WO2002064122A1 - Bioaktive und biokompatible konjugate mit magnetischen eigenschaften und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Bioaktive und biokompatible konjugate mit magnetischen eigenschaften und verfahren zu deren herstellung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to bioactive and biocompatible conjugates with magnetic properties and methods for their production according to the preambles of claims 1 and 13.
  • Magnetic beads (Technical Handbook 3rd Edition 1998 "Biomagnetic Techniques in Molecular Biology") are known, which consist of uniform, superparamagnetic, monodisperse micrometer-polymer particles (eg polystyrene), which contain about 10% by weight of magnetic nanoparticles.
  • Contain magnetite particles and their surface with different biomolecules such as Nucleic acid fragments, dextran or antibodies have been coated and are used in molecular biological research and clinical diagnostics. These particles have a diameter of 0.5-100 micrometers and are too large for direct use in the clinical area. The biomolecules are only fixed on the surface of the polymer spheres.
  • the invention has for its object to enable preparation of magnetically separable conjugates with high bioactivity and biocompatibility.
  • magnetically separable, bioactive and biocompatible Conjugates are produced which have network structures with superparamagnetic or ferromagnetic properties, some of which are made up of biomolecules and / or cells which may be provided with anchor groups, and one or more crosslinked layers which are broken through by hollow channels and through which the biomolecules and / or cells biochemically are attainable and which partly consist of magnetic iron oxides or mixed oxides of the formula MeO-Fe 2 0 3 , where Me is divalent metal ions such as Fe, Ba, Sr, Mn, Zn or Co and Fe 2 0 3 ⁇ -Fe 2 0 3 or magnetic pure metals how cobalt and iron are, are built up.
  • MeO-Fe 2 0 3 where Me is divalent metal ions such as Fe, Ba, Sr, Mn, Zn or Co and Fe 2 0 3 ⁇ -Fe 2 0 3 or magnetic pure metals how cobalt and iron are, are built up.
  • conjugates can be prepared by different methods.
  • a preferred method for producing magnetically separable, bioactive and biocompatible conjugates is characterized in that any biomolecules and / or cells provided with anchor groups are mixed with a solution which contains heavy metal salts, and the mixture is adjusted to an alkaline pH, or the biomolecules and / or cells optionally provided with anchor groups are adjusted to an alkaline pH value and mixed with a solution which contains heavy metal salts, the magnetically movable separable conjugates which may then be subsequently washed and then with chemical substances or with physical ones , physico-chemical or biochemical methods that partially dissolve the heavy metal oxide separation.
  • biomolecules and / or cells that are optionally provided with anchor groups are directly present during the formation of the conjugates and can be between the Layers of the magnetic component being formed are incorporated.
  • the biomolecules are synthetic and / or natural oligomers or polymers, such as e.g. Peptides and / or proteins and / or nucleic acid fragments and / or nucleic acids and / or oligosaccharides or polysaccharides.
  • Cells are bacterial cells or human cells that can be bioactive.
  • the anchor groups used according to the invention are ionically binding groups and / or chelating groups and / or covalently binding groups and / or groups which bind via biological affinity, such as e.g. Biotin, and / or antibody-binding groups and / or fluorescent dyes, which are suitable for the further reaction of the biomolecules and / or cells.
  • the volume concentrations of the magnetic iron oxides or mixed oxides used are 0.0001% to 10 vol%, in particular 0.01% to 1 vol%.
  • Core particle sizes of the magnetic component are 1 to 1000 nm.
  • the perforated, crosslinked layers, which partially consist of the magnetic component, are pierced by cavities which have a diameter of 0.1 nm to 1000 nm.
  • the conjugates are in dispersed form in aqueous or with Water-miscible solutions, the particle size of the conjugates being spherical from 1 nm to 500 ⁇ m or as extended objects up to 10 cm in length and width.
  • biomolecules and / or cells provided with anchor groups are mixed with a solution which contains divalent metal ions and trivalent iron ions, and the mixture is adjusted to an alkaline pH, or the biomolecules optionally provided with anchor groups and / or cells are adjusted to an alkaline pH and mixed with a solution containing divalent metal ions and trivalent iron ions, the resulting magnetically mobile separable conjugates are then optionally washed and washed with chemical substances or with physical, physical chemical or biochemical methods are treated that partially dissolve the oxidic components.
  • Pre-formed magnetically separable conjugates with biomolecules and / or cells which may be provided with anchor groups, are incubated and then treated with chemical substances or with physical, physico-chemical or biochemical methods that partially dissolve the oxidic components.
  • Pre-formed magnetically separable conjugates are treated with chemical substances or with physical, physico-chemical or biochemical methods that partially dissolve the oxide deposition and then they are incubated with biomolecules and / or cells, which are optionally provided with anchor groups, and then, if necessary, washed and magnetically separated.
  • Positively charged magnetic nanoparticles dispersed in water are mixed with biomolecules and / or cells, then washed if necessary and the magnetically separable conjugates are treated with chemical substances or with physical, physico-chemical or biochemical methods that partially dissolve the oxide deposition.
  • Proteins such as e.g. Serum proteins, albumins such as human serum albumin, and enzymes.
  • Biomolecules provided with anchor groups are used nucleic acids or their fragments.
  • the anchor groups are ionically binding and / or chelating groups and / or groups capable of covalent bonding and / or groups that bind via biological affinity, such as, for example. Biotin, and / or groups capable of binding antibodies and / or fluorescent dyes, and fluorescein are used.
  • the heavy metal salt solution can contain iron (II) and iron (III) salts.
  • the metal salt solution can also contain cobalt or nickel salts.
  • the alkaline pH is adjusted by adding concentrated ammonium hydroxide NaOH or KOH.
  • Organic or inorganic acids are used as substances that partially dissolve the metal oxide deposits.
  • Organic acids such as citric acid, tartaric acid and oxalic acid are particularly suitable for this purpose.
  • Oxalic acid is used in a concentration of 10 - 0.1% and at a temperature of 0 ° C - 50 ° C.
  • inorganic acids such as hydrochloric acid are used to dissolve the metal oxide deposits.
  • Ion beam and / or laser beam techniques as well as electrochemical methods and bio-corrosion methods are used as the physical or physico-chemical or biochemical method that partially dissolves the metal oxide deposits.
  • the formation of the magnetic conjugates is achieved either by mixing a solution containing the heavy metal salts with the biomolecules and / or cells and then adjusting the mixture to an alkaline pH, or by mixing the dissolved biomolecules and / or cells first adjust to a strongly alkaline pH and add the solution containing heavy metal salts to this solution.
  • the order of the process steps depends on the type of biomolecules and / or cells used and on the intended use of the conjugates produced.
  • the resulting magnetically separable conjugates are then washed, if necessary, by separating them from the solution using a magnet, resuspending them in the washing medium, usually water, and magnetically separating them again.
  • the number of Washing steps depend on the type of conjugates to be made and are usually 3-4.
  • the intermediate washing step can be dispensed with.
  • salts of divalent metal ions together with trivalent iron ions are used as heavy metal salts.
  • magnetically separable conjugates are incubated with biomolecules and / or cells and then treated with chemical substances, but also by means of physical, physico-chemical or biochemical methods, which partially dissolve the heavy metal oxide separation.
  • This process variant does not work with all pre-formed conjugates and is obviously heavily dependent on the structure of the conjugates formed. In this case, all of the magnetically separable conjugates can be completely dissolved, or the treated conjugates have a reduced biological activity.
  • pre-formed magnetic conjugates are first treated with chemical substances, but also by means of physical, physico-chemical or biochemical methods which partially dissolve the heavy metal oxide deposition, and then incubated with biomolecules and / or cells.
  • the structure of the pre-formed conjugates is changed by partial dissolution of heavy metal oxide layers, so that the biomolecules and / or cells can be improved on or incorporated.
  • This can be particularly important for low molecular weight biomolecules.
  • positively charged magnetic nanoparticles dispersed in water are used. This can be advantageous if the binding of the biomolecules and / or cells is to take place via ionic interactions.
  • bio-compatible that is to say bio-compatible, biomolecules and / or cells, since the corresponding conjugates can in part be used within therapy strategies.
  • Bioactive biomolecules and / or cells are used in the process.
  • the term "bioactive” must be understood in the broadest sense and includes, for example, enzymatic activities and / or binding activities for and of antibodies and / or hybridization activities of nucleic acid fragments or nucleic acids. Acids and / or binding activities via biological affinities, such as the biotin / streptavidin system or, for example, the biological activities of protease inhibitors.
  • Bacterial cells with enzymatic activity or human cells with affinities for other cell types are used as cells.
  • Pharmacologically active biomolecules and / or cells are used to produce conjugates that are intended for use within therapy strategies.
  • the pharmacologically active biomolecules can also be low-molecular chemical compounds which have, for example, a cancerostatic effect. These can, for example, be located inside the conjugates we produce, together with bio-compatible biomolecules and / or cells, and can be released in a targeted manner according to the magnetophoretic concentration at the intended site of action. Bacterial cells with enzymatic activity or human cell lines with affinity for certain tumors are used as cells. Proteins are preferably used as biomolecules in the process. They can be very easily integrated into the magnetically separable conjugates, are not separated from the conjugates by the process steps that partially dissolve the heavy metal oxide deposition, and thus have an increased bioactivity.
  • serum proteins preferably albumins, e.g. B.
  • HSA Human serum albumin
  • they have magnetically separable conjugates that contain HSA and the magnetic component of which was restricted to the minimum required extent by the method according to the invention, de, a very high biocompatibility in the human blood system.
  • Enzymes are preferably used as proteins in our process.
  • Magnetically separable conjugates are produced that are used in diagnostic tests, for example using enzymes such as alkaline phosphatase (EC 3.1.3.1.) And peroxidase (EC 1.11.1.7), as well as other enzymes for organic syntheses such as cholesterol esterase ( EC 3.1.1.13), trypsin (EC 3.4.21.4), alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1) and enzymes that are of therapeutic interest.
  • Nucleic acids or their fragments can be used as biomolecules. Both RNA and DNA or fragments thereof (eg oligonucleotides) can be used.
  • the magnetically separable conjugates produced react with target molecules via hybridization reactions and can be used in diagnostic processes and within therapeutic strategies.
  • Anchor groups may be present on the biomolecules. These can be ionically binding and / or chelating groups and / or groups capable of covalent binding and / or groups which bind via biological affinity, such as, for example. Biotin, and / or groups capable of binding antibodies and / or fluorescent dyes. These anchor groups can be used both for the subsequent crosslinking of molecules within the magnetically separable conjugates, as well as for coupling to target structures and the binding of diagnostically or therapeutically interesting molecules. For example, about covalent Binding-enabled groups with the participation of chemical crosslinkers can be coupled to other molecules of interest for the corresponding application or a biotinylated protein within the conjugate can be linked to other partners by reaction with streptavidin. For example, a further, diagnostically or therapeutically interesting antibody can be bound to the magnetically separable conjugate. When using fluorescein anchor groups, a corresponding detection chain can be built up, for example, using an anti-fluorescein antibody.
  • Iron (II) and iron (III) salts are preferably used in the process in the heavy metal salt solution.
  • the magnetite that forms has good magnetic properties and is very well suited for the further process steps.
  • cobalt and nickel salts By using cobalt and nickel salts, the magnetic properties and structures of the conjugates can be changed and the process steps for the partial dissolution of the magnetic metal oxide deposits can be influenced.
  • a preferred variant for adjusting the alkaline pH is the addition of concentrated ammonia. As a result, primary particle sizes as small as possible (10-50 nm) are achieved. Suitable biomolecules and / or cells can also be added as a strongly alkaline solution.
  • the partial dissolution of the magnetic heavy metal oxide deposition according to the invention plays the decisive role in the production of the conjugates according to the invention.
  • organic or inorganic acids used to do this. These "etch" accessible parts of the magnetic heavy metal oxide deposits and thus activate the biological activity of the conjugates.
  • Organic acids such as citric acid, tartaric acid and oxalic acid are preferably used.
  • Compounds heavy metal complexing are also suitable.
  • a preferred method works with 10-0.1% oxalic acid.
  • process conditions eg concentration, temperature
  • different conjugates different properties, different conjugate sizes
  • a reaction temperature between 0 ° C. and 50 ° C. is preferred at which the partial dissolution of the heavy metal oxide deposits can be controlled well.
  • Hydrochloric acid as an inorganic acid, is also suitable for the process, but requires a very precise adjustment to the corresponding biomolecules and / or cells.
  • Physical methods such as the use of ion beam or laser beam techniques can also be used as a means of partially dissolving the magnetic heavy metal oxide layers. Cavities (channels) of different sizes are shot into the corresponding magnetic layers or layers are partially removed.
  • 2.6 ml of Fe stock solution (21g FeCl 2 x 4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x 6H 2 0 + 200 ml H 2 0), diluted 1:20, are mixed with 2ml of a solution of FITC-labeled BSA (fluorescein - Isothiocyanate-labeled bovine serum albumin, 0.5 mg / ml) mixed and mixed with 1 ml of concentrated ammonia.
  • the black magnetic conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 2 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated two more times.
  • the washed precipitate contains stable magnetic conjugates, the FITC-labeled BSA . contain.
  • Example 2 2.6 ml Fe stock solution (21g FeCl 2 x 4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x 6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:20 diluted, are diluted with 2ml of a solution of BSA (bovine serum albumin, 0.5 mg / ml) mixed and mixed with 1ml concentrated ammonia.
  • BSA bovine serum albumin, 0.5 mg / ml
  • the black magnetic conjugates are immediately separated using a magnet and with 2 ml Water was added, shaken and magnetically separated again. The process is repeated two more times.
  • the washed precipitate contains stable magnetic conjugates that contain BSA.
  • the conjugates are suspended in approximately 5 ml of water and aliquoted.
  • a conjugate preparation without BSA is carried out in parallel. Dilution series in water (1:10, 1: 100) are prepared from the conjugate suspensions. The conjugate preparations are tested in a nitrocellulose strip test:
  • NC nitrocellulose
  • the strips are washed with PBS and checked for binding of anti-BSA antibodies under UV light: The positive control of all strips (untreated and acid-treated) has responded, the BSA dilution series shows clear green fluorescence.
  • the negative control (conjugate preparation without BSA) shows no fluorescence on all strips (untreated and acid-treated). From the conjugate preparation with BSA, the dilution series on the strip treated with oxalic acid fluoresces strongly green (up to 1: 100 dilution) while the other strips, including the untreated strip, do not fluoresce.
  • the oxalic acid treatment makes the BSA inside the conjugates accessible to the antibody reaction.
  • This in turn speaks for a shielding of the BSA by an outer magnetic layer in the first phase of the preparation of the conjugates and for the possibility of partial destruction and thus biological achievement of the BSA inside the conjugates by treatment with acids.
  • the alkaline solution is diluted with 2.6 ml of Fe stock solution (21g FeCl 2 x4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:20, and shaken.
  • the black conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 2 ml of water, shaken and magnetically separated again.
  • the process is repeated two more times.
  • the washed precipitate contains stable conjugates that contain FITC-labeled BSA.
  • Precipitation of the conjugates is measured fluorometrically.
  • Verifiable BSA This would mean that approx. 90% of the FITC labeled BSA may be included in the conjugate preparation.
  • the conjugates show no fluorescence, which in turn speaks for a positioning of the FITC-BSA inside the conjugates, even with this variant of the first part of the preparation.
  • the BSA conjugate preparation continues to show its brown-black color optically, which speaks for its magnetic mobility, while the color of the conjugate preparation without BSA has completely lost its black color after treatment with oxalic acid (complete destruction of the particles).
  • the black conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 2 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated two more times.
  • the washed precipitate contains stable conjugates containing BSA.
  • the conjugate preparation is aliquoted analogously to the preparation from Example 2, spotted on NC, acid-treated and incubated with a FITC-labeled antibody against BSA. After PBS washing, fluorescence is checked using a UV lamp: As in Example 2, all positive and negative controls work correctly. As in Ex.
  • the BSA conjugate preparation continues to show its brown-black color optically, which speaks for its magnetic mobility, while the color of the conjugate preparation without BSA has completely lost its color after treatment with oxalic acid (complete destruction of the particles).
  • the conjugates After washing with water, the conjugates are suspended in 5 ml of water. 50 ⁇ l of the particle suspension are mixed with 50 ⁇ l of 5% oxalic acid. The reaction takes place for 5 minutes at room temperature. After about 2 minutes, the magnetic conjugates prepared without BSA dissolve completely. After 5 minutes, the conjugates prepared with BSA are separated from the solution using a magnet, washed several times with water and resuspended in 50 ⁇ l water.
  • Example 2 In each case 1 ⁇ l of the supernatants and the conjugates are spotted onto nitrocellulose analogously to Example 2 (including positive controls (BSA dilution series), negative control: conjugates without oxalic acid treatment) and treated with anti-BSA antibodies (FITC-labeled). After washing, the NC strip is evaluated under UV light. Only the BSA dilution series (positive control) and the conjugates treated with oxalic acid (BSA conjugates) show a clear green fluorescence.
  • BSA dilution series positive control
  • BSA conjugates treated with oxalic acid BSA conjugates
  • the conjugates were easy to separate magnetically and are therefore magnetically and biologically active.
  • the supernatants after the oxalic acid treatment also do not fluoresce, which indicates a high stability of the BSA in the conjugates.
  • conjugate preparations are carried out.
  • the acid treatment of the conjugates is carried out for 5 minutes at room temperature with 1% oxalic acid, the evaluation is carried out by means of the NC strip test using the FITC-labeled antibody against BSA. The results are compared with those of Example 5.
  • the prepared, acid-treated magnetic conjugates show a strong reaction with the antibody.
  • Conjugates not treated with acid show no or only very weak reaction with the antibody. This suggests exposure and / or activation of biological functions through treatment with acids.
  • the conjugate preparation is initially carried out analogously to Example 2 without BSA.
  • the particles are then incubated for 10 minutes at room temperature with a BSA solution (5 mg / ml), washed several times with water, magnetically separated and aliquoted. Supernatant measurements show an adsorptive binding of BSA. Aliqots of the particle suspension are treated with acids.
  • acid-treated conjugates are compared with untreated conjugates and analogously to Example 2 with BSA-prepared conjugates.
  • the conjugates prepared here show no antibody reaction or dissolve completely in 5-1% oxalic acid.
  • the conjugate preparation is based on positively charged magnetic nanoparticles dispersed in water. 2 ml of a 0.5 molar (100 g / l) aqueous nanoparticle dispersion are incubated for 10 minutes at room temperature with a BSA solution (5 mg / ml), washed several times with water, magnetically separated and aliquoted. Protrusion measurements show a clear binding of BSA. Aliqots of the conjugate suspension are treated with acids.
  • the acid resistance speaks for a different conjugate structure than for the conjugates produced by subsequent coating (Ex. 7).
  • the conjugates produced here show a significantly weaker antibody reaction. This indicates a different bond of the biomolecules or another conjugate structure in the conjugates.
  • the magnetic conjugates are aliquoted. Part of the conjugate is treated with 3 ml of 1% oxalic acid for 5 minutes. And then washed with water 4x with magnetic separation.
  • the enzyme activity of the conjugates is measured by means of an enzyme activity test using BM blue POD substrate (Röche) in solution (microtiter plate, 100 ⁇ l).
  • the conjugates treated with oxalic acid show an enzyme activity which corresponds to a 1: 5 dilution of the untreated enzyme. It should be noted that during the activating oxalic acid step, part of the encapsulated enzyme appears in the non-magnetically mobile fraction. Detection of the enzyme activity of the magnetic Movable conjugates can be performed at room temperature for several days.
  • Fe stock solution (21g FeCl x 4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x 6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:20, are diluted with 1ml PBS containing 10 mg human serum albumin (HSA) and 300 units of alkaline phosphatase (Röche) mixed and mixed with 0.5 ml of concentrated ammonia.
  • HSA human serum albumin
  • Röche alkaline phosphatase
  • the black magnetic conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 20 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated three times with larger volumes of water.
  • the washed precipitate contains stable magnetic conjugates that contain peroxidase. From measurements of the enzyme activity of the .
  • Supernatants can be calculated that approximately 80% of the enzyme must be contained in the conjugates.
  • the magnetic conjugates are aliquoted. Part of the conjugate is treated with 3 ml of 1% oxalic acid for 5 minutes. And then washed with water 4x with magnetic separation.
  • the enzyme activity of the conjugates is measured by means of an enzyme activity test using BM blue POD substrate (Röche) in solution (microtiter plate, 100 ⁇ l).
  • the conjugates treated with oxalic acid show an enzyme activity which corresponds to a 1: 4 dilution of the untreated enzyme. It should be noted that during the activating oxalic acid step, part of the encapsulated enzyme appears in the non-magnetically mobile fraction. Detection of the enzyme activity of the magnetic Movable conjugates can be performed at room temperature for several days.
  • the magnetic conjugates are aliquoted. Part of the conjugate is treated with 5 ml of 0.1% oxalic acid for 10 minutes. And then washed with water 4x with magnetic separation.
  • the enzyme activity of the conjugates is determined using a
  • the conjugates treated with oxalic acid show an enzyme activity which corresponds to a 1:10 dilution of the untreated enzyme. It should be taken into account that during the activating oxalic acid step, part of the encapsulated enzyme is not magnetic in the Movable faction appears. The enzyme activity of the magnetically mobile conjugates can be demonstrated for several days at room temperature.
  • Fe stock solution (21g FeCl 2 x 4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x 6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:20, are diluted with 1ml PBS, the 5mg human serum albumin (HSA) and 10 ⁇ l (150 units) of alkaline phosphatase (Röche) mixed and mixed with 0.5 ml of concentrated ammonia.
  • HSA human serum albumin
  • Röche alkaline phosphatase
  • the black magnetic conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated four more times with 40 ml of water.
  • the washed precipitate contains stable magnetic conjugates that contain alkaline phosphatase.
  • the magnetic conjugates are aliquoted. Part of the conjugate is treated for 10 minutes with 5 ml 0.1% oxalic acid. And then washed with water 4x with magnetic separation.
  • the enzyme activity of the conjugates is measured by means of an enzyme activity test using BM purple alkaline phosphatase substrate (Röche) in solution (microtiter plate, 200 ⁇ l).
  • the conjugates treated with oxalic acid show an enzyme activity which corresponds to a 1: 8 dilution of the untreated enzyme. It should be borne in mind that during the activating Oxalic acid step a part of the encapsulated enzyme appears in the non-magnetically mobile fraction.
  • the enzyme activity of the magnetically mobile conjugates can be demonstrated for several days at room temperature.
  • the black magnetic conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated four more times with 40 ml of water.
  • the washed precipitate contains stable magnetic conjugates that contain glucose oxidase.
  • the magnetic conjugates are aliquoted. A portion of the conjugate is treated with 5 ml of 0.1% oxalic acid for 10 minutes and then washed 4x with magnetic separation with water.
  • the enzyme activity of the conjugates is determined by means of an enzyme activity test using o-dianisidine as the color substrate and peroxidase as the second enzyme in solution. The evaluation is carried out using a spectrophotometer at 436 nm. After renaturation at 4 ° C., the magnetically mobile conjugates show clear enzyme activity.
  • 2.6 ml Fe stock solution (21g FeCl 2 x 4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x 6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:20, are diluted with 1ml PBS containing 5 mg human serum albumin (HSA) and 4 mg (260 units / ml) of glucose oxidase (GOD) (Serva) and mixed with 1 ml of concentrated ammonia.
  • HSA human serum albumin
  • GOD glucose oxidase
  • the black magnetic conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated four more times with 40 ml of water.
  • the washed precipitate contains stable magnetic conjugates that contain glucose oxidase.
  • the magnetic conjugates are aliquoted.
  • Part of the conjugate is treated for 10 minutes with 5 ml 0.1% oxalic acid. and then washed 4x with magnetic separation with water.
  • the enzyme activity of the conjugates is determined by means of an enzyme activity test using o-dianisidine as the color substrate and peroxidase as the second enzyme in solution. The evaluation success' by means of a spectrophotometer at 436 nm.
  • the magnetically movable conjugates show significant enzyme activity.
  • HSA human serum albumin, 0.5 mg / ml
  • FITC-labeled herring sperm DNA 0.5 mg / ml
  • the alkaline solution is diluted with 1:20 Fe stock solution (21 g FeCl 2 x 4H 2 0, 54.7 g FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:20 and shaken.
  • the black conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated three more times.
  • the washed precipitate contains stable conjugates containing HSA and herring sperm DNA.
  • the conjugate preparation is aliquoted analogously to the preparation from Example 2, spotted on NC, acid-treated and incubated with a peroxidase-labeled antibody against FITC. After PBS washing, an ECL detection system is used to check for peroxidase activity.
  • the FITC-labeled DNA is clearly detectable in the acid-treated preparations.
  • the DNA can be detected in a hybridization assay with 32 P-labeled homologous DNA in a dilution of up to 1:10 4 .
  • the alkaline solution is diluted with 1:20 Fe stock solution (21 g FeCl 2 x 4H 2 0, 54.7 g FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:20 and shaken.
  • the black conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated two more times.
  • the washed precipitate contains stable conjugates that Containing herring sperm DNA.
  • the conjugate preparation is aliquoted analogously to the preparation from Example 2, spotted on NC, acid-treated and incubated with a peroxidase-labeled antibody against FITC. After PBS washing, an ECL detection system is used to check for peroxidase activity.
  • the FITC-labeled DNA is clearly detectable in the acid-treated preparations.
  • the DNA can be detected in a hybridization assay with 32 P-labeled homologous DNA in a dilution of up
  • HSA human serum albumin, 0.5 mg / ml
  • kanamycin sulfate 20 mg / ml
  • the alkaline solution is mixed with 2.6 ml of Fe stock solution (21 g FeCl 2 x 4H 2 0.54.7g FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:20 diluted, mixed and shaken.
  • the black conjugates are immediately separated using a magnet and mixed with 30 ml water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated three more times.
  • the washed precipitate contains stable conjugates that contain HSA and kanamycin.
  • the conjugate preparation is aliquoted and the aliquots treated with different concentrations of oxalic acid (0.01% 10%) for 3 minutes and then washed three times with 30 ml of water. Aliquots of the
  • Preparations are spotted on nutrient agar plates.
  • the agar plates are made with a bacterial culture
  • HSA human serum albumin, 0.5 mg / ml
  • kanamycin sulfate 10 mg / ml
  • the alkaline solution is mixed with 2.6 ml of Fe stock solution (21 g FeCl 2 x 4H 2 0 , 54.7g FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml H 2 0), diluted 1:10, mixed and shaken.
  • the black conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and again magnetically separated. The process is repeated three more times.
  • the washed precipitate contains stable conjugates that contain HSA and ampicillin.
  • the conjugate preparation is aliquoted and the aliquots treated with different concentrations of oxalic acid (0.01% -10%) for 3 minutes and then washed three times with 30 ml of water each time. Aliquots of the preparations are spotted on nutrient agar plates.
  • Agar plates are made with a bacterial culture
  • the conjugate preparation is aliquoted and the aliquots treated with different concentrations of oxalic acid (0.01% -10%) for 3 minutes and then washed three times with 30 ml of water each time. Aliquots of the preparations are inoculated on nutrient agar plates containing ampicillin. The agar plates are incubated at 37 ° C for 2 days. In parallel, agar plates without cells, magnetite preparations without cells and preparations without acid treatment are carried as controls. The acid-treated preparations show a colony-shaped bacterial growth. The highest bacterial growth is achieved with preparations after treatment with 0.1-1% oxalic acid.
  • Example 20 Encapsulation of dyes (dextran blue) with carrier protein, oxalic acid treatment
  • HSA human serum albumin, 5 mg / ml
  • dextran blue 10 mg / ml
  • the alkaline solution is diluted with 2.6 ml of Fe stock solution (21g FeCl 2 x 4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:10, and mixed.
  • the black conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated three more times.
  • the washed precipitate contains stable magnetite conjugates that contain HSA and dextran blue.
  • the washing solutions are measured spectrophotometrically and the amount of the encapsulated dye is calculated.
  • the calculation shows that approx. 70% of the dextran blue was encapsulated using magnetite.
  • the conjugate preparation is aliquoted and the aliquots with different concentrations of oxalic acid (0.01%
  • the magnetite conjugates are taken up in 1 ml of distilled water and transferred to Eppendor tubes. The samples are stored for 3 hours at room temperature and then at 4 ° C overnight. The magnetite conjugates are then separated from the supernatants by means of a magnet and these are measured spectrophotometrically. After this storage there is no dextran blue in the supernatants of the acid-treated and untreated preparations. The samples are then heated together in a water bath at 80 ° C for two hours, the magnetite conjugates are again separated from the supernatants by a magnet and measured.
  • HSA human serum albumin, 5 mg / ml
  • dextran blue 10 mg / ml
  • the alkaline solution is diluted with 2.6 ml of Fe stock solution (21g FeCl x 4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml H 2 0), 1:10, and mixed.
  • the black conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated three more times.
  • the washed precipitate contains stable magnetite conjugates that contain HSA and dextran blue.
  • the washing solutions are measured spectrophotometrically and the amount of the encapsulated dye is calculated.
  • the calculation shows that approx. 70% of the dextran blue was encapsulated using magnetite.
  • the conjugate preparation is aliquoted and the aliquots treated with different concentrations of hydrochloric acid (0.01n-In) for 3 minutes and then washed three times with 30 ml of water each time. A sample remains untreated.
  • the magnetite conjugates are taken up in 1 ml of distilled water and transferred to Eppendorf tubes. The . Samples are first stored at room temperature for 3 hours and then at 4 ° C overnight. The magnetite conjugates are then separated from the supernatants by means of a magnet and these are separated measured spectrophotometrically.
  • HSA human serum albumin, 5 mg / ml
  • bromophenol blue 10 mg / ml
  • the alkaline solution is diluted with 2.6 ml of Fe stock solution (21 g of FeCl 2 x 4H0, 54.7 g of FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml of H 2 0), 1:10, and mixed.
  • the black conjugates are immediately separated using a magnet and then
  • the washed precipitate contains stable magnetite conjugates that contain HSA and bromophenol blue.
  • the washing solutions are measured spectrophotometrically and the amount of the encapsulated dye is calculated. The calculation shows that about 60% of the bromophenol blue was encapsulated using magnetite.
  • the conjugate preparation is aliquoted and the aliquots treated with different concentrations of oxalic acid (0.01% -10%) for 3 minutes and then washed three times with 30 ml of water each time. A sample remains untreated.
  • the magnetite conjugates are taken up in 1 ml of distilled water and transferred to Eppendor tubes.
  • the samples are stored for 3 hours at room temperature and then at 4 ° C overnight.
  • the magnetite conjugates are then separated from the supernatants by means of a magnet and these are measured spectrophotometrically. After this storage there is no bromophenol blue in the supernatants of the acid-treated and untreated preparations.
  • the samples are then heated together in a water bath at 80 ° C for two hours, the magnetite conjugates are again separated from the supernatants by a magnet and measured. Only in the case of the acid-treated magnetite-HSA-bromophenol blue conjugates can the supernatants turn blue. The greatest release of dye is measured at an oxalic acid concentration of 0.05-4%.
  • FITC-labeled BSA bovine serum albumin, 5 mg / ml
  • the alkaline solution is mixed with 2.6 ml of Fe stock solution (21g FeCl 2 x 4H 2 0, 54.7g FeCl 3 x6H 2 0 + 200 ml H 2 0), diluted 1:20, mixed and mixed.
  • the black conjugates are immediately separated by means of a magnet and mixed with 30 ml of water, shaken and magnetically separated again. The process is repeated two more times.
  • the washed precipitate contains stable conjugates that contain FITC-BSA.
  • the conjugate preparation is aliquoted. One sample remains untreated, others are treated with different concentrations (0.1-5%) of oxalic acid and then washed three times with 30 ml of water, taken up in 1 ml of water and transferred to an Eppendor tube. 3 ⁇ l each of the preparations are spotted on nitrocellulose analogously to Example 2 and incubated with a peroxidase-labeled antibody against FITC.
  • an ECL system is used to check for peroxidase activity (evaluation via chemiluminescence): As in Example 2, all positive and negative controls work correctly. Only the preparations treated with oxalic acid show clear signals. This means that the antibody directed against FITC was able to reach the FITC at the BSA and recognize it immunologically. The optimal oxalic acid concentration is 0.1-1%.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf bioaktive und biokompatible Konjugate mit magnetischen Eigenschaften und Verfahren zu deren Herstellung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Präparation von magnetisch separierbaren Konjugaten mit hoher Bio-Aktivität und Bio-Kompatibilität zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß magnetisch separierbare, bioaktive und biokompatible Konjugate hergestellt werden, die aus Netzstrukturen mit superparamagnetischen oder ferromagnetischen Eigenschaften bestehen, die teilweise aus Biomolekülen und/oder Zellen, die gegebenenfalls mit Ankergruppen versehenen sind, und einer oder mehreren von Kanälen durchbrochenen, vernetzten Schichten, die teilweise aus magnetischen Eisenoxiden oder Mischoxiden der Formel MeO x Fe2O3 bestehen, wobei Me zweiwertige Metallionen wie Fe, Ba, Sr, Mn, Zn oder Co und Fe2O3 η- Fe2O3 oder magnetische Reinmetalle, wie Kobalt und Eisen sind, durch die die Biomoleküle und/oder Zellen biochemisch erreichbar sind, aufgebaut sind.

Description

Bioaktive und biokompatible Konjugate mit magnetischen Eigenschaften und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf bioaktive und biokompatible Konjugate mit magnetischen Eigenschaften und Verfahren zu deren Herstellung gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 13.
Im Stand der Technik findet man eine Reihe von magnetisch manipulierbaren Materialien, die sich in ihrer Größe, Zusammensetzung und Wirkung auf Zielstrukturen stark unterscheiden. Verfahren zur Herstellung magnetisch beweglicher, biologisch aktiver Partikel sind bekannt. So sind sogenannte „magnetische Beads" (Technical Handbook 3rd Edition 1998 „Biomagnetic Techniques in Molecular Biology") bekannt, die aus uniformen, superpara- magnetischen, monodispersen Mikrometer-Polymerteilchen (z.B. Polystyrol) bestehen, die etwa 10 Gew. % magnetische Nano-Magnetitteilchen enthalten und deren Oberfläche mit unterschiedlichen Biomolekülen wie z.B. Nukleinsäurefragmenten, Dextran oder Antikörpern beschichtet wurden und die in der molekularbiologischen Forschung und der klinischen Diagnostik Einsatz finden. Diese Teilchen besitzen einen Durchmesser von 0,5-100 Mikrometern und sind für einen direkten Einsatz im klinischen Bereich zu groß. Die Biomoleküle sind ausschließlich auf der Oberfläche der Polymerkugeln fixiert.
Verfahren zur Herstellung von Dispersionen kolloidaler, superparamagnetischer und/oder ferromagnetischer Partikel sind vielfach beschrieben. So werden z.B. in der DE 196 54 965 dispergierbare Partikel, die super- paramagnetische/ferromagnetische Kristalle und/oder maßgeschneiderte di-, tri- oder Blockcopoly ere enthalten, in der DE 196 24 426 magnetische Flüssigkeiten für den Transport von diagnostischen oder therapeutisch wirksamen Substanzen, in der DE 4309333 superparamagnetische Teilchen, Verfahren zur Herstellung und Verwendung, in der DE 19736736 Verfahren zum Beschichten von Oberflächen mit definierten Molekülschichten, in der DE 19758335 eine Magnetflüssigkeit auf der Basis unpolarer Trägerflüssigkeit und Verfahren zur Herstellung, in der DE 19758350 eine magnetische Flüssigkeit und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung, in der DE 4325386 eine magnetische Flüssigkeit auf der Basis einer wassrigen Trägerflüssigkeit, in der DE 19702710 stabile und/oder unstabile Dispersionen superparamagnetischer und/oder ferromagnetischer Kristalle und in der DE 3709851 NMR- Diagnostische Flüssigkeitszusammensetzungen beschrie- ben.
All diesen Verfahren ist gemeinsam, dass sie zunächst magnetische Partikel präparieren und diese danach mit biologischen Material in Kontakt bringen. Die Bio- Aktivität und Bio-Kompatibilität der Materialien ist nachteiligerweise gering und wurde nie vergleichend untersucht .
Weiterhin ist bekannt, vorgebildete magnetische Nanopartikel mit Biomolekülen zu beschichten. So wird im U.S. Pat. No . 5,512,332 ein Verfahren zur Her- Stellung von beschichteten magnetischen Partikeln durch Inkubation von magnetischen Partikeln mit beschichtenden Materialien beschrieben. Als Beschichtungsmaterialien werden natürliche oder synthetische Materialien wie z.B. Polypeptide, Proteine oder Antikörper verwendet. Dabei werden ausgehend von einer Teilchenpräparation z.B. durch Beschallung zunächst sehr kleine magnetische Teilchen hergestellt und diese mit den Beschichtungsmaterialien inkubiert.
In U.S. Pat. No. 3,970,518 und 4,018,886 wird die physikalische Beschichtung von magnetischen Partikeln über Adsorptionskräfte beschrieben. Es wird dabei die Herstellung von Nickel-Teilchen mit einem Durchmesser von lμm durchgeführt, die mit Rinderserumalbumin (BSA) beschichtet sind. Bei Präparationen dieser Art wird von enormen Auswaschungen von nichtadsorbiertem Material
(U.S. Pat. No. 5,512,332) berichtet. In U.S. Pat. No.
4,554,088 wurde gezeigt, dass bei Präparationen dieser Art an die Oberfläche von Eisenoxiden adsorbierte Antikörper durch Inkubation mit IM Kochsalz leicht abgelöst werden können, so dass nur sehr wenig adsorbiertes Material an der Oberfläche zurückbleibt. Diese Ergebnisse können von eigenen Untersuchungen bei der Adsorption von BSA an Magnetitpräparationen gestützt werden.
Aus U.S. Pat. No. 4,230,685 ist die Präparation von Magnetit-Teilchen, die Albumin und Protein A durch eine Emulsionspolymerisation bekannt.
In U.S. Pat. No. 4,554,088 wird eine Silanisierung von magnetischen Metalloxiden versucht, um diese kovalent an bioaktive Moleküle zu binden. Damit ist aber die freie Beweglichkeit, die für entsprechende Nachweis- reaktionen oder sogar pharmakologische Wirkungen erforderlich ist, stark eingeschränkt. In U.S. Pat. No. 4,452,773 wird die Herstellung von „kolloidalen" Eisenoxid-Partikeln, die mit nichtionischen Polysacchariden beschichtet sind, durch Bildung des Magnetits in 25%-iger Polysaccharidlosung beschrieben. Danach werden die Biomoleküle mittels chemischer Vernetzungstechnologie an den Partikeln fixiert.
Aus U.S. Pat. No. 4,795,698 ist eine Koprazipitation von Metalloxiden und von Polymeren oder Proteinen von 0,1-lmg/ml durch Titration mit einer Base in den schwach alkalischen Bereich, Waschschritten und anschließender Beschallung bekannt. Dabei wird fast das gesamte Polymer oder Protein gefällt.
Es hat sich gezeigt, dass ähnliche Präparationen unter Verwendung von Proteinen nachteiligerweise eine stark reduzierte biologische Aktivität (z.B. Erkennbarkeit durch Antikörper) der adsorbierten Biomoleküle zeigen. Auf Grund der Präparationstechniken besitzen die beschriebenen Teilchenpräparationen eine eingeschränkte Bio-Kompatibilität .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Präparation von magnetisch separierbaren Konjugaten mit hoher Bioaktivität und Biokompatibilität zu ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 13. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass magnetisch separierbare, bioaktive und biokompatible Konjugate hergestellt werden, die Netzstrukturen mit superparamagnetischen oder ferromagnetischen Eigenschaften aufweisen, die teilweise aus Biomolekülen und/oder Zellen, die gegebenenfalls mit Ankergruppen versehenen sind, und einer oder mehreren von hohlen Kanälen durchbrochenen, vernetzten Schichten, durch die die Biomoleküle und/oder Zellen biochemisch erreichbar sind und die teilweise aus magnetischen Eisenoxiden oder Mischoxiden der Formel MeO-Fe203 bestehen, wobei Me zweiwertige Metallionen wie Fe, Ba, Sr, Mn, Zn oder Co und Fe203 γ- Fe203 oder magnetische Reinmetalle, wie Kobalt und Eisen sind, aufgebaut sind.
Diese Konjugate können nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung magnetisch separierbarer, bioaktiver und biokompatibler Konjugate ist dadurch gekennzeichnet, dass gegebenenfalls mit Ankergruppen versehene Biomoleküle und/oder Zellen mit einer Lösung, die Schwermetallsalze enthält, vermischt werden und das Gemisch auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt wird, bzw. die gegebenenfalls mit Ankergruppen versehenen Biomoleküle und/oder Zellen auf einen alkalischen pH- Wert eingestellt werden und mit einer Lösung, die Schwermetallsalze enthält, vermischt werden, die entstandenen magnetisch beweglichen separierbaren Konjugate ggf. anschließend gewaschen und danach mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behan- delt werden, die die Schwermetalloxidabscheidung partiell auflösen.
Dabei sind die ggf. mit Ankergruppen versehene Biomoleküle und/oder Zellen bei der Bildung der Konjugate direkt anwesend und können zwischen den Schichten der sich bildenden magnetischen Komponente eingelagert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Biomoleküle synthetische und/oder natürliche Oligomere oder Polymere, wie z.B. Peptide und/oder Proteine und/oder Nukleinsäurefragmente und/oder Nukleinsäuren und/oder Oligo- oder Polysaccharide .
Zellen sind Bakterienzellen oder humane Zellen, die bioaktiv sein können.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Ankergruppen sind ionisch bindende Gruppen und/oder chelatbildende Gruppen und/oder kovalent bindende Gruppen und/oder über biologische Affinität bindende Gruppen, wie z.B. Biotin, und/oder antikörperbindende Gruppen und/oder Fluoreszenzfarbstoffe, die zur Weiterreaktion der Biomoleküle und/oder Zellen geeignet sind.
Die Volumenkonzentrationen der eingesetzten magnetischen Eisenoxide oder Mischoxide betragen 0,0001% bis 10 Vol%, insbesondere 0,01 % bis 1 Vol%.
Kernteilchengrößen der magnetischen Komponente „betragen 1 bis 1000 nm.
Die durchbrochenen, vernetzten Schichten, die teilweise aus der magnetischen Komponente bestehen, sind von Hohlräumen, die einen Durchmesser von 0,1 nm bis 1000 nm besitzen, durchbrochen.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung liegen die Konjugate in dispergierter Form in wassrigen oder mit Wasser mischbaren Lösungen vor, wobei die Teilchengröße der Konjugate in Kugelform von 1 nm bis 500 μm oder als ausgedehnte Objekte bis zu 10 cm Länge und Breite beträgt .
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden gegebenenfalls mit Ankergruppen versehene Biomoleküle und/oder Zellen mit einer Lösung, die zweiwertige Metallionen und dreiwertige Eisenionen enthält, vermischt und das Gemisch auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt wird, bzw. die gegebenenf lls mit Ankergruppen versehenen Biomoleküle und/oder Zellen auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt werden und mit einer Lösung, die zweiwertige Metallionen und dreiwertige Eisenionen enthält, vermischt werden, die entstandenen magnetisch beweglichen separierbaren Konjugate anschließend ggf. gewaschen und mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt werden, die die oxidischen Bestandteile partiell auflösen.
Vorgebildete magnetisch separierbare Konjugate mit Biomolekülen und/oder Zellen, die ggf. mit Ankergruppen versehen sind, werden inkubiert und danach mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt, die die oxidischen Bestandteile partiell auflösen.
Vorgebildete magnetisch separierbare Konjugate werden mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt, die die Oxidabscheidung partiell auflösen und danach werden sie mit Biomolekülen und/oder Zellen, die ggf. mit Ankergruppen versehen sind, inkubiert und anschließend ggf. gewaschen und magnetisch separiert.
Positiv geladene, in Wasser -dispergierte magnetische Nanoteilchen werden mit Biomolekülen und/oder Zellen vermischt, anschließend ggf. gewaschen und die magnetisch separierbaren Konjugate mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt, die die Oxidabscheidung partiell auflösen.
Als ggf. mit Ankergruppen versehene Biomoleküle werden Proteine eingesetzt, wie z.B. Serumproteine, Albumine, wie Humanserumalbumin, und Enzyme.
Als ggf . mit Ankergruppen versehene Biomoleküle werden Nukleinsäuren oder deren Fragmente eingesetzt.
Als Ankergruppen werden ionisch bindende und /oder chelatbildende Gruppen und/oder zur kovalenten Bindung befähigte Gruppen und/oder über biologische Affinität bindende Gruppen, wie zB. Biotin, und/oder zur Bindung von Antikörpern befähigte Gruppen und/oder Fluoreszenzfarbstoffe, sowie Fluoreszein eingesetzt.
Die Schwermetallsalzlösung kann erfindungsgemäß Eisen(II)- und Eisen (III) -Salze enthalten. Die Metallsalzlösung kann weiterhin Kobalt- oder Nickel-Salze enthalten.
Der alkalische pH-Wert wird durch Zugabe von konzentriertem Ammoniumhydroxid NaOH oder KOH eingestellt. Als Substanzen, die die Metalloxidabscheidungen partiell auflösen, werden organische oder anorganische Säuren eingesetzt. Insbesondere eignen sich dazu organische Säuren, wie Citronensäure, Weinsäure und Oxalsäure. Oxalsäure wird hierbei in einer Konzentration von 10 - 0,1% und bei einer Temperatur von 0°C - 50°C eingesetzt.
Darüberhinaus werden zum Auflösen der Metalloxidabscheidungen anorganische Säuren, wie Salzsäure, verwendet.
Als physikalische bzw. physiko- oder biochemische Methode, die die Metalloxidabscheidungen partiell auflösen, werden Ionenstrahl- und/oder Laserstrahl- techniken sowie elektrochemische Methoden und Bio- Korrosions-Methoden verwendet.
Die Bildung der magnetischen Konjugate wird entweder dadurch erreicht, dass man eine Lösung die Schwermetallsalze enthält mit den Biomolekülen und/oder Zellen vermischt und das Gemisch anschließend auf einen alkalischen pH-Wert einstellt, bzw. dadurch, dass man die gelösten Biomoleküle und/oder Zellen zunächst auf einen stark alkalischen pH-Wert einstellt und zu dieser Lösung die Lösung, die Schwermetallsalze enthält, zugibt. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist dabei von der Art der verwendeten Biomoleküle und/oder Zellen abhängig und von dem beabsichtigten Verwendungszweck der hergestellten Konjugate. Die entstandenen magnetisch separierbaren Konjugate werden danach ggf. dadurch gewaschen, dass sie mittels eines Magneten von der Lösung abgetrennt werden, in dem Waschmedium, meist Wasser, resuspendiert werden und erneut magnetisch abgetrennt werden. Die Zahl der Waschschritte hängt von der Art der herzustellenden Konjugate ab und beträgt üblicherweise 3-4. Bei einigen Herstellungsvarianten kann durchaus auf den Waschzwischenschritt verzichtet werden. Überraschend wurde gefunden, dass eine Behandlung von magnetisch separierbaren Konjugaten dieser Art mit bestimmten chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden, die die Schwermetalloxidabscheidung partiell auflösen, zu einer wesentlichen Erhöhung der Bio- Aktivität und Bio-Kompatibilität der Konjugate führt.
Dabei zeigte sich, dass unbehandelte Konjugate teilweise völlig biologisch inaktiv sind und erst durch den die magnetische Komponente partiell auflösenden Verfahrensschritt aktiviert werden.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante werden als Schwermetallsalze Salze von zweiwertigen Metallionen gemeinsam mit dreiwertigen Eisenionen eingesetzt.
In einer weiteren Verfahrensvariante werden vorbildete magnetisch separierbare Konjugate mit Biomolekülen und/oder Zellen inkubiert und danach mit chemischen Substanzen, aber auch mittels physikalischen, physiko- chemischen oder biochemischen Methoden behandelt, die die Schwermetalloxidabscheidung partiell auflösen. Diese Verfahrensvariante arbeitet nicht mit allen vorgebildeten Konjugaten und ist offensichtlich stark von der Struktur der gebildeten Konjugate abhängig. Dabei kann es teilweise zur völligen Auflösung der gesamten magnetisch separierbaren Konjugate kommen, bzw. die behandelten Konjugate besitzen eine reduzierte biologische Aktivität. In einer weiteren Verfahrensvariante werden vorgebildete magnetische Konjugate zunächst mit chemischen Substanzen, aber auch mittels physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden, die die Schwermetalloxidabscheidung partiell aufgelösen, behandelt und anschließend mit Biomolekülen und/oder Zellen inkubiert. Dabei wird zunächst durch eine partielle Auflösung von Schwermetalloxidschichten die Struktur der vorgebildeten Konjugate verändert, so dass eine verbesserte An- oder Einlagerung der Biomoleküle und/oder Zellen erfolgen kann. Dies kann besonders für niedermolekulare Biomoleküle sehr wichtig sein. In einer bevorzugten Verfahrensvariante werden positiv geladene, in Wasser dispergierte magnetische Nanoteilchen eingesetzt. Dies kann von Vorteil sein, wenn die Bindung der Biomoleküle und/oder Zellen über ionische Wechselwirkungen erfolgen soll. Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren bio- kompatible, das heißt bioverträgliche, Biomoleküle und/oder Zellen eingesetzt, da die entsprechenden Konjugate teilweise innerhalb von Therapiestrategien verwendet werden können. Dies- schließt eine Kombination von biokompatiblen Biomolekülen und/oder Zellen mit pharmakologisch wirksamen Biomolekülen und/oder Zellen in Konjugaten ein. Als Zellen werden innerhalb von Therapiestrategien z.B. humane Eigenzellen nach Zellzucht verwendet. In dem Verfahren werden bioaktive Biomoleküle und/oder Zellen eingesetzt. Der Begriff „bioaktiv" muß im breitesten Sinne verstanden werden und umfaßt z.B. enzymatische Aktivitäten und/oder Bindungsaktivitäten für und von Antikörpern und/oder Hybridisationsaktivitäten von Nukleinsäurefragmenten oder Nuklein- säuren und/oder Bindungsaktivitäten über biologische Affinitäten, wie z.B. des Systems Biotin/Streptavidin oder z.B. die biologischen Aktivitäten von Proteaseinhibitoren. Als Zellen werden z.B. Bakterienzellen mit enzymatischer Aktivität oder humane Zellen mit Affinitäten zu anderen Zelltypen verwendet. Zur Herstellung von Konjugaten, die zur Verwendung innerhalb von Therapiestrategien vorgesehen sind, werden pharmakologisch wirksame Biomoleküle und/oder Zellen eingesetzt.
Der Einsatz erfolgt dabei durchaus in Kombination mit anderen Biomolekülen und/oder Zellen. Die pharmakologisch wirksamen Biomoleküle können durchaus auch niedermolekulare chemische Verbindungen, die z.B. eine cancerostatische Wirkung aufweisen, sein. Diese können sich zum z.B. im Innern der von uns hergestellten Konjugate, gemeinsam mit bio-kompatiblen Biomolekülen und/oder Zellen befinden und nach magnetophoretischer Konzentration am beabsichtigten Wirkungsort gezielt freigegeben werden. Als Zellen werden z.B. Bakterienzellen mit enzymatischer Aktivität oder humane Zelllinien mit Affinität zu bestimmten Tumoren eingesetzt. Als Biomoleküle werden in dem Verfahren bevorzugt Proteine eingesetzt. Sie sind sehr gut in die magnetisch separierbaren Konjugate integrierbar, werden durch die die Schwermetalloxidabscheidung partiell auflösenden Verfahrensschritte nicht aus den Konjugaten herausgelöst und erhalten dadurch eine erhöhte Bio- aktivität. Durch Verwendung von Serumproteinen, bevorzugt Albumine, z. B. Humanserumalbumin (HSA) wird dem beabsichtigten Anwendungsgebiet innerhalb humaner Therapiestrategien Rechnung getragen. So besitzen z.B. magnetisch separierbare Konjugate, die HSA enthalten und deren magnetische Komponente mit dem erfindungs- gemäßen Verfahren auf das mindest erforderliche Ausmaß beschränkt wur,de, eine sehr hohe Biokompatibilität im humanen Blutsystem. Bevorzugt werden in unserem Verfahren als Proteine Enzyme verwendet. Dabei werden magnetisch separierbare Konjugate hergestellt, die innerhalb diagnostischer Tests Einsatz finden, wobei z.B. Enzyme wie alkalische Phosphatase (EC 3.1.3.1.) und Peroxidase (EC 1.11.1.7) verwendet werden, als auch andere Enzyme für organische Synthesen wie z.B. Cholesterol Esterase (EC 3.1.1.13), Trypsin (EC 3.4.21.4), Älkoholdehydrogenase (EC 1.1.1.1) und Enzyme, die therapeutisch interessant sind. Als Biomoleküle können Nukleinsäuren oder deren Fragmente verwendet werden. Dabei kann sowohl RNA als auch DNA bzw. Fragmente davon (z.B. Oligonukleotide) zum Einsatz kommen. Die hergestellten magnetisch separierbaren Konjugate reagieren mit Zielmolekülen über Hybridisationsreaktionen und können in diagnostischen Verfahren und innerhalb therapeutischer Strategien zur Anwendung kommen.
An den Biomolekülen können sich ggf. Ankergruppen befinden. Dies können ionisch bindende und /oder chelatbildende Gruppen und/oder zur kovalenten Bindung befähigte Gruppen und/oder über biologische Affinität bindende Gruppen, wie zB. Biotin, und/oder zur Bindung von Antikörpern befähigte Gruppen und/oder Fluoreszenzfarbstoffe sein. Diese Ankergruppen können sowohl zur nachträglichen Vernetzung von Molekülen innerhalb der magnetisch separierbaren Konjugate, als auch zur Kopplung an Zielstrukturen und die Bindung von diägnostich oder therapeutisch interessanten Molekülen genutzt werden. So können z.B. über zur kovalenten Bindung befähigte Gruppen unter Beteiligung chemischer Crosslinker weitere für die entsprechende Anwendung interessante Moleküle gekoppelt werden oder ein biotinyliertes Protein innerhalb des Konjugates kann durch Reaktion mit Streptavidin mit weiteren Partnern verknüpft werden. Dabei kann z.B. ein weiterer, diagnostisch bzw. therapeutisch interessanter Antikörper an das magnetisch separierbare Konjugat gebunden werden. Bei Benutzung von Fluorescein- Ankergruppen kann z.B. mittels eines Anti-Fluoreszein- Antikörpers eine entspechende Nachweiskette aufgebaut werden.
Bevorzugt werden in dem Verfahren in der Schwermetallsalzlösung Eisen(II)- und Eisen(III) -Salze eingesetzt. Das entstehende Magnetit besitzt gute magnetische Eigenschaften und ist sehr gut für die weiteren Verfahrensschritte geeignet. Durch Einsatz von Kobalt- und Nickel-Salzen können die magnetischen Eigenschaften und Strukturen der Konjugate verändert werden und die Verfahrensschritte zur partiellen Auflösung der magnetischen Metalloxidabscheidungen beeinflußt werden.
Eine bevorzugte Variante der Einstellung des alkalischen pH-Wertes ist die Zugabe von konzentriertem Ammoniak. Dadurch werden möglichst kleine (10-50 nm) Primärpartikelgrößen erreicht. Geeignete Biomoleküle und/oder Zellen können auch als stark alkalische Lösung zugesetzt werden.
Die erfindungsgemäße partielle Auflösung der magnetischen Schwermetalloxidabscheidung spielt die entscheidende Rolle bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Konjugate. Dazu werden bevorzugt organische oder anorganische Säuren verwendet. Diese „ätzen" erreichbare Teile der magnetischen Schwer- metalloxidabscheidungen an und aktivieren damit die biologische Aktivität der Konjugate. Bevorzugt werden organische Säuren, wie Citronensäure, Weinsäure und Oxalsäure verwendet. Schwermetallkomplexierende Verbindungen eignen sich ebenfalls.
Ein bevorzugtes Verfahren arbeitet mit 10 - 0,l%iger Oxalsäure. Durch Veränderung der Verfahrensbedingungen (z.B. Konzentration, Temperatur) können unterschiedliche Konjugate (unterschiedliche Eigenschaften, unterschiedliche Konjugatgrößen) hergestellt werden. Bevorzugt wird eine Reaktionstemperatur zwischen 0°C und 50°C, bei der die partielle Auflösung der Schwermetalloxidabscheidungen gut gesteuert werden kann. Salzsäure, als anorganische Säure, ist für das Verfahren ebenfalls geeignet, erfordert aber eine sehr genaue Abstimmung auf die entsprechenden Biomoleküle und/oder Zellen. Als Mittel, die magnetischen Schwermetalloxidschichten partiell aufzulösen, können auch physikalische Methoden, wie der Einsatz von Ionenstrahl- oder Laserstrahltechniken, verwendet werden. Dabei werden unterschiedlich große Hohlräume (Kanäle) in die entsprechenden magnetischen Schichten geschossen bzw. Schichten partiell abgetragen. Zu partiellen Auflösung der magnetischen Schwermetalloxidschichten können auch elektrochemische Verfahren, bei denen die Schwermetalloxidschichten durch Bildung elektrochemischer Lokalelemente aufgelöst werden und Bio-Korrosions-Methoden, bei denen unter Einwirkung von Mikroorganismen (z.B. Bakterien) die magnetischen Schwermetalloxidschichten partiell durch die Mikroorganismen zersetzt werden, eingesetzt werden. Die Erfindung wird an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beispiele
Beispiel 1
2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3 x 6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, werden mit 2ml einer Lösung von FITC-markiertem BSA (Fluoreszein- isothiocyanat-markiertes Rinderserumalbumin, 0,5 mg/ml) gemischt und mit 1 ml konzentriertem Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden magnetischen Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 2 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch zweimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile magnetische Konjugate, die FITC-markiertes BSA. enthalten. Aus Fluoreszenzmessung der Überstände kann kalkuliert werden, dass ca. 90% des FITC-BSA in den Konjugaten enthalten sein müssen. In einem Tüpfeltest auf Nitrocellulose und Fluorometer kann aber keine Fluoreszenz auf der Oberfläche der Konjugate nachgewiesen werden. Dies spricht für eine Position der fluoreszenzmarkierten Moleküle im Innern der Konjugate bzw. für eine Löschung der Fluoreszenz durch die Magnetitabscheidung .
Beispiel 2 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3 x 6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, werden mit 2ml einer Lösung von BSA (Rinderserumalbumin, 0,5 mg/ml) gemischt und mit 1ml konzentriertem Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden magnetischen Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 2 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch zweimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile magnetische Konjugate, die BSA enthalten. Die Konjugate werden in ca. 5 ml Wasser suspendiert und aliquotiert.
Parallel wird eine Konjugat-Präparation ohne BSA durchgeführt. Von den Konjugat-Suspensionen werden Verdünnungsreihen in Wasser (1:10, 1:100) hergestellt. Die Testung der Konjugat-Präparationen erfolgt in einem Nitrocellulose -Streifentest:
Auf einem Streifen Nitrocellulose (NC, 7 x 8,4 cm) werden die Verdünnungsreihen der Konjugate mit und ohne BSA in der Präparation, und eine BSA-Verdünnungsreihe als Positivkontrolle getüpfelt (1 μl, Doppelwerte). Es werden mehrere NC-Streifen parallel getüpfelt.
Nach Lufttrocknung bleibt ein Streifen unbehandelt, andere Steifen werden 5 Minuten bei Zimmertemperatur mit organischen oder anorganischen Säuren [5% Oxalsäure, 5% Weinsäure, 5% Citronensäure und Salzsäure (1:10 Verdünnung)] behandelt, kurz mit Wasser gewaschen und 30 Minuten in eine Blocklösung (PBS, 0,5% Gelatin) gelegt. Danach erfolgt eine gemeinsame Inkubation der unbehandelten und behandelten Streifen mit einem FITC- markierten Antikörper gegen BSA (Chicken, affinitätsgereinigt, , 1:100 Verdünnung) . Nach der Antikörperreaktion (4 Stunden, Zimmertemperatur) werden die Streifen mit PBS gewaschen und unter UV-Licht auf Bindung von Anti-BSA Antikörpern geprüft: Die Positivkontrolle aller Streifen (unbehandelt und säurebehandelt) hat reagiert, die BSA-Verdünnungsreihe zeigt deutliche grüne Fluoreszenz.
Die Negativkontrolle (Konjugat-Präparation ohne BSA) zeigt keine Fluoreszenz auf allen Streifen (unbehandelt und säurebehandelt) . Von der Konjugat-Präparation mit BSA fluoresziert die Verdünnungsreihe auf dem mit Oxalsäure behandeltem Streifen strark grün (bis 1:100 Verdünnung) während die anderen Streifen, einschließlich des unbehandelten Streifens, nicht fluoreszieren.
Offensichtlich wird durch die Oxalsäurebehandlung das BSA im Innern der Konjugate der Antikörperreaktion zugängig gemacht . Dies spricht wiederum für eine Abschirmung des BSA durch eine äußere magnetische Schicht in der ersten Phase der Präparation der Konjugate und für die Möglichkeit der partiellen Zerstörung und damit biologischen Erreichung des BSA im Innern der Konjugate durch Behandlung mit Säuren.
Beispiel 3
2ml einer Lösung von FITC-markiertem BSA
(Fluoreszeinisothiocyanat-markiertes Rinderserum- albumin, 0,5 mg/ml) werden mit 1 ml konzentriertem
Ammoniak vermischt.
Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2x4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, versetzt und umgeschüttelt. Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 2 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt.
Der Vorgang wird noch zweimal wiederholt . Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Konjugate, die FITC-markiertes BSA enthalten. Der Überstand nach
Ausfällung der Konjugate wird fluorometrisch vermessen.
Im Überstand sind nur noch ca. 10% des FITC-markierten
BSA nachweisbar. Damit müßten ca. 90% des FITC- markierten BSA in der Konjugat-Präparation enthalten sein.
Im Tüpfeltest auf NC und im Fluorometer zeigen die Konjugate keine Fluoreszenz, was wiederum für eine Positionierung des FITC-BSA im Innern der Konjugate auch bei dieser Variante des ersten Teiles der Präparation spricht.
Die BSA-Konjugat-Präparation zeigt optisch weiterhin ihre braunschwarze Färbung, was für ihre magnetische Beweglichkeit spricht, während die Färbung der Konjugat-Präparation ohne BSA ihre schwarze Färbung nach Behandlung mit Oxalsäure völlig verloren hat (völlige Zerstörung der Teilchen) .
Beispiel 4
2ml einer Lösung von BSA (Rinderserumalbumin, 0,5 mg/ml) werden mit 1 ml konzentriertem Ammoniak vermischt . Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 X 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, versetzt und umgeschüttelt.
Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 2 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch zweimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Konjugate, dieBSA enthalten. Die Konjugat-Präparation wird analog der Präparation aus Bsp. 2 aliquotiert, auf NC getüpfelt, säurebehandelt und mit einem FITC-markierten Antikörper gegen BSA inkubiert. Nach PBS Waschung wird mittels UV-Lampe auf Fluoreszenz geprüft: Wie in Bsp. 2 arbeiten alle Positiv- und Negativkontrollen korrekt. Wie in Bsp 2 fluoresziert auch bei dieser Konjugat- Präparation nur die mit Oxalsäure gewaschene Präparation (grüne Fluoreszenz bis 1:100 Verdünnung) was wiederum für eine Positionierung des BSA im Innern der Konjugate und die Möglichkeit der partiellen Öffnung von Magnetitschichten durch Säurebehandlung spricht .
Die BSA- Konjugat-Präparation zeigt optisch weiterhin ihre braunschwarze Färbung, was für ihre magnetische Beweglichkeit spricht, während die Färbung der Konjugat-Präparation ohne BSA ihre Färbung nach Behandlung mit Oxalsäure völlig verloren hat (völlige Zerstörung der Teilchen) .
Beispiel 5
Analog Bsp. 2 werden magnetische Konjugate mit und ohne BSA präpariert .
Die Konjugate werden nach Waschung mit Wasser in 5ml Wasser suspendiert. 50 μl der Teilchensuspension werden mit 50 μl 5%iger Oxalsäure versetzt. Die Reaktion erfolgt 5 Min. bei Raumtemperatur. Nach ca. 2 Min. lösen sich die ohne BSA präparierten magnetischen Konjugate völlig auf. Nach 5 Min. werden die mit BSA präparierten Konjugate mittels eines Magneten von der Lösung abgetrennt, mehrmals mit Wasser gewaschen und in 50 μl Wasser resuspendiert.
Jeweils 1 μl der Überstände und der Konjugate werden analog Bsp.2 (einschließlich Positivkontrollen (BSA- Verdünnungsreihe), Negativkontrolle: Konjugate ohne Oxalsäurebehandlung) auf Nitrocellulose getüpfelt, mit mit Anti-BSA Antikörper (FITC-markiert) behandelt. Nach Waschung wird der NC-Streifen unter UV-Licht ausgewertet . Nur die BSA-Verdünnungsreihe (Positivkontrolle) und die mit Oxalsäure behandelten Konjugate (BSA-Konjugate) zeigen eine deutliche grüne Fluoreszenz.
Die Konjugate waren gut magnetisch abscheidbar und sind damit magnetisch und biologisch aktiv. Die Überstände nach der Oxalsäurebehandlung fluoreszieren ebenfalls nicht, was für eine hohe Stabilität des BSA in den Konjugaten spricht.
Beispiel 6
Analog zu Bsp 5 werden Konjugat-Präparationen durchgeführt. Die Säurebehandlung der Konjugate wird 5 Minuten bei Raumtemperatur mit 1% Oxalsäure durchgeführt, die Auswertung erfolgt mittels des NC- Streifentestes unter Verwendung des FITC-markierten Antikörpers gegen BSA. Die Ergebnissen werden mit denen von Bsp. 5 verglichen. Die präparierten, säurebehandelten magnetischen Konjugate zeigen eine starke Reaktion mit dem Antikörper. Nicht mit Säure behandelte Konjugate zeigen keine oder nur sehr schwache Reaktion mit dem Antikörper. Dies spricht für eine Freilegung und/ oder Aktivierung biologischer Funktionen durch die Behandlung mit Säuren.
Beispiel 7
Die Konjugat-Präparation erfolgt zunächst analog zu Bsp 2 ohne BSA. Danach werden die Teilchen 10 Minuten bei Zimmertemperatur mit einer BSA-Lösung (5mg/ml) inkubiert, mehrmals mit Wasser gewaschen, magnetisch abgetrennt und aliquotiert. Überstandsmessungen zeigen eine adsorptive Bindung von BSA. Aliqots der Teilchensuspension werden mit Säuren behandelt. Im NC-Streifentest werden säurebehandelte mit unbehandelten Konjugate und analog Bsp. 2 mit BSA präparierten Konjugate verglichen.
Die hier präparierten Konjugate zeigen keine Antikörperreaktion bzw. lösen sich in 5-1%-iger Oxalsäure völlig auf.
Dies spricht für einen völlig anderen Konjugat-Aufbau bei den durch nachträgliche Beschichtung mit BSA hergestellten Konjugaten im Vergleich zur Präparation der Konjugate unter Beteiligung von BSA.
Beispiel 8
Die Konjugat-Präparation erfolgt ausgehend von positiv geladenen, in Wasser dispergierten magnetischen Nanoteilchen. 2 ml einer 0,5 molaren (100g/l) wassrigen Nanoteilchen-Dispersion werden 10 Minuten bei Zimmertemperatur mit einer BSA-Lösung (5mg/ml) inkubiert, mehrmals mit Wasser gewaschen, magnetisch abgetrennt und aliquotiert. Überstandsmessungen ergeben eine deutliche Bindung von BSA. Aliqots der Konjugat- Suspension werden mit Säuren behandelt.
Im NC-Streifentest werden säurebehandelte mit unbehandelten Konjugate und analog Bsp. 2 mit BSA präparierten Konjugate verglichen. Die hier präparierten Konjugate zeigen keine bzw. sehr schwache Antikörperreaktion, lösen sich aber in 5-1%- iger Oxalsäure nicht völlig auf.
Die Säureresistenz spricht für einen anderen Konjugat- Aufbau als bei den durch nachträgliche Beschichtung (Bsp.7) hergestellten Konjugaten. Im Vergleich mit den unter Beteiligung von BSA während der Präparation hergestellten Konjugaten zeigen die hier hergestellten Konjugate aber eine wesentlich schwächere Antikörperreaktion. Dies weist auf eine andere Bindung der Biomoleküle bzw. eine andere Konjugat-Struktur in den Konjugaten hin.
Beispiel 9 Verkapselung von Peroxidase ohne Trägerprotein
1,3 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3 x 6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, werden mit 1ml PBS, die 150 Einheiten Alkalische Phosphatase (Röche) gemischt und mit 0,5ml konzentriertem Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden magnetischen Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 20 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch dreimal mit größeren Volumina Wasser wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile magnetische Konjugate, die Peroxidase enthalten. Aus Messungen der Enzymaktivität der Überstände kann kalkuliert werden, dass ca. 95% des Enzyms in den Konjugaten enthalten sein müssen. Die magnetischen Konjugate werden aliquotiert. Ein Teil des Konjugates wird 5 Minuten mit 3ml l%iger Oxalsäure behandelt. Und anschließend unter magnetischer Abscheidung mit Wasser 4x gewaschen. Die Enzymaktivität der Konjugate wird mittels eines Enzymaktivitätstestes unter Verwendung von BM blue POD Substrat (Röche) in Lösung (Mikrotiterplatte, lOOμl) vermessen. Die mit Oxalsäure behandelten Konjugate zeigen eine Enzymaktivität, die einer 1:5 Verdünnung des unbehandelten Enzymes entspricht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass während des aktivierenden Oxalsäureschrittes ein Teil des verkapselten Enzymes in der nicht magnetisch beweglichen Fraktion erscheint. Der Nachweis der Enzymaktivität der magnetisch beweglichen Konjugate kann über mehrere Tage bei Zimmertemperatur geführt werden.
Beispiel 10 Verkapselung von Peroxidase mit Trägerprotein
1,3 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl x 4H20, 54,7g FeCl3 x 6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, werden mit 1ml PBS, die 10 mg Humanserumalbumin (HSA) und 300 Einheiten Alkalische Phosphatase (Röche) gemischt und mit 0,5 ml konzentriertem Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden magnetischen Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 20 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch dreimal mit größeren Volumina Wasser wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile magnetische Konjugate, die Peroxidase enthalten. Aus Messungen der Enzymaktivität der. Überstände kann kalkuliert werden, dass ca. 80% des Enzyms in den Konjugaten enthalten sein müssen. Die magnetischen Konjugate werden aliquotiert. Ein Teil des Konjugates wird 5 Minuten mit 3 ml l%iger Oxalsäure behandelt. Und anschließend unter magnetischer Abscheidung mit Wasser 4x gewaschen. Die Enzymaktivität der Konjugate wird mittels eines Enzymaktivitätstestes unter Verwendung von BM blue POD Substrat (Röche) in Lösung (Mikrotiterplatte, lOOμl) vermessen. Die mit Oxalsäure behandelten Konjugate zeigen eine Enzymaktivität, die einer 1:4 Verdünnung des unbehandelten Enzymes entspricht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass während des aktivierenden Oxalsäureschrittes ein Teil des verkapselten Enzymes in der nicht magnetisch beweglichen Fraktion erscheint. Der Nachweis der Enzymaktivität der magnetisch beweglichen Konjugate kann über mehrere Tage bei Zimmertemperatur geführt werden.
Beispiel 11
Verkapselung von Alkalischer Phosphatase ohne Trägerprotein
1,3 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3 x 6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, werden mit 1ml PBS, die lOμl (150 Einheiten) Alkalische Phosphatase (Röche) gemischt und mit 0 , 5 ml konzentriertem Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden magnetischen Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch viermal mit 40 ml Wasser wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile magnetische Konjugate, die Alkalische Phosphatase enthalten. Aus Messungen der Enzymaktivität der Überstände kann kalkuliert werden, dass ca. 90% des Enzyms in den Konjugaten enthalten sein müssen. Die magnetischen Konjugate werden aliquotiert. Ein Teil des Konjugates wird 10 Minuten mit 5ml 0,l%iger Oxalsäure behandelt. Und anschließend unter magnetischer Abscheidung mit Wasser 4x gewaschen.
Die Enzymaktivität der Konjugate wird mittels eines
Enzymaktivitätstestes unter Verwendung von BM purple
Alkalische Phosphatase Substrats (Röche) in Lösung
(Mikrotiterplatte, 200μl) vermessen. Die mit Oxalsäure behandelten Konjugate zeigen eine Enzymaktivität, die einer 1:10 Verdünnung des unbehandelten Enzymes entspricht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass während des aktivierenden Oxalsäureschrittes ein Teil des verkapselten Enzymes in der nicht magnetisch beweglichen Fraktion erscheint. Der Nachweis der Enzymaktivität der magnetisch beweglichen Konjugate kann über mehrere Tage bei Zimmertemperatur geführt werden.
Beispiel 12
Verkapselung von Alkalischer Phosphatase mit
Trägerprotein
1,3 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3 x 6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, werden mit 1ml PBS, die 5mg Humanserumalbumin (HSA) und lOμl (150 Einheiten) Alkalische Phosphatase (Röche) gemischt und mit 0,5 ml konzentriertem Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden magnetischen Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch viermal mit 40 ml Wasser wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile magnetische Konjugate, die Alkalische Phosphatase enthalten. Aus Messungen der Enzymaktivität der Überstände kann kalkuliert werden, dass ca. 90% des Enzyms in den Konjugaten enthalten sein müssen. Die magnetischen Konjugate werden aliquotiert. Ein Teil des Konjugates wird 10 Minuten mit 5 ml 0,l%iger Oxalsäure behandelt. Und anschließend unter magnetischer Abscheidung mit Wasser 4x gewaschen. Die Enzymaktivität der Konjugate wird mittels eines Enzymaktivitätsteεtes unter Verwendung von BM purple Alkalische Phosphatase Substrats (Röche) in Lösung (Mikrotiterplatte, 200μl) vermessen. Die mit Oxalsäure behandelten Konjugate zeigen eine Enzymaktivität, die einer 1:8 Verdünnung des unbehandelten Enzymes entspricht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass während des aktivierenden Oxalsäureschrittes ein Teil des verkapselten Enzymes in der nicht magnetisch beweglichen Fraktion erscheint. Der Nachweis der Enzymaktivität der magnetisch beweglichen Konjugate kann über mehrere Tage bei Zimmertemperatur geführt werden.
Beispiel 13
Verkapselung von Glukoseoxidase ohne Trägerprotein
2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3 x
6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, werden mit 1ml PBS, die 8 mg (260 Einheiten/ml) Glukoseoxidase (GOD)
(Serva) gemischt und mit 1ml konzentriertem Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden magnetischen Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch viermal mit 40 ml Wasser wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile magnetische Konjugate, die Glukoseoxidase enthalten. Die magnetischen Konjugate werden aliquotiert. Ein Teil des Konjugates wird 10 Minuten mit 5 ml 0,l%iger Oxalsäure behandelt, und anschließend unter magnetischer Abscheidung mit Wasser 4x gewaschen. Die Enzymaktivität der Konjugate wird mittels eines Enzymaktivitätstestes unter Verwendung von o-Dianisidin als Farbsubstrat und Peroxidase als Zweitenzym in Lösung bestimmt. Die Auswertung erfolg mittels Spektralphotometer bei 436 nm. Die magnetisch beweglichen Konjugate zeigen nach Renaturierung bei 4°C über Nacht deutliche Enzymaktivität. Beispiel 14
Verkapselung von Glukoseoxidase mit Trägerprotein
2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3 x 6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, werden mit 1ml PBS, die 5 mg Humanserumalbumin (HSA) und 4 mg (260 Einheiten/ml) Glukoseoxidase (GOD) (Serva) gemischt und mit 1ml konzentriertem Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden magnetischen Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30 ml Wasser versetzt', geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch viermal mit 40 ml Wasser wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile magnetische Konjugate, die Glukoseoxidase enthalten. Die magnetischen Konjugate werden aliquotiert. Ein Teil des Konjugates wird 10 Minuten mit 5 ml 0,l%iger Oxalsäure behandelt. und anschließend unter magnetischer Abscheidung mit Wasser 4x gewaschen. Die Enzymaktivität der Konjugate wird mittels eines Enzymaktivitätstestes unter Verwendung von o-Dianisidin als Farbsubstrat und Peroxidase als Zweitenzym in Lösung bestimmt. Die Auswertung erfolg' mittels Spektralphotometer bei 436 nm. Die magnetisch beweglichen Konjugate zeigen deutliche Enzymaktivität.
Beispiel 15
Verkapselung von Nukleinsäurefragmenten mit
Trägerprotein
2 ml einer Lösung von HSA (Humanserumalbumin, 0,5 mg/ml) und beschallter FITC-markierter Heringssperma- DNA (0,5 mg/ml) werden mit 1 ml konzentriertem Ammoniak vermischt . Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, versetzt und umgeschüttelt.
Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch dreimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Konjugate, dieHSA und Heringssperma-DNA enthalten. Die Konjugat- Präparation wird analog der Präparation aus Bsp. 2 aliquotiert, auf NC getüpfelt, säurebehandelt und mit einem Peroxidase-markierten Antikörper gegen FITC inkubiert. Nach PBS Waschung wird mittels ECL- Nachweissystem auf Peroxidaseaktivität geprüft. Die FITC-markierte DNA ist in den säurebehandelten Präparationen deutlich nachweisbar. Die DNA kann in einem Hybridisationsassay mit 32P-markierter homologer DNA in einer Verdünnung bis 1:104 nachgewiesen werden.
Beispiel 16
Verkapselung von Nukleinsäurefragmenten ohne Trägerprotein
2 ml einer Lösung beschallter FITC-markierter Heringssperma-DNA (0,5 mg/ml) werden mit 1ml konzentriertem Ammoniak vermischt.
Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, versetzt und umgeschüttelt. Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch zweimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Konjugate, die Heringssperma-DNA enthalten. Die Konjugat-Präparation wird analog der Präparation aus Bsp. 2 aliquotiert, auf NC getüpfelt, säurebehandelt und mit einem Peroxidase- markierten Antikörper gegen FITC inkubiert. Nach PBS Waschung wird mittels ECL-Nachweissystem auf Peroxidaseaktivität geprüft. Die FITC-markierte DNA ist in den säurebehandelten Präparationen deutlich nachweisbar. Die DNA kann in einem Hybridisationsassay mit 32P-markierter homologer DNA in einer Verdünnung bis 1:104 nachgewiesen werden.
Beispiel 17
Verkapselung von Antibiotika (Kanamycin) mit Trägerprotein
2 ml einer Lösung von HSA (Humanserumalbumin, 0,5 mg/ml) und Kanamycinsulfat (20 mg/ml) werden mit 1ml konzentriertem Ammoniak vermischt .Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, versetzt und umgeschüttelt .Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch dreimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Konjugate, die HSA und Kanamycin enthalten. Die Konjugat- Präparation wird aliquotiert und die Aliquots mit unterschiedlichen Konzentrationen Oxalsäure (0,01% 10 %) 3 Min. behandelt und anschließend mit jeweils 30 ml Wasser dreimal gewaschen. Aliquots der
Präparationen werden auf Nähragarplatten aufgetüpfelt .
Die Agarplatten werden mit einer Bakterienkultur
(Kanamycin-empfindlich) beimpft und über Nacht bei 37°C bebrütet. Die saürebehandelten Präparationen zeigen eine deutliche Hemmung des Bakterienwachstums um den Auftragungsort der magnetischen Präparate. Die höchste Hemmung wird durch Präparate nach Behandlung mit 0,1-1% Oxalsäure erzielt.
Beispiel 18
Verkapselung von Antibiotika (Ampicillin) mit
Trägerprotein
2ml einer Lösung von HSA (Humanserumalbumin, 0,5 mg/ml) und Kanamycinsulfat (10 mg/ml) werden mit 1ml konzentriertem Ammoniak vermischt .Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:10 verdünnt, versetzt und umgeschüttelt .Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch dreimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Konjugate, die HSA und Ampicillin enthalten. Die Konjugat- Präparation wird aliquotiert und die Aliquots mit unterschiedlichen Konzentrationen Oxalsäure (0,01%-10%) 3 Minuten behandelt und anschließend mit jeweils 30 ml Wasser dreimal gewaschen. Aliquots der Präparationen werden auf Nähragarplatten aufgetüpfelt . Die
Agarplatten werden mit einer Bakterienkultur
(Ampicillin-empfindlich) beimpft und über Nacht bei
37°C bebrütet. Die saürebehandelten Präparationen zeigen eine deutliche Hemmung des Bakterienwachstums um den Auftragungsort der magnetischen Präparate. Die höchste Hemmung wird durch Präparate nach Behandlung mit 0,05%-l% Oxalsäure erzielt. Beispiel 19
Verkapselung von Bakterienzellen
2 ml einer Nährlösung, die 106 E.coli Zellen (Ampicillin-resistenter Stammm) enthalten werden mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, versetzt, umgeschüttelt und danach mit 1ml Ammoniak versetzt. Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch dreimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Konjugate, die E.coli- Zellen enthalten. Die Konjugat-Präparation wird aliquotiert und die Aliquots mit unterschiedlichen Konzentrationen Oxalsäure (0,01% -10%) 3 Min. behandelt und anschließend mit jeweils 30 ml Wasser dreimal gewaschen. Aliquots der Präparationen werden auf Nähragarplatten, die Ampicillin enthalten, überimpft. Die Agarplatten werden 2 Tage bei 37°C bebrütet. Parallel werden Agarplatten ohne Zellen, Magnetit- Präparationen ohne Zellen und Präparationen ohne Säurebehandlung als Kontrolle mitgeführt. Die saürebehandelten Präparationen zeigen eine kolonieförmiges Bakterienwachstum. Das höchste Bakterienwachstum wird durch Präparate nach Behandlung mit 0,1-1% Oxalsäure erzielt.
Beispiel 20 Verkapselung von Farbstoffen (Dextranblau) mit Trägerprotein, Oxalsäurebehandlung
2 ml einer Lösung von HSA (Humanserumalbumin, 5 mg/ml) und Dextranblau (10 mg/ml) werden mit 1 ml konzentriertem Ammoniak vermischt. Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:10 verdünnt, versetzt und durchmischt. Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt . Der Vorgang wird noch dreimal wiederholt . Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Magnetit- Konjugate, die HSA und Dextranblau enthalten. Die Waschlösungen werden spektralphotometrisch vermessen und die Menge des verkapselten Farbstoffes kalkuliert. Die Kalkulation ergibt, dass ca. 70% des Dextranblaus mittels Magnetit verkapselt wurden. Die Konjugat- Präparation wird aliquotiert und die Aliquots mit unterschiedlichen Konzentrationen Oxalsäure (0,01%
10%) 3 Min. behandelt und anschließend mit jeweils 30 ml Wasser dreimal gewaschen. Eine Probe bleibt unbehandelt. Die Magnetit-Konjugate werden in 1ml destilliertes Wasser aufgenommen und in Eppendorfröhrchen überführt . Die Proben werden zunächst 3 Stunden bei Zimmertemperatur und danach bei 4°C über Nacht gelagert. Danach werden die Magnetit-Konjugate mittels Magnet von den Überständen abgetrennt und diese spektralphotometrisch vermessen. Nach dieser Lagerung befindet sich kein Dextranblau in den Überständen der säurebehandelten und der unbehandelten Präparationen. Anschließend werden die Proben zwei Stunden bei 80 °C gemeinsam im Wasserbad erhitzt, die Magnetit-Konjugate erneut mittels Magnet von den Überständen getrennt und vermessen. Nur bei den säurebehandelten Magnetit-HSA- Dextranblau-Konjugaten kann eine deutliche Blaufärbung der Überstände nachgewiesen werden, während die nicht mit Säure behandelten Präparationen kein Dextranblau in den Überstand abgeben. Die stärkste Freisetzung von Farbstoff wird bei einer Oxalsäurekonzentration von 0,05-4% gemessen. Auch diese Experimente sprechen für eine völlig veränderte Struktur der säurebehandelten Magnetitkonjugate mit geöffneten Porenstrukturen.
Beispiel 21
Verkapselung von Farbstoffen (Dextranblau) mit
Trägerprotein, Salzsäurebehandlung
2 ml einer Lösung von HSA (Humanserumalbumin, 5 mg/ml) und Dextranblau (10 mg/ml) werden mit 1ml konzentriertem Ammoniak vermischt. Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl x 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:10 verdünnt, versetzt und durchmischt. Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch dreimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Magnetit-Konjugate, die HSA und Dextranblau enthalten. Die Waschlösungen werden spektralphotometrisch vermessen und die Menge des verkapselten Farbstoffes kalkuliert. Die Kalkulation ergibt, dass ca. 70% des Dextranblaus mittels Magnetit verkapselt wurden. Die Konjugat-Präparation wird aliquotiert und die Aliquots mit unterschiedlichen Konzentrationen Salzsäure (0,01n -In) 3 Minuten behandelt und anschließend mit jeweils 30 ml Wasser dreimal gewaschen. Eine Probe bleibt unbehandelt. Die Magnetit-Konjugate werden in 1 ml destilliertes Wasser aufgenommen und in Eppendorf- röhrchen überführt . Die . Proben werden zunächst 3 Stunden bei Zimmertemperatur und danach bei 4°C über Nacht gelagert. Danach werden die Magnetit-Konjugate mittels Magnet von den Überständen abgetrennt und diese spektralphotometrisch vermessen. Nach dieser Lagerung befindet sich kein Dextranblau in den Überständen der säurebehandelten und der unbehandelten Präparationen. Anschließend werden die Proben zwei Stunden bei 80°C gemeinsam im Wasserbad erhitzt, die Magnetit-Konjugate erneut mittels Magnet von den Überständen getrennt und vermessen. Nur bei den säurebehandelten Magnetit-HSA- Dextranblau-Konjugaten kann eine deutliche Blaufärbung der Überstände nachgewiesen werden, während die nicht mit Säure behandelten Präparationen kein Dextranblau in den Überstand abgeben. Die stärkste Freisetzung von Farbstoff wird bei einer Salzsäurekonzentration von 0,1 bis 0,3n gemessen. Auch diese Experimente sprechen für eine völlig veränderte Struktur der säurebehandelten Magnetitkonjugate mit geöffneten Porenstrukturen.
Beispiel 22
Verkapselung von Farbstoffen (Bromphenolblau) mit Trägerprotein, Oxalsäurebehandlung
2 ml einer Lösung von HSA (Humanserumalbumin, 5 mg/ml) und Bromphenolblau (10 mg/ml) werden mit 1ml konzentriertem Ammoniak vermischt. Die alkalische Lösung wird mit 2 , 6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H0, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:10 verdünnt, versetzt und durchmischt. Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit
30 ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch dreimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Magnetit-Konjugate, die HSA und Bromphenolblau enthalten. Die Waschlösungen werden spektralphotometrisch vermessen und die Menge des verkapselten Farbstoffes kalkuliert. Die Kalkulation ergibt, dass ca. 60% des Bromphenolblaus mittels Magnetit verkapselt wurden. Die Konjugat-Präparation wird aliquotiert und die Aliquots mit unterschiedlichen Konzentrationen Oxalsäure (0,01%-10%) 3 Min. behandelt und anschließend mit jeweils 30 ml Wasser dreimal gewaschen. Eine Probe bleibt unbehandelt. Die Magnetit-Konjugate werden in lml destilliertes Wasser aufgenommen und in Eppendorfröhrchen überführt. Die Proben werden zunächst 3 Stunden bei Zimmertemperatur und danach bei 4°C über Nacht gelagert. Danach werden die Magnetit-Konjugate mittels Magnet von den Überständen abgetrennt und diese spektralphotometrisch vermessen. Nach dieser Lagerung befindet sich kein Bromphenolblau in den Überständen der säurebehandelten und der unbehandelten Präparationen. Anschließend werden die Proben zwei Stunden bei 80°C gemeinsam im Wasserbad erhitzt, die Magnetit-Konjugate erneut mittels Magnet von den Überständen getrennt und vermessen. Nur bei den säurebehandelten Magnetit-HSA-Bromphenolblau-Konjugaten kann eine Blaufärbung der Überstände nachgewiesen werden. Die stärkste Freisetzung von Farbstoff wird bei einer Oxalsäurekonzentration von 0,05-4% gemessen. Auch diese Experimente sprechen für eine völlig veränderte Struktur der säurebehandelten Magnetitkonjugate mit geöffneten Porenstrukturen.
Beispiel 23
Verkapselung von Proteinen mit zusätzlichen funktioneilen Gruppen, immunologischer Nachweis
2 ml einer Lösung von FITC-markiertem BSA (Rinderserumalbumin, 5 mg/ml) werden mit 1 ml ammoniakalischer Lösung • vermischt. Die alkalische Lösung wird mit 2,6 ml Fe-Stammlösung (21g FeCl2 x 4H20, 54,7g FeCl3x6H20 + 200 ml H20) , 1:20 verdünnt, versetzt und durchmischt.
Die schwarz ausfallenden Konjugate werden sofort mittels eines Magneten abgetrennt und mit 30ml Wasser versetzt, geschüttelt und wieder magnetisch abgetrennt. Der Vorgang wird noch zweimal wiederholt. Der gewaschene Niederschlag enthält stabile Konjugate, die FITC-BSA enthalten. Die Konjugat-Präparation wird aliquotiert. Eine Probe bleibt unbehandelt, andere werden mittels unterschiedlicher Konzentrationen (0,1- 5%) Oxalsäure behandelt und anschließend dreimal mit je 30 ml Wasser gewaschen, in lml Wasser aufgenommen und in ein Eppendorfröhrchen überführt. Jeweils 3 μl der Präparate werden analog zu Bsp. 2 auf Nitrocellulose getüpfelt und mit einem Peroxidase-markierten Antikörper gegen FITC inkubiert. Nach PBS Waschung wird mittels ECL-System auf Peroxidaseaktivität (Auswertung über Chemolumineszenz) geprüft: Wie in Bsp. 2 arbeiten alle Positiv- und Negativkontrollen korrekt. Nur die mit Oxalsäure behandelten Präparationen zeigen deutliche Signale. Das heißt der gegen FITC gerichtete Antikörper konnte das FITC am BSA erreichen und immunologisch erkennen. Die optimale Oxalsäure- konzentration liegt bei 0,1-1%.

Claims

Patentanprüche
1. Bioaktive und biokompatible Konjugate mit magnetischen Eigenschaften, gekennzeichnet dadurch, dass sie Netzstrukturen mit superparamagnetischen oder ferromagnetischen Eigenschaften aufweisen, die teilweise aus Biomolekülen und/oder Zellen, die gegebenenfalls Ankergruppen enthalten, und einer oder mehreren von Hohlräumen durchbrochenen, vernetzten Schichten, durch die die Biomoleküle und/oder Zellen biochemisch erreichbar sind und die teilweise aus magnetischen Eisenoxiden oder
Mischoxiden der Formel MeO-Fe203 bestehen, wobei Me zweiwertige Metallionen von Fe, Ba, Sr, Mn, Zn oder Co und Fe203 γ- Fe203 oder magnetische Reinmetalle, wie Cobalt und Eisen sind, aufgebaut sind.
Bioaktive und biokompatible Konjugate nach
Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass die Biomoleküle und/oder Zellen biokompatibel sind.
Bioaktive und biokompatible Konjugate nach Anspruch
1 oder 2 , gekennzeichnet dadurch, dass die Biomoleküle und/oder Zellen bioaktiv sind.
4. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , gekennzeichnet dadurch, dass die Biomoleküle und/oder Zellen pharmakologisch wirksam sind.
5. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Biomoleküle pharmakologisch wirksame
Moleküle, wie Cancerostatika sind.
6. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Biomoleküle synthetische und/oder natürliche Oligomere oder Polymere, wie z.B. Peptide und/oder Proteine und/oder Nukleinsäurefragmente und/oder Nukleinsäuren und/oder Oligo- oder Polysaccharide sind.
7. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach einem der Ansprüche 1 bis 6, \ gekennzeichnet dadurch, dass die Zellen Bakterienzellen oder humane Zellen, die bioaktiv sein können, sind.
8. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach einem der -Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass die Ankergruppen ionisch bindende Gruppen und/oder chelatbildende Gruppen und/oder kovalent bindende Gruppen und/oder über biologische Affinität bindende Gruppen, wie z.B. Biotin, und oder Antikörperbindende Gruppen und/oder
Fluoreszenzfarbstoffe sind, die zur Weiterreaktion der Biomoleküle und/oder Zellen geeignet sind.
9. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Volumenkonzentration der magnetischen Eisenoxide oder Mischoxide 0,0001% bis 10 Vol%, insbesondere 0,01 % bis 1 Vol %, beträgt.
10. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Kernteilchengröße der magnetischen Komponente 1-1000 nm beträgt.
11. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach 1, gekennzeichnet dadurch, dass die durchbrochenen, vernetzten Schichten, die teilweise aus der magnetischen Komponente bestehen, von Hohlräumen, die einen Durchmesser von 0,1 nm bis 1000 nm besitzen, durchbrochen sind.
12. Bioaktive und biokompatible Konjugate nach 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Konjugate in dispergierter Form in wassrigen oder mit Wasser mischbaren Lösungen vorliegen, wobei die Teilchengröße der Konjugate in Kugelform von lnm bis 500 μm oder als ausgedehnte Objekte bis zu 10 cm Länge und Breite beträgt.
13. Verfahren zur Herstellung von bioaktiven und biokompatiblen Konjugaten mit magnetischen Eigenschaften, gekennzeichnet dadurch, dass gegebenenfalls Ankergruppen enthaltene Biomoleküle und/oder Zellen mit einer Lösung, die Metallsalze enthält, vermischt werden und das Gemisch auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt wird, bzw. die gegebenenfalls mit Ankergruppen versehenen Biomoleküle und/oder Zellen auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt werden und mit einer Lösung, die Metallsalze enthält, vermischt werden, die entstandenen magnetisch beweglichen separierbaren Konjugate anschließend ggf. gewaschen und danach mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt werden, die die unmagnetischen und/oder magnetischen oxidischen Bestandteile partiell auflösen.
14. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass gegebenenfalls mit Ankergruppen versehene
Biomoleküle und/oder Zellen mit einer Lösung, die zweiwertige Metallionen und dreiwertige Eisenionen enthält, vermischt werden und das Gemisch auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt wird, bzw. die gegebenenfalls mit Ankergruppen versehenen
Biomoleküle und/oder Zellen auf einen alkalischen pH-Wert eingestellt werden und mit einer Lösung, die zweiwertige Metallionen und dreiwertige Eisenionen enthält, vermischt werden, die entstandenen magnetisch beweglichen separierbaren
Konjugate anschließend ggf. gewaschen und mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt werden, die die oxidischen Bestandteile partiell auflösen.
15. Verfahren zur Herstellung von bioaktiven und biokompatiblen Konjugaten mit magnetischen Eigenschaften, gekennzeichnet dadurch, dass vorgebildete magnetisch separierbare Konjugate mit
Biomolekülen und/oder Zellen, die ggf . mit
Ankergruppen versehen sind, inkubiert werden und danach mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt werden, die die oxidischen Bestandteile partiell auflösen.
16. Verfahren zur Herstellung von bioaktiven und biokompatiblen Konjugaten mit magnetischen
Eigenschaften, gekennzeichnet dadurch, dass vorgebildete magnetisch separierbare Konjugate mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt werden, die die Oxidabscheidung partiell auflösen und danach mit Biomolekülen und/oder Zellen, die ggf. mit Ankergruppen versehen sind, inkubiert werden und anschließend ggf. gewaschen und magnetisch separiert werden.
17. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass positiv geladene, in Wasser dispergierte magnetische Nanoteilchen mit Biomolekülen und/oder Zellen vermischt werden, anschließend ggf . gewaschen werden und die magnetisch separierbaren Konjugate mit chemischen Substanzen, bzw. mit physikalischen, physiko-chemischen oder biochemischen Methoden behandelt werden, die die Oxidabscheidung partiell auflösen.
18. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als ggf. mit Ankergruppen versehenen Biomoleküle
Proteine eingesetzt werden.
19. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 18, gekennzeichnet dadurch, dass als Proteine Serumproteine eingesetzt werden.
20. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 18, gekennzeichnet dadurch, dass als Proteine Albumine eingesetzt werden.
21. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 20, gekennzeichnet dadurch, dass als Albumin Humanserumalbumin eingesetzt werden.
22. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 18, gekennzeichnet dadurch, dass als Proteine Enzyme eingesetzt werden.
23. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als ggf . mit Ankergruppen versehenen Biomoleküle
Nukleinsäuren oder deren Fragmente eingesetzt werden.
24. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach einem der -Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als Ankergruppen ionisch bindende und /oder chelatbildende Gruppen und/oder zur kovalenten Bindung befähigte Gruppen und/oder über biologische Affinität bindende Gruppen, wie Biotin, und/oder zur .Bindung von Antikörpern befähigte Gruppen und/oder Fluoreszenzfarbstoffe eingesetzt werden.
25. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 24, gekennzeichnet dadurch, dass als Ankergruppe fluoreszeinhaltige Gruppen eingesetzt werden.
26. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass als Schwermetallsalzlösung Eisen(II)- und Eisen(III) -Salze enthaltende Lösungen eingesetzt werden.
27. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass als Metallsalzlösung Kobalt- oder Nickel-Salze enthaltende Lösungen eingesetzt werden.
28. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 13, gekennzeichnet dadurch, dass der alkalische pH-Wert durch Zugabe von konzentriertem Ammoniumhydroxyd NaOH oder KOH eingestellt wird.
29. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als Substanzen, die die Metalloxidabscheidungen partiell auflösen, organische oder anorganische Säuren verwendet werden.
30. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach einem der Ansprüche
13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als Substanzen, die die Metalloxidabscheidungen partiell auflösen, organische Säuren, wie
Citronensäure, Weinsäure und Oxalsäure verwendet werden.
31. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 29, gekennzeichnet dadurch, dass
Oxalsäure in einer Konzentration von 10- 0,1 % eingesetzt wird.
32. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach Anspruch 29, gekennzeichnet dadurch, dass
Oxalsäure bei einer Temperatur von 0°C-50°C eingesetzt wird.
33. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als Substanzen, die die Metalloxidabscheidungen partiell auflösen, anorganische Säuren, wie Salzsäure, verwendet werden.
34. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach einem der Ansprüche
13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als physikalische Methode, die die Metalloxidabscheidungen partiell auflösen, Ionenstrahl- und/oder Laserstrahltechniken, verwendet werden.
35. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biocompatibler Konjugate nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als physiko-chemische Methoden, die die Metalloxidabscheidungen partiell auflösen, elektrochemische Methoden, verwendet werden.
36. Verfahren zur Herstellung bioaktiver und biokompatibler Konjugate nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass als biochemische Methoden, die die
Metalloxidabscheidungen partiell auflösen, Bio- Korrosions-Methoden, verwendet werden.
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