JP7535407B2 - Simple analytical technique that enables visual determination using nanoparticles - Google Patents
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Description
本発明は、ナノスケールの粒子(以下、ナノ粒子)に検査対象物質に対して親和性を有する分子(以下、親和性分子)を標識し(この標識されたナノ粒子を、以下、ナノ粒子プローブとする)、溶液中において、本ナノ粒子プローブと検査対象物質との結合によって発生するナノ粒子の凝集と、それに伴うナノ粒子の沈殿による濁度低下より、検査対象物質の検出を可能とする分析技術(以下、視認分析技術)に関するものである。 The present invention relates to an analytical technology (hereinafter, visual analytical technology) that enables detection of a test target substance by labeling nanoscale particles (hereinafter, nanoparticles) with molecules (hereinafter, affinity molecules) that have affinity for the test target substance (the labeled nanoparticles are hereinafter referred to as nanoparticle probes), and agglomerating the nanoparticles in solution due to binding between the nanoparticle probe and the test target substance, and then detecting the test target substance by the decrease in turbidity caused by the precipitation of the nanoparticles.
目視にて検査対象物質の存在を特異的に判定できる解析技術としては、金ナノ粒子を使用した方法が開示されている(非特許文献1)。金ナノ粒子は、凝集体を形成すると、共鳴する光の波長が長波長側にシフトし、溶液は赤色から紫色ないし青色へと変化する。この金ナノ粒子の凝集に伴う色調変化を利用して、様々な分子センシングへの展開が試みられている。その中で最も広く使用されている仕組みは、粒子間を検査対象物質が橋渡しをするような形、すなわち架橋反応である。親和性分子を多数固定化した金ナノ粒子が多点で反応し、互いに結合すれば金ナノ粒子が三次元的に網目状につながった集合体が形成されることとなる。特定の分析対象が存在するときのみ凝集と、それに伴う色調変化が起こるので検査対象物質のセンシングが可能となる。 A method using gold nanoparticles has been disclosed as an analytical technique that can visually determine the presence of a substance to be tested specifically (Non-Patent Document 1). When gold nanoparticles form aggregates, the wavelength of light that resonates with them shifts to the long wavelength side, and the solution changes from red to purple or blue. Attempts have been made to develop various molecular sensing applications by utilizing the color change that accompanies the aggregation of gold nanoparticles. The most widely used mechanism is a cross-linking reaction in which the substance to be tested acts as a bridge between particles. When gold nanoparticles with many affinity molecules immobilized thereon react at multiple points and bind to each other, an aggregate in which the gold nanoparticles are connected in a three-dimensional mesh pattern is formed. Aggregation and the associated color change occur only when a specific analyte is present, making it possible to sense the substance to be tested.
検査対象物質が遺伝子の場合、検査対象遺伝子と相補的な配列を有する核酸プローブを標識した金ナノ粒子を親和性分子として使用し、核酸プローブと標的遺伝子とのハイブリダイゼーションによって金ナノ粒子が架橋された結果、金ナノ粒子の凝集と、それに伴う反応液の色調変化が発生し、その変化を視認することによって標的遺伝子の有無を判定する方法が開示されている2)。 When the substance to be tested is a gene, a method has been disclosed in which gold nanoparticles labeled with a nucleic acid probe having a sequence complementary to the gene to be tested are used as affinity molecules, and the gold nanoparticles are cross-linked by hybridization between the nucleic acid probe and the target gene, resulting in aggregation of the gold nanoparticles and an accompanying change in color of the reaction solution, and the presence or absence of the target gene can be determined by visually observing this change2 ) .
検査対象物質がタンパク質の場合、検査対象タンパクを抗原とする抗体を親和性分子として標識した金ナノ粒子を使用し(非特許文献2)、抗体と抗原の結合によって金ナノ粒子が架橋された結果、金ナノ粒子の凝集と、それに伴う反応液の色調変化が発生し、その変化からタンパク質の有無を判定する方法が開示されている(非特許文献3)。 When the substance to be tested is a protein, a method has been disclosed in which gold nanoparticles labeled with an antibody that uses the target protein as an antigen as an affinity molecule are used (Non-Patent Document 2), and the gold nanoparticles are crosslinked by the binding of the antibody and antigen, resulting in aggregation of the gold nanoparticles and an accompanying change in the color of the reaction solution, and the presence or absence of the protein can be determined from this change (Non-Patent Document 3).
上記の方法における色調変化は、分光光度計を用いた場合には良好な判定が可能であるものの、目視にて確実に判定するほどには大きくないため、検査の精度は判定者の経験や感覚に依存する割合が大きく、十分な検査精度を担保できないという課題を有する。 The color change in the above method can be judged well when a spectrophotometer is used, but is not so great that it can be judged reliably by visual inspection. Therefore, the accuracy of the test depends largely on the experience and sense of the person who judges, and there is an issue that sufficient test accuracy cannot be guaranteed.
その他の目視にて検査対象物質の存在を特異的に判定できる解析技術としては、微小粒子を使用した方法(以下、粒子凝集法)が挙げられる。微小粒子としては、ラテックスビーズが汎用される。本方法では、金ナノ粒子を用いた方法と同様、粒子表面に親和性分子を修飾し、検査対象物質が橋渡しをする架橋反応によって凝集体を形成させるが、この形成によって、ラテックス粒子が沈殿し、反応液の濁度が著しく低下する。この濁度低下により、目視にて検査対象物質の有無を判定することができる(非特許文献4)。 Other analytical techniques that can specifically determine the presence of a test substance by visual inspection include a method using microparticles (hereinafter referred to as the particle agglutination method). Latex beads are commonly used as microparticles. In this method, similar to the method using gold nanoparticles, affinity molecules are modified on the particle surface, and aggregates are formed by a cross-linking reaction in which the test substance acts as a bridge. This formation causes the latex particles to precipitate, significantly reducing the turbidity of the reaction solution. This reduction in turbidity makes it possible to visually determine the presence or absence of the test substance (Non-Patent Document 4).
粒子凝集法において、目視にて正確な判定を行うためには、背景に対して鮮明なコントラストを与え得る必要があるため、粒子自体が着色されていることが望ましい。しかしながら、乳化重合により得られたラテックス粒子は通常白色のため、目視判定が困難であった。この課題を解決する目的で、樹脂に色素を添加することで着色されたラテックス粒子を製造する技術が開示されている(特許3391839)。しかしながら、色素の添加量を一定以上増やした場合、ラテックス粒子より色素が溶出し反応液が着色する可能性があり、また粒子の物理的強度が低下するため、その添加量には限りがあることから、より色調の濃い粒子を製造することは困難であった。 In the particle agglutination method, in order to make an accurate visual judgment, it is necessary to provide a clear contrast against the background, so it is desirable for the particles themselves to be colored. However, latex particles obtained by emulsion polymerization are usually white, making visual judgment difficult. In order to solve this problem, a technology has been disclosed for producing colored latex particles by adding a dye to a resin (Patent 3391839). However, if the amount of dye added is increased beyond a certain level, the dye may dissolve from the latex particles and color the reaction solution, and the physical strength of the particles will decrease, so there is a limit to the amount that can be added, making it difficult to produce particles with a darker color tone.
一方、粒子凝集法において、検査対象物質が同濃度であり、その結果として凝集体の大きさに差異が生じない場合、比重の小さい粒子を使用するよりも、比重の大きい粒子を使用したほうが、比重の大きい凝集体が形成されることから、より低い検査対象物質濃度にて沈殿が発生するものと推察される。また、比重の大きい凝集体を形成させるほど、凝集体の沈降速度は上昇し、濁度低下が速やかに生じるものと予想される。従って、粒子凝集法では、検査対象物質が存在しない場合、分析が完了するまで分散状態を担保可能な範囲において、使用する粒子の比重は大きいほうが検査対象物質を迅速かつ高感度に検出できると考えられる。しかしながら、現在汎用されるラテックス粒子の比重は、1を若干上回る程度となっていることから、もし、より比重の大きい粒子を粒子凝集法に適用することができれば、同法の高感度化、並びに迅速化に寄与する可能性が想定される。 On the other hand, in the particle agglutination method, if the test substance is at the same concentration and there is no difference in the size of the aggregates as a result, it is presumed that precipitation will occur at a lower concentration of the test substance when particles with a higher specific gravity are used than when particles with a lower specific gravity are used, because aggregates with a higher specific gravity will be formed. In addition, it is expected that the more aggregates with a higher specific gravity are formed, the higher the settling speed of the aggregates will be, and the more quickly the turbidity will decrease. Therefore, in the particle agglutination method, when the test substance is not present, it is thought that the test substance can be detected more quickly and with higher sensitivity by using particles with a higher specific gravity, within the range that can ensure a dispersed state until the analysis is completed. However, since the specific gravity of latex particles currently in general use is slightly above 1, it is expected that if particles with a higher specific gravity could be applied to the particle agglutination method, it could contribute to the high sensitivity and speed of the method.
以上を踏まえると、粒子凝集法において、検査対象物質を目視にて判定する場合、求められる粒子の要件としては、(1)粒子の色調が濃いこと、(2)検査対象物質が存在しない場合、分析が完了するまで分散状態を担保できる範囲において比重が大きいこと、の2点が重要であると推察された。 In light of the above, it was inferred that when using the particle agglutination method to visually determine the substance being tested, the two most important requirements for particles are that (1) the particles have a dark color, and (2) if the substance being tested is not present, the particles have a large specific gravity to the extent that they can maintain a dispersed state until the analysis is completed.
以上を踏まえ、本発明において解決しようとする課題は、上記の特性を有する粒子を粒子凝集法に適用することで、同法を、迅速、高感度、かつ明瞭に検査対象物質の有無を簡便な方法で判定可能な技術を改良することである。 In light of the above, the problem to be solved by this invention is to improve the particle agglutination method by applying particles having the above characteristics to the method, thereby enabling the rapid, highly sensitive, and clear determination of the presence or absence of the target substance in a simple manner.
樹脂粒子に複数の金属粒子が固定化された構造を有するナノスケールの粒子(以下、金属複合ナノ粒子)が開示されている(WO/2016/002742)。本開示技術に記載された金属複合ナノ粒子は、金属粒子の少なくとも一部が、樹脂粒子の表層部において三次元的に分布し、かつ三次元的に分布した金属粒子の一部が部分的に樹脂粒子外に露出しており、残りの一部が樹脂粒子に内包されている。そのため、樹脂粒子への局在型表面プラズモン吸収を発現する金属粒子の担持量が多い。従って、金属複合ナノ粒子は、着色されたラテックス粒子よりも濃い色を呈し、視認性、目視判定性、検出感度に優れた素材である。また、比重の大きい金属粒子が三次元的に保持されていることから、本粒子の比重は1.2~3.0と大きく、凝集反応により、鋭敏かつ短時間に粒子の沈殿が発生する可能性がある。このような特性から、金属複合ナノ粒子は、粒子凝集法に使用する粒子として、好適に適用できる可能性が予想される。しかしながら、上記金属複合ナノ粒子については、粒子凝集法に適用可能な粒子としての検証がこれまでなされておらず、その効果については明かにされていなかった。 Nanoscale particles (hereinafter, metal composite nanoparticles) having a structure in which multiple metal particles are fixed to resin particles have been disclosed (WO/2016/002742). In the metal composite nanoparticles described in this disclosure, at least a portion of the metal particles are distributed three-dimensionally on the surface layer of the resin particles, and a portion of the three-dimensionally distributed metal particles are partially exposed outside the resin particles, and the remaining portion is encapsulated in the resin particles. Therefore, the resin particles are loaded with a large amount of metal particles that exhibit localized surface plasmon absorption. Therefore, the metal composite nanoparticles are a material that exhibits a darker color than colored latex particles and has excellent visibility, visual judgment, and detection sensitivity. In addition, since the metal particles with a large specific gravity are held three-dimensionally, the specific gravity of the particles is large at 1.2 to 3.0, and the particles may precipitate sharply and in a short time due to the aggregation reaction. Due to these characteristics, it is expected that the metal composite nanoparticles can be suitably applied as particles to be used in particle aggregation methods. However, the above-mentioned metal composite nanoparticles have not yet been verified as particles that can be used in particle aggregation methods, and their effectiveness has not been made clear.
発明者らは、上記の金属複合ナノ粒子を粒子凝集法に適用し、検査対象物質の有無について目視判定が可能か検証したところ、汎用されるラテックス粒子と比較して、検査対象物質と親和性分子の架橋反応に基づく凝集・沈殿に伴う濁度低下を、明瞭、迅速、かつ高感度に判定可能であることを発見した。本発明は、かかる発見に基づきなされたものである。 The inventors applied the above-mentioned metal composite nanoparticles to a particle agglutination method to verify whether the presence or absence of the test substance could be visually determined. They discovered that, compared to commonly used latex particles, it was possible to clearly, quickly, and sensitively determine the decrease in turbidity associated with agglutination and precipitation due to the crosslinking reaction between the test substance and affinity molecules. The present invention was made based on this discovery.
本発明の要旨は以下の通りである。
(1)検査対象物質に親和性を有する分子(以下、「親和性分子」)を標識したナノスケールの粒子(以下、「ナノ粒子」)を溶液中で検査対象物質と反応させ、検査対象物質を介した架橋反応によりナノ粒子の凝集体を形成させ、凝集体形成に伴うナノ粒子の沈殿による溶液の濁度低下を測定することにより、検査対象物質の有無を判定することを含む、検査対象物質の検出方法。
(2)ナノ粒子が金属複合ナノ粒子である(1)記載の方法。
(3)ナノ粒子の比重が1.2~3.0である(1)又は(2)に記載の方法。
(4)ナノ粒子の色が白よりも明度が低い色である(1)~(3)のいずれかに記載の方法。
(5)ナノ粒子の色が黒である(4)記載の方法。
(6)検査対象物質が特定の遺伝子配列を有する核酸であり、親和性分子が当該核酸に対して相補的な配列を有する核酸プローブである(1)~(5)のいずれかに記載の方法。
(7)検査対象物質がタンパク質であり、親和性分子が当該タンパク質の抗体、または当該タンパク質に標識された分子に親和性を有する分子である(1)~(5)のいずれかに記載の方法。
(8)親和性分子を標識したナノ粒子を含む、検査対象物質を検出するためのキットであって、親和性分子を標識したナノ粒子を溶液中で検査対象物質と反応させ、検査対象物質を介した架橋反応によりナノ粒子の凝集体を形成させ、凝集体形成に伴うナノ粒子の沈殿による溶液の濁度低下を測定することにより、検査対象物質の有無を判定する前記キット。
The gist of the present invention is as follows.
(1) A method for detecting a test substance, comprising reacting nanoscale particles (hereinafter referred to as "nanoparticles") labeled with molecules (hereinafter referred to as "affinity molecules") having affinity for the test substance in a solution with the test substance, forming nanoparticle aggregates through a cross-linking reaction mediated by the test substance, and determining the presence or absence of the test substance by measuring the decrease in turbidity of the solution due to precipitation of the nanoparticles accompanying the formation of the aggregates.
(2) The method according to (1), wherein the nanoparticles are metal composite nanoparticles.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the nanoparticles have a specific gravity of 1.2 to 3.0.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the nanoparticles have a color lower in brightness than white.
(5) The method according to (4), wherein the nanoparticles are black in color.
(6) The method according to any one of (1) to (5), wherein the substance to be tested is a nucleic acid having a specific gene sequence, and the affinity molecule is a nucleic acid probe having a sequence complementary to the nucleic acid.
(7) The method according to any one of (1) to (5), wherein the substance to be tested is a protein, and the affinity molecule is an antibody to the protein, or a molecule having affinity for a molecule labeled with the protein.
(8) A kit for detecting a substance to be tested, comprising nanoparticles labeled with affinity molecules, the kit determining the presence or absence of the substance to be tested by reacting the nanoparticles labeled with affinity molecules with the substance to be tested in a solution, forming nanoparticle aggregates through a cross-linking reaction mediated by the substance to be tested, and measuring the decrease in turbidity of the solution due to precipitation of the nanoparticles accompanying the formation of the aggregates.
本発明によれば、迅速、高感度、かつ明瞭に検査対象物質の有無を目視のような簡便な方法で判定可能となる。 The present invention makes it possible to quickly, sensitively, and clearly determine the presence or absence of a test target substance using a simple method such as visual inspection.
本発明の実施の態様について詳細に説明する。 The embodiment of the present invention will be described in detail.
本発明は、検査対象物質に親和性を有する分子(以下、「親和性分子」)を標識したナノスケールの粒子(以下、「ナノ粒子」)を溶液中で検査対象物質と反応させ、検査対象物質を介した架橋反応によりナノ粒子の凝集体を形成させ、凝集体形成に伴うナノ粒子の沈殿による溶液の濁度低下を測定することにより、検査対象物質の有無を判定することを含む、検査対象物質の検出方法を提供する。 The present invention provides a method for detecting a test substance, which comprises reacting nanoscale particles (hereinafter, "nanoparticles") labeled with molecules (hereinafter, "affinity molecules") having affinity for the test substance in a solution with the test substance, forming nanoparticle aggregates through a crosslinking reaction mediated by the test substance, and determining the presence or absence of the test substance by measuring the decrease in turbidity of the solution due to precipitation of the nanoparticles accompanying the formation of the aggregates.
検査対象物質は、腫瘍マーカー、シグナル伝達物質、ホルモン等のタンパク質(ポリペプチド、オリゴペプチド等を含む)、核酸(一本鎖又は二本鎖の、DNA、RNA、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、PNA(ペプチド核酸)等を含む)又は核酸を有する物質、糖(オリゴ糖、多糖類、糖鎖等を含む)又は糖鎖を有する物質、脂質などその他の分子などを例示することができる。核酸は、特定の遺伝子配列を有するものであるとよい。一本鎖DNAとして、ウイルス、逆転写産物(cDNA)などを例示することができ、一本鎖RNAとしては、NASBA法で得られるRNA、リボゾーマルRNAなどを例示することができる。 Examples of test subjects include proteins (including polypeptides, oligopeptides, etc.) such as tumor markers, signal transduction substances, and hormones, nucleic acids (including single-stranded or double-stranded DNA, RNA, polynucleotides, oligonucleotides, PNA (peptide nucleic acid), etc.) or substances having nucleic acids, sugars (including oligosaccharides, polysaccharides, sugar chains, etc.) or substances having sugar chains, lipids, and other molecules. It is preferable that the nucleic acid has a specific gene sequence. Examples of single-stranded DNA include viruses and reverse transcription products (cDNA), and examples of single-stranded RNA include RNA obtained by the NASBA method and ribosomal RNA.
検査対象物質は、生体試料(例えば、全血、血清、血漿、尿、唾液、喀痰、鼻腔又は咽頭拭い液、髄液、羊水、乳頭分泌液、涙、汗、皮膚からの浸出液、組織や細胞及び便からの抽出液等)、その他の試料(例えば、食品の抽出液、土壌、活性汚泥や堆肥からの抽出液、上水、下水、廃水、河川や湖沼の水、海水等)等に含まれるアナライトでありうる。必要に応じて、検査対象物質の検出に先立って、前記試料に含まれるアナライトを前処理してもよい。前処理としては、酸、塩基、界面活性剤等の各種化学薬品等を用いた化学的処理や、加熱・撹拌・超音波等を用いた物理的処理が挙げられる。アナライトが核酸の場合には、核酸増幅を前処理として行ってもよい。また、前記試料は、通常の分析法で用いられる溶媒(水、生理食塩水、又は緩衝液等)や水混和有機溶媒で適宜希釈されていてもよい。 The test target substance may be an analyte contained in a biological sample (e.g., whole blood, serum, plasma, urine, saliva, sputum, nasal or pharyngeal swab, cerebrospinal fluid, amniotic fluid, nipple secretion, tears, sweat, skin exudate, tissue, cell and stool extracts, etc.), other samples (e.g., food extracts, soil, activated sludge or compost extracts, drinking water, sewage, wastewater, river or lake water, seawater, etc.), etc. If necessary, the analyte contained in the sample may be pretreated prior to detection of the test target substance. Pretreatments include chemical treatments using various chemicals such as acids, bases, and surfactants, and physical treatments using heating, stirring, ultrasound, etc. When the analyte is a nucleic acid, nucleic acid amplification may be performed as a pretreatment. The sample may also be appropriately diluted with a solvent (water, saline, buffer solution, etc.) or a water-miscible organic solvent used in a conventional analytical method.
本発明において、「親和性」とは、ある物質が他の物質と容易に結合する性質や傾向をいい、検査対象物質に親和性を有する分子としては、検査対象物質がタンパク質である場合は、検査対象タンパク質を抗原とする抗体、検査対象タンパク質に標識された分子(例えば、ビオチン)に親和性を有する分子(例えば、ストレプトアビジン、タマビジン)などを例示することができ、検査対象物質が特定の遺伝子配列を有する核酸である場合は、特定の遺伝子配列と相補的な配列を有する核酸プローブ、特定の分子と特異的に結合し、核酸分子、ペプチドにて構成されるアプタマー、対象とする鋳型分子を取り込んだ状態で高分子を重合させ、鋳型と同じ形と大きさの空隙を形成させて、これを分子認識に利用する分子インプリンティングポリマーなどを例示することができる。 In the present invention, "affinity" refers to the property or tendency of a substance to easily bind to another substance. Examples of molecules that have affinity for the test substance include, when the test substance is a protein, an antibody that uses the test protein as an antigen, and a molecule (e.g., streptavidin, tamavidin) that has affinity for a molecule labeled with the test protein (e.g., biotin). When the test substance is a nucleic acid having a specific gene sequence, examples of such molecules include a nucleic acid probe having a sequence complementary to a specific gene sequence, an aptamer that specifically binds to a specific molecule and is composed of a nucleic acid molecule or peptide, and a molecular imprinting polymer that polymerizes a polymer while incorporating a target template molecule, forming a void of the same shape and size as the template, which is used for molecular recognition.
核酸プローブは、オリゴデオキシリボヌクレオチドで構成されていてもよいし、オリゴリボヌクレオチドで構成されていてもよい。また、それらの双方が介在しているキメリックオリゴヌクレオチド(chemiric oligonucleodite)でもよい。また、2-O-メチルオリゴリボヌクレオチド(2’-O-Methyl oligoribonucleotides)(oligoribonucleotideの5’末端のヌククレオシド(nucleoside)部がシチジンで、そのシチジンの2’位のOH基がメチル(methyl)基で修飾されているもの)を使用してもよい。又はRNAとの親和性を高めるために、2’-O-メチルオリゴリボヌクレオチドをオリゴデオキシヌクレオチド(oligodeoxynuclueotide)の中に介在させていてもよい。また、安定性と相補鎖への特異性に優れた人工核酸であるLocked Nucleic Acid(LNA)、N-O結合性架橋構造型人工核酸[2’,4’-BNANC]を用いてもよい。核酸プローブの塩基数は5~100であるとよく、好ましくは10~30、特に好ましくは15~25である。100を超える場合は、合成エラーが発生しやすくなり、目的以外の配列を持つプローブが含まれる可能性が高くなり、5未満の場合は、非特異的ハイブリダイゼーションが惹起し易くなり、測定誤差が大きくなる。核酸プローブのオリゴヌクレオチドは、通常の一般的オリゴヌクレオチドの製造方法で製造できる。例えば、化学合成法、プラスミドベクター、ファージベクター等を使用する微生物法等で製造できる(Tetrahedron letters、 22巻、 1859~1862頁、 1981年; Nucleic acids Research、 14巻、6227~6245頁、1986年)。尚、現在、市販されている核酸合成機を使用するのが好適である(例えば、ABI394(Perkin Elmer社製、USA))。 The nucleic acid probe may be composed of oligodeoxyribonucleotides or oligoribonucleotides. It may also be a chimeric oligonucleotide in which both are present. 2-O-methyl oligoribonucleotides (2'-O-methyl oligoribonucleotides) (oligoribonucleotides in which the nucleoside part at the 5' end is cytidine and the OH group at the 2' position of the cytidine is modified with a methyl group) may also be used. Or, to increase the affinity with RNA, 2'-O-methyl oligoribonucleotides may be present in oligodeoxynucleotides. In addition, Locked Nucleic Acid (LNA), which is an artificial nucleic acid excellent in stability and specificity to a complementary strand, and N-O bond bridged structure type artificial nucleic acid [2',4'-BNANC] may be used. The number of bases of the nucleic acid probe is preferably 5 to 100, more preferably 10 to 30, and particularly preferably 15 to 25. If it exceeds 100, synthesis errors are likely to occur, and the possibility of including a probe having a sequence other than the intended sequence increases, and if it is less than 5, nonspecific hybridization is likely to occur, resulting in large measurement errors. The oligonucleotide of the nucleic acid probe can be manufactured by a normal general oligonucleotide manufacturing method. For example, it can be produced by chemical synthesis, microbial methods using plasmid vectors, phage vectors, etc. (Tetrahedron letters, vol. 22, pp. 1859-1862, 1981; Nucleic acids Research, vol. 14, pp. 6227-6245, 1986). It is preferable to use a currently commercially available nucleic acid synthesizer (e.g., ABI394 (Perkin Elmer, USA)).
ナノスケールの粒子(ナノ粒子)は、粒子径(直径)がナノオーダー(1nm以上かつ1000nm未満)である粒子を含む粒子をいい、ナノ粒子の平均粒子径(直径)は、20~1000nmの範囲内であるとよく、好ましくは、50~700nmの範囲内であり、より好ましくは、100~400nmの範囲内である。平均粒子径は、ディスク遠心式粒度分布測定装置(CPS Disc Centrifuge DC24000 UHR、CPS instruments, Inc.社製)を用いて測定することができる。
ナノ粒子は、従来の着色されたラテックス粒子よりも濃い色を呈し(ナノ粒子における可視光領域(380~750nm)の1粒子あたりの光吸収は、着色ラテックス粒子の3~12倍である。)、また、従来のラテックス粒子よりも比重が大きい(従来のラテックス粒子の比重は1.04程度)ものであるとよく、樹脂粒子に複数の金属粒子が固定化された構造を有するナノスケールの粒子(以下、金属複合ナノ粒子)(例えば、WO/2016/002742)などを例示することができる。
Nanoscale particles (nanoparticles) refer to particles including particles having a particle size (diameter) of the nano order (1 nm or more and less than 1000 nm), and the average particle size (diameter) of the nanoparticles is preferably in the range of 20 to 1000 nm, preferably in the range of 50 to 700 nm, and more preferably in the range of 100 to 400 nm. The average particle size can be measured using a disk centrifuge particle size distribution measuring device (CPS Disc Centrifuge DC24000 UHR, manufactured by CPS instruments, Inc.).
The nanoparticles preferably have a darker color than conventional colored latex particles (the light absorption per particle in the visible light region (380 to 750 nm) of nanoparticles is 3 to 12 times that of colored latex particles) and a larger specific gravity than conventional latex particles (the specific gravity of conventional latex particles is about 1.04). Examples of the nanoparticles include nanoscale particles having a structure in which a plurality of metal particles are fixed to a resin particle (hereinafter, metal composite nanoparticles) (for example, WO/2016/002742).
金属複合ナノ粒子は、樹脂粒子外に露出した金属粒子と樹脂粒子に内包されている金属粒子を含み、これらの金属粒子の少なくとも一部は、樹脂粒子の表層部において三次元的に分布しているとよい。金属粒子の担持量は金属複合ナノ粒子の重量に対して5wt%~70wt%であるとよい。金属粒子の担持量は、後述の実施例に記載されている。金属粒子の60wt%~100wt%が、樹脂粒子の表層部に存在し、表層部に存在する金属粒子の5wt%~90wt%が樹脂粒子外に露出した部位を有するとよい。樹脂粒子は、金属イオンを吸着することが可能な置換基を構造に有するポリマー粒子であるとよい。ポリマー粒子は、含窒素ポリマー粒子であることが好ましい。含窒素ポリマーは、主鎖または側鎖に窒素原子を有する樹脂であり、ポリ-2-ビニルピリジン、ポリ-3-ビニルピリジン、ポリ-4-ビニルピリジン等のポリアミン、側鎖に窒素原子を有するアクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などを例示することができる。金属粒子としては、金、白金、パラジウム、銀、ニッケル、銅、これらの金属の合金の粒子などを例示することができ、白金粒子が好ましい。金属粒子の平均粒子径は1~80nmの範囲内であるとよく、好ましくは、1nm以上かつ70nm未満であり、より好ましくは、1nm以上かつ50nm未満である。また、金属複合ナノ粒子の平均粒子径は、1nm以上かつ1000nm未満であるとよく、好ましくは、50nm以上かつ700nm未満であり、より好ましくは、100nm以上かつ400nm未満である。これらの平均粒子径は、ディスク遠心式粒度分布測定装置(CPS Disc Centrifuge DC24000 UHR、CPS instruments, Inc.社製)を用いて測定することができる。上記の金属複合ナノ粒子の製造法は、WO/2016/002742に記載されている。 The metal composite nanoparticles include metal particles exposed outside the resin particles and metal particles encapsulated in the resin particles, and at least a portion of these metal particles are preferably distributed three-dimensionally in the surface layer of the resin particles. The amount of metal particles supported is preferably 5 wt% to 70 wt% based on the weight of the metal composite nanoparticles. The amount of metal particles supported is described in the examples described later. 60 wt% to 100 wt% of the metal particles are present in the surface layer of the resin particles, and 5 wt% to 90 wt% of the metal particles present in the surface layer have a portion exposed outside the resin particles. The resin particles are preferably polymer particles having a substituent capable of adsorbing metal ions in their structure. The polymer particles are preferably nitrogen-containing polymer particles. The nitrogen-containing polymer is a resin having nitrogen atoms in the main chain or side chain, and examples thereof include polyamines such as poly-2-vinylpyridine, poly-3-vinylpyridine, and poly-4-vinylpyridine, acrylic resins having nitrogen atoms in the side chains, phenolic resins, and epoxy resins. Examples of metal particles include gold, platinum, palladium, silver, nickel, copper, and alloy particles of these metals, with platinum particles being preferred. The average particle size of the metal particles is preferably within the range of 1 to 80 nm, and is preferably 1 nm or more and less than 70 nm, and more preferably 1 nm or more and less than 50 nm. The average particle size of the metal composite nanoparticles is preferably 1 nm or more and less than 1000 nm, and is preferably 50 nm or more and less than 700 nm, and more preferably 100 nm or more and less than 400 nm. These average particle sizes can be measured using a disk centrifuge particle size distribution measuring device (CPS Disc Centrifuge DC24000 UHR, manufactured by CPS instruments, Inc.). The method for producing the above metal composite nanoparticles is described in WO/2016/002742.
ナノ粒子の比重は1.2~3.0であるとよく、好ましくは、1.3~2.5であり、より好ましくは、1.5~2.1である。金属複合ナノ粒子の比重は、粒子中の金属分を測定し、金属単体の比重及び樹脂単体の比重から算出することができる。また、樹脂は10wt%の金属を含まないラテックス粒子分散液の比重測定を行って算出することができる。 The specific gravity of the nanoparticles is preferably 1.2 to 3.0, more preferably 1.3 to 2.5, and even more preferably 1.5 to 2.1. The specific gravity of metal composite nanoparticles can be calculated by measuring the metal content in the particles and from the specific gravity of the metal alone and the specific gravity of the resin alone. The resin can also be calculated by measuring the specific gravity of a 10 wt % metal-free latex particle dispersion.
ナノ粒子の色は、白よりも明度が低い色であるとよく、好ましくは、黒である。
本発明において、「標識」とは、結合や修飾を包含する概念であり、親和性分子を標識したナノ粒子としては、検査対象物質が特定の遺伝子配列を有する核酸である場合は、特定の遺伝子配列と相補的な配列を有する核酸プローブを結合させたナノ粒子、検査対象物質がタンパク質である場合は、検査対象タンパク質を抗原とする抗体を結合させたナノ粒子、検査対象タンパク質に標識された分子(例えば、ビオチン)に親和性を有する分子(例えば、ストレプトアビジン、タマビジン)を結合させたナノ粒子、検査対象分子に親和性を有するアプタマーを結合させたナノ粒子、検査対象分子に親和性を有する分子インプリンティングポリマーを結合させたナノ粒子などを例示することができる。
The color of the nanoparticles should be a color less bright than white, and is preferably black.
In the present invention, "labeling" is a concept that includes binding and modification, and examples of nanoparticles labeled with affinity molecules include nanoparticles bound to a nucleic acid probe having a sequence complementary to a specific gene sequence when the substance to be tested is a nucleic acid having a specific gene sequence; nanoparticles bound to an antibody that uses the protein to be tested as an antigen when the substance to be tested is a protein; nanoparticles bound to a molecule (e.g., streptavidin, tamavidin) that has affinity for a molecule (e.g., biotin) labeled with the protein to be tested; nanoparticles bound to an aptamer that has affinity for the molecule to be tested; and nanoparticles bound to a molecular imprinting polymer that has affinity for the molecule to be tested.
ナノ粒子への検査対象タンパク質の抗体(糖タンパク質)の標識には、例えば、ポリプロピレンやポリスチレン等のプラスティック表面にタンパク質が吸着する性質を利用し、抗体を標識する方法、ナノ粒子が、金属複合ナノ粒子であり、金属ナノ粒子が金や白金の場合には、タンパク質と金や白金コロイド表層の静電的、疏水的相互作用によるタンパク質の受動吸着を利用し、抗体を修飾する方法、ナノ粒子表面上にカルボキシル基を導入し、本官能基と、抗体に含まれるフリーのアミノ基とのアミド結合によって抗体を共有結合させる方法等が採用される。 To label the nanoparticles with the antibody (glycoprotein) of the protein to be tested, for example, a method of labeling the antibody by utilizing the property of proteins adsorbing to the surface of plastics such as polypropylene or polystyrene, a method of modifying the antibody by utilizing passive adsorption of the protein due to electrostatic and hydrophobic interactions between the protein and the surface of the gold or platinum colloid when the nanoparticles are metal composite nanoparticles and the metal nanoparticles are gold or platinum, or a method of introducing a carboxyl group onto the surface of the nanoparticles and covalently binding the antibody through an amide bond between this functional group and a free amino group contained in the antibody.
ナノ粒子を検査対象タンパク質に標識された分子(例えば、アビジン)に親和性を持つ分子(例えば、アビジン、ストレプトアビジン)は、抗体と同様、タンパク質であることから、上記した抗体の標識方法と同様の方法にて標識することが可能である。
ナノ粒子への核酸プローブの標識には、例えば、ナノ粒子の表面を核酸と親和性を有するシリカにて修飾の後、本シリカに核酸プローブを吸着させる方法、ナノ粒子表面のカルボキシル基を介してスクシンイミジル基を導入し、これを核酸プローブに導入したアミノ基と反応させる方法、ナノ粒子表面にアビジン、ストレプトアビジンを修飾し、これらと高い親和性を有するビオチンを導入した核酸プローブを反応させる方法、等が採用される。
Molecules (e.g., avidin, streptavidin) that have affinity for the molecule (e.g., avidin) labeled with the test target protein and that are nanoparticles are proteins, just like antibodies, and therefore can be labeled using methods similar to those for labeling antibodies described above.
For labeling nanoparticles with nucleic acid probes, for example, a method of modifying the surface of the nanoparticles with silica, which has an affinity for nucleic acids, and then adsorbing the nucleic acid probe to the silica, a method of introducing succinimidyl groups via carboxyl groups on the nanoparticle surface and reacting these with amino groups introduced into the nucleic acid probe, a method of modifying the surface of the nanoparticles with avidin or streptavidin, and then reacting these with a nucleic acid probe to which biotin, which has a high affinity, has been introduced, and the like are used.
ナノ粒子に標識する親和性分子の量は、ナノ粒子の平均粒子径、検査対象分子の存在量、測定に要求される感度等に依存するが、一般的には1~1,000分子/粒子であるとよく、好ましくは5~200分子/粒子であり、より好ましくは、10~100分子/粒子である。標識された親和性分子の量は、標識前の親和性分子溶液と、標識後に回収された親和性分子溶液における親和性分子濃度を各々測定し、その差分より求めることができる。 The amount of affinity molecules labeled to nanoparticles depends on the average particle size of the nanoparticles, the amount of molecules to be tested, the sensitivity required for the measurement, etc., but is generally 1 to 1,000 molecules/particle, preferably 5 to 200 molecules/particle, and more preferably 10 to 100 molecules/particle. The amount of labeled affinity molecules can be calculated by measuring the affinity molecule concentrations in the affinity molecule solution before labeling and in the affinity molecule solution recovered after labeling, and calculating the difference between the concentrations.
親和性分子がタンパク質である場合、総タンパク量の測定法が利用でき、例えば、紫外吸光光度法(タンパク質の紫外部吸収を利用した吸光光度法)、Bradford 法(トリフェニルメタン系色素である Coomassie Brilliant Blueを用いた比色法)、Fluorescamine法(タンパク質中の第一級アミンと速やかに反応すると,青緑色の蛍光を発する誘導体を形成するFluorescamineを用いた蛍光測定方法)を挙げることができる。親和性分子が核酸プローブである場合、例えば、紫外吸光光度法(核酸の紫外部吸収を利用した吸光光度法)、OliGreen法(一本鎖DNAと結合し、緑色の蛍光を発するOliGreenを使用した蛍光測定法)を挙げることができる。 When the affinity molecule is a protein, a method for measuring the total protein amount can be used, such as ultraviolet spectrophotometry (a spectrophotometric method that utilizes the ultraviolet absorption of proteins), the Bradford method (a colorimetric method that uses Coomassie Brilliant Blue, a triphenylmethane dye), and the Fluorescamine method (a fluorescence measurement method that uses Fluorescamine, which reacts quickly with primary amines in proteins to form derivatives that emit blue-green fluorescence). When the affinity molecule is a nucleic acid probe, such as ultraviolet spectrophotometry (a spectrophotometric method that utilizes the ultraviolet absorption of nucleic acids) and the OliGreen method (a fluorescence measurement method that uses OliGreen, which binds to single-stranded DNA and emits green fluorescence).
親和性分子を標識したナノ粒子は、検査対象物質と反応する前には、溶液中に均一に分散しているとよい(均一溶液系、完全混合系)。親和性分子を標識したナノ粒子が均一に分散している溶液は、例えば、570nmでの吸光度(測定セル光路長:10mm)が、0.5~10であるとよく、好ましくは、1~8あり、より好ましくは、2~6である。
溶液は、純水、精製水、生理食塩水、各種の緩衝液、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類等の水より比重の小さく、水と完全混合可能な溶媒を含む水溶液などの水溶液を例示することができる。
溶液の比重は、0.8~1.2であるとよく、好ましくは、0.9~1.1であり、より好ましくは、0.95~1.05である。
The nanoparticles labeled with affinity molecules should be uniformly dispersed in the solution before reacting with the test substance (homogeneous solution system, completely mixed system). The solution in which the nanoparticles labeled with affinity molecules are uniformly dispersed should have an absorbance at 570 nm (measurement cell optical path length: 10 mm) of 0.5 to 10, preferably 1 to 8, and more preferably 2 to 6.
Examples of the solution include pure water, purified water, physiological saline, various buffer solutions, and aqueous solutions containing solvents that have a lower specific gravity than water and are completely miscible with water, such as alcohols, aldehydes, and ketones.
The specific gravity of the solution is preferably 0.8 to 1.2, more preferably 0.9 to 1.1, and even more preferably 0.95 to 1.05.
溶液中のナノ粒子の濃度は、ナノ粒子と検査対象物質との架橋反応による溶液の濁度低下を測定(例えば、目視)できる濃度であればよく、ナノ粒子、標識物質(親和性分子)及び検査対象物質の種類により異なりうるが、例えば、検査対象物質がタンパク質、糖又は脂質である場合、溶液中のナノ粒子の濃度は、109~1014個/mLであるとよく、好ましくは、1010~1013個/mLであり、より好ましくは、5×1010~5×1012個/mLである。反応は、通常の抗原抗体反応又はタンパク質に標識された分子とそれに親和性を有する分子との反応に適した条件で行うとよく、塩濃度は、0~2.0M濃度であるとよく、好ましくは0.1~1.0mM濃度であり、pHは5~9であるとよく、好ましくは6~8である。反応温度は、10~50℃であるとよく、好ましくは15~30℃であり、反応時間は、1~60分であるとよく、好ましくは、5~20分である。 The concentration of the nanoparticles in the solution may be a concentration at which the decrease in turbidity of the solution due to the crosslinking reaction between the nanoparticles and the test substance can be measured (for example, visually), and may vary depending on the type of nanoparticles, labeling substance (affinity molecule), and test substance. For example, when the test substance is a protein, sugar, or lipid, the concentration of the nanoparticles in the solution may be 10 9 to 10 14 particles/mL, preferably 10 10 to 10 13 particles/mL, and more preferably 5×10 10 to 5×10 12 particles/mL. The reaction may be carried out under conditions suitable for a normal antigen-antibody reaction or a reaction between a molecule labeled with a protein and a molecule having affinity thereto, the salt concentration may be 0 to 2.0 M, preferably 0.1 to 1.0 mM, and the pH may be 5 to 9, preferably 6 to 8. The reaction temperature may be 10 to 50° C., preferably 15 to 30° C., and the reaction time may be 1 to 60 minutes, preferably 5 to 20 minutes.
また、検査対象物質が特定の遺伝子配列を有する核酸である場合、溶液中のナノ粒子の濃度は、109~1014個/mLであるとよく、好ましくは、1010~1013個/mLであり、より好ましくは、5×1010~5×1012個/mLである。検査対象物質である核酸と核酸プローブとのハイブリダイゼーションの方法は、通常の既知方法で行なうことができる(Analytical Biochemistry、 183巻、 231~244頁、 1989年; Nature Biotechnology、 14巻、 303~308頁、 1996年; Applied and Environmental Microbiology、 63巻、 1143-1147頁、 1997年)。例えば、ハイブリダイゼーションの条件は、塩濃度が0~2モル濃度、好ましくは0.1~1.0モル濃度、pHは6~8、好ましくは6.5~7.5である。温度は、核酸プローブの解離温度に依存するが、一般的には20~80℃であるとよく、好ましくは40~70℃であり、反応時間は、1~60分であるとよく、好ましくは、5~20分である。(コメントをご参照下さい。) When the test substance is a nucleic acid having a specific gene sequence, the concentration of nanoparticles in the solution is preferably 10 9 to 10 14 nanoparticles/mL, more preferably 10 10 to 10 13 nanoparticles/mL, and more preferably 5×10 10 to 5×10 12 nanoparticles/mL. Hybridization between the test substance, that is, the nucleic acid, and the nucleic acid probe can be performed by a conventional known method (Analytical Biochemistry, Vol. 183, pp. 231-244, 1989; Nature Biotechnology, Vol. 14, pp. 303-308, 1996; Applied and Environmental Microbiology, Vol. 63, pp. 1143-1147, 1997). For example, the hybridization conditions are a salt concentration of 0 to 2 molar, preferably 0.1 to 1.0 molar, and a pH of 6 to 8, preferably 6.5 to 7.5. The temperature depends on the dissociation temperature of the nucleic acid probe, but is generally 20 to 80°C, preferably 40 to 70°C, and the reaction time is 1 to 60 minutes, preferably 5 to 20 minutes. (See comments.)
本発明において、親和性分子を標識したナノ粒子を溶液中で検査対象物質と反応させると、検査対象物質を介した架橋反応により、ナノ粒子の凝集体が形成され、それに伴い、ナノ粒子が沈殿し、その結果、溶液の濁度が低下する。 In the present invention, when nanoparticles labeled with affinity molecules are reacted with a test substance in a solution, a crosslinking reaction occurs via the test substance to form aggregates of nanoparticles, which then precipitate, resulting in a decrease in the turbidity of the solution.
検査対象物質が、タンパク質、糖又は脂質であり、親和性分子が検査対象物質に標識された分子(標識分子)に親和性を有する分子である場合には、検査対象物質の1分子を複数の標識分子で標識するとよい。それにより、検査対象物質に標識された分子とナノ粒子に標識された親和性分子との反応が検査対象物質1分子あたり多点で発生し(架橋反応)、ナノ粒子の凝集体が形成される。ナノ粒子の凝集体形成に伴い、ナノ粒子が沈殿し、その結果、溶液の濁度が低下する。検査対象物質であるタンパク質(標的タンパク、例えば、Human CD3 epsilon)に標識された分子と、ナノ粒子に標識された分子との反応が、タンパク質1分子あたり多点で発生し(架橋反応)、ナノ粒子の凝集体が形成され、ナノ粒子が沈降するスキームを図1に示す。図1において、タンパク質はビオチンで標識され、ナノ粒子はタマビジンで標識されている。タマビジンはビオチンに親和性を有する。
検査対象物質が特定の遺伝子配列を有する核酸である場合には、2種類以上の核酸プローブの各々で標識した1種類又は2種類以上のナノ粒子を用いることにより、ナノ粒子と検査対象物質が反応する際には、1分子の検査対象物質を介して2個以上のナノ粒子が架橋され、この架橋は、1個のナノ粒子に対して複数存在することから、ナノ粒子が三次元的に網目状につながった凝集体を形成することとなる。ナノ粒子の凝集体形成に伴い、ナノ粒子が沈殿し、その結果、溶液の濁度が低下する。検査対象物質である特定の遺伝子配列を有する核酸(標的遺伝子)が、ナノ粒子に標識した、標的遺伝子に相補的な核酸プローブ(2種)と反応(ハイブリダイゼーション)し、ナノ粒子が標的遺伝子で架橋され、凝集して沈殿し、溶液の濁度が低下するスキームを図2に示す。図2において、ナノ粒子には、粒子表面のカルボキシル基を介してスクシンイミジル基を導入し、これを核酸プローブに導入したアミノ基と反応させることで、ナノ粒子を核酸プローブで標識している。
When the test substance is a protein, sugar, or lipid, and the affinity molecule is a molecule that has affinity for the molecule (labeled molecule) labeled with the test substance, it is preferable to label one molecule of the test substance with multiple labeled molecules. As a result, a reaction between the molecule labeled with the test substance and the affinity molecule labeled with the nanoparticle occurs at multiple points per molecule of the test substance (crosslinking reaction), forming an aggregate of nanoparticles. With the formation of the aggregate of nanoparticles, the nanoparticles precipitate, and as a result, the turbidity of the solution decreases. A scheme in which a reaction between a molecule labeled with a protein (target protein, for example, Human CD3 epsilon) that is the test substance and a molecule labeled with the nanoparticle occurs at multiple points per molecule of the protein (crosslinking reaction), forming an aggregate of nanoparticles, and the nanoparticles precipitate is shown in FIG. 1. In FIG. 1, the protein is labeled with biotin, and the nanoparticles are labeled with tamavidin. Tamavidin has affinity for biotin.
When the test substance is a nucleic acid having a specific gene sequence, one or more types of nanoparticles labeled with each of two or more types of nucleic acid probes are used, and when the nanoparticles react with the test substance, two or more nanoparticles are crosslinked via one molecule of the test substance, and since there are multiple crosslinks for one nanoparticle, the nanoparticles form an aggregate in which the nanoparticles are three-dimensionally connected in a mesh-like pattern. As the nanoparticles form an aggregate, the nanoparticles precipitate, and the turbidity of the solution decreases. Figure 2 shows a scheme in which a nucleic acid (target gene) having a specific gene sequence, which is the test substance, reacts (hybridizes) with a nucleic acid probe (two types) complementary to the target gene that is labeled on the nanoparticles, the nanoparticles are crosslinked with the target gene, aggregate and precipitate, and the turbidity of the solution decreases. In Figure 2, a succinimidyl group is introduced into the nanoparticles via a carboxyl group on the particle surface, and the succinimidyl group is reacted with an amino group introduced into the nucleic acid probe, thereby labeling the nanoparticles with the nucleic acid probe.
架橋反応による溶液の濁度低下を測定することにより、検査対象物質の有無を判定することができる。溶液の濁度が低下すれば、検査対象物質が存在すると判定し、溶液の濁度が低下しなければ、検査対象物質が存在しないと判定することができる。溶液の濁度は、架橋反応が起こる前には、500~4,000であるとよく、好ましくは、700~4,000であり、より好ましくは、1,000~4,000であり、架橋反応により、ナノ粒子が沈殿し、濁度が低下した後の溶液の濁度は、1~400であるとよく、好ましくは、1~200であり、より好ましくは、1~50である。溶液の濁度が低下する前と後の濁度の差は、500~4,000であるとよく、好ましくは、700~4,000であり、より好ましくは、1,000~4,000である。溶液の濁度は、試料をよく振りまぜた後、吸収セル(10mm)にとり、波長600nm付近における透過光の強度を見掛けの吸光度にて測定することにより測定することができる。サンプルの濁度は、上記した測定方法にて、濁度標準液を段階希釈した溶液の吸光度を測定し、得られた吸光度と濁度の関係式を検量線として、別途測定したサンプルの吸光度より算出することができる。また、サンプルの吸光度が、検量線の測定範囲から外れた場合は、測定範囲に収まるようサンプルを純水で希釈することで精度よく測定することが可能である。 The presence or absence of the substance to be tested can be determined by measuring the decrease in turbidity of the solution due to the crosslinking reaction. If the turbidity of the solution decreases, it is determined that the substance to be tested is present, and if the turbidity of the solution does not decrease, it is determined that the substance to be tested is not present. The turbidity of the solution before the crosslinking reaction is preferably 500 to 4,000, preferably 700 to 4,000, and more preferably 1,000 to 4,000, and the turbidity of the solution after the nanoparticles precipitate and the turbidity decreases due to the crosslinking reaction is preferably 1 to 400, preferably 1 to 200, and more preferably 1 to 50. The difference in turbidity before and after the decrease in the turbidity of the solution is preferably 500 to 4,000, preferably 700 to 4,000, and more preferably 1,000 to 4,000. The turbidity of a solution can be measured by shaking the sample well, placing it in an absorption cell (10 mm), and measuring the intensity of transmitted light at a wavelength of about 600 nm as apparent absorbance. The turbidity of a sample can be calculated by measuring the absorbance of a solution obtained by serially diluting the turbidity standard solution using the above-mentioned measurement method, and using the relationship between the absorbance and turbidity obtained as a calibration curve, from the absorbance of a sample measured separately. In addition, if the absorbance of the sample falls outside the measurement range of the calibration curve, it is possible to measure it accurately by diluting the sample with pure water so that it falls within the measurement range.
本発明の方法により、検査対象物質の有無を1時間以内に判定することができ、好ましくは、1~60分の範囲内で、より好ましくは、5~20分の範囲内で判定することができる。 The method of the present invention allows the presence or absence of a test target substance to be determined within one hour, preferably within 1 to 60 minutes, and more preferably within 5 to 20 minutes.
本発明の方法により検査対象物質の検出可能な濃度の下限は、タンパク質、糖又は脂質の場合、1~100nM、核酸の場合も同様に、1~100nMとなりえる。 The lower limit of the detectable concentration of the test substance by the method of the present invention can be 1 to 100 nM for proteins, sugars, or lipids, and similarly 1 to 100 nM for nucleic acids.
本発明により、迅速、高感度かつ明瞭に検査対象物質の有無を目視で判定することができる。 The present invention makes it possible to visually determine the presence or absence of a test target substance quickly, with high sensitivity, and with clarity.
本発明は、検査対象物質に親和性を有する分子を標識したナノスケールの粒子を含む、検査対象物質を検出するためのキットも提供する。 The present invention also provides a kit for detecting a test substance, comprising nanoscale particles labeled with a molecule having affinity for the test substance.
検査対象物質、検査対象物質に親和性を有する分子、検査対象物質に親和性を有する分子を標識したナノスケールの粒子については、前述した。 The test substance, the molecule having affinity for the test substance, and the nanoscale particles labeled with the molecule having affinity for the test substance have been described above.
本発明のキットは、検査対象物質に親和性を有する分子を標識したナノスケールの粒子の他、ネガティブコントロール用標準物質、ポジティブコントロール用標準物質、反応容器、分散媒、遺伝子増幅用試薬などを含んでもよい。 The kit of the present invention may include nanoscale particles labeled with molecules that have affinity for the test target substance, as well as a negative control standard substance, a positive control standard substance, a reaction vessel, a dispersion medium, a gene amplification reagent, etc.
本発明の方法及びキットは、遺伝子検査(病原菌やウイルスの検出、遺伝子の多型、変異解析など)、免疫学的診断法(抗原又は抗体の検出など)などに利用することができる。
The method and kit of the present invention can be used for genetic testing (detection of pathogens or viruses, genetic polymorphism, mutation analysis, etc.), immunological diagnostic methods (detection of antigens or antibodies, etc.), and the like.
次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
[実施例1]
内容:ナノ粒子の沈殿によるタンパク質の検出
The present invention will now be described in more detail with reference to examples.
[Example 1]
Content: Protein detection by nanoparticle precipitation
<使用ナノ粒子>
本実施例にて使用したナノ粒子を下表1に示した。ナノ粒子1は、市販のラテックスビーズ(マイクロモッド社製、品番:01-19-202)であり、既にストレプトアビジンにて標識済である。一方、ナノ粒子2は本実施例にて調整したものである。
<Nanoparticles used>
The nanoparticles used in this example are shown in Table 1 below. Nanoparticles 1 are commercially available latex beads (Micromod, product number: 01-19-202) that have already been labeled with streptavidin. Meanwhile, nanoparticles 2 were prepared in this example.
表1 本実施例にて使用したナノ粒子
Table 1. Nanoparticles used in this example
<金属複合ナノ粒子の吸光度測定>
金属複合ナノ粒子の吸光度は、光学用白板ガラス製セル(光路長10mm)に0.01wt%に調製した金属複合ナノ粒子分散液(分散媒:水)を入れ、瞬間マルチ測光システム(大塚電子社製、MCPD-3700)を用いて570nmの吸光度を測定した。
<Absorbance measurement of metal composite nanoparticles>
The absorbance of the metal composite nanoparticles was measured by placing a 0.01 wt % metal composite nanoparticle dispersion (dispersion medium: water) in an optical white plate glass cell (light path length 10 mm) and measuring the absorbance at 570 nm using an instantaneous multi-photometer system (Otsuka Electronics Co., Ltd., MCPD-3700).
<固形分濃度測定及び金属担持量の測定>
磁製るつぼに濃度調整前の分散液1gを入れ、70℃、3時間熱処理を行った。熱処理前後の重量を測定し、下記式により固形分濃度を算出した。
固形分濃度(wt%)=[乾燥後の重量(g)/ 乾燥前の重量(g)]× 100
<Measurement of solid concentration and metal loading amount>
1 g of the dispersion before the concentration adjustment was placed in a porcelain crucible and heat-treated for 3 hours at 70° C. The weights before and after the heat treatment were measured, and the solid content was calculated by the following formula.
Solid content concentration (wt%) = [weight after drying (g) / weight before drying (g)] x 100
また、上記熱処理後のサンプルを、さらに500℃、5時間加熱処理を行い、加熱処理前後の重量を測定し、下記式より金属担持量を算出した。
金属担持量(wt%)=
[500℃加熱処理後の重量(g)/500℃加熱処理前の重量(g)]×100
In addition, the sample after the above heat treatment was further heat treated at 500° C. for 5 hours, the weights before and after the heat treatment were measured, and the amount of supported metal was calculated by the following formula.
Metal loading amount (wt%)=
[Weight after heat treatment at 500° C. (g)/Weight before heat treatment at 500° C. (g)]×100
<金属複合ナノ粒子の平均粒子径の測定>
ディスク遠心式粒度分布測定装置(CPS Disc Centrifuge DC24000 UHR、CPS instruments, Inc.社製)を用いて測定した。測定は、金属複合ナノ粒子を水に分散させた状態で行った。
<Measurement of the average particle size of metal composite nanoparticles>
The measurement was performed using a disk centrifuge particle size distribution measuring device (CPS Disc Centrifuge DC24000 UHR, manufactured by CPS instruments, Inc.) The measurement was performed in a state where the metal composite nanoparticles were dispersed in water.
<金属複合ナノ粒子の合成>
Aliquat 336[アルドリッチ社製](5.00g)及びリエチレングリコールメチルエーテルメタクリレートPEGMA、10.00g)を389.5gの純水に溶解した後、2-ビニルピリジン(2-VP、48.00g)及びジビニルベンゼン(DVB、2.00g)を加え、窒素気流下において150rpm、30℃で50分間、次いで60℃で30分間撹拌した。撹拌後、50.00gの純水に溶解した2,2-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩(AIBA、0.50g)を2分間かけて滴下し、150rpm、60℃で3.5時間撹拌することで、平均粒子径200nmの樹脂粒子を得た。遠心分離(9000rpm、45分間)により沈殿させ、上澄みを除去した後、純水に再度分散させる操作を3回行った後、透析処理により不純物を除去した。その後、濃度調整を行い10wt%の樹脂粒子分散液を得た。
<Synthesis of metal composite nanoparticles>
Aliquat 336 [manufactured by Aldrich] (5.00 g) and triethylene glycol methyl ether methacrylate PEGMA, 10.00 g) were dissolved in 389.5 g of pure water, and then 2-vinylpyridine (2-VP, 48.00 g) and divinylbenzene (DVB, 2.00 g) were added, and the mixture was stirred at 150 rpm and 30 ° C. for 50 minutes under a nitrogen stream, and then at 60 ° C. for 30 minutes. After stirring, 2,2-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride (AIBA, 0.50 g) dissolved in 50.00 g of pure water was added dropwise over 2 minutes, and the mixture was stirred at 150 rpm and 60 ° C. for 3.5 hours to obtain resin particles with an average particle size of 200 nm. The mixture was precipitated by centrifugation (9000 rpm, 45 minutes), the supernatant was removed, and the mixture was dispersed again in pure water three times, after which impurities were removed by dialysis.Then, the concentration was adjusted to obtain a 10 wt % resin particle dispersion.
上記樹脂粒子分散液(90ml)に純水245mlを加えた後、400mM塩化白金酸水溶液(90ml)を加え、60rpm、30℃で3時間撹拌後、室温で24時間放置した。その後、遠心分離(3100rpm、30分間)により樹脂粒子を沈殿させ、上澄みを除去する作業を3回繰り返すことで余分な塩化白金酸を除去した。その後、濃度調整を行い、5wt%白金イオン吸着樹脂粒子分散液を調製した。 After adding 245 ml of pure water to the above resin particle dispersion (90 ml), 400 mM aqueous chloroplatinic acid solution (90 ml) was added and stirred at 60 rpm and 30°C for 3 hours, and then left at room temperature for 24 hours. After that, the resin particles were precipitated by centrifugation (3100 rpm, 30 minutes), and the supernatant was removed three times to remove excess chloroplatinic acid. The concentration was then adjusted to prepare a 5 wt% platinum ion-adsorbing resin particle dispersion.
次に、純水3825mlに前記5wt%白金イオン吸着樹脂粒子分散液(55ml)を加え、160rpm、3℃で撹拌しながら、132mMのジメチルアミンボラン水溶液(110ml)を20分間かけて滴下した後、160rpm、3℃で1時間撹拌した。その後160rpm、25℃で3時間撹拌することで、平均粒子径215nmの樹脂-白金(金属)複合体を得た。前記樹脂-白金(金属)複合体を遠心分離(3100rpm、60分間)により沈殿させ、上澄みを除去した後、純水に再度分散させる作業を3回繰り返した後、透析処理により精製することで、不純物を取り除いた。その後、濃度調整を行い1wt%の樹脂-白金(金属)複合体分散液を得た。作製した樹脂-白金(金属)複合体分散液の吸光度は上記方法に従って測定した結果、0.57であった。また、形成した白金粒子の平均粒子径は6nm、白金の担持量は37.1wt%であった。この樹脂-白金(金属)複合体において、白金粒子は、樹脂粒子に完全に内包された内包白金粒子と、樹脂粒子内に埋包された部位及び樹脂粒子外に露出した部位を有する一部露出白金粒子と、樹脂粒子の表面に吸着している表面吸着白金粒子と、を含んでおり、少なくとも一部の白金粒子が、樹脂粒子の表層部において三次元的に分布していた。本実施例では、前記樹脂-白金(金属)複合体を金属複合ナノ粒子として使用した。 Next, the 5 wt% platinum ion-adsorbed resin particle dispersion (55 ml) was added to 3825 ml of pure water, and while stirring at 160 rpm and 3°C, 132 mM dimethylamine borane aqueous solution (110 ml) was dropped over 20 minutes, and then stirred at 160 rpm and 3°C for 1 hour. After that, by stirring at 160 rpm and 25°C for 3 hours, a resin-platinum (metal) composite with an average particle size of 215 nm was obtained. The resin-platinum (metal) composite was precipitated by centrifugation (3100 rpm, 60 minutes), the supernatant was removed, and the composite was dispersed again in pure water three times, and then purified by dialysis to remove impurities. The concentration was then adjusted to obtain a 1 wt% resin-platinum (metal) composite dispersion. The absorbance of the prepared resin-platinum (metal) composite dispersion was measured according to the above method and found to be 0.57. The average particle size of the platinum particles formed was 6 nm, and the amount of platinum carried was 37.1 wt%. In this resin-platinum (metal) composite, the platinum particles included encapsulated platinum particles that were completely encapsulated in the resin particles, partially exposed platinum particles that had a portion embedded in the resin particles and a portion exposed to the outside of the resin particles, and surface-adsorbed platinum particles that were adsorbed on the surfaces of the resin particles, and at least some of the platinum particles were distributed three-dimensionally in the surface layer of the resin particles. In this example, the resin-platinum (metal) composite was used as a metal composite nanoparticle.
<金属複合ナノ粒子へのタマビジンの標識>
得られた金属複合ナノ粒子である樹脂-白金(金属)複合体の分散液0.1ml(1.0wt%)に100mMホウ酸緩衝液0.9mlを加えた後、1mg/mlのタマビジン溶液10ml混合し、室温で約3時間攪拌して樹脂-白金(金属)複合体にタマビジン(耐熱性アビジン)を結合させた。終濃度が1%となるように牛血清アルブミン溶液を添加し、室温にて2時間攪拌して樹脂-白金(金属)複合体表面をブロックした。6000rpm、4℃で5分間遠心分離を行って回収し、0.1%牛血清アルブミンを含む緩衝液に懸濁してタマビジン標識樹脂-白金(金属)複合体分散液を作製した。
<Labeling of tamavidin to metal composite nanoparticles>
0.9 ml of 100 mM borate buffer was added to 0.1 ml (1.0 wt%) of the resin-platinum (metal) composite dispersion, which is the obtained metal composite nanoparticle, and then 10 ml of 1 mg/ml tamavidin solution was mixed and stirred at room temperature for about 3 hours to bind tamavidin (heat-resistant avidin) to the resin-platinum (metal) composite. A bovine serum albumin solution was added to a final concentration of 1%, and the resin-platinum (metal) composite surface was blocked by stirring at room temperature for 2 hours. The resin-platinum (metal) composite was centrifuged at 6000 rpm and 4°C for 5 minutes to recover the resin-platinum (metal) composite, and suspended in a buffer containing 0.1% bovine serum albumin to prepare a tamavidin-labeled resin-platinum (metal) composite dispersion.
<ナノ粒子を用いた凝集・沈殿条件の確認>
本実施例では、ナノ粒子に標識されたストレプトアビジンまたはタマビジンンとタンパク質に標識されたビオチンとの間の反応によりナノ粒子が架橋され、その結果、ナノ粒子が凝集体を形成するよう設計された実験系を用いた。
<Confirmation of aggregation and precipitation conditions using nanoparticles>
In this example, an experimental system was used that was designed to crosslink nanoparticles through a reaction between streptavidin or tamavidin labeled on nanoparticles and biotin labeled on a protein, resulting in the formation of aggregates of the nanoparticles.
具体的には、0.2ml PCRチューブに、ストレプトアビジンまたはタマビジンにて表面修飾された0.1wt%ナノ粒子(ラテックスビーズ、または金属複合ナノ粒子)を10μL、10×TE Bufferを2μL、検査対象物質としてビオチン化Human CD3 epsilonタンパク質(アクロバイオシステムズ社製、品番:CDE-H8223)を任意量添加した後、全量が20μLとなるよう滅菌済ミリQ水を添加した。なお、本実施例で使用したビオチン化Human CD3 epsilonタンパク質は、タンパク質1分子当たり複数のビオチンにて標識されていることから、ストレプトアビジンまたはタマビジンとの反応がタンパク質1分子あたり多点で発生し、ナノ粒子が三次元的に網目状につながった凝集体を形成することとなる。
また、ネガティブコントロール実験として、ビオチン化されていないHuman CD3 epsilonタンパク質(アクロバイオシステムズ社製、品番:CDE-H5223)を使用した実験を、検査対象物質を変えた以外、上記のビオチン化Human CD3 epsilonタンパク質を使用した実験と同条件にて実施した。
Specifically, 10 μL of 0.1 wt% nanoparticles (latex beads or metal composite nanoparticles) surface-modified with streptavidin or tamavidin, 2 μL of 10×TE Buffer, and an arbitrary amount of biotinylated Human CD3 epsilon protein (manufactured by Acro Biosystems, product number: CDE-H8223) as a test substance were added to a 0.2 ml PCR tube, and then sterilized Milli-Q water was added to make the total amount 20 μL. Note that since the biotinylated Human CD3 epsilon protein used in this example is labeled with multiple biotins per protein molecule, reactions with streptavidin or tamavidin occur at multiple points per protein molecule, forming aggregates in which the nanoparticles are three-dimensionally connected in a mesh-like pattern.
Furthermore, as a negative control experiment, an experiment using non-biotinylated Human CD3 epsilon protein (manufactured by Acro Biosystems, product number: CDE-H5223) was carried out under the same conditions as the experiment using the biotinylated Human CD3 epsilon protein described above, except that the test substance was changed.
結果は、ナノ粒子沈降に伴う濁度低下の発生した検査対象物質添加量、及び時間より評価した。 The results were evaluated based on the amount of test substance added and the time at which a decrease in turbidity occurred due to nanoparticle precipitation.
濁度低下の判定は、濁度100の濁度標準液(関東化学社製、品番:40969-23)を、0.2ml PCRチューブに20μL添加したものを対象とし、目視判定にて、試験サンプルにおける濁度が、上記の対象液よりも低いと判断された場合は、試験サンプルにて濁度が低下したと判定し、上記の対象液よりも高いと判断された場合は、試験サンプルにて濁度が低下しなかった、または濁度低下が不良と判定した。 The decrease in turbidity was judged by adding 20 μL of a turbidity standard solution with a turbidity of 100 (Kanto Chemical, product number: 40969-23) to a 0.2 ml PCR tube. If the turbidity of the test sample was judged to be lower than that of the target solution by visual inspection, it was judged that the turbidity of the test sample had decreased, and if it was judged to be higher than that of the target solution, it was judged that the turbidity of the test sample had not decreased or that the decrease in turbidity was poor.
<結果>
ナノ粒子としてラテックスビーズを用いた場合、粒子の沈殿に伴う濁度低下が視認された条件は、検査対象物質添加量が最も大きい反応系(65 ng/tube)において、60分以上反応された条件のみであった。
<Results>
When latex beads were used as nanoparticles, the only conditions under which a decrease in turbidity due to particle precipitation was visible were the reaction conditions in which the largest amount of the test substance was added (65 ng/tube) and the reaction time was 60 minutes or more.
一方、ナノ粒子として金属複合ナノ粒子を用いた場合、粒子沈殿に伴う濁度低下は、検査対象物質を12 ng/tube以上を添加し、10分以上反応させた全ての条件において確認された。また、ビオチン化されていないHuman CD3 epsilonタンパク質を使用したネガティブコントロール実験においては、全ての反応系でナノ粒子沈降に伴う濁度低下は確認されなかったから、本実施例において確認されたナノ粒子沈殿に伴う濁度低下は、ストレプトアビジンまたはタマビジンとタンパク質に標識されたビオチンとの間の結合反応によるナノ粒子の架橋反応に起因するものであることが示された。 On the other hand, when metal composite nanoparticles were used as nanoparticles, the decrease in turbidity due to particle precipitation was confirmed under all conditions in which the test substance was added at 12 ng/tube or more and reacted for 10 minutes or more. In addition, in a negative control experiment using non-biotinylated Human CD3 epsilon protein, the decrease in turbidity due to nanoparticle precipitation was not confirmed in any reaction system, indicating that the decrease in turbidity due to nanoparticle precipitation confirmed in this example is due to a crosslinking reaction of nanoparticles caused by a binding reaction between streptavidin or tamavidin and biotin labeled on the protein.
以上より、金属複合ナノ粒子を粒子凝集法によるタンパク質検出系に適用した場合、一般的に使用されるラテックスビーズを適用した場合と比較して、本法の検出感度向上と、分析時間の短縮が実現できることが示された。 The above results show that when metal composite nanoparticles are applied to a protein detection system using the particle aggregation method, it is possible to improve the detection sensitivity of this method and shorten the analysis time compared to when commonly used latex beads are used.
表2 粒子凝集法を用いたタンパク質検出における感度、反応時間に及ぼすナノ粒子種の影響
Table 2. Effect of nanoparticle species on sensitivity and reaction time in protein detection using the particle agglutination method
[実施例2]
内容:ナノ粒子の沈殿による標的遺伝子の検出
[Example 2]
Content: Detection of target genes by precipitation of nanoparticles
<使用オリゴDNA>
本実施例で使用したオリゴDNAを表3として示す。オリゴDNAは、全てつくばオリゴサービス株式会社(茨城県牛久市)に製造委託した。No.3,4のオリゴDNAについては、アミノ基等で末端修飾されており、HPLCにて精製を実施した。それ以外のものは、脱塩を目的としたゲルろ過精製とした。
<Oligo DNA used>
The oligo DNAs used in this example are shown in Table 3. All of the oligo DNAs were manufactured by Tsukuba Oligo Service Co., Ltd. (Ushiku City, Ibaraki Prefecture). Oligo DNAs No. 3 and 4 were terminally modified with amino groups, etc., and purified by HPLC. The rest were purified by gel filtration for the purpose of desalting.
表3使用オリゴDNAの一覧
Table 3. List of oligo DNA used
<ナノ粒子へのスクシンイミジル基の導入>
ナノ粒子へのスクシンイミジル基の導入は、以下の工程を実施することで、粒子表面のカルボキシル基を介してスクシンイミジル基を導入した。
2mlマイクロチューブに1wt%の任意のナノ粒子を0.1ml添加し、0.9mlの50mM 2-モルフォリノエタンスルホン酸バッファー(以下、MES)pH6.1を添加し、超音波洗浄機(US-610(エスエヌディー社製))にて10秒程度超音波分散させた。
<Introduction of succinimidyl groups into nanoparticles>
Succinimidyl groups were introduced into nanoparticles via carboxyl groups on the particle surface by carrying out the following steps.
0.1 ml of 1 wt % of any nanoparticles was added to a 2 ml microtube, and 0.9 ml of 50 mM 2-morpholinoethanesulfonic acid buffer (hereinafter, MES) pH 6.1 was added, followed by ultrasonic dispersion for about 10 seconds using an ultrasonic cleaner (US-610 (manufactured by SND Co., Ltd.)).
次に、遠心分離により上澄みを除去した後に、1-エチル‐3-(3-ジメチルアミノプロビル)カルボジイミド塩酸塩(以下、EDC)を2mg/mlの濃度で含む50mM MESバッファー(pH6.1)を0.5ml、及びN-ヒドロキシスルホスクシンイミドナトリウム(以下、solfo-NHS)を2mg/mlの濃度で含む50mM MESバッファー(pH6.1)を0.5ml添加し、超音波洗浄機(US-610(エスエヌディー社製))にて10秒程度超音波分散した後に約1時間転倒混和させた。
その後、遠心分離により上澄みを除去した後に、50mM MESバッファー(pH6.1)を1.0ml添加し、超音波洗浄機(US-610(エスエヌディー社製))にて10秒程度超音波分散させた。なお、この工程は更に2回(計3回)繰り返した。
Next, the supernatant was removed by centrifugation, and then 0.5 ml of 50 mM MES buffer (pH 6.1) containing 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride (hereinafter, EDC) at a concentration of 2 mg/ml and 0.5 ml of 50 mM MES buffer (pH 6.1) containing sodium N-hydroxysulfosuccinimide (hereinafter, solvent-NHS) at a concentration of 2 mg/ml were added, and the mixture was ultrasonically dispersed for about 10 seconds using an ultrasonic cleaner (US-610 (manufactured by SND Co., Ltd.)) and then mixed by inversion for about 1 hour.
Thereafter, the supernatant was removed by centrifugation, and 1.0 ml of 50 mM MES buffer (pH 6.1) was added, followed by ultrasonic dispersion for about 10 seconds using an ultrasonic cleaner (US-610 (manufactured by SND Co., Ltd.)). This process was repeated two more times (a total of three times).
<ナノ粒子への核酸プローブの修飾>
ナノ粒子への核酸プローブの修飾は、粒子表面に導入したスクシンイミジル基と核酸プローブに修飾したアミノ基との反応させることで実施した。以下にその詳細を示す。
<Modification of Nanoparticles with Nucleic Acid Probes>
The modification of the nanoparticles with the nucleic acid probe was carried out by reacting the succinimidyl group introduced on the particle surface with the amino group modified on the nucleic acid probe, as described in detail below.
前述の方法で調整した0.1wt%のスクシンイミジル基導入済のナノ粒子を1mlが入った2mlマイクロチューブに、末端にアミノ基導入済みの核酸プローブ(表3に記載のNo.3,4 オリゴDNA)を最終濃度が100nMとなるよう1ml添加し、室温にて2時間反応をさせた。核酸プローブは、1つの反応チューブにつきオリゴDNAを1種類のみ添加・反応させたため、合計4反応(ナノ粒子:2種類×オリゴDNA:2種類)を実施した。 1 ml of a nucleic acid probe (No. 3 and 4 oligo DNAs listed in Table 3) with an amino group introduced at the end was added to a 2 ml microtube containing 1 ml of 0.1 wt% succinimidyl group-introduced nanoparticles prepared by the method described above, so that the final concentration was 100 nM, and the reaction was allowed to proceed at room temperature for 2 hours. Only one type of oligo DNA was added and reacted per reaction tube, so a total of four reactions (2 types of nanoparticles x 2 types of oligo DNA) were carried out.
その後、遠心分離により上澄みを除去した後に、1mlの停止バッファー(エタノールアミンを終濃度100mM含む50mM MESバッファー(pH6.1))を添加し、10秒程度超音波分散した後に約10分間転倒混和させた。 Then, the supernatant was removed by centrifugation, and 1 ml of stop buffer (50 mM MES buffer (pH 6.1) containing ethanolamine at a final concentration of 100 mM) was added, and the mixture was ultrasonically dispersed for about 10 seconds and then mixed by inversion for about 10 minutes.
次に、遠心分離により上澄みを除去した後に、1mlのブロッキングバッファー(カゼイン酸ナトリウムを1%含む50mM MESバッファー(pH6.1))を添加し、10秒程度超音波分散した後に約2時間転倒混和させた。
その後、遠心分離により上澄みを除去した後に、TEバッファー(ニッポンジーン社製)を1ml添加し、10秒程度超音波分散した。これを再度(計2回)繰り返し、核酸プローブが標識されたナノ粒子(ナノ粒子プローブ)懸濁液を得た。
Next, the supernatant was removed by centrifugation, and 1 ml of blocking buffer (50 mM MES buffer (pH 6.1) containing 1% sodium caseinate) was added, ultrasonically dispersed for about 10 seconds, and then mixed by inversion for about 2 hours.
After that, the supernatant was removed by centrifugation, 1 ml of TE buffer (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.) was added, and ultrasonic dispersion was performed for about 10 seconds. This was repeated again (a total of two times) to obtain a suspension of nanoparticles (nanoparticle probes) labeled with nucleic acid probes.
<ナノ粒子を用いた凝集・沈殿条件の確認>
本実施例では、ナノ粒子に標識された核酸プローブと標的遺伝子との間のハイブリダイゼーションによりビーズが架橋され、その結果、ナノ粒子が凝集体を形成するよう設計された実験系を用いた。
<Confirmation of aggregation and precipitation conditions using nanoparticles>
In this example, an experimental system was used in which the beads were cross-linked by hybridization between the nucleic acid probes labeled on the nanoparticles and the target gene, resulting in the formation of aggregates of the nanoparticles.
具体的には、0.2ml PCRチューブに、異なる核酸プローブにて表面修飾された2種類の0.1wt%ナノ粒子(ラテックスビーズ、または金属複合ナノ粒子)を各5μL、10×TE Bufferを2μL、検査対象物質としてナノ粒子に標識した核酸プローブと相補的な配列を有するNo.1オリゴDNAを任意の終濃度となるよう添加した後、全量が20μLとなるよう滅菌済ミリQ水を添加した。 Specifically, 5 μL each of two types of 0.1 wt% nanoparticles (latex beads or metal composite nanoparticles) surface-modified with different nucleic acid probes, 2 μL of 10x TE Buffer, and No. 1 oligo DNA with a sequence complementary to the nucleic acid probe labeled on the nanoparticles as the test substance were added to a 0.2 ml PCR tube to an arbitrary final concentration, and then sterilized Milli-Q water was added to bring the total volume to 20 μL.
なお、本実施例で標的遺伝子として使用したNo.1オリゴDNAは、異なる2種類の核酸プローブに相補的な配列を1分子あたり各1箇所有しており、ナノ粒子は1種類の異なる核酸プローブにて標識されたものを2種類使用することから、標的遺伝子を介して2つのナノ粒子が架橋される。また、この架橋は、1つのナノ粒子に対して複数存在することから、ナノ粒子が三次元的に網目状につながった凝集体を形成することとなる。 The No. 1 oligo DNA used as the target gene in this example has sequences complementary to two different types of nucleic acid probes at one site per molecule, and two types of nanoparticles labeled with one different type of nucleic acid probe are used, so the two nanoparticles are crosslinked via the target gene. In addition, since multiple crosslinks exist for one nanoparticle, the nanoparticles form an aggregate in which they are connected three-dimensionally in a mesh-like pattern.
上記に加えて、ネガティブコントロール実験として、核酸プローブに対して相補的な配列を持たないNo.2オリゴDNAを非標的遺伝子として使用した実験を、検査対象物質を変えた以外、上記の標的遺伝子を使用した実験と同条件にて実施した。 In addition to the above, a negative control experiment was conducted using No. 2 oligo DNA, which does not have a sequence complementary to the nucleic acid probe, as a non-target gene under the same conditions as the experiment using the target gene above, except that the substance to be tested was changed.
結果は、ナノ粒子沈降に伴う濁度低下の発生した検査対象物質添加量、および時間より評価した。なお、濁度低下の判定方法は、実施例1と同様である。 The results were evaluated based on the amount of test substance added and the time at which a decrease in turbidity occurred due to nanoparticle precipitation. The method for determining the decrease in turbidity was the same as in Example 1.
<結果>
ナノ粒子としてラテックスビーズを用いた場合、粒子の沈殿に伴う濁度低下が視認された条件は、標的遺伝子濃度が最も大きい反応系(20,000 nM)において60分以上反応された条件のみであった。
<Results>
When latex beads were used as nanoparticles, the only conditions under which a decrease in turbidity due to particle precipitation was visible were the conditions in which the reaction system had the highest target gene concentration (20,000 nM) and the reaction was continued for 60 minutes or more.
一方、ナノ粒子として金属複合ナノ粒子を用いた場合、粒子沈殿に伴う濁度低下は、全ての条件において確認された。なお、非標的遺伝子を使用した場合は、全ての反応系でナノ粒子沈降に伴う濁度低下は確認されなかったことから、本実施例において確認されたナノ粒子沈殿に伴う濁度低下は、標的遺伝子と核酸プローブのハイブリダイゼーションによるナノ粒子の架橋反応に起因するものであることが示された。 On the other hand, when metal composite nanoparticles were used as the nanoparticles, a decrease in turbidity due to particle precipitation was confirmed under all conditions. When non-target genes were used, no decrease in turbidity due to nanoparticle precipitation was confirmed in any reaction system, indicating that the decrease in turbidity due to nanoparticle precipitation confirmed in this example was due to a cross-linking reaction of nanoparticles caused by hybridization of the target gene and the nucleic acid probe.
以上より、金属複合ナノ粒子を粒子凝集法による遺伝子検出系に適用した場合、タンパク質を検査対象物質とした場合と同様、一般的に使用されるラテックスビーズを適用した場合と比較して、本法の検出感度向上と、分析時間の短縮が実現できることが示された。 The above results show that when metal composite nanoparticles are applied to a gene detection system using the particle agglutination method, it is possible to improve the detection sensitivity of this method and shorten the analysis time compared to when commonly used latex beads are used, just as when proteins are the test substances.
表4 粒子凝集法を用いた標的遺伝子検出における感度、反応時間に及ぼすナノ粒子種の影響
Table 4. Effect of nanoparticle species on sensitivity and reaction time in target gene detection using particle agglutination method
本発明は、検査対象物質の存在を特異的に判定できる解析技術として利用できる。 The present invention can be used as an analytical technique that can specifically determine the presence of a substance to be tested.
<配列番号1~4>実施例2で使用したオリゴDNAの塩基配列を示す。 <Sequence numbers 1 to 4> Shows the base sequences of the oligo DNA used in Example 2.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000516460A (en) | 1996-07-29 | 2000-12-12 | ナノスフェアー リミテッド ライアビリティ カンパニー | Oligonucleotide-attached nanoparticles and methods of using the particles |
| JP2011512861A (en) | 2008-03-14 | 2011-04-28 | ビオメリュー | A method for real-time detection of microorganisms in liquid media by agglutination |
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-
2020
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000516460A (en) | 1996-07-29 | 2000-12-12 | ナノスフェアー リミテッド ライアビリティ カンパニー | Oligonucleotide-attached nanoparticles and methods of using the particles |
| JP2011512861A (en) | 2008-03-14 | 2011-04-28 | ビオメリュー | A method for real-time detection of microorganisms in liquid media by agglutination |
| WO2016002742A1 (en) | 2014-07-01 | 2016-01-07 | 新日鉄住金化学株式会社 | Resin-metal composite, labeling substance, immunoassay method, immunoassay reagent, method for measuring analyte, analyte measurement kit, and lateral-flow chromatographic test strip |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Dezelic, N., et al.,"A photometric method for determination of serum titers by latex particle agglutination",Croat. Chem. Acta,1970年,Vol. 42,pp. 457-466 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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