JP2018174871A - Nanoribbon structure comprising cellulose oligomer having amino group, and production method therefor - Google Patents
Nanoribbon structure comprising cellulose oligomer having amino group, and production method therefor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018174871A JP2018174871A JP2017082973A JP2017082973A JP2018174871A JP 2018174871 A JP2018174871 A JP 2018174871A JP 2017082973 A JP2017082973 A JP 2017082973A JP 2017082973 A JP2017082973 A JP 2017082973A JP 2018174871 A JP2018174871 A JP 2018174871A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cellulose
- solution
- nanoribbon
- cells
- amino group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば人工的に合成したセルロース構造体並びにその製造方法及び利用に関する。 The present invention relates to, for example, artificially synthesized cellulose structures and methods for producing and using the same.
セルロースは、地球上で最も豊富に存在する有機高分子である。セルロースは、その資源性に加え、高いサステイナビリティをもつことから、注目されているマテリアル素材である。機械的処理や化学的処理によって天然物から得られるセルロースは、繊維状の形態であることが知られており、その構造や物性に応じた利用が展開されている。また、天然資源を酸処理することによって得られるセルロースナノ結晶(CNC)は、新たなセルロース素材としての利用が期待されている。CNCは、セルロース鎖が平行に配列したI型結晶構造を有し、高いアスペクト比や優れた機械的強度、熱的安定性等から複合材料のフィラーとして注目されている。 Cellulose is the most abundant organic polymer on earth. Cellulose is an attractive material because it has high sustainability in addition to its resources. Cellulose obtained from a natural product by mechanical treatment or chemical treatment is known to be in a fibrous form, and utilization according to its structure and physical properties is developed. In addition, cellulose nanocrystals (CNC) obtained by acid treatment of natural resources are expected to be used as new cellulose materials. CNC has an I-type crystal structure in which cellulose chains are arranged in parallel, and is attracting attention as a filler for composite materials because of its high aspect ratio, excellent mechanical strength, thermal stability and the like.
一方、結晶性のセルロースが人工的にも合成できることが知られている(人工合成で得られるセルロースは一般にオリゴマーであることから、このようなセルロースはセロデキストリンと呼ばれる。ここでは、区別せずにすべてセルロースと呼ぶ)。下記の反応は、加リン酸分解酵素であるセロデキストリンホスホリラーゼ(CDP)の逆反応を利用したセルロースの酵素合成であり、プライマー(出発物質)として働くD−(+)−グルコースに対して、α−グルコース−1−リン酸(αG1P)がモノマーとして逐次的に重合される。 On the other hand, it is known that crystalline cellulose can be artificially synthesized (the cellulose obtained by artificial synthesis is generally an oligomer, so such cellulose is called cellodextrin. Here, without distinction). All called cellulose). The following reaction is an enzyme synthesis of cellulose utilizing the reverse reaction of a phospholytic enzyme, cellodextrin phosphorylase (CDP), which is α to D-(+)-glucose which works as a primer (starting material) Glucose-1-phosphate (αG1P) is polymerized sequentially as a monomer.
上述の反応により、長さ数μm、幅数百nm、厚さ4.5nmのナノシート構造を有するセルロース結晶(セルロースナノシート;CNS)が得られる(非特許文献1)。さらに、本発明者の一部は、上記CDPを利用したセルロースの酵素合成において、プライマーとしてC2−5−直鎖状アルキル基又はC2−5を主鎖とする分岐状アルキル基を有するグルコース誘導体を用いることで、スポンジ状の構造等の溶媒を含む三次元網目構造を有するセルロースナノ構造体を作製できること(特許文献1)、また水溶性高分子存在下で同様にセルロースを合成すると、その二次元結晶がさらに成長し、ナノリボン状のネットワーク構造を形成することを見出した(特許文献2)。本発明者の一部は、上記CDPを利用したセルロースの酵素合成において、プライマーとして繰り返し単位を有する親水性置換基を有するグルコース誘導体を用いることでもナノリボン状のネットワーク構造を形成することをさらに見出した(特許文献3)。 By the above reaction, a cellulose crystal (cellulose nanosheet; CNS) having a nanosheet structure with a length of several μm, a width of several hundred nm, and a thickness of 4.5 nm is obtained (Non-patent Document 1). Furthermore, some of the present inventors, in the enzymatic synthesis of cellulose using the above CDP, C 2-5 as a primer - glucose having branched alkyl group be straight-chain alkyl group or a C 2-5 main chain By using a derivative, it is possible to produce a cellulose nanostructure having a three-dimensional network structure containing a solvent such as a sponge-like structure (Patent Document 1), and when cellulose is similarly synthesized in the presence of a water-soluble polymer, It has been found that a two-dimensional crystal is further grown to form a nanoribbon-like network structure (Patent Document 2). The inventors of the present invention have further found that in the above enzyme synthesis of cellulose using CDP, a nanoribbon-like network structure is also formed by using a glucose derivative having a hydrophilic substituent having a repeating unit as a primer. (Patent Document 3).
本発明は、アミノ基を有するグルコースをプライマーとして用いることで新規な特性を有するセルロース構造体を合成することを課題とする。 An object of the present invention is to synthesize a cellulose structure having novel properties by using glucose having an amino group as a primer.
プライマーに対してα−グルコース−1−リン酸(αG1P)を脱リン酸化しながら結合させるCDPを用いたセルロースの合成において、アミノ基を有するグルコースをプライマーに用いると、セルロース誘導体からなるセルロース構造体が一段階で酵素合成できることを見出した。また、得られたセルロース構造体は酵素であるタンパク質を、活性を維持したまま吸着させることができるものであった。 Cellulose structure comprising a cellulose derivative when glucose having an amino group is used as a primer in the synthesis of cellulose using CDP which is bound to the primer while dephosphorylating α-glucose-1-phosphate (αG1P) to the primer Found that enzyme synthesis can be performed in one step. In addition, the obtained cellulose structure was capable of adsorbing a protein which is an enzyme while maintaining the activity.
本発明は、次式(I):
で示される化合物を構成成分とするセルロース構造体を包含する。
The present invention provides the following formula (I):
And a cellulose structure having as a component the compound represented by
本発明はさらに、α−グルコース−1−リン酸と、プライマーとしての
次式(II):
で示される化合物を構成成分とするセルロース構造体の製造方法を包含する。
The present invention further provides α-glucose 1-phosphate and the following formula (II) as a primer:
And a method for producing a cellulose structure comprising the compound represented by
本発明によれば、足場材などの医療分野、およびフィルムなどの環境・エネルギー分野において有用なセルロースのみからなる構造体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cellulose-only structure useful in the medical field such as scaffolding and in the environment / energy field such as film.
1.本発明に係るセルロース構造体は、
次式(II):
で示される化合物を構成成分として含有するものである。
1. The cellulose structure according to the present invention is
The following formula (II):
It contains the compound shown by these as a component.
上述の式(I)で表される化合物の平均重合度は10であり、D−グルコースをプライマーとして酵素合成した場合のセルロースオリゴマーの平均重合度(Average DP 〜10)(T.Serizawaら,Polym.J.,2016年,48,539−544)と同程度である。また、当該化合物の平均重合度は10と算出され、上述のD−グルコースをプライマーとした場合と同程度である。 The average degree of polymerization of the compound represented by the above-mentioned formula (I) is 10, and the average degree of polymerization of cellulose oligomers (Average DP to 10) when enzyme synthesis is performed using D-glucose as a primer (T. Serizawa et al., Polym J., 2016, 48, 539-544). Moreover, the average degree of polymerization of the said compound is calculated with 10, and is comparable as the case where the above-mentioned D-glucose is used as a primer.
式(I)の化合物の重合度は、例えば6以上、好ましくは7以上(すなわち、式(I)の化合物において、nが4以上、好ましくは5以上)であり、且つ16以下、好ましくは15以下(すなわち、式(I)の化合物において、nが14以下、好ましくは13以下)である。 The degree of polymerization of the compound of the formula (I) is, for example, 6 or more, preferably 7 or more (that is, in the compound of the formula (I), n is 4 or more, preferably 5 or more) and 16 or less, preferably 15 Or less (that is, in the compound of formula (I), n is 14 or less, preferably 13 or less).
天然由来のセルロース鎖が平行に配列したI型セルロース構造とは異なり本発明に係るセルロース構造体は、熱力学的に安定であるセルロースII型結晶形を形成する。これは、D−グルコースをプライマーとした場合にセルロースオリゴマーが形成する結晶形と同様であり、セルロース鎖末端の2−アミノエチル基は結晶形に影響を与えない。2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体はナノリボンの膜厚方向に配列してラメラ結晶を形成しており、セルロース鎖末端のアミノ基をナノリボンの表面に露出している。 Unlike the type I cellulose structure in which naturally derived cellulose chains are arranged in parallel, the cellulose structure according to the present invention forms a cellulose type II crystal form which is thermodynamically stable. This is similar to the crystal form formed by the cellulose oligomer when D-glucose is used as a primer, and the 2-aminoethyl group at the end of the cellulose chain does not affect the crystal form. The cellulose derivative having a 2-aminoethyl group is aligned in the film thickness direction of the nanoribbon to form lamellar crystals, and the amino group at the end of the cellulose chain is exposed on the surface of the nanoribbon.
本発明に係るセルロース構造体は、リボン状の構造体(ナノリボン)を有する。このナノリボンは、ハイドロゲルを形成せず、沈殿物として得られる。 The cellulose structure according to the present invention has a ribbon-like structure (nanoribbon). The nanoribbon does not form a hydrogel and is obtained as a precipitate.
本間明細書中で「ハイドロゲル」は、液体に対して不溶性であり、水を内部に含み、三次元構造をもつ高分子物質およびその膨潤体を示す。一方で、本明細書中で「沈殿物」は、液体に対して不溶性である、内部に液体を含まない構造体を示す。沈殿物の例はT.Serizawaら,Polym.J.,2016年,48,539−544などを参照できる。 In the specification, "hydrogel" refers to a polymeric substance which is insoluble in liquid, contains water internally, and has a three-dimensional structure and a swollen body thereof. On the other hand, the term "precipitate" as used herein refers to a liquid-free internal structure that is insoluble in liquid. An example of a precipitate is T.I. Serizawa et al., Polym. J. , 2016, 48, 539-544, etc.
本発明に係るセルロース構造体は、タンパク質を吸着する。吸着されるタンパク質は単層吸着し、構造体の両面にサンドイッチ様に単層吸着する。この吸着には静電相互作用が寄与する。 The cellulose structure according to the present invention adsorbs proteins. The protein to be adsorbed is adsorbed in a monolayer, and adsorbed on both sides of the structure in a sandwich-like manner. Electrostatic interaction contributes to this adsorption.
本発明に係るセルロース構造体は、タンパク質酵素をその活性を維持したまま吸着することができる。 The cellulose structure according to the present invention can adsorb a protein enzyme while maintaining its activity.
本発明に係るセルロース構造体は、in vitroの細胞培養環境では顕著な細胞毒性を示さない。 The cellulose construct according to the present invention does not show significant cytotoxicity in in vitro cell culture environment.
2. 本発明に係るセルロース構造体の製造方法。
上述の本発明に係るセルロース構造体は、以下に示される反応に準じて製造することができる。
2. The manufacturing method of the cellulose structure concerning the present invention.
The cellulose structure according to the present invention described above can be produced according to the reaction shown below.
これはCDPの逆反応を利用した酵素合成によるものであり、プライマーとしての2−アミノエチル−β−D−グルコシドと、基質としてのαG1PをCDPと反応させることによって、本発明に係るセルロース構造体を製造することができる。プライマーとしての2−アミノエチル−β−D−グルコシドに対してαG1Pがモノマーとして逐次的に重合される。 This is an enzyme synthesis utilizing the reverse reaction of CDP, and the cellulose structure according to the present invention is produced by reacting 2-aminoethyl-β-D-glucoside as a primer and αG1P as a substrate with CDP. Can be manufactured. ΑG1P is sequentially polymerized as a monomer to 2-aminoethyl-β-D-glucoside as a primer.
この反応に用いるCDPの濃度は、0.1U/ml以上であってよく、0.2U/ml以上または0.4U/mlであってもよい。 The concentration of CDP used in this reaction may be 0.1 U / ml or more, and may be 0.2 U / ml or more or 0.4 U / ml.
αG1Pは、市販品として入手できるものであってよい。 αG1P may be commercially available.
2−アミノエチル−β−D−グルコシドは、例えばB.Raoら,Chem. Commun.,2013年,49,10808−10810.に記載の方法を参考にして合成できるがこれには限定されない。具体的には、O−ペンタアセチル−β−D−グルコシドと2−ブロモエタノールとからO−テトラアセチル−2−ブロモエチル−β−D−グルコシドを合成し、O−ペンタアセチル−2−ブロモエチル−β−D−グルコシドとアジ化ナトリウムとからO−ペンタアセチル−2−アジドエチル−β−D−グルコシドを合成し、ナトリウムメトキシドによって脱アセチル化し、その後アジド基を還元することにより2−アミノエチル−β−D−グルコシドを得ることが出来るがこれには限定されない。 2-aminoethyl-β-D-glucoside is, for example, Rao et al., Chem. Commun. , 2013, 49, 10808-10810. The compound can be synthesized with reference to the method described in, but not limited thereto. Specifically, O-tetraacetyl-2-bromoethyl-β-D-glucoside is synthesized from O-pentaacetyl-β-D-glucoside and 2-bromoethanol, and O-pentaacetyl-2-bromoethyl-β Synthesis of O-pentaacetyl-2-azidoethyl-β-D-glucoside from D-glucoside and sodium azide, deacetylation with sodium methoxide, and then reduction of the azido group to give 2-aminoethyl-β Although -D-glucoside can be obtained, it is not limited to this.
一方、CDPは、例えばM.Krishnareddyら,J.Appl.Glycosci.,2002年,49,1−8に記載の方法に準じて調製することができるがこれには限定されない。具体的には、M.Krishnareddyら,J.Appl.Glycosci.,2002年,49,1−8によれば、Clostridium thermocellum YM4株由来のCDPを調製することができるがこれには限定されない。 On the other hand, CDP is, for example, M.I. Krishnareddy et al. Appl. Glycosci. Although it can prepare according to the method as described in, 49, 1-8 in 2002, it is not limited to this. Specifically, M.I. Krishnareddy et al. Appl. Glycosci. According to J. Chem., 2002, 49, 1-8, CDP derived from Clostridium thermocellum strain YM4 can be prepared, but it is not limited thereto.
CDPの酵素量は、例えば、酵素活性をもとに決定することができる。この場合、例えば、αG1PとD−(+)−セロビオースおよびCDPをインキュベーションし、CDPにより生成されるリン酸を定量し、1分間あたり1μmolのリン酸を遊離する酵素量を1Uとすることができる。 The enzyme amount of CDP can be determined, for example, based on the enzyme activity. In this case, for example, by incubating αG1P with D-(+)-cellobiose and CDP, the phosphate produced by CDP can be quantified, and the amount of enzyme releasing 1 μmol of phosphate per minute can be 1 U. .
例えば、10〜1000mM(好ましくは100〜300mM)のαG1P、10〜200mM(好ましくは50〜60mM)の式(II)の2−アミノエチル−β−D−グルコシド、及び0.1U/mL以上(または0.2U/mL以上、好ましくは0.4U/mL以上)のCDPを、100〜1000mM(好ましくは250〜750mM)の2−[4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル]エタンスルホン酸(HEPES)緩衝液(pH7.0〜8.0(好ましくはpH7.5))中で混合し、10〜80℃(好ましくは、20〜60℃)で30分間〜30日間(好ましくは、1時間〜14日間)インキュベートし、反応させることで、本発明に係るセルロース構造体を製造することができる。 For example, 10 to 1000 mM (preferably 100 to 300 mM) αG1P, 10 to 200 mM (preferably 50 to 60 mM) 2-aminoethyl-β-D-glucoside of the formula (II), and 0.1 U / mL or more ( Or 0.2 U / mL or more, preferably 0.4 U / mL or more), and 100 to 1000 mM (preferably 250 to 750 mM) of 2- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] ethane sulfone Mixed in acid (HEPES) buffer (pH 7.0-8.0 (preferably pH 7.5)) for 30 minutes to 30 days (preferably, at 10-80 ° C. (preferably 20-60 ° C.) The cellulose structure according to the present invention can be produced by incubating and reacting for 1 hour to 14 days.
3.本発明に係るセルロース構造体の用途
3−1.医療分野
3−1−1.細胞培養足場材
本発明に係るセルロース構造体は、その表面に動物細胞を生育させる足場材として使用することができる。本発明に係るセルロース構造体は顕著な細胞毒性を示さないため、この用途に特に有用である。
3. Applications of Cellulose Structure According to the Present Invention 3-1. Medical field 3-1-1. Cell Culture Scaffold Material The cellulose structure according to the present invention can be used as a scaffold material for growing animal cells on its surface. The cellulose structure according to the present invention is particularly useful for this use because it does not show significant cytotoxicity.
生育させる細胞としては、動物由来であれば良く、例えば哺乳類、爬虫類、両生類、又は昆虫由来の細胞が挙げられる。また、心臓、肝臓、脾臓、表皮等の臓器や組織から分離した初代培養細胞でも、継代培養した株化細胞、腫瘍細胞でも良い。さらに、間葉系幹細胞(MSC)等の体性幹細胞、人工多能性幹細胞、CHO細胞、BHK細胞、Vero細胞等の細胞株(Cell Line)等でも良い。 The cells to be grown may be of animal origin and include, for example, cells of mammalian, reptile, amphibian or insect origin. Further, it may be primary cultured cells isolated from organs or tissues such as heart, liver, spleen, epidermis, etc., or subcultured established cell lines or tumor cells. Furthermore, somatic stem cells such as mesenchymal stem cells (MSC), induced pluripotent stem cells, cell lines such as CHO cells, BHK cells, Vero cells, etc. may be used.
細胞培養に用いる培地としては、平衡塩類溶液にアミノ酸やビタミン等の低分子化合物を加えた基礎培地が挙げられる。さらに、血清或いは血清・組織抽出物、加水分解物、成長因子、ホルモン、搬送体タンパク質、脂質、ポリアミン酸、微量元素、ビタミン、増粘剤、界面活性剤、細胞接着因子等を添加した培地を使用することもできる。 Examples of the medium used for cell culture include a basal medium in which low molecular weight compounds such as amino acids and vitamins are added to a balanced salt solution. Furthermore, a medium to which serum or serum / tissue extract, hydrolyzate, growth factor, hormone, carrier protein, lipid, polyamic acid, trace element, vitamin, thickener, surfactant, cell adhesion factor, etc. is added It can also be used.
本発明に係るセルロース構造体は、酵素をその活性を維持したまま吸着させることができるため、当該添加物をセルロース構造体に吸着させて使用することもできる。 Since the cellulose structure according to the present invention can be adsorbed while maintaining its activity, the additive can be used by being adsorbed to the cellulose structure.
当該セルロース構造体を、薄膜状に成形して、薄膜の表面で細胞を培養できる。栄養成分を薄膜底面からも供給することで培養効率を高めることができる。 The cellulose structure can be formed into a thin film, and cells can be cultured on the surface of the thin film. The culture efficiency can be enhanced by supplying the nutrient component also from the bottom of the thin film.
当該セルロース構造体上に単層状に生育した細胞は、細胞剥離剤にて剥離し回収することができる。細胞剥離剤には、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)等の2価カチオン除去のためのキレート剤、細胞・基質間、細胞・細胞間接着タンパク質のためのトリプシン等のプロテアーゼを用いることもできるし、セルラーゼにより当該セルロース構造体の一部又は全部を分解し、可溶化することで細胞を剥離することもできる。プロテアーゼを用いない後者の方法では、細胞・細胞間の接着は剥離することなく、また細胞への影響も無いことから、活性の高い懸濁細胞又は細胞シートを得ることができる。 Cells grown in the form of a monolayer on the cellulose structure can be exfoliated and recovered by a cell exfoliation agent. Cell release agents can be chelating agents for removing divalent cations such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), proteases such as trypsin for cells / substrates, cell / cell adhesion proteins, and cellulases. It is also possible to detach cells by degrading and solubilizing part or all of the cellulose structure. In the latter method which does not use a protease, the cell-cell adhesion is not exfoliated and has no influence on the cells, whereby a highly active suspended cell or cell sheet can be obtained.
得られた細胞シートは、同様に得られた細胞シートと積層するか、或いは細胞シートの表面を細胞間接着タンパク質等でコートし、さらに細胞を培養することで、三次元的に厚みを持った細胞塊を得ることができる。 The obtained cell sheet was laminated with the cell sheet obtained in the same manner, or the surface of the cell sheet was coated with an intercellular adhesion protein or the like, and the cells were cultured to obtain a three-dimensional thickness. Cell masses can be obtained.
3−1−2.高濃度細胞培養用足場材
本発明に係るセルロース構造体は、その内部に動物細胞を生育させる足場材として使用することができる。当該セルロース構造体を、細胞が入ることができる大きさ程度又はそれ以上の空隙を持つ構造体に成形し、構造体の中で細胞を培養することができる。本発明に係るセルロース構造体は顕著な細胞毒性を示さないため、この用途に特に有用である。
3-1-2. Scaffold for High Concentration Cell Culture The cellulose structure according to the present invention can be used as a scaffold for growing animal cells therein. The cellulose structure can be formed into a structure having a void size as large as or larger than the cell can enter, and the cells can be cultured in the structure. The cellulose structure according to the present invention is particularly useful for this use because it does not show significant cytotoxicity.
生育させる細胞は、上記の第3−1−1節に記載するように、動物由来であればどのような細胞でも良い。また、培養に用いる培地は、上記の第3−1−1節に記載するように、基礎培地、血清添加培地又はその他成分を添加した培地でも良い。さらにそれらの添加物は、上記の第3−1−1節に記載するように、セルロース構造体に吸着させて使用しても良い。 The cells to be grown may be any cells of animal origin as described in Section 3-1-1 above. The culture medium used for culture may be a basal medium, a serum-added culture medium or a culture medium to which other components are added as described in Section 3-1-1 above. Furthermore, those additives may be adsorbed to the cellulose structure and used as described in Section 3-1-1 above.
当該セルロース構造体中で細胞を培養することで、浮遊懸濁培養の際に起こる撹拌のせん断応力による細胞の傷害が起こらず、培養液当たりの細胞の高濃度化が可能となる。 By culturing the cells in the cellulose structure, damage to the cells due to the shear stress of agitation that occurs in suspension suspension culture does not occur, and it is possible to increase the concentration of cells per culture solution.
また、抗体やタンパク質等のバイオ医薬品の生成能を付与したrCHO細胞等を当該セルロース構造体で高濃度に培養すれば、バッチ当たりの抗体やタンパク質等の生産量が増大し、バイオ医薬品の製造コスト低減が可能である。さらに、目的生産物を回収後、新しい培地を添加し、再度培養を行うか、或いは連続的に目的生産物を含む培地を回収し、新しい培地を追加添加することで、バッチ連続式又は連続式に生産物を得ることができる。 In addition, if rCHO cells or the like to which biopharmaceuticals such as antibodies and proteins have been added are cultured at high concentrations on the cellulose structure, the amount of antibodies and proteins produced per batch increases, and the cost of manufacturing biopharmaceuticals is increased. A reduction is possible. Furthermore, after collecting the target product, a new medium is added and culture is performed again, or the medium containing the target product is collected continuously, and new culture medium is additionally added to perform batch continuous system or continuous system. Products can be obtained.
さらに、高濃度培養した細胞は、足場材として利用したセルロース構造体をセルラーゼ処理に供することで、プロテアーゼ処理の際に起こるような細胞への傷害を起こさずに細胞を遊離させ、回収することができる。iPS細胞やES細胞等の全能性幹細胞を当該手法で大量に培養し、再生医療や創薬産業のために必要な細胞を供給することができる。 Furthermore, by subjecting the cellulose structure used as a scaffold to a cellulase treatment, the cells cultured at high concentration can be released and recovered without causing damage to the cells as occurs in the protease treatment. it can. The pluripotent stem cells such as iPS cells and ES cells can be cultured in large amounts by this method, and cells necessary for the regenerative medicine and drug discovery industries can be supplied.
3−1−3.三次元構造体足場材
本発明に係るセルロース構造体は、その内部に動物細胞を生育させる足場材として使用することができる。当該セルロース構造体を、細胞が入ることができる大きさ程度又はそれ以上の空隙を持つ構造体に成形し、構造体の中で細胞を培養することができる。本発明に係るセルロース構造体は顕著な細胞毒性を示さないため、この用途に特に有用である。
3-1-3. Three-Dimensional Structure Scaffold Material The cellulose structure according to the present invention can be used as a scaffold material for growing animal cells inside. The cellulose structure can be formed into a structure having a void size as large as or larger than the cell can enter, and the cells can be cultured in the structure. The cellulose structure according to the present invention is particularly useful for this use because it does not show significant cytotoxicity.
生育させる細胞は、上記の第3−1−1節に記載するように、動物由来であればどのような細胞でも良い。培養に用いる培地は、上記の第3−1−1節に記載するように、基礎培地、血清添加培地又はその他成分を添加した培地でも良い。さらにそれらの添加物は、上記の第3−1−1節に記載するように、セルロース構造体に吸着させて使用しても良い。 The cells to be grown may be any cells of animal origin as described in Section 3-1-1 above. The medium used for culture may be a basal medium, a serum-supplemented medium, or a medium to which other components are added, as described in Section 3-1-1 above. Furthermore, those additives may be adsorbed to the cellulose structure and used as described in Section 3-1-1 above.
当該セルロース構造体を、細胞培養の前、途中又は後に、目的組織に合わせた形状に成形し、生体組織又は臓器の再生のために用いることができる。細胞培養の前に成形する場合、当該セルロース構造体の重合反応時に目的の形状の型枠で反応させることもできるし、成形後に切断、積層、編み込み等で目的の形状にすることができる。 Before, during, or after cell culture, the cellulose structure can be formed into a shape adapted to the target tissue and used for regeneration of a living tissue or organ. In the case of molding before cell culture, reaction can be carried out with a mold of a target shape at the time of polymerization reaction of the cellulose structure, or can be made into a target shape by cutting, laminating, knitting, etc. after molding.
当該セルロース構造体は、セルラーゼ処理により、細胞へ影響することなく分解可溶化することができる。臓器への移植する前に、セルラーゼ処理に供し、部分的に、又は全部を分解可溶化しても良いし、セルラーゼ処理に供することなく足場材と共に移植しても良い。 The cellulose structure can be degraded and solubilized by cellulase treatment without affecting cells. Prior to transplantation into an organ, it may be subjected to cellulase treatment, partially or completely degraded and solubilized, or may be transplanted together with the scaffold without being subjected to cellulase treatment.
さらに、細胞を生育させた三次元構造体は、組織又は臓器の形状や機能を生体外(ex vivo)で再現したものとして、癌転移の機構解明、制癌剤の薬効評価等の基礎医学研究用、或いは、近年動物試験が禁止された化粧品の皮膚等の生体組織への影響を検討するための素材として利用することができる。 Furthermore, three-dimensional structures in which cells are grown are for ex vivo (ex vivo) reproduction of the shape or function of a tissue or an organ, for basic medical research such as elucidation of the mechanism of cancer metastasis, efficacy evaluation of anticancer drugs, etc. Alternatively, it can be used as a material for examining the effect on skin and other biological tissues of cosmetics for which animal testing has been banned in recent years.
3−1−4.骨欠損部位への移植材料
本発明に係るセルロース構造体は、動物の骨欠損部位への移植材料、歯周組織の再生誘導材料としても使用することができる。当該セルロース構造体は、容易に望む形に成形加工することができ、高圧蒸気による滅菌も可能である。当該セルロース構造体は、移植する前に細胞を生着させても良いし、そのまま移植しても良い。
3-1-4. Implantation material to bone defect site The cellulose structure according to the present invention can also be used as an implant material to bone defect site of animal and regeneration induction material of periodontal tissue. The cellulose structure can be easily shaped and processed as desired, and can also be sterilized by high pressure steam. The cellulose construct may engraft cells before transplantation or may be transplanted as it is.
3−2.環境・エネルギー分野
下記に説明するように、本発明に係るセルロース構造体は、フィルム(例えば、微多孔性のフィルム(用途例:セパレータ、吸着材、バイオセンサー等)、緻密なフィルム(用途例:バリアフィルム等))として環境・エネルギー分野において使用することができる。本願に係るセルロース構造体は、タンパク質を吸着することができるため、タンパク質の吸着材として特に有用である。また、タンパク質を、活性を維持しながら吸着させることができるため、吸着させるタンパク質の機能を持つ高機能性のフィルムとしても使用できる。
3-2. Environment / Energy Field As described below, the cellulose structure according to the present invention is a film (for example, a microporous film (application example: separator, adsorbent, biosensor etc.), a dense film (application example: It can be used in the field of environment and energy as a barrier film etc.). The cellulose structure according to the present invention is particularly useful as a protein adsorbent because it can adsorb proteins. In addition, since proteins can be adsorbed while maintaining their activity, they can also be used as highly functional films having the function of proteins to be adsorbed.
3−2−1.電池セパレータ用途
本発明に係るセルロース構造体は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池向けのセパレータとしても用いることができる。セパレータとして用いることにより、従来のポリオレフィン製のセパレータに比べ、高い耐熱性を有するため、例えば、過充電等により、電池が異常発熱した場合に、セパレータが融解し、内部短絡することを防ぐことができ、安全性を向上させることができる。また、親水性置換基の存在により、一般的に電池に用いられる極性溶媒等をより保持しやすく、安定したイオン伝導性、すなわち電池の入出力特性の維持が期待でき、寿命を向上させることが可能である。
3-2-1. Battery Separator Application The cellulose structure according to the present invention can also be used, for example, as a separator for secondary batteries such as lithium ion batteries. By using it as a separator, it has higher heat resistance than conventional polyolefin separators, so that it is possible to prevent the separator from melting and causing an internal short circuit, for example, when the battery abnormally generates heat due to overcharging or the like. It is possible to improve safety. Also, due to the presence of a hydrophilic substituent, it is easier to hold polar solvents generally used in batteries, stable ion conductivity, that is, maintenance of battery input / output characteristics can be expected, and life can be improved. It is possible.
3−2−2.吸着材、濃縮(生分解性)
本発明に係るセルロース構造体は、シリカ、アルミナ、ゼオライト、プルシアンブルー等の吸着材微粒子を分散、担持させることにより、アンモニア、アルデヒド等の有毒ガス、放射性廃棄物等の有害物質、海水中の有価金属等を吸着回収することが可能である。
3-2-2. Adsorbent, Concentrated (Biodegradable)
The cellulose structure according to the present invention disperses and carries adsorbent fine particles such as silica, alumina, zeolite, Prussian blue etc., toxic gases such as ammonia, aldehyde etc., harmful substances such as radioactive wastes, valuable in seawater. It is possible to adsorb and recover metals and the like.
また、当該セルロース構造体は、分解酵素を用いて簡単に分解可能であることから、吸着回収した物質を必要に応じて簡単に濃縮することができるといった特長も有する。 Moreover, since the said cellulose structure is easily decomposable using a decomposing enzyme, it also has the feature that the substance which adsorbed and recovered can be easily condensed as needed.
3−2−3.バイオセンサー
本発明に係るセルロース構造体は、酵素や抗体を担持することによってバイオセンサーとして使用することができる。例えば、グルコースオキシダーゼ等の酵素を担持すればグルコースセンサーとして使用することが可能であり、親水性置換基を活用し、例えば、ナトリウムイオン等のイオン伝導特性を観測すれば、血中のナトリウムイオン濃度等を計測するセンサーとして使用することが可能である。本発明に係るセルロース構造体はタンパク質を、活性を維持しつつ吸着させることができるためこの用途に特に有用である。
3-2-3. Biosensor The cellulose structure according to the present invention can be used as a biosensor by carrying an enzyme or an antibody. For example, if an enzyme such as glucose oxidase is supported, it can be used as a glucose sensor, and if a hydrophilic substituent is used, for example, if ion conduction characteristics such as sodium ion are observed, the sodium ion concentration in blood It is possible to use as a sensor which measures etc. The cellulose structure according to the present invention is particularly useful in this application because it can adsorb proteins while maintaining its activity.
3−2−4.ガスバリアシート(構造体も含む)
本発明に係るセルロース構造体に無機ナノ材料を緻密に担持させることにより、例えば水蒸気等のガスを遮断するガスバリアシートとすることができる。無機ナノ材料としては、シリカ等のナノ粒子、又はモンモリロナイト等のクレイが挙げられる。これら無機ナノ材料と親水性置換基とは親和性が高く、強く相互作用するため、無機ナノ材料を強固に取り込んだ複合材料を形成し、バリア性を向上させることが可能である。
3-2-4. Gas barrier sheet (including structure)
By densely supporting the inorganic nanomaterial on the cellulose structure according to the present invention, for example, a gas barrier sheet that shuts off a gas such as water vapor can be obtained. As an inorganic nanomaterial, nanoparticles, such as a silica, or clays, such as montmorillonite, are mentioned. Since these inorganic nanomaterials and hydrophilic substituents have high affinity and interact strongly, it is possible to form a composite material in which the inorganic nanomaterials are firmly incorporated and to improve barrier properties.
3−2−5.放熱シート
本発明に係るセルロース構造体に高熱伝導率を持つ材料を緻密に担持させることにより、放熱材料として使用することが可能である。高熱伝導率を持つ材料としては、ダイヤモンド、グラフェン、カーボンナノチューブ等の炭素系材料、銀、銅、金、アルミニウム等の金属材料、アルミナ、マグネシア、六方晶窒化ホウ素等の無機材料等が挙げられる。また、親水性置換基により、シート表面を柔らかくすることが可能であり、発熱体との密着性を改善させ、熱界面抵抗を低減することにより、放熱性を改善することが可能である。
3-2-5. Heat Dissipation Sheet The material having high thermal conductivity can be densely supported on the cellulose structure according to the present invention, whereby the heat dissipating material can be used. Examples of the material having high thermal conductivity include carbon-based materials such as diamond, graphene and carbon nanotubes, metal materials such as silver, copper, gold and aluminum, and inorganic materials such as alumina, magnesia and hexagonal boron nitride. In addition, it is possible to soften the sheet surface by the hydrophilic substituent, and by improving the adhesion to the heat generating body and reducing the thermal interface resistance, it is possible to improve the heat dissipation.
3−2−6.蓄熱シート
本発明に係るセルロース構造体に蓄熱性を有する材料を分散、担持させることにより、蓄熱材として使用することが可能である。蓄熱材としては、エリスリトール、酢酸ナトリウム3水塩、硫酸ナトリウム10水塩、パラフィン、Fe−Co合金等の潜熱蓄熱材、その他、顕熱蓄熱材、化学蓄熱材等が挙げられる。潜熱蓄熱材は物質の相転移を利用するものであり、固液相転移を利用する蓄熱材の場合は、液状となった場合に漏洩が生じないように工夫する必要があり、例えば石油樹脂等のカプセル内に包含させる方法がある。
3-2-6. Heat storage sheet It is possible to use as a heat storage material by dispersing and supporting a material having a heat storage property in the cellulose structure according to the present invention. Examples of the heat storage material include latent heat storage materials such as erythritol, sodium acetate trihydrate, sodium sulfate decahydrate, paraffin and Fe--Co alloy, as well as sensible heat storage materials, chemical heat storage materials, and the like. The latent heat storage material utilizes the phase transition of the substance, and in the case of a heat storage material utilizing solid-liquid phase transition, it is necessary to devise so that no leakage occurs when it becomes liquid, for example, petroleum resin etc. There is a method of including it in the capsule of
3−2−7.分離精製の基材(カラムの充填剤、電気泳動)
本発明に係るセルロース構造体は、ナノサイズの空間を有しているため、当該空間を利用して分離精製カラムや電気泳動の充填剤として用いることが可能である。
3-2-7. Substrate for separation and purification (column packing material, electrophoresis)
Since the cellulose structure according to the present invention has nano-sized spaces, it can be used as a separation and purification column or a filler for electrophoresis using the spaces.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples, but the technical scope of the present invention is not limited to these examples.
1.実験方法
1−1.試薬
LB−BROTH LENNOX及びLB−AGAR LENNOXはフナコシより購入した。
1. Experimental method 1-1. Reagents LB-BROTH LENNOX and LB-AGAR LENNOX were purchased from Funakoshi.
グリセロール、カナマイシン硫酸塩、イソプロピル−β−D(−)−チオガラクトピラノシド(Isopropyl−β−D(−)−thiogalactopyranoside:IPTG)、N,N,N´,N´−テトラメチルエチレンジアミン(N,N,N´,N´−Tetramethyl ethylenediamine:TEMED)、ジチオトレイトール(Dithiothreitol:DTT)、1−ブタノール、αG1P二ナトリウム水和物、40%重水酸化ナトリウム重水溶液、モレキュラーシーブス4A、ダウエクスTM50WX4 100−200メッシュ強酸性陽イオン交換樹脂、ウシ血清アルブミン(BSA,98%,プロテアーゼ不含)、Immunoglobulin G(ウシ由来、IgG、免疫化学用)、トランスフェリン(ヒト由来、細胞培養用)、ストレプトマイシン硫酸塩、10×Dulbecco´s Phosphate Buffered Saline(D−PBS(−)、細胞培養用)、Dulbecco´s Modified Eagle Medium(D−MEM)、β−D−ガラクトシダーゼ、p−ニトロフェニル−β−D−ガラクトピラノシドは和光純薬より購入した。 Glycerol, kanamycin sulfate, isopropyl-β-D (-)-thiogalactopyranoside (Isopropyl-β-D (-)-thiogalactopyranoside: IPTG), N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (N , N, N', N'-Tetramethyl ethylenediamine: TEMED), dithiothreitol (dithiothreitol: DTT), 1- butanol, Arufaji1P disodium hydrate, 40% sodium hydroxide heavy solution, molecular sieves 4A, Dowex TM 50WX4 100-200 mesh strongly acidic cation exchange resin, bovine serum albumin (BSA, 98%, protease free), Immunoglobulin G (bovine-derived, IgG, for immunochemistry), Lanceferin (human-derived, for cell culture), streptomycin sulfate, 10 × Dulbeccox Phosphate Buffered Saline (D-PBS (−), for cell culture), Dulbecco's Modified Eagle Medium (D-MEM), β- D-galactosidase and p-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside were purchased from Wako Pure Chemical Industries.
ジクロロメタン、酢酸エチル、シリカゲル60N(40−100μm,球状、中性)は関東化学より購入した。 Dichloromethane, ethyl acetate, silica gel 60 N (40-100 μm, spherical, neutral) were purchased from Kanto Chemical.
O−ペンタアセチル−β−D−グルコシド、2−ブロモエタノール、無水ヒドラジン、三ふっ化ホウ素ジエチルエーテル、p−アニスアルデヒドは東京化成より購入した。 O-pentaacetyl-β-D-glucoside, 2-bromoethanol, anhydrous hydrazine, boron trifluoride diethyl ether, p-anisaldehyde was purchased from Tokyo Kasei.
ニッケル−ニトリロ三酢酸(Ni−NTA)アガロースゲルはQIAGENより購入した。 Nickel-nitrilotriacetic acid (Ni-NTA) agarose gel was purchased from QIAGEN.
Protein Molecular Weight Marker(Broad)はタカラバイオより購入した。 Protein Molecular Weight Marker (Broad) was purchased from Takara Bio.
アクリルアミド、N−N´−メチレンビスアクリルアミド、ドデシル硫酸ナトリウム(Sodium dodecyl sulfate:SDS)、過硫酸アンモニウム(Ammonium persulfate:APS)、重水、2,5−ジヒドロキシ安息香酸(2,5−Dihydroxybenzoic acid:DHBA)、ProteoMassTM Bradykinin fragment 1−7 MALDI−MSスタンダード(Bradykinin)、ProteoMassTM P14R MALDI−MSスタンダード(P14R)、ProteoMassTM ACTH Fragment 18−39 MALDI−MSスタンダード(ACTH)、トリフルオロ酢酸(TFA)、アセトニトリル、リゾチーム(ニワトリ卵由来、>90%)、トリプシン(ブタ膵臓由来、BioReagentグレード)、シトクロム C(ウマ心臓由来、>99%)、フィブリノーゲン(ウシ血漿由来、Type I−S)、Penicillin−streptmycin solution stabilized, Trypsin EDTA(10×)はSigma−Aldrichより購入した。 Acrylamide, N-N'-methylenebisacrylamide, sodium dodecyl sulfate (SDS), ammonium persulfate (APS), heavy water, 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHBA) , ProteoMass TM Bradykinin fragment 1-7 MALDI- MS Standard (Bradykinin), ProteoMass TM P 14 R MALDI-MS Standard (P 14 R), ProteoMass TM ACTH fragment 18-39 MALDI-MS Standard (ACTH), trifluoroacetic acid ( TFA), acetonitrile, lysozyme (Niwato) Egg-derived,> 90%), trypsin (pig pancreas-derived, BioReagent grade), cytochrome C (horse-heart-derived,> 99%), fibrinogen (bovine plasma-derived, Type I-S), Penicillin-streptomycin solution stabilized, Trypsin EDTA (10 ×) was purchased from Sigma-Aldrich.
日新EMステイナーは、日新EM株式会社より購入した。 The Nisshin EM Stainer was purchased from Nisshin EM Co., Ltd.
細胞培養用ウシ胎児血清(FBS)はBioWestより取得した。 Fetal bovine serum (FBS) for cell culture was obtained from BioWest.
CallstainR Double Staining Kit、Cell Counting KIT−8は同仁化学研究所より取得した。 The Callstain R Double Staining Kit and Cell Counting KIT-8 were obtained from Dojindo Laboratories.
その他の試薬は、特に表記しない限りナカライテスクより購入し、特級以上の試薬を使用した。 Other reagents were purchased from Nacalai Tesque unless otherwise noted, and reagents of special grade or higher were used.
超純水はMilli−Qシステム(Milli−Q Advantage A−10,Merck Millipore)により供給され、純水はTANK 60 Lite PE(Merck Millipore)により供給された。
Ultra pure water was supplied by Milli-Q system (Milli-Q Advantage A-10, Merck Millipore) and pure water was supplied by
乾燥ジクロロメタンはGlass Contour有機溶剤精製装置(Nikko Hansen)で精製されたジクロロメタンを使用した。 The dry dichloromethane used the dichloromethane refine | purified by Glass Contour organic-solvent purification apparatus (Nikko Hansen).
1−2.CDPの調製及び酵素活性評価
CDPは、M.Krishnareddyら,J.Appl.Glycosci.,2002年,49,1−8.に記載の方法と同様の方法により調製した。
1-2. Preparation of CDP and Evaluation of Enzyme Activity Krishnareddy et al. Appl. Glycosci. , 2002, 49, 1-8. It prepared by the method similar to the method as described in.
1−2−1.試薬の調製
(1) 滅菌精製水
500mL広口メディウム瓶に超純水500mLを採取してオートクレーブ(121℃、20分間、BS−245、TOMY)して室温で保存した。
1-2-1. Preparation of Reagent (1) Sterilized purified
(2) 50mg/mLカナマイシンストック溶液
カナマイシン硫酸塩1.5gを滅菌精製水に溶解させ、30mLにメスアップした。調製した溶液をクリーンベンチ内でポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene difluoride:PVDF)製0.22μmフィルターで濾過滅菌し、1.7mLチューブに1mLずつ分注して−20℃で保存した。
(2) 50 mg / mL kanamycin stock solution 1.5 g of kanamycin sulfate was dissolved in sterile purified water and made up to 30 mL. The prepared solution was filter-sterilized with a polyvinylidene fluoride (PVDF) 0.22 μm filter in a clean bench, and aliquoted into 1.7 mL tubes and stored at -20 ° C.
(3) 10mM IPTGストック溶液
IPTG 71.5mgを滅菌精製水に溶解させ、30mLにメスアップした。調製した溶液をクリーンベンチ内でPVDF製0.22μmフィルターで濾過滅菌した。1.7mLチューブに1mLずつ分注して−20℃で保存した。
(3) 10 mM IPTG stock solution 71.5 mg of IPTG was dissolved in sterile purified water and made up to 30 mL. The prepared solution was filter-sterilized with a PVDF 0.22 μm filter in a clean bench. 1 mL aliquots were placed in 1.7 mL tubes and stored at -20 ° C.
(4) LB−AGAR/カナマイシンプレート
250mL広口メディウム瓶にLB−AGAR LENNOX2.8gを採取し、超純水80mLを添加して溶解させてオートクレーブした。60℃以下まで室温で冷却した後、クリーンベンチ内で50mg/mLカナマイシンストック溶液80μLを加えて混合した。滅菌済みシャーレに分注して室温で固化させた後、4℃で保存した。調製後1ヶ月以内に使用した。
(4) LB-AGAR / Kanamycin plate 2.8 g of LB-AGAR LENNOX was collected in a 250 mL wide-mouth medium bottle, and 80 mL of ultrapure water was added to dissolve and autoclave. After cooling at room temperature to 60 ° C. or less, 80 μL of 50 mg / mL kanamycin stock solution was added and mixed in a clean bench. The aliquots were poured into sterile petri dishes and allowed to solidify at room temperature and then stored at 4 ° C. Used within 1 month after preparation.
(5) 50%グリセロール溶液
250mL広口メディウム瓶にグリセロール50mL、超純水50mLを加えて混合した後、オートクレーブして室温で保存した。
(5) 50% glycerol solution After adding 50 mL of glycerol and 50 mL of ultrapure water to a 250 mL wide-mouthed medium bottle and mixing, the solution was autoclaved and stored at room temperature.
(6) LB培地
500mL広口メディウム瓶にLB−BROTH LENNOX 10gを純水500mLに溶解させ、オートクレーブして室温で保存した。
(6) LB medium In a 500 mL wide-mouthed medium bottle, 10 g of LB-BROTH LENNOX was dissolved in 500 mL of pure water, autoclaved and stored at room temperature.
(7) MOPS−Na緩衝液(20mM、pH7.5)
3−モルホリノプロパンスルホン酸(MOPS)4.18gを約600mLの超純水に溶解させた。4N水酸化ナトリウム水溶液によりpH7.5に調整後、1Lにメスアップした。PVDF製0.10μmフィルターで濾過滅菌して4℃で保存した。
(7) MOPS-Na buffer solution (20 mM, pH 7.5)
4.18 g of 3-morpholinopropane sulfonic acid (MOPS) was dissolved in about 600 mL of ultrapure water. The pH was adjusted to 7.5 with a 4N aqueous solution of sodium hydroxide, and the solution was then adjusted to 1 L. The solution was sterilized by filtration through a PVDF 0.10 μm filter and stored at 4 ° C.
(8) 70%エタノール(バイオテクノロジーグレード)
エタノール(バイオテクノロジーグレード)140mL及び超純水60mLを250mL広口メディウム瓶に採取して混合した後、室温で保存した。
(8) 70% ethanol (biotechnology grade)
After 140 mL of ethanol (biotechnology grade) and 60 mL of ultrapure water were collected in a 250 mL wide-mouth medium bottle and mixed, they were stored at room temperature.
(9) 洗浄バッファー(20mM MOPS、300mM NaCl、10mMイミダゾール、pH7.5)
MOPS2.09g、塩化ナトリウム8.77g、イミダゾール340mgを約350mLの超純水に溶解させた。4N水酸化ナトリウム水溶液によりpH7.5に調整後、500mLにメスアップした。PVDF製0.10μmフィルターで濾過滅菌して4℃で保存した。
(9) Washing buffer (20 mM MOPS, 300 mM NaCl, 10 mM imidazole, pH 7.5)
2.09 g of MOPS, 8.77 g of sodium chloride and 340 mg of imidazole were dissolved in about 350 mL of ultrapure water. The pH was adjusted to 7.5 with a 4N aqueous solution of sodium hydroxide, and then the volume was increased to 500 mL. The solution was sterilized by filtration through a PVDF 0.10 μm filter and stored at 4 ° C.
(10) 溶出バッファー(20mM MOPS、300mM NaCl、250mMイミダゾール、pH7.5)
MOPS2.09g、塩化ナトリウム8.77g、イミダゾール8.51gを約350mLの超純水に溶解させた。4N水酸化ナトリウム水溶液によりpH7.5に調整後、500mLにメスアップした。PVDF製0.10μmフィルターで濾過滅菌して4℃で保存した。
(10) Elution buffer (20 mM MOPS, 300 mM NaCl, 250 mM imidazole, pH 7.5)
2.09 g of MOPS, 8.77 g of sodium chloride and 8.51 g of imidazole were dissolved in about 350 mL of ultrapure water. The pH was adjusted to 7.5 with a 4N aqueous solution of sodium hydroxide, and then the volume was increased to 500 mL. The solution was sterilized by filtration through a PVDF 0.10 μm filter and stored at 4 ° C.
(11) 5%(w/v)アジ化ナトリウムストック溶液
アジ化ナトリウム500mgをプラスチック製スパチュラにより秤量してMOPS−Na緩衝液(20mM、pH7.5)を添加して全量が10mLとなるよう溶解させて4℃で遮光保存した。
(11) 5% (w / v) sodium azide stock solution Weigh 500 mg of sodium azide with a plastic spatula, add MOPS-Na buffer solution (20 mM, pH 7.5) and dissolve to a total volume of 10 mL It was stored at 4 ° C. in the dark.
(12) 30%アクリルアミド/ビス混合溶液
アクリルアミドは劇物であるため、調製には細心の注意を払った。アクリルアミド29.2g、N−N´−メチレンビスアクリルアミド0.8gを約70mLの超純水に撹拌しながら溶解させた。全量が100mLになるようにメスアップして4℃で遮光保存した。
(12) 30% Acrylamide / Bis Mixed Solution Since acrylamide is a deleterious substance, careful attention was paid to its preparation. 29.2 g of acrylamide and 0.8 g of N-N'-methylenebisacrylamide were dissolved in about 70 mL of ultrapure water with stirring. The whole was weighed up to 100 mL and stored in the dark at 4 ° C.
(13) Tris−HCl緩衝液(1.5M、pH8.8)
トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(Tris)18.17gを約80mLの超純水に撹拌しながら溶解させた。6N塩酸によりpH8.8に調整後、全量が100mLになるようにメスアップして4℃で保存した。
(13) Tris-HCl buffer (1.5 M, pH 8.8)
18.17 g of tris (hydroxymethyl) aminomethane (Tris) was dissolved in about 80 mL of ultrapure water with stirring. After adjusting to pH 8.8 with 6 N hydrochloric acid, the total volume was adjusted to 100 mL and stored at 4 ° C.
(14) Tris−HCl緩衝液(0.5M、pH6.8)
Tris 6.06gを約80mLの超純水に撹拌しながら溶解させた。6N塩酸によりpH6.8に調整後、全量が100mLになるようにメスアップして4℃で保存した。
(14) Tris-HCl buffer (0.5 M, pH 6.8)
6.06 g of Tris was dissolved in about 80 mL of ultrapure water with stirring. After adjusting to pH 6.8 with 6 N hydrochloric acid, the total volume was adjusted to 100 mL and stored at 4 ° C.
(15) 10%SDS水溶液
ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)10gを約90mLの超純水に撹拌しながら溶解させた。全量が100mLになるようにメスアップして室温で保存した。
(15) 10% SDS aqueous solution 10 g of sodium dodecyl sulfate (SDS) was dissolved in about 90 mL of ultrapure water with stirring. The whole was weighed up to 100 mL and stored at room temperature.
(16) 10%APS水溶液
過硫酸アンモニウム(APS)0.1gを約1mLの超純水に溶解させて4℃で保存した。
(16) 10% APS aqueous solution 0.1 g of ammonium persulfate (APS) was dissolved in about 1 mL of ultrapure water and stored at 4 ° C.
(17) 飽和1−ブタノール
1−ブタノールと超純水を2:1の割合で混合して室温で保存した。
(17) Saturated 1-Butanol 1-Butanol and ultrapure water were mixed in a ratio of 2: 1 and stored at room temperature.
(18) 5×泳動バッファー(125mM Tris、960mMグリシン、0.5%SDS)
Tris15.1g、グリシン72.1g、SDS5.0gを全量が1Lとなるように超純水に溶解させて4℃で保存した。使用の際は超純水で5倍に希釈した。一度使用した泳動バッファーは回収して再度使用し、使用回数は最大で2回とした。
(18) 5 × running buffer (125 mM Tris, 960 mM glycine, 0.5% SDS)
15.1 g of Tris, 72.1 g of glycine and 5.0 g of SDS were dissolved in ultrapure water so that the total amount was 1 L, and stored at 4 ° C. When used, it was diluted 5-fold with ultrapure water. The electrophoresis buffer used once was recovered and used again, and the number of times of use was up to twice.
(19) 5×Loadingバッファー(200mM Tris、0.05%ブロモフェノールブルー、10%SDS、50%グリセロール)
Tris2.42g、SDS10.0g、ブロモフェノールブルー50mgを50mLのグリセロールと約40mLの超純水を添加して溶解させた。6N塩酸を用いてpH6.8に調整後、100mLにメスアップした。1.7mLチューブに1mLずつ分注して4℃で保存した。
(19) 5 x Loading buffer (200 mM Tris, 0.05% bromophenol blue, 10% SDS, 50% glycerol)
2.42 g of Tris, 10.0 g of SDS, and 50 mg of bromophenol blue were dissolved by adding 50 mL of glycerol and about 40 mL of ultrapure water. The pH was adjusted to 6.8 with 6N hydrochloric acid and the volume was increased to 100 mL. 1 mL aliquots were placed in 1.7 mL tubes and stored at 4 ° C.
(20) 1MDTT溶液
ジチオトレイトール(DTT)約150mgを1Mとなるように約1mLの超純水を添加して溶解させ、−20℃で保存した。
(20) 1 MDTT Solution About 150 mg of dithiothreitol (DTT) was dissolved by adding about 1 mL of ultrapure water to 1 M, and stored at -20 ° C.
(21) 固定液
酢酸50mL、エタノール200mLを混合した後、超純水で500mLにメスアップして室温で保存した。
(21) Fixative solution After mixing 50 mL of acetic acid and 200 mL of ethanol, it was measured to 500 mL with ultrapure water and stored at room temperature.
(22) 脱色液
酢酸40mL、エタノール125mLを混合した後、超純水で500mLにメスアップして室温で保存した。
(22) Decolorizing solution After mixing 40 mL of acetic acid and 125 mL of ethanol, the mixture was made up to 500 mL with ultrapure water and stored at room temperature.
(23) 染色液
クマシーブリリアントブルーR−250 0.25gを脱色液100mLに加え、撹拌して溶解させて室温で遮光保存した。
(23) Staining solution 0.25 g of Coomassie Brilliant Blue R-250 was added to 100 mL of the decolorizing solution, stirred and dissolved, and kept in the dark at room temperature.
1−2−2.大腸菌の培養及びCDPの発現
(1) E. coli BL21−CDPグリセロールストックの調製
ガスバーナーで加熱滅菌し、放冷した白金耳を用いて、CDPの遺伝子を含むプラスミドをもつEscherichia coli BL21−Gold(DE3)株(E.coli BL21−CDP)のグリセロールストックからLB−AGAR/カナマイシンプレートに植菌し、37℃で8−12時間培養した。加熱した白金耳を用いてシングルコロニーから、予め乾熱滅菌した試験管に加えた50mg/mLカナマイシンストック溶液5μLとLB培地5mLの混合溶液に植菌した。OD660が0.6−0.8に達するまで振盪培養機(BR−23FP、TAITEC)で37℃で振盪培養(往復、200rpm)した。その後、培養液800μLを1.7mLチューブに採取し、50%グリセロール溶液100μLを添加して混合した。液体窒素で凍結して−80℃で保存した。
1-2-2. Culture of E. coli and expression of CDP (1) Preparation of E. coli BL21-CDP Glycerol Stock The Escherichia coli BL21-Gold (DE3) strain (E. coli BL21-CDP) having a plasmid containing the gene of CDP, which was heat-sterilized with a gas burner and allowed to cool, was used. The glycerol stock was inoculated on LB-AGAR / kanamycin plates and cultured at 37 ° C. for 8-12 hours. A single colony was inoculated from a single colony with a heated platinum loop into a mixed solution of 5 μL of 50 mg / mL kanamycin stock solution and 5 mL of LB medium added to a dry heat-sterilized test tube in advance. The shaking culture (200 rpm) was carried out at 37 ° C. in a shaking incubator (BR-23FP, TAITEC) until the OD 660 reached 0.6-0.8. Thereafter, 800 μL of the culture solution was collected in a 1.7 mL tube, and 100 μL of 50% glycerol solution was added and mixed. It was frozen in liquid nitrogen and stored at -80 ° C.
(2) E. coli BL21−CDPマスタープレートの調製
ガスバーナーで加熱滅菌し、放冷した白金耳を用いて、E.coli BL21−CDPのグリセロールストックもしくは作製後1ヶ月以内のマスタープレートからLB−AGAR/カナマイシンプレートに植菌して37℃で8−12時間培養した。マスタープレートから植菌した場合はそのまま4℃で保存した。グリセロールストックから植菌した場合は、さらにLB−AGAR/カナマイシンプレートに植菌して37℃で8−12時間培養して4℃で保存した。
(2) E. Preparation of E. coli BL21-CDP Master Plate The heat-sterilized with a gas burner and allowed to cool was used to make E. coli. From a master plate within 1 month after glycerol stock or preparation of E. coli BL21-CDP, the cells were inoculated on LB-AGAR / kanamycin plates and cultured at 37 ° C. for 8 to 12 hours. When inoculated from the master plate, it was stored at 4 ° C. as it was. When inoculated from a glycerol stock, the cells were further inoculated on LB-AGAR / kanamycin plates, cultured at 37 ° C for 8-12 hours, and stored at 4 ° C.
(3) E. coli BL21−CDP前培養液の調製
乾熱滅菌した試験管にLB培地3mLを採取して50mg/mLカナマイシンストック溶液3μLを加えた。加熱滅菌し、放冷した白金耳を用いて、E.coli BL21−CDPマスタープレートのシングルコロニーから植菌した。振盪培養機を用いて37℃で10−12時間振盪培養(往復、200rpm)した。
(3) E. Preparation of E. coli BL21-
(4) E.coli BL21−CDPの培養とCDPの発現
2本の1Lバッフル付きフラスコにLB−BROTH LENNOX6gをそれぞれ秤量して純水300mLを加えてオートクレーブして放冷した。50mg/mLカナマイシンストック溶液300μLをそれぞれに添加して混合した後、E.coli BL21−CDP前培養液300μLを加えた。振盪培養機を用いて30℃で振盪培養(回転、600rpm)してOD660が0.55−0.60に達したことを確認後、10mM IPTGストック溶液3mLをそれぞれ加えて25℃で20時間振盪培養(回転、200rpm)してCDPを発現させた。
(4) E. Cultivation of E. coli BL21-CDP and expression of CDP 6 g of LB-BROTH LENNOX was respectively weighed in two 1 L-baffled flasks, 300 mL of pure water was added, and the mixture was left to cool under autoclaving. After adding 300 μL of 50 mg / mL kanamycin stock solution to each and mixing, E. 300 μL of E. coli BL21-CDP preculture solution was added. After shaking culture (rotation, 600 rpm) using a shaking incubator at 30 ° C and confirming that the OD 660 reached 0.55-0.60, 3 mL of 10 mM IPTG stock solution is added respectively and 20 hours at 25 ° C Shake culture (rotation, 200 rpm) was used to express CDP.
1−2−3.Hisタグ精製及び緩衝液置換
(1) E.coli BL21−CDPの破砕によるCDPの抽出
1−2−2項(2)で調製したCDPを発現させたE.coli BL21−CDP懸濁液を50mLチューブ12本に約50mLずつ均等に分注し、遠心機(遠心機:EX−126、TOMY、ローター:3850−04P、TOMY)を用いて遠心(3500rpm、20分間、4℃)した。上清をデカンテーションにより除去し、沈澱したE.coli BL21−CDPペレットにMOPS−Na緩衝液(20mM、pH7.5)を加えてそれぞれ約15mLにメスアップし、手で激しく振盪して懸濁させた。E.coli BL21−CDP懸濁液を4本の100mL自立式チューブに約45mLずつ分注し、氷浴しながらプローブ式超音波照射器(Sonifier 250、BRANSON)を用いて超音波照射してE.coli BL21−CDPを破砕した。超音波照射は、power:200W(ダイヤル10)、duty cycle:30%の条件で2サイクル(5秒間超音波照射と25秒間インターバルの4回繰り返しを1サイクル)行った。E.coli BL21−CDP破砕液にはCDPの他にプロテアーゼ等が含まれていることから、それらによるCDPの分解を防ぐために、以降はE.coli破砕液は常に氷浴した。4本の100mLチューブ中のE.coli BL21−CDP破砕液をそれぞれ50mLチューブに移して遠心(3500rpm、>20分間、4℃)した。沈澱したE.coliペレットが舞わないよう注意を払いながら、デカンテーションにより上清を50mLチューブに回収した。
1-2-3. His tag purification and buffer substitution (1) Extraction of CDP by disruption of E. coli BL21-CDP E. coli expressing CDP prepared in 1-2-2 (2). Approximately 50 mL aliquots of the E. coli BL21-CDP suspension are equally aliquoted into 12 × 50 mL tubes and centrifuged (3500 rpm, 20) using a centrifuge (centrifuge: EX-126, TOMY, rotor: 3850-04P, TOMY) 4 minutes). The supernatant was removed by decantation and the precipitated E. coli. MOPS-Na buffer solution (20 mM, pH 7.5) was added to each of the E. coli BL21-CDP pellets, and each was made up to about 15 mL and suspended by shaking vigorously by hand. E. E. coli BL21-CDP suspension was dispensed in about 45 mL aliquots into four 100 mL freestanding tubes and sonicated using a probe-type ultrasonic wave irradiator (
(2) Ni−NTAアフィニティーカラムによるCDPの精製
コンタミネーションを避けるため、以後の精製操作で用いるマイクロピペットのチップ及び1.7mLチューブはオートクレーブ後乾燥して用いた。
予め70%エタノールで滅菌し、超純水で置換した直径1.8cm、長さ10cmのプラスチック製カラムに、Ni−NTAアガロースゲル(GE Healthcare)分散液9.8mLを充填した。カラム内を1−2−1項(8)で調製した70%エタノールで満たして流すことでNI−NTAアガロースゲルを殺菌・洗浄した。この操作を2回繰り返した。MOPS−Na緩衝液(20mM、pH7.5)3mLをアプライして流し、さらに3mLアプライした。スパチュラで撹拌もしくはマイクロピペットでピペッティングしてNi−NTAアガロースゲルを再分散させて気泡を取り除いた。その後、MOPS−Na緩衝液(20mM、pH7.5)5mLで4回置換した。
(2) Purification of CDP by Ni-NTA Affinity Column In order to avoid contamination, the tip of the micropipette used in the subsequent purification operation and the 1.7 mL tube were used after being autoclaved and dried.
9.8 mL of a Ni-NTA agarose gel (GE Healthcare) dispersion was loaded on a plastic column 1.8 cm in diameter and 10 cm in length which was previously sterilized with 70% ethanol and replaced with ultrapure water. The NI-NTA agarose gel was sterilized and washed by pouring the inside of the column with 70% ethanol prepared in Section 1-2-1 (8). This operation was repeated twice. 3 mL of MOPS-Na buffer solution (20 mM, pH 7.5) was applied and flowed, and another 3 mL was applied. The air was removed by redispersing the Ni-NTA agarose gel by stirring with a spatula or pipetting with a micropipette. Thereafter, it was replaced four times with 5 mL of MOPS-Na buffer (20 mM, pH 7.5).
E.coli BL21−CDP破砕液の上清をカラムにアプライし、カラムより流出した溶液を回収してフロースルー溶液とした。洗浄バッファー3−5mLをアプライして置換し、さらに3−5mLアプライした。ピペッティングによりNi−NTAアガロースゲルを再分散させてゲル層の表面を均一にした後アプライした洗浄バッファーを流した。さらに洗浄バッファー5mLをアプライして置換する操作を繰り返し、合計で30mL以上をアプライした。洗浄バッファーをアプライした際に通過した溶液は全て回収し、洗浄液とした。その後、溶出バッファー3−5mLをアプライし、1.7mLチューブに1mLずつフラクションに分けて回収し、溶出液とした。この操作を繰り返し、合計で溶出バッファー25mLをアプライした。それぞれのフラクションの吸光度を微量紫外可視分光光度計(NanoDrop 2000c、Thermo Scientific)で測定し、280nmの吸光度を指標にタンパク質の溶出を確認した。この際、バックグラウンド測定には超純水を用いた。タンパク質の溶出が完了していない場合は、280nmの吸収が無くなるまでカラムに溶出バッファーをアプライした。回収した溶出液のうち、吸光度が高いフラクションを回収し、CDP溶液とした。
E. The supernatant of the E. coli BL21-CDP lysate was applied to the column, and the solution flowing out of the column was collected and used as a flow-through solution. 3-5 mL of wash buffer was applied and replaced, and another 3-5 mL was applied. The Ni-NTA agarose gel was redispersed by pipetting to make the surface of the gel layer uniform, and then the applied washing buffer was flushed. Furthermore, the operation of applying and replacing the
(3) CDP溶液の緩衝液置換
CDP溶液の緩衝液置換はPD10カラム(Sephadex G−25、GE Healthcare)を用いて、付属の説明書に従って行った。CDP溶液の容量に応じて、必要な数のPD10カラムを用いた。付属のアダプターを用いてPD10カラムを50mLチューブに固定した。70%エタノール(バイオテクノロジーグレード)で満たし、遠心機(MX−305、TOMY)を用いて遠心(1000g、2分間、4℃)した。この操作を2回繰り返すことでカラムを殺菌及び洗浄した。5%(w/v)アジ化ナトリウムストック溶液をMOPS−Na緩衝液(20mM、pH7.5)で250倍希釈して調製した0.02%アジ化ナトリウム/20mM MOPS−Na緩衝液で満たし、静置して溶液を流す操作を4回繰り返すことでPD10カラムを緩衝液で置換した。さらに0.02%アジ化ナトリウム/20mM MOPS−Na緩衝液を加え、遠心した。
(3) Buffer substitution of CDP solution Buffer substitution of CDP solution was carried out using a PD10 column (Sephadex G-25, GE Healthcare) according to the attached instruction. The required number of PD10 columns was used, depending on the volume of the CDP solution. The PD10 column was fixed to a 50 mL tube using the attached adapter. It was filled with 70% ethanol (biotechnology grade) and centrifuged (1000 g, 2 minutes, 4 ° C.) using a centrifuge (MX-305, TOMY). This operation was repeated twice to sterilize and wash the column. Fill with 0.02% sodium azide / 20 mM MOPS-Na buffer solution prepared by diluting 250% of 5% (w / v) sodium azide stock solution with MOPS-Na buffer (20 mM, pH 7.5), The PD10 column was replaced with buffer solution by repeating the procedure of standing still and flowing the solution four times. Furthermore, 0.02% sodium azide / 20 mM MOPS-Na buffer was added and centrifuged.
PD10カラムを新たな50mLチューブに移し、遠心によるSephadexの斜面を崩さないようにCDP溶液をPD10カラム1本につき1.75−2.5mLアプライした。前述の遠心時と同じ角度で遠心機に固定し、遠心した。溶出した溶液を回収してCDPストック溶液とし、CDPストック溶液の280nmの吸光度をNanoDrop 2000cにより測定し、1.7mLチューブに1mLずつ分注して4℃で保存した。なおCDPストック溶液を使用する際は、必要量を適宜クリーンベンチ内で分注した。 The PD10 column was transferred to a new 50 mL tube, and CDP solution was applied at 1.75 to 2.5 mL per PD10 column so as not to break the slope of Sephadex by centrifugation. It fixed to the centrifuge at the same angle as the time of the above-mentioned centrifugation, and centrifuged. The eluted solution was collected and used as a CDP stock solution, and the absorbance at 280 nm of the CDP stock solution was measured by NanoDrop 2000c, and aliquoted into 1.7 mL tubes and stored at 4 ° C. When using the CDP stock solution, the necessary amount was dispensed as appropriate in the clean bench.
カラム1本につき30mLのMOPS−Na緩衝液(20mM、pH7.5)を加えて静置してカラムを洗浄した。次いで超純水で満たし、遠心する操作を2回繰り返した。同様に50%エタノール水溶液で2回洗浄した。PD−10カラムを50%エタノール水溶液で満たして4℃で保存した。 The column was washed by adding 30 mL of MOPS-Na buffer (20 mM, pH 7.5) per column and leaving to stand. Next, the operation of filling with ultrapure water and centrifuging was repeated twice. Similarly, it was washed twice with 50% aqueous ethanol. The PD-10 column was filled with 50% aqueous ethanol and stored at 4 ° C.
1−2−4.ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(SDS−PAGE)によるCDPの精製の確認
(1) 10%アクリルアミドゲルの調製
50mLチューブに30%アクリルアミド/ビス混合溶液3.33mL、Tris−HCl緩衝液(1.5M、pH8.8)2.5mL、超純水4.01mLを加え、超音波照射しながらアスピレーターで吸引して脱気した。10%SDS水溶液100μL、10%APS水溶液50μL、TEMED10μLを加え、泡立たないようピペッティングして混合した。混合した溶液3.5mLを2枚のガラスプレートの間隙(0.75mm)に加え、飽和1−ブタノール900μLを静かに重層し、室温で1時間静置して重合した。マイクロピペットを用いて飽和1−ブタノールを除去し、次いで超純水で洗浄し、分離ゲルとした。
1-2-4. Confirmation of purification of CDP by polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) (1) Preparation of 10% acrylamide gel 3.33 mL of 30% acrylamide / bis mixed solution in a 50 mL tube, Tris-HCl buffer (1.5 M, pH 8.8) 2.5 mL and ultra pure water 4.01 mL were added, and suctioned by an aspirator and degassing while being ultrasonically irradiated. 100 μL of a 10% SDS aqueous solution, 50 μL of a 10% APS aqueous solution, and 10 μL of TEMED were added and mixed by pipetting so as not to foam. 3.5 mL of the mixed solution was added to the gap (0.75 mm) of two glass plates, 900 μL of saturated 1-butanol was gently overlaid, and polymerization was allowed to stand at room temperature for 1 hour for polymerization. Saturated 1-butanol was removed using a micropipette and then washed with ultrapure water to form a separated gel.
50mLチューブに30%アクリルアミド/ビス混合溶液0.44mL、Tris−HCl緩衝液(0.5M、pH6.8)0.44mL、超純水2.03mLを加え、超音波照射しながらアスピレーターで吸引して脱気した。10%SDS水溶液33μL、10%APS水溶液16.7μL、TEMED1.65μLを加え、泡立たないようピペッティングして混合した。溶液を分離ゲルの上に十分に加え、10ウェルのコームを空気が入らないように注意しながらセットし、室温で1時間静置して重合した。生成したゲルはガラスプレートごと十分に湿らせたキムワイプで挟み、さらにラップで包み4℃で保存した。ゲルは調製後1ヶ月以内に使用した。 In a 50 mL tube, add 0.44 mL of 30% acrylamide / bis mixed solution, 0.44 mL of Tris-HCl buffer (0.5 M, pH 6.8), 2.03 mL of ultrapure water, and aspirate with ultrasonication while aspirating. Was degassed. 33 μL of 10% SDS aqueous solution, 16.7 μL of 10% APS aqueous solution and 1.65 μL of TEMED were added and mixed by pipetting so as not to foam. The solution was sufficiently added onto the separating gel, and a 10-well comb was carefully set so as not to contain air, and allowed to stand at room temperature for 1 hour for polymerization. The resulting gel was sandwiched with a glass plate with Kimwipe sufficiently moistened and further wrapped in a wrap and stored at 4 ° C. The gel was used within one month after preparation.
(2) 電気泳動による評価
1.7mLチューブにProtein Molecular Weight Marker(Broad)5μL、1M DTT溶液2μL、5×Loadingバッファー20μL、滅菌精製水173μLを加えて混合し、これをマーカーとし、−20℃で保存した。CDPストック溶液及びCDPの精製において回収したフロースルー液、洗浄液それぞれ1μLを5×Loadingバッファー2μL、1M DTT1μL、超純水6μLと混合した。これらと室温で解凍したマーカー10μLを105℃で熱処理し、卓上小型遠心機(R5−AQBD02、Recenttec)によりスピンダウンした。本項(1)で調製したポリアクリルアミドゲルを電気泳動用容器(ミニプロティアンTetraセル、BIO RAD)にセットし、超純水で5倍希釈した5×泳動バッファーを500mL注ぎ、コームを外した。1ウェルずつに電気泳動サンプルをロードし、電気泳動装置(ミニプロティアンTetraシステム、BIO RAD)を用いて電圧150Vで約40分間泳動した。バンドがゲルの下端より約1cm上に達したところで泳動を止め、ゲルをガラスプレートから取り出して固定液に浸漬させ、遮光してシェイカー(Wave−PR、TAITECH)で30分間振盪した。固定液を除去し、染色液を加えてゲルを浸漬させ、遮光して60分間振盪した。染色液を回収し、脱色液を加えてゲルを浸漬させ、遮光して30分間振盪した。脱色液を除去して新たに脱色液を加えて振盪する操作を、マーカーに含まれるタンパク質のバンドが明確に見えるまで繰り返した。超純水でゲルを洗浄し、Gel Doc EZ Imager(BIO RAD)により撮影して付属のソフトウェアで解析した。
(2) Evaluation by
1−2−5.CDPの酵素活性測定
CDPの活性は以下のように測定した。αG1P50mMとD−(+)−セロビオース50mM、及び所定倍率希釈されたCDPを含む3−モルホリノプロパンスルホン酸緩衝液(50mM、pH7.5)を37℃でインキュベーションした。CDPにより生成されるリン酸を定量し、1分間あたり1μmolのリン酸を遊離する酵素量を1Uと定義した際のU/mLを求め、酵素活性とした。CDPの希釈率は、反応時間が100分の際におけるαG1Pの転化率が10%以下になるように決定した。
1-2-5. Enzyme activity measurement of CDP The activity of CDP was measured as follows. A 3-morpholinopropane sulfonic acid buffer (50 mM, pH 7.5) containing αG1P 50 mM, D-(+)-
1−3.2−アミノエチル−β−D−グルコシドの合成
2−アミノエチル−β−D−グルコシドは、B.Raoら,Chem. Commun.,2013年,49,10808−10810.に記載の方法を参考にして合成した。
以下の全ての反応は、p−アニスアルデヒドTLC呈色試薬、又は1H NMR測定(JEOL Model−ECP 400(JEOL、磁場強度:400MHz))により反応の進行を確認しながら進めた。p−アニスアルデヒドTLC呈色試薬は、p−アニスアルデヒド13mL、酢酸5mL、エタノール478mLを氷冷しながら混合し、マグネチックスターラーを用いて撹拌しながら濃硫酸18mLを滴下し、使用するまで4℃で保存した。
1-3. Synthesis of 2-aminoethyl-β-D-glucoside 2-aminoethyl-β-D-glucoside was prepared according to Rao et al., Chem. Commun. , 2013, 49, 10808-10810. It synthesize | combined referring to the method as described in.
All the following reactions were carried out while confirming the progress of the reaction by p-anisaldehyde TLC color reagent or 1 H NMR measurement (JEOL Model-ECP 400 (JEOL, magnetic field strength: 400 MHz)). The p-anisaldehyde TLC color reagent is prepared by mixing 13 mL of p-anisaldehyde, 5 mL of acetic acid and 478 mL of ethanol under ice-cooling, 18 mL of concentrated sulfuric acid is dropped with stirring using a magnetic stirrer, and used until 4 ° C. until use Saved with.
1−3−1.O−テトラアセチル−2−ブロモエチル−β−D−グルコシドの合成
O−ペンタアセチル−β−D−グルコシド(1.0等量)と2−ブロモエタノール(1.2等量)を乾燥ジクロロメタンに溶解させた。脱水剤として350℃のヒーターで予め活性化させた粉状モレキュラーシーブ4Aを加え、アルゴン雰囲気下にてマグネチックスターラーを用いて室温で1時間撹拌した。氷冷した反応溶液に三ふっ化ホウ素ジエチルエーテル(5.0等量)を滴下し、反応溶液を室温に戻して一晩撹拌し、O−グリコシル化反応させた。氷冷した飽和炭酸水素ナトリウム水溶液/酢酸エチル(50%(v/v))に反応溶液を滴下し、反応を停止させた。原料であるO−ペンタアセチル−β−D−グルコシドの消失をp−アニスアルデヒド呈色試薬を用いてTLCにより確認した後、氷冷した飽和炭酸水素ナトリウム水溶液/酢酸エチル(50%(v/v))に反応溶液を滴下し、反応を停止させた。反応溶液を分液漏斗に移し、激しく振盪した後、溶液が二層に分離するまで静置し、上層の油層を回収した。下層の水層を新たな分液漏斗に移し、酢酸エチルによって抽出し、油層を回収する操作を2回繰り返した。回収した油層を再度分液漏斗に移し、飽和食塩水を加え、激しく振盪し、油層に溶解した水を除去した。水層を流去し、乾燥剤として無水硫酸マグネシウムを油層に加えた。ガラスフィルターを用いて硫酸マグネシウムを除去し、ロータリーエバポレーターにより有機溶媒を留去した。ここで、TLC試験において原料であるO−ペンタアセチル−β−D−グルコシドと目的物のスポットが重なり、シリカゲルカラムカラムクロマトグラフィーによる原料の除去が困難であることがわかった。目的物の精製を可能にするため、残渣の原料を選択的に加水分解することとした。得られた粗生成物をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に溶解させ、無水ヒドラジン(0.15等量)および酢酸(0.15等量)を加え、室温で一晩撹拌した。撹拌後、氷冷した塩酸(3N)/酢酸エチル(50%(v/v))に反応溶液を滴下し、反応を停止させた。溶媒として用いたDMFを抽出操作により水層に除去するため、塩酸(3N)を水層として用いた。以降、上述した操作と同様に、酢酸エチルを用いて抽出操作し、飽和食塩水及び無水硫酸マグネウムにより油層を脱水した。硫酸マグネシウムを除去し、ロータリーエバポレーターにより有機溶媒を留去することで、白色の粉末を得た。このとき、得られた粗生成物がオイル状である場合、分液操作によりDMFを十分に除去できていないことを示唆している。DMFが残留している場合は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製に用いることができないため、再度塩酸(3N)/酢酸エチル(50%(v/v))を加え、一連の抽出、脱水、濃縮の操作を行った。得られた白色の粉末を少量のジクロロメタンに溶解させてカラムクロマトグラフィーにアプライし、展開溶媒をアセトン/ヘキサン(25%(v/v))として、51%の収率で白色粉末のO−ペンタアセチル−2−ブロモエチル−β−D−グルコシドを得た。
1-3-1. Synthesis of O-tetraacetyl-2-bromoethyl-β-D-glucoside: Dissolve O-pentaacetyl-β-D-glucoside (1.0 equivalent) and 2-bromoethanol (1.2 equivalents) in dry dichloromethane I did. Powdered molecular sieve 4A previously activated with a heater at 350 ° C. as a dehydrating agent was added, and stirred at room temperature using a magnetic stirrer under an argon atmosphere for 1 hour. To the reaction solution cooled in ice, boron trifluoride diethyl ether (5.0 equivalent) was added dropwise, and the reaction solution was returned to room temperature, stirred overnight, and subjected to O-glycosylation reaction. The reaction solution was added dropwise to ice-cold saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution / ethyl acetate (50% (v / v)) to quench the reaction. The disappearance of O-pentaacetyl-β-D-glucoside, which is a raw material, was confirmed by TLC using a p-anisaldehyde coloring reagent, followed by ice-cold saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution / ethyl acetate (50% (v / v The reaction solution was dropped to) to stop the reaction. The reaction solution was transferred to a separatory funnel, shaken vigorously, and allowed to stand until the solution separated into two layers, and the upper oil layer was recovered. The lower aqueous layer was transferred to a new separatory funnel, extracted with ethyl acetate, and the operation of recovering the oil layer was repeated twice. The collected oil layer was again transferred to a separatory funnel, saturated brine was added, the mixture was vigorously shaken, and water dissolved in the oil layer was removed. The aqueous layer was drained and anhydrous magnesium sulfate was added to the oil layer as a desiccant. Magnesium sulfate was removed using a glass filter, and the organic solvent was distilled off using a rotary evaporator. Here, in the TLC test, it was found that the spots of the starting material, O-pentaacetyl-β-D-glucoside, and the target substance overlap, and removal of the starting material by silica gel column chromatography is difficult. In order to enable purification of the desired product, it was decided to selectively hydrolyze the raw material of the residue. The crude product obtained was dissolved in N, N-dimethylformamide (DMF), hydrazine anhydride (0.15 eq) and acetic acid (0.15 eq) were added and stirred overnight at room temperature. After stirring, the reaction solution was added dropwise to ice-cold hydrochloric acid (3 N) / ethyl acetate (50% (v / v)) to stop the reaction. Hydrochloric acid (3 N) was used as the aqueous layer in order to remove DMF used as the solvent to the aqueous layer by the extraction operation. Thereafter, extraction was performed using ethyl acetate in the same manner as the above-described operation, and the oil layer was dehydrated with saturated brine and anhydrous magnesium sulfate. Magnesium sulfate was removed, and the organic solvent was distilled off with a rotary evaporator to obtain a white powder. At this time, when the obtained crude product is in the form of oil, it is suggested that DMF can not be sufficiently removed by liquid separation operation. If DMF remains, it can not be used for purification by silica gel column chromatography, so hydrochloric acid (3 N) / ethyl acetate (50% (v / v)) is added again, and a series of extraction, dehydration, concentration I did the operation. The obtained white powder is dissolved in a small amount of dichloromethane and applied to column chromatography, and the developing solvent is acetone / hexane (25% (v / v)) to obtain a white powder of O-pentan in a yield of 51%. Acetyl-2-bromoethyl-β-D-glucoside was obtained.
1−3−2.O−テトラアセチル−2−アジドエチル−β−D−グルコシドの合成
O−ペンタアセチル−2−ブロモエチル−β−D−グルコシド(1等量)をDMFに溶解させて氷冷し、アジ化ナトリウム(3等量)を加えて室温で3時間撹拌した。撹拌後、氷冷した水/酢酸エチル(50%(v/v))に反応溶液を滴下し、反応を停止させた。酸性条件では爆発性をもつアジ化ナトリウムを抽出操作により水層に除去するため、水層として水を用いた。1−3−1項の操作と同様に、酢酸エチルを用いて抽出操作し、油層を回収した。ここで、溶媒として用いたDMFを抽出操作により水層に除去するため、氷冷した塩酸(3N,油層の体積のおよそ1/3量)に油層を滴下して混和した。1−3−1項の操作と同様に、酢酸エチルを用いて抽出操作し、飽和食塩水及び無水硫酸マグネウムにより油層を脱水した。硫酸マグネシウムを除去し、ロータリーエバポレーターにより有機溶媒を留去することで、白色の粉末を得た。得られた白色の粉末を少量のジクロロメタンに溶解させてカラムクロマトグラフィーにアプライし、展開溶媒をアセトン/ヘキサン(25%(v/v))として、81%の収率で白色粉末のO−ペンタアセチル−2−アジドエチル−β−D−グルコシドを得た。
1-3-2. Synthesis of O-tetraacetyl-2-azidoethyl-β-D-glucoside O-pentaacetyl-2-bromoethyl-β-D-glucoside (1 equivalent) was dissolved in DMF and ice-cooled to obtain sodium azide (3 Equal volume was added and it stirred at room temperature for 3 hours. After stirring, the reaction solution was added dropwise to ice-cold water / ethyl acetate (50% (v / v)) to stop the reaction. Under acidic conditions, water was used as the aqueous layer in order to remove the explosive sodium azide into the aqueous layer by the extraction operation. Extraction was carried out using ethyl acetate in the same manner as in the operation of section 1-3-1, and the oil layer was recovered. Here, in order to remove DMF used as a solvent to the aqueous layer by the extraction operation, the oil layer was dropped and mixed with ice-cold hydrochloric acid (3 N, approximately 1/3 volume of the oil layer). Extraction was performed using ethyl acetate in the same manner as the operation in section 1-3-1, and the oil layer was dehydrated with saturated brine and anhydrous magnesium sulfate. Magnesium sulfate was removed, and the organic solvent was distilled off with a rotary evaporator to obtain a white powder. The obtained white powder is dissolved in a small amount of dichloromethane and applied to column chromatography, and the developing solvent is acetone / hexane (25% (v / v)), and the white powder of O-pentan is obtained in a yield of 81%. Acetyl-2-azidoethyl-β-D-glucoside was obtained.
1−3−3. 2−アミノエチル−β−D−グルコシドの合成
O−ペンタアセチル−2−アジドエチル−β−D−グルコシドをメタノール/テトラヒドロフラン(THF)(1/1)に溶解させ、反応溶液を氷冷し、触媒量のナトリウムメトキシド(0.1等量)を添加した。反応溶液を室温に戻し、マグネチックスターラーを用いて4時間撹拌した後、Dowex陽イオン交換樹脂を加え、反応を停止させた。セライトを載せた濾紙を用いて反応溶液を濾過し、ロータリーエバポレーターにより有機溶媒を留去した。10%パラジウム/炭素を充填した触媒カートリッジをフロー式水素化反応システム(H−Cube,ThalesNano)に設置し、メタノールに溶解させた粗生成物をH−Cubにフロー(水素圧:50bar、55℃、1mL/min)することで、アジド基を還元した。フローした溶液を氷冷し、4M塩酸/ジオキサン(1.5等量)を滴下し、ロータリーエバポレーターにより有機溶媒を留去した。得られた生成物をメタノールに溶解させ、2−プロパノールを滴下することで、白色の塩酸塩として2−アミノエチル−β−D−グルコシドを得た。
1-3-3. Synthesis of 2-aminoethyl-.beta.-D-glucoside O-pentaacetyl-2-azidoethyl-.beta.-D-glucoside is dissolved in methanol / tetrahydrofuran (THF) (1/1), and the reaction solution is ice-cooled to catalyze An amount of sodium methoxide (0.1 equivalent) was added. The reaction solution was returned to room temperature and stirred for 4 hours using a magnetic stirrer, and then Dowex cation exchange resin was added to stop the reaction. The reaction solution was filtered using filter paper loaded with celite, and the organic solvent was distilled off by a rotary evaporator. A catalyst cartridge filled with 10% palladium / carbon was placed in a flow hydrogenation reaction system (H-Cube, ThalesNano), and the crude product dissolved in methanol was flowed into H-Cub (hydrogen pressure: 50 bar, 55 ° C. The azide group was reduced by 1 mL / min). The flowed solution was ice-cooled, 4 M hydrochloric acid / dioxane (1.5 equivalents) was added dropwise, and the organic solvent was distilled off by a rotary evaporator. The obtained product was dissolved in methanol, and 2-propanol was dropped to obtain 2-aminoethyl-β-D-glucoside as a white hydrochloride.
1−4.アミノ基をもつセルロースオリゴマーからなるナノリボンの酵素合成
1−4−1.CDPによる酵素合成
2−[4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル]エタンスルホン酸(HEPES)23.8gを約60mLの超純水に溶解させた。4N水酸化ナトリウム水溶液によりpH7.5に調整後、100mLにメスアップしてPVDF製0.22μmフィルターで濾過滅菌した。これをHEPES緩衝液(1M、pH7.5)とし、4℃で保存した。
αG1P二ナトリウム水和物および2−アミノエチル−β−D−グルコシドを所定量秤量し、1Mとなるよう超純水に溶解させた。
1-4. Enzymatic synthesis of nanoribbons composed of cellulose oligomers having amino groups 1-4-1. Enzymatic synthesis by CDP 23.8 g of 2- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] ethanesulfonic acid (HEPES) were dissolved in about 60 mL of ultrapure water. The pH was adjusted to 7.5 with a 4N aqueous solution of sodium hydroxide, then the volume was increased to 100 mL and filter-sterilized with a PVDF 0.22 μm filter. This was made into HEPES buffer solution (1 M, pH 7.5), and was stored at 4 ° C.
A predetermined amount of αG1P disodium hydrate and 2-aminoethyl-β-D-glucoside were weighed, and dissolved in ultrapure water to 1 M.
HEPES緩衝液(1M、pH7.5)、1M αG1P水溶液、1M 2−アミノエチル−β−D−グルコシド水溶液を反応時の濃度がそれぞれ500mM、200mM、50mMとなるよう4mLチューブに加え、使用するCDPストック溶液の量を考慮し、超純水でメスアップした。超音波照射しながらアスピレーターで吸引して脱気した。終濃度が0.2U/mLになるようCDPストック溶液を適量加え、気泡が発生しないようピペッティングにより混合した。1.7mLチューブあるいは1mLマイティーバイアルに所定量分取し、60℃で3日間インキュベーションした。 Add HEPES buffer (1 M, pH 7.5), 1 M αG1 P aqueous solution, 1 M 2-aminoethyl-β-D-glucoside aqueous solution to 4 mL tube at 500 mM, 200 mM and 50 mM concentrations at the time of reaction, respectively. The amount of stock solution was taken into consideration, and it was measured with ultrapure water. It aspirated and deaerated with an aspirator while ultrasonication. An appropriate amount of CDP stock solution was added to a final concentration of 0.2 U / mL and mixed by pipetting so as not to generate air bubbles. Aliquots were aliquoted into 1.7 mL tubes or 1 mL mighty vials and incubated at 60 ° C. for 3 days.
1−4−2.酵素合成された生成物の精製
1−4−1項において調製された生成物を各種分析に用いるため、超純水で精製した。反応溶液に超純水を加えてピペッティングにより分散させ、遠心(15000rpm、>10分間、4℃)し、上清を除去した。超純水を加えて沈澱物を再分散させ、遠心する操作を繰り返し、溶液の置換率が99.999%以上となるまで精製した。精製した分散液を100℃のヒートブロックにより10分間加熱することで、残存するCDPを失活させた。
1-4-2. Purification of Enzymatically Synthesized Product The product prepared in section 1-4-1 was purified with ultrapure water to be used for various analyses. The reaction solution was added with ultrapure water, dispersed by pipetting, and centrifuged (15000 rpm,> 10 minutes, 4 ° C.) to remove the supernatant. The precipitate was dispersed again by adding ultrapure water, and the operation of centrifuging was repeated to purify the solution until the substitution rate of the solution became 99.999% or more. The purified dispersion was heated in a heat block at 100 ° C. for 10 minutes to deactivate the remaining CDP.
プロトン核磁気共鳴(1H NMR)法、全反射型赤外分光(ATR/FTIR)法、広角X線回折(WAXD)法による測定に用いる場合は、精製後の水分散液を1.7mLチューブに分注し、24時間凍結乾燥した。マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析(MALDI−TOF−MS)法による測定、原子間力顕微鏡(AFM)観察、透過型電子顕微鏡(TEM)観察、タンパク質の吸着特性の評価に用いる場合は凍結乾燥することなく、精製後の分散液を超純水により希釈して用いた。 When used for measurement by proton nuclear magnetic resonance ( 1 H NMR) method, total reflection infrared spectroscopy (ATR / FTIR) method, wide-angle X-ray diffraction (WAXD) method, 1.7 mL tube of water dispersion after purification is used Aliquots and lyophilized for 24 hours. Matrix-assisted laser desorption / ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS) measurement, atomic force microscope (AFM) observation, transmission electron microscope (TEM) observation, when used for evaluation of protein adsorption characteristics The purified dispersion was diluted with ultrapure water and used without lyophilization.
1−5.生成されたアミノ基をもつセルロースの特性評価
1−5−1.生成物の反転倒立試験
1mLマイティーバイアル中で調製した生成物を用いて、反転倒立試験によりハイドロゲル化を評価した。バイアルを上下反転して静置し、生成物の流動がみられなかった場合にハイドロゲルが生成されたと判断した。
1-5. Characterization of Cellulose Having Amino Group Generated 1-5-1. Product Inversion Test The product prepared in 1 mL mighty vials was used to evaluate hydrogelation by a inversion test. The vial was turned upside down and allowed to stand, and it was determined that hydrogel was produced when no product flow was observed.
1−5−2.生成物の収量測定
予め105℃で24時間乾燥させ、デシケーター内で放冷したサンプル管を秤量し、精製後の水分散液を加えて105℃で24時間乾燥させ、その後デシケーター内で放冷して秤量した。乾燥前後の重量の差から生成物の収量を算出した。この操作は同時に2回行い、それらの平均値より生成物の収量を算出した。
1-5-2. Measurement of product yield The sample tube previously dried at 105 ° C. for 24 hours, allowed to cool in a desiccator, was weighed, the purified aqueous dispersion was added and dried at 105 ° C. for 24 hours, and then allowed to cool in a desiccator Weighed. The yield of the product was calculated from the difference in weight before and after drying. This operation was performed twice at the same time, and the yield of the product was calculated from their average value.
1−5−3. 生成物の化学構造及び結晶構造の評価
(1) 生成物の1H NMRスペクトル測定
40%重水酸化ナトリウム重水溶液50μL及び重水450μLを混合して4%重水酸化ナトリウム重水溶液を調製した。凍結乾燥した生成物15mg以上を4%重水酸化ナトリウム重水溶液500μLに溶解させた。溶液をNMRチューブに移し、JEOL Model−ECP 400(JEOL、磁場強度:400MHz)により測定した。積算回数は128回とした。水のケミカルシフトをリファレンス(4.79ppm)として校正した。
1-5-3. Evaluation of Chemical Structure and Crystal Structure of Product (1) Measurement of 1 H NMR Spectrum of
(2) 生成物のMALDI−TOF−MS測定
質量電荷比の校正に用いる標準サンプルはBradykin fragment 1−7水溶液(10nmol/mL Bradykinin fragment 1−7、0.05%トリフルオロ酢酸(TFA)、50%アセトニトリル)、P14R水溶液(10nmol/mL P14R、0.1%TFA)、ACTH fragment 18−39水溶液(10nmol/mL ACTH fragment 18−39、0.1%TFA)それぞれ5μL、10mg/mL DHBA水溶液5μL、1.0%TFA水溶液1μL、アセトニトリル4μLを1.7mLチューブ中で混合して調製した。
(2) MALDI-TOF-MS measurement of product The standard sample used for calibration of mass to charge ratio is Bradykin fragment 1-7 aqueous solution (10 nmol / mL Bradykinin fragment 1-7, 0.05% trifluoroacetic acid (TFA), 50 % Acetonitrile, P 14 R aqueous solution (10 nmol / mL P 14 R, 0.1% TFA), ACTH fragment 18-39 aqueous solution (10 nmol / mL ACTH fragment 18-39, 0.1% TFA) 5 μL and 10 mg /, respectively The mixture was prepared by mixing 5 μL of an aqueous DHBA solution, 1 μL of a 1.0% aqueous TFA solution, and 4 μL of acetonitrile in a 1.7 mL tube.
生成物の測定サンプルは、0.05%(w/v)とした生成物の水分散液6μL、10mg/mL DHBA水溶液6μL、アセトニトリル15μL、1%トリフルオロ酢酸水溶液3μLをKOH/メタノール(3.3%(w/v))により洗浄した1mLマイティーバイアル中で混合して調製した。 The sample for measurement of the product was 6 μL of an aqueous dispersion of the product at 0.05% (w / v), 6 μL of 10 mg / mL aqueous DHBA solution, 15 μL of acetonitrile, 3 μL of an aqueous 1% trifluoroacetic acid solution KOH / methanol (3. Prepared by mixing in 1 mL mighty vials washed with 3% (w / v)).
標準サンプル及び生成物の測定サンプルそれぞれ1μLをサンプルプレートにマウントし、風乾させる操作を5回繰り返した。1時間以上真空乾燥し、MALDI−TOF−MS(AXIMA−performance、島津製作所)で測定した。測定条件はMode:Liner(positive)、Mass Range:1.0−3000.0、Max Leaser Rap Rate: 10、power:100 − 115、profiles:100、shots:2、Ion Gate(Da):Blank 500、Pulsed Extraction optimized at(Da):1500.0とした。
測定により得られたMSスペクトルは、Smoothing method:Gaussian, Smoothing filter width:19, Baseline filter width:1000の条件で処理した。
1 μL of each of the standard sample and the measurement sample of the product was mounted on a sample plate, and the operation of air-drying was repeated five times. It vacuum-dried for 1 hour or more, and measured by MALDI-TOF-MS (AXIMA-performance, Shimadzu Corp.). Measurement conditions are: Mode: Liner (positive), Mass Range: 1.0-3000.0, Max Leaser Rap Rate: 10, power: 100-115, profiles: 100, shots: 2, Ion Gate (Da):
The MS spectrum obtained by the measurement was processed under the conditions of Smoothing method: Gaussian, Smoothing filter width: 19 and Baseline filter width: 1000.
平均重合度は、生成物のプロトン、ナトリウム、又はカリウムイオン付加体の中で強度が最も強いピークの面積比を用いて算出した。 The average degree of polymerization was calculated using the area ratio of the strongest peak among the proton, sodium or potassium ion adducts of the product.
(3) 生成物のWAXD測定
凍結乾燥した生成物をシリコン無反射試料板の凹部にマウントし、表面を均して卓上粉末X線回折計(MiniFlex 600、リガク)に設置して測定した。測定条件は、検出器:D/teX Ultra、X線出力:40kV及び15mA、フィルター:Kβ、スキャンスピード:2.0000deg/min、ステップ幅:0.0200deg、スキャン軸:2θ/θ、スキャン範囲:5.0000−70.0000deg、入射スリット:1.250 degとした。
(3) WAXD Measurement of Product The freeze-dried product was mounted in the recess of a silicon nonreflective sample plate, and the surface was leveled and placed on a tabletop powder X-ray diffractometer (
(4) 生成物のATR/FTIRスペクトル測定
凍結乾燥した生成物を全反射赤外分光光度計(FT/IR−4100typeA、日本分光)のステージのダイヤモンドセルにスパチュラを用いて生成物を載せ、付属のプレッシャーチップによりサンプルをダイヤモンドセルに押さえ付けて測定した。測定条件は、測定波長:350−7800cm−1、分解能:2cm−1、積算回数:100とした。
(4) Measurement of ATR / FTIR spectrum of product The lyophilized product is placed on a diamond cell at the stage of total reflection infrared spectrophotometer (FT / IR-4100 type A, JASCO) using a spatula and attached The sample was pressed against the diamond cell by a pressure tip of and measured. Measurement conditions, measurement wavelength: 350-7800Cm -1, resolution: 2 cm -1, the number of integrations: was 100.
1−5−4.生成物の顕微鏡観察
(1) 生成物のAFM観察
生成物の濃度が0.001%(w/v)となるよう希釈し、セロハンテープで表面を5回剥がしたマイカ基板に15μLマウントして600rpmで30分間スピンコートした。デシケーター内で12時間以上乾燥し、走査型プローブ顕微鏡(SPM−9600、島津製作所)を用いてAFMにより観察した。測定条件はタッピングモード、操作速度:0.5−1Hz、画素数:512×512、Zレンジ:×1、操作モード:力一定とした。それぞれの試料から10個の構造体を観察し、観察された構造体ひとつにつき9点の高さを算出し、それら全てを平均して構造体の高さを算出した。
1-5-4. Microscopic observation of the product (1) AFM observation of the product Diluted so that the concentration of the product is 0.001% (w / v) and mounted 15 μL on a mica substrate of which the surface was peeled 5 times with cellophane tape at 600 rpm Spin-coated for 30 minutes. It dried in a desiccator for 12 hours or more, and observed with AFM using a scanning probe microscope (SPM-9600, Shimadzu Corp.). The measurement conditions were: tapping mode, operation speed: 0.5-1 Hz, number of pixels: 512 × 512, Z range: × 1, operation mode: constant force. Ten structures were observed from each sample, the height of 9 points was calculated for each observed structure, and all of them were averaged to calculate the height of the structure.
(2) 生成物のTEM観察
プラスチック製シャーレに消毒用エタノールを少量滴下し、パラフィルムを密着させた。ナノリボン濃度が0.001%(w/v)となるよう超純水で希釈したサンプル15μLをパラフィルム上にマウントした。液滴にコロジオン支持膜を載せ、1時間相互作用させた。ろ紙に対してグリッドを垂直に当て、水分を除去した。超純水15μLをパラフィルムにマウントし、コロジオン支持膜を10秒間載せて洗浄した。再度、ろ紙に対してグリッドを垂直に当て、水分を除去した。日新EMステイナー(原液)15μLをパラフィルムに滴下し、コロジオン支持膜のマイクログリッドの表面が染色液と接するよう30分間載せて染色し、デシケーターで一晩乾燥させた。日新EMステイナーは、試薬瓶からガラス製シリンジを用いて、窒素置換しながら適量を1.7mLチューブに採取し、1週間以内に使用した。調製したサンプルをTEM(日立製作所製H7560 Zero.A)により観察した。観察条件は、電子銃:熱電子放出型W−ヘアピンフィラメント、加速電圧:100kV、ホルダー:サイドエントリー式1軸傾斜、分解能:0.204nm(格子像)、スポットサイズ:0.8〜4μm(HCモード)、0.6〜2μm(HRモード)、CCD画像数:1024×1024pixelとした。
(2) TEM observation of the product A small amount of ethanol for disinfection was dropped on a petri dish made of plastic to adhere the parafilm. 15 μL of the sample diluted with ultrapure water so that the nanoribbon concentration was 0.001% (w / v) was mounted on parafilm. The drops were loaded with collodion supporting membrane and allowed to interact for 1 hour. A grid was vertically applied to the filter paper to remove moisture. 15 μL of ultrapure water was mounted on parafilm, and the collodion supporting membrane was placed for 10 seconds for washing. Again, a grid was vertically applied to the filter paper to remove water. 15 μL of Nisshin EM Stainer (stock solution) was dropped onto Parafilm, and the surface was put on the microgrid of the collodion supporting film so as to be in contact with the staining solution for 30 minutes for staining, and dried overnight with a desiccator. The Nisshin EM Stainer used a glass syringe from a reagent bottle, collected an appropriate amount in a 1.7 mL tube while replacing with nitrogen, and used it within one week. The prepared sample was observed by TEM (H7560 Zero. A, manufactured by Hitachi, Ltd.). The observation conditions are electron gun: thermionic emission W-hairpin filament, acceleration voltage: 100 kV, holder: side entry type uniaxial tilt, resolution: 0.204 nm (lattice image), spot size: 0.8 to 4 μm (HC Mode), 0.6 to 2 μm (HR mode), and the number of CCD images: 1024 × 1024 pixels.
1−6 アミノ基をもつセルロースナノリボンに対する各種タンパク質の吸着特性の評価
1−6−1 試薬の調製
(1) 10mMHEPES溶液(pH7.4)
2−[4−(2−ヒドロキシエチル)−1−ピペラジニル]エタンスルホン酸(HEPES)119mgを所定量の超純水に溶解させた。4N NaOH水溶液を用いてpH7.4に調整して50mLにメスアップし、4℃で保存した。
1-6 Evaluation of adsorption characteristics of various proteins on cellulose nanoribbon having amino group 1-6-1 Preparation of reagent (1) 10 mM HEPES solution (pH 7.4)
119 mg of 2- [4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazinyl] ethanesulfonic acid (HEPES) was dissolved in a predetermined amount of ultrapure water. The pH was adjusted to pH 7.4 with 4N aqueous NaOH solution, and made up to 50 mL, and stored at 4 ° C.
(2) 10mM HEPES1.5M NaCl溶液(pH7.4)
HEPES143mg、NaCl5.26gを所定量の超純水に溶解させた。4N NaOH水溶液を用いてpH7.4に調整して60mLにメスアップし、4℃で保存した。
(2) 10 mM HEPES 1.5 M NaCl solution (pH 7.4)
143 mg of HEPES and 5.26 g of NaCl were dissolved in predetermined amounts of ultrapure water. The pH was adjusted to pH 7.4 with 4N aqueous NaOH solution, and the volume was raised to 60 mL and stored at 4 ° C.
(3) 各種タンパク質ストック溶液の調製
種々のタンパク質(BSA、フィブリノーゲン、トランスフェリン、シトクロムC、リゾチーム、トリプシン)を秤量し、10mM HEPES溶液(pH7.4)に溶解させることでタンパク質ストック溶液を調製した。各種タンパク質ストック溶液濃度は、それぞれBSA:50μM、フィブリノーゲン:7μM、トランスフェリン:50μM、シトクロムC:250μM、リゾチーム:250μM、トリプシン:250μMとし、調製から1日以内に使用した。
(3) Preparation of Various Protein Stock Solutions Various proteins (BSA, fibrinogen, transferrin, cytochrome C, lysozyme, trypsin) were weighed and dissolved in 10 mM HEPES solution (pH 7.4) to prepare a protein stock solution. The concentrations of various protein stock solutions were BSA: 50 μM, fibrinogen: 7 μM, transferrin: 50 μM, cytochrome C: 250 μM, lysozyme: 250 μM, trypsin: 250 μM, and used within one day of preparation.
IgGは溶液状態(94μM IgG、10mMリン酸、150mM NaCl(pH7.2))で購入したため、透析により10mM HEPES溶液(pH7.4)に溶液置換して使用した。10mM HEPES溶液(pH7.4)1.5mLおよびマイクロマグネチックスターラーチップを2mLチューブに加え、Slide−A−LyzerTM Dialysis Cassette(MWCO:10kDa、ThermoFisher)を設置した。購入時のIgG溶液300μLをSlide−A−Lyzerのカセットに入れて4℃でマグネチックスターラーにより撹拌した。10mM HEPES溶液(pH7.4)を1−2時間ごとに計7回交換し、溶液の置換率を99.999%以上とした。なお、IgGは購入時の溶液を希釈して検量線を作製し、透析後の濃度は検量線から算出したモル吸光係数を用いて決定した。 Since IgG was purchased in the solution state (94 μM IgG, 10 mM phosphoric acid, 150 mM NaCl, pH 7.2), it was used by dialysis and replaced with 10 mM HEPES solution (pH 7.4). It added 10 mM HEPES solution (pH 7.4) 1.5 mL and micro magnetic stirrer chip 2mL tube, Slide-A-Lyzer TM Dialysis Cassette (MWCO: 10kDa, ThermoFisher) was installed. 300 μL of the purchased IgG solution was placed in a Slide-A-Lyzer cassette and stirred by a magnetic stirrer at 4 ° C. The 10 mM HEPES solution (pH 7.4) was replaced a total of seven times every 1-2 hours to make the solution substitution rate 99.999% or more. In addition, IgG diluted the solution at the time of purchase to prepare a calibration curve, and the concentration after dialysis was determined using the molar absorption coefficient calculated from the calibration curve.
(4) アミノ基をもつセルロースナノリボン分散液(0.5%(w/v)、10mM HEPES、pH7.4)の調製
1−4−2項で超純水により精製したアミノ基をもつセルロースナノリボン分散液(絶乾法により濃度を決定)を1.7mLチューブに所定量分取し、15000rpm、4℃で5分間以上遠心した。上清を除去し、10mM HEPES(pH7.4)を加えて沈殿物を再分散させ、遠心する操作を5回以上繰り返し、溶液の置換率が99.999%となるようにした。ナノリボン濃度が0.5%(w/v)となるよう10mM HEPES(pH7.4)を加えて、再分散させ、4℃で保存した。
(4) Preparation of Cellulose Nanoribbon Dispersion Containing Amino Group (0.5% (w / v), 10 mM HEPES, pH 7.4) Cellulose Nanoribbon with Amino Group Purified by Ultrapure Water in Section 1-4-2. A predetermined amount of the dispersion (the concentration was determined by absolute drying) was aliquoted into a 1.7 mL tube, and centrifuged at 15000 rpm and 4 ° C. for 5 minutes or more. The supernatant was removed, 10 mM HEPES (pH 7.4) was added to re-disperse the precipitate, and centrifugation was repeated five times or more to make the solution substitution rate 99.999%. 10 mM HEPES (pH 7.4) was added to achieve a nanoribbon concentration of 0.5% (w / v), redispersed, and stored at 4 ° C.
(5) 二次元ナノ結晶分散液(0.5%(w/v)、10mM HEPES、pH7.4)の調製
D−グルコースをプライマーとして、1−4−1項と同条件で酵素合成することで調製した二次元ナノ結晶分散液(T.Serizawaら,Polym.J.,2016年,48,539−544)を1−6−1項(4)と同様に遠心・再分散により10mM HEPES(pH7.4)に置換し、4℃で保存した。
(5) Preparation of two-dimensional nanocrystal dispersion (0.5% (w / v), 10 mM HEPES, pH 7.4) Using D-glucose as a primer, enzymatic synthesis under the same conditions as in section 1-4-1. Two-dimensional nanocrystal dispersion (T. Serizawa et al., Polym. J., 2016, 48, 539-544) prepared in the same manner as in section 1-6-1 (4) by centrifugation and redispersion to 10 mM HEPES ( pH 7.4) and stored at 4 ° C.
(6) D−MEM(10%FBS、100U/mLペニシリン、100μg/mLストレプトマイシン含有)
ウシ胎児血清(FBS)、10000U/mLペニシリン、10ng/mLストレプトマイシンの終濃度がそれぞれ10%、100U/mL、100μg/mLとなるようD−MEM500mLと混合し、4℃で保存した。
(6) D-MEM (containing 10% FBS, 100 U / mL penicillin, 100 μg / mL streptomycin)
The final concentration of fetal bovine serum (FBS), 10000 U / mL penicillin, 10 ng / mL streptomycin was 10%, 100 U / mL, and 100 μg / mL, respectively, mixed with 500 mL of D-MEM, and stored at 4 ° C.
(7) 各種タンパク質の検量線の作製
種々のタンパク質ストック溶液を10mM HEPES溶液(pH7.4)により系列希釈し、光路長10mmのマイクロ石英セルに80μL分取して紫外可視(UV−Vis)分光光度計(V−550もしくはV−670、JASCO)により測定した。測定条件は、走査速度:400nm/min、バンド幅:0−5nm、データ取込間隔:0.5nm、レスポンス:Fastとした。測定波長は、BSA、フィブリノーゲン、トランスフェリン、IgG、リゾチーム、トリプシンを用いる場合は200−400nmとし、シトクロムCを用いる場合は200−600nmとした。サンプルは独立して3回調製し、280nmの吸光度をプロットすることで、検量線を作製した。重量から算出されるモル吸光係数はそれぞれ、BSA:ε280=3.96×104、フィブリノーゲン:ε280=3.07×105、トランスフェリン:ε280=8.16×104、IgG:ε280=2.04×105、シトクロームC:ε280=1.56×104、リゾチームε280=3.38×104、トリプシンε280=2.84×104であった。
(7) Preparation of Calibration Curves of Various Proteins Various protein stock solutions are serially diluted with 10 mM HEPES solution (pH 7.4), and 80 μL aliquots are taken in a micro quartz cell with an optical path length of 10 mm for ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy It measured by the photometer (V-550 or V-670, JASCO). The measurement conditions were: scan speed: 400 nm / min, bandwidth: 0-5 nm, data acquisition interval: 0.5 nm, response: Fast. The measurement wavelength was 200 to 400 nm when BSA, fibrinogen, transferrin, IgG, lysozyme, and trypsin were used, and 200 to 600 nm when cytochrome C was used. The samples were prepared three times independently, and a calibration curve was prepared by plotting the absorbance at 280 nm. The molar absorption coefficient calculated from the weight is respectively BSA: ε 280 = 3.96 × 10 4 , fibrinogen: ε 280 = 3.07 × 10 5 , transferrin: ε 280 = 8.16 × 10 4 , IgG: ε 280 = 2.04 × 10 5,
(8) アミノ基をもつセルロースナノリボンに対する各種タンパク質の吸着実験
アミノ基をもつセルロースナノリボン分散液(0.5%(w/v)、10mM HEPES、pH7.4)あるいは二次元ナノ結晶分散液(0.5%(w/v)、10mM HEPES、pH7.4)12μLをPCRチューブに加え、タンパク質ストック溶液を添加する量を考慮して10mM HEPES溶液(pH7.4)あるいは10mM HEPES1.5MNaCl溶液(pH7.4)によりメスアップした。タンパク質ストック溶液を所定量添加し、ピペッティングにより混合した後、25℃で1時間静置した。15000rpm、25℃で10分間遠心し、上清90μLを新たなPCRチューブに分取した。UV−Vis分光光度計により、上清の280nmの吸光度を測定し、1−6−1項(7)で作製した検量線を用いて上清のタンパク質濃度を算出した。なお、サンプルは独立して3回調製し、同様に測定した。初期のタンパク質濃度から、上清のタンパク質濃度を減じることでナノリボンに対するタンパク質の吸着量を算出した。
(8) Adsorption experiments of various proteins on cellulose nanoribbons having amino groups Dispersions of cellulose nanoribbons having amino groups (0.5% (w / v), 10 mM HEPES, pH 7.4) or two-dimensional nanocrystal dispersions (0) Add 12 μL of .5% (w / v), 10 mM HEPES, pH 7.4 to the PCR tube, and consider the amount of protein stock solution to be added. 10 mM HEPES solution (pH 7.4) or 10 mM HEPES 1.5 M NaCl solution (pH 7) Measured by .4). A predetermined amount of protein stock solution was added, mixed by pipetting, and allowed to stand at 25 ° C. for 1 hour. After centrifuging at 15000 rpm and 25 ° C. for 10 minutes, 90 μL of the supernatant was aliquoted into a new PCR tube. The absorbance at 280 nm of the supernatant was measured with a UV-Vis spectrophotometer, and the protein concentration of the supernatant was calculated using the calibration curve prepared in section 1-6-1 (7). The samples were independently prepared three times and were similarly measured. From the initial protein concentration, the amount of protein adsorbed onto the nanoribbon was calculated by subtracting the protein concentration of the supernatant.
セルロースII型の格子定数から算出したナノリボンの上下面の面積(65Å2/cellulose chain、M. Hiraishiら,Carbohydr.Res.,2009年,344,2468−2473)を用いて、ナノリボンに対する単位面積あたりのタンパク質の着量(A/ngcm−2)を算出した。単位面積あたりのタンパク質の吸着量(A/ngcm−2)を上清のタンパク質濃度([protein]/μM)に対してプロットした。上清のタンパク質濃度を吸着が平衡に達した濃度(Equilibrium concentration)とし、Langmuir型の吸着を仮定して以下の式からナノリボンに対するタンパク質の見かけの吸着定数(Kapp/M−1)および、飽和吸着量(Amax/ngcm−2)を算出した。 Using the area of the upper and lower surfaces of the nanoribbon calculated from the lattice constant of cellulose type II (65 Å 2 / cellulose chain, M. Hiraishi et al., Carbohydr. Res., 2009, 344, 2468-2473), per unit area per nanoribbon The amount of protein (A / ngcm- 2 ) was calculated. The adsorbed amount of protein per unit area (A / ng cm −2 ) was plotted against the protein concentration of the supernatant ([protein] / μM). Assuming that the protein concentration of the supernatant is the concentration at which the adsorption has reached equilibrium (Equilibrium concentration), and assuming the adsorption of Langmuir type, the apparent adsorption constant (K app / M −1 ) of the protein to the nanoribbon from the following equation and the saturation The adsorption amount ( Amax / ngcm- 2 ) was calculated.
(9) AFM観察
1−6−1項(8)と同様にナノリボンとタンパク質を混合して1時間静置した後、ナノリボン濃度が0.001%(w/v)となるよう超純水で希釈した。以降は、1−5−4項(1)と同様に、マイカ基板上でスピンキャストし、AFM観察した。
(9) AFM observation After mixing nanoribbons and proteins in the same manner as in section 1-6-1 (8) and leaving them to stand for 1 hour, using ultrapure water so that the nanoribbon concentration becomes 0.001% (w / v) Diluted. After that, spin casting was performed on a mica substrate in the same manner as in section 1-5-4 (1), and AFM observation was performed.
(10) ゼータ電位測定
1−6−1項(8)と同様にナノリボンとタンパク質を混合して1時間静置した後、15000rpm、25℃で10分間遠心した。上清を90μL除去し、10mM HEPES(pH7.4)を90μL加えて沈殿物を再分散させた。同様に遠心し、上清を90μL除去した後、10mM HEPES(pH7.4)によりナノリボン濃度が0.01%(w/v)となるよう1.7mLチューブ中で分散させることで上清に残存するタンパク質が1%以下となるようにした。ナノリボン分散液750μLを専用セルに分取し、ゼータサイザー(Zetasizer Nano ZSP, Malvern Instruments Ltd)により測定した。測定条件は、温度:25℃、平衡時間:300秒間、Run:10−100timesとした。
(10) Zeta Potential Measurement The nanoribbon and the protein were mixed and allowed to stand for 1 hour in the same manner as in section 1-6-1 (8), and then centrifuged at 15000 rpm and 25 ° C. for 10 minutes. 90 μL of the supernatant was removed, and 90 μL of 10 mM HEPES (pH 7.4) was added to redisperse the precipitate. Similarly, after centrifugation and removal of 90 μL of the supernatant, the supernatant is dispersed in a 1.7 mL tube so that the nanoribbon concentration becomes 0.01% (w / v) with 10 mM HEPES (pH 7.4), and remains in the supernatant Protein to be less than 1%. 750 μL of the nanoribbon dispersion was aliquoted into a dedicated cell and measured with a Zetasizer Nano (Zetasizer Nano ZSP, Malvern Instruments Ltd). Measurement conditions were temperature: 25 ° C., equilibration time: 300 seconds, and Run: 10-100 times.
1−7 アミノ基をもつセルロースナノリボンの酵素の固定化担体としての利用
1−7−1 試薬の調製
(1) 200mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.3)
リン酸水素ニナトリウム七水和物(Na2HPO4・7H2O)2.68gならびにリン酸ニ水素ナトリウム二水和物(NaH2PO4・2H2O)1.56gを超純水50mLにそれぞれ溶解させた。Na2HPO4溶液38.5mLとNaH2PO4溶液11.5mLを混合し、4℃で保存した。
1-7 Use of cellulose nanoribbon having amino group as enzyme immobilization support 1-7-1 Preparation of reagent (1) 200 mM sodium phosphate buffer (pH 7.3)
2.68 g of disodium hydrogen phosphate heptahydrate (Na 2 HPO 4 · 7 H 2 O) and 1.56 g of sodium dihydrogen phosphate dihydrate (NaH 2 PO 4 · 2 H 2 O) in 50 mL of ultrapure water Were each dissolved in 38.5 mL of Na 2 HPO 4 solution and 11.5 mL of NaH 2 PO 4 solution were mixed and stored at 4 ° C.
(2) 30mM塩化マグネシウム水溶液
塩化マグネシウム六水和物を61mg秤量し、超純水10mLに溶解させ、4℃で保存した。
(2) 30 mM aqueous solution of magnesium chloride 61 mg of magnesium chloride hexahydrate was weighed, dissolved in 10 mL of ultrapure water, and stored at 4 ° C.
(3) 3.36M2−メルカプトエタノール水溶液
超純水に2−メルカプトエタノール2.71gを10mLとなるように溶解させ、4℃で保存した。
(3) 3.36 M 2-mercaptoethanol aqueous solution It dissolved in ultrapure water so that it might become 10 mL of 2-mercapto ethanol, and stored at 4 ° C.
(4) 50mMリン酸ナトリウム、1mM塩化マグネシウム緩衝液(pH7.3)
200mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.3)7.5mL、30mM塩化マグネシウム水溶液1mL、超純水21.5mLを混合し、4℃で保存した。
(4) 50 mM sodium phosphate, 1 mM magnesium chloride buffer (pH 7.3)
7.5 mL of 200 mM sodium phosphate buffer (pH 7.3), 1 mL of a 30 mM aqueous solution of magnesium chloride, and 21.5 mL of ultrapure water were mixed and stored at 4 ° C.
(5)β−D−ガラクトシダーゼ(β−Gal)ストック溶液の調製
β−D−ガラクトシダーゼ(β−Gal)を所定量の50mMリン酸ナトリウム1mM塩化マグネシウム緩衝液(pH7.3)に溶解させ、4℃で保存した。
(5) Preparation of stock solution of β-D-galactosidase (β-Gal) Dissolve β-D-galactosidase (β-Gal) in a predetermined amount of 50
(6)50mMリン酸ナトリウム、116mM 2−メルカプトエタノール、1mM塩化マグネシウム水溶液
200mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.3)7.5mL、30mM塩化マグネシウム水溶液1mL、3.36M 2−メルカプトエタノール水溶液1mL、超純水19.5mLを混合し、4℃で保存した。
(6) 50 mM sodium phosphate, 116 mM 2-mercaptoethanol, 1 mM aqueous solution of
(7) 1mM p−ニトロフェニル−β−D−ガラクトピラノシド(PNPG)溶液(50mMリン酸ナトリウム、116mM 2−メルカプトエタノール、1mM塩化マグネシウム)
PNPGを所定量の50mMリン酸ナトリウム、116mM 2−メルカプトエタノール、1mM塩化マグネシウム水溶液に溶解させ、調製から1日以内に使用した。
(7) 1 mM p-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside (PNPG) solution (50 mM sodium phosphate, 116 mM 2-mercaptoethanol, 1 mM magnesium chloride)
PNPG was dissolved in predetermined amounts of 50 mM sodium phosphate, 116 mM 2-mercaptoethanol, 1 mM magnesium chloride aqueous solution, and used within 1 day of preparation.
(8) アミノ基をもつセルロースナノリボン分散液(0.5%(w/v)、50mMリン酸ナトリウム、1mM塩化マグネシウム緩衝液、pH7.3)の調製
1−4−2項で超純水により精製したアミノ基をもつセルロースナノリボン分散液(絶乾法により濃度を決定)を1.7mLチューブに所定量分取し、15000rpm、4℃で5分間以上遠心した。上清を除去し、50mMリン酸ナトリウム、1mM塩化マグネシウム緩衝液(pH7.3)を加えて沈殿物を再分散させ、遠心する操作を5回以上繰り返し、溶液の置換率が99.999%となるようにした。ナノリボン濃度が0.5%(w/v)となるよう50mMリン酸ナトリウム、1mM塩化マグネシウム緩衝液(pH7.3)を加えて、再分散させ、4℃で保存した。
(8) Preparation of Cellulose Nanoribbon Dispersion (0.5% (w / v), 50 mM Sodium Phosphate, 1 mM Magnesium Chloride Buffer, pH 7.3) Having an Amino Group Using Ultrapure Water in Section 1-4-2 A predetermined amount of a cellulose nanoribbon dispersion having a purified amino group (the concentration was determined by absolute drying) was dispensed into a 1.7 mL tube, and centrifuged at 15000 rpm and 4 ° C. for 5 minutes or more. Remove the supernatant, add 50 mM sodium phosphate, 1 mM magnesium chloride buffer (pH 7.3), re-disperse the precipitate, repeat the operation of centrifuging 5 times or more, and the solution substitution rate is 99.999%. It was made to become. 50 mM sodium phosphate, 1 mM magnesium chloride buffer (pH 7.3) was added so that the nanoribbon concentration was 0.5% (w / v), redispersed, and stored at 4 ° C.
1−7−2 アミノ基をもつセルロースナノリボンに吸着したβ−Galの活性評価
アミノ基をもつセルロースナノリボン分散液(0.5%(w/v))18μLならびにリン酸ナトリウム1mM塩化マグネシウム緩衝液(pH7.3)144μLをPCRチューブ中で混合し、50nM β−Gal水溶液18μLを添加した(終濃度 アミノ基をもつセルロースナノリボン:0.05%(w/v)、β−Gal:5nM)。25℃で1時間静置した後、15000rpm、25℃で10分間遠心した。上清162μLを採取し、50mMリン酸ナトリウム1mM塩化マグネシウム緩衝液(pH7.3)を162μL加えて沈殿物を再分散させた。同様に遠心し、上清を除去する操作を2回繰り返した後、50mMリン酸ナトリウム1mM塩化マグネシウム緩衝液(pH7.3)によりナノリボン濃度が0.05%(w/v)となるよう再分散させることで上清に残存するβ−Galが0.1%以下となるようにした。ポリスチレン製96穴プレート(Thermo)に遠心・再分散を繰り返したアミノ基をもつセルロースナノリボン溶液あるいは分取した上清50μLを加え、1mMPNPG溶液50μLを加えて37℃で30分間インキュベーションした。プレートリーダー(Model 680、Bio−rad)を用いて405nmの吸光度を測定することで、PNPGの加水分解により生成されるp−ニトロフェノールを定量した。ナノリボンを添加しなかった場合のp−ニトロフェノールの生成量と比較することで、ナノリボンに吸着したβ−Galが示す活性を評価した。なお、サンプルは独立して6回調製し、同様に測定した。
1-7-2 Activity evaluation of β-Gal adsorbed on cellulose nanoribbon having amino group 18 μL of cellulose nanoribbon dispersion (0.5% (w / v)) having amino group and
1−8 アミノ基をもつセルロースナノリボン存在下での細胞培養
HeLa細胞はD−MEM(10%FBS、100U/mLペニシリン、100μg/mLストレプトマイシン含有)中で37℃、5%CO2条件下で10cmディッシュで培養し、約80%コンフルエントまで培養して継代した。継代は以下の操作により実施した:培地を除去し、10mL D−PBSをディッシュに加えて軽く撹拌した。D−PBSを除去し、トリプシン溶液1mLを加えて前面に広げて37℃、5%CO2条件下で3〜5分間インキュベーションした。D−MEMを9mL程度加えて15mLチューブに移し、500rpmで3分間遠心した。上清を除去してD−MEMを加えて懸濁し、1/8〜1/10を次のディッシュに加えて往復するよう軽く撹拌し、37℃、5%CO2条件下で培養した。
Cell culture in the presence of cellulose nanoribbons having 1-8 amino groups HeLa cells are 10 cm in D-MEM (containing 10% FBS, 100 U / mL penicillin, 100 μg / mL streptomycin) at 37 ° C., 5% CO 2 The cells were cultured in a dish and cultured and passaged to about 80% confluence. Passaging was carried out by the following procedure: The medium was removed, 10 mL D-PBS was added to the dish and lightly stirred. D-PBS was removed, 1 mL of a trypsin solution was added, spread on the front, and incubated at 37 ° C., 5% CO 2 for 3 to 5 minutes. About 9 mL of D-MEM was added, transferred to a 15 mL tube, and centrifuged at 500 rpm for 3 minutes. The supernatant was removed, D-MEM was added and suspended, 1/8 to 1/10 was added to the next dish, and the mixture was lightly stirred to reciprocate, and cultured under conditions of 37 ° C., 5% CO 2 .
継代の際に用いなかった細胞数をカウントし、細胞が5000cells/mLに、アミノ基をもつセルロースナノリボン(オートクレーブ処理済(121℃、20分間、BS−245 TOMY))が0、0.001、0.01、0.05%(w/v)になるよう混合した。細胞培養用ポリスチレン(TCPS)製96穴プレート(TPP)に200μLずつ播種し、37℃、5%CO2条件下で1日間もしくは3日間インキュベーションした。上清を除去することで接着していない細胞を除去し、蛍光顕微鏡観察に供する場合はD−PBSにより洗浄した。CallstainR Double Staining Kitのマニュアルに従いCalcein AMおよびPropidium iodideにより生細胞および死細胞をそれぞれ染色し、蛍光顕微鏡(ZOE fluorescent imager、Bio−rad)により観察した。生細胞数を定量する場合にはD−PBSではなくD−MEMで洗浄し、Cell counting kit−8(CCK)のマニュアルに従ってD−MEMと混合したCCKを添加し、37℃、5%CO2条件下で60分間インキュベーションした。プレートリーダー(Model 680、Bio−rad)により450nmの吸光度を測定した。ナノリボンを添加しなかった場合の生細胞数と比較することで、ナノリボンが示す細胞毒性を評価した。 The number of cells not used at the time of passaging was counted, and the cells had an amino group at 5000 cells / mL. Cellulose nanoribbon (autoclaved (121 ° C, 20 minutes, BS-245 TOMY)) was 0, 0.001. , 0.01 and 0.05% (w / v) were mixed. 200 μL of each was seeded on a cell culture polystyrene (TCPS) 96-well plate (TPP) and incubated at 37 ° C., 5% CO 2 for 1 day or 3 days. Non-adherent cells were removed by removing the supernatant, and the cells were washed with D-PBS when subjected to fluorescence microscopy. Living cells and dead cells were respectively stained with Calcein AM and Propidium iodide according to the manual of Callstain R Double Staining Kit, and observed with a fluorescence microscope (ZOE fluorescent imager, Bio-rad). When quantifying viable cells, wash with D-MEM instead of D-PBS, add CCK mixed with D-MEM according to the manual of Cell counting kit-8 (CCK), 37 ° C, 5% CO 2 Incubated for 60 minutes under conditions. The absorbance at 450 nm was measured by a plate reader (Model 680, Bio-rad). The cytotoxicity of the nanoribbon was evaluated by comparison with the number of viable cells when the nanoribbon was not added.
2.結果及び考察
2−1.アミノ基をもつセルロースの酵素合成
2−1−1.生成物の反転倒立試験
エチル基を介してアミノ基が導入されたグルコース誘導体(2−アミノエチル−β−D−グルコシド)をプライマーとして用い、CDPによる酵素合成系に適用した。その結果、反応後の溶液が白濁したことから、酵素反応が進行しており、2−アミノエチル−β−D−グルコシドがCDPにより認識されることが示唆された。反転倒立試験により、生成物のハイドロゲル化を評価した結果、溶液が流れ落ち、D−グルコースをプライマーとした場合(T.Serizawaら,Polym.J.,2016年,48,539−544)と同様に生成物はハイドロゲルを形成せず、沈殿物として得られることがわかった(図1)。
2. Results and Discussion 2-1. Enzymatic synthesis of cellulose having an amino group 2-1-1. Inverted inversion test of product A glucose derivative (2-aminoethyl-β-D-glucoside) having an amino group introduced through an ethyl group was used as a primer and applied to an enzyme synthesis system by CDP. As a result, the solution after the reaction became cloudy, suggesting that the enzyme reaction was progressing and that 2-aminoethyl-β-D-glucoside was recognized by CDP. As a result of evaluating the hydrogelation of the product by the inversion and inversion test, the solution runs down, and the case where D-glucose is used as a primer (T. Serizawa et al., Polym. J., 2016, 48, 539-544) It was found that the product did not form a hydrogel and was obtained as a precipitate (FIG. 1).
2−1−2.生成物の化学構造の評価
(1) 1H NMRスペクトル
セルロースは重合度15以下の低分子量であれば水酸化ナトリウム水溶液に溶解するため、重水酸化ナトリウム重水溶液に溶解させることで1H NMR測定できることが知られている(A.Isogai,Cellulose,1997年,4,99−107)。そこで、4%重水酸化ナトリウム/重水溶液に生成物を溶解させて1H NMR測定した結果、いずれの鎖長においても既報のセルロースオリゴマー(M.Hiraishiら,Carbohydr.Res.,2009年,344,2468−2473、L.A.Fluggeら,J.Am.Chem.Soc.,1999年,121,7228−7238、H.Sugiyamaら,J.Mol.Struct.,2000年,556,173−177、B.Xiongら,Cellulose,2013年,20,613−621、M.U.Roslundら,Carbohydr.Res.,2008年,343,101−112)及びエチル基(δ〜2.6,3.4〜3.5)に帰属されるピークを示し、末端に2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体が酵素合成できていることが明らかとなった(図2)。次いで2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体の還元末端のアノマー位(δ〜4.2)およびそれ以外のアノマー位(δ〜4.3)の水素の積分値を次式に適用して、平均重合度を算出した。
2-1-2. For evaluation (1) 1 H NMR spectrum of cellulose chemical structure of the product to be dissolved in aqueous sodium hydroxide if the low molecular weight having a degree of polymerization of 15 or less, can be 1 H NMR measurement by dissolving the sodium hydrogen hydroxide heavy solution Is known (A. Isogai, Cellulose, 1997, 4, 99-107). Therefore, as a result of dissolving the product in 4% sodium hydroxide / heavy water solution and performing 1 H NMR measurement, cellulose oligomers already reported for any chain length (M. Hiraishi et al., Carbohydr. Res., 2009, 344, L.A. Flugge et al., J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 7228-7238, H. Sugiyama et al., J. Mol. Struct., 2000, 556, 173-177, B. Xiong et al., Cellulose, 2013, 20, 613-621, M. U. Roslund et al., Carbohydr. Res., 2008, 343, 101-112) and ethyl groups (δ ~ 2.6, 3.4) Shows a peak attributed to ̃3.5), and a terminal 2-aminoethyl group It has become clear that the cellulose derivative having the can be enzymatically synthesized (FIG. 2). Subsequently, the integral value of the hydrogen at the anomeric position (δ ̃4.2) of the reducing end of the cellulose derivative having a 2-aminoethyl group and the other anomeric position (δ ̃4.3) is applied to the following formula, The degree of polymerization was calculated.
その結果、平均重合度は10と算出され、同条件でD−グルコースをプライマーとした場合のセルロースオリゴマーの平均重合度(〜10)と同程度であることがわかった(T. Serizawaら,Polym.J.,2016年,48,539−544)。 As a result, the average degree of polymerization was calculated to be 10, and it was found that it was about the same as the average degree of polymerization of the cellulose oligomer (-10) when D-glucose was used as a primer under the same conditions (T. Serizawa et al., Polym J., 2016, 48, 539-544).
(2) MALDI−TOF−MSスペクトル
MALDI−TOF−MS測定により、生成物の化学構造を同定した結果、グルコ−スユニットの質量数である162の間隔をもつ3つのピーク群が見られた(図3)。3つのピーク群はそれぞれアミノ基をもつセルロース誘導体のプロトン、ナトリウム又はカリウムイオン付加体の質量電荷比と一致し、2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体が合成できていることが支持された。また、重合度の分布は6から16であり、D−グルコ−スをプライマーとした場合と同様に分子量分布をもつことがわかった。MSスペクトルのピークの積分比から平均重合度を算出した結果、8.7と算出され、1H NMR測定から算出した平均重合度よりも1程度低い値を示した。MALDI−TOF−MS測定ではイオン化された分子のみが検出されるため、測定した条件では高重合度の2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体が十分にイオン化していないことが示唆された。本発明者は酵素合成により調製されるセルロースオリゴマーの平均重合度の算出にはこれまで1H NMR測定を用いてきたことから、本実施例でも1H NMR測定により算出した平均重合度を用いることとした。
(2) MALDI-TOF-MS spectrum As a result of identifying the chemical structure of the product by MALDI-TOF-MS measurement, three peak groups having an interval of 162 which is the mass number of Gluco − It was done (Figure 3). The three peak groups correspond to the mass to charge ratio of proton, sodium or potassium ion adducts of cellulose derivatives having an amino group, respectively, and it was supported that cellulose derivatives having a 2-aminoethyl group could be synthesized. Also, the distribution of the degree of polymerization was 6 to 16, and it was found that it had a molecular weight distribution as in the case of using D-glucose as a primer. As a result of calculating the average degree of polymerization from the integral ratio of the peaks of the MS spectrum, it was calculated to be 8.7 and showed a value about 1 lower than the average degree of polymerization calculated from 1 H NMR measurement. Since only ionized molecules were detected by MALDI-TOF-MS measurement, it was suggested that the cellulose derivative having a high degree of polymerization of 2-aminoethyl group was not sufficiently ionized under the measured conditions. The present inventors have since been used to date 1 H NMR measurements for the calculation of the average degree of polymerization of the cellulose oligomers prepared by enzymatic synthesis, the use of the average polymerization degree calculated by also 1 H NMR measurement in this embodiment And
(3) αG1Pの転化率
絶乾法により算出した生成物の収量と1H NMR測定から算出した平均重合度を用いて、モノマーであるαG1Pの転化率を算出した結果、2−アミノエチル−β−D−グルコシドをプライマーとした場合は約20%であった。同条件下でD−グルコースをプライマーとした場合の転化率は約35%(T.Serizawaら,Polym.J.,2016年,48,539−544)であり、2−アミノエチル−β−D−グルコシドをプライマーとした場合は低く、末端の2−アミノエチル基がCDPによる認識性を低下させることが示唆された。
(3) Conversion of αG1P The conversion of αG1P, a monomer, was calculated using the yield of the product calculated by the absolute drying method and the average degree of polymerization calculated from 1 H NMR measurement. When -D-glucoside was used as a primer, it was about 20%. When D-glucose is used as a primer under the same conditions, the conversion is about 35% (T. Serizawa et al., Polym. J., 2016, 48, 539-544), 2-aminoethyl-.beta.-D -When glucoside was used as a primer, it was low, and it was suggested that the terminal 2-aminoethyl group reduces the recognition by CDP.
2−1−3.生成物の結晶構造の評価
(1) WAXDチャート
2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体が形成する結晶形を明らかにするため、WAXDにより測定した結果、2θ=12.3、20.0、22.1°において鋭い回折ピークを示した(図4)。これらの回折ピークは、それぞれセルロースII型結晶の1−10、110、020面(M.Hiraishiら,Carbohydr.Res.,2009年,344,2468−2473)に帰属された。これは、D−グルコースをプライマーとした場合にセルロースオリゴマーが形成する結晶形と同様であり、セルロース鎖末端の2−アミノエチル基は結晶形に影響を与えないことがわかった。
2-1-3. Evaluation of Crystal Structure of Product (1) WAXD chart In order to clarify the crystal form formed by a cellulose derivative having a 2-aminoethyl group, the result of measurement by WAXD shows 2θ = 12.3, 20.0, 22. It showed a sharp diffraction peak at 1 ° (FIG. 4). These diffraction peaks were assigned to the 1-10, 110 and 020 planes of cellulose type II crystal (M. Hiraishi et al., Carbohydr. Res., 2009, 344, 2468-2473), respectively. This was similar to the crystal form formed by the cellulose oligomer when D-glucose was used as a primer, and it was found that the 2-aminoethyl group at the end of the cellulose chain did not affect the crystal form.
(2) ATR/FTIRスペクトル
2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体が形成する結晶形をATR/FTIR法により解析した結果、セルロースII型結晶に特徴的なOH伸縮振動に由来する2本の鋭いピーク(Q.Wuら,Carbohydr.Polym.,2015年,133,438−447)を3442、3490cm−1付近に示した(図5)。D−グルコースをプライマーとした場合(T.Serizawaら,Polym.J.,2016年,48,539−544)と同様に、2−アミノエチル−β−D−グルコシドをプライマーとした場合もセルロースII型結晶を形成することが支持された。
(2) ATR / FTIR spectrum As a result of analyzing a crystal form formed by a cellulose derivative having a 2-aminoethyl group by ATR / FTIR method, two sharp peaks derived from OH stretching vibration characteristic of cellulose type II crystal (Q. Wu et al., Carbohydr. Polym., 2015, 133, 438-447) was shown near 3442 and 3490 cm- 1 (Figure 5). Similar to the case where D-glucose is used as a primer (T. Serizawa et al., Polym. J., 2016, 48, 539-544), the cellulose II is also used as a primer when 2-aminoethyl-β-D-glucoside is used as a primer It was supported to form mold crystals.
2−1−4.セルロースの集合構造
(1) AFM像
2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体が形成する集合構造を明らかにするため、生成物をマイカ基板上でスピンキャストしてAFM観察した。その結果、よく分散したリボン状の構造体(ナノリボン)が観察された(図6)。ナノリボンの厚さを評価した結果、5.3±0.3nmと算出され、セルロースII型結晶を形成するセロデカオースの分子鎖長5.2nm(M.Hiraishiら,Carbohydr.Res.,2009年,344,2468−2473)とよく一致した。従って、D−グルコースをプライマーとした場合の二次元ナノ結晶と同様に、2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体はナノリボンの膜厚方向に配列してラメラ結晶を形成しており、セルロース鎖末端のアミノ基をナノリボンの表面に露出していると考えられる。
2-1-4. Aggregated Structure of Cellulose (1) AFM Image In order to clarify the aggregate structure formed by a cellulose derivative having a 2-aminoethyl group, the product was spin-casted on a mica substrate and observed by AFM. As a result, a well-dispersed ribbon-like structure (nanoribbon) was observed (FIG. 6). As a result of evaluating the thickness of the nanoribbon, it is calculated to be 5.3 ± 0.3 nm, and a molecular chain length of 5.2 nm of cellodecaose which forms a cellulose type II crystal (M. Hiraishi et al., Carbohydr. Res., 2009, 344) , 2468-2473). Therefore, similar to two-dimensional nanocrystals when D-glucose is used as a primer, a cellulose derivative having a 2-aminoethyl group is aligned in the film thickness direction of the nanoribbon to form lamellar crystals, and It is believed that the amino group is exposed on the surface of the nanoribbon.
生成されたナノリボンのアスペクト比に着目すると、D−グルコースをプライマーとした場合(M.Hiraishiら,Carbohydr.Res.,2009年,344,2468−2473、T.Serizawaら,Polym.J.,2016年,48,539−544)と比較して明らかに高く、末端の2−アミノエチル基の寄与により、結晶がより異方的に成長することが示唆された。エチル基をもつグルコース誘導体をプライマーとした場合もナノリボンが形成されることから(Y.Yatakaら,Langmuir,2016年,32,10120−10125)、末端のエチル基が異方的な結晶成長に寄与しているものと考えられる。また、2−アミノエチル基をもつグルコース誘導体をプライマーとした場合は、ナノリボンは沈殿物として生成されるのに対し、エチル基をもつグルコース誘導体をプライマーとした場合は、ナノリボンからなるハイドロゲルが生成された(Y.Yatakaら,Langmuir,2016年,32,10120−10125)。よって、末端のアミノ基の寄与により、生成物の集合構造がマクロなスケールで大きく変化することがわかった。 Focusing on the aspect ratio of the generated nanoribbon, when D-glucose is used as a primer (M. Hiraishi et al., Carbohydr. Res., 2009, 344, 2468-2473, T. Serizawa et al., Polym. J., 2016 The contribution of the terminal 2-aminoethyl group suggested that the crystals grow more anisotropically, as compared with the year 48, 539-544). Since a nanoribbon is also formed when a glucose derivative having an ethyl group is used as a primer (Y. Yataka et al., Langmuir, 2016, 32, 10120-10125), the terminal ethyl group contributes to anisotropic crystal growth. It is thought that it is doing. When a glucose derivative having a 2-aminoethyl group is used as a primer, nanoribbons are formed as a precipitate, whereas when a glucose derivative having an ethyl group is used as a primer, a hydrogel composed of nanoribbons is formed. (Y. Yataka et al., Langmuir, 2016, 32, 10120-10125). Thus, it was found that the contribution of the terminal amino group greatly changes the aggregate structure of the product on a macro scale.
(2) TEM像
2−アミノエチル基をもつセルロース誘導体が形成する集合構造を明らかにするため、生成物をコロジオン支持膜に吸着させてTEM観察した結果、リボン状の構造体(ナノリボン)が観察され(図7)、TEM観察からもナノリボンが生成されることが支持された。
(2) TEM image In order to clarify the aggregate structure formed by a cellulose derivative having a 2-aminoethyl group, the product is adsorbed to a collodion supporting film and observed by TEM, and a ribbon-like structure (nanoribbon) is observed. (FIG. 7), it was supported that the nanoribbon is generated also from the TEM observation.
2−2.アミノ基をもつセルロースナノリボンに対する各種タンパク質の吸着特性
アミノ基をもつセルロースナノリボンのバイオマテリアルへの利用可能性を明らかにするため、ナノリボンに対する各種タンパク質(表1)の吸着特性を系統的に評価した。
2-2. Adsorption Properties of Various Proteins to Cellulose Nanoribbons Having Amino Groups In order to clarify the availability of cellulose nanoribbons having amino groups to biomaterials, the adsorption properties of various proteins (Table 1) on nanoribbons were systematically evaluated.
血漿中で最も豊富に存在するタンパク質である血清アルブミン(BSA)を1−20μMの濃度でナノリボンと混合してインキュベーションした。その後、ナノリボンとBSAの混合溶液を遠心し、上清のBSA濃度を定量した。BSAの初期濃度(Initial concentration)に対して、吸着平衡に達した上清のBSA濃度(Equilibrium concentration)をプロットした結果、上清のBSA濃度が明らかに減少した(図8a,第一級アミノ基 (+))。よって、ナノリボンに対してBSAが吸着することがわかった。一方、アミノ基をもたない二次元ナノ結晶とBSAを混合した場合は上清のBSA濃度がほとんど変化せず(図8a,(−))、二次元ナノ結晶に対してBSAはほとんど吸着しないことがわかった。よって、ナノリボン表面のアミノ基がBSAの吸着に寄与していることが示唆された。BSAの等電点は4.6(S.Brewerら,Langmuir,2005年,21,9303−9307)であることが知られており(表1)、実験条件(pH7.4)においてBSAの実効電荷は負であると考えられる。一方、第一級アルキルアミンのpKaはおよそ10(M.John,マクマリー有機化学(下)第8版,東京化学同人,2013年)であり、ナノリボン表面のアミノ基は実験条件(pH7.4)においてプロトン化していると考えられる。よって、ナノリボン表面のアミノ基とBSAとの静電相互作用が主に吸着に寄与していると考えられる。BSAの初期濃度が3μMまでは、上清においてBSAは検出されず(よって、Langmuir型吸着等温式でのフィッティングはできない)、ナノリボンに対してBSAが強く吸着することが示唆された。セルロースII型の格子定数から算出したナノリボンの上下面の面積(65Å2/cellulose chain、M.Hiraishiら,Carbohydr.Res.,2009年,344,2468−2473.)を用いて、単位面積あたりのBSAの吸着量を算出し、BSAの初期濃度に対してプロットした(図8b)。その結果、BSAの初期濃度の増大に伴い単位面積あたりのBSAの吸着量が増大し、初期濃度が5μM程度でBSAの吸着量が飽和(250−300ngcm−2)に達することが示唆された。ここで、BSAの飽和吸着量を評価するため、BSAの形状モデルとして用いられている正三角形プリズム(一辺:8.4nm、高さ:3.15nm、C.Rockerら,Nat.Nanotechnol.,2009,4,577−580.)を用い、正三角形面あるいは側面を向けて単層吸着すると仮定して単位面積あたりの理想的な吸着量を算出した(表2)。その結果、360±410ngcm−2と算出され、実験により得られたナノリボンに対する単位面積あたりのBSAの飽和吸着量(250−300ngcm−2)とよく一致した。よって、BSAはナノリボンに単層吸着していると推察された。 Serum albumin (BSA), the most abundant protein in plasma, was mixed with the nanoribbon at a concentration of 1-20 μM and incubated. Then, the mixed solution of nanoribbon and BSA was centrifuged to quantify the BSA concentration of the supernatant. As a result of plotting the BSA concentration (Equilibrium concentration) of the supernatant that reached adsorption equilibrium against the initial concentration of BSA (Initial concentration), the BSA concentration of the supernatant was clearly reduced (FIG. 8 a, primary amino group) (+)). Thus, it was found that BSA was adsorbed to the nanoribbon. On the other hand, when two-dimensional nanocrystals having no amino group and BSA are mixed, the BSA concentration in the supernatant hardly changes (Fig. 8a, (-)), and BSA hardly adsorbs on two-dimensional nanocrystals. I understood it. Thus, it was suggested that the amino groups on the surface of the nanoribbon contribute to the adsorption of BSA. The isoelectric point of BSA is known to be 4.6 (S. Brewer et al., Langmuir, 2005, 21, 9303-9307) (Table 1), and the effect of BSA under experimental conditions (pH 7.4) The charge is considered negative. On the other hand, the pKa of the primary alkylamine is about 10 (M. John, McMurray Organic Chemistry (bottom) 8th edition, Tokyo Kagaku Dojin, 2013), and the amino group on the nanoribbon surface is the experimental condition (pH 7.4) Is believed to be protonated. Therefore, it is considered that the electrostatic interaction between the amino group on the nanoribbon surface and BSA is mainly contributing to the adsorption. It was suggested that BSA was not detected in the supernatant until the initial concentration of BSA was 3 μM (therefore, fitting with the Langmuir adsorption isotherm was not possible), and that BSA was strongly adsorbed to the nanoribbon. Using the area (65 Å 2 / cellulose chain, M. Hiraishi et al., Carbohydr. Res., 2009, 344, 2468-2473.) Of the nanoribbon calculated from the lattice constant of cellulose type II, per unit area The adsorption amount of BSA was calculated and plotted against the initial concentration of BSA (FIG. 8b). As a result, it was suggested that the adsorption amount of BSA per unit area increases with the increase of the initial concentration of BSA, and the adsorption amount of BSA reaches saturation (250 to 300 ng cm −2 ) at an initial concentration of about 5 μM. Here, in order to evaluate the saturated adsorption amount of BSA, an equilateral triangular prism (one side: 8.4 nm, height: 3.15 nm, C. Rocker et al., Nat. Nanotechnol., 2009) used as a shape model of BSA. , 4, 577-580.), And assuming an adsorption on a single layer with the equilateral triangle face or side facing, the ideal amount of adsorption per unit area was calculated (Table 2). As a result, it was calculated to be 360 ± 410 ng cm −2 , which was in good agreement with the saturated adsorption amount (250-300 ng cm −2 ) of BSA per unit area to the nanoribbon obtained by the experiment. Therefore, it was speculated that BSA was adsorbed to the nanoribbon as a single layer.
ナノリボンに対するBSAの吸着の様子を直接確認するため、BSAの初期濃度を5μMとしてナノリボンと混合し、インキュベーション後にマイカ基板上でスピンキャストしてAFM観察した(図9)。その結果、BSAと混合する前(図6)と同様に、リボン状の構造体(ナノリボン)が観察されたが、その表面は明らかに荒くなっていた。観察されたナノリボンの厚さは12.6±1.6nmであり、2−1−4項(1)で算出したBSA吸着前のナノリボンの厚さ(5.3±0.3nm)と上述したBSAの正三角形プリズムモデルの二層分の厚さ(3.15×2nm)の和とよく一致した。従って、AFM観察からナノリボンの両面にサンドイッチ様にBSAが単層吸着していることが示唆された。 In order to directly confirm the adsorption of BSA on the nanoribbon, the initial concentration of BSA was mixed with the nanoribbon at 5 μM, and after incubation, it was spin cast on a mica substrate and observed by AFM (FIG. 9). As a result, as in the case of mixing with BSA (FIG. 6), a ribbon-like structure (nanoribbon) was observed, but the surface was apparently rough. The observed thickness of the nanoribbon was 12.6 ± 1.6 nm, which was described above as the thickness (5.3 ± 0.3 nm) of the nanoribbon before BSA adsorption calculated in section 2-1-4 (1) It was in good agreement with the sum of the thickness (3.15 × 2 nm) of two layers of an equilateral triangular prism model of BSA. Therefore, it is suggested from the AFM observation that BSA is adsorbed in a monolayer like sandwich on both sides of the nanoribbon.
さらにナノリボンに対する他の代表的な血清タンパク質(フィブリノーゲン、トランスフェリン、IgG)の吸着特性を評価した。BSAの場合と同様に、各種血清タンパク質をナノリボンと混合し、初期濃度に対して上清の濃度をプロットした(図10a)。その結果、いずれも上清のタンパク質濃度が減少し、ナノリボンに吸着することがわかった。フィブリノーゲン、トランスフェリン、IgGの等電点はそれぞれ5.6(M.Deら,Nat.Chem.,2009,1,461−465.)、5.6(M.Deら,Nat.Chem.,2009,1,461−465.)、6.8−7.4(H.Orelmaら,Biomacromolecules,2011,12,4311−4318.)であり(表1)、BSAの場合と同様に、負に帯電したタンパク質とナノリボン表面のアミノ基との静電相互作用が吸着に寄与していることが示唆された。そこで、ナノリボンに対する各種タンパク質の見かけの吸着定数(Kapp/M−1)および、飽和吸着量(Amax/ngcm−2)を算出するため、単位面積あたりのタンパク質の吸着量を吸着平衡に達した上清の濃度に対してプロットし、Langmuir型の吸着等温式によりフィッティングした(数1、図10b)。その結果、見かけの吸着定数はいずれも105−107M−1オーダーであり(表2)、静電相互作用に基づく血清タンパク質の吸着定数の過去の報告(S.Brewerら,Langmuir,2005年,21,9303−9307.、D.Liら,Chem.Mater.,2006年,18,6403−6413)と同程度であった。見かけの吸着定数がタンパク質の種類に応じてそれぞれ異なっていたのは、静電相互作用のみならず、等電点、タンパク質のサイズや形状などがそれぞれ吸着に寄与しているためと考えられる。また、フィブリノーゲン、トランスフェリン、IgGの飽和吸着量はそれぞれ、832ngcm−2、178ngcm−2、515ngcm−2と算出された。ここで、各種タンパク質の形状モデルとして直方体(フィブリノーゲン:5×5×47(A.Sethuramanら,Langmuir,2004年,20,7779−7788.)、トランスフェリン:4.2×5×7(X.Jiangら,J.R.Soc.Interface,2010年,7,S5−S13)、IgG:6.5×7.7×10(L.Harris.Biochemistry,1997年,36,1581−1597.))を用い、それぞれが狭い面積(end−on)あるいは広い面積(side on)で単層吸着した際の単位面積あたりの理想的な吸着量を算出した(表2)。その結果、単層吸着を仮定した理想的な飽和吸着量と実験により得られた飽和吸着量は同程度であった。よって、BSAの場合と同様に、いずれの血清タンパク質もナノリボンに対して単層吸着していることが示唆された。
Furthermore, the adsorption properties of other representative serum proteins (fibrinogen, transferrin, IgG) to nanoribbons were evaluated. As in the case of BSA, various serum proteins were mixed with the nanoribbon and the concentration of supernatant was plotted against the initial concentration (Figure 10a). As a result, it was found that the protein concentration of the supernatant decreased and was adsorbed to the nanoribbon. The isoelectric points of fibrinogen, transferrin and IgG are 5.6 (M. De et al., Nat. Chem., 2009, 1, 461-465.) And 5.6 (M. De et al., Nat. Chem., 2009, respectively. 1, 461-465.), 6.8-7.4 (H. Orelma et al., Biomacromolecules, 201 12, 4311-4318.) (Table 1), as in the case of BSA, negatively charged. It is suggested that the electrostatic interaction between the protein and the amino group on the surface of the nanoribbon contributes to the adsorption. Therefore, in order to calculate the apparent adsorption constant (K app / M -1 ) and the saturated adsorption amount (A max / ng cm -2 ) of various proteins to nanoribbon, the adsorption amount of protein per unit area reaches the adsorption equilibrium The concentration was plotted against the concentration of the supernatant, and fitted with a Langmuir-type adsorption isotherm (
そこでナノリボンに対するタンパク質の吸着に静電相互作用が寄与していることを明らかにするため、実験条件(pH7.4)で正に帯電していると考えられる等電点が10以上のタンパク質(シトクロムC、リゾチーム、トリプシン(表1))の吸着特性を評価した(図11)。その結果、シトクロムC、リゾチーム、トリプシンは初期濃度をいずれも200μMと高い条件で吸着させてもナノリボンに吸着しないことがわかった。よって、静電相互作用が吸着に寄与することが支持された。 Therefore, in order to clarify that electrostatic interaction contributes to the adsorption of proteins to nanoribbons, proteins with an isoelectricity of 10 or more that are considered to be positively charged under experimental conditions (pH 7.4) (cytochrome The adsorption properties of C, lysozyme, trypsin (Table 1)) were evaluated (FIG. 11). As a result, it was found that cytochrome C, lysozyme and trypsin did not adsorb to the nanoribbon even if they were adsorbed at initial concentrations as high as 200 μM. Thus, it was supported that electrostatic interaction contributes to adsorption.
ナノリボンのゼータ電位をタンパク質吸着前後で評価した(図12)。上述した手法と同様にBSAとナノリボンを混合し、ナノリボンに吸着していないBSAを遠心、再分散の操作で除去してゼータ電位測定した。その結果、BSA吸着前のナノリボンのゼータ電位(+24mV)はBSA濃度の増大とともに負にシフトすることがわかった。よって、ゼータ電位測定からも静電相互作用が吸着に寄与することが支持された。また、ゼータ電位の負へのシフトはBSA濃度が5μMで飽和に達し(−15mV)、上述した吸着データの濃度依存性とも矛盾しなかった。さらに、BSAのナノリボンに対する吸着量は塩濃度(NaCl)の増大とともに低下することがわかり(図13)、静電相互作用が吸着に確かに寄与していることが支持された。 The zeta potential of the nanoribbon was assessed before and after protein adsorption (Figure 12). BSA and nanoribbons were mixed in the same manner as described above, and BSA adsorbed to the nanoribbons was removed by centrifugation and redispersion to measure zeta potential. As a result, it was found that the zeta potential (+24 mV) of the nanoribbon before BSA adsorption was negatively shifted with the increase of the BSA concentration. Therefore, it was supported that electrostatic interaction also contributes to adsorption from zeta potential measurement. In addition, the negative shift of the zeta potential reached saturation at a BSA concentration of 5 μM (-15 mV), and was consistent with the concentration dependence of the above-described adsorption data. Furthermore, it was found that the adsorption amount of BSA on nanoribbons decreased with the increase of salt concentration (NaCl) (FIG. 13), and it was supported that the electrostatic interaction certainly contributed to the adsorption.
2−3 アミノ基をもつセルロースナノリボンに吸着した酵素の活性
アミノ基をもつセルロースナノリボンの酵素の固定化担体としての利用可能性を明らかにするため、ナノリボンに吸着したβ−Galの酵素活性を評価した。ナノリボンとβ−Galの混合溶液を遠心し、上清の酵素活性(ナノリボン(+),上清)を測定した結果、ナノリボンを添加していない場合のフリーのβ−Gal(ナノリボン(−))の酵素活性の10%以下であり、2−2節の結果と同様に負に帯電したβ−Gal(等電点:4.1、M. Whitesides. Langmuir,2003年,19,1861−1872.)がナノリボンに吸着していることがわかった。ナノリボンに吸着したβ−Gal(ナノリボン(+),沈殿物)の酵素活性は、フリーのβ−Gal(ナノリボン(−))と誤差範囲内で同程度であることがわかった(図14)。すなわち、β−Galはその活性を維持したままナノリボンに吸着し、ナノリボンを酵素の固定化担体として利用できることが明らかとなった。
2-3 Activity of Enzyme Adsorbed to Cellulose Nanoribbon with Amino Group To clarify the availability of cellulose nanoribbon with amino group as the immobilization support of enzyme, the enzyme activity of β-Gal adsorbed to nanoribbon is evaluated did. The mixed solution of nanoribbon and β-Gal was centrifuged, and the enzyme activity (nanoribbon (+), supernatant) of the supernatant was measured. As a result, free β-Gal (nanoribbon (-)) when no nanoribbon was added Β-Gal (isoelectric point: 4.1, M. Whitesides. Langmuir, 2003, 19, 1861-1872. Was found to be adsorbed on the nanoribbon. The enzyme activity of β-Gal (nanoribbon (+), precipitate) adsorbed to the nanoribbon was found to be similar to the free β-Gal (nanoribbon (−)) within the error range (FIG. 14). That is, it became clear that (beta) -Gal adsorb | sucks to a nanoribbon, maintaining the activity, and it can use nanoribbon as an immobilization support of an enzyme.
2−4. アミノ基をもつセルロースナノリボンが示す細胞毒性
アミノ基をもつセルロースナノリボンが示す細胞毒性を評価するため、ナノリボン存在下で細胞培養した。ナノリボン濃度を0−0.05%(w/v)としてHeLa細胞を3日間培養し、生細胞および死細胞をそれぞれ異なる蛍光色素で染色して蛍光顕微鏡観察した(図15)。その結果、いずれのナノリボン濃度においても、多くの細胞が生存しており、またナノリボン濃度によらず生細胞と死細胞の割合は大きく変化しなかった。さらに、ナノリボン存在下で細胞培養した。ナノリボン濃度を0−0.05%(w/v)としてHeLa細胞を1日間もしくは3日間培養し、次いで細胞定量キットを用いて生細胞数を定量した結果、同様にナノリボン濃度を変化させてもナノリボン非存在下と比較した細胞生存率は大きく変化しなかった(図16)。よって、in vitroの細胞培養環境では、アミノ基をもつセルロースナノリボンは顕著な細胞毒性を示さないことが明らかとなった。
2-4. Cellulose nanoribbon having an amino group exhibits cytotoxicity To evaluate the cytotoxicity of an amino group containing cellulose nanoribbon, cells were cultured in the presence of the nanoribbon. HeLa cells were cultured at a nanoribbon concentration of 0-0.05% (w / v) for 3 days, live cells and dead cells were stained with different fluorescent dyes and observed under a fluorescence microscope (FIG. 15). As a result, many cells survived at any nanoribbon concentration, and the ratio of live cells to dead cells did not change significantly regardless of the nanoribbon concentration. Furthermore, the cells were cultured in the presence of nanoribbons. HeLa cells were cultured at a nanoribbon concentration of 0-0.05% (w / v) for 1 day or 3 days, and then the number of living cells was quantified using a cell quantification kit. Cell viability did not change significantly compared to the absence of nanoribbons (FIG. 16). Thus, it has become clear that in an in vitro cell culture environment, cellulose nanoribbons having an amino group do not exhibit significant cytotoxicity.
Claims (10)
で示される化合物を構成成分として含有するセルロース構造体。 The following equation (I):
The cellulose structure containing the compound shown by these as a component.
で示される化合物を構成成分として含有するセルロース構造体の製造方法。 α-D-glucose monophosphate and the following formula (III) as a primer:
The manufacturing method of the cellulose structure which contains the compound shown by these as a component.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017082973A JP2018174871A (en) | 2017-04-19 | 2017-04-19 | Nanoribbon structure comprising cellulose oligomer having amino group, and production method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017082973A JP2018174871A (en) | 2017-04-19 | 2017-04-19 | Nanoribbon structure comprising cellulose oligomer having amino group, and production method therefor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018174871A true JP2018174871A (en) | 2018-11-15 |
Family
ID=64280132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017082973A Pending JP2018174871A (en) | 2017-04-19 | 2017-04-19 | Nanoribbon structure comprising cellulose oligomer having amino group, and production method therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018174871A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021085317A1 (en) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 第一工業製薬株式会社 | Medium additive for suspension culture, medium composition and culture method |
EP4339228A1 (en) * | 2022-09-13 | 2024-03-20 | Lanbiotic GmbH | Storage stable microbial composition |
-
2017
- 2017-04-19 JP JP2017082973A patent/JP2018174871A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021085317A1 (en) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 第一工業製薬株式会社 | Medium additive for suspension culture, medium composition and culture method |
JP2021069339A (en) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 国立大学法人東京工業大学 | Medium additive for suspension culture, medium composition and culture method |
CN114555775A (en) * | 2019-10-31 | 2022-05-27 | 第一工业制药株式会社 | Culture medium additive for suspension culture, culture medium composition and culture method |
JP7493713B2 (en) | 2019-10-31 | 2024-06-03 | 国立大学法人東京工業大学 | Medium additive for suspension culture, medium composition and culture method |
EP4339228A1 (en) * | 2022-09-13 | 2024-03-20 | Lanbiotic GmbH | Storage stable microbial composition |
WO2024056638A1 (en) * | 2022-09-13 | 2024-03-21 | Lanbiotic Gmbh | Storage stable microbial composition |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | Active nanodiamond hydrogels for chemotherapeutic delivery | |
Chaudhuri et al. | Myoblast differentiation of human mesenchymal stem cells on graphene oxide and electrospun graphene oxide–polymer composite fibrous meshes: importance of graphene oxide conductivity and dielectric constant on their biocompatibility | |
Singh et al. | Thrombus inducing property of atomically thin graphene oxide sheets | |
Le et al. | Self-assembly of elastin–mimetic double hydrophobic polypeptides | |
Al-Arjan et al. | Development of arabinoxylan-reinforced apple pectin/graphene oxide/nano-hydroxyapatite based nanocomposite scaffolds with controlled release of drug for bone tissue engineering: In-vitro evaluation of biocompatibility and cytotoxicity against MC3T3-E1 | |
Fu et al. | Reduced graphene oxide incorporated acellular dermal composite scaffold enables efficient local delivery of mesenchymal stem cells for accelerating diabetic wound healing | |
Singh et al. | Ionic liquids-based processing of electrically conducting chitin nanocomposite scaffolds for stem cell growth | |
Crisan et al. | In vitro study of biocompatibility of a graphene composite with gold nanoparticles and hydroxyapatite on human osteoblasts | |
US9970000B2 (en) | Cell-based composite materials with programmed structures and functions | |
Kim et al. | Preparation of the hybrid film of poly (allylamine hydrochloride)-functionalized graphene oxide and gold nanoparticle and its application for laser-induced desorption/ionization of small molecules | |
Ettorre et al. | In vitro and in vivo characterization of graphene oxide coated porcine bone granules | |
Deng et al. | Biotin–avidin system-based delivery enhances the therapeutic performance of MSC-derived exosomes | |
WO2016140369A1 (en) | Cellulose three-dimensional structure and production method therefor | |
Choi et al. | Fabrication and characterization of biodegradable gelatin methacrylate/biphasic calcium phosphate composite hydrogel for bone tissue engineering | |
JP6604581B2 (en) | Cellulose nanostructure and method for producing the same | |
Holkar et al. | Hydrogel-assisted 3D model to investigate the osteoinductive potential of MC3T3-derived extracellular vesicles | |
JP5769143B2 (en) | Cell culture substrate | |
Valiani et al. | Study of carbon nano-tubes effects on the chondrogenesis of human adipose derived stem cells in alginate scaffold | |
Hedrich et al. | Biomineralization in diatoms—Phosphorylated saccharides are part of Stephanopyxis turris biosilica | |
JP2018174871A (en) | Nanoribbon structure comprising cellulose oligomer having amino group, and production method therefor | |
WO2016076317A1 (en) | Agent for preserving biological component, and method for recovering biological component | |
Devi GV et al. | Fucoidan-incorporated composite scaffold stimulates osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells for bone tissue engineering | |
Serizawa et al. | Aqueous suspensions of cellulose oligomer nanoribbons for growth and natural filtration-based separation of cancer spheroids | |
Zimoch-Korzycka et al. | Potential biomedical application of enzymatically treated alginate/chitosan hydrosols in sponges—biocompatible scaffolds inducing chondrogenic differentiation of human adipose derived multipotent stromal cells | |
Gang et al. | Synthesis and biological evaluation of fluorescent hyaluronic acid modified amorphous calcium phosphate drug carriers for tumor-targeting |