JP7798026B2 - Method for producing fluorescent nanoparticles - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光ナノ粒子、および蛍光ナノ粒子の製造方法に関する。 The present invention relates to fluorescent nanoparticles and a method for producing fluorescent nanoparticles.
病理診断では、免疫染色(immunohistochemistry;IHC)やin situ hybridization(ISH)と呼ばれる、標本の分子情報の発現を確認するための分子を標的とした染色を施し、遺伝子やタンパク質の発現異常といった機能異常を診断する観察が行われている。免疫染色には、例えば、酵素を用いた色素染色法(DAB染色等)が用いられる。Pathological diagnosis involves the use of techniques called immunohistochemistry (IHC) and in situ hybridization (ISH), which involve staining molecules to identify the expression of molecular information in specimens and then observing them to diagnose functional abnormalities such as abnormal gene or protein expression. Immunostaining, for example, involves enzyme-based dye staining (such as DAB staining).
しかしながら、DAB染色のような酵素標識による染色は、染色濃度が温度・時間などの環境条件により大きく左右されるため、染色濃度から実際の抗原等の量を見積もることが難しいという課題がある。そのため、病理診断における免疫観察では、酵素標識による染色の代わりに、蛍光標識体を用いる蛍光標識法も行われている。However, enzyme-labeled staining such as DAB staining presents a challenge, as the staining density is significantly affected by environmental conditions such as temperature and time, making it difficult to estimate the actual amount of antigens from the staining density. For this reason, fluorescent labeling methods using fluorescent labels are also used in immunological observations in pathological diagnosis instead of enzyme-labeled staining.
この方法はDAB染色と比べて定量性に優れるという特徴がある。蛍光標識法は、蛍光色素が修飾された抗体を用いて対象となる抗原を染色して観察することで抗原量を測るものである。This method is characterized by its superior quantitative capabilities compared to DAB staining. Fluorescent labeling measures the amount of antigen by staining the target antigen using an antibody modified with a fluorescent dye and observing it.
従来、蛍光標識に用いるものとして、蛍光色素を含む樹脂粒子に標的物質標識分子としてのストレプトアビジンを直接的に結合させた蛍光ナノ粒子を含む染色液が知られている。たとえば、特許文献1は、ストレプトアビジンが結合した蛍光ナノ粒子を開示している。 Conventionally, a staining solution containing fluorescent nanoparticles, in which streptavidin as a target substance labeling molecule is directly bound to resin particles containing a fluorescent dye, has been known for use in fluorescent labeling. For example, Patent Document 1 discloses fluorescent nanoparticles bound to streptavidin.
上記の特許文献1に記載されている蛍光ナノ粒子は、その表面にストレプトアビジンが結合している。本発明者らが検討したところ、この蛍光ナノ粒子を用いて標的物質(検出対象に結合した標的物質)の染色を行うと感度が低い場合があることを見いだした。 The fluorescent nanoparticles described in Patent Document 1 above have streptavidin bound to their surface. The inventors of the present invention have conducted research and found that using these fluorescent nanoparticles to stain a target substance (a target substance bound to a detection target) can sometimes result in low sensitivity.
本発明者らはその理由を鋭意検討し、特許文献1に記載の蛍光ナノ粒子では、その表面に担持されたストレプトアビジン(標的物質認識物質)が活性を失っており、ビオチン(標的物質)に結合できない場合があるためであると考えた。The inventors have thoroughly investigated the reasons for this and concluded that in the case of the fluorescent nanoparticles described in Patent Document 1, the streptavidin (target substance recognition substance) supported on their surface may have lost its activity and may not be able to bind to biotin (target substance).
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、標的物質認識物質が表面に担持された蛍光ナノ粒子において、標的物質認識物質が高い活性を有し、標的物質を高感度に測定することができる蛍光ナノ粒子を提供することを目的とする。また、本発明は当該蛍光ナノ粒子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide fluorescent nanoparticles having a target substance recognition substance supported on the surface, in which the target substance recognition substance has high activity and can measure the target substance with high sensitivity. Another aim of the present invention is to provide a method for producing such fluorescent nanoparticles.
本発明の一実施形態に係る蛍光ナノ粒子は、標的物質に結合する標的物質認識物質が表面に担持された蛍光ナノ粒子であって、100pmol/Lの濃度で前記蛍光ナノ粒子を含む100μLの液体を、0.1pmol/mm2の密度で28.3mm2の面積にわたって前記標的物質が固定化された基板に接触させ、4℃で1時間攪拌させた際の前記標的物質に結合する前記蛍光ナノ粒子の割合が1.5%以上である。 Fluorescent nanoparticles according to one embodiment of the present invention are fluorescent nanoparticles carrying on their surface a target substance recognition substance that binds to a target substance, and when 100 μL of a liquid containing the fluorescent nanoparticles at a concentration of 100 pmol/L is brought into contact with a substrate on which the target substance is immobilized at a density of 0.1 pmol/ mm2 over an area of 28.3 mm2 , and the mixture is stirred at 4°C for 1 hour, the percentage of the fluorescent nanoparticles that bind to the target substance is 1.5% or more.
また、本発明の一実施形態に係る蛍光ナノ粒子の製造方法は、マレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子を準備する工程と、標的物質標識分子にチオール基を導入する工程と、前記蛍光ナノ粒子に導入されたマレイミド基と前記標的物質標識分子に導入されたチオール基とを反応させる工程と、を有し、前記チオール基を導入する工程と、前記マレイミド基と前記チオール基とを反応させる工程とは0℃~8℃で行われる、標的物質に結合する標的物質認識物質が表面に担持された蛍光ナノ粒子の製造方法である。 In addition, a method for producing fluorescent nanoparticles according to one embodiment of the present invention includes the steps of preparing fluorescent nanoparticles into which maleimide groups have been introduced, introducing a thiol group into a target substance labeling molecule, and reacting the maleimide group introduced into the fluorescent nanoparticles with the thiol group introduced into the target substance labeling molecule, wherein the steps of introducing the thiol group and reacting the maleimide group with the thiol group are carried out at a temperature between 0°C and 8°C. This is a method for producing fluorescent nanoparticles having a target substance recognition substance supported on their surface that binds to a target substance.
本発明によれば、標的物質認識物質が表面に担持された蛍光ナノ粒子において、標的物質認識物質が高い活性を有し、標的物質を高感度に測定することができる蛍光ナノ粒子を提供することができる。また、本発明は、当該蛍光ナノ粒子の製造方法を提供することができる。 The present invention provides fluorescent nanoparticles carrying a target substance recognition substance on their surface, in which the target substance recognition substance has high activity and can measure the target substance with high sensitivity. The present invention also provides a method for producing such fluorescent nanoparticles.
[蛍光ナノ粒子]
本発明の実施の形態に係る蛍光ナノ粒子は、蛍光色素および樹脂を含むナノ粒子と、前記ナノ粒子の表面に担持された標的物質認識物質とを有する。
[Fluorescent nanoparticles]
The fluorescent nanoparticles according to an embodiment of the present invention include nanoparticles containing a fluorescent dye and a resin, and a target substance recognition substance carried on the surface of the nanoparticles.
(ナノ粒子)
本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子は、母体としてのナノ粒子を含む。
(Nanoparticles)
The fluorescent nanoparticles according to this embodiment contain nanoparticles as a base material.
ナノ粒子を構成する樹脂として、次のような熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリフラン、または、これに類する樹脂を好適に用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリキシレン、ポリ乳酸、グリシジルメタクリレート、メラミン樹脂、ポリウレア、ポリベンゾグアナミン、ポリアミド、フェノール樹脂、多糖類またはこれに類する樹脂を好適に用いることができる。熱硬化性樹脂、特にメラミン樹脂は、キシレン等の有機溶媒を用いる脱水、透徹、封入などの処理によっても、ナノ粒子に内包させた色素の溶出を抑制することができる点で好ましい。The resins that make up the nanoparticles can be the following thermoplastic or thermosetting resins. Suitable thermoplastic resins include polystyrene, polyacrylonitrile, polyfuran, and similar resins. Suitable thermosetting resins include polyxylene, polylactic acid, glycidyl methacrylate, melamine resin, polyurea, polybenzoguanamine, polyamide, phenolic resin, polysaccharides, and similar resins. Thermosetting resins, especially melamine resins, are preferred because they can prevent the leaching of dyes encapsulated in the nanoparticles, even when subjected to processes such as dehydration, clearing, and encapsulation using organic solvents such as xylene.
ナノ粒子は、表面に少なくとも直接的または間接的に標的物質認識物質を結合させるための官能基を備えることが好ましい。このような官能基としては、本発明の属する技術分野において様々な標的物質同士を結合させる場合と同様の官能基を利用することができるが、例えば、エポキシ基またはアミノ基が好ましい。 The nanoparticles preferably have functional groups on their surfaces for directly or indirectly binding target substance-recognizing substances. Such functional groups can be similar to those used to bind various target substances together in the technical field to which the present invention pertains, but epoxy or amino groups, for example, are preferred.
官能基を有するナノ粒子の調製方法は特に限定されるものではないが、例えば、ナノ粒子を構成する熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を合成するためのモノマーとして、所定の官能基をあらかじめ側鎖に有する(コ)モノマーを(共)重合させるか、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の合成後に、それを構成している樹脂モノマー単位が有する官能基を試薬処理して前記所定の官能基に変換する方法を用いることができる。 There are no particular limitations on the method for preparing nanoparticles with functional groups. For example, one method is to (co)polymerize a (co)monomer that already has a specific functional group on its side chain as a monomer for synthesizing the thermoplastic or thermosetting resin that makes up the nanoparticles, or to synthesize the thermoplastic or thermosetting resin and then convert the functional group of the resin monomer unit that makes up the resin into the specific functional group by treating it with a reagent.
熱可塑性の樹脂を用いてナノ粒子を製造する場合の実施形態の例には、スチレンと共にグリシジルメタクリレートをモノマーとして用いて共重合させることにより、表面にエポキシ基を有するポリスチレン系樹脂のナノ粒子を製造する実施形態、あるいはスチレンと共にスチレンカルボン酸やスチレンスルホン酸を共重合させて、表面にカルボン酸、スルホン酸を有するポリスチレン系樹脂のナノ粒子を製造する実施形態、あるいはスチレンと共にアミノスルホン酸を共重合させて表面にアミノ基を有するポリスチレン系樹脂のナノ粒子を製造する実施形態が含まれる。なお、前記グリシジルメタクリレートが有するエポキシ基は、所定の処理によりアミノ基に変換することもできる。Examples of embodiments for producing nanoparticles using a thermoplastic resin include an embodiment in which polystyrene-based resin nanoparticles having epoxy groups on their surfaces are produced by copolymerizing styrene with glycidyl methacrylate as a monomer; an embodiment in which styrene with styrene carboxylic acid or styrene sulfonic acid is copolymerized to produce polystyrene-based resin nanoparticles having carboxylic acid or sulfonic acid on their surfaces; and an embodiment in which styrene with aminosulfonic acid is copolymerized to produce polystyrene-based resin nanoparticles having amino groups on their surfaces. The epoxy groups in the glycidyl methacrylate can also be converted to amino groups by a specific treatment.
一方、熱硬化性の色素樹脂粒子を製造する場合、メラミン樹脂原料(例えば三和ケミカル社製MX035)をモノマーとして用いて共重合させることにより、メラミン系樹脂のナノ粒子を製造する実施形態が挙げられる。 On the other hand, when producing thermosetting pigment resin particles, one embodiment involves producing melamine-based resin nanoparticles by copolymerizing a melamine resin raw material (e.g., MX035 manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.) as a monomer.
(蛍光色素)
本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子は、蛍光色素を含む。
(Fluorescent dye)
The fluorescent nanoparticles according to this embodiment contain a fluorescent dye.
蛍光色素は、ナノ粒子に物理的または化学的な力で結合されていればよく、蛍光色素は例えば、蛍光色素を含む溶媒中でモノマーを重合させることでナノ粒子に取り込まれる。 The fluorescent dye can be bound to the nanoparticles by physical or chemical forces, and can be incorporated into the nanoparticles, for example, by polymerizing a monomer in a solvent containing the fluorescent dye.
上記樹脂を構成するモノマーを重合して蛍光色素を取り込みつつナノ粒子を形成する際に、ナノ粒子に内包または粒子の表面に固定させる蛍光色素としては、例えば、以下のローダミン系色素分子、BODIPY系色素分子、スクアリリウム系色素分子、芳香族炭化水素系色素分子、または、これらの組合せを用いることができる。When forming nanoparticles by polymerizing the monomers that make up the resin and incorporating a fluorescent dye, the fluorescent dye that can be encapsulated in the nanoparticles or fixed to the surface of the particles can be, for example, rhodamine-based dye molecules, BODIPY-based dye molecules, squarylium-based dye molecules, aromatic hydrocarbon-based dye molecules, or combinations of these.
ローダミン系色素分子などの蛍光色素は、比較的耐光性が高いため好ましく、なかでも芳香族炭化水素系色素分子に属するペリレン(perylene)やピレン(Pyrene)、ペリレンジイミド(perylene diimide)が好ましい。 Fluorescent dyes such as rhodamine-based dye molecules are preferred because they have relatively high light resistance, and among them, perylene, pyrene, and perylene diimide, which belong to the aromatic hydrocarbon-based dye molecules, are preferred.
ローダミン系色素分子の例には、5-カルボキシ-ローダミン、6-カルボキシ-ローダミン、5,6-ジカルボキシ-ローダミン、ローダミン 6G、テトラメチルローダミン、X-ローダミン、テキサスレッド、Spectrum Red、LD700 PERCHLORATE、それらの誘導体などが含まれる。 Examples of rhodamine-based dye molecules include 5-carboxy-rhodamine, 6-carboxy-rhodamine, 5,6-dicarboxy-rhodamine, rhodamine 6G, tetramethylrhodamine, X-rhodamine, Texas Red, Spectrum Red, LD700 PERCHLORATE, and derivatives thereof.
BODIPY系色素分子の例には、BODIPY FL、BODIPY TMR、BODIPY 493/503、BODIPY 530/550、BODIPY 558/568、BODIPY 564/570、BODIPY 576/589、BODIPY 581/591、BODIPY 630/650、BODIPY 650/665(以上インビトロジェン社製)、それらの誘導体などが含まれる。Examples of BODIPY dye molecules include BODIPY FL, BODIPY TMR, BODIPY 493/503, BODIPY 530/550, BODIPY 558/568, BODIPY 564/570, BODIPY 576/589, BODIPY 581/591, BODIPY 630/650, BODIPY 650/665 (all manufactured by Invitrogen), and their derivatives.
スクアリリウム系色素分子の例には、SRfluor 680-Carboxylate、1,3-Bis[4-(dimethylamino)-2-hydroxyphenyl]-2,4-dihydroxycyclobutenediylium dihydroxide, bis、1,3-Bis[4-(dimethylamino)phenyl]-2,4-dihydroxycyclobutenediylium dihydroxide, bis、2-(4-(Diethylamino)-2-hydroxyphenyl)-4-(4-(diethyliminio)-2-hydroxycyclohexa-2,5-dienylidene)-3-oxocyclobut-1-enolate、2-(4-(Dibutylamino)-2-hydroxyphenyl)-4-(4-(dibutyliminio)-2-hydroxycyclohexa-2,5-dienylidene)-3-oxocyclobut-1-enolate、2-(8-Hydroxy-1,1,7,7-tetramethyl-1,2,3,5,6,7-hexahydropyrido[3,2,1-ij]quinolin-9-yl)-4-(8-hydroxy-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H-pyrido[3,2,1-ij]quinolinium-9(5H)-ylidene)-3-oxocyclobut-1-enolate、それらの誘導体などが含まれる。 Examples of squarylium dye molecules include SRfluor 680-Carboxylate, 1,3-Bis[4-(dimethylamino)-2-hydroxyphenyl]-2,4-dihydroxycyclobutenediylium dihydroxide, bis, 1,3-Bis[4-(dimethylamino)phenyl]-2,4-dihydroxycyclobutenediylium dihydroxide, bis, 2-(4-(diethylamino)-2-hydroxyphenyl)-4-(4-(diethyliminio)-2-hydroxycyclohexa-2,5-dienylidene)-3-oxocyclobut-1-e nolate, 2-(4-(Dibutylamino)-2-hydroxyphenyl)-4-(4-(dibutyl minio)-2-hydroxycyclohexa-2,5-dienylidene)-3-oxocyclobut-1 -enolate, 2-(8-hydroxy-1,1,7,7-tetramethyl-1,2,3,5,6,7-hexahydropyri-do[3,2,1-ij]quinolin-9-yl)-4-(8-hydroxy-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H-pyri-do[3,2,1-ij]quinolinium-9(5H)-ylidene)-3-oxocyclobut-1-enolate, and derivatives thereof.
芳香族炭化水素系色素分子の例には、N,N-Bis-(2,6-diisopropylphenyl)-1,6,7,12-(4-tert-butylphenoxy)-perylene-3,4,9,10-tetracarbonacid diimide、N,N’-Bis(2,6-diisopropylphenyl)-1,6,7,12-tetraphenoxyperylene-3,4:9,10-tetracarboxdiimide、N,N’-Bis(2,6-diisopropylphenyl)perylene-3,4,9,10-bis(dicarbimide)、16,N,N’-Bis(2,6-dimethylphenyl)perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide、4,4’-[(8,16-Dihydro-8,16-dioxodibenzo[a,j]perylene-2,10-diyl)dioxy]dibutyric acid、2,10-Dihydroxy-dibenzo[a,j]perylene-8,16-dione、2,10-Bis(3-aminopropoxy)dibenzo[a,j]perylene-8,16-dione, 3,3’-[(8,16-Dihydro-8,16-dioxodibenzo[a,j]perylen-2,10-diyl)dioxy]dipropylamine、17-BIS(Octyloxy)Anthra[9,1,2-cde-]Benzo[RST]Pentaphene-5-10-Dione、Octadecanoicacid, 5,10-dihydro-5,10-dioxoanthra[9,1,2-cde]benzo[rst]pentaphene-16,17-diylester、Dihydroxydibenzanthrone、Benzenesulfonic acid, 4,4’,4’’,4’’’-[[2,9-bis[2,6-bis(1-methylethyl)phenyl]-1,2,3,8,9,10-hexahydro-1,3,8,10-tetraoxoanthra[2,1,9-def:6,5,10-d’e’f’]diisoquinoline-5,6,12,13-tetrayl]tetrakis(oxy)]tetrakis-,Benzeneethanaminium、 4,4’,4’’,4’’’-[[2,9-bis[2,6-bis(1-methylethyl)phenyl]-1,2,3,8,9,10-hexahydro-1,3,8,10-tetraoxoanthra[2,1,9-def:6,5,10-d‘e’f‘]diisoquinoline-5,6,12,13-tetrayl]tetrakis(oxy)]tetrakis[N,N,N-trimethyl-]、それらの誘導体などが含まれる。 Examples of aromatic hydrocarbon dye molecules include N,N-Bis-(2,6-diisopropylphenyl)-1,6,7,12-(4-tert-butylphenoxy)-perylene-3,4,9,10-tetracarbonacid diimide, N,N'-Bis(2,6-diisopropylphenyl)-1,6,7,12-tetraphenoxyperylene-3,4:9,10-tetracarboxdiimide, N,N'-Bis(2,6-dii sopropylphenyl) perylene-3,4,9,10-bis(dicarbimide), 16,N,N'-Bis(2,6-dimethylphenyl)perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide, 4,4'-[(8,16-Dihydro-8,16-dioxodibenzo[a,j]perylene-2,10-diyl)dioxy]dibutyric acid, 2,10-Dihydroxy-dibenzo[a,j]perylene-8,16-dione, 2,10-Bis(3-aminopropoxy)dibenzo[a,j]perylene-8,16-dione, 3,3'-[(8,16-Dihydro-8,16-dioxodibenzo[a,j]perylen-2,10-diyl)dioxy]dipropylamine, 1 7-BIS (Octyloxy) Anthra[9,1,2-cde-]Benzo[RST]Pentaphene-5-10-Dione, Octadecanoicacid, 5,10-dihydro-5,10-dioxoanthra[9,1,2-cde]benzo[rst]pentaphe ne-16,17-diylester, Dihydroxydibenzanthrone, Benzenesulfonic acid, 4,4',4'',4'''-[[2,9-bis[2,6-bis(1-methylethyl)phenyl]-1,2,3,8,9,10-hexahydro-1,3,8,10-tetraoxoanthra[ 2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']diisoquinoline-5,6,12,13-tetrayl]tetrakis(oxy)]tetrakis-, Benzeneethanaminium, 4,4',4'',4'''-[[2,9-bis[2,6-bis(1-methylethyl)phenyl]-1,2,3,8,9,10-hexahydro-1,3,8,10-tetraoxoanthra[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']diisoquinoline-5,6,12,13-tetrayl]tetrakis(oxy)]tetrakis[N,N,N-trimethyl-], and derivatives thereof.
(標的物質認識物質)
本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子はその表面に標的物質認識物質が担持されている。
(Target substance recognition substance)
The fluorescent nanoparticles according to this embodiment have a target substance recognition substance carried on their surface.
標的物質認識物質は、例えば検出対象に結合した標的物質に特異的に結合する分子である。標的物質認識物質が標的物質に結合することで、標的物質が蛍光ナノ粒子によって検出対象が標識されることになる。 A target substance recognition substance is, for example, a molecule that specifically binds to a target substance bound to a detection target. When the target substance recognition substance binds to the target substance, the detection target is labeled with the fluorescent nanoparticles.
標的物質認識物質は、特に限定されないが、例えばアビジン、ストレプトアビジンおよびニュートラアビジンからなる群より選ばれる少なくとも1種である。 The target substance recognition substance is not particularly limited, but may be, for example, at least one selected from the group consisting of avidin, streptavidin, and neutravidin.
標的物質およびそれに特異的に結合する標的物質認識物質の組み合わせとしては、例えば、ビオチン-アビジン、ビオチン-ストレプトアビジン、ビオチン-ニュートラアビジンの組み合わせが挙げられる。特異的に結合するとは、このような組み合わせに応じて、本発明の属する技術分野における一般的な用語として解釈することが可能であるが、結合定数(KA)またはその逆数である解離定数(KD)によって定義することも可能である。 Examples of combinations of a target substance and a target substance recognition substance that specifically binds to it include combinations of biotin-avidin, biotin-streptavidin, and biotin-neutravidin. Specific binding can be interpreted as a general term in the technical field to which the present invention pertains, depending on the combination, but it can also be defined by an association constant (K A ) or its reciprocal, the dissociation constant (K D ).
すなわち、本発明で用いられる標的物質認識物質は、染色対象となる標的物質との間の結合定数(KA)が1×105~1×1012の範囲にあることが好ましい。結合定数(KA)が当該範囲内にある場合は、その標的物質は染色対象となる標的物質と特異的に結合する標的物質認識物質として取り扱うことができる。 That is, the target substance recognition substance used in the present invention preferably has a binding constant (K A ) between itself and the target substance to be stained in the range of 1×10 5 to 1×10 12. When the binding constant (K A ) is within this range, the target substance can be treated as a target substance recognition substance that specifically binds to the target substance to be stained.
(平均粒子径)
蛍光ナノ粒子の平均粒子径は、汎用の蛍光顕微鏡でも好適に輝点の観察が可能となる観点から、好ましくは30~300nmであり、より好ましくは40nm~200nmである。平均粒子径が300nmを超える場合、染色後の観察の際に細胞1個当たりの輝点数が減って輝点観察がしにくくなり、逆に平均粒子径が30nm未満の場合、細胞1個当たりの輝点数が増えて輝点観察がしにくくなるからである。なお、平均粒子径は走査型電子顕微鏡で撮影した画像に写っている各粒子(100個以上)の長径を測定し、その平均値とすることができる。
(Average particle size)
The average particle diameter of the fluorescent nanoparticles is preferably 30 to 300 nm, more preferably 40 to 200 nm, from the viewpoint of enabling suitable observation of bright spots even with a general-purpose fluorescence microscope. If the average particle diameter exceeds 300 nm, the number of bright spots per cell decreases during observation after staining, making bright spot observation difficult. Conversely, if the average particle diameter is less than 30 nm, the number of bright spots per cell increases, making bright spot observation difficult. The average particle diameter can be determined by measuring the major axis of each particle (100 or more) in an image captured with a scanning electron microscope and averaging the measurements.
(蛍光ナノ粒子の標的物質に結合する割合)
本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子は、その表面に担持された標的物質認識物質が高い活性を有するため、標的物質に結合する割合が比較的高い。
(Proportion of fluorescent nanoparticles that bind to target substances)
The fluorescent nanoparticles according to this embodiment have a relatively high rate of binding to a target substance because the target substance recognition substance carried on the surface of the nanoparticles has high activity.
具体的には、100pmol/Lの濃度で蛍光ナノ粒子を含む100μLの液体を、0.1pmol/mm2の密度で28.3mm2の面積にわたって標的物質が固定化された基板に接触させ4℃で1時間攪拌させた際の基板上の標的物質に結合する蛍光ナノ粒子の割合が1.5%以上である。なお、基板上の標的物質に結合する蛍光ナノ粒子の割合は、標的物質が固定化された基板に、標的物質認識物質が表面に担持された蛍光ナノ粒子を接触させて、結合した割合を求めることによって評価することができる。 Specifically, when 100 μL of a liquid containing fluorescent nanoparticles at a concentration of 100 pmol/L is brought into contact with a substrate on which a target substance has been immobilized at a density of 0.1 pmol/ mm2 over an area of 28.3 mm2 and stirred for 1 hour at 4° C., the proportion of fluorescent nanoparticles that bind to the target substance on the substrate is 1.5% or more. The proportion of fluorescent nanoparticles that bind to the target substance on the substrate can be evaluated by bringing fluorescent nanoparticles carrying a target substance recognition substance on their surface into contact with the substrate on which the target substance has been immobilized and determining the proportion of those bound.
蛍光ナノ粒子に担持された標的物質認識物質は活性があるものと、非活性であるものとがある。すなわち、標的物質認識物質が標的物質に結合する能力があるものと、ないものとがある。上記のような評価において、標的物質に結合する蛍光ナノ粒子の割合が1.5%以上であることは、活性がある標的物質認識物質が蛍光ナノ粒子の表面に多くあることを表している。 Target substance recognition substances carried by fluorescent nanoparticles can be active or inactive. In other words, some target substance recognition substances have the ability to bind to target substances, while others do not. In the above evaluation, a percentage of fluorescent nanoparticles that bind to target substances of 1.5% or more indicates that there is a large amount of active target substance recognition substance on the surface of the fluorescent nanoparticles.
本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子は、その製造プロセスを改善することにより、標的物質認識物質が高い活性を有し、標的物質を認識する割合が向上する。これにより高感度な測定をすることができる。また。標的物質認識物質の活性度合いを一定の範囲にすることで、検出感度が向上し、検出のバラツキが低減する(検出精度が向上する)。 By improving the manufacturing process of the fluorescent nanoparticles of this embodiment, the target substance recognition substance has high activity, increasing the rate at which the target substance is recognized. This allows for highly sensitive measurements. Furthermore, by keeping the activity level of the target substance recognition substance within a certain range, detection sensitivity is improved and detection variability is reduced (detection accuracy is improved).
従来のBCA法では、蛍光ナノ粒子の表面に結合した標的物質認識物質の量をタンパク質の量として測定するだけであったが、上記の方法では、蛍光ナノ粒子の表面に担持された標的物質認識物質の活性を測定することができる。 Conventional BCA methods only measure the amount of target substance recognition substance bound to the surface of fluorescent nanoparticles as the amount of protein, but the above method makes it possible to measure the activity of the target substance recognition substance supported on the surface of fluorescent nanoparticles.
上記の割合は1.5%以上であればよいが、より高感度に測定するという観点から、2%以上であることがさらに好ましく、2.5%以上であることがさらに好ましく、5%以上であることがさらに好ましく、8%以上であることがさらに好ましい。上記の割合の上限は非特異的な結合を抑制するという観点から10%以下であることが好ましい。 The above ratio should be 1.5% or more, but from the perspective of more sensitive measurement, it is more preferably 2% or more, even more preferably 2.5% or more, even more preferably 5% or more, and even more preferably 8% or more. The upper limit of the above ratio is preferably 10% or less, from the perspective of suppressing non-specific binding.
本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子の製造方法は、特に限定されない。たとえば、本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子は、次に説明する蛍光ナノ粒子の製造方法により製造されうる。 The method for producing fluorescent nanoparticles according to this embodiment is not particularly limited. For example, fluorescent nanoparticles according to this embodiment can be produced by the method for producing fluorescent nanoparticles described below.
[蛍光ナノ粒子の製造方法]
本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子の製造方法は、マレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子を準備する工程と、標的物質認識物質にチオール基を導入する工程と、前記蛍光ナノ粒子に導入されたマレイミド基と前記標的物質標識分子に導入されたチオール基とを反応させる工程と、を有する。前記チオール基を導入する工程と、前記マレイミド基と前記チオール基とを反応させる工程とは0℃~8℃で行われる。以下、各工程について説明する。
[Method of manufacturing fluorescent nanoparticles]
The method for producing fluorescent nanoparticles according to this embodiment includes the steps of preparing fluorescent nanoparticles into which maleimide groups have been introduced, introducing a thiol group into a target substance recognition substance, and reacting the maleimide group introduced into the fluorescent nanoparticles with the thiol group introduced into the target substance labeling molecule. The steps of introducing the thiol group and reacting the maleimide group with the thiol group are carried out at 0°C to 8°C. Each step is described below.
(マレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子を準備する工程)
マレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子を準備する工程では、予めマレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子を入手してもよいし、蛍光ナノ粒子にマレイミド基を導入してマレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子を作製してもよい。
(Step of preparing fluorescent nanoparticles having maleimide groups introduced therein)
In the step of preparing fluorescent nanoparticles having maleimide groups introduced thereinto, fluorescent nanoparticles having maleimide groups introduced thereinto in advance may be obtained, or fluorescent nanoparticles having maleimide groups introduced thereinto may be prepared by introducing maleimide groups thereinto.
蛍光ナノ粒子にマレイミド基を導入する場合は、図1Aに示されるようにアミノ基が導入された蛍光ナノ粒子にマレイミド基導入試薬(例えばNHS-PEG12-マレイミド)を反応させることで行われることが好ましい。ここで、一般に、アミノ基を導入するには、図1Aに示されるように蛍光ナノ粒子を先ずギ酸で処理し、その表面にカルボキシル基を付加させてから、アミノ基導入試薬(例えばBAEE)を加えることでアミノ基を導入することが好ましいと考えられている。しかし、本発明の一実施の形態においては、ギ酸処理されていない蛍光ナノ粒子にアミノ基導入試薬を加えてアミノ基を導入するようにしてもよい。ギ酸処理を省略することで、その理由は明らかではないが、より標的物質認識物質の活性が高く、高感度の蛍光ナノ粒子を得ることができる。 When introducing maleimide groups into fluorescent nanoparticles, it is preferable to do so by reacting fluorescent nanoparticles to which amino groups have been introduced with a maleimide group-introducing reagent (e.g., NHS-PEG12-maleimide) as shown in Figure 1A. Here, it is generally believed that the preferred method for introducing amino groups is to first treat the fluorescent nanoparticles with formic acid, as shown in Figure 1A, to add carboxyl groups to their surfaces, and then add an amino group-introducing reagent (e.g., BAEE) to introduce the amino groups. However, in one embodiment of the present invention, amino groups may be introduced by adding an amino group-introducing reagent to fluorescent nanoparticles that have not been treated with formic acid. Although the reason for this is unclear, omitting the formic acid treatment results in fluorescent nanoparticles with higher target substance recognition activity and higher sensitivity.
また、ギ酸処理を省略することで、未反応のカルボキシ基(アミノ基が導入されなかったカルボキシ基)が存在することにより、蛍光ナノ粒子の表面が負に帯電することを抑制し、表面の電荷を従来よりも正側に傾け、核酸由来の負電荷を持つRNAscopeのプローブに対するアクセス性が向上することが期待される。 In addition, by omitting the formic acid treatment, the presence of unreacted carboxyl groups (carboxyl groups without an amino group introduced) prevents the surface of the fluorescent nanoparticles from becoming negatively charged, shifting the surface charge more positively than before, which is expected to improve accessibility to RNAscope probes that have a negative charge derived from nucleic acids.
また、図1Aに示されるように、蛍光ナノ粒子にアミノ基を導入する工程の後、かつアミノ基にN-ヒドロキシコハク酸イミド基を反応させる工程の前に、アミノ基を導入された蛍光ナノ粒子を有機溶媒で洗浄する工程を行うことが好ましい。この洗浄工程は、有機溶媒を用いて水を除去するように行われることが好ましい。具体的には、洗浄液中の有機溶媒の量を徐々に多くした洗浄液を用いて複数回洗浄することが好ましい。このように水を除去するようにして洗浄することで、マレイミド基導入試薬の失活を抑えることができると考えられる。 Furthermore, as shown in Figure 1A, after the step of introducing amino groups into the fluorescent nanoparticles and before the step of reacting the amino groups with N-hydroxysuccinimide groups, it is preferable to perform a step of washing the fluorescent nanoparticles with the amino groups introduced with an organic solvent. This washing step is preferably performed so as to remove water using an organic solvent. Specifically, it is preferable to wash multiple times using a washing solution in which the amount of organic solvent in the washing solution is gradually increased. It is believed that washing in this way to remove water can prevent the deactivation of the maleimide group-introducing reagent.
上記のアミノ基導入試薬はアミノ基を導入することができれば特に制限されない。アミノ基導入試薬の例には、1,2-Bis(2-aminoethoxy)ethane(BAEE)、1,4-Diaminobutane、1,10-Diaminodecane、1,12-Diaminododecane、1,7-Diaminoheptane、1,6-Diaminohexane、1,8-Diaminooctane、1,5-Diaminopentane、1,3-Diaminopropane、1,11-Diaminoundecane、Ethylenediamine、2,2’-Oxybis(ethylamine)、1,11-Diamino-3,6,9-trioxaundecaneなどが含まれる。 The above-mentioned amino group introduction reagent is not particularly limited as long as it can introduce an amino group. Examples of amino group introduction reagents include 1,2-Bis(2-aminoethoxy)ethane (BAEE), 1,4-Diaminobutane, 1,10-Diaminodecane, 1,12-Diaminododecane, 1,7-Diaminoheptane, 1,6-Diaminohexane, and 1,8-Diaminohexane. Examples of the diaminobenzoates include diaminominooctane, 1,5-diaminopentane, 1,3-diaminopropane, 1,11-diaminooundecane, ethylenediamine, 2,2'-oxybis(ethylamine), and 1,11-diamino-3,6,9-trioxaundecane.
次に、図1Aに示されるように、上記のようにして蛍光ナノ粒子に導入されたアミノ基に、例えば、マレイミド基およびN-ヒドロキシコハク酸イミド基を含む化合物のN-ヒドロキシコハク酸イミド基を反応させることで蛍光ナノ粒子にマレイミド基を導入する。 Next, as shown in Figure 1A, the amino group introduced into the fluorescent nanoparticles as described above is reacted with, for example, the N-hydroxysuccinimide group of a compound containing a maleimide group and an N-hydroxysuccinimide group, thereby introducing a maleimide group into the fluorescent nanoparticles.
マレイミド基導入試薬はマレイミド基を導入することができれば特に制限されない。マレイミド基導入試薬の例には、マレイミド基およびN-ヒドロキシコハク酸イミド基を含む化合物、NHS-PEG12-マレイミド、TFP-PEG-マレイミド、PFP-PEG-マレイミドなどが含まれる。There are no particular limitations on the maleimide group-introducing reagent, as long as it can introduce a maleimide group. Examples of maleimide group-introducing reagents include compounds containing a maleimide group and an N-hydroxysuccinimide group, NHS-PEG12-maleimide, TFP-PEG-maleimide, PFP-PEG-maleimide, etc.
(標的物質認識物質にチオール基を導入する工程)
標的物質認識物質にチオール基を導入する工程は、図1Bに示されるように、例えば、標的物質認識物質のアミノ基にチオール基導入試薬(例えばトラウト試薬)を反応させることで行われる。この標的物質認識物質にチオール基を導入する工程は、標的物質認識物質が高い活性を有するようにするという観点から、0~8℃で行われことが好ましく、0~4℃で行われることがさらに好ましく、2~4℃で行われることがさらに好ましい。
(Step of introducing a thiol group into a target substance recognition substance)
The step of introducing a thiol group into a target substance recognition substance is carried out, for example, by reacting a thiol group introduction reagent (e.g., Traut's reagent) with the amino group of the target substance recognition substance, as shown in Figure 1B. From the viewpoint of ensuring high activity of the target substance recognition substance, this step of introducing a thiol group into the target substance recognition substance is preferably carried out at 0 to 8°C, more preferably 0 to 4°C, and even more preferably 2 to 4°C.
標的物質認識物質は、特に限定されないが、例えばアビジン、ストレプトアビジンおよびニュートラアビジンからなる群より選ばれる少なくとも1種である。 The target substance recognition substance is not particularly limited, but may be, for example, at least one selected from the group consisting of avidin, streptavidin, and neutravidin.
チオール基導入試薬はチオール基を導入することができれば特に制限されない。チオール基導入試薬の例には、トラウト試薬(2-Iminothiolane)、SPDP(N-{6-[3-(2-Pyridyldithio)propionamido]hexanoyloxy}sulfosuccinimide)、Sulfo-AC5-SPDP(N-{6-[3-(2-Pyridyldithio)propionamido]hexanoyloxy}sulfosuccinimide, sodium salt)、SATA(N-succinimidyl S-acetylthioacetate)、SATP(N-succinimidyl-S-acetylthiopropionate)、SAT(PEG)4 (PEGylated N-succinimidyl S-acetylthioacetate)などが含まれる。There are no particular limitations on the thiol group introduction reagent, as long as it can introduce a thiol group. Examples of thiol group introduction reagents include Traut's reagent (2-Iminothiolane), SPDP (N-{6-[3-(2-Pyridyldithio)propionamido]hexanoyloxy}sulfosuccinimide), Sulfo-AC5-SPDP (N-{6-[3-(2-Pyridyldithio)propionamido]hexanoyloxy}sulfosuccinimide, sodium salt), SATA (N-succinimidyl S-acetylthioacetate), SATP (N-succinimidyl-S-acetylthiopropionate), SAT(PEG)4 (PEGylated N-succinimidyl S-acetylthioacetate), and the like.
(マレイミド基とチオール基とを反応させる工程)
マレイミド基とチオール基とを反応させる工程は、図1Cに示されるように、例えば、マレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子と、チオール基が導入された標的物質認識物質とを反応させることで行われる(図1C)。このマレイミド基とチオール基とを反応させる工程は、標的物質認識物質が高い活性を有するようにするという観点から、0~8℃で行われることが好ましく、0~4℃で行われることがさらに好ましく、2~4℃で行われることがさらに好ましい。
(Step of reacting maleimide group with thiol group)
The step of reacting the maleimide group with the thiol group is carried out by reacting, for example, fluorescent nanoparticles to which a maleimide group has been introduced with a target substance recognition substance to which a thiol group has been introduced, as shown in Figure 1C. From the viewpoint of ensuring high activity of the target substance recognition substance, the step of reacting the maleimide group with the thiol group is preferably carried out at 0 to 8°C, more preferably at 0 to 4°C, and even more preferably at 2 to 4°C.
(効果)
本発明の実施の形態に係る蛍光ナノ粒子によれば、その表面に担持された標的物質認識物質の活性が高い。また活性の度合いを一定の範囲にすることができる。また、本発明の実施の形態に係る蛍光ナノ粒子の製造方法によれば、その表面に担持された標的物質認識物質の活性を高くすることができる。これにより、本発明の実施の形態に係る蛍光ナノ粒子によれば検出感度の向上および検出結果のバラツキの低減を測ることができる。
(effect)
According to the fluorescent nanoparticles of the embodiment of the present invention, the activity of the target substance recognition substance carried on the surface thereof is high. Furthermore, the degree of activity can be controlled within a certain range. Furthermore, according to the method for producing fluorescent nanoparticles of the embodiment of the present invention, the activity of the target substance recognition substance carried on the surface thereof can be increased. As a result, the fluorescent nanoparticles of the embodiment of the present invention can improve detection sensitivity and reduce variation in detection results.
以下、本実施の形態に係る発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本実施の形態に係る発明はこれらの実施例により限定されない。 The invention relating to this embodiment will be described in detail below with reference to examples, but the invention relating to this embodiment is not limited to these examples.
[蛍光ナノ粒子の調製]
(実施例1:低温反応)
〈蛍光ナノ粒子の合成〉
(1)原料調製・混合工程
蛍光色素のスルホローダミン101(「Sulforhodamine 101」、シグマアルドリッチ社製、TexasRed色素)2.5mgを純水22.5mLに溶解した。この溶液をホットスターラーで70℃に維持しながら20分間撹拌した。次に、水溶性メラミン樹脂「ニカラックMX-035」(日本カーバイド工業社製)1.5gを前記溶液に加えて、同条件でさらに5分間加熱撹拌した。
[Preparation of fluorescent nanoparticles]
Example 1: Low-Temperature Reaction
Synthesis of fluorescent nanoparticles
(1) Raw Material Preparation and Mixing Step 2.5 mg of the fluorescent dye sulforhodamine 101 ("Sulforhodamine 101", manufactured by Sigma-Aldrich, Texas Red dye) was dissolved in 22.5 mL of pure water. This solution was stirred for 20 minutes while maintaining the temperature at 70°C using a hot stirrer. Next, 1.5 g of the water-soluble melamine resin "Nikarac MX-035" (manufactured by Nippon Carbide Industries Co., Ltd.) was added to the solution, and the mixture was heated and stirred for an additional 5 minutes under the same conditions.
(2)重合工程(ギ酸処理)
加熱した溶液にギ酸100μLを加え、溶液温度を60℃に維持しつつ20分間さらに加熱攪拌した。その後、当該溶液を放置して室温まで冷却した。
(2) Polymerization step (formic acid treatment)
To the heated solution, 100 μL of formic acid was added, and the solution was further heated and stirred for 20 minutes while maintaining the solution temperature at 60° C. Thereafter, the solution was allowed to stand and cooled to room temperature.
冷却した溶液を遠心用チューブに移して、遠心分離機で12000rpm、20分間遠心分離した。遠心分離した溶液の上澄みを除去して沈降物のみを回収した。回収した沈降物に対してエタノールを用いて洗浄をした後、水を用いて同様に洗浄した。The cooled solution was transferred to a centrifuge tube and centrifuged at 12,000 rpm for 20 minutes. The supernatant was removed and the precipitate was collected. The collected precipitate was washed with ethanol and then with water in the same manner.
(3)アミノ基導入工程
以下に示すように、蛍光ナノ粒子の表面にアミノ基を導入した。まず、上記洗浄後の1nmol/Lに調整したメラミン系粒子(蛍光ナノ粒子)1mLを1,2-Bis(2-aminoethoxy)ethane(BAEE)20μLと混合し、温度70℃で1時間反応させた。このようにして、蛍光ナノ粒子へアミノ基を導入した。
(3) Amino group introduction step: Amino groups were introduced onto the surface of the fluorescent nanoparticles as follows. First, 1 mL of the melamine-based particles (fluorescent nanoparticles) adjusted to 1 nmol/L after the above washing was mixed with 20 μL of 1,2-Bis(2-aminoethoxy)ethane (BAEE), and the mixture was allowed to react at 70°C for 1 hour. In this way, amino groups were introduced onto the fluorescent nanoparticles.
(4)洗浄工程
この反応液を10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収した。その後、1mLの水を加え、再度10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収した。この操作をさらに2回行い、合計で3回の水洗浄を行った。次に、沈降物に1mLのTHFを加え、再度10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物を回収した。
(4) Washing Step: This reaction solution was centrifuged at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and only the precipitate was collected. Then, 1 mL of water was added, and the mixture was centrifuged again at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and only the precipitate was collected. This operation was repeated two more times, for a total of three water washes. Next, 1 mL of THF was added to the precipitate, and the mixture was centrifuged again at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and the precipitate was collected.
得られた蛍光ナノ粒子を、THFを用いて3nmol/Lに調整した。 The resulting fluorescent nanoparticles were adjusted to 3 nmol/L using THF.
(5)蛍光ナノ粒子のマレイミド基修飾
この蛍光ナノ粒子の溶液に、最終濃度10mmol/LとなるようにNHS-PEG12-マレイミドを混合して、室温℃で1時間反応した。すなわち、上記のようにして蛍光ナノ粒子にマレイミド基を導入した。
(5) Maleimide group modification of fluorescent nanoparticles NHS-PEG12-maleimide was mixed with this fluorescent nanoparticle solution to a final concentration of 10 mmol/L, and the mixture was allowed to react for 1 hour at room temperature. In other words, maleimide groups were introduced into the fluorescent nanoparticles in the manner described above.
この反応液を10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収した。その後、EDTAを2mmol/L含有するPBSを加えて沈降物を分散させた。そして、再度、10000Gで20分間、遠心分離を行って上澄みを除去して沈降物のみを回収した。沈降物の分散処理から遠心分離までの一連の操作による蛍光ナノ粒子の洗浄をさらに3回行った。そして、上記マレイミド基が粒子表面に存在し、かつ、TexasRed色素を内包した蛍光ナノ粒子を得た。また、該メラミン系粒子の平均粒径について走査型電子顕微鏡を用いて上述した方法により計測したところ、平均粒径が150nmであった。This reaction solution was centrifuged at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and the sediment was collected. PBS containing 2 mmol/L EDTA was then added to disperse the sediment. The mixture was then centrifuged again at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and the sediment was collected. The fluorescent nanoparticles were washed three more times using the series of steps from sediment dispersion to centrifugation. Finally, fluorescent nanoparticles with the maleimide groups present on the particle surface and containing Texas Red dye were obtained. Furthermore, the average particle size of the melamine-based particles was measured using a scanning electron microscope using the method described above, and was found to be 150 nm.
(6)ストレプトアビジンのチオール基修飾
一方、当該マレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子に結合可能なストレプトアビジンを以下のように調製した。
(6) Thiol Group Modification of Streptavidin Meanwhile, streptavidin capable of binding to the maleimide group-introduced fluorescent nanoparticles was prepared as follows.
まず、1mg/mLに調整したストレプトアビジン(和光純薬工業社製)40μLに対して、64mg/mLに調整したトラウト試薬(サーモフィッシャー社製)70μLを4℃で1時間反応させた。すなわち、ストレプトアビジンのアミノ基に対して保護されたチオール基を導入した。First, 40 μL of streptavidin (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) adjusted to 1 mg/mL was reacted with 70 μL of Traut's reagent (Thermo Fisher Scientific, Inc.) adjusted to 64 mg/mL for 1 hour at 4°C. This introduced a protected thiol group to the amino group of streptavidin.
その後、公知のヒドロキシルアミン処理により、保護されたチオール基から遊離のチオール基(-SH)を生成して、ストレプトアビジンにチオール基(-SH)を導入する処理を行った。 Subsequently, a known hydroxylamine treatment was used to generate a free thiol group (-SH) from the protected thiol group, and the thiol group (-SH) was introduced into streptavidin.
このストレプトアビジン溶液をゲルろ過カラム(Zeba Spin Desalting Columns:サーモフィッシャー社製)により4℃で脱塩し、上記蛍光ナノ粒子に結合可能なストレプトアビジンを得た。 This streptavidin solution was desalted at 4°C using a gel filtration column (Zeba Spin Desalting Columns: Thermo Fisher Scientific) to obtain streptavidin capable of binding to the fluorescent nanoparticles.
(7)マレイミド基とチオール基の結合反応
このストレプトアビジン全量とEDTAを2mmol/L含有したPBSを用いて上記1nmol/Lに調整した蛍光ナノ粒子1mLとを混合し、4℃で1時間の条件で、両分子を結合する反応を行った。その後EDTAを2mmol/L含有したPBSを用いて遠心、洗浄を行いストレプトアビジンが結合した蛍光ナノ粒子のみを回収し、実施例1の蛍光ナノ粒子を得た。
(7) Bonding reaction between maleimide group and thiol group The entire amount of streptavidin was mixed with 1 mL of the fluorescent nanoparticles adjusted to 1 nmol/L using PBS containing 2 mmol/L of EDTA, and a bond reaction between the two molecules was carried out for 1 hour at 4° C. After that, the mixture was centrifuged and washed using PBS containing 2 mmol/L of EDTA, and only the fluorescent nanoparticles bonded to streptavidin were collected, yielding the fluorescent nanoparticles of Example 1.
(実施例2:ギ酸処理省略、水除去洗浄、低温反応)
実施例2では、上記の(2)重合工程において、ギ酸100μLを加えずに、加熱攪拌した。
(Example 2: Omission of formic acid treatment, water removal washing, low-temperature reaction)
In Example 2, in the above polymerization step (2), heating and stirring were performed without adding 100 μL of formic acid.
また、実施例2では、上記の(4)洗浄工程を以下のように変更した。すなわち、反応液を10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収し、その後、1mLの水を加え、再度10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収した。次に、水とTHFとを体積比で1:1とした1mLの洗浄液を加え、再度10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収した。次に、水とTHFとを体積比で1:3として同様に沈降物のみを回収した。次に、水とTHFとを体積比で0:4として同様に沈降物を回収した。このように、徐々にTHFの量を多くした洗浄液を用いて水を除去するようにして洗浄した。それ以外は、実施例1と同様にして実施例2の蛍光ナノ粒子を得た。In Example 2, the above-mentioned (4) washing step was modified as follows. Specifically, the reaction solution was centrifuged at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and the precipitate was collected. Then, 1 mL of water was added, and the mixture was centrifuged again at 10,000 G for 20 minutes. The supernatant was removed, and the precipitate was collected. Next, 1 mL of a washing solution containing water and THF at a volume ratio of 1:1 was added, and the mixture was centrifuged again at 10,000 G for 20 minutes. The supernatant was removed, and the precipitate was collected. Next, the mixture was changed to a volume ratio of 1:3, and the precipitate was collected in the same manner. Next, the mixture was changed to a volume ratio of 0:4, and the precipitate was collected in the same manner. In this way, washing was performed by gradually increasing the amount of THF in the washing solution to remove water. Otherwise, the fluorescent nanoparticles of Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1.
(比較例1:室温反応)
比較例1では、上記の(6)ストレプトアビジンのチオール基修飾において、反応温度を室温とした。また、上記の(7)マレイミド基とチオール基の結合反応において、反応温度を室温とした。それ以外は実施例1と同様にして比較例1の蛍光ナノ粒子を得た。
(Comparative Example 1: Room temperature reaction)
In Comparative Example 1, the reaction temperature in the above-mentioned (6) thiol group modification of streptavidin was room temperature. Also, the reaction temperature in the above-mentioned (7) binding reaction between maleimide groups and thiol groups was room temperature. Otherwise, the fluorescent nanoparticles of Comparative Example 1 were obtained in the same manner as in Example 1.
(比較例2:ギ酸処理省略、室温反応)
比較例2では、上記の(2)重合工程において、ギ酸100μLを加えずに、溶液温度を60℃に維持しつつ20分間さらに加熱攪拌した。また、上記の(6)ストレプトアビジンのチオール基修飾において、反応温度を室温とした。また、上記の(7)マレイミド基とチオール基の結合反応において、反応温度を室温とした。それ以外は実施例1と同様にして比較例2の蛍光ナノ粒子を得た。
(Comparative Example 2: Formic Acid Treatment Omitted, Reaction at Room Temperature)
In Comparative Example 2, in the above (2) polymerization step, 100 μL of formic acid was not added, and the solution temperature was maintained at 60° C. while further heating and stirring for 20 minutes. Furthermore, in the above (6) thiol group modification of streptavidin, the reaction temperature was room temperature. Furthermore, in the above (7) binding reaction of maleimide groups and thiol groups, the reaction temperature was room temperature. Otherwise, fluorescent nanoparticles of Comparative Example 2 were obtained in the same manner as in Example 1.
(比較例3:水除去洗浄、室温反応)
比較例3では、上記の(4)洗浄工程を以下のように変更した。すなわち、反応液を10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収し、その後、1mLの水を加え、再度10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収した。次に、水とTHFとを体積比で1:1とした1mLの洗浄液を加え、再度10000Gで20分間、遠心分離を行い、上澄みを除去して沈降物のみを回収した。次に、水とTHFとを体積比で2:2として同様に沈降物のみを回収した。次に、水とTHFとを体積比で1:3として同様に沈降物のみを回収した。次に、THF1mLを加え、同様にして沈降物を得た。このように、徐々にTHFの量を多くした洗浄液を用いて水を除去するように洗浄した。
(Comparative Example 3: Water removal washing, room temperature reaction)
In Comparative Example 3, the above-mentioned (4) washing step was modified as follows. Specifically, the reaction solution was centrifuged at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and only the precipitate was collected. Then, 1 mL of water was added, and the mixture was centrifuged again at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and only the precipitate was collected. Next, 1 mL of a washing solution containing water and THF at a volume ratio of 1:1 was added, and the mixture was centrifuged again at 10,000 G for 20 minutes, the supernatant was removed, and only the precipitate was collected. Next, the volume ratio of water and THF was changed to 2:2, and only the precipitate was similarly collected. Next, the volume ratio of water and THF was changed to 1:3, and only the precipitate was similarly collected. Next, 1 mL of THF was added, and the precipitate was obtained in the same manner. In this way, washing was performed to remove water using washing solutions with gradually increasing amounts of THF.
また、上記の(6)ストレプトアビジンのチオール基修飾において、反応温度を室温とした。また、上記の(7)マレイミド基とチオール基の結合反応において、反応温度を室温とした。それ以外は実施例1と同様にして比較例3の蛍光ナノ粒子を得た。 Furthermore, in the above-mentioned (6) modification of streptavidin with thiol groups, the reaction temperature was room temperature. Furthermore, in the above-mentioned (7) binding reaction between maleimide groups and thiol groups, the reaction temperature was room temperature. Otherwise, the fluorescent nanoparticles of Comparative Example 3 were obtained in the same manner as in Example 1.
[蛍光ナノ粒子の評価]
上記のようにして得た各蛍光ナノ粒子を以下のように評価した。
[Evaluation of fluorescent nanoparticles]
Each of the fluorescent nanoparticles obtained as described above was evaluated as follows.
(BCA法による蛍光ナノ粒子の性能評価)
実施例1、2および比較例1~3の蛍光ナノ粒子のそれぞれについて、1つの蛍光ナノ粒子の表面に存在するストレプトアビジン量を、Pierce社の「Micro BCA Protein Assay kit」を用いたBCA法によってタンパク量として算出した。
(Performance evaluation of fluorescent nanoparticles by BCA method)
For each of the fluorescent nanoparticles of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the amount of streptavidin present on the surface of one fluorescent nanoparticle was calculated as the protein amount by the BCA method using Pierce's "Micro BCA Protein Assay kit."
具体的には、ストレプトアビジン修飾前の蛍光ナノ粒子と、ストレプトアビジン修飾後の蛍光ナノ粒子とを用意し、それぞれBCA法によってタンパク質の量を測定した。測定においては、ストレプトアビジンが結合した蛍光ナノ粒子のPBS分散液(粒子濃度0.50nmol/L)150μL、ストレプトアビジンが未結合の蛍光ナノ粒子のPBS分散液(粒子濃度0.50nmol/L)150μLのそれぞれに、前記キットに付属しているビシンコニン酸(BCA)溶液と硫酸銅溶液を混合して添加し、562nmの吸光度を測定した。ストレプトアビジン修飾後の蛍光ナノ粒子における吸光度から、ストレプトアビジン修飾前の蛍光ナノ粒子における吸光度をバックグラウンドとして差し引き、その吸光度を標準曲線と比較して水溶液中の正味のタンパク質量(ストレプトアビジンの濃度)を決定した。Specifically, fluorescent nanoparticles before and after streptavidin modification were prepared, and the protein content of each was measured using the BCA method. To measure the protein content, a mixture of the bicinchoninic acid (BCA) solution and copper sulfate solution included in the kit was added to 150 μL of a PBS dispersion of streptavidin-conjugated fluorescent nanoparticles (particle concentration 0.50 nmol/L) and 150 μL of a PBS dispersion of unconjugated fluorescent nanoparticles (particle concentration 0.50 nmol/L), and the absorbance at 562 nm was measured. The absorbance of the unconjugated fluorescent nanoparticles was subtracted as background from the absorbance of the streptavidin-conjugated fluorescent nanoparticles, and the resulting absorbance was compared with a standard curve to determine the net protein content (streptavidin concentration) in the aqueous solution.
BCA法によって測定したタンパク質量(ストレプトアビジンの濃度)と前記測定における蛍光ナノ粒子の仕込み量(蛍光ナノ粒子の濃度)の比に基づいて、1つの蛍光ナノ粒子あたりのストレプトアビジン分子数を算出した。算出結果を下記の表1に示す。The number of streptavidin molecules per fluorescent nanoparticle was calculated based on the ratio of the protein amount (streptavidin concentration) measured by the BCA method to the amount of fluorescent nanoparticles added (fluorescent nanoparticle concentration) in the measurement. The calculation results are shown in Table 1 below.
(ビオチンプレート法による蛍光ナノ粒子の性能評価)
実施例1~4および比較例の蛍光ナノ粒子のそれぞれについて、あらかじめビオチンが固定化された市販の96ウェルプレート(G-Biosciences社製、型番786-762)を用いて、活性を有するストレプトアビジン量を測定した。このウェルプレート(ウェルの内径約6mm)は、ビオチン分子が0.1pmol/mm2の密度で28.3mm2の面積にわたって固定化されている。
(Performance evaluation of fluorescent nanoparticles using the biotin plate method)
For each of the fluorescent nanoparticles of Examples 1 to 4 and the Comparative Example, the amount of active streptavidin was measured using a commercially available 96-well plate (G-Biosciences, model number 786-762) on which biotin had been immobilized in advance. This well plate (inner diameter of wells approximately 6 mm) had biotin molecules immobilized over an area of 28.3 mm at a density of 0.1 pmol/mm.
具体的には、Tween20を0.05%含有するPBS(pH7.5)を用いて前記ウェルプレートの各ウェルを洗浄した後、BSAを1%含むPBSを各ウェルに200μL分注し、プレートを4℃環境にて一晩静置した。続いて、ウェル内のBSA含有PBSをすべて吸引し、ストレプトアビジン修飾後の蛍光ナノ粒子のPBS分散液(粒子濃度0.10nmol/L)100μLを分注し、4℃環境にて設置したプレートシェーカー(Biosan社製、型番PST-60HL)にプレートを設置して、500rpmにて撹拌しながら1h放置した。さらに、蛍光ナノ粒子のPBS分散液を全量吸引し、100μLのPBSをウェルに分注して、波長531nmの光照射に対する595nmにおける蛍光値をプレートリーダー(Perkinelmer社製、型番EnVision2104)にて測定した。蛍光測定にあたっては、各ウェルにつき繰り返し5回分の平均値を採用した。測定結果を下記の表1のプレートリーダー蛍光値に示す。Specifically, each well of the well plate was washed with PBS (pH 7.5) containing 0.05% Tween 20, and then 200 μL of PBS containing 1% BSA was dispensed into each well. The plate was then left overnight at 4°C. The BSA-containing PBS was then aspirated, and 100 μL of a PBS dispersion of streptavidin-modified fluorescent nanoparticles (particle concentration: 0.10 nmol/L) was dispensed. The plate was then placed on a plate shaker (Biosan, model PST-60HL) at 4°C and left for 1 hour while stirring at 500 rpm. The entire PBS dispersion of fluorescent nanoparticles was then aspirated, and 100 μL of PBS was dispensed into each well. The fluorescence intensity at 595 nm in response to 531 nm light irradiation was measured using a plate reader (Perkinelmer, model EnVision 2104). The fluorescence measurement was repeated five times for each well and the average value was used. The measurement results are shown in Table 1 below as plate reader fluorescence values.
また、上記のプレートリーダー蛍光値から、標的物質に結合する蛍光ナノ粒子の割合を検量線に基づいて求めた。検量線は、上記と同様に準備したウェルプレートに、ストレプトアビジン修飾後の蛍光ナノ粒子のPBS分散液(粒子濃度0pmol/L、1.56pmol/L、3.12pmol/L、6.25pmol/L、12.5pmol/L)を分注し、上記と同様に攪拌してから、波長531nmの光照射に対する595nmにおける蛍光値をプレートリーダー(Perkinelmer社製、型番EnVision2104)にて測定することにより作製した。蛍光測定にあたっては、各ウェルにつき繰り返し5回分の平均値を採用した。検量線に基づいて求めた標的物質に結合する蛍光ナノ粒子の割合を表1に示す。 The percentage of fluorescent nanoparticles that bound to the target substance was calculated based on the plate reader fluorescence values and a calibration curve. The calibration curve was created by dispensing PBS dispersions of streptavidin-modified fluorescent nanoparticles (particle concentrations: 0 pmol/L, 1.56 pmol/L, 3.12 pmol/L, 6.25 pmol/L, and 12.5 pmol/L) into well plates prepared as described above, stirring the mixture as described above, and then measuring the fluorescence at 595 nm in response to light irradiation at a wavelength of 531 nm using a plate reader (Perkinelmer, model number EnVision 2104). The fluorescence measurement was performed by averaging five replicates for each well. The percentage of fluorescent nanoparticles that bound to the target substance, calculated based on the calibration curve, is shown in Table 1.
(蛍光ナノ粒子を用いた免疫染色)
実施例1~4および比較例の蛍光ナノ粒子を用いて免疫染色を行った。
(Immunostaining using fluorescent nanoparticles)
Immunostaining was carried out using the fluorescent nanoparticles of Examples 1 to 4 and the Comparative Example.
具体的には、以下の手順で免疫染色を行った。 Specifically, immunostaining was performed using the following procedure.
≪染色試薬を用いたIHC染色≫
蛍光ナノ粒子と、以下のように作製したビオチン化2次抗体とを有する抗体試薬(病理診断用の染色試薬)を調製し、この染色試薬を用いて免疫染色を行った。
<IHC staining using staining reagents>
An antibody reagent (staining reagent for pathological diagnosis) containing fluorescent nanoparticles and a biotinylated secondary antibody prepared as follows was prepared, and immunostaining was carried out using this staining reagent.
<ビオチン修飾された2次抗体の作製>
まず、50mmol/LのTris-HCl溶液(pH7.5)に抗ウサギIgG抗体50μgを溶解した。該溶液に、最終濃度3mmol/LとなるようにDTT(dithiothretol)溶液を混合した。その後、該溶液を37℃で30分間反応させた。その後、脱塩カラムを用いてDTTで還元化した2次抗体を精製した。精製した抗体全量のうち200μLを50mmol/LのTris-HCl溶液(pH7.5)に溶解して抗体溶液を得た。その一方で、スペーサーの長さが30オングストロームであるリンカー試薬「(+)-Biotin-PEG6‐NH‐Mal」(PurePEG社製,製品番号2461006-250)を、DMSOを用いて0.4mmol/Lとなるように調整した。この溶液8.5μLを前記抗体溶液に添加し、混和して37℃で30分間反応させた。
<Preparation of biotin-modified secondary antibodies>
First, 50 μg of anti-rabbit IgG antibody was dissolved in 50 mmol/L Tris-HCl solution (pH 7.5). DTT (dithiothreitol) solution was then mixed with this solution to a final concentration of 3 mmol/L. The solution was then reacted at 37°C for 30 minutes. The secondary antibody reduced with DTT was then purified using a desalting column. 200 μL of the total amount of purified antibody was dissolved in 50 mmol/L Tris-HCl solution (pH 7.5) to obtain an antibody solution. Meanwhile, a linker reagent with a spacer length of 30 Å, "(+)-Biotin-PEG 6 -NH-Mal" (PurePEG, product number 2461006-250), was adjusted to 0.4 mmol/L using DMSO. 8.5 μL of this solution was added to the antibody solution, mixed, and reacted at 37° C. for 30 minutes.
この反応溶液を脱塩カラム「Zeba Spin Desalting Columns」に供して精製した。脱塩した反応溶液の波長300nmの吸収を分光高度計(日立製「F-7000」)により計測して反応溶液に含まれるタンパク質の量を算出した。50mmol/LのTris溶液により反応溶液を250μg/mLに調整し、該溶液をビオチン化2次抗体の溶液とした。This reaction solution was purified using a Zeba Spin Desalting Column. The absorbance of the desalted reaction solution at a wavelength of 300 nm was measured using a spectrophotometer (Hitachi F-7000) to calculate the amount of protein contained in the reaction solution. The reaction solution was adjusted to 250 μg/mL with 50 mmol/L Tris solution, and this solution was used as the biotinylated secondary antibody solution.
《蛍光免疫染色法》
(1)脱パラフィン処理工程
上記ビオチン化2次抗体等を用いて、ヒト乳がん由来培養細胞SK-BR-3(HER2(3+))の免疫染色と形態観察染色とを以下のように行った。染色用のスライドとして、HER2 IHCポジコンスライド(パソロジー研究所社製、以下コントロールスライド)を用いた。この組織アレイスライドを脱パラフィン処理した。
<Fluorescent immunostaining method>
(1) Deparaffinization Step Using the biotinylated secondary antibody and other antibodies, immunostaining and morphological observation staining of human breast cancer-derived cultured cells SK-BR-3 (HER2(3+)) were performed as follows. HER2 IHC Posicon slides (manufactured by Pathology Research Institute, hereafter referred to as control slides) were used as slides for staining. These tissue array slides were then deparaffinized.
(2)賦活化処理工程
コントロールスライドを脱パラフィン処理した後、水に置換する洗浄を行った。洗浄したコントロールスライドを10mmol/Lクエン酸緩衝液中(pH6.0)中で121℃、15分間オートクレーブ処理することで、抗原の賦活化処理を行った。賦活化処理後のコントロールスライドをPBSにより洗浄し、洗浄したコントロールスライドに対してBSAを1%含有するPBSを用いて1時間ブロッキング処理を行った。
(2) Activation Step: The control slides were deparaffinized and then washed with water. The washed control slides were autoclaved in 10 mmol/L citrate buffer (pH 6.0) at 121°C for 15 minutes to activate the antigens. The control slides after activation were washed with PBS, and then blocked for 1 hour using PBS containing 1% BSA.
(3)免疫染色処理工程
(3-1)1次抗体反応
ロシュ社製「抗HER2ウサギモノクロナール抗体(4B5)」の溶液を上述のブロッキング処理したコントロールスライドに対して4℃で1晩反応させた。
(3-2)2次抗体反応
1次抗体反応を行ったコントロールスライドをPBSで洗浄した後、1%BSA含有のPBSで2μg/mLに希釈した上記ビオチン化2次抗体と室温30分間反応させた。
(3-3)
2次抗体反応を行ったコントロールスライドに対して、1%BSA含有のPBSで0.02nmol/Lに希釈した前述の蛍光ナノ粒子を、中性のpH環境(pH6.9~7.4)室温の条件下で3時間反応させた。該反応後のコントロールスライドをPBSで洗浄した。
(3) Immunostaining Treatment Step (3-1) Primary Antibody Reaction A solution of "anti-HER2 rabbit monoclonal antibody (4B5)" manufactured by Roche was reacted with the above-mentioned blocked control slide at 4°C overnight.
(3-2) Secondary Antibody Reaction After the control slides that had undergone the primary antibody reaction were washed with PBS, they were reacted with the above biotinylated secondary antibody diluted to 2 μg/mL with PBS containing 1% BSA at room temperature for 30 minutes.
(3-3)
The control slides that had undergone the secondary antibody reaction were reacted with the aforementioned fluorescent nanoparticles diluted to 0.02 nmol/L in PBS containing 1% BSA for 3 hours at room temperature in a neutral pH environment (pH 6.9 to 7.4). After the reaction, the control slides were washed with PBS.
(4)形態観察染色工程
免疫染色後、ヘマトキシリン・エオシン染色(HE染色)を行った。免疫染色した切片をマイヤーヘマトキシリン液で5分間染色してヘマトキシリン染色を行った。その後、コントロールスライドを45℃の流水で3分間洗浄した。次に、1%エオシン液で5分間染色してエオシン染色を行った。
(4) Morphological Observation and Staining Step After immunostaining, hematoxylin-eosin staining (HE staining) was performed. The immunostained sections were stained with Mayer's hematoxylin solution for 5 minutes to perform hematoxylin staining. Thereafter, the control slide was washed with running water at 45°C for 3 minutes. Next, the slide was stained with 1% eosin solution for 5 minutes to perform eosin staining.
(5)固定処理工程
免疫染色工程および形態観察染色工程を終えた組織切片に対して、純エタノールに5分間浸漬する操作を4回行い、洗浄・脱水を行った。続いて、キシレンに5分間浸漬する操作を4回行い、透徹を行った。最後に、封入剤(メルク社製「エンテランニュー」)を用いて、組織切片を封入して観察用のサンプルのコントロールスライドスライドとした。
(5) Fixation process: After the immunostaining process and the morphological observation staining process, the tissue sections were immersed in pure ethanol for 5 minutes four times to wash and dehydrate them. Subsequently, the sections were immersed in xylene for 5 minutes four times to clear the sections. Finally, the tissue sections were mounted using a mounting medium ("Entelaneu" manufactured by Merck) to prepare control slides for the observation samples.
(6)観察・計測工程
固定化処理工程を終えたコントロールスライドに対して所定の励起光を照射して、蛍光を発光させた。その状態のコントロールスライドを蛍光顕微鏡(オリンパス社製「BX-53」)、顕微鏡用デジタルカメラ(オリンパス社製「DP73」)により観察および撮像を行った。上記励起光の波長は、光学フィルターに通すことで575~600nmに設定した。また、観察する蛍光の波長についても、光学フィルターを通すことで612~692nmに設定した。顕微鏡観察、画像取得時の励起波長の条件は、580nmの励起では視野中心部付近の照射エネルギーが900W/cm2となるようにした。画像取得時の露光時間は、画像の輝度が飽和しないように任意に設定(例えば4000μ秒に設定)して撮像した。SK-BR-3の輝点数(PIDスコア)は、400倍で撮像した画像をもとにImageJ FindMaxima法により計測した1000細胞の平均値とした。観察結果を図2に示す。図2A~Eはそれぞれ実施例1、2、比較例1~3の蛍光ナノ粒子を用いた場合の観察結果を示す。また、実施例1、2、比較例1~3の蛍光ナノ粒子を用いた場合の細胞一つあたりの輝点数(PIDスコア)の計測結果を表1に示す。
(6) Observation and Measurement Steps: The control slides that had undergone the fixation process were irradiated with a predetermined excitation light to emit fluorescence. The control slides in this state were observed and imaged using a fluorescence microscope (Olympus "BX-53") and a microscope digital camera (Olympus "DP73"). The wavelength of the excitation light was set to 575-600 nm by passing it through an optical filter. The wavelength of the observed fluorescence was also set to 612-692 nm by passing it through an optical filter. The excitation wavelength conditions for microscope observation and image acquisition were such that, with 580 nm excitation, the irradiation energy near the center of the field of view was 900 W/ cm² . The exposure time during image acquisition was arbitrarily set (e.g., 4000 μsec) to prevent saturation of image brightness. The number of bright spots (PID score) of SK-BR-3 cells was calculated as the average value of 1000 cells measured using the ImageJ FindMaxima method based on images captured at 400x magnification. The observation results are shown in Figure 2. Figures 2A to 2E show the observation results when the fluorescent nanoparticles of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were used, respectively. Table 1 also shows the measurement results of the number of bright spots per cell (PID score) when the fluorescent nanoparticles of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were used.
[表1について]
実施例1、2ではチオール基を導入する工程と、チオール基とマレイミド基とを反応させる工程とを低温で行ったのに対して比較例1ではこの反応を室温で行った。これにより実施例1では各評価(BCA法、ビオチンプレート法、免疫染色、標的物質に結合する割合)において、比較例1より高い値が得られた。これは実施例1、2では、低温で反応させたためストレプトアビジンが失活せず、高い活性を有していたためと考えられる。
[Regarding Table 1]
In Examples 1 and 2, the step of introducing a thiol group and the step of reacting the thiol group with a maleimide group were carried out at low temperatures, whereas in Comparative Example 1, these reactions were carried out at room temperature. As a result, in Example 1, higher values were obtained in each evaluation (BCA method, biotin plate method, immunostaining, rate of binding to target substance) than in Comparative Example 1. This is thought to be because in Examples 1 and 2, the streptavidin was not inactivated due to the low temperature reaction, and therefore retained high activity.
実施例2では、ギ酸処理を行わずに蛍光ナノ粒子にアミノ基を導入し、さらに洗浄工程において徐々に有機溶媒の量を多くした洗浄液を用いて水を除去するようにして洗浄し、さらにチオール基を導入する工程と、チオール基とマレイミド基とを反応させる工程とを低温で行った。これにより実施例2は、実施例1、比較例1~3のいずれよりも各評価においてより高い値が得られた。In Example 2, amino groups were introduced to the fluorescent nanoparticles without formic acid treatment, and then the nanoparticles were washed using a cleaning solution containing gradually increasing amounts of organic solvent to remove water. Furthermore, the process of introducing thiol groups and the process of reacting the thiol groups with maleimide groups were carried out at low temperatures. As a result, Example 2 achieved higher values in each evaluation than Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
[相関について]
上記の表1のBCA法による蛍光ナノ粒子の性能評価と免疫染色の結果との相関を図3Aのグラフに示す。図3Aのグラフの横軸は、表1に示される、免疫染色して得られたPIDスコア(細胞あたりの輝点数)であり、縦軸は、表1に示される、BCA法で得られた蛍光ナノ粒子1粒子あたりのストレプトアビジン分子数である。
[About correlation]
The correlation between the performance evaluation of fluorescent nanoparticles by the BCA method and the results of immunostaining shown in Table 1 is shown in the graph of Figure 3A. The horizontal axis of the graph in Figure 3A is the PID score (number of bright spots per cell) obtained by immunostaining shown in Table 1, and the vertical axis is the number of streptavidin molecules per fluorescent nanoparticle obtained by the BCA method shown in Table 1.
また、上記の表1のビオチンプレート法による蛍光ナノ粒子の性能評価と免疫染色の結果との相関を図3Bのグラフに示す。図3Bのグラフの横軸は、表1に示される、免疫染色して得られたPIDスコア(細胞あたりの輝点数)であり、縦軸は、表1に示される、ビオチンプレート法で得られたプレートリーダー蛍光値である。 The graph in Figure 3B shows the correlation between the performance evaluation of fluorescent nanoparticles using the biotin plate method in Table 1 above and the results of immunostaining. The horizontal axis of the graph in Figure 3B is the PID score (number of bright spots per cell) obtained by immunostaining, as shown in Table 1, and the vertical axis is the plate reader fluorescence value obtained by the biotin plate method, as shown in Table 1.
図3Aと図3Bとを比べると、図3Bの方がより相関が高い。すなわち、ビオチンプレート法の方が、BCA法よりも蛍光ナノ粒子の性能を正しく評価できていることがわかる。 Comparing Figure 3A and Figure 3B, Figure 3B shows a higher correlation. In other words, the biotin plate method is able to more accurately evaluate the performance of fluorescent nanoparticles than the BCA method.
具体的には、例えば、上記の表1に示すように比較例3の蛍光ナノ粒子と、実施例2の蛍光ナノ粒子とをBCA法によって性能評価すると、その値はそれぞれ321.9と320.8であり、あまり差がない。しかし、この比較例3、実施例2の蛍光ナノ粒子を用いて実際に免疫染色するとPIDスコアは451.7と854.8とであり、大きな差がある。Specifically, for example, as shown in Table 1 above, when the performance of the fluorescent nanoparticles of Comparative Example 3 and Example 2 was evaluated using the BCA method, the values were 321.9 and 320.8, respectively, which is not much different. However, when immunostaining was actually performed using the fluorescent nanoparticles of Comparative Example 3 and Example 2, the PID scores were 451.7 and 854.8, which is a significant difference.
これに対して、比較例3の蛍光ナノ粒子と、実施例2の蛍光ナノ粒子とをビオチンプレート法によって性能評価すると、その値はそれぞれ64089と130599であり、大きな差があり、これはPIDスコアである451.7と854.8とに対応している。 In contrast, when the performance of the fluorescent nanoparticles of Comparative Example 3 and the fluorescent nanoparticles of Example 2 was evaluated using the biotin plate method, the values were 64,089 and 130,599, respectively, a large difference, which corresponds to PID scores of 451.7 and 854.8.
つまり、BCA法では活性を有するストレプトアビジンを正しく評価できていないのに対して、ビオチンプレート法では活性を有するストレプトアビジンを正しく評価することができていることがわかる。 In other words, the BCA method is unable to correctly evaluate active streptavidin, whereas the biotin plate method is able to correctly evaluate active streptavidin.
本出願は、2020年3月19日出願の特願2020-049733に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。 This application claims priority from Japanese Patent Application No. 2020-049733, filed March 19, 2020. The entire contents of the specification and drawings of that application are incorporated herein by reference.
本実施の形態に係る蛍光ナノ粒子は、高感度であるため蛍光イメージングなどに有用である。 The fluorescent nanoparticles of this embodiment are highly sensitive and therefore useful for fluorescent imaging, etc.
Claims (3)
前記蛍光ナノ粒子は、100pmol/Lの濃度で前記蛍光ナノ粒子を含む100μLの液体を、0.1pmol/mm 2 の密度で28.3mm 2 の面積にわたって前記標的物質が固定化された基板に接触させ、4℃で1時間攪拌させた際の前記標的物質に結合する前記蛍光ナノ粒子の割合が2%以上であり、
マレイミド基が導入された蛍光ナノ粒子を準備する工程と、
前記標的物質認識物質にチオール基を導入する工程と、
前記蛍光ナノ粒子に導入されたマレイミド基と前記標的物質認識物質に導入されたチオール基とを反応させる工程と、
を有し、
前記チオール基を導入する工程と、前記マレイミド基と前記チオール基とを反応させる工程とは0℃~8℃で行われ、
前記マレイミド基が導入された前記蛍光ナノ粒子を準備する工程は、ギ酸処理をされていない蛍光ナノ粒子にアミノ基を導入する工程と、前記蛍光ナノ粒子に導入された前記アミノ基に、マレイミド基およびN-ヒドロキシコハク酸イミド基を含む化合物の前記N-ヒドロキシコハク酸イミド基を反応させる工程と、を有する、
蛍光ナノ粒子の製造方法。 A method for producing fluorescent nanoparticles having a target substance recognition substance that binds to a target substance carried on the surface thereof, comprising:
the fluorescent nanoparticles are characterized in that when 100 μL of a liquid containing the fluorescent nanoparticles at a concentration of 100 pmol/L is brought into contact with a substrate on which the target substance is immobilized at a density of 0.1 pmol/mm2 over an area of 28.3 mm2 , and the mixture is stirred at 4° C. for 1 hour, the rate of the fluorescent nanoparticles binding to the target substance is 2% or more;
preparing fluorescent nanoparticles having maleimide groups introduced therein;
introducing a thiol group into the target substance recognition substance;
a step of reacting the maleimide group introduced into the fluorescent nanoparticle with the thiol group introduced into the target substance recognition substance;
and
the step of introducing a thiol group and the step of reacting the maleimide group with the thiol group are carried out at 0°C to 8°C;
The step of preparing the fluorescent nanoparticles into which the maleimide group has been introduced comprises the steps of: introducing an amino group into fluorescent nanoparticles that have not been treated with formic acid; and reacting the amino group introduced into the fluorescent nanoparticles with the N-hydroxysuccinimide group of a compound containing a maleimide group and an N-hydroxysuccinimide group.
Method for producing fluorescent nanoparticles.
前記蛍光ナノ粒子にアミノ基を導入する工程の後、かつ前記アミノ基に前記N-ヒドロキシコハク酸イミド基を反応させる工程の前に、前記アミノ基を導入された前記蛍光ナノ粒子を有機溶媒で洗浄して水を除去する工程をさらに有する、
請求項1に記載の蛍光ナノ粒子の製造方法。 The step of preparing the fluorescent nanoparticles having maleimide groups introduced therein includes:
The method further comprises a step of washing the fluorescent nanoparticles having the amino groups introduced therein with an organic solvent to remove water, after the step of introducing amino groups into the fluorescent nanoparticles and before the step of reacting the amino groups with the N-hydroxysuccinimide groups.
The method for producing fluorescent nanoparticles according to claim 1 .
3. The method for producing fluorescent nanoparticles according to claim 1 , wherein the target substance recognition substance is at least one selected from the group consisting of avidin, streptavidin, and neutravidin .
Applications Claiming Priority (3)
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