, 리간드(31c)와 경쟁반응하는 경쟁반응 리간드(32)가 첨가될 때에 경쟁반응 리간드(32)가 부착된다. 이로 인해, 리간드(31c)가 탈착되면서 엑소좀(1a, 1b)은 고정 부재(10)에서 분리되어 회수될 수 있다. 여기서, 리간드(31c)는 히스택(His-tag, polyhistidine-tag), 비오틴 등과 같은 비타민, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 바인더(33c)는 2가 금속이온, 아비딘 류, 당 결합단백질, 이온 결합단백질, 효소, 항체, 앱타머, 단백질 수용체, 세포 수용체, 및 나노 구조체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 경쟁반응 리간드(32)는 이미다졸(imidazole), 비오틴 등과 같은 비타민, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The binder 33c of the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment is fixed to the surface of the fixing member 10, and the capture material specifically bound to the exosomes 1a and 1b-ligand polymer (C) ), thereby trapping the exosomes (1a, 1b) in the fixing member (10). The binder 33c binds to the ligand 31c, but when the competing ligand 32 competing with the ligand 31c is added, the competing ligand 32 is attached. Due to this, as the ligand 31c is detached, the exosomes 1a and 1b may be separated from the fixing member 10 and recovered. Here, the ligand 31c is His-tag (polyhistidine-tag), vitamins such as biotin, sugar molecules, ions, substrates, antigens, amino acids, peptides, nucleic acids, growth factors, and hormones selected from the group consisting of It may include any one or more. In addition, the binder 33c includes at least one selected from the group consisting of divalent metal ions, avidins, sugar-binding proteins, ion-binding proteins, enzymes, antibodies, aptamers, protein receptors, cell receptors, and nanostructures. can do. The competitive ligand 32 may include any one or more selected from the group consisting of vitamins such as imidazole and biotin, sugar molecules, ions, substrates, antigens, amino acids, peptides, nucleic acids, growth factors, and hormones. can

일례로, 히스택을 리간드(31c)로, 2가 금속이온을 바인더(33c)로, 이미다졸을 경쟁반응 리간드(32)로 사용할 수 있다. 히스택은 단백질 내 최소 6개 이상의 히스티딘 (Histidine, His) 잔기로 구성된 아미노산 모티프로 보통 단백질의 N말단이나 C말단에 위치시켜 주로 재조합단백질의 발현 후 정제 시 사용된다. 여기서, 히스택으로 표지된 단백질은 세파로오스/아가로스 레진 상의 킬레이터와 결합된 2가 이온인 니켈이나 코발트와의 친화력을 이용하여 포획된 후, 이미다졸이 함유된 회수용액을 첨가하여 회수될 수 있다. For example, Hisstack may be used as the ligand 31c, divalent metal ions may be used as the binder 33c, and imidazole may be used as the competitive ligand 32 . Hisstack is an amino acid motif composed of at least 6 histidine (His) residues in a protein. It is usually located at the N-terminus or C-terminus of a protein and is mainly used for purification after expression of a recombinant protein. Here, the His-stack-labeled protein is captured using an affinity with nickel or cobalt, which is a divalent ion bound to a chelator on sepharose/agarose resin, and then recovered by adding a recovery solution containing imidazole. can be

도 6을 참고로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가역적 링커(30d, 50d)는 리간드(31d), 및 바인더(33d)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the reversible linkers 30d and 50d according to the fourth embodiment of the present invention may include a ligand 31d and a binder 33d.

제4 실시예에 따른 가역적 링커(30d, 50d)의 리간드(31d), 및 바인더(33d)는 각각 제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)의 리간드(31c), 및 바인더(33c)와 대응되는바, 이하에서는 차이점 위주로 설명한다.The ligand 31d, and the binder 33d of the reversible linkers 30d and 50d according to the fourth embodiment are the ligands 31c, and the binder 33c of the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment, respectively. , and the differences will be mainly described below.

제3 실시예에 따른 가역적 링커(30c, 50c)에서는 리간드(31c)가 포획소재(20, 40)와 중합되고, 바인더(33c)가 고정 부재(10)의 표면에 고정되는데 반해, 제4 실시예에 따른 가역적 링커(30d, 50d)의 경우에는 리간드(31d)가 고정 부재(10)의 표면에 고정되고, 바인더(33d)가 포획소재(20, 40)와 중합되어 포획소재-바인더 중합체(C)를 형성한다. 이외에는, 동일하게 리간드(31d)가 바인더(33d)에 결합되지만, 경쟁반응 리간드(32)와의 경쟁반응에 의해 바인더(33d)로부터 분리된다.In the reversible linkers 30c and 50c according to the third embodiment, the ligand 31c is polymerized with the capture materials 20 and 40, and the binder 33c is fixed to the surface of the fixing member 10, whereas the fourth embodiment In the case of the reversible linkers 30d and 50d according to the example, the ligand 31d is fixed to the surface of the fixing member 10, the binder 33d is polymerized with the capture materials 20 and 40, and the capture material-binder polymer ( C) is formed. Other than that, the ligand 31d is bound to the binder 33d in the same manner, but is separated from the binder 33d by a competitive reaction with the competing ligand 32 .

본 발명은 표면 단백질 마커에 따른 엑소좀 분리를 위해, 타겟 마커에 특이한 항체를 이용한 면역분리 방법을 적용할 수 있다. 이 방법에 의하면, 엑소좀 샘플을 자성비드나 젤비드 등과 같은 고체표면에 고정된 항체와 반응시킨 후 해리시켜 타겟 엑소좀을 분리할 수 있다. 항원-항체 반응은 선택성이 매우 높기 때문에, 초원심분리, 가속 침강, 크기에 따른 분리 등과 같은 기존의 분리방법에 비해, 표면 단백질에 연관된 엑소좀을 분리하기에 더 적합하다. 하지만, 항원-항체 반응에 의해 결합된 엑소좀을 고체표면으로부터 회수하기 위해서는 산성 pH와 같은 가혹한 조건을 사용해야 하는데, 이 경우 엑소좀에 손상을 줄 수 있고, 또한 고수율의 회수가 어렵다는 문제점이 있다. 그러나 상기한 부착반응 기반 가역적 링커 기술을 사용하면 타겟 마커를 포함한 엑소좀 아집단 및 차아집단을 가혹하지 않은 조건에서 고효율로 분리 및 농축할 수 있다.In the present invention, for the separation of exosomes according to surface protein markers, an immunoseparation method using an antibody specific to a target marker can be applied. According to this method, the target exosome can be separated by reacting the exosome sample with an antibody immobilized on a solid surface, such as magnetic beads or gel beads, and dissociating it. Since the antigen-antibody reaction has very high selectivity, it is more suitable for isolating exosomes related to surface proteins compared to conventional separation methods such as ultracentrifugation, accelerated sedimentation, and size separation. However, in order to recover the exosome bound by the antigen-antibody reaction from the solid surface, severe conditions such as acidic pH must be used, in which case it may damage the exosome, and there is a problem in that it is difficult to recover the exosome in high yield. . However, using the above-described attachment reaction-based reversible linker technology, exosome subpopulations and subpopulations including target markers can be separated and concentrated with high efficiency under non-severe conditions.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치는, 반응기(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 반응기는 내부에 고정 부재(10)를 수용할 수 있다. 이때, 반응기에 엑소좀(1) 샘플이 첨가되면, 그 내부에서 제1 가역적 링커(30), 및 제1 포획소재(20)를 매개로 고정 부재(10)에 질환 관련 엑소좀(1a)이 포획되어 엑소좀 아집단(S)이 분리되고, 제1 가역적 링커(30)가 해리되어 엑소좀 아집단(S)이 회수된다. 또한, 회수된 엑소좀 아집단(S) 샘플을 반응기에 첨가하고, 제2 가역적 링커(50)와 제2 포획소재(40)를 이용해 고정 부재(10)에 타겟 엑소좀(1b)이 포획되어 엑소좀 차아집단(SA)이 분리된다. 분리된 엑소좀 차아집단(SA)은 제2 가역적 링커(50)가 해리되면서 회수된다. 여기서, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해 고정 부재(10)를 농축함으로써, 엑소좀 아집단(S) 및/또는 엑소좀 차아집단(SA)을 농축할 수 있다. 예를 들어, 자성비드를 고정 부재(10)로 사용하는 경우, 자석을 이용해 질환 관련 엑소좀(1a) 및/또는 타겟 엑소좀(1b)과 결합된 고정 부재(10)를 포획한 상태에서 상층액을 제거하고 자성비드를 제거함으로써 엑소좀 아집단(S) 및/또는 엑소좀 차아집단(SA)을 농축할 수 있다.On the other hand, the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a reactor (not shown). The reactor may accommodate the fixing member 10 therein. At this time, when the exosome (1) sample is added to the reactor, the disease-related exosome (1a) is transferred to the fixing member 10 via the first reversible linker 30 and the first capture material 20 therein. The captured exosome subpopulation (S) is separated, and the first reversible linker 30 is dissociated to recover the exosome subpopulation (S). In addition, the recovered exosome subpopulation (S) sample is added to the reactor, and the target exosome 1b is captured by the fixing member 10 using the second reversible linker 50 and the second capture material 40. An exosome subpopulation (SA) is isolated. The isolated exosome subpopulation (SA) is recovered as the second reversible linker 50 is dissociated. Here, by concentrating the fixing member 10 using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, the exosome subpopulation (S) and/or the exosome subpopulation (SA) can be concentrated. For example, when a magnetic bead is used as the fixing member 10, the upper layer in a state where the fixing member 10 coupled to the disease-related exosome 1a and/or the target exosome 1b is captured using a magnet. By removing the liquid and removing the magnetic beads, the exosome subpopulation (S) and/or the exosome subpopulation (SA) can be concentrated.

이하에서는 본 발명에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치를 이용한 액체생검 샘플 제조방법에 대해 설명한다. 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치에 대해서는 상술하였는바, 중복되는 사항에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다.Hereinafter, a liquid biopsy sample preparation method using the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus according to the present invention will be described. As described above for the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus, the overlapping matters will be omitted or simply described.

도 7 내지 도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법의 순서도이다.7 to 11 are flowcharts of a method for preparing a liquid biopsy sample of exosome subpopulation according to a first embodiment of the present invention.

도 7을 참고로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법은 (a) 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀 중 소정의 질환 관련 엑소좀이 가지는 제1 분리마커와 특이적으로 결합하는 제1 포획소재를, 제1 가역적 링커를 이용해, 고상(solid state)의 고정 부재에 결합시키는 단계(S100), (b) 엑소좀의 집단을 함유하는 샘플 용액과, 고정 부재에 결합된 제1 포획소재를 반응시켜, 질환 관련 엑소좀을 포획함으로써, 질환 관련 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단을 분리하는 단계(S200), (c) 포획된 질환 관련 엑소좀이 고정 부재에서 분리되도록, 제1 가역적 링커를 해리시켜, 엑소좀 아집단을 회수하는 단계(S300), (d) 엑소좀 아집단 내의 타겟 엑소좀이 가지는 제2 분리마커와 특이적으로 결합하는 제2 포획소재를, 고정 부재에 결합시키는 단계(S400), 및 (e) 회수된 엑소좀 아집단을 함유하는 엑소좀 아집단 용액과, 고정 부재에 결합된 제2 포획소재를 반응시켜, 타겟 엑소좀을 포획함으로써, 타겟 엑소좀의 집단인 엑소좀 차아집단을 분리하는 단계(S500)를 포함한다. 여기서, 상기 제2 포획소재는 제2 가역적 링커에 의해 고정 부재에 결합될 수 있다.Referring to Figure 7, the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to the first embodiment of the present invention is (a) a first separation marker of a predetermined disease-related exosome among exosomes secreted from a plurality of cells and A step (S100) of binding a first capture material that specifically binds to a fixation member in a solid state using a first reversible linker (S100), (b) a sample solution containing a population of exosomes, and a fixation member Separating the exosome subpopulation, which is a group of disease-related exosomes, by reacting the first capture material bound to the disease-related exosomes to capture the disease-related exosomes (S200), (c) the captured disease-related exosomes are not fixed to dissociate the first reversible linker to recover the exosome subpopulation (S300), (d) the second capture that specifically binds to the second separation marker of the target exosome in the exosome subpopulation The step of binding the material to the fixing member (S400), and (e) reacting the exosome subpopulation solution containing the recovered exosome subpopulation with the second capture material bound to the fixing member to form the target exosome By capturing, it includes a step (S500) of separating the exosome subpopulation, which is a group of target exosomes. Here, the second capture material may be coupled to the fixing member by a second reversible linker.

본 발명에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법은, 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀인 집단인 벌크 엑소좀 집단이나 체액을 샘플 용액으로, 1차적으로 엑소좀 아집단을 분리 회수하고, 회수된 엑소좀 아집단 용액에서 2차적으로 엑소좀 차아집단을 분리한 후 이를 액체생검 샘플로 제공한다.The exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to the present invention uses a bulk exosome group or body fluid, which is a group of exosomes secreted from a plurality of cells, as a sample solution, and primarily separates and recovers the exosome subgroup After secondly isolating the exosome subpopulation from the exosome subpopulation solution, it is provided as a liquid biopsy sample.

먼저, 엑소좀 아집단을 분리 회수하기 위해서, 고정 부재에 제1 포획소재 및 제1 가역적 링커를 반응시킨다(S100). 이때, 제1 포획소재는 제1 가역적 링커를 매개로 고정 부재에 결합된다. First, in order to separate and recover the exosome subpopulation, the first capture material and the first reversible linker are reacted with the fixing member (S100). In this case, the first capture material is coupled to the fixing member via the first reversible linker.

다음, 샘플 용액을 첨가함으로써, 제1 포획소재와 반응시킨다(S200). 여기서, 제1 포획소재가 샘플 용액에 함유된 질환 관련 엑소좀의 제1 분리마커와 특이적으로 결합한다. 이로써, 질환 관련 엑소좀을 대상으로 하는 엑소좀 아집단이 고정 부재에 포획되어 샘플 용액으로부터 분리된다.Next, by adding the sample solution, it reacts with the first capture material (S200). Here, the first capture material specifically binds to the first separation marker of the disease-related exosomes contained in the sample solution. Thereby, the exosome subpopulation targeting the disease-related exosomes is captured by the fixing member and separated from the sample solution.

엑소좀 아집단이 분리된 후에는, 제1 가역적 링커를 해리시킨다(S300). 이때, 질환 관련 엑소좀이 고정 부재로부터 분리되므로, 엑소좀 아집단을 회수할 수 있다.After the exosome subpopulation is isolated, the first reversible linker is dissociated (S300). At this time, since the disease-related exosomes are separated from the fixing member, a subpopulation of exosomes can be recovered.

질환 관련 엑소좀이 고정 부재로부터 분리되면, 그 고정 부재를 재활용하거나, 새로운 고정 부재를 이용해 고정 부재 상에 제2 포획소재를 결합한다(S400). 이때, 제2 포획소재를 직접 고정 부재에 결합하거나, 또는 제2 가역적 링커를 이용해 고정 부재에 결합할 수 있다.When the disease-related exosomes are separated from the fixing member, the fixing member is recycled, or the second capture material is combined on the fixing member using a new fixing member (S400). In this case, the second capture material may be directly coupled to the fixing member, or may be coupled to the fixing member using a second reversible linker.

다음, 회수된 엑소좀 아집단을 함유하는 엑소좀 아집단 용액을 제2 포획소재와 반응시킨다(S500). 이때, 제2 포획소재는 엑소좀 아집단 내의 타겟 엑소좀의 제2 분리마커와 특이적으로 결합하므로, 타겟 엑소좀이 고정 부재에 고정된다. 이로써, 타겟 엑소좀의 집합인 엑소좀 차아집단이 분리된다. 이렇게 회수되지 않고 고정 부재에 고정된 엑소좀 차아집단 형태로서 액체생검 샘플로 제공될 수 있다. 즉, 특정 질환 진단용 바이오마커가 차아집단 형태로 분리된 후 엑소좀을 회수하지 않고 바로 바이오마커에 대한 분석을 수행하거나 혹은 엑소좀을 용해시켜 용출된 바이오마커에 대한 분석을 수행하는 경우, 순차적 다중 면역친화 분리 공정 중 마지막 분리단계에서는 차아집단 엑소좀을 회수하지 않고 바로 바이오마커만을 샘플로 이용할 수 있다.Next, the exosome subpopulation solution containing the recovered exosome subpopulation is reacted with the second capture material (S500). At this time, since the second capture material specifically binds to the second separation marker of the target exosome in the exosome subpopulation, the target exosome is fixed to the fixing member. Thereby, the exosome subpopulation, which is a set of target exosomes, is separated. It can be provided as a liquid biopsy sample in the form of a subpopulation of exosomes fixed to a fixing member without being recovered in this way. That is, if the biomarker for diagnosis of a specific disease is separated into a sub-group form and then the biomarker is directly analyzed without recovering the exosome or the biomarker eluted by dissolving the exosome is performed, sequential multiple In the final separation step of the immunoaffinity separation process, only the biomarker can be used as a sample without recovering the subpopulation exosomes.

이하에서는 제1 가역적 링커 및 제2 가역적 링커에 관한 구체적 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples of the first reversible linker and the second reversible linker.

도 8은 전술한 제1 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30a) 및 제2 가역적 링커(50a)를 이용한 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플의 제조방법을 도시한다. 도 8을 참고로, 먼저 인식소재(35a)를 고정 부재(10)의 표면에 고정시키고, 리간드(31a) 함유 리간드 용액, 바인더(33a) 및 제1 포획소재(20)를 반응시킨다. 이때, 바인더(33a)와 제1 포획소재(20)가 바인더-제1 포획소재 중합체(C)를 형성하고, 인식소재(35a)는 중합체(C)와 결합한다. 여기서, 리간드 용액 내에 함유된 리간드(31a)가 바인더(33a)에 결합되어 바인더(33a)의 구조변화가 야기되고, 구조가 변한 바인더(33a)를 인식소재(35a)가 특이적으로 인식하여 결합한다. 다음에, 벌크 엑소좀(1) 집단을 함유한 샘플 용액을 반응시킨다. 이때, 제1 포획소재(20)와 특이적으로 결합되는 제1 분리마커(m1)를 갖는 질환 관련 엑소좀(1a)이 고정 부재(10)에 포획되면서, 엑소좀 아집단(S)이 분리된다. 엑소좀 아집단(S)이 분리되면, 회수용액을 첨가하는데, 회수용액은 리간드(31a)를 함유하지 않은 리간드 비함유 용액으로서, 회수용액이 첨가되면 바인더(33a)에 결합된 리간드(31a)가 탈락하게 되고, 이로 인해 바인더(33a)의 변화된 구조가 원래 상태로 회복되면서 바인더(33a)와 인식소재(35a) 사이의 결합이 해제된다. 따라서, 엑소좀 아집단(S) 대상인 질환 관련 엑소좀(1a)이 결합된 중합체(C)가, 인식소재(35a)로부터 분리되어, 엑소좀 아집단(S)을 회수할 수 있다. Figure 8 shows a method for preparing a liquid biopsy sample of the exosome subpopulation using the first reversible linker (30a) and the second reversible linker (50a) according to the first embodiment described above. Referring to FIG. 8 , first, the recognition material 35a is fixed to the surface of the fixing member 10 , and the ligand solution containing the ligand 31a, the binder 33a, and the first capture material 20 are reacted. At this time, the binder 33a and the first capture material 20 form the binder-first capture material polymer (C), and the recognition material 35a is combined with the polymer (C). Here, the ligand 31a contained in the ligand solution is bound to the binder 33a, causing a structural change of the binder 33a, and the recognition material 35a specifically recognizes and binds the changed structure of the binder 33a. do. Next, the sample solution containing the bulk exosome (1) population is reacted. At this time, while the disease-related exosome 1a having the first separation marker m1 specifically bound to the first capture material 20 is captured by the fixing member 10, the exosome subpopulation S is separated. do. When the exosome subgroup (S) is separated, a recovery solution is added. The recovery solution is a ligand-free solution that does not contain the ligand 31a. When the recovery solution is added, the ligand 31a bound to the binder 33a) is removed, and as a result, the changed structure of the binder 33a is restored to its original state, and the coupling between the binder 33a and the recognition material 35a is released. Therefore, the polymer (C) to which the disease-related exosome (1a), which is the object of the exosome subgroup (S) is bound, is separated from the recognition material (35a), and the exosome subgroup (S) can be recovered.

다음에, 질환 관련 엑소좀(1a)이 분리되고 인식소재(35a)가 고정된 고정 부재(10)를 재활용하여 제2 가역적 링커(50a) 및 제2 포획소재(40)를 반응시킨다. 이때, 제2 가역적 링커(50a)는 제1 가역적 링커(30a)의 인식소재(35a)를 공유하고, 제1 가역적 링커(30a)와 비교하면 제1 포획소재(20)를 제2 포획소재(40)로 대체하여 고정 부재(10)에 결합한다. 여기에 회수된 엑소좀 아집단(S) 용액을 첨가하면, 제2 포획소재(40)가 엑소좀 아집단(S) 용액 내의 타겟 엑소좀(1b)의 제2 분리마커(m2)에 특이적으로 결합되어, 엑소좀 차아집단(SA)이 분리된다. 이때, 엑소좀 아집단(S)은 제1 가역적 링커(30a)의 바인더(33a)를 포함하기 때문에, 고정 부재(10)에 결합된 인식소재(35a)와 제1 가역적 링커(30a)의 바인더(33a)가 서로 반응할 수 있으므로, 제2 가역적 링커(50a) 및 제2 포획소재(40)를 반응시킨 후 고정 부재(10)에 결합된 인식소재(35a) 상의 잔여 부착자리를 바인더(33a) 등과 같은 적절한 반응성분으로 블로킹(blocking)할 수 있다.Next, the disease-related exosomes 1a are separated and the fixing member 10 to which the recognition material 35a is fixed is recycled to react the second reversible linker 50a and the second capture material 40 . At this time, the second reversible linker 50a shares the recognition material 35a of the first reversible linker 30a, and compared with the first reversible linker 30a, the first capture material 20 is compared to the second capture material ( 40) and coupled to the fixing member 10 . When the recovered exosome subgroup (S) solution is added here, the second capture material 40 is specific to the second separation marker (m2) of the target exosome 1b in the exosome subgroup (S) solution. , and the exosome subpopulation (SA) is isolated. At this time, since the exosome subgroup (S) contains the binder 33a of the first reversible linker 30a, the recognition material 35a coupled to the fixing member 10 and the binder of the first reversible linker 30a Since (33a) can react with each other, after reacting the second reversible linker (50a) and the second capture material (40), the remaining attachment site on the recognition material (35a) coupled to the fixing member (10) is replaced with a binder (33a) ) can be blocked with an appropriate reactive component such as

일례로, 제1 실시예에 따른 제1 가역적 링크 및 제2 가역적 링크를 갖는 본 발명에 따라 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단(SA)을 분리하는 방법을 설명하면, 항체(가역적 인식소재)를 고체(고정 부재) 표면(Bead surface)에 고정시키고, 칼슘 결합단백질(CBP, 바인더)은 CD63 엑소좀 표면 단백질에 대한 특이항체(제1 포획소재)와 biotin-streptavidin linkage를 통해 중합한다(CBP-포획항체 중합체). 고정된 가역적 인식소재에 칼슘이온(예: >10 mM Ca2 +)이 포함된 용액에 용해된 CBP-포획항체 중합체를 첨가하면 ‘스위치 켬’ 인식반응에 의해 중합체는 고체표면에 고정된다. 동일한 용액에 준비된 벌크 엑소좀 샘플을 순차적으로 첨가하면 CD63 마커 포함 엑소좀이 고체표면의 포획항체와 반응하여 포획된다. 동일 용액으로 세척 후, 칼슘이 제거된 엑소좀 회수용액을 첨가하면, CBP와 결합되었던 칼슘이온이 탈착되어 ‘스위치 끔’ 상태가 되므로 포획되었던 엑소좀을 포획항체와 결합된 상태로 용액 내로 회수할 수 있다. 그 결과, CD63+ 엑소좀 아집단이 분리 회수되는데, 사용된 시료용액과 회수용액의 부피 비율에 따라 엑소좀의 농축도 가능하다. 추가적으로, 고체표면은 재생되어 다른 시료의 분리에 재활용될 수 있다.As an example, when describing a method for isolating a CD63+/Cav1+ exosome subpopulation (SA) according to the present invention having a first reversible link and a second reversible link according to the first embodiment, the antibody (reversible recognition material) is solid (Fixed member) It is immobilized on the bead surface, and calcium binding protein (CBP, binder) is polymerized through biotin-streptavidin linkage with a specific antibody (first capture material) against the CD63 exosome surface protein (CBP-capture). antibody polymer). When a CBP-capturing antibody polymer dissolved in a solution containing calcium ions (eg >10 mM Ca 2 + ) is added to the immobilized reversible recognition material, the polymer is immobilized on the solid surface by a 'switch-on' recognition reaction. When the prepared bulk exosome samples are sequentially added to the same solution, the exosomes containing the CD63 marker react with the capture antibody on the solid surface and are captured. After washing with the same solution, when calcium ion-bound calcium ions are desorbed and become 'switch-off', the exosomes that have been captured can be recovered into the solution in a state bound to the capture antibody. can As a result, the CD63+ exosome subpopulation is separated and recovered, and it is possible to concentrate the exosomes according to the volume ratio of the sample solution and the recovery solution used. Additionally, the solid surface can be regenerated and recycled for the separation of other samples.

순차적인 엑소좀 차아집단 분리를 위해, 재생되거나 새로운 고체표면에 가역적 인식소재를 고정시켜 특정 질환과 연관성이 높은 Cav1 엑소좀 표면 단백질에 대한 특이항체를 CBP와 중합시킨 후, 위에서와 동일하게 '스위치 켬' 인식반응을 통해 CBP-포획항체 중합체를 고체표면에 고정시킨다. 동일한 상태를 유지하면서 1차 분리 후 회수된 CD63+ 엑소좀 아집단을 2차 분리 샘플로 첨가하면 CD63 및 Cav1 마커 포함 (CD63+/Cav1+) 엑소좀이 고체표면의 포획항체와 반응하여 포획된다. 동일 용액으로 세척 후, 칼슘이 제거된 엑소좀 회수용액을 첨가하면, '스위치 끔' 상태가 되므로 포획되었던 엑소좀을 용액 내로 회수할 수 있다. 그 결과, 2차 분리를 통해 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단이 분리 회수된다. For sequential exosome subpopulation separation, a reversible recognition material is immobilized on a regenerated or new solid surface to polymerize a specific antibody against Cav1 exosome surface protein, which is highly related to a specific disease, with CBP, and then switch The CBP-capturing antibody polymer is immobilized on a solid surface through an on' recognition reaction. When the CD63+ exosome subpopulation recovered after the primary separation is added as a secondary separation sample while maintaining the same state, the CD63 and Cav1 marker-containing (CD63+/Cav1+) exosomes react with the capture antibody on the solid surface and are captured. After washing with the same solution, if a calcium-removed exosome recovery solution is added, the 'switched off' state is obtained, so that the captured exosomes can be recovered into the solution. As a result, the CD63+/Cav1+ exosome subpopulation is separated and recovered through secondary separation.

한편, 엑소좀 차아집단의 분리 후 회수가 필요하지 않을 경우, 제2 가역적 링커의 도입 없이 포획항체를 직접 고체표면에 고정시켜 차아집단을 분리할 수도 있는데, 이 경우에 주로 포획된 엑소좀에 대해 면역분석을 수행하거나, 바로 포획된 채로 용해시켜 엑소좀 내부에 포함된 핵산을 추출 및 분자학적 검사를 수행한다.On the other hand, if recovery is not required after separation of the subpopulation of exosomes, the subpopulation can be separated by directly immobilizing the capture antibody on a solid surface without introducing a second reversible linker. In this case, mainly for the captured exosomes Immunoassay is performed, or the nucleic acid contained in the exosome is extracted and molecularly tested by lysing it immediately after being captured.

도 9는 전술한 제3 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30c) 및 제2 가역적 링커(50c)를 이용한 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플의 제조방법을 도시한다. 도 9를 참고로, 리간드(31c)를 질환 관련 엑소좀(1a)의 제1 분리마커(m1)와 특이적으로 반응하는 제1 포획소재(20)와 중합시키고, 고정 부재(10)에 결합된 바인더(33c)와의 친화력을 이용해 리간드-포획소재 중합체를 고정시킨 후에, 엑소좀(1) 샘플을 첨가하여 엑소좀 아집단(S)을 포획 분리하고, 경쟁반응 리간드(32)가 포함된 회수용액을 이용하여 엑소좀 아집단(S)을 회수한다. Figure 9 shows a method for preparing a liquid biopsy sample of the exosome subpopulation using the first reversible linker (30c) and the second reversible linker (50c) according to the third embodiment described above. Referring to FIG. 9 , the ligand 31c is polymerized with the first capture material 20 that specifically reacts with the first separation marker m1 of the disease-related exosome 1a, and is bound to the fixing member 10 . After immobilizing the ligand-capturing material polymer using the affinity with the binder 33c, the exosome (1) sample is added to capture and separate the exosome subpopulation (S), and recovery including the competing ligand (32) The solution is used to recover the exosome subpopulation (S).

다음에, 타겟 엑소좀(1b)의 제2 분리마커(m2)에 특이적으로 반응하는 제2 포획소재(40)와 리간드(31c)를 중합시키고, 고정 부재(10)에 결합된 바인더(33c)와 그 중합체(C)를 고정한 후에, 엑소좀 아집단(S) 용액을 첨가하여 엑소좀 차아집단(SA)을 포획 분리할 수 있다. 이때, 엑소좀 아집단(S)은 제1 가역적 링커(30c)의 리간드(31c)를 포함하기 때문에, 고정 부재(10)에 결합된 바인더(33c)와 제1 가역적 링커(30c)의 리간드(31c)가 서로 반응할 수 있으므로, 제2 가역적 링커(50c) 및 제2 포획소재(40)를 반응시킨 후 고정 부재(10)에 결합된 바인더(33c) 상의 잔여 부착자리를 리간드(31c) 등과 같은 적절한 반응성분으로 블로킹(blocking)할 수 있다.Next, the second capture material 40 and the ligand 31c that specifically react to the second separation marker m2 of the target exosome 1b are polymerized, and the binder 33c coupled to the fixing member 10 . ) and its polymer (C), the exosome subpopulation (S) solution can be added to capture and isolate the exosome subpopulation (SA). At this time, since the exosome subpopulation (S) includes the ligand 31c of the first reversible linker 30c, the binder 33c bound to the anchoring member 10 and the ligand of the first reversible linker 30c ( 31c) can react with each other, and after reacting the second reversible linker 50c and the second capture material 40, the remaining attachment sites on the binder 33c bound to the fixing member 10 are replaced with the ligand 31c and the like. It can be blocked with an appropriate reactive component, such as.

일례로, 일례로, 제3 실시예에 따른 제1 가역적 링크 및 제2 가역적 링크를 갖는 본 발명에 따라 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단을 분리하는 방법을 설명하면, 바인더(니켈 이온)를 고체표면(Bead surface)에 고정시키고, 리간드(히스택)는 제1 분리마커(m1)로서 CD63 엑소좀(1) 표면 단백질에 대한 특이항체와 중합한다(히스택-포획항체 중합체). 고정된 니켈 이온에 히스택-포획항체 중합체를 첨가하면 바인더-리간드 반응에 의해 중합체는 고체표면에 고정된다. 동일한 용액에 준비된 벌크 엑소좀 시료를 첨가하면 CD63+ 엑소좀이 고체표면의 포획항체와 반응하여 포획된다. 용액으로 세척 후, 고농도의 경쟁반응 리간드(이미다졸)가 포함된 엑소좀 회수용액을 첨가하면, 경쟁반응에 의해 니켈 이온 결합되었던 히스택이 탈착되므로 포획되었던 엑소좀을 용액 내로 회수할 수 있다. 그 결과, CD63+ 엑소좀 아집단이 분리 회수되고, 고체표면은 재생되어 다음 시료의 분리에 재활용될 수 있다. As an example, when describing a method for isolating a CD63+/Cav1+ exosome subpopulation according to the present invention having a first reversible link and a second reversible link according to the third embodiment, a binder (nickel ion) is applied to a solid surface It is immobilized on the (bead surface), and the ligand (histack) is polymerized with a specific antibody against the CD63 exosome (1) surface protein as the first separation marker (m1) (histack-capturing antibody polymer). When a His-stack-trapping antibody polymer is added to the immobilized nickel ions, the polymer is immobilized on the solid surface by a binder-ligand reaction. When the prepared bulk exosome sample is added to the same solution, the CD63+ exosome reacts with the capture antibody on the solid surface and is captured. After washing with the solution, if an exosome recovery solution containing a high concentration of a competitive ligand (imidazole) is added, the hisstack that has been bound to nickel ions by the competition reaction is desorbed, so that the captured exosome can be recovered into the solution. As a result, the CD63+ exosome subpopulation is separated and recovered, and the solid surface is regenerated and can be recycled for the next sample separation.

상기한 분리공정은 동일하게 위에서 회수된 CD63+ 엑소좀 아집단으로부터 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단의 순차적 분리에 이용된다. 이 경우, 리간드(히스택)는 제2 분리마커로서 Cav1 엑소좀 표면 단백질에 대해 특이한 항체와 중합한다. 바인더-리간드 반응을 통해 중합체를 고체표면에 고정시킨 후, CD63+ 엑소좀 아집단 시료를 첨가하면 CD63+/Cav1+ 엑소좀이 고체표면의 포획항체와 반응하여 포획된다. 세척 후, 고농도의 경쟁반응 리간드(이미다졸)가 포함된 엑소좀 회수용액을 첨가하면, Con A와 결합되었던 CD63+/Cav1+ 엑소좀을 용액 내로 회수할 수 있다. 그 결과, CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단이 분리 회수된다. The above-described separation process is similarly used for sequential separation of the CD63+/Cav1+ exosome subpopulation from the CD63+ exosome subpopulation recovered above. In this case, the ligand (histack) is polymerized with an antibody specific for the Cav1 exosome surface protein as a second separation marker. After the polymer is immobilized on the solid surface through a binder-ligand reaction, when a CD63+ exosome subpopulation sample is added, the CD63+/Cav1+ exosome reacts with the capture antibody on the solid surface and is captured. After washing, if an exosome recovery solution containing a high concentration of competitive ligand (imidazole) is added, the CD63+/Cav1+ exosomes bound to Con A can be recovered into the solution. As a result, the CD63+/Cav1+ exosome subpopulation is separated and recovered.

도 10은 전술한 제1 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30a), 및 제3 실시예에 따른 제2 가역적 링커(50c)를 이용한 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플의 제조방법을 도시한다. 도 10을 참고로, 도 8에서 전술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30a)를 이용해 엑소좀 아집단(S)을 분리 및 회수하고, 도 9에서 전술한 바와 같이 제3 실시예에 따른 제2 가역적 링커(50c)를 이용해 엑소좀 차아집단(SA)을 분리할 수 있다. 이때, 엑소좀 아집단(S)은 제1 가역적 링커(30a)의 바인더(33a)를 포함하고 있지만, 엑소좀 차아집단(SA) 분리 시에는 상기 제1 실시예에 따른 바인더(33a)와 반응하지 않는 제3 실시예에 다른 바인더(33c)가 고정 부재(10)에 결합된 바, 즉 제1 가역적 링커(30a)와 다른 메커니즘으로 작동하는 제2 가역적 링커(50c)가 사용되므로 전술한 블로킹 공정이 불필요하다.10 shows a method for preparing a liquid biopsy sample of exosome subpopulation using the first reversible linker 30a according to the first embodiment, and the second reversible linker 50c according to the third embodiment. Referring to FIG. 10, as described above in FIG. 8, the exosome subpopulation (S) is isolated and recovered using the first reversible linker 30a according to the first embodiment, and as described above in FIG. 9, the third The exosome subpopulation (SA) can be separated using the second reversible linker (50c) according to the embodiment. At this time, the exosome subpopulation (S) includes the binder 33a of the first reversible linker 30a, but when the exosome subpopulation SA is separated, it reacts with the binder 33a according to the first embodiment In the third embodiment, the other binder 33c is coupled to the fixing member 10, that is, the second reversible linker 50c that operates by a mechanism different from that of the first reversible linker 30a is used, so the above-described blocking process is unnecessary.

도 11은 전술한 제3 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30c), 및 제1 실시예에 따른 제2 가역적 링커(50a)를 이용한 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플의 제조방법을 도시한다. 도 11을 참고로, 도 9에서 전술한 바와 같이 제3 실시예에 따른 제1 가역적 링커(30c)를 이용해 엑소좀 아집단(S)을 분리 및 회수한 후에, 도 8에서 전술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 제2 가역적 링커(50a)를 이용해 엑소좀 차아집단(SA)을 분리할 수 있다. 이때, 엑소좀 아집단(S)은 제1 가역적 링커(30c)의 리간드(31c)를 포함하고 있지만, 엑소좀 차아집단(SA) 분리 시에는 상기 제1 가역적 링커(30c)와 구별되는 제2 가역적 링커(50a)를 채택하므로 전술한 블로킹 공정이 불필요하다.11 shows a method for preparing a liquid biopsy sample of exosome subpopulation using the first reversible linker 30c according to the third embodiment, and the second reversible linker 50a according to the first embodiment. Referring to FIG. 11, after isolating and recovering the exosome subpopulation (S) using the first reversible linker 30c according to the third embodiment as described above in FIG. The exosome subpopulation (SA) can be separated using the second reversible linker (50a) according to the first embodiment. At this time, the exosome subpopulation (S) contains the ligand 31c of the first reversible linker 30c, but when the exosome subpopulation SA is separated, the second reversible linker 30c is distinguished from the first reversible linker 30c. Since the reversible linker 50a is adopted, the above-described blocking process is unnecessary.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법의 순서도이다.12 is a flowchart of a method for preparing a liquid biopsy sample of exosome subpopulation according to another embodiment of the present invention.

도 12를 참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법은, 엑소좀 차아집단을 회수하는 단계(S600)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 포획소재는 제2 가역적 링커에 의해 고정 부재에 결합되는데, 제2 가역적 링커를 해리시킴으로써 포획된 타겟 엑소좀을 고정 부재에서 분리하여, 엑소좀 차아집단을 회수할 수 있다. 이렇게 회수된 엑소좀을 대상으로 바이오마커에 대한 분석을 수행하거나 혹은 엑소좀을 용해시켜 용출된 바이오마커에 대한 분석을 수행할 수 있다. Referring to Figure 12, the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to another embodiment of the present invention may further include the step of recovering the exosome subpopulation (S600). Here, the second capture material is bound to the anchoring member by a second reversible linker, and by dissociating the second reversible linker, the captured target exosomes are separated from the anchoring member, thereby recovering a subpopulation of exosomes. Analysis of biomarkers may be performed on the recovered exosomes, or analysis of biomarkers eluted by dissolving the exosomes may be performed.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법의 순서도이다.13 is a flowchart of a method for preparing an exosome subpopulation liquid biopsy sample according to another embodiment of the present invention.

도 13을 참고로, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법은, 엑소좀 아집단을 농축하는 단계(S250)를 더 포함할 수 있다. Referring to Figure 13, the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method according to another embodiment of the present invention may further include the step of concentrating the exosome subpopulation (S250).

샘플 용액을 첨가한 후, 회수용액을 첨가하기 전에, 엑소좀 아집단을 농축할 수 있다. 구체적으로, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 엑소좀 아집단 대상 질환 관련 엑소좀과 결합된 고정 부재를 농축한다. 일례로, 자성 비드를 고정 부재로 이용하고, 리간드 용액 및 샘플 용액이 혼합된 혼합용액 내에 자력을 통해 고정 부재를 소정의 공간 영역에 포획한 다음에, 고정 부재가 미함유된 혼합용액의 일부(예를 들어, 상층액)를 제거함으로써, 엑소좀 아집단을 농축할 수 있다.After adding the sample solution and before adding the recovery solution, the exosome subpopulation can be concentrated. Specifically, by using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, the fixation member coupled to the exosome subpopulation target disease-related exosome is concentrated. For example, a magnetic bead is used as a fixing member, and the fixing member is captured in a predetermined space region through magnetic force in a mixed solution in which the ligand solution and the sample solution are mixed, and then a part of the mixed solution ( For example, by removing the supernatant), the exosome subpopulation can be enriched.

동일한 방법으로, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 타겟 엑소좀과 결합된 고정 부재를 농축함으로써, 엑소좀 차아집단을 농축할 수도 있다(S550).In the same way, by using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, by concentrating the fixing member coupled to the target exosome, the exosome subpopulation may be concentrated (S550).

암 진단 시 CD63+ 아집단 분리의 유용성을 뒷받침하기 위해, 비표지 센서(Octet sensor; ForteBio)를 이용하여 벌크 엑소좀 표준샘플 및 분리 후에 얻은 엑소좀 아집단 샘플을 각각 CD9 및 Cav1 마커에 대해 동시 측정하고 그 결과를 도 14 내지 도 17에 나타냈다.To support the usefulness of CD63+ subpopulation isolation in cancer diagnosis, a bulk exosome standard sample and an exosome subpopulation sample obtained after isolation were simultaneously measured for CD9 and Cav1 markers, respectively, using an Octet sensor (ForteBio). and the results are shown in FIGS. 14 to 17 .

도 14 내지 도 17은 본 발명에 따른 엑소좀 아집단 분리효과를 검증하기 위하여 비표지 센서를 이용하여 엑소좀 표준샘플 및 면역친화 분리 후에 얻은 샘플 각각에 대해 CD9 및 Cav1 마커를 동시 측정한 실험결과로서, 도 14는 정상인 엑소좀 샘플 내 CD9 발현 농도를, 도 15는 정상인 엑소좀 샘플내 Cav1 발현 농도를, 도 16은 암세포 엑소좀 샘플 내 CD9 발현 농도를, 도 17은 암세포 엑소좀 샘플내 Cav1 발현 농도를 각각 나타낸다.14 to 17 are experimental results of simultaneous measurement of CD9 and Cav1 markers for each of the exosome standard sample and the sample obtained after immunoaffinity separation using an unlabeled sensor in order to verify the effect of separating the exosome subgroup according to the present invention. 14 is the CD9 expression concentration in a normal exosome sample, FIG. 15 is the Cav1 expression concentration in the normal exosome sample, FIG. 16 is the CD9 expression concentration in the cancer cell exosome sample, FIG. 17 is Cav1 in the cancer cell exosome sample Expression concentrations are respectively indicated.

우선, 정상인 샘플에 대해 분리 전후 CD9 포함 엑소좀을 측정하기 위해, CD9에 대한 특이 포획항체가 고정된 센서들을 엑소좀 샘플 내에 각각 담가 1,200초 동안 실시간으로 측정하였다(도 14 참조). 분리 전 원래의 샘플에 대해 CD9과 연관된 신호를 측정한 결과, 평균 부착신호(부착두께로 환산)는 0.74 nm 까지 증가하였다(도 14의 붉은색). 반면에, 분리 후 샘플에 대한 신호는 약 0.03 nm 정도로 겨우 측정되었다 (도 14의 파란색). 동일한 실험을 분리 전후 얻은 흑색종 암 샘플들에 대해 반복하였다(도 15 참조). 이로부터, 측정된 신호는 분리 전에 0.04 nm (붉은색) 그리고 분리 후에 <0.01 nm (파란색) 로 나타났다. 이와 같은 두 결과를 비교해 보면, 분리 전 정상인 및 흑색종 암 표준샘플 내 CD9 함유 엑소좀에 대한 신호세기는 샘플의 출처에 따라 큰 차이를 나타낸 반면에, CD63에 대해 친화 분리 후에는 모두 거의 배경신호 수준으로 감소하는 것으로 나타났다. First, in order to measure CD9-containing exosomes before and after separation in a normal sample, sensors with a specific capture antibody for CD9 were immersed in each exosome sample and measured in real time for 1,200 seconds (see FIG. 14 ). As a result of measuring the signal associated with CD9 for the original sample before separation, the average adhesion signal (converted to adhesion thickness) increased to 0.74 nm (red in FIG. 14 ). On the other hand, the signal for the sample after separation was only measured to be about 0.03 nm (blue in Fig. 14). The same experiment was repeated for melanoma cancer samples obtained before and after isolation (see FIG. 15 ). From this, the measured signal appeared as 0.04 nm (red) before separation and <0.01 nm (blue) after separation. Comparing these two results, the signal intensity for CD9-containing exosomes in normal and melanoma cancer standard samples before separation showed a large difference depending on the source of the sample, whereas after affinity separation for CD63, all of them were almost background signals. level was shown to decrease.

동일한 비표지 센싱 기술을 Cav1 특이 포획항체가 고정된 센서들을 이용하여 상기한 동일 샘플들의 분석에 적용하였다. 정상인 샘플의 경우, Cav1 포함 엑소좀은 분리 전에 0.04 nm에서 분리 후에는 0.06 nm로 정도로 작지만 증가하였다(도 16 참조). 흑색종 암 샘플의 경우, Cav1 함유 엑소좀은 분리 전에 <0.01 nm에서 분리 후에는 0.1 nm로 10배 이상 증가하였는데, 이러한 결과는 CD63에 대한 친화 분리와 연관된 특이한 효과에 기인하는 것으로 판단된다(도 17 참조). The same label-free sensing technology was applied to the analysis of the same samples described above using sensors immobilized with a Cav1-specific capture antibody. In the case of a normal sample, the Cav1-containing exosomes increased as small as 0.04 nm before separation to 0.06 nm after separation (see FIG. 16 ). In the case of melanoma cancer samples, the Cav1-containing exosomes increased more than 10-fold from <0.01 nm before isolation to 0.1 nm after isolation, which is thought to be due to the specific effect associated with affinity dissociation for CD63 (Fig. 17).

요약하면, 본 발명에 의한 면역 친화분리 방법을 이용하면 엑소좀 샘플의 출처와 상관없이 CD9 함유 엑소좀 농도가 현저히 감소되었다. 대조적으로, 본 발명에서 사용된 분리방법은 Cav1 함유 엑소좀 농도를 증가시켰는데 특히, 흑색종 암 샘플에서 그 농도의 증가가 특별히 괄목할만 하였다. 이와 같은 각 엑소좀 마커에 대한 상반된 효과로부터 분리기작적인 측면에서 명확한 해석이 가능하였다. In summary, using the immunoaffinity separation method according to the present invention, the concentration of CD9-containing exosomes was significantly reduced regardless of the source of the exosome sample. In contrast, the isolation method used in the present invention increased the concentration of Cav1-containing exosomes, and the increase in concentration was particularly remarkable in melanoma cancer samples. A clear interpretation was possible in terms of the separation mechanism from the conflicting effects of these exosome markers.

상기한 결과는 암 질환 진단 시 질환의 진행 정도에 따라 실제로 달라질 수 있다. 공개된 문헌에 따르면, 암 발생 시 증가되는 것으로 보고된 Cav1+ 엑소좀 농도는 암 발생 초기보다는 암 전이단계에서 현저히 증가한다. 따라서 암 전이단계에서 채취된 샘플 내 Cav1+ 엑소좀의 측정은 엑소좀 분리 및 농축 없이도 용이하다. 그러나 암 발생 초기에는 혈액과 같은 체액 내 그 농도가 매우 낮아서 면역분석과 같은 민감한 분석방법으로도 직접 측정하기 매우 어렵다. 따라서 본 발명에서 제시하는 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단의 분리 및 농축 과정을 따르면 그 엑소좀에 함유된 바이오마커 예를 들어, 특정 miRNA(예를 들어, 흑색종 암의 경우 miR222 등)에 대한 분석을 통해 암을 조기에 정확하게 진단할 수 있게 된다.The above results may actually vary depending on the degree of disease progression when diagnosing a cancer disease. According to published literature, the concentration of Cav1+ exosomes, which is reported to be increased during cancer development, is significantly increased at the stage of cancer metastasis rather than at the beginning of cancer development. Therefore, the measurement of Cav1+ exosomes in samples collected at the stage of cancer metastasis is easy without exosome separation and concentration. However, in the early stages of cancer, the concentration in body fluids such as blood is very low, so it is very difficult to directly measure it even with a sensitive analytical method such as immunoassay. Therefore, if the separation and enrichment process of the CD63+/Cav1+ exosome subpopulation presented in the present invention is followed, the biomarker contained in the exosome, for example, a specific miRNA (eg, miR222 in the case of melanoma cancer, etc.) This allows for early and accurate diagnosis of cancer.

이와 같은 조기진단은 타겟 엑소좀을 분리하여 분석 관찰 윈도우를 축소하는 효과와 타겟 농도를 농축하는 시너지 효과에 의해 가능하게 된다. 도 18은 CD63+ 엑소좀 아집단을 분석샘플로 이용한 순차적인 CD63+/Cav1+ 엑소좀 차아집단의 측정(도 16의 파란색 곡선) 시 타겟 엑소좀의 농축 및 분석 윈도우 축소에 따른 타겟팅 시너지 효과를 나타낸 모식도이다.Such early diagnosis is made possible by the synergistic effect of reducing the analysis observation window by isolating the target exosome and concentrating the target concentration. 18 is a schematic diagram showing the targeting synergistic effect according to the concentration of the target exosome and the reduction of the analysis window when sequential CD63+/Cav1+ exosome subpopulation is measured (blue curve in FIG. 16) using the CD63+ exosome subgroup as an analysis sample. .

도 18을 참고로, 관찰 윈도우 크기를 비교하면, 분석 샘플로 이용되는 체액 내에는 많은 다른 세포에서 방출된 엑소좀 종들이 혼합되어 있어서(도 18의 벌크 엑소좀 집단 c; 도 1 참조), 체액으로부터 타겟 엑소좀이 포함된 엑소좀 아집단(도 18의 a) 내지는 차아집단(도 18의 b1) 참조)을 분리 후 분석 샘플로 이용하면 비관련 엑소좀 종들을 질환 관련 엑소좀 종으로부터 배제하여 관찰 윈도우를 바람직한 방향으로 축소하는 효과를 얻게 된다. 이 경우, 질환 진단 시 비관련 바이오마커들의 비특이 반응에 의한 간섭현상을 최소화할 수 있다. 나아가, 상기한 아집단 내지는 차아집단으로 분리 시 농축 공정을 이용하면 타겟 엑소좀의 농도가 증가하는 효과를 얻게 된다(도 18의 타겟농도 비교 참조). 따라서 본 발명에 따르면 진단 시 엑소좀 차아집단을 분석 샘플로 이용할 경우 비특이 엑소좀에 의한 간섭효과가 최소화되고 동시에 타겟 엑소좀 농도가 증가되어 진단 정확도에 대해 긍정적인 시너지 효과를 얻게 된다. Referring to FIG. 18, when the observation window size is compared, exosome species released from many different cells are mixed in the body fluid used as the analysis sample (bulk exosome population c in FIG. 18; see FIG. 1), the body fluid If the exosome subgroup (FIG. 18 a) or sub-subgroup (see FIG. 18 b 1 )) containing the target exosome from is used as an analysis sample, unrelated exosome species are excluded from disease-related exosome species. Thus, the effect of reducing the observation window in a desired direction is obtained. In this case, it is possible to minimize interference caused by non-specific reactions of unrelated biomarkers during disease diagnosis. Furthermore, if the concentration process is used when separating into the subgroup or subgroup described above, an effect of increasing the concentration of the target exosome is obtained (refer to the comparison of target concentration in FIG. 18 ). Therefore, according to the present invention, when a subpopulation of exosomes is used as an analysis sample during diagnosis, the interference effect due to non-specific exosomes is minimized and the target exosome concentration is increased at the same time, thereby obtaining a positive synergistic effect on diagnostic accuracy.

기존 대부분의 엑소좀 분리 방법에서는, 상기한 바와 같이 대상 체액 내 벌크 엑소좀 집단 전체를 분리 및 농축하므로 타겟 엑소좀 아집단 내지는 차아집단이 다른 엑소좀들과 혼합된 상태로 단지 농축 효과만을 제공할 수 있다. 이 경우, 다른 모든 엑소좀의 농도도 함께 증가하게 되어 타겟 엑소좀의 분석 시 다른 엑소좀 성분들의 비특이 반응에 의한 간섭 등 샘플 메트릭스 효과가 여전히 존재한다. 이와 같은 현존하는 문제점을 극복하기 위한 방안으로 엑소좀에 함유된 복수의 바이오마커들 즉, 단백질 및 miRNA 등의 분포(profiling) 변화를 측정할 수 있으나, 진단대상 질환에 대해 사용된 바이오마커들의 특이성이 근본적으로 낮기 때문에 조기진단에 사용할 수 있을 정도로 진단정확도를 개선하기 어렵다. In most existing exosome separation methods, as described above, since the entire bulk exosome population in the target body fluid is separated and concentrated, the target exosome subpopulation or subpopulation is mixed with other exosomes to provide only a concentration effect. can In this case, the concentration of all other exosomes also increases, so that there is still a sample matrix effect such as interference by non-specific reactions of other exosome components when analyzing the target exosome. As a method to overcome such existing problems, a change in the distribution (profiling) of a plurality of biomarkers contained in exosomes, that is, proteins and miRNAs, can be measured, but the specificity of the biomarkers used for the disease to be diagnosed Since this is fundamentally low, it is difficult to improve the diagnostic accuracy to the extent that it can be used for early diagnosis.

상기한 바와 같이 온화한 조건에서 수행 가능한 면역친화 분리기술을 이용하여 조제한 엑소좀 아집단 및 차아집단 샘플이 진단에 적용될 수 있는 특정 질환 그리고 분리 및 진단 마커로 사용 가능한 엑소좀 유래 단백질 및 핵산들을 아래에 제시하였다. Exosome-derived proteins and nucleic acids that can be used as isolation and diagnostic markers and specific diseases in which exosome subgroup and sub-subgroup samples prepared using immunoaffinity separation technology that can be performed under mild conditions as described above can be applied to diagnosis are listed below. presented.

다수의 엑소좀 유래 유방암 마커들이 최근 CD24 및 EpCAM 에서와 같이 임상적으로 확인되고 있다. 유방암에 부가하여, 다른 많은 암에 대해서도 엑소좀 단백질들이 바이오마커의 유용한 자원으로 제공된다. 여러 연구결과에서, 세포사멸 저해제(inhibitor of apoptosis; IAP) 단백질 군의 한 종류가 정상인 및 전립선암 환자의 혈장 유래 엑소좀에서 탐지되었지만, 엑소좀 함유 survivin 의 상대적 함량이 전립선암 환자의 혈장에서 현저히 더 높은 것으로 나타났다. 비침습적인 수단으로 쉽게 접근이 가능한 뇨 엑소좀은 전립선암과 방광암에 대한 바이오마커들을 개발하는데 유용하다. 정상인과 방광암 환자로부터 얻은 뇨 엑소좀에 대한 단백질 프로파일링(label-free liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) 분석)은 방광암에 대해 잠재적인 바이오마커로서 뇨 엑소좀에 포함된 단백질을 확인하게 하였다. 예를 들어, 두 알려진 전립선암 마커인 PCA3 및 TMPRSS2-ERG는 또한 전립선암 환자로부터 채취된 뇨 엑소좀에 존재한다. 세포 표면 프로테오글리칸(단백질을 결합한 다당류)은 양성 췌장병에서는 발견되지 않지만 조기 및 후기 상태의 췌장암 환자의 혈청으로부터 FACS로 분리된 엑소좀 내 존재하는 것으로 나타났다. 난소암 환자의 혈장으로부터 초원심분리로 분리된 엑소좀은 TGF-1 and MAGE 3/6를 함유하였지만, 그 두 단백질들은 양성 종양 환자에서 구한 엑소좀에는 존재하지 않았다. A number of exosome-derived breast cancer markers have recently been clinically identified, such as CD24 and EpCAM. In addition to breast cancer, exosomal proteins provide a useful resource for biomarkers for many other cancers. In several studies, one type of inhibitor of apoptosis (IAP) protein group was detected in plasma-derived exosomes from normal individuals and prostate cancer patients, but the relative content of exosome-containing survivin was significantly higher in the plasma of prostate cancer patients. appeared to be higher. Urinary exosomes, which are readily accessible by non-invasive means, are useful for developing biomarkers for prostate and bladder cancer. Protein profiling (label-free liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis) of urine exosomes obtained from normal individuals and bladder cancer patients identified the protein contained in urine exosomes as potential biomarkers for bladder cancer. made to confirm For example, two known prostate cancer markers, PCA3 and TMPRSS2-ERG, are also present in urinary exosomes harvested from prostate cancer patients. Cell surface proteoglycans (protein-bound polysaccharides) were not found in benign pancreatic disease, but were found to be present in exosomes isolated by FACS from the serum of patients with early and late-stage pancreatic cancer. Exosomes isolated by ultracentrifugation from plasma from ovarian cancer patients contained TGF-1 and MAGE 3/6, but these two proteins were not present in exosomes obtained from patients with benign tumors.

단백질 외에, 엑소좀에서 분리된 핵산 분석 초기에 엑소좀 탑재 주요 성분들로 miRNAs(miRs) 및 mRNAs가 확인되었다. 추후 연구결과에 따라 엑소좀은 transfer RNAs(tRNAs) 그리고 long non-coding RNAs 등 다른 종류의 RNAs를 포함하는 것으로 나타났다. RNA 종에 부가하여, 단일가닥 및 2중 가닥 DNAs 절편이 엑소좀에 존재하는 것으로 확인되었다. 엑소좀 유래 핵산들 중, 엑소좀 miRNAs는 RNase 의존성 분해로부터 안정성이 확보되면서 암진단 바이오마커로서 가장 주목을 받고 있다. 전임상 및 임상 연구에서 발견된 엑소좀 핵산 바이오마커의 예로서, 유방암 진단에 적용된 혈장 내 엑소좀 핵산으로 miR-21 및 miR-1246 이 있고, 난소암 진단 및 스크리닝 단계에 적용된 혈청 내 엑소좀 핵산으로 miR-21, miR-141, miR-200a, miR-200c, miR-200b, miR-203, miR-205, 및 miR-214 가 있고, 대장암 진단에 적용된 혈청 내 엑소좀 핵산으로 let-7a, miR-1229, miR-1246, miR-150, miR-21, miR-223, 및 miR-23a 가 있고, 전립선암 진단에 적용된 혈장 및 혈청 내 핵소좀 핵산으로 miR-141 및 miR-375 가 있고, 췌장암 진단에 적용된 혈청 및 소변 내 핵소좀 핵산으로 miR-17-5p 및 miR-21 이 있다. In addition to proteins, miRNAs (miRs) and mRNAs were identified as major components of exosome loading in the initial analysis of nucleic acids isolated from exosomes. According to the results of further studies, exosomes were found to contain different types of RNAs such as transfer RNAs (tRNAs) and long non-coding RNAs. In addition to RNA species, single-stranded and double-stranded DNAs fragments were identified to be present in exosomes. Among exosome-derived nucleic acids, exosome miRNAs are receiving the most attention as cancer diagnostic biomarkers as their stability is secured from RNase-dependent degradation. Examples of exosome nucleic acid biomarkers found in preclinical and clinical studies include miR-21 and miR-1246 as exosomal nucleic acids in plasma applied to breast cancer diagnosis, and exosome nucleic acids in serum applied to ovarian cancer diagnosis and screening steps. miR-21, miR-141, miR-200a, miR-200c, miR-200b, miR-203, miR-205, and miR-214, and let-7a as an exosome nucleic acid in serum applied for colorectal cancer diagnosis, miR-1229, miR-1246, miR-150, miR-21, miR-223, and miR-23a, and miR-141 and miR-375 as nucleosome nucleic acids in plasma and serum applied for prostate cancer diagnosis, There are miR-17-5p and miR-21 as nucleosome nucleic acids in serum and urine applied to the diagnosis of pancreatic cancer.

요약하면, 암세포에서 유래된 엑소좀은 종양 발생 미세환경 내 단백질, 지질, 및 핵산을 포함하는 물질들의 세포 간 전달을 증대시킴으로서 암 진행에 기여한다. 엑소좀 탑재 성분은 원래의 암으로부터 변화된 상태를 반영하므로, 엑소좀은 조기 탐지, 진단, 및 예후에 대한 최소 칩습적 바이오마커로 이용할 가치가 매우 높다. 실제로, 체액에서 엑소좀의 안정성이 유지되므로 엑소좀 기반의 진단은 기존의 조직생검 혹은 다른 액체생검 바이오마커에 비해 더 높은 민감도와 특이도를 제공한다.In summary, cancer cell-derived exosomes contribute to cancer progression by enhancing intercellular delivery of substances including proteins, lipids, and nucleic acids in the tumorigenic microenvironment. Since the exosome loading component reflects the changed state from the original cancer, exosomes are highly valuable as a minimally invasive biomarker for early detection, diagnosis, and prognosis. In fact, exosome-based diagnosis provides higher sensitivity and specificity compared to conventional tissue biopsy or other liquid biopsy biomarkers because the stability of exosomes is maintained in body fluids.

부가하여, 엑소좀 마커들은 대부분의 체액으로부터 쉽게 얻을 수 있고, 최근 엑소좀 분리 기술의 진보에 따라 엑소좀 기반 진단 비용과 노동력을 효과적으로 만드는 계기가 되고 있다. 그러나 엑소좀 진단 영역에서 극복해야할 주요 장애는 순수 엑소좀 집단을 분리하는 최적 방법을 개발하는 것이다. 미세 소포체 자체는 암을 탐지하는 유용한 진단도구일 수 있지만, 두 주요 세포 외 소포체를 순수 엑소좀 및 그 외 미세소포체 집단으로 분리하는 기술로는 단지 비교 연구만이 가능할 뿐이다. 다른 도전은 암에서 유래된 엑소좀 탑재 성분이 다르게 되는 암 엑소좀의 이질성을 조절하고 따라서 진단 결과의 재현성에 영향을 주는 기작을 이해하는 것이다. 이와 같은 중요성에도 불구하고, 엑소좀 RNAs 및 DNAs의 next-generation sequencing, 엑소좀 표면 단백질들의 단백질체적인 분석, 그리고 면역친화 기반 포획기술을 결합하는 향후 노력들에 의해 엑소좀 기반 암 진단은 다음 수준의 단계에 도달할 것이다.In addition, exosome markers can be easily obtained from most body fluids, and recent advances in exosome isolation technology have provided an opportunity to effectively make exosome-based diagnostic costs and labor. However, a major obstacle to be overcome in the field of exosome diagnostics is to develop an optimal method to isolate a pure exosome population. Microvesicles themselves may be a useful diagnostic tool to detect cancer, but techniques to separate the two major extracellular vesicles into pure exosomes and other microvesicles populations only allow comparative studies. Another challenge is to understand the mechanisms by which cancer-derived exosome loading components differ in regulating the heterogeneity of cancer exosomes and thus affecting the reproducibility of diagnostic results. Despite this importance, exosome-based cancer diagnosis is at the next level by future efforts that combine next-generation sequencing of exosome RNAs and DNAs, proteomic analysis of exosome surface proteins, and immunoaffinity-based capture technology. step will be reached.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for the purpose of describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and by those of ordinary skill in the art within the technical spirit of the present invention. It is clear that the modification or improvement is possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications and variations of the present invention belong to the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

1: 엑소좀 1a: 질환 관련 엑소좀
1b: 타겟 엑소좀 10: 고정 부재
20: 제1 포획소재 30: 제1 가역적 링커
31a ~ 31d: 리간드 32: 경쟁반응 리간드
33a ~ 33d: 바인더 35a, 35b: 인식소재
40: 제2 포획소재 50: 제2 가역적 링커
m: 분리마커 m1: 제1 분리마커
m2: 제 분리마커 B: 벌크 엑소좀 모집단
S: 엑소좀 아집단 SA: 엑소좀 차아집단
C: 중합체
1: exosome 1a: disease-related exosome
1b: target exosome 10: fixation member
20: first capture material 30: first reversible linker
31a to 31d: ligand 32: competitive ligand
33a ~ 33d: binder 35a, 35b: recognition material
40: second capture material 50: second reversible linker
m: separation marker m1: first separation marker
m2: first isolation marker B: bulk exosome population
S: exosome subpopulation SA: exosome subpopulation
C: polymer

Claims (18)

고상(solid state)의 고정 부재;
다수의 세포로부터 분비된 엑소좀 중 소정의 질환 관련 엑소좀이 가지는 제1 분리마커와 특이적으로 결합하여 상기 질환 관련 엑소좀을 포획하는 제1 포획소재;
상기 고정 부재와 상기 제1 포획소재를 분리 가능하게 결합시키는 제1 가역적 링커; 및
상기 제1 포획소재가 미결합된 상기 고정 부재에 결합되고, 상기 질환 관련 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단 내의 타겟 엑소좀이 가지는 제2 분리마커와 특이적으로 결합하여 상기 타겟 엑소좀을 포획하는 제2 포획소재;를 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
a solid state fixing member;
a first capture material that specifically binds to a first separation marker of a predetermined disease-related exosome among exosomes secreted from a plurality of cells to capture the disease-related exosome;
a first reversible linker separably coupling the fixing member and the first capture material; and
The first capture material is coupled to the unbound fixing member, and specifically binds to a second separation marker of the target exosome in the exosome subgroup, which is a group of disease-related exosomes, to capture the target exosome. A second capture material comprising; exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation device.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 포획소재가 미결합된 상기 고정 부재와 상기 제2 포획소재를 분리 가능하게 결합시키는 제2 가역적 링커;를 더 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
The method according to claim 1,
Exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus further comprising a; a second reversible linker for separably coupling the fixing member to which the first capture material is not bound and the second capture material.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 가역적 링커, 및 상기 제2 가역적 링커 중 적어도 어느 하나는,
리간드;
상기 포획소재와 중합되어 중합체를 형성하며, 상기 리간드가 탈착 가능하게 부착되고, 상기 리간드와의 부착반응에 의해 구조가 변하는 바인더; 및
상기 고정 부재의 표면에 고정되고, 구조가 변한 상기 바인더와 특이적으로 결합하되, 상기 리간드가 상기 바인더에서 탈착될 때에 상기 바인더와 분리되는 인식소재;를 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
3. The method according to claim 2,
At least one of the first reversible linker and the second reversible linker,
ligand;
a binder that is polymerized with the capture material to form a polymer, the ligand is detachably attached, and the structure is changed by an attachment reaction with the ligand; and
Exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus comprising a; a recognition material fixed to the surface of the fixing member and specifically binding to the binder whose structure is changed, and is separated from the binder when the ligand is desorbed from the binder .
청구항 2에 있어서,
상기 제1 가역적 링커, 및 상기 제2 가역적 링커 중 적어도 어느 하나는,
리간드;
상기 고정 부재의 표면에 고정되며, 상기 리간드가 탈착 가능하게 부착되고, 상기 리간드와의 부착반응에 의해 구조가 변하는 바인더; 및
상기 포획소재와 중합되어 중합체를 형성하고, 구조가 변한 상기 바인더와 특이적으로 결합하되, 상기 리간드가 상기 바인더에서 탈착될 때에 상기 바인더와 분리되는 인식소재;를 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
3. The method according to claim 2,
At least one of the first reversible linker and the second reversible linker,
ligand;
a binder fixed to the surface of the fixing member, to which the ligand is detachably attached, and whose structure is changed by an attachment reaction with the ligand; and
Exosome subpopulation liquid biopsy sample comprising; a recognition material that polymerizes with the capture material to form a polymer, binds specifically to the binder with a changed structure, and is separated from the binder when the ligand is desorbed from the binder manufacturing equipment.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 리간드는, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 펩타이드, 비타민, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
5. The method according to claim 3 or 4,
The ligand is a sugar molecule, an ion, a substrate, an antigen, a peptide, a vitamin, a growth factor, and an exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation device comprising any one or more selected from the group consisting of.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 바인더는, 당 결합단백질, 이온 결합단백질, 효소, 항체, 앱타머, 세포 수용체, 및 나노 구조체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
5. The method according to claim 3 or 4,
The binder is a sugar-binding protein, an ion-binding protein, an enzyme, an antibody, an aptamer, a cell receptor, and an exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation device comprising any one or more selected from the group consisting of nanostructures.
청구항 3 또는 4에 있어서,
상기 인식소재는, 항체, 단백질 수용체, 세포 수용체, 앱타머, 효소, 나노입자, 나노 구조체, 및 중금속 킬레이터(chelator)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
5. The method of claim 3 or 4,
The recognition material is an exosome subpopulation liquid biopsy sample comprising at least one selected from the group consisting of antibodies, protein receptors, cell receptors, aptamers, enzymes, nanoparticles, nanostructures, and heavy metal chelators manufacturing equipment.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 가역적 링커, 및 상기 제2 가역적 링커 중 적어도 어느 하나는,
상기 포획소재와 중합되어 중합체를 형성하는 리간드; 및
상기 고정 부재의 표면에 고정되고, 상기 리간드와 결합되되, 경쟁반응 리간드와의 경쟁반응에 의해 상기 리간드와 분리되는 바인더;를 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
3. The method according to claim 2,
At least one of the first reversible linker and the second reversible linker,
a ligand that polymerizes with the capture material to form a polymer; and
Exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus comprising a; a binder fixed to the surface of the fixing member, coupled to the ligand, and separated from the ligand by a competition reaction with a competing ligand.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 가역적 링커, 및 상기 제2 가역적 링커 중 적어도 어느 하나는,
상기 고정 부재의 표면에 고정되는 리간드;
상기 포획소재와 중합되어 중합체를 형성하고, 상기 리간드와 결합되되, 경쟁반응 리간드와의 경쟁반응에 의해 상기 리간드와 분리되는 바인더;를 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
3. The method according to claim 2,
At least one of the first reversible linker and the second reversible linker,
a ligand fixed to the surface of the fixing member;
Exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation apparatus comprising a; polymerized with the capture material to form a polymer, and bound to the ligand, the binder separated from the ligand by a competitive reaction with the competing ligand.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 바인더는, 2가 금속이온, 아비딘 류, 당 결합단백질, 이온 결합단백질, 효소, 항체, 앱타머, 단백질 수용체, 세포 수용체, 및 나노 구조체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하고,
상기 리간드는, 히스택(His-tag, polyhistidine-tag), 비타민, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로 선택되는 어느 하나 이상을 포함하며,
상기 경쟁반응 리간드는, 이미다졸(imidazole), 비타민, 당 분자, 이온, 기질, 항원, 아미노산, 펩타이드, 핵산, 성장인자, 및 호르몬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
10. The method according to claim 8 or 9,
The binder includes at least one selected from the group consisting of divalent metal ions, avidins, sugar-binding proteins, ion-binding proteins, enzymes, antibodies, aptamers, protein receptors, cell receptors, and nanostructures,
The ligand includes at least one selected from the group consisting of His-tag, polyhistidine-tag, vitamins, sugar molecules, ions, substrates, antigens, amino acids, peptides, nucleic acids, growth factors, and hormones, ,
The competitive ligand is an exosome subpopulation comprising at least one selected from the group consisting of imidazole, vitamins, sugar molecules, ions, substrates, antigens, amino acids, peptides, nucleic acids, growth factors, and hormones. Liquid biopsy sample preparation device.
청구항 1에 있어서,
상기 고정 부재는, 하이드로 젤, 자성비드, 라텍스 비드, 글라스 비드, 나노금속 구조체, 세공성 멤브레인, 및 비세공성 멤브레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
The method according to claim 1,
The fixing member is an exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation device comprising at least one selected from the group consisting of a hydrogel, a magnetic bead, a latex bead, a glass bead, a nanometal structure, a porous membrane, and a non-porous membrane .
청구항 1에 있어서,
내부에 상기 고정 부재를 수용하는 반응기;를 더 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
The method according to claim 1,
Exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation device further comprising; a reactor for accommodating the fixing member therein.
청구항 1에 있어서,
상기 질환 관련 엑소좀 또는 상기 타겟 엑소좀과 결합된 상기 고정 부재는, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상에 의해 농축되는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조장치.
The method according to claim 1,
The disease-related exosomes or the fixing member coupled to the target exosomes is concentrated by any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation device.
(a) 다수의 세포로부터 분비된 엑소좀 중 소정의 질환 관련 엑소좀이 가지는 제1 분리마커와 특이적으로 결합하는 제1 포획소재를, 제1 가역적 링커를 이용해, 고상(solid state)의 고정 부재에 결합시키는 단계;
(b) 상기 엑소좀의 집단을 함유하는 샘플 용액과, 상기 고정 부재에 결합된 상기 제1 포획소재를 반응시켜, 상기 질환 관련 엑소좀을 포획함으로써, 상기 질환 관련 엑소좀의 집단인 엑소좀 아집단을 분리하는 단계;
(c) 포획된 상기 질환 관련 엑소좀이 상기 고정 부재에서 분리되도록, 상기 제1 가역적 링커를 해리시켜, 상기 엑소좀 아집단을 회수하는 단계;
(d) 상기 엑소좀 아집단 내의 타겟 엑소좀이 가지는 제2 분리마커와 특이적으로 결합하는 제2 포획소재를, 상기 고정 부재에 결합시키는 단계; 및
(e) 회수된 상기 엑소좀 아집단을 함유하는 엑소좀 아집단 용액과, 상기 고정 부재에 결합된 상기 제2 포획소재를 반응시켜, 상기 타겟 엑소좀을 포획함으로써, 상기 타겟 엑소좀의 집단인 엑소좀 차아집단을 분리하는 단계;를 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법.
(a) A first capture material that specifically binds to a first separation marker of a predetermined disease-related exosome among exosomes secreted from a plurality of cells is immobilized in a solid state using a first reversible linker coupling to the member;
(b) reacting the sample solution containing the population of exosomes with the first capture material bound to the fixing member to capture the disease-related exosomes, thereby forming the disease-related exosome population separating the population;
(c) recovering the exosome subpopulation by dissociating the first reversible linker so that the captured disease-related exosomes are separated from the fixing member;
(d) binding a second capture material that specifically binds to a second separation marker of the target exosome in the exosome subpopulation to the fixing member; and
(e) reacting the exosome subpopulation solution containing the recovered exosome subpopulation and the second capture material bound to the fixing member to capture the target exosome, thereby forming the target exosome population Separating the exosome subpopulation; exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method comprising.
청구항 14에 있어서,
상기 (d) 단계는, 상기 제2 포획소재가 제2 가역적 링커에 의해 상기 고정 부재에 결합되는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법.
15. The method of claim 14,
In the step (d), the exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method in which the second capture material is coupled to the fixing member by a second reversible linker.
청구항 15에 있어서,
포획된 상기 타겟 엑소좀이 상기 고정 부재에서 분리되도록, 상기 제2 가역적 링커를 해리시켜, 상기 엑소좀 차아집단을 회수하는 단계;를 더 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법.
16. The method of claim 15,
The exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method further comprising; dissociating the second reversible linker to recover the exosome subpopulation so that the captured target exosome is separated from the fixing member.
청구항 14에 있어서,
상기 (b) 단계와, 상기 (c) 단계 사이에,
자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 상기 질환 관련 엑소좀이 포획된 상기 고정 부재를 농축하는 단계;를 더 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법.
15. The method of claim 14,
Between step (b) and step (c),
Using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, concentrating the fixing member in which the disease-related exosomes are captured; exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method further comprising a.
청구항 14에 있어서,
상기 (e) 단계 이후에, 자력, 중력, 및 원심력 중 어느 하나 이상을 이용해, 상기 타겟 엑소좀이 포획된 상기 고정 부재를 농축하는 단계;를 더 포함하는 엑소좀 차아집단 액체생검 샘플 제조방법.
15. The method of claim 14,
After step (e), using any one or more of magnetic force, gravity, and centrifugal force, concentrating the fixing member in which the target exosome is captured; exosome subpopulation liquid biopsy sample preparation method further comprising a.
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