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JP5365623B2 - 生理活性物質の固定化方法 - Google Patents

生理活性物質の固定化方法 Download PDF

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JP5365623B2 JP2010502662A JP2010502662A JP5365623B2 JP 5365623 B2 JP5365623 B2 JP 5365623B2 JP 2010502662 A JP2010502662 A JP 2010502662A JP 2010502662 A JP2010502662 A JP 2010502662A JP 5365623 B2 JP5365623 B2 JP 5365623B2
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Description

本発明は、生理活性物質の固定化方法に関する。
遺伝子活性の評価や疾患プロセス、薬物効果の生物学的プロセスを含む生物学的プロセスを解読するための試みは、伝統的に、ゲノミクスに焦点が当てられてきたが、プロテオミクスは、細胞の生物学的機能についてより詳細な情報を提供する。プロテオミクスは、遺伝子レベルというよりもむしろ、蛋白質レベルでの発現を検出し、定量することによる、遺伝子活性の定性的かつ定量的な測定を含む。また、蛋白質の翻訳後修飾、蛋白質間の相互作用など遺伝子にコードされない事象の研究を含む。
膨大なゲノム情報の入手が可能となった今日、プロテオミクス研究はますます迅速高効率(ハイスループット)化が求められている。この目的の分子アレイとしてDNAチップが実用化されてきた。一方、生体機能において最も複雑で多様性の高い蛋白質の検出に関しては、プロテインチップが提唱され、最近研究が進められている。プロテインチップとは、蛋白質、またはそれを捕捉する分子をチップ(微小な基板や粒子)表面に固定化したものを総称する。
しかし、現状のプロテインチップは一般にDNAチップの延長線上に位置付けられて開発がなされている為、ガラス基板や粒子において蛋白質、またはそれを捕捉する分子をチップ表面に固定化する検討がなされている(例えば、特許文献1参照)。
プロテインチップのシグナル検出において、信号対雑音比を低下させる原因として検出対象物質の基板への非特異的な吸着(たとえば、非特許文献1参照)が挙げられる。
固定化する方法としては2通りの方法が実施されている。その一つは蛋白質の物理的吸着による固定化の方法である。この方法では、基材表面が蛋白質を吸着しやすいために、蛋白質を固定化した後に抗原や2次抗体の非特異的吸着を防止するため、吸着防止剤のコーティングが行われているが、これらの非特異的吸着防止能は十分でない。また1次抗体を固定化した後に吸着防止剤をコーティングするため固定化した蛋白質の上にコーティングされてしまい、2次抗体と反応できないという問題があった。このため、1次抗体の固定化後、吸着防止剤をコーティングすることなく、生理活性物質の非特異的吸着量の少ないバイオアッセイ用基材が求められている。
もう一つが官能基を用いて蛋白質を表面に結合する方法である。蛋白質が吸着しにくいマトリクス形成成分に蛋白質と反応する官能基を導入し、これを介して蛋白質を固定化する(たとえば、特許文献2)。しかしながら、特許文献2に開示されているような生理活性物質を固定化する方法によっても、目的とする生理活性物質の固定化能力が不十分な場合や非特異的吸着が多くてSN比が不十分な場合があった。また、蛋白質と反応する官能基を用いる場合には、蛋白質を固定化する工程と、固定化後に蛋白質と反応する官能基を不活性化する工程とが必要なため、次の工程に入るまでの時間がかかる問題があった。そのため、蛋白質と反応する官能基を用いない方法も望まれていた。
特開2001−116750号公報 特表2004−531390号公報 「DNAマイクロアレイ実戦マニュアル」、林崎良英、岡崎康司編、羊土社、2000年、p.57
本発明の第一の課題は、目的とする生理活性物質の固定化能力に優れ、且つ、生理活性物質に対して非特異的吸着が少なくてSN比が高い、生理活性物質の固定化方法を提供することである。
本発明の第二の課題は、前記第一の課題に加えて、生理活性物質結合基を用いず、生理活性物質を固定化後に生理活性物質結合基を不活性化する工程が不要である生理活性物質の工程化方法を提供することである。
本発明は、
(1)基体と、当該基体表面に非特異的吸着を抑制する親水性基としてアルキレングリコール残基及びホスホリルコリン基よりなる群から選ばれる基を含有する化合物とを有する固定化用基体の前記化合物側の表面上に、リン酸塩濃度が0.6M以上5.0M以下のリン酸塩緩衝液に生理活性物質を溶解した溶液を接触させることにより、前記生理活性物質を前記固定化用基体表面に固定化する、生理活性物質の固定化方法、
(2) 前記化合物は、生理活性物質結合基を含有しないものである、請求の範囲第1項に記載の生理活性物質の固定化方法、
(3)前記化合物が、アルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)を有する高分子化合物である、(1)又は(2)に記載の生理活性物質の固定化方法、
(4)前記アルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)が、下記の一般式[1]で表されるエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導されたものである、(3)に記載の生理活性物質の固定化方法、
Figure 0005365623
(式中R1は水素原子またはメチル基を示す。Xはアルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する基を示す。)
(5)前記アルキレングリコール残基を有する繰り返し単位(A)が、下記の一般式[1’]で表されるアルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導されたものである、(4)に記載の生理活性物質の固定化方法、
Figure 0005365623
(式中R1は水素原子またはメチル基を示し、R2は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を示す。Tは炭素数1〜10のアルキレングリコール残基を示し、pは1〜100の整数を示す。pが2以上100以下の整数である場合、繰り返されるTは、それぞれ同一であっても、異なっていてもよい。)
(6)前記アルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーがメトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートである、(5)に記載の生理活性物質の固定化方法、
(7)前記メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートのエチレングリコールの平均連鎖が3〜100である、(6)に記載の生理活性物質の固定化方法、
(8)前記高分子化合物が、架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)を有する、(3)〜(7)のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法、
(9)前記架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)の架橋可能な官能基がアルコキシシリル、エポキシ、及び(メタ)アクリルから選ばれる少なくとも一つの官能基である、(8)に記載の生理活性物質の固定化方法、
(10)前記架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)が、下記の一般式[2]で表されるアルコキシシリルを有するエチレン系不飽和重合性モノマーである、(8)又は(9)に記載の生理活性物質の固定化方法、
Figure 0005365623
(式中Rは水素原子またはメチル基を示し、Zは炭素数1〜20のアルキル基を示す。A、A、Aの内、少なくとも1個は加水分解可能なアルコキシ基であり、その他はアルキル基を示す。)
(11)前記化合物が、生理活性物質結合基を含有する、(1)〜(10)のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法、
(12)前記生理活性物質結合基を含有する化合物が、下記の一般式[3]で表される活性エステル基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導された、生理活性物質結合基を有する繰り返し単位(C)を有する高分子化合物である、(11)に記載の生理活性物質の固定化方法、
Figure 0005365623
(式中Rは水素原子またはメチル基を示し、Yは炭素数1〜10のアルキレングリコール残基またはアルキレン基を示す。Wは活性エステル基を示す。qは1〜20の整数を示す。qが2以上である場合、繰り返されるYは、それぞれ同一であっても、異なっていてもよい。)
(13)前記生理活性物質結合基がp−ニトロフェニルエステル基である、(12)に記載の生理活性物質の固定化方法、
(14)前記生理活性物質が核酸、アプタマー、タンパク質、抗体、抗原、レクチン、糖タンパク、又は糖鎖である、(1)〜(13)のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法、
(15)前記基体がプラスチックからなる、(1)〜(14)のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法、
(16)前記プラスチックが飽和環状ポリオレフィン、ポリオレフィン、又はポリスチレンである、(15)に記載の生理活性物質の固定化方法、
(17)前記基体がガラスからなる、(1)〜(16)のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法、
(18)前記基体の形状が、スライド状、96穴プレート状、384穴プレート状、1536穴プレート状、マイクロ流路、ビーズ、チューブ、又は容器である、(1)〜(17)のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法、
である。
本発明によれば、生理活性物質結合基を用いず、生理活性物質を固定化後に生理活性物質結合基を不活性化する工程が不要でありながら、目的とする生理活性物質の固定化能力に優れ、且つ、生理活性物質に対して非特異的吸着が少なくてSN比が高い生理活性物質の固定化方法を提供することができる。
本発明においては、生理活性物質結合基を用いても良いが、その場合にも従来に比べて目的とする生理活性物質の固定化能力に優れ、且つ、生理活性物質に対して非特異的吸着が少なくてSN比が高い生理活性物質の固定化方法を提供することができる。
本発明の生理活性物質の固定化方法は、基体と当該基体表面に非特異的吸着を抑制する親水性基を含有する化合物とを有する固定化用基体の前記化合物側の表面上に、リン酸塩濃度が0.1M以上のリン酸塩緩衝液に生理活性物質を溶解した溶液を接触させることにより、前記生理活性物質を前記固定化用基体表面に固定化する方法である。
本発明の生理活性物質の固定化方法によれば、非特異的吸着を抑制する親水性基を含有する化合物を有する固定化用基体の前記化合物側の表面上に、リン酸塩濃度が0.1M以上のリン酸塩緩衝液に生理活性物質を溶解した溶液を接触させることにより、生理活性物質結合基を用いなくても、目的とする生理活性物質の固定化能力に優れ、且つ、生理活性物質に対して非特異的吸着が少なくてSN比が高くすることができる。本発明においては、従来用いられてきたリン酸緩衝生理食塩水と比べてリン酸塩濃度が0.1M以上と著しく濃度が高いリン酸塩緩衝液を用いることにより、ホスホリルコリン基やアルキレングリコール残基などの非特異的吸着を抑制する親水性基が膨潤したりゲル化を起こし、生理活性物質が物理的に取り込まれやすくなるため、生理活性物質結合基を用いなくても生理活性物質を固定化する能力が高くなっていると推定される。生理活性物質結合基を用いない場合には、生理活性物質を固定化後、生理活性物質結合基を不活性化する工程が不要であるというメリットがある。
本発明に使用する基体の素材は、ガラス、プラスチック、金属その他を用いることができるが、表面処理の容易性、量産性の観点から、プラスチックが好ましく、熱可塑性樹脂がより好ましい。
熱可塑性樹脂としては、蛍光発生量の少ないものが好ましく、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン等の直鎖状ポリオレフィン、飽和環状ポリオレフィン、スチレン、含フッ素樹脂等を用いることが好ましく、耐熱性、耐薬品性、低蛍光性、成形性に特に優れる飽和環状ポリオレフィンを用いることがより好ましい。ここで飽和環状ポリオレフィンとは、環状オレフィン構造を有する重合体単独または環状オレフィンとα−オレフィンとの共重合体を水素添加した飽和重合体をさす。
基体表面と表面に被覆乃至付着される化合物との密着性を高めるために、基体表面を活性化することが好ましい。活性化する手段としては酸素雰囲気下、アルゴン雰囲気下、窒素雰囲気下、空気雰囲気下などの条件下でプラズマ処理する方法、ArF、KrFなどのエキシマレーザーで処理する方法があるが、酸素雰囲気下でプラズマ処理する方法が好ましい。
当該基体表面に被覆乃至付着させる化合物は、非特異的吸着を抑制する親水性基を含有する。非特異的吸着を抑制する親水性基は、生理活性物質の非特異的吸着を抑制する性質を有すれば、特に限定されないが、アルキレングリコール残基及び/又はホスホリルコリン基が好適に用いられる。なおここで、アルキレングリコール残基とは、アルキレングリコール(HO−R−OH、ここでRはアルキレン基)の片側末端又は両末端の水酸基が他の化合物と縮合反応した後に残る、アルキレンオキシ基(−R−O−、ここでRはアルキレン基)をいう。例えば、メチレングリコール(HO−CH−OH)の場合のアルキレングリコール残基はメチレンオキシ基(−CH−O−)であり、エチレングリコール(HO−CHCH−OH)の場合のアルキレングリコール残基はエチレンオキシ基(−CHCH−O−)である。
アルキレングリコール残基及び/又はホスホリルコリン基を含有する化合物としては、各種の化合物が挙げられるが、アルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)を有する高分子化合物であることが好ましい。上記のような高分子化合物は、生理活性物質の非特異的吸着を抑制する性質を持つポリマーで、アルキレングリコール残基及び/又はホスホリルコリン基が生理活性物質の非特異的吸着を抑制する役割を果たす。このような高分子化合物の場合、特許文献2のような蛋白質が吸着しにくい低分子のマトリクス形成成分を使用した場合に比べて非特異的吸着を抑制する機能が優れていて、バックグラウンドが低くなりやすい。中でも、アルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)及び架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)を有する高分子化合物(共重合体)であることが好ましい。更に、架橋可能な官能基が基体表面に被覆乃至付着した後に高分子化合物同士を架橋して溶剤への不溶性を付与する役割を果たし、基体洗浄による信号低下を低減することができる。
アルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)は、下記の一般式[1]で表されるエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導されたものであることが好ましい。
Figure 0005365623
(式中R1は水素原子またはメチル基を示す。Xはアルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する基を示す。)
中でも、本発明に使用するアルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーとしては、特に構造を限定しないが、下記の一般式[1’]で表されるアルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導されたものであることが好ましい。
Figure 0005365623
(式中R1は水素原子またはメチル基を示し、R2は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を示す。Tは炭素数1〜10のアルキレングリコール残基を示し、pは1〜100の整数を示す。pが2以上100以下の整数である場合、繰り返されるTは、それぞれ同一であっても、異なっていてもよい。)
式中のアルキレングリコール残基Tの炭素数は1〜10であり、より好ましくは1〜6であり、更に好ましくは2〜4であり、より更に好ましくは2〜3であり、最も好ましくは2である。アルキレングリコール残基Tの繰り返し数pは、1〜100の整数であり、より好ましくは2〜100の整数であり、更に好ましくは2〜95の整数であり、最も好ましくは20〜90の整数である。各種pの混合物が用いられる場合には、重合体としては、pは平均値として特定される。繰り返し数2以上の場合は、繰り返されるアルキレングリコール残基Tの炭素数は同一であっても、異なっていてもよい。
アルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーとしては、例えばメトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の水酸基の一置換エステルの(メタ)アクリレート類、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールを側鎖とする(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール (メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール (メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコール (メタ)アクリレート等が挙げられるが、入手性からメトキシポリエチレングリコールメタクリレートが好ましい。中でも特にエチレングリコールの平均連鎖が3〜100であるメトキシポリエチレングリコールメタクリレートが好ましい。
一方、一般式[1]でホスホリルコリン基を有する単量体としては、例えば2−(メタ)アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、2−(メタ)アクリロイルオキシエトキシエチルホスホリルコリン、6−(メタ)アクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、10−(メタ)アクリロイルオキシエトキシノニルホスホリルコリン、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルホスホリルコリン等を挙げられるが、入手性から2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンが好ましい。
ホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)を有する場合には、ホスホリルコリン基が両性イオンであるため、後述する架橋可能な官能基を有する繰り返し単位がなくても基体との密着性等が優れている。
アルキレングリコール残基を有する繰り返し単位(A)は、高分子化合物中の組成比が25〜99mol%であることが好ましく、更に60〜98mol%であることが好ましく、特に70〜97mol%であることが好ましい。
また、ホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)は、高分子化合物中の組成比が2〜50mol%であることが好ましく、更に5〜45mol%であることが好ましく、特に10〜40mol%であることが好ましい。
架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)は、架橋可能な官能基の反応が重合体を合成中に進行しないように導入されたものであれば特に制限されるものではない。架橋可能な官能基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーを用いて高分子化合物としても良いし、高分子化合物を製造した後に、例えば水酸基とグリシジル基の組み合わせを用いるなど適宜反応性官能基を用いて、架橋可能な官能基を高分子化合物に導入しても良い。
架橋可能な官能基としては、例えば加水分解によりシラノール基を生成する官能基やエポキシ基、(メタ)アクリル基、グリシジル基などが用いられるが、架橋処理が容易なことから加水分解によりシラノール基を生成する官能基やエポキシ基、グリシジル基が好ましく、より低温で架橋できることから加水分解によりシラノール基を生成する官能基が好ましい。
加水分解によりシラノール基を生成する官能基とは、水と接触すると容易に加水分解を受けシラノール基を生成する基であり、例えば、ハロゲン化シリル基、アルコキシシリル基、フェノキシシリル基、アセトキシシリル基等を挙げることができる。ハロゲンを含まないことからアルコキシシリル基、フェノキシシリル基、アセトキシシリル基が好ましく、なかでもシラノール基を生成し易い点からアルコキシシリル基が最も好ましい。
加水分解によりシラノール基を生成する官能基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーは、(メタ)アクリル基とアルコキシシリル基が炭素数1〜20のアルキル鎖を介して、または直接結合した一般式[2]で表されるエチレン系不飽和重合性モノマーであることが好ましい。
Figure 0005365623
(式中Rは水素原子またはメチル基を示し、Zは炭素数1〜20のアルキル基を示す。A、A、Aの内、少なくとも1個は加水分解可能なアルコキシ基であり、その他はアルキル基を示す。)
アルコキシシリル基を含有するエチレン系不飽和重合性モノマーとしては、例えば、3−(メタ)アクリロキシプロペニルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリス(メトキシエトキシ)シラン、8−(メタ)アクリロキシオクタニルトリメトキシシラン、11−(メタ)アクリロキシウンデニルトリメトキシシラン等の(メタ)アクリロキシアルキルシラン化合物等を挙げることができる。なかでも3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシランがアルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーとの共重合性が優れている点、入手が容易である点等から好ましい。これらのアルコキシシリル基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーは、単独または2種以上の組み合わせで用いられる。
架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)は、高分子化合物中の組成比が1〜20mol%であることが好ましく、更に2〜15mol%であることが好ましく、特に2〜10mol%であることが好ましい。
本発明に用いられる化合物は、生理活性物質結合基を含有していても良い。生理活性物質結合基を含有する化合物の態様としては、更に、生理活性物質結合基を有する繰り返し単位(C)を有する高分子化合物であることが好ましい。生理活性物質結合基を有する繰り返し単位(C)を有する高分子化合物においても、アルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)、更には、架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)を有することが好ましい。生理活性物質結合基を有する繰り返し単位(C)を有する高分子化合物がアルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)を有する場合、特許文献2のような蛋白質が吸着しにくい低分子のマトリクス形成成分を使用した場合に比べて非特異的吸着を抑制する機能が優れていて、バックグラウンドが低くなりやすい。
生理活性物質結合基を有する繰り返し単位(C)は、下記の一般式[3]で表される活性エステル基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導されたものであることが好ましい。
Figure 0005365623
(式中Rは水素原子またはメチル基を示し、Yは炭素数1〜10のアルキレングリコール残基またはアルキレン基を示す。Wは活性エステル基を示す。qは1〜20の整数を示す。qが2以上である場合、繰り返されるYは、それぞれ同一であっても、異なっていてもよい。)
生理活性物質結合基Wとしては、p−ニトロフェニルエステル基、N−ヒドロキシスクシンイミドエステル基、コハク酸イミドエステル基、フタル酸イミドエステル基、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミドエステル基、アルデヒド基、アミノ基、エポキシ基、等が挙げられるが、p−ニトロフェニルエステル基又はN−ヒドロキシスクシンイミドエステル基がより低いpHにて生理活性物質を固定化できるため好ましい。
生理活性物質結合基を有する繰り返し単位(C)を含む場合の生理活性物質結合基を有する繰り返し単位(C)は、高分子化合物中の組成比が0.1〜70mol%であることが好ましく、更に1〜20mol%であることが好ましく、特に2〜10mol%であることが好ましい。
本発明に好適に使用される上記高分子化合物は、更に、他の繰り返し単位を含んでいても良い。例えば、アルキル基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーを共重合させてもよく、アルキル基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーとしてはメタクリル酸の炭素数1〜15のアルキルエステルが好ましく用いられ、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレートなどを挙げることができる。n―ブチルメタクリレートもしくはn−ドデシルメタクリレートもしくはn−オクチルメタクリレートが好ましい。
本発明に使用する高分子化合物の合成方法は、特に限定されるものではないが、合成の容易さから、少なくともアルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマー、更に必要に応じて使用する他のエチレン系不飽和重合性モノマーを含む混合物を、重合開始剤存在下、溶媒中でラジカル重合することが好ましい。
溶媒としては、それぞれのエチレン系不飽和重合性モノマーが溶解するものであればよく、例えば、メタノール、エタノール、t−ブチルアルコール、ベンゼン、トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジクロロメタン、クロロホルム等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独または2種以上の組み合わせで用いられる。プラスチック基体に該高分子化合物を塗布する場合は、エタノール、メタノールが基体を変性させないため好ましい。
重合開始剤としては通常のラジカル開始剤ならいずれでもよく、例えば、2,2’−アゾビスイソブチルニトリル(以下「AIBN」という)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1 −カルボニトリル)等のアゾ化合物、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウリル等の有機過酸化物等を挙げることができる。
本発明に使用する高分子化合物の化学構造は、少なくとも非特異的吸着を抑制する親水性基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーが重合されたものであれば、当該高分子化合物が共重合体の場合の結合方式がランダム、ブロック、グラフト等いずれの形態をなしていてもかまわない。
本発明に使用する高分子化合物の分子量は、高分子化合物と未反応のエチレン系不飽和重合性モノマーとの分離精製が容易になることから、数平均分子量は5000以上が好ましく、10000以上がより好ましい。
基体表面への化合物の被覆は、例えば有機溶剤に化合物を0.001〜10重量%濃度になるように溶解した溶液を調製し、浸漬、吹きつけ等の公知の方法で基体表面に塗布した後、室温下ないしは加温下にて乾燥させることにより行われる。架橋可能な官能基を有する高分子化合物を用いる場合には、その後、架橋可能な官能基に応じた任意の方法で高分子化合物の主鎖同士を架橋させる。架橋可能な官能基が加水分解によりシラノール基を生成する官能基を有する場合の高分子化合物の被覆については、有機溶剤中に水を含有させた混合溶液を用いてもよい。含有される水により加水分解が生じ、該高分子化合物中にシラノール基が生成し、さらに加熱することにより主鎖同士が結合され、高分子化合物が不溶になる。
含水量が少ないとシラノール基の生成が不十分で、架橋結合が弱くなる。一方、含水量が多くなると高分子化合物が溶媒に不溶となる恐れがある。理論上加水分解によりシラノール基を生成するのに必要な水が含有されていれば十分であるが、溶液の調製の容易さを考えると、含水量が約0.01〜15重量%程度のものが好ましい。
有機溶剤としてはエタノール、メタノール、t−ブチルアルコール、ベンゼン、トルエン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジクロロメタン、クロロホルム、アセトン、メチルエチルケトン等の単独溶媒またはこれらの混合溶剤が使用される。中でも、エタノール、メタノールがプラスチック基体を変性させず、乾燥させやすいため好ましい。また、溶液中で化合物を加水分解させる場合にも、水と任意の割合で混ざるので好ましい。
本発明に用いられる化合物を溶解した溶液を基体表面に塗布した後、乾燥させる工程において、化合物がシラノール基を有する場合には、化合物中のシラノール基は他の化合物中のシラノール基、水酸基、アミノ基等と脱水縮合して架橋を形成する。さらに基体表面に水酸基、カルボニル基、アミノ基などがある場合も同様に脱水縮合し、基体表面と化学的に結合することができる。シラノール基の脱水縮合により形成される共有結合は加水分解されにくい性質があるので、基体表面に被覆乃至付着された化合物は容易に溶解したり、基体から脱離してしまうことはない。シラノール基の脱水縮合は加熱処理により促進される。化合物が熱により変性されない温度範囲内、例えば、60〜120℃で5分間〜24時間加熱処理するのが好ましい。
前記非特異的吸着を抑制する親水性基を含有する化合物を前記基体表面に塗布して被覆乃至付着することで、容易に生理活性物質の非特異的吸着が抑制された生理活性物質固定化用基体を作製できる。さらに前記化合物が架橋可能な官能基を有する場合には、該化合物を架橋することで、基体上の化合物に不溶性を付与することができる。これらのことより、該化合物を塗布した固定化用基体はエライザ用プレート、プロテインチップ用基板に好適に用いることができる。
本発明の固定化方法を使用して各種の生理活性物質を固定化することができる。固定化する生理活性物質は核酸、アプタマー、タンパク質、抗体、抗原、レクチン、糖タンパク、糖鎖などがある。
本発明に使用するリン酸塩緩衝液は、各種リン酸塩が0.1M以上の高濃度で溶解しているものを用いる。好ましくは5.0M以下、より好ましくは4.0M以下であり、更に好ましくは0.6M以上2.4M以下、もっとも好ましくは0.8M以上1.4M以下である。濃度が下限値未満では生理活性物質が十分に固定化できずシグナルが検出されないという問題が発生する恐れがある。一方、濃度が上限値を超えると生理活性物質が変性を起こし生理活性物質が特異的な反応を起こさず機能しないという問題が発生する恐れがある。
本発明に使用するリン酸塩は、特に限定されるものではないが、リン酸アルミニウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウムリン酸ナトリウム、リン酸インジウム、リン酸サマリウム、リン酸水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸水素カルシウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素アンモニウム、リン酸水素バリウム、リン酸二アンモニウム、リン酸二カリウムリン酸二水素2−アミノエチル、リン酸二水素アンモニウム、リン酸二水素カリウム、リン酸二水素カルシウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素マンガン、リン酸二水素リチウム、リン酸二バリウム、リン酸ヒドロキシアンモニウム、リン酸尿素、リン酸リチウム、リン酸ジフェニル、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチル、リン酸トリメチル、リン酸ホウ素、リン酸マグネシウム、などが挙げられる。特に好ましくはリン酸水素二カリウム、リン酸水素二ナトリウムである。
前記高濃度リン酸塩緩衝液に生理活性物質を溶解した溶液を、前記固定化用基体に接触させることにより、容易に生理活性物質を固定化できる。
生理活性物質を溶解した溶液を前記固定化用基体表面に接触させる方法は、基体の形状にさまざまであるが、たとえば96穴プレートの場合は溶液をそれぞれのウェルに分注するだけでよい。スライド形状の場合は点着により接触することが好ましい。
(高分子化合物の合成例1)
ポリエチレングリコールメチルエーテルメタクリレート(別名メトキシポリエチレングリコールメタクリレート)(PEGMA平均Mn=約1100 Aldrich製)、3−メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン(MPDES GELEST,INC.製)をそれぞれ順に0.95mol/L、0.05mol/Lになるように脱水エタノールに溶解させ、モノマー混合溶液を作製した。そこにさらに2、2−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN 和光純薬(株)製)を0.002mol/Lになるように添加し、均一になるまで撹拌した。その後、アルゴンガス雰囲気下、60℃で4時間反応させた後、反応溶液をジエチルエーテル中に滴下し、沈殿を収集した。得られた高分子化合物を重クロロホルム溶媒中1H―NMRで測定し、0.13ppm付近に現れるMPDESのSiに結合したメチル基に帰属されるピーク、3.4ppm付近に現れるPEGMAの末端メトキシ基に帰属されるピーク、それぞれの積分値より、この高分子化合物の組成比を算出した。表1に結果を示した。
(高分子化合物の合成例2)
ポリエチレングリコールメチルエーテルメタクリレート(別名メトキシポリエチレングリコールメタクリレート)(PEGMA平均Mn=約475 Aldrich製)、3−メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン(MPDES GELEST,INC.製)をそれぞれ順に0.95mol/L、0.05mol/Lになるように脱水エタノールに溶解させ、モノマー混合溶液を作製した。そこにさらに2、2−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN 和光純薬(株)製)を0.002mol/Lになるように添加し、均一になるまで撹拌した。その後、アルゴンガス雰囲気下、60℃で1.5時間反応させた後、反応溶液をジエチルエーテル中に滴下し、沈殿を収集した。得られた高分子化合物を重エタノール溶媒中1H―NMRで測定し、0.15ppm付近に現れるMPDESのSiに結合したメチル基に帰属されるピーク、3.35ppm付近に現れるPEGMAの末端メトキシ基に帰属されるピーク、それぞれの積分値より、この高分子化合物の組成比を算出した。表1に結果を示した。
Figure 0005365623
(p−ニトロフェニルオキシカルボニル−ポリエチレングリコールメタクリレート(MEONP)の合成)
0.01molのポリエチレングリコールモノメタクリレート(Blenmer PE−200(n=4) 日本油脂(株)製)を20mLのクロロホルムに溶解させた後、−30℃まで冷却した。−30℃に保ちながらこの溶液に、予め作成しておいた0.01molのp−ニトロフェニルクロロフォーメート(Aldrich製)と0.01molのトリエチルアミン(和光純薬(株)製)及びクロロホルム20mLの均一溶液をゆっくりと滴下した。−30℃にて1hr反応させた後、室温でさらに2hr溶液を攪拌した。その後反応液から塩をろ過により除去し、溶媒を留去してp−ニトロフェニルオキシカルボニル−ポリエチレングリコールメタクリレート(MEONP)を得た。得られたモノマーを重クロロホルム溶媒中1H―NMRで測定し、エチレングリコール残基が4.5単位含まれていることを確認した。
(高分子化合物の合成例3)
2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)、ブチルメタアクリレート(BMA)、MEONPをそれぞれ順に0.25mol/L、0.70mol/L、0.05mol/Lになるように脱水エタノールに溶解させ、モノマー混合溶液を作製した。そこにAIBNを0.002mol/Lになるように添加し、均一になるまで撹拌した。その後、アルゴンガス雰囲気下、60℃で3時間反応させた後、反応溶液をジエチルエーテルとクロロホルムの混合溶媒中に滴下し、沈殿を収集した。得られた高分子化合物を1H―NMRで測定し、1.46および1.65ppm付近に現れるBMAのメチレンに帰属されるピーク、3.34ppm付近に現れるMPCのトリメチルに帰属されるピーク、7.6および8.4ppm付近に現れるMEONPのベンゼン環に帰属されるピーク、それぞれの積分値より、この高分子化合物の組成比を算出した。表2に結果を示した。
(高分子化合物の合成例4)
ポリエチレングリコールメチルエーテルメタクリレート(別名メトキシポリエチレングリコールメタクリレート)(PEGMA平均Mn=約1100 Aldrich製)、p−ニトロフェニルオキシカルボニル−ポリエチレングリコールメタクリレート(MEONP)、3−メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン(MPDES GELEST,INC.製)をそれぞれ順に0.45mol/L、0.025mol/L、0.025mol/L、になるように脱水エタノールに溶解させ、モノマー混合溶液を作製した。そこにさらに2、2−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN 和光純薬(株)製)を0.002mol/Lになるように添加し、均一になるまで撹拌した。その後、アルゴンガス雰囲気下、60℃で1時間反応させた後、反応溶液をジエチルエーテル中に滴下し、沈殿を収集した。得られた高分子化合物を重エタノール溶媒中1H―NMRで測定し、0.16ppm付近に現れるMPDESのSiに結合したメチル基に帰属されるピーク、3.35ppm付近に現れるPEGMAの末端メトキシ基に帰属されるピーク、7.6および8.4ppm付近に現れるMEONPのベンゼン環に帰属されるピーク、それぞれの積分値より、この高分子化合物の組成比を算出した。表2に結果を示した。
Figure 0005365623
(固定化用基体の作製)
飽和環状ポリオレフィン樹脂を96穴プレート形状(1ウェルの寸法:底面直径6.4mm×高さ11mm)に加工して基体を作成した。酸素雰囲気下のプラズマ処理によって基体表面に酸化処理を施した。この基体を高分子化合物の合成例1〜4にて得られた高分子化合物の0.3重量%エタノール溶液に浸漬後、65℃で4時間加熱乾燥することにより、基体表面に合成例1〜4にて得られた高分子化合物を含む層を導入した。合成例1の高分子化合物を用いて作製された固定化用基体を固定化用基体1、合成例2の高分子化合物を用いて作製された固定化用基体を固定化用基体2、合成例3の高分子化合物を用いて作製された固定化用基体を固定化用基体3、合成例4の高分子化合物を用いて作製された固定化用基体を固定化用基体4とする。
(実験1):1次抗体の固定化とリン酸塩濃度の関係を調べた。
《実施例1》
(固定化溶液の調製)
1.2Mのリン酸水素二カリウム(和光純薬製:164−04295)水溶液中に一次抗体である抗マウスIgG2aが1.2μg/mlになるように調製された溶液を作製した。
(固定化処理)
工程1
作製した固定化溶液を固定化用基体1に100ul/ウェルの割合で分注し、室温で4時間静置した。固定化反応後0.05wt%の非イオン性界面活性剤Tween20(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製)を添加した1×SSCバッファ(Zymed Laboratories, Inc.製SSC20×Bufferを希釈して使用)で室温にて5分間洗浄した。
工程2
その後、吸着防止処理を行わなかった。
工程3(抗原抗体反応1)
PBSバッファ(日水製薬製:組織培養用ダルベッコPBS(−)を1リットル中9.6gを溶解したバッファ)で10%に希釈したFBS(子牛血清)溶液を作製した。この溶液中に抗原であるマウス IgG2aを添加し20nmol/リットルとした溶液を作製した。この溶液をPBSバッファ(日水製薬製:組織培養用ダルベッコPBS(−)を1リットル中9.6gを溶解したバッファ)で10%に希釈したFBS(子牛血清)で1倍、2倍、3倍、4倍希釈溶液を作製した。これらの希釈溶液および抗原であるマウス IgG2aを含まない10%FBS溶液を37℃にて2時間、固定化用基体と接触させることにより抗原抗体反応を実施した。抗原抗体反応後0.05wt%の非イオン性界面活性剤Tween20(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製)を添加した1×SSCバッファ(Zymed Laboratories, Inc.製SSC20×Bufferを希釈して使用)で室温にて5分間洗浄した。
工程4(抗原抗体反応2)
洗浄後、二次抗体であるHRP標識抗マウス IgG2aをPBSバッファ(日水製薬製:組織培養用ダルベッコPBS(−)を1リットル中9.6gを溶解したバッファ)に添加することにより20nmol/リットルの溶液を作製した。この溶液と固定化用基体とを37℃にて2時間、抗原抗体反応を実施した。抗原抗体反応後0.05wt%の非イオン性界面活性剤Tween20(ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製)を添加した1×SSCバッファ(Zymed Laboratories, Inc.製SSC20×Bufferを希釈して使用)で室温にて5分間洗浄した。
工程5(発色)
最後にHRP発色試薬である、TMBZ発色キット(住友ベークライト株式会社製)を用いて発色反応を行った。
発色反応を行った。基板について450nmの吸光量測定を行った。吸光量の測定には、TECAN社製プレートリーダーを用いた。
シグナル強度の結果を表3に示す。
《比較例1》
(固定化溶液の調整)
0.05Mのリン酸水素二カリウム(和光純薬製:164−04295)水溶液中に一次抗体である抗マウスIgG2aが1.2μg/mlになるように調製された溶液を作製した。
以下実施例1と同様な工程により評価した。結果を表3に示す。
実施例1および比較例1を比較することにより、高濃度リン酸塩緩衝液を使用した実施例1は抗原の量に応じたシグナルが検出でき、1次抗体を固定化できることが確認できた。
Figure 0005365623
(実験2):固定化用基体2とノンコート基体との比較を行った。
《実施例2》
固定化用基体として固定化用基体2を用いた。実験操作は実施例1と同様の操作を行った。結果を表4に示す。
《比較例2》
基体として酸素プラズマ後の基体を高分子化合物を塗布せずに用いた。実験操作は実施例1と同様の操作を行った。結果を表4に示す。
実施例2および比較例2を比較することにより、高濃度リン酸塩緩衝液を使用することでアルキレングリコール残基を有さない表面に対しても、1次抗体の固定化は可能であるが、アルキレングリコール残基を有さない基板を用いた比較例2はバックグランドが高く抗原濃度とシグナルの検出範囲が狭いことがわかった。アルキレングリコール残基を有する基板を用いた実施例2ではバックグランドの上昇がなく、広い検出範囲を示すことがわかった。
Figure 0005365623
(実験3):固定化用基体3及び固定化用基体4を用いて、1次抗体の固定化とリン酸塩濃度の関係を調べた。
《実施例3、4》
(固定化溶液の調整)
1.2Mのリン酸水素二カリウム(和光純薬製:164−04295)水溶液中に一次抗体である抗マウスIgG2aが1.2μg/mlになるように調製された溶液を作製した。
(固定化処理)
実施例1の工程2の代わりに、下記の工程2を行った以外は、実施例1と同様の工程1、工程3、工程4、工程5を行った。シグナル強度の結果を表5に示す。
工程2
工程1の後、基板を0.1mol/リットルのエタノールアミン(和光純薬製、鹿特級)、0.1mol/リットルのトリスバッファ(SIGMA製)水溶液(pH9.5)に1時間浸漬することにより残りのMEONP部を失活させた。
《比較例3、4》
(固定化溶液の調整)
1.2Mのホウ酸(和光純薬製:027−02191)水溶液中(pH8.5)に一次抗体である抗マウスIgG2aが1.2μg/mlになるように調製された溶液を作製した。
以下実施例3、4と同様な工程により評価した。結果を表5に示す。
《比較例5,6》
(固定化溶液の調整)
1.2Mのリン酸水素二カリウム(和光純薬製:164−04295)水溶液のかわりに0.05Mのリン酸水素二カリウム水溶液を用いた以外は実施例3、4と同様に操作した。結果を表5に示す。
実施例3、4および比較例3、4を比較することにより、リン酸塩溶液を使用した実施例3、4が抗原の量に応じたシグナルが検出できたため1次抗体を固定化できることが確認できた。また実施例3、4および比較例5、6を比較することにより、リン酸塩濃度が高い方がより高いシグナルが得られることが確認できた。
Figure 0005365623

Claims (18)

  1. 基体と、当該基体表面に非特異的吸着を抑制する親水性基としてアルキレングリコール残基及びホスホリルコリン基よりなる群から選ばれる基を含有する化合物とを有する固定化用基体の前記化合物側の表面上に、リン酸塩濃度が0.6M以上5.0M以下のリン酸塩緩衝液に生理活性物質を溶解した溶液を接触させることにより、前記生理活性物質を前記固定化用基体表面に固定化する、生理活性物質の固定化方法。
  2. 前記化合物は、生理活性物質結合基を含有しないものである、請求の範囲第1項に記載の生理活性物質の固定化方法。
  3. 前記化合物が、アルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)を有する高分子化合物である、請求の範囲第1項又は第2項に記載の生理活性物質の固定化方法。
  4. 前記アルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する繰り返し単位(A)が、下記の一般式[1]で表されるエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導されたものである、請求の範囲第3項に記載の生理活性物質の固定化方法。
    Figure 0005365623
    (式中R1は水素原子またはメチル基を示す。Xはアルキレングリコール残基又はホスホリルコリン基を有する基を示す。)
  5. 前記アルキレングリコール残基を有する繰り返し単位(A)が、下記の一般式[1’]で表されるアルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導されたものである、請求の範囲第4項に記載の生理活性物質の固定化方法。
    Figure 0005365623
    (式中R1は水素原子またはメチル基を示し、R2は水素原子または炭素数1〜20のアルキル基を示す。は炭素数1〜10のアルキレングリコール残基を示し、pは1〜100の整数を示す。pが2以上100以下の整数である場合、繰り返されるTは、それぞれ同一であっても、異なっていてもよい。)
  6. 前記アルキレングリコール残基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーがメトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートである、請求の範囲第5項に記載の生理活性物質の固定化方法。
  7. 前記メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートのエチレングリコールの平均連鎖が3〜100である、請求の範囲第6項に記載の生理活性物質の固定化方法。
  8. 前記高分子化合物が、架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)を有する、請求の範囲第3項〜第7項のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法。
  9. 前記架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)の架橋可能な官能基がアルコキシシリル、エポキシ、及び(メタ)アクリルから選ばれる少なくとも一つの官能基である請求の範囲第8項に記載の生理活性物質の固定化方法。
  10. 前記架橋可能な官能基を有する繰り返し単位(B)が、下記の一般式[2]で表されるアルコキシシリルを有するエチレン系不飽和重合性モノマーである請求の範囲第8項又は第9項に記載の生理活性物質の固定化方法。
    Figure 0005365623
    (式中Rは水素原子またはメチル基を示し、Zは炭素数1〜20のアルキル基を示す。A、A、Aの内、少なくとも1個は加水分解可能なアルコキシ基であり、その他はアルキル基を示す。)
  11. 前記化合物が、生理活性物質結合基を含有する、請求の範囲第1項〜第10項のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法。
  12. 前記生理活性物質結合基を含有する化合物が、下記の一般式[3]で表される活性エステル基を有するエチレン系不飽和重合性モノマーから誘導された、生理活性物質結合基を有する繰り返し単位(C)を有する高分子化合物である、請求の範囲第11項に記載の生理活性物質の固定化方法。
    Figure 0005365623
    (式中Rは水素原子またはメチル基を示し、Yは炭素数1〜10のアルキレングリコール残基またはアルキレン基を示す。Wは活性エステル基を示す。qは1〜20の整数を示す。qが2以上である場合、繰り返されるYは、それぞれ同一であっても、異なっていてもよい。)
  13. 前記生理活性物質結合基がp−ニトロフェニルエステル基である、請求の範囲第12項に記載の生理活性物質の固定化方法。
  14. 前記生理活性物質が核酸、アプタマー、タンパク質、抗体、抗原、レクチン、糖タンパク、又は糖鎖である、請求の範囲第1項〜第13項のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法。
  15. 前記基体がプラスチックからなる、請求の範囲第1項〜第14項のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法。
  16. 前記プラスチックが飽和環状ポリオレフィン、ポリオレフィン、又はポリスチレンである、請求の範囲第15項に記載の生理活性物質の固定化方法。
  17. 前記基体がガラスからなる、請求の範囲第1項〜第14項のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法。
  18. 前記基体の形状が、スライド状、96穴プレート状、384穴プレート状、1536穴プレート状、マイクロ流路、ビーズ、チューブ、又は容器である、請求の範囲第1項〜第17項のいずれかに記載の生理活性物質の固定化方法。
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