KR20210072672A - Diagnosis method by aqueous two-phase composition - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a diagnostic method capable of accurately diagnosing various diseases including cancer with high reliability by recovering a sample used for diagnosis from a biological sample with high purity and high yield.

Description

수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 질병 진단 방법{Diagnosis method by aqueous two-phase composition}Disease diagnosis method using aqueous phase separation composition {Diagnosis method by aqueous two-phase composition}

본 발명은 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 질병 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a disease diagnosis method using an aqueous phase separation composition.

최근 들어 암의 예방 및 치료방법이 눈부시게 발전했지만 많은 사람들은 아직도 암은 현대 의학이 해결하지 못한 가장 두려운 난치의 병으로 인식하고 있다. 암의 발생 원인은 아직도 정확히 밝혀진 바 없다. 하지만 지금까지 알려진 바에 따르면 정상적인 세포의 유전자나 암 억제 유전자에 돌연변이가 생겨서 나타난다고 알려져 있다.Although cancer prevention and treatment methods have been developed remarkably in recent years, many people still recognize cancer as the most feared and incurable disease that modern medicine has not solved. The exact cause of cancer is still unknown. However, according to what is known so far, it is known that mutations occur in genes of normal cells or genes that suppress cancer.

암은 가능한 한 조기 발견하여 적절한 치료를 받았을 때 높은 치유율을 보일 수 있다. 현재까지 이용되는 암의 진단 수단은 물리적인 방법으로 이중 조영법, 압박 촬영법 또는 점막 촬영법 등이 있다. 또한, 조직 검사(생검)하여 암이 의심스러운 부분을 직접 진단할 수 있다. 그러나 상기 방법들은 위생상의 문제가 있고, 검사가 진행되는 동안 환자가 고통을 감수해야 하는 단점이 있어, 이를 대체할 만한 진단 방법이 필요하다.Cancer can have a high cure rate when it is detected as early as possible and treated appropriately. Methods for diagnosing cancer that have been used up to now are physical methods, such as double imaging, compression imaging, or mucosal imaging. In addition, a biopsy (biopsy) can be performed to directly diagnose a suspected cancer. However, these methods have a sanitary problem and have disadvantages in that the patient has to suffer pain while the test is in progress, so an alternative diagnostic method is needed.

한편, 대표적인 바이오 마커 중 하나인 엑소좀(exosomes)은 체내 세포에서 자연적으로 분비되는 나노미터 크기의 구형 소낭의 일종이다. 상기 엑소좀은 세포간 신호 전달 목적으로 특별히 분비되는 것으로 이해되고 있으며, 특정 세포가 함유하고 있는 단백질, 지질, RNA 등 기능적 활성물질을 그대로 포함하고 있다. 이에 혈액이나 소변을 통해 엑소좀을 분리하고, 이를 분석하여 각종 질환과 관련된 특성을 분석하여 질병을 쉽게 진단할 수 있다.Meanwhile, exosomes, one of the representative biomarkers, are a kind of nanometer-sized spherical vesicles naturally secreted from cells in the body. It is understood that the exosomes are specifically secreted for the purpose of intercellular signal transduction, and contain functionally active substances such as proteins, lipids, and RNA contained in specific cells as they are. Therefore, it is possible to easily diagnose diseases by isolating exosomes from blood or urine and analyzing them to analyze characteristics related to various diseases.

엑소좀의 양은 진단의 민감도에 영향을 주고, 순도는 진단의 특이도에 영향을 준다. 이에 따라 가능하면 많은 양의 엑소좀을 분리할 수 있고, 동시에 높은 순도를 같는 엑소좀을 분리할 수 있는 기술이 진단이나 치료제 개발에 필요하다. 그러나 체액 속에는 엑소좀 이외의 물질(단백질)이 너무 많고 엑소좀의 양은 상대적으로 적기 때문에 기존 나노 입자 분리방법을 적용하는데 한계가 있다. 지금까지 다양한 분리방법이 개발되어 왔지만 아직까지 엑소좀을 이용한 진단을 성공시킨 사례는 드물다.The amount of exosomes affects the sensitivity of the diagnosis, and the purity affects the specificity of the diagnosis. Accordingly, a technology capable of isolating a large amount of exosomes as much as possible and simultaneously separating exosomes of the same high purity is required for diagnosis or development of therapeutic agents. However, since there are too many substances (proteins) other than exosomes in body fluid and the amount of exosomes is relatively small, there is a limit to applying the existing nanoparticle separation method. Although various isolation methods have been developed so far, there are few cases of successful diagnosis using exosomes.

엑소좀을 이용하여 질병을 진단하는 경우 항원-항체 반응을 이용하여 분석하는 경우가 많다. 예를 들어 엑소좀의 막 단백질을 분석해서 진단 하는 경우 항원-항체 반응을 이용한다. When diagnosing a disease using exosomes, it is often analyzed using an antigen-antibody reaction. For example, in the case of diagnosis by analyzing the membrane protein of exosomes, antigen-antibody reaction is used.

이때 목표하는 막 단백질의 양을 측정하기 위해서 엑소좀의 막 단백질에 붙지 않은 항체를 제거하는 분리 기술이 필요하다. 상기 분리 기술로는 주로 초원심 분리 공정이 사용되고 있다(US9,921,223, 및 US7,897,356). 이러한 방법은 공정 도중 많은 입자 손실을 유발해서 분석에 한계를 가져온다. 특히 항원-항체 반응을 여러 번 적용하는 경우(secondary antibody) 분리 과정을 여러 번 거쳐야 해서 항체가 붙은 엑소좀을 대부분 잃게 된다. 이러한 손실로 인한 낮은 함량의 엑소좀은 전체 집단(population)에 대한 정보를 반영하지 못한다. 또한, 분리되지 않은 엑소좀 이외의 물질(단백질)이 여전히 존재한다. 그 결과, 기존 엑소좀 분리방법을 이용한 질병 진단시 순도 및 함량이 낮아 측정과 분석의 정확도를 떨어뜨린다. At this time, in order to measure the amount of the target membrane protein, a separation technology that removes the antibody not attached to the membrane protein of the exosome is required. As the separation technology, an ultracentrifugation process is mainly used (US9,921,223, and US7,897,356). This method causes a lot of particle loss during the process, which limits the analysis. In particular, when the antigen-antibody reaction is applied multiple times (secondary antibody), most of the exosomes to which the antibody is attached are lost because the separation process must be repeated several times. The low content of exosomes due to this loss does not reflect information about the entire population. In addition, substances (proteins) other than exosomes that have not been separated still exist. As a result, when diagnosing a disease using the existing exosome separation method, the purity and content are low, thereby reducing the accuracy of measurement and analysis.

이외에도 US 9952215 B2에서 전기 영동(electrophoresis)을 통한 분리 기술및 saline으로 세척하는 방법(CA2453198)을 개시하고 있으나, 이 또한 상기 순도 및 함량 면에서의 문제를 여전히 해결할 수 없었다.In addition, US 9952215 B2 discloses a separation technique through electrophoresis and a method of washing with saline (CA2453198), but this also still could not solve the problems in terms of purity and content.

미국 등록 특허 제9,921,223호, 2018.03.20, Analysis of genomic DNA, RNA, and proteins in exosomes for diagnosis and theranosisU.S. Patent No. 9,921,223, 2018.03.20, Analysis of genomic DNA, RNA, and proteins in exosomes for diagnosis and theranosis 미국 등록 특허 제7,897,356호, 2011.03.01, Methods and systems of using exosomes for determining phenotypesU.S. Patent No. 7,897,356, 2011.03.01, Methods and systems of using exosomes for determining phenotypes 미국 등록 특허 제9,952,215호, 2018.04.24, Exosome analysis method, exosome analysis apparatus, antibody-exosome complex, and exosome electrophoresis chipU.S. Patent No. 9,952,215, 2018.04.24, Exosome analysis method, exosome analysis apparatus, antibody-exosome complex, and exosome electrophoresis chip 캐나다 공개 특허 제2453198호, 2005.07.07, Quantification and generation of immune suppressive exosomesCanadian Patent Publication No. 2453198, July 7, 2005, Quantification and generation of immune suppressive exosomes

이에 본 발명자들은 엑소좀의 손상 또는 손실이 거의 없이 항체만을 선택적으로 제거하고자 다양한 연구를 수행한 결과, 두 가지 수용액 상으로 이루어진 새로운 조성의 수용액 이상계 상분리 시스템을 설계하고, 이 시스템을 이용할 경우 높은 선택도로 항체만의 제거가 단시간 내에 가능하고, 암, 특히 전립선암의 진단에 적용 시 높은 신뢰도로 진단이 가능함을 확인하였다.Accordingly, the present inventors have conducted various studies to selectively remove only antibodies with little or no damage or loss of exosomes, and as a result of designing a two-phase phase separation system with a new composition of two aqueous solutions, high selection when using this system It was confirmed that it is possible to remove only the antibody in a short period of time, and it is possible to diagnose with high reliability when applied to the diagnosis of cancer, especially prostate cancer.

따라서, 본 발명에서는 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 항체 제거를 수행하는 질병 진단 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for diagnosing a disease in which antibody removal is performed using an aqueous phase phase separation composition.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 In order to solve the above problem, the present invention

(S1) 생물학적 시료로부터 세포 밖 소포체를 분리하는 단계;(S1) separating the extracellular vesicles from the biological sample;

(S2) 상기 세포 밖 소포체와 이에 특이적으로 결합하는 일차 항체를 항원-항체 반응을 통해 결합시키는 단계; (S2) binding the extracellular ER and a primary antibody specifically binding thereto through an antigen-antibody reaction;

(S3) 동정을 위해 착색 또는 형광 특성을 갖는 이차 항체를 항원-항체 반응을 통해 결합시키는 단계;(S3) binding a secondary antibody having colored or fluorescent properties through an antigen-antibody reaction for identification;

(S4) 얻어진 복합체의 정보를 검출하는 단계; 및(S4) detecting information on the obtained complex; and

(S5) 검출 결과를 정상 대조군과 비교하는 단계;를 포함하는 질병 진단 방법을 제공한다.(S5) comparing the detection result with a normal control; provides a disease diagnosis method comprising a.

이때 상기 (S2) 및 (S3) 단계 이후 미반응 항체를 포함하는 불순물을 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 제거하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, it is characterized in that after the steps (S2) and (S3), the step of removing impurities including unreacted antibodies using an aqueous phase-separation composition is performed.

상기 미반응 항체는 일차 항체 및/또는 이차 항체일 수 있다.The unreacted antibody may be a primary antibody and/or a secondary antibody.

특히, 상기 불순물은 제1수용액상과 제2수용액상이 상분리되는 계면에서의 장력(γ)이 하기 수학식 1을 만족하도록 수용액 이상계 상분리 조성물로 처리된다:In particular, the impurities are treated with an aqueous phase-separation composition such that the tension (γ) at the interface at which the first aqueous phase and the second aqueous phase are phase-separated satisfies the following Equation 1:

[수학식 1][Equation 1]

2 X 10-6 J/m2 ≤ γ ≤ 500 X 10-6 J/m2 2 X 10 -6 J/m 2 ≤ γ ≤ 500 X 10 -6 J/m 2

상기 제1수용액상은 벌크 형태로 중력 또는 부력에 의해 연속상인 제2수용액상 내에서 유동하며, 확산에 의해 제1수용액상에서 제2수용액상으로 미반응 항체를 포함하는 불순물을 이동시켜 제거한다.The first aqueous phase flows in a bulk form in the second aqueous phase, which is a continuous phase, by gravity or buoyancy, and by diffusion, impurities including unreacted antibody are removed from the first aqueous phase to the second aqueous phase.

본 발명에 따른 수용액 이상계 상분리 조성물은 항원-항체 반응 후 미반응 항체를 포함하는 불순물을 효과적으로 제거하여 항원 및 항체가 결합된 세포 밖 소포체를 고순도 및 고수율로 회수할 수 있다.The aqueous phase-separation composition according to the present invention can effectively remove impurities including unreacted antibodies after antigen-antibody reaction, thereby recovering antigen and antibody-bound extracellular vesicles with high purity and high yield.

이러한 방법은 종래 원심 분리 공정을 통해 미반응 항체 제거시 세포 밖 소포체의 손상이나 손실이 발생하는 문제를 차단할 수 있으며, 진단 전 준비 시간을 7시간에서 3시간 이내로 단축시키는 이점이 있다.This method can block the problem of damage or loss of extracellular vesicles when removing unreacted antibodies through the conventional centrifugation process, and has the advantage of reducing the pre-diagnosis preparation time from 7 hours to 3 hours.

상기 항원 및 항체가 결합된 세포 밖 소포체는 고순도로 회수됨으로써 각종 질병 진단, 특히 암의 진단, 모니터링 및 예측에 바람직하게 적용 가능하다.The antigen and the antibody-bound extracellular vesicles are recovered with high purity, and thus can be preferably applied to diagnosis, monitoring and prediction of various diseases, particularly cancer.

도 1은 본 발명에 따른 질병 진단 방법의 순서를 보여주는 순서도이다.
도 2은 본 발명에서 제시하는 수용액 이상계 상분리 조성물의 분리 메카니즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3는 제1수용액상 및 제2수용액상의 에너지 배리어를 보여주는 모식도이다.
도 4는 입자 크기가 다른 3종류의 비드 입자를 사용하여 입자 크기에 따른 이동을 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 5는 도 4의 입자 크기가 다른 3종류의 비드 입자를 사용하여 입자 크기에 따른 이동을 보여주는 모식도이다.
도 6은 제1수용액상과 제2수용액상의 계면장력과 입자의 크기에 따른 에너지 장벽를 보여주는 모식도이다.
도 7은 제1수용액상과 제2수용액상에 의한 계면장력에 따른 임계 입경의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 입자 크기에 따른 계면에서의 탈출 속도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 온도 변화에 따른 임계 입경의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 10은 실시예에서 제2수용액상에 제1수용액상을 형성 후 형광 비드의 이동을 보여주는 사진이다.
도 11은 실시예 1(a) 및 비교예 1(b)에서 얻어진 엑소좀-CD9-Alexa 488 복합체의 전반사현미경 사진이다.
도 12는 엑소좀의 함량 대비 Alexa-488의 함량 변화를 보여주는 그래프이다.
도 13은 CD9 농도 대비 Alexa-488의 함량 변화를 보여주는 그래프이다.
도 14는 전립선 비대증 환자(BPH) 및 전립선암 환자(Pca)의 CD9 발현양 대비 PSMA 발현양을 보여주는 그래프이다.
도 15는 기존 진단법인 PSA로 진단했을 때와 APIF를 이용한 진단과 PSA 진단을 함께 적용했을 때의 ROC 곡선이다.
1 is a flowchart showing the sequence of a disease diagnosis method according to the present invention.
2 is a schematic diagram for explaining the separation mechanism of the aqueous phase-separation composition presented in the present invention.
3 is a schematic diagram showing energy barriers in a first aqueous solution phase and a second aqueous solution phase.
4 is a simulation result showing movement according to particle size using three types of bead particles having different particle sizes.
FIG. 5 is a schematic diagram showing movement according to particle size using three types of bead particles having different particle sizes of FIG. 4 .
6 is a schematic diagram showing the energy barrier according to the interfacial tension and particle size of the first aqueous solution phase and the second aqueous solution phase.
7 is a graph showing the change in the critical particle size according to the interfacial tension between the first aqueous solution phase and the second aqueous solution phase.
8 is a graph showing a change in the escape velocity at the interface according to the particle size.
9 is a graph showing a change in a critical particle size according to a change in temperature.
10 is a photograph showing the movement of fluorescent beads after forming the first aqueous phase on the second aqueous solution in Example.
11 is a total reflection micrograph of the exosome-CD9-Alexa 488 complex obtained in Example 1 (a) and Comparative Example 1 (b).
12 is a graph showing changes in the content of Alexa-488 compared to the content of exosomes.
13 is a graph showing the change in the content of Alexa-488 compared to the CD9 concentration.
14 is a graph showing the expression level of PSMA compared to the expression level of CD9 in patients with benign prostatic hyperplasia (BPH) and prostate cancer (Pca).
15 is an ROC curve when diagnosis using the existing diagnostic method PSA and when diagnosis using APIF and PSA diagnosis are applied together.

본 발명은 높은 신뢰도로 암을 진단할 수 있는 방법에 관한 것으로, 진단을 위한 시료의 준비 단계에서 항원-항체 반응 이후 미반응 항체를 포함하는 불순물을 단시간 내에 효과적으로 제거한다.The present invention relates to a method for diagnosing cancer with high reliability, in which impurities including unreacted antibodies are effectively removed within a short time after an antigen-antibody reaction in the stage of preparing a sample for diagnosis.

질병 진단 방법How to diagnose a disease

도 1은 본 발명에 따른 질병 진단 방법의 순서를 보여주는 순서도이다.1 is a flowchart showing the sequence of a disease diagnosis method according to the present invention.

도 1을 참조하면, 질병 진단은Referring to Figure 1, the disease diagnosis is

(S1) 생물학적 시료로부터 세포 밖 소포체를 분리하는 단계;(S1) separating the extracellular vesicles from the biological sample;

(S2) 상기 세포 밖 소포체와 이에 특이적으로 결합하는 일차 항체를 항원-항체 반응을 통해 결합시키는 단계; (S2) binding the extracellular ER and a primary antibody specifically binding thereto through an antigen-antibody reaction;

(S3) 동정을 위해 착색 또는 형광 특성을 갖는 이차 항체를 항원-항체 반응을 통해 결합시키는 단계;(S3) binding a secondary antibody having colored or fluorescent properties through an antigen-antibody reaction for identification;

(S4) 얻어진 복합체의 정보를 검출하는 단계; 및(S4) detecting information on the obtained complex; and

(S5) 검출 결과를 정상 대조군과 비교하는 단계;를 포함하는 질병 진단 방법을 제공한다.(S5) comparing the detection result with a normal control; provides a disease diagnosis method comprising a.

이하 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, each step will be described in detail.

(S1) 세포 밖 소포체 분리 단계(S1) extracellular vesicle isolation step

먼저, 질병 진단을 위해 생물학적 시료를 채취하여 이로부터 세포 밖 소포체를 분리한다.First, for disease diagnosis, a biological sample is collected and the extracellular vesicles are isolated therefrom.

생물학적 시료는 암 진단을 위해 사람을 포함한 포유류로부터 분리된 조직, 분획, 유체, 및 세포일 수 있지만 이들로 제한되지 않는다. 보다 구체적으로, 상기 생물학적 시료는 암을 진단하기 위해 시료(sample)가 될 수 있는 물질로서, 물에 용해될 수 있는 세포 배양액, 혈액, 혈장, 혈청, 복강액, 정액, 양수, 모유, 타액, 기관지 폐포액, 종양 유출액, 눈물, 콧물 및 소변으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종이 가능하다. 이러한 생물학적 시료는 단백질을 포함한다.The biological sample may be, but is not limited to, tissues, fractions, fluids, and cells isolated from mammals, including humans, for cancer diagnosis. More specifically, the biological sample is a material that can be a sample for diagnosing cancer, cell culture solution that can be dissolved in water, blood, plasma, serum, intraperitoneal fluid, semen, amniotic fluid, breast milk, saliva, One selected from the group consisting of bronchoalveolar fluid, tumor effusion, tears, runny nose and urine is possible. Such biological samples include proteins.

상기 생물학적 시료로부터 질병 진단을 위해 세포 밖 소포체를 분리한다.An extracellular vesicle is isolated from the biological sample for disease diagnosis.

세포 밖 소포체(extracellular vesicle; EV)는 50 내지 500 nm의 크기를 가지는 인지질 이중막으로 싸인 소포체로 단백질, 핵산, 지질, 대사물질 등 여러 가지 물질을 한 번에 수송한다. 상기 세포 밖 소포체는 엑소좀, 엑토솜, 바이러스, 단백질, LDL, HDL, 외부소포 마이크로베지클, 마이크로파티클, 세포자멸체, 막 입자, 막 소포, 엑소좀 유사 소포, 및 엑토솜 유사 소포 등이 있다.The extracellular vesicle (EV) is an endoplasmic reticulum surrounded by a phospholipid bilayer having a size of 50 to 500 nm, and transports various substances such as proteins, nucleic acids, lipids, and metabolites at once. The extracellular vesicle includes exosomes, ectosomes, viruses, proteins, LDLs, HDLs, external vesicles microvesicles, microparticles, apoptosis, membrane particles, membrane vesicles, exosome-like vesicles, and ectosome-like vesicles. have.

그 중에서도 엑소좀은 세포에서 분비되어 세포외 공간으로 방출된 나노 크기의 세포외 소낭을 의미하는 것이다, 상기 엑소좀은 세포막 성분으로 이루어진 지질 이중막에 의해 내부와 외부가 구분되며, 세포의 세포막 지질과 막 단백질, 유전 물질 및 세포질 성분을 가지고 있어 세포의 성질과 상태를 간접적으로 파악할 수 있게 해준다. 또한, 엑소좀은 다른 세포 및 조직에 결합하여 막 구성요소, mRNAs, miRNAs, 단백질(성장 호르몬, 사이토카인 등) 등을 전달해 주고, 이들 전달 물질을 수용 세포에 전달해 줌으로써 세포-세포 간 소통을 매개하는 세포외 전달체로 작용한다.Among them, exosomes refer to nano-sized extracellular vesicles secreted from cells and released into the extracellular space. The exosomes are separated from the inside and outside by a lipid bilayer composed of a cell membrane component, and membrane proteins, genetic material, and cytoplasmic components, allowing us to indirectly determine the properties and states of cells. In addition, exosomes bind to other cells and tissues to deliver membrane components, mRNAs, miRNAs, proteins (growth hormones, cytokines, etc.), and mediate cell-cell communication by delivering these messengers to recipient cells. acts as an extracellular transporter.

생물학적 시료로부터 세포 밖 소포체의 분리는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 초원심분리(ultra-centrifugation isolation), 크기별 제외법(size exclusion), 면역친화성 분리(immunoaffinity isolation), 미세유체 기술(microfluidics chip) 및 폴리머를 이용한 방법(polymeric method) 등이 가능하다. 바람직하기로는 본 발명에서 설명하는 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 분리 공정이 사용될 수 있다. Isolation of the extracellular vesicles from the biological sample is not particularly limited in the present invention, and known as ultra-centrifugation isolation, size exclusion, immunoaffinity isolation, and microfluidics. Technology (microfluidics chip) and a method using a polymer (polymeric method), etc. are possible. Preferably, the separation process using the aqueous phase separation composition described in the present invention may be used.

(S2) 일차 항체 결합 단계(S2) primary antibody binding step

다음으로, 상기 세포 밖 소포체와 이에 특이적으로 결합하는 일차 항체를 항원-항체 반응을 통해 결합시키는 단계를 수행한다.Next, a step of binding the extracellular ER and the primary antibody specifically binding thereto through an antigen-antibody reaction is performed.

일차 항체(primary antibody)는 세포 밖 소포체의 항원에 대해 특이적으로 결합하는 것으로, 단백질과 관련된 다클론 항체, 단클론 항체, 재조합 항체 및 항원 결합성을 갖는 것이면 그것의 일부도 모두 포함한다. 나아가, 본 발명의 항체에는 인간화 항체 등의 특수 항체도 포함된다.A primary antibody specifically binds to the antigen of the extracellular endoplasmic reticulum, and includes all polyclonal antibodies, monoclonal antibodies, recombinant antibodies, and parts thereof as long as they have antigen-binding properties. Furthermore, the antibody of the present invention includes a special antibody such as a humanized antibody.

일례로, 일차 항체는 엑소좀 특이 마커일 수 있으며, A33, ABL2, ADAM10, AFP, ALA, ALIX, ALPL, ApoJ/CLU, ASCA, ASPH(A-10), ASPH(D01P), AURKB, B7H3, B7H3, B7H4, BCNP, BDNF, CA125(MUC16), CA-19-9, C-Bir, CD10, CD151, CD24, CD41, CD44, CD46, CD59(MEM-43), CD63, CD63, CD66eCEA, CD81, CD81, CD9, CD9, CDA, CDADC1, CRMP-2, CRP, CXCL12, CXCR3, CYFRA21-1, DDX-1, DLL4, DLL4, EGFR, Epcam, EphA2, ErbB2, ERG, EZH2, FASL, FLNA, FRT, GAL3, GATA2, GM-CSF, Gro-알파, HAP, HER3(ErbB3), HSP70, HSPB1, hVEGFR2, iC3b, IL-1B, IL6R, IL6Unc, IL7R알파/CD127, IL8, INSIG-2, 인테그린, KLK2, LAMN, 마모글로빈, M-CSF, MFG-E8, MIF, MISRII, MMP7, MMP9, MUC1, Muc1, MUC17, MUC2, Ncam, NDUFB7, NGAL, NK-2R(C-21), NT5E (CD73), p53, PBP, PCSA, PCSA, PDGFRB, PIM1, PRL, PSA, PSA, PSMA, PSMA, RAGE, RANK, RegIV, RUNX2, S100-A4, 세프라제/FAP, SERPINB3, SIM2(C-15), SPARC, SPC, SPDEF, SPP1, STEAP, STEAP4, TFF3, TGM2, TIMP-1, TMEM211, 트레일-R2, 트레일-R4, TrKB(poly), Trop2, Tsg101, TWEAK, UNC93A, VEGFA, wnt-5a(C-16), 등일 수 있다.In one example, the primary antibody may be an exosome-specific marker, A33, ABL2, ADAM10, AFP, ALA, ALIX, ALPL, ApoJ / CLU, ASCA, ASPH (A-10), ASPH (D01P), AURKB, B7H3, B7H3, B7H4, BCNP, BDNF, CA125 (MUC16), CA-19-9, C-Bir, CD10, CD151, CD24, CD41, CD44, CD46, CD59 (MEM-43), CD63, CD63, CD66eCEA, CD81, CD81, CD9, CD9, CDA, CDADC1, CRMP-2, CRP, CXCL12, CXCR3, CYFRA21-1, DDX-1, DLL4, DLL4, EGFR, Epcam, EphA2, ErbB2, ERG, EZH2, FASL, FLNA, FRT, GAL3, GATA2, GM-CSF, Gro-alpha, HAP, HER3 (ErbB3), HSP70, HSPB1, hVEGFR2, iC3b, IL-1B, IL6R, IL6Unc, IL7Ralpha/CD127, IL8, INSIG-2, Integrin, KLK2, LAMN, Marmoglobin, M-CSF, MFG-E8, MIF, MISRII, MMP7, MMP9, MUC1, Muc1, MUC17, MUC2, Ncam, NDUFB7, NGAL, NK-2R(C-21), NT5E (CD73), p53 , PBP, PCSA, PCSA, PDGFRB, PIM1, PRL, PSA, PSA, PSMA, PSMA, RAGE, RANK, RegIV, RUNX2, S100-A4, Seprase/FAP, SERPINB3, SIM2(C-15), SPARC, SPC, SPDEF, SPP1, STEAP, STEAP4, TFF3, TGM2, TIMP-1, TMEM211, Trail-R2, Trail-R4, TrKB(poly), Trop2, Tsg101, TWEAK, UNC93A, VEGFA, wnt-5a(C-16 ), and the like.

일차 항체를 결합시키기 위한 항원-항체 반응은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 방법이 사용될 수 있다.The antigen-antibody reaction for binding the primary antibody is not particularly limited in the present invention, and a known method may be used.

일례로, 상기 일차 항체는 1:10 내지 1:5000 비율로 희석하여 처리하고, 4 내지 37℃ 온도에서 30분 내지 12시간 동안 반응시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 1:100내지 1:500비율로 희석하여 처리하고, 4 내지 27℃ 온도에서 60 내지 12시간 동안 반응시킬 수 있다. 희석 비율, 온도 및 시간 조건이 상기 범위를 벗어나는 경우, 일차 항체 반응이 감소되어 세포 염색 과정이 정상적으로 수행되지 않을 수 있다. In one example, the primary antibody may be treated by dilution in a ratio of 1:10 to 1:5000, and reacted at a temperature of 4 to 37° C. for 30 minutes to 12 hours. More preferably, the treatment is diluted in a ratio of 1:100 to 1:500, and the reaction may be performed at a temperature of 4 to 27° C. for 60 to 12 hours. If the dilution ratio, temperature, and time conditions are out of the above ranges, the primary antibody response may be reduced and the cell staining process may not be performed normally.

이때 질병, 특히 암을 진단하기 위해 암 특이 항원(또는 종양 마커)을 더욱 포함할 수 있다.In this case, a cancer-specific antigen (or tumor marker) may be further included to diagnose a disease, particularly cancer.

암 특이 항원은 암의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 이 분야에서 공지된 모든 특이 항원이 사용될 수 있다. 일례로, 전립선암 특이 항원으로는 PSA, PSMA, PCSA, PSCA, B7H3, EpCam, TMPRSS2, mAB 5D4, XPSM-A9, XPSM-A10, 갈렉틴-3, E-세렉틴, 갈렉틴-1, 또는 E4 (IgG2a 카파), 또는 이의 임의의 조합에 대한 하나 이상의 결합 물질을 포함하나 이에 한정되지 않는 결합 물질로 탐지할 수 있다.The cancer-specific antigen may vary depending on the type of cancer, and any specific antigen known in the art may be used. For example, the prostate cancer-specific antigen is PSA, PSMA, PCSA, PSCA, B7H3, EpCam, TMPRSS2, mAB 5D4, XPSM-A9, XPSM-A10, galectin-3, E-selectin, galectin-1, or binding agents including, but not limited to, one or more binding agents for E4 (IgG2a kappa), or any combination thereof.

본 항원-항체 반응 후 얻어진 복합체는 미반응된 일차 항체를 제거 후 다음 단계에 사용한다. 이때 미반응된 일차 항체는 하기에서 설명하는 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 제거한다.The complex obtained after this antigen-antibody reaction is used in the next step after removing the unreacted primary antibody. At this time, the unreacted primary antibody is removed using an aqueous phase separation composition described below.

(S3) 이차 항체 결합 단계(S3) secondary antibody binding step

다음으로, 동정을 위해 착색 또는 형광 특성을 갖는 이차 항체를 항원-항체 반응을 통해 결합시키는 단계를 수행한다.Next, for identification, a step of binding a secondary antibody having colored or fluorescent properties through an antigen-antibody reaction is performed.

이차 항체(secondary antibody)는 일차 항체에 포획된 표적 단백질을 검출하는(detect) 역할을 하는 항체로, 상기 이차 항체의 사용으로 인해 검출 라벨(detection label)의 시그널의 크기를 통해서 정량적으로 측정 가능하다.A secondary antibody is an antibody that detects a target protein captured by the primary antibody. Due to the use of the secondary antibody, it can be quantitatively measured through the magnitude of the signal of the detection label. .

적절한 검출 라벨은 자석 라벨, 형광 모이어티, 효소, 화학적발광 프로브, 금속 미립자, 비-금속 콜로이드성 미립자, 폴리머 염료 미립자, 안료 분자, 안료 미립자, 전기화학적으로 활성 종들, 반도체 나노결정 또는 양자점들 또는 골드 미립자, 형광단, 양자 도트, 또는 방사능 활성 라벨을 포함하는 다른 나노미립자를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 단백질 라벨은 하기에서 설명된 것과 같이 녹색 형광 단백질 (GFP) 그리고 이의 변이체 (가령, 시안 형광 단백질 그리고 황색 형광 단백질); 그리고 발광 단백질 이를 테면 루시퍼라제를 포함한다. 방사능활성의 라벨 방사능동위원소 (방사능핵종), 이를 테면 3 H, 11 C, 14 C, 18 F, 32 P, 35 S, 64 Cu, 68 Ga, 86 Y, 99 Tc, 111 In, 123 I, 124 I, 125 I, 131 I, 133 Xe, 177 Lu, 211 At, 또는 213 Bi을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 형광 라벨은 희토류 킬레이트 (가령, 유로품 킬레이트), 로다민, 플로우레신, 가령, FITC, 5-카르복시플로우레신, 6-카르복시 플로우레신을 포함 하나 이에 한정되지 않는 유형; TAMRA; 단실; Lissamine; 시아닌; 피코에리틴; Texas Red; Cy3, Cy5, 다폭실, NBD, Cascade Yellow, 단실, PyMPO, 피렌, 7-디에틸아미노쿠마린-3-카르복실산 그리고 기타 쿠마린 유도체들, Marina Blue??, Pacific Blue??, Cascade Blue??, 2-안트라센술포닐, PyMPO, 3,4,9,10-페릴렌-테트라카르복실 산, 2,7-디플로오르플루오레신 (Oregon Green?? 488-X), 5-카르복시플루오레신, Texas Red-X, Alexa Fluor 430, 5-카르복시테트라메틸로다민 (5-TAMRA), 6-카르복시테트라메틸로다민 (6-TAMRA), BODIPY FL, 비마네, 그리고 Alexa Fluor 350, 405, 488, 500, 514, 532, 546, 555, 568, 594, 610, 633, 647, 660, 680, 700, 그리고 750, 그리고 이의 유도체들을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 가령, "The Handbook--A Guide to Fluorescent Probe and Labeling Technologies," Tenth Edition, available on the internet at probe (dot) invitrogen (dot) com/handbook. 형광 라벨은 하나 이상의 FAM, dRHO, 5-FAM, 6FAM, dR6G, JOE, HEX, VIC, TET, dTAMRA, TAMRA, NED, dROX, PET, BHQ, Gold540 및 LIZ일 수 있다.Suitable detection labels include magnetic labels, fluorescent moieties, enzymes, chemiluminescent probes, metal particulates, non-metallic colloidal particulates, polymer dye particulates, pigment molecules, pigment particulates, electrochemically active species, semiconductor nanocrystals or quantum dots or gold particles, fluorophores, quantum dots, or other nanoparticles comprising radioactive labels. Protein labels include green fluorescent protein (GFP) and variants thereof (eg, cyan fluorescent protein and yellow fluorescent protein) as described below; and a luminescent protein such as luciferase. Labeled radioactive isotopes (radionuclides), such as 3 H, 11 C, 14 C, 18 F, 32 P, 35 S, 64 Cu, 68 Ga, 86 Y, 99 Tc, 111 In, 123 I, 124 I, 125 I, 131 I, 133 Xe, 177 Lu, 211 At, or 213 Bi. Fluorescent labels include, but are not limited to, rare earth chelates (eg, europium chelates), rhodamine, fluorescein, eg, FITC, 5-carboxyfluorescein, 6-carboxy fluorescein; TAMRA; single room; Lissamine; cyanine; phycoerythin; Texas Red; Cy3, Cy5, Dapoxyl, NBD, Cascade Yellow, Dansyl, PyMPO, Pyrene, 7-diethylaminocoumarin-3-carboxylic acid and other coumarin derivatives, Marina Blue®, Pacific Blue®, Cascade Blue® , 2-anthracenesulfonyl, PyMPO, 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic acid, 2,7-difluorofluorescein (Oregon Green® 488-X), 5-carboxyfluorescein Shin, Texas Red-X, Alexa Fluor 430, 5-carboxytetramethylrhodamine (5-TAMRA), 6-carboxytetramethylrhodamine (6-TAMRA), BODIPY FL, Bimane, and Alexa Fluor 350, 405, 488, 500, 514, 532, 546, 555, 568, 594, 610, 633, 647, 660, 680, 700, and 750, and derivatives thereof. For example, "The Handbook--A Guide to Fluorescent Probe and Labeling Technologies," Tenth Edition, available on the internet at probe (dot) invitrogen (dot) com/handbook. The fluorescent label may be one or more of FAM, dRHO, 5-FAM, 6FAM, dR6G, JOE, HEX, VIC, TET, dTAMRA, TAMRA, NED, dROX, PET, BHQ, Gold540 and LIZ.

이차 항체를 결합시키기 위한 항원-항체 반응은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 공지된 바의 방법이 사용될 수 있다.The antigen-antibody reaction for binding the secondary antibody is not particularly limited in the present invention, and a known method may be used.

일례로, 상기 이차 항체는 1:100 내지 1:10000 비율로 희석하여 처리하고, 4 내지 37℃ 온도에서 30분 내지 12시간 동안 반응시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 1:1000내지 1:5000비율로 희석하여 처리하고, 4 내지 28℃ 온도에서 60분 내지 12시간 동안 반응시킬 수 있다. 희석 비율, 온도 및 시간 조건이 상기 범위를 벗어나는 경우, 이차 항체 반응이 감소되어 세포 염색 과정이 정상적으로 수행되지 않을 수 있다. For example, the secondary antibody may be treated by diluting in a ratio of 1:100 to 1:10000, and reacted at a temperature of 4 to 37°C for 30 minutes to 12 hours. More preferably, the treatment is diluted in a ratio of 1:1000 to 1:5000, and the reaction may be performed at a temperature of 4 to 28° C. for 60 minutes to 12 hours. If the dilution ratio, temperature, and time conditions are out of the above ranges, the secondary antibody response may be reduced and the cell staining process may not be performed normally.

본 항원-항체 반응 후 얻어진 복합체는 미반응된 이차 항체를 제거 후 다음 단계에 사용한다. 이때 미반응된 이차 항체는 하기에서 설명하는 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 제거한다.The complex obtained after this antigen-antibody reaction is used in the next step after removing unreacted secondary antibody. At this time, the unreacted secondary antibody is removed using an aqueous phase-separation composition described below.

(S4) 정보 검출 단계(S4) information detection step

다음으로, 상기 일차 항체 및 이차 항체가 결합된 복합체를 분석 장치에 적용하여 이로부터 얻어지는 정보를 검출한다.Next, the complex to which the primary antibody and the secondary antibody are bound is applied to an analysis device to detect information obtained therefrom.

분석 장치는 복합체의 세포 밖 소포체의 mRNA 수준 또는 단백질의 발현 정도를 측정한다.The assay device measures the mRNA level of the extracellular vesicles of the complex or the expression level of the protein.

mRNA 수준을 측정하기 위한 분석 방법으로는 RT-PCR, 경쟁적 RT-PCR, 실시간 RT-PCR, RNase 보호 분석법, 노던 블랏팅, DNA 칩 등이 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.Analytical methods for measuring mRNA levels include, but are not limited to, RT-PCR, competitive RT-PCR, real-time RT-PCR, RNase protection assay, Northern blotting, and DNA chip.

또한, 단백질의 발현 수준을 측정하기 위한 분석방법으로는, 웨스턴 블럿(Western blot), ELISA(Enzyme Linked Immunosorbent Assay), 방사선면역분석(otA: badioimmunoassay), 방사 면역 확산법, 오우크테로니 면역 확산법, 로케트 면역 전기영동, 조직면역 염색, 면역침전 분석법, 보체 고정 분석법, FACS 및 단백질 칩 등의 방법이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.In addition, as an analysis method for measuring the expression level of a protein, Western blot (Western blot), ELISA (Enzyme Linked Immunosorbent Assay), radioimmunoassay (otA: badioimmunoassay), radioimmuno-diffusion method, Oukteroni immune diffusion method, Methods such as rocket immunoelectrophoresis, tissue immunostaining, immunoprecipitation assay, complement fixation assay, FACS and protein chip may be used, and the present invention is not particularly limited.

(S5) 정상 대조군과의 비교를 통한 질병 진단 단계(S5) Disease diagnosis stage through comparison with normal control group

다음으로, 상기 얻어진 검출 결과를 정상 대조군과 비교하여 질병을 진단한다.Next, the disease is diagnosed by comparing the obtained detection result with a normal control group.

본 발명에서 질병은 암일 수 있으며, 상기 단계를 통해 암을 진단, 모니터링 또는 예측할 수 있다.In the present invention, the disease may be cancer, and cancer may be diagnosed, monitored, or predicted through the above steps.

본 발명의 명세서에서 용어 "진단"은 특정 질병 또는 질환에 대한 한 객체의 감수성(susceptibility)을 판정하는 것, 한 객체가 특정 질병 또는 질환을 현재 가지고 있는 지 여부를 판정하는 것, 특정 질병 또는 질환에 걸린 한 객체의 예후(prognosis)(예컨대, 전-전이성 또는 전이성 암 상태의 동정, 암의 단계 결정 또는 치료에 대한 암의 반응성 결정)를 판정하는 것, 또는 테라메트릭스(therametrics)(예컨대, 치료 효능에 대한 정보를 제공하기 위하여 객체의 상태를 모니터링 하는 것)을 포함한다.As used herein, the term "diagnosis" refers to determining the susceptibility of an object to a specific disease or disorder, determining whether an object currently has a specific disease or disorder, or a specific disease or disorder determining the prognosis (e.g., identification of a pre-metastatic or metastatic cancer state, staging the cancer, or determining the responsiveness of the cancer to treatment) of a subject with monitoring the condition of the subject to provide information on efficacy).

본 명세서 용어 "예후(prognosis)"는 질병을 진단하여 판단된 장래의 증세 또는 경과에 대한 전망을 말한다. 암 환자에 있어서 예후는 통상적으로 암 발병 또는 외과적 시술 후 일정기간 내의 전이 여부 또는 생존기간을 뜻한다. 예후의 예측은 특히 대장암 환자의 화학치료 여부를 비롯하여 향후 대장암 치료의 방향에 대한 단서를 제시하므로 매우 중요한 임상적 과제이다.As used herein, the term “prognosis” refers to the prospect of future symptoms or course determined by diagnosing a disease. In cancer patients, the prognosis usually refers to whether or not metastasis or survival period within a certain period of time after cancer onset or surgical operation. Prediction of prognosis is a very important clinical task because it provides clues about the future direction of colorectal cancer treatment, including whether or not chemotherapy is used in colorectal cancer patients.

본 명세서에서 용어 "전이(metastasis)"는 어떤 종양이 그 원발 부위에서 여러 경로를 따라 다른 신체의 부위에 이식되어 그곳에 정착 및 증식하는 상태를 말한다. 암의 전이여부는 해당 암의 고유의 특성에 의하여 결정될 뿐만 아니라 암의 예후 결정에 있어서 가장 중요한 단서가 되는 사건이므로, 암 환자의 생존과 관련된 가장 중요한 임상정보로 다루어진다.As used herein, the term “metastasis” refers to a state in which a tumor is transplanted from its primary site to another body site along various routes, and settled and proliferated there. Since cancer metastasis is not only determined by the unique characteristics of the cancer, but also an event that is the most important clue in determining the prognosis of cancer, it is treated as the most important clinical information related to the survival of cancer patients.

적용 가능한 암은 유방암, 대장암, 폐암, 소세포 폐암, 위암, 간암, 혈액암, 골암, 췌장암, 피부암, 두부 또는 경부암, 피부 또는 안구내 흑색종, 안종양, 복막암, 자궁암, 난소암, 직장암, 항문부근암, 결장암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 자궁경부암, 질암, 음문암종, 호지킨병, 식도암, 소장암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 고환암, 구강암, 담낭암, 담관암, 만성 또는 급성 백혈병, 림프구 림프종, 방광암, 신장암, 수뇨관 암, 신장세포 암종, 신장골반 암종, CNS종양, 1차 CNS 림프종, 척수 종양, 뇌간신경교종 및 뇌하수체 선종으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상이고, 바람직하기로 전립선암일 수 있다.Applicable cancers include breast cancer, colorectal cancer, lung cancer, small cell lung cancer, stomach cancer, liver cancer, blood cancer, bone cancer, pancreatic cancer, skin cancer, head or neck cancer, skin or intraocular melanoma, eye tumor, peritoneal cancer, uterine cancer, ovarian cancer, rectal cancer , perianal cancer, colon cancer, fallopian tube carcinoma, endometrial carcinoma, cervical cancer, vaginal cancer, vulvar carcinoma, Hodgkin's disease, esophageal cancer, small intestine cancer, endocrine adenocarcinoma, thyroid cancer, parathyroid cancer, adrenal cancer, soft tissue sarcoma, urethral cancer, penile cancer , prostate cancer, testicular cancer, oral cancer, gallbladder cancer, cholangiocarcinoma, chronic or acute leukemia, lymphocytic lymphoma, bladder cancer, kidney cancer, ureter cancer, renal cell carcinoma, renal pelvic carcinoma, CNS tumor, primary CNS lymphoma, spinal cord tumor, brainstem glioma and at least one selected from the group consisting of pituitary adenoma, preferably prostate cancer.

본 단계에서 암에 걸리지 않은 정상 세포를 대조군으로 사용하여, 단백질의 발현 수준을 대조군과 비교함으로써 암을 진단, 모니터링 또는 예측이 가능하다.In this step, by using normal cells that do not have cancer as a control, and comparing the expression level of the protein with the control, it is possible to diagnose, monitor, or predict cancer.

또한, 치료 후 환자의 세포를 대조군으로 사용하여 환자의 상태를 모니터링할 수 있다.In addition, after treatment, the patient's cells can be used as a control to monitor the patient's condition.

특히, 본 발명에 따라 분리된 복합체를 바이오 마커로서 암 진단에 적용할 경우 환자에게서 비파괴적인 방식으로 구한 미량의 시료만으로 분석이 가능하다는 이점이 있다. 또한, 암에 대한 특이성(specificity)과 정확성(sensitivity)이 동시에 겸비될 수 있다. 더불어, 시료의 준비에서 진단까지의 시간을 대폭 감축시킬 수 있고 비용 또한 낮출 수 있다는 이점이 있다.In particular, when the complex isolated according to the present invention is applied to cancer diagnosis as a biomarker, there is an advantage that analysis is possible only with a trace amount of a sample obtained in a non-destructive way from a patient. In addition, specificity and sensitivity for cancer can be combined at the same time. In addition, there is an advantage that the time from preparation of the sample to diagnosis can be significantly reduced and the cost can also be lowered.

이러한 효과는 항원-항체 반응 이후 미반응된 항체를 어느 정도까지 제거하느냐와, 항체가 결합된 세포 밖 소포체의 손실 및 손상이 어느 정도인지에 영향을 받는다. 종래 항원-항체 반응 이후 미반응 항체는 160,000 x g 에서의 초원심분리 공정이 수행되고 있다. 이러한 초원심분리 공정은 일차 항체 및 이차 항체의 2단계에 걸친 항원-항체 반응이 수행됨에 따라 최소 7시간 이상의 장시간의 준비 시간이 소요된다는 점과, 세포 밖 소포체가 손상이 일어나거나 손실(loss)되는 문제가 발생하였다.This effect is affected by the extent to which unreacted antibodies are removed after the antigen-antibody reaction, and the extent to which the antibody-bound extracellular vesicles are lost and damaged. After the conventional antigen-antibody reaction, the unreacted antibody is subjected to ultracentrifugation at 160,000 x g. This ultracentrifugation process takes a long preparation time of at least 7 hours or more as the antigen-antibody reaction over two steps of the primary antibody and the secondary antibody is performed, and the extracellular vesicles are damaged or lost. A problem occurred.

이에 본 발명에서는 단시간 내에 미반응 항체를 분리할 수 있고, 세포 밖 소포체의 손상 또는 손실을 억제하도록 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 제거한다.Therefore, in the present invention, the unreacted antibody can be separated within a short time and removed using an aqueous phase phase separation composition to inhibit damage or loss of the extracellular vesicles.

본 발명에서는 상기 (b) 및 (c) 단계의 항원-항체 반응 후 미반응된 일차 항체 및/또는 이차 항체를 포함하는 불순물들을 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 제거한다. In the present invention, impurities including unreacted primary antibody and/or secondary antibody after the antigen-antibody reaction of steps (b) and (c) are removed using an aqueous phase phase separation composition.

수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 미반응 항체 제거Removal of unreacted antibody using aqueous phase separation composition

본 발명에서 언급하는 수용액 이상계란, 밀도가 서로 다른 수용액이 액체-액체 상태로 상분리되어 존재하는 것을 의미한다.The aqueous solution phase system referred to in the present invention means that aqueous solutions having different densities are phase-separated in a liquid-liquid state.

이에, 본 발명에서 제시하는 수용액 이상계 상분리 조성물이란 두 종류의 수용액이 상분리된 형태로 존재하고, 상기 상분리된 상태의 계면(즉, 경계면)에서 불순물 및 타겟이 존재하고, 이때 상기 불순물의 탈출을 통해 이들 간의 분리가 가능한 것을 의미한다. Therefore, the aqueous phase phase separation composition proposed in the present invention is two types of aqueous solutions are present in a phase-separated form, and impurities and targets are present at the interface (ie, interface) of the phase-separated state, and at this time, through the escape of the impurities It means that separation between them is possible.

불순물로 대표되는 미반응 일차 항체 및 이차 항체는 약 5 내지 40nm의 크기를 갖는다. 이와 대조적으로, (S2)를 거쳐 얻어진 복합체는 세포 밖 소포체에 일차 항체가 결합된 것으로, 세포 밖 소포체의 최소 크기가 50nm 임을 고려한다면 상기 복합체는 이보다 큰 수치의 크기를 갖는다. 또한, (S3)를 거쳐 얻어진 복합체는 이차 항체가 추가 결합된 것으로, 상기 크기보다 더 큰 범위의 크기를 갖는다.The unreacted primary antibody and secondary antibody represented by impurities have a size of about 5 to 40 nm. In contrast, the complex obtained through (S2) is a primary antibody bound to the extracellular ER. Considering that the minimum size of the extracellular ER is 50 nm, the complex has a size larger than this. In addition, the complex obtained through (S3) is a secondary antibody is additionally bound, and has a size in a larger range than the above size.

이에 미반응 일차 항체, 이차 항체와 복합체의 입자 크기의 차이를 고려하며, 특정 범위의 크기만을 통과시킬 수 있는 필터를 사용할 경우 상기 복합체와 미반응 항체를 포함하는 불순물을 효과적으로 분리할 수 있다.Accordingly, in consideration of the difference in particle size between the unreacted primary antibody, the secondary antibody, and the complex, if a filter capable of passing only a specific range of sizes is used, impurities including the complex and the unreacted antibody can be effectively separated.

수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 분리 메카니즘Separation mechanism using aqueous phase phase separation composition

수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 미반응 항체를 포함하는 불순물/복합체의 분리를 통한 불순물 제거에 대한 메카니즘은 하기와 같이 설명된다. A mechanism for removing impurities through separation of impurities/complexes including unreacted antibodies using an aqueous phase-separation composition is described as follows.

이때 상기 불순물은 미반응 항체를 포함하고, 소량의(negligible) 항원 및 세포 밖 소포체를 포함하며, 상기 미반응 항체가 주도적으로 존재한다(dominant). 또한, 복합체는 일차 항체 결합된 세포 밖 소포체 또는 일차 및 이차 항체가 결합된 세포 밖 소포체를 의미한다. 상기 불순물 및 복합체는 나노 수준의 크기를 갖는 입자이므로, 하기에서는 나노 입자의 표현으로서 이들을 기재한다.In this case, the impurities include unreacted antibody, a small amount (negligible) of antigen and extracellular endoplasmic reticulum, and the unreacted antibody is predominantly present (dominant). In addition, the complex refers to an extracellular vesicle to which a primary antibody is bound or an extracellular vesicle to which a primary and a secondary antibody are bound. Since the impurities and complexes are particles having a nano-level size, they are described below as the expression of nanoparticles.

도 2은 본 발명에서 제시하는 수용액 이상계 상분리 조성물의 분리 메카니즘을 설명하기 위한 모식도이다.2 is a schematic diagram for explaining the separation mechanism of the aqueous phase-separation composition presented in the present invention.

먼저, 분리하고자 하는 2종류의 나노 입자를 준비한다. 상기 2종류의 나노 입자는 설명을 위한 것으로, 분리를 위해 입자 크기가 다른 2종 이상 혼합된 모든 나노 입자가 가능하다. First, two types of nanoparticles to be separated are prepared. The two types of nanoparticles are for explanation, and all nanoparticles having different particle sizes are mixed for separation.

다음으로, 수용액 이상계를 형성하기 위한 두 개의 수용액을 준비한다. 이때 분리가 필요한 대상(혼합 나노 입자, 즉, 불순물)은 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2) 중 어느 하나의 상에 포함된다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해, 제1수용액상(P1)에 혼합하였다. Next, two aqueous solutions are prepared to form an aqueous phase phase system. At this time, the object that needs to be separated (mixed nanoparticles, that is, impurities) is included in any one of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2). In FIG. 2, for convenience of explanation, the mixture was mixed in the first aqueous solution phase (P1).

수용액 이상계의 형성은 두 개의 수용액이 존재하고, 이들 수용액은 접촉에 의해 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)으로 상분리된다. In the formation of an aqueous phase phase, two aqueous solutions exist, and these aqueous solutions are phase-separated into a first aqueous solution phase (P1) and a second aqueous solution phase (P2) by contact as shown in FIG. 2(a).

제1수용액상(P1)은 중력(gravitational force) 또는 부력(buoyancy)에 의해 제2수용액상(P2) 내에서 유동하는 상태로 존재한다. 제1수용액상(P1)이 제2수용액상(P2) 보다 높은 밀도를 가질 경우 중력 방향으로 이동하되, 부력에 의해 바닥으로 가라앉지 않고 제2수용액상(P2)에 부유하는 상태로 존재한다. The first aqueous phase P1 exists in a state of flowing in the second aqueous phase P2 due to gravitational force or buoyancy. When the first aqueous phase (P1) has a higher density than the second aqueous phase (P2), it moves in the direction of gravity, but does not sink to the bottom due to buoyancy and is floating in the second aqueous phase (P2).

특히, 상기 제1수용액상(P1)은 미세한 입자나 액적 상태로 존재하거나 상층부/하층부와 같이 상하층이 분리된 상태가 아니라, 벌크(bulk) 형태로 부유하여 존재한다. 종래 수용액 이상계를 이용한 입자 분리는 교반(vortexing) 등의 공정을 수행하여 제1수용액 상이 미세한 입자 상태로 쪼개어지며 나노 입자의 분리가 일어나는데 비해, 본 발명은 벌크 형태 내에서 나노 입자의 분리가 수행된다. 또한 종래의 수용액 이상계는 교반(vortexing) 과정에 주어지는 외력에 의해 수용액 경계면의 에너지 장벽(energy barrier)이 달라지게 되며 이러한 외력에 의해 입자가 경계면을 자유롭게 통과할 수 있기 때문에 상경계면에 의한 입자의 필터링 효과보다 입자 표면과 각 수용액상 사이의 친화력(affinity)에 의한 분리효과가 더 두드러지게 나타난다.In particular, the first aqueous solution phase (P1) is present in the form of a bulk (bulk), not in the state of being in the form of fine particles or droplets or the upper and lower layers are separated like the upper/lower layer. In conventional particle separation using an aqueous phase phase system, a process such as vortexing is performed to split the first aqueous solution phase into fine particles and separation of nanoparticles occurs, but in the present invention, separation of nanoparticles in the bulk form is performed. . In addition, in the conventional aqueous phase phase system, the energy barrier of the aqueous solution interface is changed by the external force applied during the vortexing process, and the particles can freely pass through the interface by this external force, so the filtering of the particles by the phase interface The separation effect due to the affinity between the particle surface and each aqueous phase is more pronounced than the effect.

도 2(b)를 보면, 벌크 상태의 제1수용액상(P1)에 존재하는 혼합 나노 입자들은 수용액 상 내에서 불규칙하게 운동하는 브라운 운동(Brownian motion)이 활발하게 일어나고, 이 운동에 의해 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)이 이루는 경계면과 접촉한다. Referring to FIG. 2(b), the mixed nanoparticles present in the first aqueous solution phase P1 in the bulk state actively undergo Brownian motion, which moves irregularly in the aqueous phase, and by this motion, the first It is in contact with the interface between the aqueous solution phase (P1) and the second aqueous solution phase (P2).

이때 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)이 접촉하여 경계면에 트랩(trap)되는데, 이 트랩된 나노 입자의 확산 계수(diffusion coefficient)에 의해 제2수용액상(P2) 또는 제1수용액상(P1)으로 이동하거나 경계면에 잔류한다. 그 결과, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 제1수용액상(P1)의 혼합 나노 입자들 중 일부가 상기 기공을 통해 제2수용액상(P2)으로 이동한다. 그 결과, 일정 시간 경과 후 혼합 나노 입자들 중 일부는 제2수용액상(P2)에, 나머지는 제1수용액상(P1) 또는 경계면에 잔류하고, 상기 제2수용액상(P2)을 경계면을 포함하여 분리하여 이에 존재하는 나노 입자의 회수를 통해 나노 입자의 분리를 수행할 수 있다.At this time, the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) come into contact and are trapped at the interface, and the second aqueous phase (P2) or the second aqueous phase (P2) or the second aqueous phase (P2) by the diffusion coefficient of the trapped nanoparticles 1 It moves to the aqueous phase (P1) or remains at the interface. As a result, as shown in FIG. 2(c) , some of the mixed nanoparticles of the first aqueous solution phase P1 move to the second aqueous solution phase P2 through the pores. As a result, after a certain period of time, some of the mixed nanoparticles remain in the second aqueous phase (P2), the rest remain in the first aqueous phase (P1) or the interface, and the second aqueous phase (P2) includes an interface Thus, the separation of nanoparticles can be performed through the recovery of nanoparticles present therein.

특히, 제1수용액상(P1)이 제2수용액상(P2)에 주입된 후 중력에 의해 하부측으로 이동하는 과정에서 상기 제1수용액상(P1)이 새로운 제2수용액상(P2)과 계속적으로 만나 계면을 형성하기 때문에, 상기 두 상(P1, P2)의 경계면에서 나노 입자의 이동이 연속적으로 일어나면서 가속화될 수 있다. 상분리 형태 중 하나인 상층부/하층부로 상분리된 형태에서는 지속적인 새로운 경계면의 형성이 불가능하여, 나노 입자의 연속적인 이동이 일어날 수 없다. 또한, 미세한 액적 상태로 상분리된 형태에서는 교반 등에 의해 새로운 경계면이 형성될 수 있으나, 상기 교반 과정에서 주어지는 외력에 의해 경계면에서의 에너지 장벽이 달라져, 이 외력에 의해 입자가 경계면을 자유롭게 통과할 수 있어, 교반 과정에서 경계면을 통한 많은 입자의 손실이 발생하게 되어 적합하지 않다. 이 방법은 경계면에서의 필터링 효과보다는 입자 표면과 각 수용액상(P1, P2) 사이의 친화력(affinity)에 의한 분리 효과가 두드러지게 나타나, 본 발명과는 다른 메커니즘으로 분리가 일어난다.In particular, in the process of moving the first aqueous solution phase P1 to the lower side by gravity after the first aqueous solution phase P1 is injected into the second aqueous solution phase P2, the first aqueous solution phase P1 continuously interacts with the new second aqueous solution phase P2. Since they meet to form an interface, the movement of nanoparticles at the interface between the two phases P1 and P2 may be accelerated while continuously occurring. In the phase-separated form, which is one of the phase-separated forms, the continuous movement of nanoparticles cannot occur because it is impossible to continuously form a new interface. In addition, in the form of phase-separated fine droplets, a new interface may be formed by stirring, etc., but the energy barrier at the interface is changed by the external force applied during the stirring process, and the particles can freely pass through the interface by this external force. However, it is not suitable because many particles are lost through the interface during the stirring process. In this method, the separation effect due to the affinity between the particle surface and each aqueous phase (P1, P2) is prominent rather than the filtering effect at the interface, and the separation occurs by a mechanism different from the present invention.

본 발명에서 제시하는 수용액 이상계 상분리 조성물을 통한 불순물/복합체 간 분리는 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)을 형성하는 수용액의 경계면에서의 장력에 의해 영향을 받는다. Separation between impurities/complexes through the aqueous phase separation composition of the present invention is affected by the tension at the interface of the aqueous solution forming the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2).

계면장력(Interfacial tension)은 서로 다른 2종 이상의 물체가 혼합하지 않고 층을 이루고 접할 때, 이 경계면에 발생하는 장력을 의미한다. 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)은 서로 다른 용질을 포함하여 밀도에 차이가 있고, 서로 다른 용질의 크기차, 물성차로 인해 계면을 경계로 장력이 형성된다. 이러한 장력에 의해 표면에 입자가 넘어야 하는 에너지 장벽이 형성되며 이 에너지 장벽은 마치 기공과 같은 역할을 한다, 장력의 크기가 크면 에너지 장벽의 높이가 높아져 기공이 작아지는 경향이 있어, 상기 힘에 의해 계면에서의 기공의 크기, 즉 임계 직경(threshold diameter, 또는 한계 직경)을 갖는 기공이 형성된다. 이렇게 형성된 기공을 통해 혼합 나노 입자의 일부가 제1수용액상(P1)으로 이동한다.Interfacial tension refers to the tension generated at this interface when two or more different objects form a layer without mixing and contact. The first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) have different densities including different solutes, and tension is formed at the interface due to the size difference and physical properties of the different solutes. By this tension, an energy barrier is formed on the surface that particles must cross, and this energy barrier acts like a pore. If the magnitude of the tension is large, the height of the energy barrier increases and the pores tend to be small, The size of the pores at the interface, that is, pores having a threshold diameter (or threshold diameter) are formed. A part of the mixed nanoparticles moves to the first aqueous solution phase P1 through the pores thus formed.

임계 직경은 통상 nm 수준으로, 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 계면장력이 어느 정도 범위를 가져야만 상기 nm 수준을 유지할 수 있다. 즉, 계면장력이 작다는 것은 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)이 서로 혼합(miscible)될 수 있다는 것을 의미하여 입자 분리가 일어날 수 없고, 반대로 계면장력이 클 경우 상분리를 일어나나 임계 직경이 매우 작아 복합체의 분리를 수행할 수 없게 된다. 이 계면장력과 임계 직경과의 관계는 수용액 이상계 시스템 연구 분야에서 아직까지 제시한 바가 없는 새로운 개념이다.The critical diameter is usually at the nm level, and the interfacial tension between the first aqueous solution phase P1 and the second aqueous solution phase P2 must have a certain range to maintain the nm level. That is, the small interfacial tension means that the first aqueous solution phase P1 and the second aqueous solution phase P2 can be miscible with each other, so particle separation cannot occur. However, the critical diameter is so small that the separation of the complex cannot be performed. The relationship between the interfacial tension and the critical diameter is a new concept that has not yet been proposed in the field of research on aqueous phase systems.

제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)에 의해 설정되는 계면장력의 수치는 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 조성에 의해 설계될 수 있으며, 이러한 조성의 설계는 분리하고자 하는 생물학적 시료 내 불순물 및/또는 복합체가 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 접촉에 의해 형성되는 경계면에서의 에너지 배리어를 넘어 확산이 가능한지에 따라 달라진다. The numerical value of the interfacial tension set by the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) can be designed by the composition of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2), and such a composition The design of is dependent on whether impurities and/or complexes in the biological sample to be separated can diffuse beyond the energy barrier at the interface formed by the contact of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2).

도 3은 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)의 에너지 배리어를 보여주는 모식도이다. 3 is a schematic diagram showing the energy barrier of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2).

도 3을 참조하면, 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)은 서로 다른 용질을 포함하는 수용액으로, 각각 다른 높이를 갖는 에너지 배리어가 존재한다. 상기 제1수용액상(P1)에 존재하는 혼합 나노 입자는 입자 분리를 위해 경계면과 제2수용액상(P1) 사이의 에너지 배리어를 뛰어넘어 제2수용액상(P2)으로 탈출한다. 이때 도 2의 장치를 이용할 경우 제2수용액상(P2)으로 탈출한 일부 나노 입자는 다시 제1수용액상(P1)으로 넘어가지 못한다. 상기 계면에서의 에너지 배리어의 통과, 즉 제1수용액상(P1)에서의 탈출 에너지는 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 계면에서의 계면에서의 장력에 의해 영향을 받는다. Referring to FIG. 3 , the first aqueous solution phase P1 and the second aqueous solution phase P2 are aqueous solutions containing different solutes, and energy barriers having different heights exist. The mixed nanoparticles present in the first aqueous solution phase P1 escape to the second aqueous solution phase P2 by crossing the energy barrier between the interface and the second aqueous solution phase P1 for particle separation. In this case, when the device of FIG. 2 is used, some nanoparticles escaping to the second aqueous solution phase P2 do not go back to the first aqueous solution phase P1. The passage of the energy barrier at the interface, that is, the escape energy in the first aqueous phase P1, is affected by the tension at the interface at the interface between the first aqueous phase P1 and the second aqueous phase P2. .

경계면의 표면 장력의 경우 높아질수록 경계면에 있는 입자가 다른 상으로 탈출하기 위해 넘어야 하는 에너지 장벽의 높이가 높아져서 경계면을 탈출할 수 있는 입자의 임계 크기를 감소시킨다. 이는 사용하는 제1 및 제2수용액의 상을 어떻게 선택하느냐에 따라 경계면의 계면장력을 변수로 활용할 수 있음을 의미한다. The higher the surface tension of the interface, the higher the energy barrier that the particles at the interface must cross to escape to another phase, thereby reducing the critical size of the particles that can escape the interface. This means that the interfacial tension of the interface can be used as a variable depending on how the phases of the first and second aqueous solutions to be used are selected.

또한, 경계면에서 제1수용액상(P1)에서 제2수용액상(P2)으로의 나노 입자의 이동 및 탈출은 픽스 확산 법칙(Fick's laws of diffusion)을 통해 설명된다. 상기 픽스 확산 법칙은 열역학에서 확산 과정을 나타내는 두 개의 법칙으로, 제1법칙과 제2법칙이 있으며, 본 발명에서는 연속적인 확산과 관련된 제2법칙(Fick's second law)으로 설명될 수 있다. In addition, the movement and escape of nanoparticles from the first aqueous solution phase P1 to the second aqueous solution phase P2 at the interface is explained through Fick's laws of diffusion. The fixed diffusion law is two laws representing the diffusion process in thermodynamics. There are a first law and a second law, and in the present invention, it can be described as Fick's second law related to continuous diffusion.

Fick's second law와 경계면에 트랩된 입자의 탈출 비율(escaping rate)을 이용하여 입자의 이동을 예측했다. 경계면에 트랩된 입자가 탈출하는 비율은 식 (1)을 만족한다. Particle movement was predicted using Fick's second law and the escaping rate of particles trapped at the interface. Equation (1) is satisfied for the rate at which particles trapped at the interface escape.

Figure pat00001
------------------ 식 (1)
Figure pat00001
------------------ Equation (1)

(상기 식(1)에서, Γ: 경계면에서 탈출하는 입자의 비율, J: 입자의 flux, n 은 경계면에 있는 입자의 농도, α: 비례 상수, ΔΕ: 경계면에 있는 입자와 경계면에서 탈출한 입자의 에너지 차이, κ: 볼츠만 상수, T: 온도이다.)(In Equation (1), Γ: ratio of particles escaping from the interface, J: flux of particles, n is the concentration of particles at the interface, α: proportionality constant, ΔΕ: the energy difference between the particles at the interface and the particles escaping from the interface, κ: Boltzmann’s constant, T: temperature.)

제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 경계면에 있는 입자의 에너지 장벽(ΔΕ)는 하기 식(2)로 표현할 수 있다. The energy barrier (ΔΕ) of particles at the interface between the first aqueous solution phase P1 and the second aqueous solution phase P2 can be expressed by the following formula (2).

Figure pat00002
---식 (2)
Figure pat00002
---Equation (2)

(상기 식(2)에서, γPhase/Phase2: 제1수용액상과 제2수용액상의 경계면에서 작용하는 장력, R: 입자의 반경, γparticle/Phase1: 제1수용액상 안에 있는 입자의 표면에 작용하는 장력, γ particle/Phase2: 제2수용액상 안에 있는 입자의 표면에 작용하는 장력, κ: 볼츠만 상수, T: 절대 온도, K: 분리 계수이다)(In the above formula (2), γ Phase/Phase2 : Tension acting at the interface of the first aqueous phase and the second aqueous phase, R: Radius of the particle, γ particle/Phase1 : Acting on the surface of particles in the first aqueous phase tension, γ particle/Phase2 : tension acting on the surface of particles in the second aqueous phase, κ: Boltzmann constant, T: absolute temperature, K: separation coefficient)

상기 식에서, ΔΕ는 경계면에 있는 입자가 경계면을 벗어나기 위해 넘어야 하는 에너지 장벽(Energy barrier)을 의미하며, 그 값이 클수록 입자의 탈출 비율은 낮아짐을 의미한다.In the above equation, ΔΕ means an energy barrier that particles at the interface must cross to escape from the interface, and the larger the value, the lower the escape rate of the particles.

또한, 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 경계면 근처에서의 입자의 유동은 하기 식을 만족한다. In addition, the flow of particles near the interface between the first aqueous solution phase P1 and the second aqueous solution phase P2 satisfies the following equation.

Figure pat00003
----------------- 식 (3)
Figure pat00003
----------------- Equation (3)

Figure pat00004
--------------식 (4)
Figure pat00004
--------------Equation (4)

(상기 식(3), (4)에서, JPhase1-interface: 제1수용액상과 경계면 사이의 입자의 유동, JInterface-Phase2: 제2수용액상과 경계면 사이의 입자의 유동, CPhase1: 경계면 근처 제1수용액상에 있는 입자의 농도, CPhase2: 경계면 근처 제2수용액상에 있는 입자의 농도, CInterface: 경계면에 있는 입자의 농도, κ1, κ2: 비례 상수 ΓPhase1: 경계면에서 제1수용액상으로 탈출하는 입자의 비율, ΓPhase2: 경계면에서 제2수용액상으로 탈출하는 입자의 비율이다)(In the above formulas (3) and (4), J Phase1-interface : flow of particles between the first aqueous phase and the interface, J Interface-Phase2 : flow of particles between the second aqueous phase and the interface, C Phase1 : interface the concentration of particles near the first aqueous phase, C Phase2: the concentration of particles in the invention near the interface 2 aqueous phase, C interface: the concentration of particles in the boundary surface, κ1, κ2: proportional constant Γ Phase1: first receiving at the interface The ratio of particles escaping to the liquid phase, Γ Phase2 : It is the ratio of particles escaping from the interface to the second aqueous phase)

상기 식을 보면, 제2수용액상(P2)과 경계면 사이 입자의 유동은 제2수용액상(P2)에서 경계면으로 이동하는 입자의 유동과 경계면에서 제2수용액상(P2)으로 탈출하는 입자의 유동의 합이다. 마찬가지로 제1수용액상(P1)과 경계면 사이 입자의 유동은 제1수용액상(P1)에서 경계면으로 이동하는 입자의 유동과 경계면에서 제1수용액상(P1)으로 탈출하는 입자의 유동의 합이다. Looking at the above formula, the flow of particles between the second aqueous phase P2 and the interface is the flow of particles moving from the second aqueous phase P2 to the interface and the flow of particles escaping from the interface to the second aqueous phase P2. is the sum of Similarly, the flow of particles between the first aqueous phase P1 and the interface is the sum of the flow of particles moving from the first aqueous phase P1 to the interface and the flow of particles escaping from the interface to the first aqueous phase P1.

상기 식 (1, 2, 3, 4)를 Fick's second law에 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. Simulation was performed by applying Equation (1, 2, 3, 4) to Fick's second law.

입자는 10nm, 50nm 및 100nm의 3가지 종류의 혼합 비드 입자를 적용하여 제2수용액상(P2)으로 탈출한 비드 입자의 양을 측정하여 지배 방정식과 경계 조건의 계수를 결정했다. 제1수용액상(P1)으로는 덱스트란 수용액(1% 농도)을 사용하였고, 제2수용액상(P2)으로는 폴리에틸렌글리콜(3% 농도)를 사용하였다. 또한, 상기 식에서 제1수용액상(P1)은 새로운 제2수용액상과(P2) 연속해서 접하기 때문에 경계면 근처 제2수용액상(P2)에 있는 입자의 농도는 0에 가깝다고 가정했다. (

Figure pat00005
Figure pat00006
). 이에, 제2수용액상(P2)으로 탈출한 비드 입자의 양을 측정하여 지배 방정식과 경계 조건의 계수를 결정했다. 결정된 계수를 바탕으로 입자의 크기, 여과 시간, 분리 계수(partition coefficient), 온도, 경계면의 표면 장력에 따른 입자의 분리를 시뮬레이션 했다. For the particles, three types of mixed bead particles of 10 nm, 50 nm and 100 nm were applied and the amount of bead particles escaping to the second aqueous phase (P2) was measured to determine the governing equation and coefficient of boundary conditions. Dextran aqueous solution (1% concentration) was used as the first aqueous phase (P1), and polyethylene glycol (3% concentration) was used as the second aqueous phase (P2). In addition, since the first aqueous solution phase P1 continuously contacts the new second aqueous solution phase P2 in the above equation, it is assumed that the concentration of particles in the second aqueous solution phase P2 near the interface is close to zero. (
Figure pat00005
Figure pat00006
). Accordingly, by measuring the amount of bead particles escaping to the second aqueous phase (P2), the governing equation and the coefficient of the boundary condition were determined. Based on the determined coefficient, particle separation according to particle size, filtration time, partition coefficient, temperature, and surface tension of the interface was simulated.

도 4는 입자 크기가 다른 3종류의 비드 입자를 사용하여 입자 크기에 따른 이동을 보여주는 시뮬레이션 결과이다. 4 is a simulation result showing movement according to particle size using three types of bead particles having different particle sizes.

도 4(a) 및 도 4(b)를 보면, 시간에 따라 경계면을 통과하는 비드 입자의 임계 크기가 점점 증가했으며 이를 바탕으로 크기가 작은 비드 입자부터 제2수용액상(P2)으로 탈출한다는 것을 알 수 있다. 4(a) and 4(b), the critical size of the bead particles passing through the interface gradually increased over time, and based on this, it was found that the small bead particles escape to the second aqueous solution phase (P2). Able to know.

구체적으로, 도 4(a)를 보면, 시간에 따른 경계면을 통과할 수 있는 비드 입자의 임계 크기의 증가는 200초 내에 급격하게 일어나며 그 뒤에는 일정 크기로 수렴한다. 또한, 도 4(b)를 보면, 10nm 크기의 나노 입자의 경우 60분 경과 후 모두 통과되었음을 알 수 있고, 50nm 및 100nm는 계면에 잔류함을 알 수 있다. 이는 수용액 이상계 상분리 조성물이 특정 크기 이하의 입자만 통과시키는 필터의 역할을 한다는 것을 의미한다.Specifically, referring to FIG. 4( a ), the increase in the critical size of the bead particles that can pass through the interface over time abruptly occurs within 200 seconds and then converges to a certain size. In addition, referring to FIG. 4(b), it can be seen that all nanoparticles having a size of 10 nm passed after 60 minutes, and 50 nm and 100 nm remained at the interface. This means that the aqueous phase separation composition serves as a filter through which only particles having a specific size or less pass therethrough.

특히, 10nm입자의 경우 60분 이후 완전히 탈출함을 알 수 있어, 혼합 나노 입자로부터 나노 입자의 손실없이 고순도, 즉 100% 또는 이에 가까운 수율로 나노 입자를 분리할 수 있음을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 실제 불순물과 복합체를 포함하는 생물학적 시료를 분리 공정에 적용할 경우 종래 분리막 등의 분리 공정에서 발생하는 복합체의 손실과 같은 문제를 원천적으로 차단하여, 본 발명에 따른 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용해 생물학적 시료로부터 복합체를 고순도로 분리할 수 있다는 이점을 확보할 수 있음을 알 수 있다.In particular, in the case of 10 nm particles, it can be seen that they completely escape after 60 minutes, and it can be seen that nanoparticles can be separated with high purity, that is, a yield close to 100% or close to 100%, without loss of nanoparticles from the mixed nanoparticles. From these results, when a biological sample containing an actual impurity and complex is applied to the separation process, problems such as loss of the complex occurring in the separation process such as a conventional separation membrane are fundamentally blocked, and the aqueous phase phase separation composition according to the present invention is used to It can be seen that the advantage of being able to isolate a complex from a biological sample with high purity can be secured.

이는 도 5의 모식도를 통해 보다 자세하게 알 수 있다. This can be seen in more detail through the schematic diagram of FIG. 5 .

도 5는 도 4의 입자 크기가 다른 3종류의 비드 입자를 사용하여 입자 크기에 따른 이동을 보여주는 모식도이다.FIG. 5 is a schematic diagram showing movement according to particle size using three types of bead particles having different particle sizes of FIG. 4 .

도 5에서 나타낸 바와 같이, 입자는 제1수용액상(P1)으로부터 제2수용액상(P2)이 접촉하여 형성하는 계면으로 이동한다. 경계면과 접촉한 입자의 일부는 경계면에 트랩되며, 이때 입자의 크기에 따라 제1수용액상(P1)으로부터 제2수용액상(P2)으로 탈출한다. As shown in FIG. 5 , the particles move from the first aqueous solution phase P1 to the interface formed by contacting the second aqueous solution phase P2. Part of the particles in contact with the interface are trapped at the interface, and at this time, escape from the first aqueous solution phase P1 to the second aqueous solution phase P2 according to the size of the particles.

도 5는 3가지 형태의 계면을 도시하였고, Interface A인 경우는 가장 작은 크기의 입자만 통과하고, Interface B는 중간 크기의 입자까지, Interface C의 경우에는 모두 통과가 가능하다. 이를 통해 입자 크기에 따라 선택적으로 혼합 나노 입자에서 나노 입자를 분리할 수 있다.FIG. 5 shows three types of interfaces, and in the case of Interface A, only the smallest sized particles pass, in Interface B up to medium sized particles, and in the case of Interface C, all of them can pass. Through this, nanoparticles can be selectively separated from mixed nanoparticles according to particle size.

좀더 설명하면, 3개의 입자 중 가장 작은 크기의 입자를 분리하고자 할 경우 Interface A와 같이 설계하여 제2수용액상(P2)으로 작은 크기의 입자를 통과시킨 후, 이를 회수하여 분리가 가능하다. 또한, 가장 큰 크기의 입자를 분리하고자 할 경우 Interface B와 같이 설계하여, 제1수용액상(P1)에 잔류하는 큰 크기의 입자를 회수하여 분리가 가능하다. 또한, 중간 크기의 입자의 경우, Interface B와 같이 설계한 후, 제2수용액상(P2)을 회수하고, 이를 다시 Interface α(미도시)를 갖도록 설계한 후, 제2수용액상(P2) 내 작은 크기의 입자와 중간 크기의 입자를 다시 한번 더 분리하는 공정을 거쳐 중간 크기의 입자만을 선택적으로 회수할 수 있다.More specifically, when the smallest particle among the three particles is to be separated, it is designed like Interface A, and the small particle is passed through the second aqueous phase (P2), and then it can be recovered and separated. In addition, when the largest particle size is to be separated, it is designed like Interface B, and the large size particles remaining in the first aqueous solution phase (P1) can be recovered and separated. In addition, in the case of medium-sized particles, after designing like Interface B, the second aqueous phase (P2) is recovered, and it is designed to have an Interface α (not shown) again, and then in the second aqueous phase (P2). Only medium-sized particles can be selectively recovered through a process of once again separating small-sized particles and medium-sized particles.

이 Interface A, Interface B, Interface C에서 나노 입자의 트랩 또는 통과 여부는 상기에서 언급한 바와 같이, 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)을 이루는 각 조성에 따른 에너지 장벽과, 이들이 접촉하여 형성하는 계면에서의 장력(즉, 계면장력)에 따라 달라진다. 상기 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)이 갖는 에너지 장벽이 낮으면, 이들이 접촉하여 이루는 계면장력이 낮아지고, 상기 계면장력이 낮아질수록 계면을 통과하는 입자의 크기(즉, 임계 입경)가 증가할 수 있다.Whether the nanoparticles are trapped or passed through Interface A, Interface B, and Interface C is, as mentioned above, an energy barrier according to each composition constituting the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2); It depends on the tension (ie, interfacial tension) at the interface they come into contact with and form. When the energy barrier of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) is low, the interfacial tension formed by contacting them decreases, and as the interfacial tension decreases, the size of particles passing through the interface (that is, critical particle size) may increase.

도 6은 계면장력과 입자 크기에 따른 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2) 사이의 에너지 장벽을 보여주는 모식도이다.6 is a schematic diagram showing the energy barrier between the first aqueous solution phase (P1) and the second aqueous solution phase (P2) according to interfacial tension and particle size.

도 6에서 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)이 이루는 계면장력이 클수록 에너지 장벽이 높아진다. 이때 10nm, 50nm, 및 100nm 각각의 나노 입자가 넘어야 하는 에너지 장벽에 차이가 있으며, 10nm에서 가장 낮은 에너지 장벽을 갖는다. 즉, 입자의 크기가 작을수록 경계면에서 다른 상으로 탈출할 때 넘어야 하는 에너지 장벽이 더 낮아지는데 입자가 특정 크기 이상이 되면 에너지 장벽이 너무 높아 계면에서 트랩된 상태로 이 경계면을 입자가 넘지 못하게 된다.In FIG. 6 , the higher the interfacial tension between the first aqueous phase P1 and the second aqueous phase P2 is, the higher the energy barrier is. At this time, there is a difference in the energy barrier that each of 10 nm, 50 nm, and 100 nm nanoparticles must cross, and has the lowest energy barrier at 10 nm. That is, the smaller the particle size, the lower the energy barrier that must be crossed when escaping from the interface to another phase. When the particle exceeds a certain size, the energy barrier is too high, and the particle cannot cross this interface in a trapped state at the interface. .

제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)이 접하여 계면을 형성할 경우 에너지 장벽이 낮은 10nm 크기의 나노 입자부터 제2수용액상(P2)으로의 탈출이 먼저 일어난다. 이에 100nm 크기의 큰 크기의 나노 입자는 경계면에 트랩되고, 상기 경계면에서의 통과를 위해선 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 계면장력을 낮춰야만 이와 비례적으로 에너지 장벽이 낮아져 제2수용액상(P2)으로의 탈출이 일어날 수 있음을 알 수 있다.When the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) come into contact to form an interface, the nanoparticles with a size of 10 nm having a low energy barrier escape to the second aqueous phase (P2) first. Accordingly, large-sized nanoparticles with a size of 100 nm are trapped at the interface, and in order to pass at the interface, the interfacial tension of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) must be lowered in proportion to the energy barrier. It can be seen that the lowered, escape to the second aqueous solution phase (P2) may occur.

이러한 결과는 계면장력에 따라 트랩된 나노 입자가 경계면을 통과할 수 있는 임계 입경이 주도적으로(dominant) 결정될 수 있음을 의미한다. 다시 말하면, 계면장력이 낮다는 것은 그 만큼 통과하는 나노 입자의 크기가 커질 수 있다는 것을 의미한다.This result means that the critical particle size through which the trapped nanoparticles can pass through the interface can be dominantly determined according to the interfacial tension. In other words, the low interfacial tension means that the size of the nanoparticles passing through it can be increased.

도 7은 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)에 의한 계면장력에 따른 임계 입경(DT)의 변화를 보여주는 그래프이다. 7 is a graph showing the change in the critical particle size (D T ) according to the interfacial tension of the first aqueous solution phase (P1) and the second aqueous solution phase (P2).

도 7을 참조하면, 계면장력에 따라 경계면에서 트랩된 입자가 탈출하는 임계 입경이 달라짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that the critical particle size at which the particles trapped at the interface escape varies according to the interfacial tension.

구체적으로, 계면장력이 높을수록 경계면을 탈출할 수 있는 입자의 임계 입경이 최종적으로 작아지는 경향을 나타냄을 알 수 있다. 그리고, 특정 시간에 도달하기 전까지 시간에 따라 입자의 임계 입경이 바뀌지만 최종적으로 도달하는 임계 입경은 동일하다는 것을 알 수 있다. 또한 시간에 따라 입자의 임계 입경이 증가하는 것을 알 수 있는데 이를 해석함으로써 원하는 크기를 제거하는데 걸리는 시간을 알 수 있다. 일례로, 계면장력이 5X10-6 J/m2으로 설계된 수용액 이상계 상분리 조성물의 경우 임계 입경이 40nm인 나노 입자를 30분 이내에 분리할 수 있음을 알 수 있다. Specifically, it can be seen that the higher the interfacial tension, the smaller the critical particle size of particles capable of escaping the interface tends to be finally reduced. In addition, it can be seen that the critical particle size of the particles is changed according to time until a specific time is reached, but the critical particle size finally reached is the same. In addition, it can be seen that the critical particle size of the particles increases with time. By analyzing this, it is possible to know the time it takes to remove the desired size. For example, it can be seen that in the case of an aqueous phase separation composition designed to have an interfacial tension of 5X10 -6 J/m 2 , nanoparticles having a critical particle size of 40 nm can be separated within 30 minutes.

이러한 결과를 통해, 본 발명에서는 불순물과 복합체를 포함하는 생물학적 시료로부터, 상기 복합체를 분리하기 위해, 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)은 하기 수학식 1을 만족하는 계면장력(γ) 범위를 가져야 한다. Through these results, in the present invention, in order to separate the complex from the biological sample containing the impurities and the complex, the first aqueous solution phase (P1) and the second aqueous solution phase (P2) have interfacial tension satisfying Equation 1 below (γ) must have a range.

[수학식 1][Equation 1]

2 X 10-7 J/m2 ≤ γ ≤ 50 X 10-5 J/m2 2 X 10 -7 J/m 2 ≤ γ ≤ 50 X 10 -5 J/m 2

본 발명에 따른 수용액 이상계 상분리 조성물을 통해 구현 가능한 기공의 크기는 1 내지 500nm, 바람직하기로 3 내지 450nm, 좀더 바람직하기로 5 내지 400nm, 더욱 바람직하기로 5 내지 350nm, 더더욱 바람직하기로 10 내지 250nm, 가장 바람직하기로 30 내지 180nm의 범위를 갖는다. The size of pores that can be implemented through the aqueous phase separation composition according to the present invention is 1 to 500 nm, preferably 3 to 450 nm, more preferably 5 to 400 nm, more preferably 5 to 350 nm, even more preferably 10 to 250 nm , most preferably in the range of 30 to 180 nm.

상기한 기공을 갖기 위해, 수용액 이상계 상분리 조성물은 경계면에서 이루는 계면장력이 2 X 10-7 J/m2 내지 50 X 10-5 J/m2, 바람직하기로 2 X 10-7 J/m2 내지 40 X 10-6 J/m2, 좀더 바람직하기로 3 X 10-6 J/m2 내지 350 X 10-6 J/m2, 더욱 바람직하기로 4 X 10-6 J/m2 내지 270 X 10-6 J/m2, 더더욱 바람직하기로 5 X 10-6 J/m2 내지 150 X 10-6 J/m2, 가장 바람직하기로 10 X 10-6 J/m2 내지 60 X 10-6 J/m2의 범위를 갖는다. In order to have the above pores, the aqueous phase separation composition has an interfacial tension formed at the interface of 2 X 10 -7 J/m 2 to 50 X 10 -5 J/m 2 , preferably 2 X 10 -7 J/m 2 to 40 X 10 -6 J/m 2 , more preferably 3 X 10 -6 J/m 2 to 350 X 10 -6 J/m 2 , more preferably 4 X 10 -6 J/m 2 to 270 X 10 -6 J/m 2 , even more preferably 5 X 10 -6 J/m 2 to 150 X 10 -6 J/m 2 , most preferably 10 X 10 -6 J/m 2 to 60 X 10 It has a range of -6 J/m 2 .

이때 계면장력이 상기 수학식 1에서 제시한 범위가 아니라 그 수치가 감소하여 어느 정도 한계를 벗어나게 되면, 상분리가 발생하지 않고 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 혼합이 일어나 수용액 이상계 상분리 조성물이 구성되지 않고, 반대로 상기 계면장력이 어느 수치 이상일 경우에는 불순물 또는 복합체가 경계면에 트랩되어 탈출이 발생하지 않는다. 이는 본 발명에서 제시하는 수학식 1의 계면장력 수치 범위를 가져야만 안정한 수용액 이상계 상분리 조성물의 구성이 가능하여 불순물 또는 복합체의 탈출을 통한 분리가 가능해짐을 입증할 수 있는 데이터이다.At this time, if the interfacial tension is not within the range shown in Equation 1, but the numerical value is decreased and out of the limit to some extent, phase separation does not occur and mixing of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) occurs. If the aqueous phase phase separation composition is not configured, and the interfacial tension is higher than a certain value, impurities or complexes are trapped at the interface and escape does not occur. This is data that can prove that a stable aqueous phase phase-separation composition can be constructed only when the interfacial tension numerical range of Equation 1 presented in the present invention is capable of being separated through the escape of impurities or complexes.

또한, 분리 시간을 살펴보면, 불순물 또는 복합체의 크기가 작을수록 계면을 탈출하는 속도가 빨라짐을 알 수 있다. In addition, looking at the separation time, it can be seen that the smaller the size of the impurity or the complex, the faster the rate of escaping from the interface.

이 도 7에서 나타내는 계면장력에 따른 임계 입경의 변화에 따라, 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 조성물을 특정 계면장력을 갖도록 설계할 경우 복합체를 고순도로 쉽게 분리할 수 있음을 예측할 수 있다. According to the change of the critical particle size according to the interfacial tension shown in FIG. 7, when the compositions of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) are designed to have a specific interfacial tension, the complex can be easily separated with high purity. It can be predicted that there is

바람직하기로, 본 발명에 따른 수용액 이상계 상분리 조성물은 조성물의 설계를 통해 계면장력을 조절하고, 상기 계면장력의 조절에 의해 임계 입경을 제어할 수 있음에 따라 임계 입경이 1 내지 500nm, 3 내지 450nm, 좀더 바람직하기로 5 내지 400nm, 더욱 바람직하기로 5 내지 350nm, 더더욱 바람직하기로 10 내지 250nm, 가장 바람직하기로 30 내지 180nm 의 범위를 갖는 필터를 구현할 수 있다. 이때 상기 수용액 이상계 상분리 조성물은 분리능이 불순물과 복합체 간의 크기 차이가 10nm 정도까지 분리가 가능하다. 이때 분리능이 10nm라는 의미는 나노 입자가 10nm 및 20nm와 같이 10nm의 차이를 갖는 것까지도 분리 가능함을 의미하며, 10nm 및 100nm와 같이 90nm의 차이를 보이는 경우의 분리는 자명하게 수행될 수 있음을 의미한다. Preferably, the aqueous phase separation composition according to the present invention controls the interfacial tension through the design of the composition, and the critical particle size is 1 to 500 nm, 3 to 450 nm as the critical particle size can be controlled by adjusting the interfacial tension , more preferably from 5 to 400 nm, more preferably from 5 to 350 nm, still more preferably from 10 to 250 nm, and most preferably from 30 to 180 nm. In this case, the aqueous phase-separation composition can be separated up to a size difference of about 10 nm between the impurity and the complex in separation ability. At this time, the resolution of 10 nm means that nanoparticles can be separated even from those having a difference of 10 nm, such as 10 nm and 20 nm, and separation in the case of showing a difference of 90 nm, such as 10 nm and 100 nm, can be self-evidently performed do.

한편, 도 7은 제1수용액상(P1)이 정지상(stationary phase)인 경우와 유동상(moving phase)인 경우를 나뉘어 도식화되었다. 시간이 무한대인 경우에 제1수용액상(P1)이 정지상 및 유동상 모두에서는 동일한 결과를 나타내었으나, 정해진 시간 내에서는 제1수용액상(P1)이 유동상을 가질 경우 나노 입자의 분리에 유리함을 알 수 있다. 통상적으로 나노 입자 분리가 무한대의 시간이 아닌 정해진 시간 내에서 이루어짐을 고려한다면, 제1수용액상(P1)이 유동상인 형태를 가지는 경우 실제 분리 공정에 적용하는 것이 바람직함을 알 수 있다. On the other hand, FIG. 7 is a schematic diagram divided into a case in which the first aqueous phase P1 is a stationary phase and a case in which the first aqueous phase P1 is a moving phase. When the time is infinity, the first aqueous phase (P1) showed the same results in both the stationary phase and the fluidized phase, but within a predetermined time, when the first aqueous phase (P1) has a fluidized phase, it is advantageous for the separation of nanoparticles. Able to know. Considering that nanoparticle separation is typically performed within a predetermined time rather than an infinite time, when the first aqueous solution phase P1 has a fluidized phase, it can be seen that it is preferable to apply it to the actual separation process.

수용액 이상계 상분리 조성물의 설계Design of aqueous phase separation composition

제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 계면에서의 장력은 제1수용액상과 제2수용액상의 조성 설계를 통해 이루어질 수 있다. The tension at the interface between the first aqueous solution phase P1 and the second aqueous solution phase P2 may be achieved by designing the composition of the first aqueous solution phase and the second aqueous solution phase.

제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2) 사이에 계면장력을 갖기 위해선 이들 간의 상분리가 선행되어야 한다. 상기 상분리는 다른 여러 가지 방법이 가능하나, 본 발명에서는 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2) 사이의 two phase diagram을 통해 이루어질 수 있다. 또한, 불순물과 복합체의 분리는 이들 표면이 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2) 중 어느 하나의 상에 친화력(affinity)에 있느냐에 의해 분리 속도 및 분리능이 향상될 수 있다. 이러한 내용을 고려하여 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)을 이루는 특정 조성을 two phase diagram을 통해 선택하여 수용액 이상계 상분리 조성물 구성할 수 있다.In order to have interfacial tension between the first aqueous phase P1 and the second aqueous phase P2, phase separation between them must be preceded. The phase separation may be performed in various other methods, but in the present invention, it may be achieved through a two phase diagram between the first aqueous phase P1 and the second aqueous phase P2. In addition, in the separation of impurities and complexes, the separation rate and separation ability may be improved depending on whether these surfaces have affinity for any one of the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2). In consideration of these details, a specific composition constituting the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) may be selected through a two phase diagram to constitute an aqueous phase phase separation composition.

제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)은 기본적으로 용질이 물에 용해된 수용액이다. The first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) are basically aqueous solutions in which a solute is dissolved in water.

상기 용질의 종류에 따라 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)은 고분자 및/또는 염이 존재하는 고분자 수용액 또는 염 수용액일 수 있다. Depending on the type of the solute, the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) may be an aqueous polymer solution or an aqueous salt solution in which a polymer and/or a salt are present.

용질로서의 고분자는 친수성 고분자일 수 있다. The polymer as the solute may be a hydrophilic polymer.

사용 가능한 친수성 고분자로는 폴리아르기닌, 폴리라이신, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌이민, 키토산, 프로타민(protamin), 폴리비닐아세테이트, 히알루론산, 콘드로이친황산, 헤파린, 알지네이트, 하이드록시옥시프로필 메틸셀룰로오스, 젤라틴, 전분, 폴리(비닐 메틸 에테르 에테르), 폴리비닐피롤리돈, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 친수성 고분자일 수 있다. Hydrophilic polymers that can be used include polyarginine, polylysine, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethyleneimine, chitosan, protamine, polyvinyl acetate, hyaluronic acid, chondroitin sulfate, heparin, alginate, hydroxyoxypropyl methylcellulose, It may be one type of hydrophilic polymer selected from the group consisting of gelatin, starch, poly(vinyl methyl ether ether), polyvinylpyrrolidone, and combinations thereof.

또한, 용질로서의 고분자는 고분자 다당류일 수 있다. 상기 고분자 다당류는 사이클로덱스트린, 글루코오스, 덱스트란, 만노오스, 수크로오스, 트레할로오스, 말토오스, 피콜(ficoll), 이노시톨, 만니톨, 소르비톨, 수크로오스-만니톨, 글루코오스-만니톨, 트레할로오스-폴리에틸렌글리콜, 수크로오스-폴리에틸렌글리콜, 수크로오스-덱스트란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 친수성 고분자일 수 있다. In addition, the polymer as a solute may be a polymer polysaccharide. The polymer polysaccharide is cyclodextrin, glucose, dextran, mannose, sucrose, trehalose, maltose, ficoll, inositol, mannitol, sorbitol, sucrose-mannitol, glucose-mannitol, trehalose-polyethylene glycol, It may be one type of hydrophilic polymer selected from the group consisting of sucrose-polyethylene glycol, sucrose-dextran, and combinations thereof.

염 수용액에 사용하는 염은 (NH4)2SO4, Na2SO4, MgSO4, K2HPO4, KH2PO4, NaCl, KCl, NaBr, NaI, LiCl, n-Bu4NBr, n-Pr4NBr, Et4NBr, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Na2CO3, ZnCO3, Ca3(PO4)2, ZnCl2, (C2H3)2Zn, ZnCO3, CdCl2, HgCl2, CoCl2, (CaNO3)2, BaCl2, MgCl2, PbCl2, AlCl3, FeCl2, FeCl3, NiCl2, AgCl, AuCl3, CuCl2, 도데실황산나트륨(sodium dodecyl sulfate), 테트라데실황산나트륨(sodium tetradecyl sulfate), 브롬화도데실트리메틸암모늄(dodecyltrimethylammonium bromide), 염화도데실트리메틸암모늄(dodecyltrmethylammonium chloride), 브롬화 테트라데실트리메틸암모늄(tetradecyltrimethylammonium bromide), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 친수성 고분자일 수 있다. The salt used in the aqueous salt solution is (NH 4 ) 2 SO 4 , Na 2 SO 4 , MgSO 4 , K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , NaCl, KCl, NaBr, NaI, LiCl, n-Bu 4 NBr, n -Pr 4 NBr, Et 4 NBr, Mg(OH) 2 , Ca(OH) 2 , Na 2 CO 3 , ZnCO 3 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , ZnCl 2 , (C 2 H 3 ) 2 Zn, ZnCO 3 , CdCl 2 , HgCl 2 , CoCl 2 , (CaNO 3 ) 2 , BaCl 2 , MgCl 2 , PbCl 2 , AlCl 3 , FeCl 2 , FeCl 3 , NiCl 2 , AgCl, AuCl 3 , CuCl 2 , sodium dodecyl sulfate ( sodium dodecyl sulfate, sodium tetradecyl sulfate, dodecyltrimethylammonium bromide, dodecyltrmethylammonium chloride, tetradecyltrimethylammonium bromide, and combinations thereof It may be one type of hydrophilic polymer selected from the group.

또한, 상기 용질로 고분자염이 사용될 수 있으며, 일례로 전술한 바의 고분자와 염의 조합이 될 수 있다. In addition, a polymer salt may be used as the solute, and for example, a combination of the polymer and salt as described above may be used.

전술한 바의 고분자 및 염 중에서 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)으로의 선택은 분리하고자 하는 나노 입자의 특성(예, 표면 특성), 및 상분리가 가능하도록 하는 특성 및 농도에 따라 달라질 수 있다.The selection of the first aqueous solution phase (P1) and the second aqueous solution phase (P2) among the above-mentioned polymers and salts depends on the characteristics (eg, surface characteristics) of the nanoparticles to be separated, and the characteristics and concentrations that enable phase separation. may vary depending on

그중, 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)으로 사용 가능한 각각의 조합은 고분자인 경우 친수성-소수성의 특성일 수 있다. 상기 고분자는 기본적으로 수용액에 용해되므로 친수성을 나타내나, 두 가지 조성을 조합할 경우 상대적으로 친수성을 갖거나 상대적으로 소수성을 가질 수 있다. 일례로, 덱스트란과 폴리에틸렌글리콜의 경우, 덱스트란은 상대적으로 친수성을 가지며, 분자 구조가 보다 조밀하고(more denser), 폴리에틸렌글리콜은 상대적으로 소수성을 가지며, 분자 구조가 덜 조밀한(less dense) 특성이 있다. 이에 덱스트란/폴리에틸렌글리콜은 각각 제1수용액상/제2수용액상(P1/P2)으로 사용할 수 있다. Among them, each combination that can be used as the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) may have a hydrophilicity-hydrophobic property in the case of a polymer. Since the polymer is basically dissolved in an aqueous solution, it exhibits hydrophilicity, but when the two compositions are combined, it may have relatively hydrophilicity or relatively hydrophobicity. For example, in the case of dextran and polyethylene glycol, dextran has a relatively hydrophilicity, molecular structure is more dense, polyethylene glycol has relatively hydrophobicity, and molecular structure is less dense. There are characteristics. Accordingly, dextran/polyethylene glycol may be used as the first aqueous phase/second aqueous phase (P1/P2), respectively.

또한, 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)으로 사용 가능한 각각의 조합은 고분자의 경우 분자량 및 농도는 중요한 선정 이유가 될 수 있다. In addition, in the case of a polymer, molecular weight and concentration may be important selection reasons for each combination that can be used as the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2).

고분자는 분자량이 커질수록, 농도가 높아질 수록 제1 수용액과 제 2수용액상이 안정적으로 형성되며 고분자의 분자량이 너무 작을 경우 제1 수용액과 제 2수용액이 쉽게 섞여버리게 된다. As the molecular weight of the polymer increases and the concentration increases, the first aqueous solution and the second aqueous solution phase are stably formed. If the molecular weight of the polymer is too small, the first aqueous solution and the second aqueous solution are easily mixed.

고분자의 분자량은 최소 수용액 내 용해(또는 팽윤)된 상태로 존재해야 하며, 이는 고분자의 종류에 따라 물에 대한 용해도의 차이가 있으므로, 그 범위의 한정이 용이하지 않다. 다만, 전술한 바의 친수성 고분자의 경우 중량평균분자량이 200 내지 2,000,000, 바람직하기로 500 내지 1,000,000, 더욱 바람직하기로 1000 내지 500,000을 갖는다. 일례로, 덱스트란과 조합하는 폴리에틸렌글리콜의 경우 200 내지 60000, 바람직하기로 500 내지 40000 범위의 중량평균분자량을 갖는 것을 사용한다. 또한, 덱스트란은 15 내지 1000,000, 바람직하기로 1000 내지 500,000 범위의 중량평균분자량을 갖는다.The molecular weight of the polymer should exist in a dissolved (or swollen) state in the minimum aqueous solution, which has a difference in solubility in water depending on the type of polymer, so it is not easy to limit the range. However, in the case of the hydrophilic polymer as described above, the weight average molecular weight is 200 to 2,000,000, preferably 500 to 1,000,000, more preferably 1000 to 500,000. For example, in the case of polyethylene glycol in combination with dextran, those having a weight average molecular weight in the range of 200 to 60000, preferably 500 to 40000 are used. In addition, the dextran has a weight average molecular weight in the range of from 15 to 1000,000, preferably from 1000 to 500,000.

이때 고분자 또는 고분자염 수용액의 농도는 물에 대한 용해도의 차이가 있으나 0.001 내지 20 중량%, 바람직하기로 0.01 내지 15 중량%일 수 있다. 만약 그 농도가 너무 낮을 경우 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)의 고분자 수용액이 물과 비슷한 유동성을 나타내 이 둘이 서로 혼합(miscible)되어 수용액 이상계의 형성이 어렵다. 반대로, 너무 높을 경우 고분자의 용해에 시간이 걸리고 수용액 이상계의 계면에서의 장력이 너무 높아 임계 입경이 작아져 나노 입자의 분리가 어려워지는 문제가 있다.In this case, the concentration of the polymer or the aqueous polymer salt solution may be 0.001 to 20% by weight, preferably 0.01 to 15% by weight, although there is a difference in solubility in water. If the concentration is too low, the aqueous polymer solution of the first aqueous solution phase (P1) and the second aqueous solution phase (P2) exhibits fluidity similar to that of water, and the two are miscible with each other, making it difficult to form an aqueous phase ideal system. On the other hand, if it is too high, it takes time to dissolve the polymer, and the tension at the interface of the aqueous phase phase is too high, so that the critical particle size is small, which makes it difficult to separate nanoparticles.

고분자 대신 염을 사용할 경우 수용액 이상계를 이루기 위해 고농도의 염이 필요하다. 앞서 설명한 바와 같이 고분자의 분자량이 커질수록 제1 수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)이 안정적으로 형성되는데 염의 경우 분자량이 고분자보다 작기 때문에 고농도에서만 수용액 이상계를 형성시킬 수 있다. 바람직하기로 고농도염은 1 내지 70 중량%, 더욱 바람직하기로 5 내지 50 %로 사용하는 것이 바람직하다. When a salt is used instead of a polymer, a high concentration of salt is required to form an aqueous solution phase. As described above, as the molecular weight of the polymer increases, the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) are stably formed. In the case of salt, since the molecular weight is smaller than that of the polymer, the aqueous phase phase can be formed only at high concentration. Preferably, the high concentration salt is used in an amount of 1 to 70% by weight, more preferably 5 to 50%.

이미 제1 수용액상과 제2 수용액 상을 이룰 수 있는 시스템에 저농도의 염을 추가할 경우 염이 수용액 내에서 이온 상태로 해리되어 나노 입자의 이동 속도를 변화시키는 역할을 한다. 이때 염은 평균 분자량이 10 내지 1000 중량부이 바람직 하다. When a low concentration of salt is added to a system that can already form the first aqueous phase and the second aqueous phase, the salt is dissociated into an ionic state in the aqueous solution and serves to change the movement speed of the nanoparticles. In this case, the salt preferably has an average molecular weight of 10 to 1000 parts by weight.

구체적으로, 본 발명에 따른 수용액 이상계 상분리 조성물에서 제1수용액상/제2수용액상(P1/P2)의 조합은 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 고분자-고분자, 및 고분자-고농도염의 조합으로 사용될 수 있다.Specifically, the combination of the first aqueous phase / second aqueous phase (P1/P2) in the aqueous phase separation composition according to the present invention is a combination of a polymer-polymer, and a polymer-high concentration salt, as shown in Table 1 below. Can be used. .

제1수용액상(P1, 분산상)1st aqueous phase (P1, dispersed phase) 제2수용액상(P2, 연속상)2nd aqueous phase (P2, continuous phase) 고분자-고분자 조합Polymer-Polymer Combination 1% 덱스트란1% Dextran 3% 폴리에틸렌글리콜(MW= 35000)3% polyethylene glycol (MW= 35000) 2% 덱스트란2% Dextran 5% 폴리비닐피롤리돈(MW=5000)5% polyvinylpyrrolidone (MW=5000) 2% 덱스트란2% Dextran 2% 폴리비닐알코올(MW=130000)2% polyvinyl alcohol (MW=130000) 5% 덱스트란5% Dextran 5% 피콜(MW=400)5% Ficoll (MW=400) 3% 폴리비닐메틸에테르에테르(MW=5000)3% polyvinylmethyl ether (MW=5000) 5% 폴리에틸렌글리콜(MW=35000)5% polyethylene glycol (MW=35000) 고분자-고농도 염 조합Polymer-High Concentration Salt Combination 10% (NH4)2SO4 10% (NH 4 ) 2 SO 4 20% 폴리에틸렌글리콜(MW=35000)20% polyethylene glycol (MW=35000) 10% Na2SO4 10% Na 2 SO 4 20% 폴리에틸렌글리콜(MW=35000)20% polyethylene glycol (MW=35000) 10% MgSO4 10% MgSO 4 20% 폴리에틸렌글리콜(MW=35000)20% polyethylene glycol (MW=35000) 10% K2HPO4 10% K 2 HPO 4 20% 폴리에틸렌글리콜(MW=35000)20% polyethylene glycol (MW=35000) 10% KH2PO4 10% KH 2 PO 4 20% 폴리에틸렌글리콜(MW=35000)20% polyethylene glycol (MW=35000) 10% Na2CO3 10% Na 2 CO 3 20% 폴리에틸렌글리콜(MW=35000)20% polyethylene glycol (MW=35000)

상기 표 1에 제시한 조합은 일 예이며, 이외에 전술한 바의 조성을 이용한 다양한 조합이 수학식 1에서 제시한 계면장력을 만족하는 범위이면 그 어느 조합이라도 사용될 수 있다.The combination shown in Table 1 is an example, and any combination may be used as long as the various combinations using the composition as described above satisfy the interfacial tension presented in Equation (1).

복합체는 불순물보다 큰 입경을 가지므로, 입자 크기가 상대적으로 작은 불순물은 계면에 트랩되지 않고 제2수용액상으로 이동하고, 제1수용액상에는 생물학적 표적만 잔류하게 된다. 이어, 상기 제1수용액상을 피펫 또는 스포이드 등의 장비를 이용하여 수용액 이상계로부터 분리하여 생물학적 표적을 회수할 수 있다.Since the complex has a larger particle size than the impurities, impurities having a relatively small particle size are not trapped at the interface and move to the second aqueous solution phase, and only the biological target remains in the first aqueous solution phase. Then, the biological target may be recovered by separating the first aqueous phase from the aqueous phase using equipment such as a pipette or a dropper.

세포 밖 소포체는 50~500nm의 크기를 가지며, 미반응된 항체를 포함하는 불순물은 30nm 이하의 크기를 갖는다. 이에, 본 발명에서 제시하는 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 계면에서의 임계 입경을 30nm를 초과하는 크기를 갖도록 계면장력을 갖는 조성으로 설계할 경우, 항체가 결합된 세포 밖 소포체는 제1수용액상과 제2수용액상 간의 경계면에 트랩되어 제1수용액상에 잔류하고, 나머지 불순물(미반응 일차 항체, 또는 미반응 이차 항체 등)은 제2수용액상으로 이동하여, 순수 항체 결합된 세포 밖 소포체(즉, 복합체)만을 선택적으로 분리할 수 있다.The extracellular vesicles have a size of 50 to 500 nm, and impurities including unreacted antibodies have a size of 30 nm or less. Therefore, when designing a composition having interfacial tension so that the critical particle diameter at the interface has a size exceeding 30 nm using the aqueous phase-separation composition presented in the present invention, the antibody-bound extracellular vesicles are separated from the first aqueous phase and Trapped at the interface between the second aqueous phases and remaining in the first aqueous phase, the remaining impurities (unreacted primary antibody, unreacted secondary antibody, etc.) migrate to the second aqueous phase, resulting in a pure antibody-bound extracellular vesicle (i.e., , complex) can be selectively isolated.

특히, 본 발명의 수용액 이상계 상분리 조성물은 입자 크기가 10nm의 차이를 갖는 입자에서도 분리가 가능하여, 고순도로 복합체의 분리가 가능하다.In particular, the aqueous phase-separation composition of the present invention can be separated even from particles having a difference of 10 nm in particle size, so that the complex can be separated with high purity.

추가로, 상기 분리 공정시 분리능 및 분리 속도를 높이기 위해, 온도를 인가하거나 초음파를 인가할 수 있다.In addition, in order to increase the resolution and the separation rate during the separation process, a temperature may be applied or an ultrasonic wave may be applied.

온도는 분리 속도와 관련된 파라미터로, 온도를 높일수록 복합체와 불순물의 분리 속도가 증가하는 효과를 가져온다. Temperature is a parameter related to the separation rate, and as the temperature is increased, the separation rate of the complex and impurities increases.

도 8은 입자 크기에 따른 계면에서의 탈출 속도 변화를 보여주는 그래프이다. 도 8에서 ΓP1: 경계면에서 제1수용액상으로 탈출하는 입자의 비율을, ΓP2: 경계면에서 제2수용액상으로 탈출하는 입자의 비율을 의미한다. 8 is a graph showing a change in the escape velocity at the interface according to the particle size. In FIG. 8, Γ P1 : means the ratio of particles escaping from the interface to the first aqueous solution phase, and Γ P2 : means the ratio of particles escaping from the interface to the second aqueous phase.

도 8을 참조하면, 온도가 증가할수록 입자의 브라운 운동이 가속화되어 경계면에 트랩된 입자의 탈출 속도가 증가한다. 일례로, 생물학적 시료에서 불순물의 입자 크기가 복합체의 크기보다 작을 경우, 경계면에서 트랩된 불순물이 탈출하는 속도가 증가될 수 있음을 의미한다. 이러한 결과를 통해, 아주 정확한 사이즈로 단시간 내에 분리할 필요가 있을 경우 유용하게 사용할 수 있는 공정 조건의 변수로 온도를 이용할 수도 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 8 , as the temperature increases, the Brownian motion of the particles is accelerated, so that the escape velocity of the particles trapped at the interface increases. For example, when the particle size of the impurity in the biological sample is smaller than the size of the complex, it means that the escape rate of the impurity trapped at the interface may be increased. From these results, it can be seen that temperature can be used as a variable of process conditions that can be usefully used when it is necessary to separate in a very accurate size within a short time.

도 9는 온도 변화에 따른 임계 입경의 변화를 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing a change in a critical particle size according to a change in temperature.

도 9를 참조하면, 온도 증가에 따라 임계 입경이 선형적으로 증가하는 경향을 나타냄을 알 수 있다. 그러나, 임계 입경의 크기 차이가 10nm 이내로 나타나, 불순물과 복합체의 분리시 온도를 증가하더라도 분리 속도만을 증가시킬 뿐 필요 이상의 임계 입경을 증가시키지 않아 고순도로 불순물과 복합체를 분리시킬 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9 , it can be seen that the critical particle size tends to increase linearly as the temperature increases. However, since the size difference between the critical particle sizes is within 10 nm, it can be seen that even if the temperature is increased during separation of impurities and complexes, only the separation rate is increased, and the critical particle size is not increased more than necessary, so that impurities and complexes can be separated with high purity. .

또한, 제1수용액상(P1)이 정지상(stationary droplet) 및 유동상(moving droplet)인 경우 분리 속도만 달라질 분 임계 입경은 최종적으로 동일해 지는 것을 알 수 있다.In addition, when the first aqueous phase P1 is a stationary droplet and a moving droplet, it can be seen that the minute critical particle size, which differs only in the separation rate, is finally the same.

또한, 초음파 인가를 통해 외부로부터의 물리력이 경계면의 에너지 장벽을 낮춰서 임계 입경을 변화시키거나 입자의 확산을 도와줘서 불순물과 복합체의 분리 속도를 증가시킬 수 있다.In addition, through the application of ultrasonic waves, a physical force from the outside lowers the energy barrier of the interface to change the critical particle size or to help the diffusion of particles, thereby increasing the separation rate of impurities and complexes.

입자 크기가 다른 불순물과 복합체는 그 크기의 차이와 같은 역학적 물성의 차이가 발생한다. 상기 크기 외에 그 재질이나 조성이 다른 경우, 재질, 밀도 및 압축률 등의 역학적 물성은 크게 차이가 난다. 여기에 초음파가 혼합 나노 입자에 인가되면 입자 크기에 따라 서로 다른 음향 방사력(acoustic radiation force)을 가져 초음파의 음압마디 선(sound pressure node line)을 따라 나노 입자가 이동한다. 즉, 불순물과 복합체들이 혼재되어 있을 경우 이들을 분리할 수 있으며, 이들의 이동 속도를 높일 수 있다. 특히, 제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2)의 경계면에 트랩되어 있는 불순물과 복합체들 간의 분리 속도를 높일 수 있어 상기 트랩된 입자로 인한 분리 속도의 저하를 방지할 수 있다.Impurities and complexes with different particle sizes have differences in mechanical properties such as differences in their sizes. When the material or composition is different from the above size, mechanical properties such as material, density, and compressibility are significantly different. Here, when ultrasonic waves are applied to the mixed nanoparticles, the nanoparticles have different acoustic radiation forces depending on the particle size, and the nanoparticles move along the sound pressure node line of the ultrasonic waves. That is, when impurities and complexes are mixed, they can be separated and their movement speed can be increased. In particular, it is possible to increase the separation rate between impurities and complexes trapped at the interface between the first aqueous phase P1 and the second aqueous phase P2, thereby preventing a decrease in the separation rate due to the trapped particles.

이러한 음향 방사력은 주파수의 제어에 의해 조절 가능하다. 바람직하기로, 본 발명에서는 0.01 내지 100 kHz의 200 W ~ 400 W의 강도에서 1분 ~ 240 분 동안 수행하는 것이 바람직하다. 이때 인가하는 초음파의 강도가 너무 셀 경우 벌크 형태를 이루어져야 하는 제1수용액상(P1)에 영향을 줘, 상기 제1수용액상(P1)이 미세한 액적을 형성할 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 수행한다. 또한, 초음파 인가는 초음파 발생기를 통해 수행할 수 있다.This acoustic radiation force can be adjusted by controlling the frequency. Preferably, in the present invention, it is preferable to carry out for 1 minute to 240 minutes at an intensity of 200 W to 400 W of 0.01 to 100 kHz. At this time, if the intensity of the ultrasonic wave applied is too high, it affects the first aqueous solution phase P1 that should be in a bulk form, and the first aqueous solution phase P1 may form fine droplets, so it is properly performed within the above range. do. Also, the ultrasonic application may be performed through an ultrasonic generator.

[실시예][Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, this is presented as a preferred example of the present invention and cannot be construed as limiting the present invention in any sense.

실험예 1: 시뮬레이션 시험Experimental Example 1: Simulation test

상기한 계면장력과 에너지 장벽 및 임계 입경과 관련된 이론적 고찰과 더불어 시뮬레이션 결과를 통해, 본 발명에서 나노 입자의 분리가 실제 공정에서 적용이 가능한지 직접적인 실험을 수행하였다.In addition to theoretical considerations related to the interfacial tension, energy barrier, and critical particle size, a direct experiment was performed to determine whether the separation of nanoparticles in the present invention can be applied in an actual process through simulation results.

먼저, 혼합 나노 입자로서 30nm, 50nm 및 100nm의 3가지 종류의 형광 비드를 준비하였고, 제1수용액상(P1)으로는 덱스트란 수용액을 사용하였고, 제2수용액상(P2)으로는 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용하였다. 분리 계수 (K, partition coefficient)=100, 온도=20°C, 시간=300s, 경계 장력 = 0.013mJ/m 2 의 조건에서 수행하였다. First, three types of fluorescent beads of 30 nm, 50 nm and 100 nm were prepared as mixed nanoparticles, an aqueous dextran solution was used as the first aqueous phase (P1), and polyethylene glycol (P2) was used as the second aqueous phase (P2). PEG) was used. Separation coefficient (K, partition coefficient) = 100, temperature = 20 °C, time = 300 s , boundary tension = 0.013 mJ/m 2 It was performed under conditions.

이때 제1수용액상(P1) 및 제2수용액상(P2)의 농도를 조절하여 하기와 같이 계면장력을 갖는 수용액 이상계 필터를 설계하였다. At this time, by controlling the concentrations of the first aqueous solution phase (P1) and the second aqueous solution phase (P2), an aqueous solution phase filter having interfacial tension was designed as follows.

구성Configuration 계면장력( X10-6 J/m2)Interfacial tension ( X10 -6 J/m 2 ) 제1수용액상(P1) 조성Composition of the first aqueous phase (P1) 제2수용액상(P2) 조성Composition of the second aqueous phase (P2) AA 5.365.36 3% 덱스트란3% dextran 4% PEG4% PEG BB 3.573.57 2.5% 덱스트란2.5% Dextran 3.5% PEG3.5% PEG CC 1.651.65 2% 덱스트란2% Dextran 3% PEG3% PEG DD 3030 3.5% 덱스트란3.5% Dextran 4.5% PEG4.5% PEG EE 5555 4% 덱스트란4% Dextran 5% PEG5% PEG

총 9개의 관형의 시험관을 준비하고, 구성 A, B 및 C의 필터에 30nm, 50nm 및 100nm의 3가지 종류의 형광 비드를 각각 주입하여 형광 비드의 이동을 형광 현미경(fluorescence microscope)으로 확인하였다. 이때 D 및 E의 구성을 갖는 필터는 임계 입경이 30nm 이하로 나노 입자의 탈출이 없었다.A total of 9 tubular test tubes were prepared, and three types of fluorescent beads of 30 nm, 50 nm, and 100 nm were respectively injected into the filters of components A, B, and C, and the movement of the fluorescent beads was confirmed with a fluorescence microscope. At this time, the filter having the configuration of D and E had a critical particle diameter of 30 nm or less, and there was no escape of nanoparticles.

측정을 위해 먼저, 관형의 시험관(내경 2 mm)에 제2수용액상(P2)을 이루는 폴리에틸렌글리콜 수용액 75 μL를 주입하였다. 제1수용액상의 덱스트란 수용액 3 μl에 형광 비드 5 ng을 첨가하여 균일하게 혼합하였다. 얻어진 분산액 3 μl를 상기 제2수용액상(P2)이 담겨진 관형의 시험관 상부에 천천히 주입하였으며, 제1수용액상(P1)이 시험관의 하부 측으로 이송됨을 확인하였다. For the measurement, first, 75 μL of polyethylene glycol aqueous solution forming the second aqueous phase (P2) was injected into a tubular test tube (inner diameter 2 mm). 5 ng of fluorescent beads were added to 3 μl of the dextran aqueous solution in the first aqueous solution, and the mixture was uniformly mixed. 3 μl of the obtained dispersion was slowly injected into the upper part of the tubular test tube containing the second aqueous phase (P2), and it was confirmed that the first aqueous phase (P1) was transferred to the lower side of the test tube.

제1수용액상(P1)과 제2수용액상(P2) 혼합 즉시(T=0분), 30분 및 60분 경과 후 형광 비드의 이동을 형광분광기를 통해 측정하였다. The movement of the fluorescent beads was measured through a fluorescence spectrometer immediately after mixing the first aqueous phase (P1) and the second aqueous phase (P2) (T=0 min), after 30 min and after 60 min.

그 결과, 계면장력이 5.36 X10-6 J/m2인 경우 30nm, 50nm 및 100nm 각각의 나노 입자 중 30nm의 나노 입자만이 제2수용액상(P2)으로 이동하였음을 알 수 있다. 이와 유사하게, B 조성의 경우 계면장력이 3.57 X10-6 J/m2이고, 30nm 및 50nm의 나노 입자들이 제2수용액상(P2)으로 이동하고, 100nm인 나노 입자는 경계면에서 트랩되어 제1수용액상(P1)에 잔류함을 확인하였다. 또한, C 조성의 경우 계면장력이 1.65 X10-6 J/m2이고, 30nm, 50nm 및 100nm 모두 제2수용액상(P2)으로 이동함을 알 수 있다. 이를 통해, 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 계면장력이 최소 2 X10-6 J/m2 이상이 되어야 함을 알 수 있다.As a result, it can be seen that, when the interfacial tension is 5.36 X10 -6 J/m 2 , only 30 nm nanoparticles among the nanoparticles of 30 nm, 50 nm and 100 nm migrated to the second aqueous solution phase P2. Similarly, in the case of composition B, the interfacial tension is 3.57 X10 -6 J/m 2 , the nanoparticles of 30 nm and 50 nm move to the second aqueous phase (P2), and the nanoparticles of 100 nm are trapped at the interface and the first It was confirmed that it remained in the aqueous phase (P1). In addition, in the case of composition C, the interfacial tension is 1.65 X10 -6 J/m 2 It can be seen that all of 30 nm, 50 nm and 100 nm move to the second aqueous phase (P2). Through this, as shown in Equation 1, it can be seen that the interfacial tension must be at least 2 X10 -6 J/m 2 or more.

이러한 결과를 통해, 계면장력의 제어를 통해 나노 입자의 분리시 경계면을 통과할 수 있는 임계 입경을 조절할 수 있음을 알 수 있다.Through these results, it can be seen that the critical particle size that can pass through the interface when the nanoparticles are separated can be controlled through the control of the interfacial tension.

실시예 1: 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 분리 Example 1: Separation using an aqueous phase-separation composition

(1) 엑소좀-CD9- Alexa 488 복합체 제조(1) exosome-CD9-Alexa 488 complex preparation

혈장에서 원심분리기로 분리한 엑소좀(50nm~500nm)에 CD9(primary antibody, 150kDa)을 하룻밤 동안 4℃에서 배양하였다. 이후 얻어진 용액을 수용액 이상계 상분리 조성물(임계 입경 42nm)을 이용하여 미반응 CD9을 제거하였다. CD9 (primary antibody, 150 kDa) was incubated overnight at 4° C. in exosomes (50 nm to 500 nm) separated from plasma by centrifugation. Thereafter, unreacted CD9 was removed from the obtained solution using an aqueous phase-separation composition (critical particle diameter of 42 nm).

수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 방법은 하기와 같이 수행하였다.The method using the aqueous phase-separation composition was performed as follows.

가로*세로의 시험관에 폴리에틸렌글리콜 수용액 5 ml을 첨가하였다. 이어, 시료 500 ㎕를 덱스트란 수용액 0.5 ml과 혼합하여 1시간 동안 용해시킨 후, 얻어진 용액을 상기 시험관에 첨가하여 덱스트란/폴리에틸렌글리콜 상분리를 유도하고, 37℃에서 30분 동안 방치하여 미반응 CD9이 폴리에틸렌글리콜 내로 이동하도록 하였다. 이어, 엑소좀-CD9 복합체를 포함하는 덱스트란 수용액 상을 회수하여 다음 단계에 사용하였다.5 ml of polyethylene glycol aqueous solution was added to the horizontal * vertical test tube. Then, 500 μl of the sample was mixed with 0.5 ml of dextran aqueous solution and dissolved for 1 hour, and the resulting solution was added to the test tube to induce dextran/polyethylene glycol phase separation, and left for 30 minutes at 37° C. for unreacted CD9 It was allowed to migrate into this polyethylene glycol. Then, the dextran aqueous phase containing the exosome-CD9 complex was recovered and used in the next step.

다음으로, 상기 엑소좀-CD9 복합체에 Alexa 488(secondary antibody)을 첨가하여 하룻밤 동안 4℃에서 배양하였다. 이어, 이후 얻어진 용액을 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 미반응 Alexa 488을 제거하였다. Next, Alexa 488 (secondary antibody) was added to the exosome-CD9 complex and incubated at 4° C. overnight. Then, unreacted Alexa 488 was removed from the obtained solution using an aqueous phase-separation composition.

실시예 2: 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 분리Example 2: Separation using an aqueous phase-separation composition

불순물 제거 시 30분 대신 60분 동안 수행한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.It was carried out in the same manner as in Example 1, except that the removal of impurities was carried out for 60 minutes instead of 30 minutes.

비교예 1: 초원심 분리 공정을 이용한 분리Comparative Example 1: Separation using ultracentrifugation process

불순물 제거를 위해 2시간 동안 160,000에서 초원심 분리 공정을 수행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다.Except that the ultracentrifugation process was performed at 160,000 for 2 hours to remove impurities, the same procedure as in Example 1 was performed.

실험예 2 : 엑소좀-CD9 및 엑소좀-CD9-Alexa 488 복합체 분석Experimental Example 2: Exosome-CD9 and exosome-CD9-Alexa 488 complex analysis

(1) 엑소좀-CD9 복합체 회수 효율 및 CD9 제거율 측정(1) Exosome-CD9 complex recovery efficiency and CD9 removal rate measurement

회수된 엑소좀-CD9 복합체를 이용하여 엑소좀-CD9 복합체의 회수 효율 및 CD 항체의 제거율을 측정하였다.Using the recovered exosome-CD9 complex, the recovery efficiency of the exosome-CD9 complex and the removal rate of the CD antibody were measured.

엑소좀-CD9 복합체의 회수 효율을 비교하기 위해, 초기에 있던 전체 엑소좀 또는 CD9의 양과 비교하여 분리된 양을 확인했다. 이를 위해 전체 양에 대하여 분리된 엑소좀 또는 CD9 양의 백분율(%)을 회수 효율(recovery efficiency, E)이라고 정의했으며, 수용액 이상계의 회수 효율을 아래의 수학식 2에 따라 계산하였다. 이때 엑소좀의 양은 RNA 양으로 측정하였고 CD9의 양은 브래드포드 어세이(bradford assay)를 이용하였다.In order to compare the recovery efficiency of the exosome-CD9 complex, the isolated amount was confirmed compared to the amount of total exosomes or CD9 in the initial stage. To this end, the percentage (%) of the amount of isolated exosomes or CD9 with respect to the total amount was defined as recovery efficiency (E), and the recovery efficiency of the aqueous phase system was calculated according to Equation 2 below. At this time, the amount of exosomes was measured by the amount of RNA, and the amount of CD9 was measured using a Bradford assay.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00007
Figure pat00007

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 엑소좀-CD9 복합체 회수효율Exosome-CD9 complex recovery efficiency 97.39%97.39% 92.57%92.57% 18.8%18.8% 미반응 CD9 제거율Removal of unreacted CD9 93.14%93.14% 95%95% 86.53%86.53%

상기 표 3을 참조하면, 본 발명에 따라 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 엑소좀-CD9 복합체의 회수효율을 비교예 1의 초원심 분리 공정 대비 높은 수율로 회수 될 수 있음을 알 수 있다 또한, 미반응 CD9의 제거율 또한 높아 고순도로 엑소좀-CD9 복합체를 얻을 수 있음을 알 수 있다. Referring to Table 3, it can be seen that the recovery efficiency of the exosome-CD9 complex using the aqueous phase-separation composition according to the present invention can be recovered in a high yield compared to the ultracentrifugation process of Comparative Example 1. In addition, unreacted It can be seen that the removal rate of CD9 is also high, so that the exosome-CD9 complex can be obtained with high purity.

(2) 현미경 분석(2) Microscopic analysis

전반사현미경 (total internal reflection fluorescence microscope;TIRF)을 이용하여, 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 엑소좀-CD9-Alexa 488 복합체를 측정하였다.The exosome-CD9-Alexa 488 complex prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was measured using a total internal reflection fluorescence microscope ( TIRF).

도 11은 실시예 1(a) 및 비교예 1(b)에서 얻어진 엑소좀-CD9-Alexa 488 복합체의 전반사현미경 사진이다. 구체적으로 300 ug의 엑소좀의 지질층을 DII(빨간색)로 염색을 한 후 CD9과 Alexa 488(초록색)로 엑소좀의 막단백질을 결합시켰다. 도 11에서 빨간색과 초록색이 겹쳐서 노란색으로 된 부분이 엑소좀 막 단백질과 지질이 함께 있는 엑소좀을 의미하며 초원심 분리와 APIF 모두 노란색으로 된 입자를 확인할 수 있었다.11 is a total reflection micrograph of the exosome-CD9-Alexa 488 complex obtained in Example 1 (a) and Comparative Example 1 (b). Specifically, the lipid layer of the exosome of 300 ug was stained with DII (red), and then the membrane protein of the exosome was bound with CD9 and Alexa 488 (green). In FIG. 11 , the yellow part due to overlapping red and green means the exosome in which the exosome membrane protein and lipid are coexisted, and yellow particles were confirmed in both ultracentrifugation and APIF.

도 11의 결과를 보면, 실시예 1의 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 방법이 비교예 1의 초원심 분리 공정 대비 많은 함량의 엑소좀-항체 복합체을 포함함을 알 수 있다.11 , it can be seen that the method using the aqueous phase-separation composition of Example 1 contains a higher amount of exosome-antibody complex than the ultracentrifugation process of Comparative Example 1.

(3) 엑소좀의 함량 대비 Alexa-488의 함량 변화(3) Change in the content of Alexa-488 compared to the content of exosomes

1ug, 2.5ug, 6ug, 12.5ug의 서로 다른 양의 엑소좀을 동일 조건의 수용액 이상계 상분리 조성물로 처리한 후, 엑소좀의 함량 대비 Alexa-488의 함량 변화를 측정하였다. After treating different amounts of exosomes of 1ug, 2.5ug, 6ug, and 12.5ug with the aqueous phase-separation composition under the same conditions, the change in the content of Alexa-488 compared to the content of exosomes was measured.

도 12는 엑소좀의 함량 대비 Alexa-488의 함량 변화를 보여주는 그래프이다.12 is a graph showing changes in the content of Alexa-488 compared to the content of exosomes.

도 12를 참조하면, Alexa 488 형광 시그널이 엑소좀의 양에 대해 선형적(linear)인지 측정한 결과, 형광시그널이 R=0.9927로 선형적임을 확인하였다. 반면, 비교예 1과 같이 초원심 분리 공정을 수행한 경우 엑소좀의 손실이 커서(96%의 엑소좀 손실) 형광측정기로 형광이 측정되지 않아 분석이 불가능했다. 이러한 결과는 기존의 방법으로 분석이 불가능한 소량의 엑소좀 샘플을 수용액 이상계 상분리 조성물로 처리하는 것이 유리하다는 것을 의미한다.Referring to FIG. 12 , as a result of measuring whether the Alexa 488 fluorescence signal was linear with respect to the amount of exosomes, it was confirmed that the fluorescence signal was linear with R=0.9927. On the other hand, when the ultracentrifugation process was performed as in Comparative Example 1, the loss of exosomes was large (96% loss of exosomes), so fluorescence was not measured with a fluorescence meter, making analysis impossible. These results mean that it is advantageous to treat a small amount of exosome samples that cannot be analyzed by conventional methods with an aqueous phase-separation composition.

(4) CD9 농도 대비 Alexa-488의 함량 변화(4) Changes in Alexa-488 content compared to CD9 concentration

엑소좀의 양을 25 ug으로 고정하고 CD9 항체의 농도를 서로 다르게 결합시킨 후, Alexa 488을 결합시켜 CD9의 농도에 따른 Alexa 488의 함량 변화를 측정하였다. After fixing the amount of exosomes to 25 ug and binding different concentrations of CD9 antibody, Alexa 488 was bound to measure the change in the content of Alexa 488 according to the concentration of CD9.

도 13은 CD9 농도 대비 Alexa-488의 함량 변화를 보여주는 그래프이다.13 is a graph showing the change in the content of Alexa-488 compared to the CD9 concentration.

도 13을 참조하면, Alexa 488을 스테이닝 했을 때 4 ng/ml 이상의 CD9 농도에서 형광량이 일정 수치로 수렴되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 특정 CD9 농도 이상에서 모든 엑소좀이 스테이닝 된다는 것을 의미하며, 본 발명에 따른 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 스테이닝이 정상적으로 된다는 것을 의미한다. Referring to FIG. 13 , it was confirmed that the fluorescence amount converges to a certain value at a CD9 concentration of 4 ng/ml or higher when Alexa 488 was stained. This phenomenon means that all exosomes are stained at a specific CD9 concentration or higher, and staining using the aqueous phase-separation composition according to the present invention is normal.

상기 (1)~(4)의 결과를 보면, 본 발명에 따른 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용할 경우 미반응 항체인 CD9을 효과적으로 제거하고, 엑소좀의 손실 및 손상이 적어 고순도의 엑소좀-항체 복합체를 고수율로 제조할 수 있음을 알 수 있다. 이러한 고수율 및 고순도의 제조방법은 초기 샘플에 있는 엑소좀의 전체 집단을 분석할 수 있다는 이점이 있다.Looking at the results of (1) to (4) above, when using the aqueous phase-separation composition according to the present invention, the unreacted antibody CD9 is effectively removed, and the loss and damage of the exosomes are small, so that a high-purity exosome-antibody complex is produced. It can be seen that it can be prepared in a high yield. This high-yield and high-purity preparation method has the advantage that the entire population of exosomes in the initial sample can be analyzed.

실험예 3: 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 분리 성능 평가Experimental Example 3: Evaluation of separation performance using an aqueous phase-separation composition

본 발명에 따른 방법 및 교반/원심분리를 수행하는 방법을 이용하여 엑소좀-CD9 복합체를 분리하고, 회수 효율을 확인하였다.The exosome-CD9 complex was isolated using the method according to the present invention and a method of performing agitation/centrifugation, and the recovery efficiency was confirmed.

(1) 회수 효율(1) recovery efficiency

이때 비교예 2로서, 대한민국 공개특허 제10-2016-0116802호에 의거한 방법을 이용하여 수행하였다. 실시예 1과 동일하게 수행하되, 분리 공정에서 1,000 × g-force로 상온에서 10분간 초원심 분리 공정을 수행하였다.In this case, as Comparative Example 2, it was performed using a method based on Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0116802. It was performed in the same manner as in Example 1, but in the separation process, an ultracentrifugation process was performed for 10 minutes at room temperature with 1,000 × g-force.

실시예 1Example 1 비교예 2Comparative Example 2 엑소좀-CD9 복합체 회수효율Exosome-CD9 complex recovery efficiency 97.39%97.39% 68.3%68.3% 미반응 CD8 제거율Removal of unreacted CD8 93.14%93.14% 77.5%77.5% 순도(엑소좀 회수효율/CD9 회수 효율)Purity (exosome recovery efficiency/CD9 recovery efficiency) 14.214.2 3.043.04

실험예 4: 전립선암 진단Experimental Example 4: Prostate cancer diagnosis

본 발명에서는 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 복합체를 제조하고, 얻어진 복합체를 실제 전립선암 진단에 사용하여 진단능을 확인하였다.In the present invention, a complex was prepared using an aqueous phase-separation composition, and the obtained complex was used for actual prostate cancer diagnosis to confirm the diagnostic ability.

기존 엑소좀을 이용한 진단은 순도 높고 많은 양의 엑소좀을 혈장에서 추출하기가 어렵기 때문에 분리한 엑소좀의 양이 측정기의 측정 한계보다 적어서 분석자체가 불가능한 경우가 많다. 또한 엑소좀을 분리한 뒤 분석을 위해 항체를 스테이닝 할 때 스테이닝되지 않은 항체를 제거하는 과정에서 엑소좀 손실이 생겨서 분석이 어려워질 뿐 아니라 전체 엑소좀 집단에 대한 분석이 불가능하다. Diagnosis using existing exosomes is difficult to extract from plasma with high purity and a large amount of exosomes, so the amount of isolated exosomes is less than the measurement limit of the measuring instrument, so the analysis itself is often impossible. In addition, when the antibody is stained for analysis after separating the exosome, exosome loss occurs in the process of removing the unstained antibody, making it difficult to analyze and impossible to analyze the entire exosome population.

이에 본 발명에서는 환자로부터 수집된 혈장에서 엑소좀의 분리 및 복합체의 제조시 불순물의 제거의 모든 공정에 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하였다. 전립선암 진단을 위해 전립선암 관련 막단백질 마커인 prostate specific membrane antigen(PSMA)를 사용하였다.Accordingly, in the present invention, an aqueous phase phase separation composition was used for all processes of separation of exosomes from plasma collected from patients and removal of impurities during the preparation of complexes. For the diagnosis of prostate cancer, prostate specific membrane antigen (PSMA), a membrane protein marker associated with prostate cancer, was used.

1. 암환자(n=25)와 전립선 비대증환자(n=25)의 혈장 200 uL를 pre-cleaning1. Pre-cleaning 200 uL of plasma from cancer patients (n=25) and patients with benign prostatic hyperplasia (n=25)

2. 혈장 -> 엑소좀 분리2. Plasma -> Exosome Separation

3. 엑소좀- PSMA-CD9 복합체 제조 및 불순물 제거3. Preparation of exosome-PSMA-CD9 complex and removal of impurities

4. 엑소좀- PSMA-CD9-Alexa 488 복합체 제조 및 불순물 제거4. Preparation of exosome-PSMA-CD9-Alexa 488 complex and removal of impurities

5. Alexa 488 형광량으로 PSMA의 양을 측정5. Determination of the amount of PSMA with Alexa 488 fluorescence

도 14는 전립선 비대증 환자(BPH) 및 전립선암 환자(Pca)의 CD9 발현양 대비 PSMA 발현양을 보여주는 그래프이다. 도 14를 참조하면, 전립선암 환자의 경우 전립선 비대증 환자보다 더 높은 수치를 가지는 것을 확인했다. 이는 암환자의 혈장 엑소좀의 PSMA 발현이 전립선 비대증환자의 경우보다 많다는 결과와 일치한다. 14 is a graph showing the expression level of PSMA compared to the expression level of CD9 in patients with benign prostatic hyperplasia (BPH) and prostate cancer (Pca). Referring to FIG. 14 , it was confirmed that patients with prostate cancer had higher values than patients with benign prostatic hyperplasia. This is consistent with the result that PSMA expression in plasma exosomes of cancer patients is higher than in patients with benign prostatic hyperplasia.

이때 비교를 위해 비교예 1과 같이 초원심 분리 공정을 통해 상기 공정을 수행하였다. 최종적으로 얻어진 엑소좀의 함량이 초기양의 0.2 % 미만으로(총 4번의 원심분리과정이 필요, 한 번에 약 80%의 엑소좀이 손실 됨) PSMA와 CD9의 시그널이 약해서 형광량 측정기로 측정할 수 없었다. At this time, for comparison, the process was performed through the ultracentrifugation process as in Comparative Example 1. The content of exosomes finally obtained is less than 0.2% of the initial amount (a total of 4 centrifugation steps are required, about 80% of exosomes are lost at a time), and the signals of PSMA and CD9 are weak, so it is measured with a fluorometer. couldn't

한편, 전립선암을 진단할 때 일반적으로 혈장 내 PSA의 농도를 측정한다. 혈장 내 prostate specific antigen(PSA)를 이용하여 앞서 실험한 50 명의 환자군에 대해 진단을 했을 때 진단 성공 확률은 70%였다.On the other hand, when diagnosing prostate cancer, the concentration of PSA in plasma is generally measured. When the diagnosis was made on the 50 patient groups previously tested using prostate specific antigen (PSA) in plasma, the diagnosis success rate was 70%.

도 15는 기존 진단법인 PSA로 진단했을 때와 본 발명에 따른 수용액 이상계 상분리 조성물(AIF)을 이용한 진단과 PSA 진단을 함께 적용했을 때의 수신자 판단 특성곡선 (receiver operating characteristics curve; ROC 곡선)이다. 상기 ROC 곡선은 민감도 및 특이도를 확인할 수 있는 곡선으로, PSA + AIF는 본 발명에 따른 방식이고, Serum-PSA는 기존 진단 방법을 의미하고, Reference Line은 기준선이다.15 is a receiver operating characteristics curve (ROC curve) when diagnosis with PSA, a conventional diagnostic method, and when diagnosis using an aqueous phase separation composition (AIF) according to the present invention and PSA diagnosis are applied together. The ROC curve is a curve that can confirm sensitivity and specificity. PSA + AIF is the method according to the present invention, Serum-PSA means the existing diagnostic method, and the Reference Line is the baseline.

도 15를 참조하면, 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용한 진단과 PSA 진단을 함께 적용했을 때 진단의 민감도와 특이도가 향상됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 15 , it can be seen that the sensitivity and specificity of the diagnosis are improved when the diagnosis using the aqueous phase separation composition and the PSA diagnosis are applied together.

결과적으로, 본 발명에서와 같이 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 엑소좀 진단을 PSA와 함께 했을 때 진단 성공 확률은 90%로, 기존 진단 성공 확률이 약 70%인 것 대비 크게 향상되었다. 더욱이, 수용액 이상계 상분리 조성물을 엑소좀을 이용한 진단법에 적용했을 때 기존의 방법으로 진단이 불가능한 소량의 샘플에 대해 진단이 가능했다. 또한 PSA 진단법과 수용액 이상계 상분리 조성물을 결합해서 진단을 했을 때 진단능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. As a result, when exosome diagnosis was performed with PSA using the aqueous phase separation composition as in the present invention, the diagnosis success rate was 90%, which was significantly improved compared to the existing diagnosis success rate of about 70%. Moreover, when the aqueous phase-separation composition was applied to a diagnostic method using exosomes, it was possible to diagnose a small amount of sample that could not be diagnosed by the conventional method. In addition, it was confirmed that the diagnostic performance was improved when the diagnosis was made by combining the PSA diagnostic method and the aqueous phase separation composition.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention as described above has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and variations of the embodiments are possible therefrom. , such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (11)

(S1) 생물학적 시료로부터 세포 밖 소포체를 분리하는 단계;
(S2) 상기 세포 밖 소포체와 이에 특이적으로 결합하는 일차 항체를 항원-항체 반응을 통해 결합시키는 단계;
(S3) 동정을 위해 착색 또는 형광 특성을 갖는 이차 항체를 항원-항체 반응을 통해 결합시키는 단계;
(S4) 얻어진 복합체의 정보를 검출하는 단계; 및
(S5) 검출 결과를 정상 대조군과 비교하는 단계;를 포함하여 질병 진단 시,
상기 (S2) 및 (S3) 단계 이후 미반응 항체를 포함하는 불순물을 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 제거하는 단계를 수행하는, 질병 진단 방법.
(S1) separating the extracellular vesicles from the biological sample;
(S2) binding the extracellular ER and a primary antibody specifically binding thereto through an antigen-antibody reaction;
(S3) binding a secondary antibody having colored or fluorescent properties through an antigen-antibody reaction for identification;
(S4) detecting information on the obtained complex; and
(S5) comparing the detection result with a normal control; when diagnosing a disease, including
After the steps (S2) and (S3), the step of removing impurities including unreacted antibodies using an aqueous phase phase separation composition is performed, a disease diagnosis method.
제1항에 있어서,
상기 미반응 항체는 일차 항체, 또는 이차 항체 중 어느 하나 이상인, 질병 진단 방법.
According to claim 1,
The method for diagnosing a disease, wherein the unreacted antibody is at least one of a primary antibody and a secondary antibody.
제1항에 있어서,
상기 생물학적 시료는 세포배양액, 혈액, 혈장, 혈청, 복강액, 정액, 양수, 모유, 타액, 기관지 폐포액, 종양 유출액, 눈물, 콧물 및 소변으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종인, 질병 진단 방법.
According to claim 1,
The biological sample is one selected from the group consisting of cell culture fluid, blood, plasma, serum, intraperitoneal fluid, semen, amniotic fluid, breast milk, saliva, bronchoalveolar fluid, tumor effluent, tears, runny nose and urine, a disease diagnosis method.
제1항에 있어서,
추가로 항원을 포함하는, 질병 진단 방법.
According to claim 1,
A method for diagnosing a disease, further comprising an antigen.
제1항에 있어서,
상기 수용액 이상계 상분리 조성물은 제1수용액상과 제2수용액상이 상분리되는 계면에서의 장력(γ)이 하기 수학식 1을 만족하는 것인, 질병 진단 방법:
[수학식 1]
2 X 10-6 J/m2 ≤ γ ≤ 50 X 10-6 J/m2
According to claim 1,
In the aqueous phase-separation composition, the tension (γ) at the interface at which the first aqueous phase and the second aqueous phase are phase-separated satisfies the following Equation 1, a disease diagnosis method:
[Equation 1]
2 X 10 -6 J/m 2 ≤ γ ≤ 50 X 10 -6 J/m 2
제5항에 있어서,
상기 제1수용액상은 벌크 형태로 연속상인 제2수용액상 내에서 유동하는 것인, 질병 진단 방법.
6. The method of claim 5,
The method for diagnosing a disease, wherein the first aqueous phase flows in bulk in the second aqueous phase, which is a continuous phase.
제5항에 있어서,
상기 수용액 이상계 상분리 조성물은 확산에 의해 미반응 항체가 제1수용액상에서 제2수용액상으로 이동하여 제거되는 것인, 질병 진단 방법.
6. The method of claim 5,
The method for diagnosing a disease, wherein, in the aqueous phase-separation composition, the unreacted antibody is removed by moving from the first aqueous solution to the second aqueous phase by diffusion.
제5항에 있어서,
상기 제1수용액상 및 제2수용액상은 고분자-고분자, 또는 고분자-고농도염 수용액 시스템 중에서 선택된 어느 하나인 것인, 질병 진단 방법.
6. The method of claim 5,
The method for diagnosing a disease, wherein the first aqueous phase and the second aqueous phase are any one selected from a polymer-polymer, or a polymer-high-concentration aqueous solution system.
제1항에 있어서,
추가로 상기 세포 밖 소포체는 생물학적 시료로부터 수용액 이상계 상분리 조성물을 이용하여 분리된 것인, 질병 진단 방법.
According to claim 1,
In addition, the method for diagnosing a disease, wherein the extracellular vesicles are isolated from a biological sample using an aqueous phase-separation composition.
제1항에 있어서,
상기 질병 진단은 암 진단, 모니터링 또는 예측하는 것인, 질병 진단 방법.
According to claim 1,
Wherein the disease diagnosis is cancer diagnosis, monitoring or predicting, a method for diagnosing a disease.
제10항에 있어서,
상기 암은 유방암, 대장암, 폐암, 소세포 폐암, 위암, 간암, 혈액암, 골암, 췌장암, 피부암, 두부 또는 경부암, 피부 또는 안구내 흑색종, 안종양, 복막암, 자궁암, 난소암, 직장암, 항문부근암, 결장암, 나팔관암종, 자궁내막암종, 자궁경부암, 질암, 음문암종, 호지킨병, 식도암, 소장암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 고환암, 구강암, 담낭암, 담관암, 만성 또는 급성 백혈병, 림프구 림프종, 방광암, 신장암, 수뇨관 암, 신장세포 암종, 신장골반 암종, CNS종양, 1차 CNS 림프종, 척수 종양, 뇌간신경교종 및 뇌하수체 선종으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인, 질병 진단 방법.
11. The method of claim 10,
The cancer is breast cancer, colon cancer, lung cancer, small cell lung cancer, stomach cancer, liver cancer, blood cancer, bone cancer, pancreatic cancer, skin cancer, head or neck cancer, skin or intraocular melanoma, eye tumor, peritoneal cancer, uterine cancer, ovarian cancer, rectal cancer, Perianal cancer, colon cancer, fallopian tube carcinoma, endometrial carcinoma, cervical cancer, vaginal cancer, vulvar carcinoma, Hodgkin's disease, esophageal cancer, small intestine cancer, endocrine adenocarcinoma, thyroid cancer, parathyroid cancer, adrenal cancer, soft tissue sarcoma, urethral cancer, penile cancer, Prostate cancer, testicular cancer, oral cancer, gallbladder cancer, cholangiocarcinoma, chronic or acute leukemia, lymphocytic lymphoma, bladder cancer, kidney cancer, ureter cancer, renal cell carcinoma, renal pelvic carcinoma, CNS tumor, primary CNS lymphoma, spinal cord tumor, brainstem glioma and At least one selected from the group consisting of pituitary adenoma, a method for diagnosing a disease.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023033500A1 (en) * 2021-08-30 2023-03-09 가톨릭대학교 산학협력단 Composition for preventing or treating ocular surface inflammatory disorders, containing extracellular vesicles

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160114336A (en) * 2015-03-24 2016-10-05 포항공과대학교 산학협력단 Multistage purification method and apparatus of extracellular vesicles by aqueous two-phase system
KR20160116802A (en) * 2015-03-31 2016-10-10 포항공과대학교 산학협력단 Isolation Method of Extracellular Vesicles by Aqueous Two-phase System
KR20190036505A (en) * 2017-09-27 2019-04-04 ㈜로제타엑소좀 Method for the analysis of extracellular vesicles using size exclusion chromatography and use thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160114336A (en) * 2015-03-24 2016-10-05 포항공과대학교 산학협력단 Multistage purification method and apparatus of extracellular vesicles by aqueous two-phase system
KR20160116802A (en) * 2015-03-31 2016-10-10 포항공과대학교 산학협력단 Isolation Method of Extracellular Vesicles by Aqueous Two-phase System
KR20190036505A (en) * 2017-09-27 2019-04-04 ㈜로제타엑소좀 Method for the analysis of extracellular vesicles using size exclusion chromatography and use thereof

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hyunwoo Shin et al, PLoS ONE (2018.03.27.), vol 13(3): e0194818. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0194818, pp 1-15. *
Shin H et al. Scientific Reports (2015), vol 5, 13103; doi: 10.1038/srep13103, pp 1-11. *
미국 등록 특허 제7,897,356호, 2011.03.01, Methods and systems of using exosomes for determining phenotypes
미국 등록 특허 제9,921,223호, 2018.03.20, Analysis of genomic DNA, RNA, and proteins in exosomes for diagnosis and theranosis
미국 등록 특허 제9,952,215호, 2018.04.24, Exosome analysis method, exosome analysis apparatus, antibody-exosome complex, and exosome electrophoresis chip
캐나다 공개 특허 제2453198호, 2005.07.07, Quantification and generation of immune suppressive exosomes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023033500A1 (en) * 2021-08-30 2023-03-09 가톨릭대학교 산학협력단 Composition for preventing or treating ocular surface inflammatory disorders, containing extracellular vesicles

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