KR102547446B1 - Label-free Polydiacetylene Liposome-based Method for Detection of Exosomes - Google Patents
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Abstract
본 개시 내용의 구체예에 따르면, 폴리다이아세틸렌에 엑소좀 표면에 존재하는 바이오마커에 특이적인 수용체가 고정된 폴리다이아세틸렌 리포좀을 이용하여 시료 내 엑소좀을 표지 없이 간편하게 검출할 수 있는 방법이 기재된다.According to a specific embodiment of the present disclosure, a method for conveniently detecting exosomes in a sample without labeling is described using polydiacetylene liposomes in which a receptor specific for a biomarker present on the surface of exosomes is immobilized on polydiacetylene do.
Description
본 개시 내용은 무표지 폴리다이아세틸렌 리포좀 기반의 엑소좀의 검출 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 폴리다이아세틸렌에 엑소좀 표면에 존재하는 바이오마커에 특이적인 수용체가 고정된(접합된) 폴리다이아세틸렌 리포좀을 이용하여 시료 내 엑소좀을 표지 없이 간편하게 검출할 수 있는 방법에 관한 것이다. The present disclosure relates to a method for detecting exosomes based on label-free polydiacetylene liposomes. More specifically, the present disclosure provides a method for easily detecting exosomes in a sample without labeling using polydiesetacetylene liposomes in which a receptor specific for a biomarker present on the surface of exosomes is immobilized (conjugated) to polydieacetylene. It's about how.
세포는 다양한 크기의 지질 이중 막에 둘러싸여 세포외 소포(Extracellular vesicles)를 분비하는 것으로 알려져 있다. 이러한 세포외 소포는 사이즈에 따라 엑소좀(exosome), 미세소포(microvesicle), 및 대형 온코좀(Large oncosome)으로 구분된다. 이중 엑소좀은 여러 종류의 세포들로부터 분비되는 막 구조의 작은 소낭이다. 엑소좀의 직경은 대략 30 내지 100 nm인 것으로 보고되어 있으며, 전자 현미경을 통한 연구에서 원형질막으로부터 직접 이탈되기보다는 다낭체(multivesicular bodies, MVBs)로 불리는 세포 내 특정 구획으로부터 기원하며 세포 외부로 방출 및 분비되는 점이 관찰되었다. 즉, 다낭체와 원형질막의 융합이 일어날 경우, 이러한 소낭들은 세포 외부의 환경으로 방출되는데, 이를 엑소좀이라고 지칭하고 있다. Cells are known to secrete extracellular vesicles surrounded by lipid bilayer membranes of various sizes. These extracellular vesicles are classified into exosomes, microvesicles, and large oncosomes according to their sizes. Among them, exosomes are small membrane-structured vesicles secreted from various types of cells. The diameter of exosomes has been reported to be approximately 30 to 100 nm, and in studies through electron microscopy, they originate from specific intracellular compartments called multivesicular bodies (MVBs) rather than being released directly from the plasma membrane, and are released and released outside the cell. secretion was observed. That is, when fusion between the polycystic body and the plasma membrane occurs, these vesicles are released into the environment outside the cell, which is referred to as exosomes.
상술한 엑소좀이 어떠한 분자적 기작에 의하여 형성되는지는 아직 명확하게 규명되지 않았으나, 적혈구 세포뿐만 아니라, B-림프구, T-림프구, 수지상 세포, 혈소판, 대식 세포 등을 포함한 다양한 종류의 면역 세포들과 종양 세포 등도 살아 있는 상태에서 엑소좀을 생산하여 분비한다는 점이 보고되었다. 엑소좀은 정상 상태 및 병적 상태의 2가지 모두에서 다수의 다른 세포 유형으로부터 분리되어 방출되는 것으로 알려져 있다.Although the molecular mechanism by which the above-mentioned exosomes are formed has not yet been clearly identified, various types of immune cells, including not only red blood cells but also B-lymphocytes, T-lymphocytes, dendritic cells, platelets, macrophages, etc. It has been reported that tumor cells and the like also produce and secrete exosomes in a living state. Exosomes are known to be released from a number of different cell types in both normal and pathological conditions.
최근, 질병진단 분야에서 새롭게 부상하고 있는 엑소좀은 다양한 질병의 진단과 약물전달 매개체로서 그 효용성이 각광받고 있다. 즉, 세포유래의 속성을 갖는 엑소좀은 세포 외로 방출되어 혈액, 침, 오줌 등과 같은 다양한 형태의 체액에 포함되어 있으며, 체액 속에 존재하는 엑소좀을 분석하여 세포 유래의 특정 바이오마커를 확인함으로써 질병을 진단하는 방식이다. 이와 관련하여, 엑소좀은 약제 반응의 지표가 되는 대략 4,500여 종의 단백질, 지방질, 유전 정보(예를 들면, microRNA, mRNA, tRNA, rRNA, DNA 등)를 담고 있는 것으로 알려져 있는 바, 엑소좀 내에 존재하는 다양한 microRNA의 존재 유무 및 존재량을 검출하여 질병을 진단하는 방법(예를 들면, 국내특허공개번호 제2010-0127768호 등), 암으로부터 기인하는 시료(혈액, 타액, 눈물 등) 내 엑소좀을 검출하여, microRNA의 변화량을 측정함으로써, 대조군에 비하여 증가 또는 감소할 경우 특정 질환과의 관련성을 예측하고, 진단하는 방법(예를 들면, WO2009/015357 A 등)이 개발된 바 있다.Recently, exosomes, newly emerging in the field of disease diagnosis, are in the limelight for their effectiveness as a diagnostic and drug delivery medium for various diseases. In other words, exosomes with cell-derived properties are released extracellularly and are included in various types of body fluids such as blood, saliva, and urine. method for diagnosing. In this regard, exosomes are known to contain approximately 4,500 proteins, lipids, and genetic information (eg, microRNA, mRNA, tRNA, rRNA, DNA, etc.) that are indicators of drug response. A method for diagnosing diseases by detecting the presence and amount of various microRNAs present in the body (e.g., Korean Patent Publication No. 2010-0127768, etc.), in samples originating from cancer (blood, saliva, tears, etc.) A method (for example, WO2009/015357 A, etc.) of detecting exosomes and measuring the amount of change in microRNA, predicting and diagnosing the relationship with a specific disease when increased or decreased compared to the control group has been developed.
그러나, 다양한 체액에 존재하는 엑소좀은 밀도가 낮고, 크기가 작기 때문에(수십 nm에서 150 nm), 이들을 분리하는 과정이 추가적으로 필요하다. 상술한 분리 절차를 간편화하기 위하여 엑소좀을 체액에서 선택적으로 감지 또는 검출하는 센서가 연구되고 있다. 이러한 엑소좀 탐지 방식은 대부분 엑소좀이 포함된 액체를 통로로 흘려줄 수 있는 칩을 이용하는데, 통로의 표면에 존재하는 수용기와 결합되는 엑소좀을 전기적인 저항, 전류 또는 표면플라즈몬 공명을 이용하여 검출할 수 있다(예를 들면, 국내특허공개번호 제87594호 등). However, since exosomes present in various body fluids have a low density and are small in size (tens of nm to 150 nm), an additional process for isolating them is required. In order to simplify the above-described separation procedure, a sensor that selectively detects or detects exosomes in bodily fluids is being studied. Most of these exosome detection methods use a chip that can flow a liquid containing exosomes through a passage. It can be detected (eg, Korean Patent Publication No. 87594, etc.).
그러나, 전술한 방식은 별도의 칩 시스템을 제작해야 하는데, 그 과정에서 복잡한 절차 및 공정이 수행되어야 한다. 또한, 검출 가능한 시그널을 얻기 위하여는 고가의 장비가 요구되며, 진단을 위하여는 표지 물질을 사용하는 등, 상용성 및 범용성 면에서 불리하다. 특히, 엑소좀 검출을 위한 위한 칩 시스템의 제작은 별도의 고가 제조장비 및 복잡한 절차가 수반되므로 상업적 용도로서 사용이 제한되고, 대량 생산이 곤란하다. 또한, 고정된 규격의 칩은 응용 범위가 한정되어 있고, 다양한 분야에 적용하기 적합하지 않다. 이외에도 엑소좀 포착 신호를 얻기 위하여 사용되는 표면 플라즈몬 공명 기반의 장치는 고가의 장비로서 범용성이 낮다.However, the above method requires a separate chip system to be manufactured, and in the process, complicated procedures and processes must be performed. In addition, expensive equipment is required to obtain a detectable signal, and a labeling material is used for diagnosis, which is disadvantageous in terms of compatibility and versatility. In particular, since the manufacture of a chip system for detecting exosomes involves expensive manufacturing equipment and complicated procedures, its commercial use is limited and mass production is difficult. In addition, fixed-standard chips have a limited application range and are not suitable for application in various fields. In addition, the surface plasmon resonance-based device used to obtain the exosome capture signal is expensive and has low versatility.
이처럼, 복잡한 진단 시스템의 간편화 및 비용 절감과 관련한 이슈로 인하여, 상용화를 위하여는 간편한 검출 원리가 필수적으로 요구되고 있다. 그러나, 일반적으로, 타겟-특이적인 광 소스, 필터, 프리즘 및 시각화 디바이스와 관련된 형광 및 비색(colorimetric) 원리가 사용되고 있는 바, 이러한 방법들은 복잡한 방법 및 설비를 요구하고 있어 진단 편의성을 개선할 필요성이 있다.As such, due to issues related to simplification and cost reduction of complex diagnostic systems, a simple detection principle is required for commercialization. However, in general, fluorescence and colorimetric principles related to target-specific light sources, filters, prisms, and visualization devices are used, and these methods require complicated methods and equipment, so there is a need to improve diagnostic convenience. there is.
따라서, 별도의 표지를 사용하지 않고도 간편한 방법으로 엑소좀을 검출할 수 있는 방안이 요구된다.Therefore, a method for detecting exosomes in a convenient way without using a separate label is required.
본 개시 내용에 따른 일 구체예에서는 종래기술과 달리 복잡한 절차 및 고가의 장비 사용을 요하지 않으면서 범용 수단을 통하여 검출 가능한 분석 원리를 기반으로 하여 시료 내 엑소좀을 간편하면서도 정확하게 검출 또는 진단할 수 있는 방법(또는 플랫폼)을 제공하고자 한다.In one embodiment according to the present disclosure, unlike the prior art, exosomes in a sample can be easily and accurately detected or diagnosed based on an analysis principle that can be detected through general-purpose means without requiring the use of complicated procedures and expensive equipment We want to provide a method (or platform).
본 개시 내용에 따른 일 구체예에서는 칩 제작을 요하지 않으면서 시료 내 엑소좀을 무표지로 검출하는 방법을 제공하고자 한다.In one embodiment according to the present disclosure, it is intended to provide a method for detecting exosomes in a sample in a non-labeled manner without requiring the manufacture of a chip.
본 개시 내용의 제1 면에 따르면,According to the first aspect of the present disclosure,
a) 엑소좀 표면에 존재하는 바이오마커에 대하여 특이적 결합능을 갖는 수용체로 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀을 제공하는 단계; 및a) providing poly-acetylene liposomes modified with receptors having specific binding ability to biomarkers present on the surface of exosomes; and
b) 상기 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀을 엑소좀-함유 시료와 접촉함에 따라 시료 내 엑소좀과 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀 간의 리간드-수용체 반응에 의하여 유도되는 광학적 특성 변화를 측정하는 단계;b) measuring a change in optical properties induced by a ligand-receptor reaction between the exosomes in the sample and the modified polydiesel acetylene liposomes by contacting the modified polydiesel acetylene liposome with an exosome-containing sample;
를 포함하는 엑소좀의 검출 방법이 제공된다.A method for detecting exosomes comprising a is provided.
예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 a)는,According to an exemplary embodiment, step a),
a1) 다이아세틸렌 단량체 및 인지질을 자기-조합하여 지질층 막에 의하여 격리된 내부 공간을 갖는 지질 소포체(lipid vesicles)를 형성하는 단계;a1) self-assembly of die acetylene monomers and phospholipids to form lipid vesicles having internal spaces separated by a lipid layer membrane;
a2) 상기 수용체를 지질 소포체에 부착하여 개질된 지질 소포체를 형성하는 단계; 및a2) attaching the receptor to lipid vesicles to form modified lipid vesicles; and
a3) 상기 개질된 지질 소포체를 중합 반응시켜 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀을 형성하는 단계;a3) polymerizing the modified lipid vesicles to form a modified polydiacetylene liposome;
를 포함할 수 있다.can include
예시적 구체예에 따르면, 상기 엑소좀 표면에 적어도 하나의 바이오마커가 존재하고, 상기 수용체는 상기 적어도 하나의 바이오마커에 특이적인 단일 수용체(single-receptor)일 수 있다.According to an exemplary embodiment, at least one biomarker is present on the surface of the exosome, and the receptor may be a single-receptor specific to the at least one biomarker.
예시적 구체예에 따르면, 상기 엑소좀 표면에 복수의 바이오마커가 존재하고, 상기 수용체는 상기 복수의 바이오마커에 특이적인 다중 수용체(multi-receptor)일 수 있다.According to an exemplary embodiment, a plurality of biomarkers are present on the surface of the exosome, and the receptor may be a multi-receptor specific to the plurality of biomarkers.
예시적 구체예에 따르면, 상기 수용체는 다중 수용체이고, 이때 상기 단계 a2)는 다중 수용체 중 임의의 하나를 지질 소포체에 부착한 후, 나머지를 순차적으로 부착하는 단계를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the receptors are multiple receptors, and in this case, step a2) may include attaching any one of the multiple receptors to the lipid vesicle and then sequentially attaching the others.
예시적 구체예에 따르면, 상기 다이아세틸렌 단량체는 PCDA(pentacosadiyonic acid), TCDA(trocosadiyonic acid), HCDA (heneicosadiynoic acid) 및 HDDA(heptadecadiynoic acid)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나이고, 그리고According to an exemplary embodiment, the diacetylene monomer is at least one selected from the group consisting of pentacosadiyonic acid (PCDA), trocosadiyonic acid (TCDA), heneicosadiynoic acid (HCDA) and heptadecadiynoic acid (HDDA), and
상기 인지질은 디미리스토일포스파티딜콜린 (DMPC), 디미리스토일포스파티딜글리세롤 (DMPG), 디팔미토일포스파티딜글리세롤 (DPPG), 디스테아로일포스파티딜콜린 (DSPC), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디올레일포스파티딜에탄올아민 (DOPE), 팔미토일스테아로일포스파티딜콜린 (PSPC), 팔미토일스테아롤포스파티딜 글리세롤 (PSPG), 모노-올레오일-포스파티딜에탄올아민 (MOPE), 디라우로일 에틸포스포콜린 (DLEP), 디미리스토일 에틸포스포콜린 (DMEP), 디팔미토일 에틸포스포콜린 (DPEP) 및 디스테아로일 에틸포스포콜린 (DSEP), 1,2-비스(올레오일옥시)-3-(트리메틸암모니오)프로판 (DOTAP), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디미리스토일포스파티딜산 (DMPA), 디팔미토일포스파티딜산 (DPPA), 디스테아로일포스파티딜산 (DSPA), 디미리스토일포스파티딜이노시톨 (DMPI), 디팔미토일포스파티딜이노시톨 (DPPI), 디스테아로일포스파티딜이노시톨 (DSPI), 디미리스토일포스파티딜세린 (DMPS), 디팔미토일포스파티딜세린 (DPPS), 및 디스테아로일포스파티딜세린 (DSPS)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. The phospholipids include dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG), dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), Dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoylstearoylphosphatidylcholine (PSPC), palmitoylstearolphosphatidylglycerol (PSPG), mono-oleoyl-phosphatidylethanolamine (MOPE), dilauroylethylphosphocholine ( DLEP), dimyristoyl ethylphosphocholine (DMEP), dipalmitoyl ethylphosphocholine (DPEP) and distearoyl ethylphosphocholine (DSEP), 1,2-bis(oleoyloxy)-3 -(trimethylammonio)propane (DOTAP), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), dimyristoylphosphatidylic acid (DMPA), dipalmitoylphosphatidylic acid (DPPA), distearoylphosphatidylic acid (DSPA), Dimyristoylphosphatidylinositol (DMPI), dipalmitoylphosphatidylinositol (DPPI), distearoylphosphatidylinositol (DSPI), dimyristoylphosphatidylserine (DMPS), dipalmitoylphosphatidylserine (DPPS), and distearoylphosphatidylinositol (DPPS) It may be at least one selected from the group consisting of thearoylphosphatidylserine (DSPS).
예시적 구체예에 따르면, 단계 a1) 중 다이아세틸렌 단량체 : 인지질의 몰 비는 2 내지 10 : 1의 범위일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the molar ratio of die acetylene monomer:phospholipid in step a1) may be in the range of 2 to 10:1.
예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 a2)에 앞서 화학적 기능기로 지질 소포체를 활성화하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment, a step of activating the lipid vesicles with a chemical functional group may be further included prior to step a2).
예시적 구체예에 따르면, 상기 수용체는 항체 전체 또는 항원 부착 영역(antigen binding region)을 함유하는 부분항체 및 압타머로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the receptor may be at least one selected from the group consisting of an entire antibody or a partial antibody containing an antigen binding region and an aptamer.
예시적 구체예에 따르면, 상기 바이오마커는 테트라스파닌(tetraspanin) 단백질일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the biomarker may be a tetraspanin protein.
예시적 구체예에 따르면, 상기 테트라스파닌 단백질은 CD-9, CD-63, CD-81 및 CD-82로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the tetraspanin protein may be at least one selected from the group consisting of CD-9, CD-63, CD-81 and CD-82.
예시적 구체예에 따르면, 상기 광학적 특성 변화는 육안 또는 측정 장치에 의하여 측정될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the change in optical properties may be measured by the naked eye or a measuring device.
예시적 구체예에 따르면, 상기 광학적 특성 변화의 측정 장치는 UV-Vis 분광기 또는 형광 분광기일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the optical characteristic change measuring device may be a UV-Vis spectrometer or a fluorescence spectrometer.
본 개시 내용의 구체예에 따른 무표지 폴리다이아세틸렌 리포좀 기반의 엑소좀 검출 방법은 수계 매질 상에서 검출이 가능하기 때문에 복잡한 절차없이 단순 혼합에 의하여 시그널을 생성할 수 있다. 특히, 사용 목적 및 시료의 량에 따라 폴리다이아세틸렌 리포좀의 량을 적절히 조절할 수 있고, 또한 폴리다이아세틸렌로부터 유래하는 시그널은 범용적으로 사용되고 있는 UV-Vis 분광기, 형광 분광기 등을 이용하여 간편하게 측정할 수 있다. 더욱이, 기존의 칩 방식에서 필요한 기기인 표면 플라즈몬 공명 및 전기측정 장치에 비하여 넓은 사용 확장성을 제공하는 장점을 갖는다. 따라서, 향후 다양한 진단 분야에서 활용이 기대된다.Since the method for detecting exosomes based on unlabeled polydieacetylene liposomes according to an embodiment of the present disclosure can be detected in an aqueous medium, signals can be generated by simple mixing without complicated procedures. In particular, the amount of polydiacetylene liposome can be appropriately adjusted according to the purpose of use and the amount of sample, and the signal derived from polydiacetylene can be easily measured using a commonly used UV-Vis spectrometer, fluorescence spectrometer, etc. can Moreover, it has the advantage of providing a wide use scalability compared to surface plasmon resonance and electrical measurement devices, which are necessary devices in the existing chip method. Therefore, it is expected to be used in various diagnostic fields in the future.
도 1은 본 개시 내용의 일 구체예에 따른 무표지 폴리다이아세틸렌 리포좀 기반으로 하는 엑소좀 검출 원리 및 이의 구현 절차를 예시적으로 도시하는 도면이고;
도 2는 실시예에 따른 다중 수용체로 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 제조 절차 및 이를 이용하여 무표지 방식으로 엑소좀을 검출하는 순서를 개략적으로 도시하는 도면이고;
도 3은 실시예에서 제조된 PCDA/DMPC 리포좀의 주사전자현미경(SEM) 사진이고;
도 4는 실시예에서 엑소좀 바이오마커 수용체가 도입된 다이아세틸렌 리포좀의 주사전자현미경(SEM) 사진이고;
도 5는 실시예에서 수용체가 도입된 폴리다이아세틸렌 리포좀 및 엑소좀의 응집체의 주사전자현미경(SEM) 사진이고;
도 6은 실시예에서 시료 내 엑소좀 농도에 따른 폴리다이아세틸렌 리포좀의 UV-Vis 흡수스펙트럼 변화를 나타내는 그래프이고;
도 7은 실시예에서 다중 수용체로 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀에 엑소좀을 첨가한 후의 투과전자현미경(TEM) 사진이고;
도 8은 실시예에서 다중 수용체로 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀에 알부민 단백질 및 피브리노겐을 각각 첨가한 후의 투과전자현미경(TEM) 사진이고;
도 9는 실시예에서 다중 수용체로 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀에 엑소좀을 첨가하기 전 및 후의 색상 변화를 나타내는 사진이고;
도 10은 기재 상에 부착된 폴리다이아세틸렌 소포체에 엑소좀 용액의 첨가 전 및 첨가 후에 촬영한 형광 사진이고; 그리고
도 11은 폴리다이아세틸렌 소포체에 도입된 수용체에 따른 폴리다이아세틸렌/인지질 소포체가 엑소좀-함유 시료와 접촉할 경우, 시간에 따른 형광 세기의 변화를 나타내는 그래프이다. 1 is a diagram exemplarily illustrating a principle of detecting exosomes based on unlabeled polydieacetylene liposomes according to one embodiment of the present disclosure and a procedure for implementing the same;
Figure 2 is a diagram schematically illustrating a procedure for preparing poly-diacetylene liposomes modified with multiple receptors according to an embodiment and a procedure for detecting exosomes in a label-free manner using the same;
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the PCDA/DMPC liposome prepared in Example;
Figure 4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of die acetylene liposomes into which exosome biomarker receptors were introduced in Example;
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of aggregates of polydieacetylene liposomes and exosomes into which receptors have been introduced in Examples;
Figure 6 is a graph showing the change in UV-Vis absorption spectrum of poly-acetylene liposomes according to the concentration of exosomes in the sample in Example;
Figure 7 is a transmission electron microscope (TEM) picture after adding exosomes to polydieacetylene liposomes modified with multiple receptors in Example;
Figure 8 is a transmission electron microscope (TEM) picture after adding albumin protein and fibrinogen to polydieacetylene liposomes modified with multiple receptors in Example;
Figure 9 is a photograph showing the color change before and after the addition of exosomes to polydieacetylene liposomes modified with multiple receptors in Example;
Figure 10 is a fluorescence photograph taken before and after the addition of an exosome solution to polydieacetylene vesicles attached on a substrate; and
Figure 11 is a graph showing the change in fluorescence intensity with time, when the polydieacetylene / phospholipid vesicles contact the exosome-containing sample according to the receptor introduced into the polydieacetylene endoplasmic reticulum.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다. The present invention can all be achieved by the following description with reference to the accompanying drawings. The following description should be understood to describe preferred embodiments of the present invention, and it should be understood that the present invention is not necessarily limited thereto.
또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위하여 실제 층의 두께(또는 높이) 또는 다른 층과의 비율에 비하여 다소 과장되게 표현된 것일 수 있으며, 그 의미는 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.In addition, the accompanying drawings may be somewhat exaggerated compared to the thickness (or height) of the actual layer or the ratio with other layers to aid understanding, the meaning of which will be properly understood by the specific purpose of the related description to be described later. can
본 명세서에서 사용되는 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다.Terms used in this specification may be defined as follows.
"결합 또는 바인딩(binding)"은 표면에 공유 또는 비공유 방식으로 결합 또는 연결되는 것을 의미할 수 있다.“Binding or binding” may mean being bound or linked to a surface in a covalent or non-covalent manner.
"시료"는 검출하고자 하는 타겟 병원체를 함유할 수 있는 한, 특정 종류 또는 형태로 한정되는 것은 아니다. 예시적으로, 시료는 생물학적 시료, 예를 들면 생물학적 유체(fluid) 또는 생물학적 조직일 수 있다. 생물학적 유체의 예로서, 뇨, 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 정액, 대변, 가래, 뇌척수액, 눈물, 점액, 양수 등을 들 수 있다. 생물학적 조직은 세포의 집합으로서, 대체적으로 인간, 동물, 식물, 세균, 진균 또는 바이러스 구조물의 구조적 물질의 하나를 형성하는 세포 내 물질들과 특정 종류의 집합으로서 연결 조직, 상피 조직, 근육 조직 및 신경 조직 등이 이에 해당될 수 있다. 또한, 생물학적 조직의 예에는 장기, 종양, 림프절, 동맥 및 개별적인 세포(들)도 포함될 수 있다.A “sample” is not limited to a specific type or form, as long as it can contain the target pathogen to be detected. Illustratively, the sample may be a biological sample, for example, a biological fluid or a biological tissue. Examples of biological fluids include urine, blood, plasma, serum, saliva, semen, feces, sputum, cerebrospinal fluid, tears, mucus, and amniotic fluid. Biological tissue is a collection of cells, usually connective tissue, epithelial tissue, muscle tissue and nerves, as well as certain types of collections of intracellular substances that form one of the structural substances of human, animal, plant, bacterial, fungal or viral structures. organizations, etc., may correspond to this. Examples of biological tissues may also include organs, tumors, lymph nodes, arteries, and individual cell(s).
"상에" 및 "위에"라는 표현은 상대적인 위치 개념을 언급하기 위하여 사용되는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 언급된 층에 다른 구성 요소 또는 층이 직접적으로 존재하는 경우뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층(중간층) 또는 구성 요소가 개재되거나 존재할 수도 있다. 이와 유사하게, "하측에", "하부에" 및 "아래에"라는 표현 및 "사이에"라는 표현 역시 위치에 대한 상대적 개념으로 이해될 수 있을 것이다. 또한, "순차적으로"라는 표현 역시 상대적인 위치 개념으로 이해될 수 있다. It can be understood that the expressions "on" and "above" are used to refer to the concept of relative position. Therefore, not only when other components or layers are directly present in the mentioned layers, other layers (intermediate layers) or components may be interposed or present therebetween. Similarly, the expressions “under”, “under” and “below” and “between” may also be understood as relative concepts of position. In addition, the expression “sequentially” may also be understood as a relative positional concept.
전체적인 개시 내용full disclosure
도 1a 및 도 1b 각각은 일 구체예에 따른 무표지 폴리다이아세틸렌 리포좀 기반의 엑소좀 검출 시스템의 검출 원리 및 시스템의 구현 절차를 예시적으로 도시한다.Figures 1a and 1b respectively show the detection principle and implementation procedure of the label-free polydieacetylene liposome-based exosome detection system according to one embodiment by way of example.
상기 도면을 참조하면, 시료 내 엑소좀의 검출 플랫폼으로서 일반적으로 외부 자극에 따라 색 변화를 일으키는 폴리다이아세틸렌 리포좀을 이용하는데, 이때 폴리다이아세틸렌은 다이아세틸렌의 중합 반응에 형성되는 고분자, 구체적으로 공액고분자로서 별도의 표지 없이도 광학적 특성이 변화할 수 있는 소재이다. 폴리다이아세틸렌은 사용 목적에 따라 결정, 필름, 리포좀 등의 다양한 형상 및 구조로 제조될 수 있다. 폴리다이아세틸렌은 수용액 상태에서 지질층 막(구체적으로 이중층)에 의하여 격리된 내부 공간을 갖는 안정적인 구조를 형성하는데, 이를 "폴리다이아세틸렌 리포좀"이라 지칭할 수 있다.Referring to the above figure, as a platform for detecting exosomes in a sample, polydieacetylene liposomes that cause color changes in response to external stimuli are generally used. As a polymer, it is a material whose optical properties can be changed without a separate label. Polydieacetylene may be prepared in various shapes and structures, such as crystals, films, and liposomes, depending on the purpose of use. Poly die acetylene forms a stable structure having an internal space isolated by a lipid layer membrane (specifically, a bilayer) in an aqueous solution, which may be referred to as "poly die acetylene liposome".
폴리다이아세틸렌 합성에 사용되는 다이아세틸렌 단량체는 수용액 상에서 비극성 결합에 의하여 충분히 가까운 거리를 유지하는데, 이때 254 nm의 자외선 조사 하에서 삼중 결합이 이중 결합으로 전환되며 다른 단량체와 고분자 주쇄(backbone)의 특정 부위가 결합하는 방식으로 중합된다. 자외선을 조사하기 전에는 색상을 발현하지 않으나, 중합 이후 최대 흡수 파장이 640 nm인 청색을 발현한다. 이후, 온도, pH, 용매, 분자 인식 등 외부적인 자극에 의하여 흡광스펙트럼이 변화하여 최대 흡수 파장이 540 nm인 적색으로 색 전이가 일어날 수 있다.Die acetylene monomers used in poly die acetylene synthesis maintain a sufficiently close distance by non-polar bonds in an aqueous solution. At this time, triple bonds are converted to double bonds under 254 nm UV irradiation, and other monomers and specific sites of the polymer backbone is polymerized in such a way that Before irradiation with ultraviolet rays, it does not express color, but after polymerization, it expresses blue color with a maximum absorption wavelength of 640 nm. Thereafter, the absorption spectrum is changed by external stimuli such as temperature, pH, solvent, molecular recognition, etc., and color transition may occur to red with a maximum absorption wavelength of 540 nm.
본 구체예에서는 특정 분자(구체적으로, 질병의 진단이나 약물전달의 매개체인 엑소좀의 표면에 존재하는 바이오마커)에 대한 특이적 바인딩 특성 또는 선택성을 부여하기 위하여 폴리다이아세틸렌에 수용체를 도입한다. 이러한 수용체는 특정 물질을 인식할 수 있는 분자단 또는 수용기일 수 있는데, 이를 도입함으로써 폴리다이아세틸렌의 공액 구조에 의한 독특한 광학적 특성 변화를 유도할 수 있다.In this embodiment, a receptor is introduced into polydiacetylene in order to impart specific binding characteristics or selectivity to a specific molecule (specifically, a biomarker present on the surface of exosomes, which is a mediator of disease diagnosis or drug delivery). Such a receptor may be a molecular group or receptor capable of recognizing a specific substance, and by introducing it, a unique optical property change due to a conjugated structure of polydiacetylene may be induced.
이와 같이 폴리다이아세틸렌 리포좀의 광학적 특성의 변화는 육안 또는 당업계에서 범용적으로 이용되는 측정 수단 또는 장치에 의하여 측정되어 시료 내 엑소좀을 정성적 및/또는 정량적으로 검출할 수 있다.As such, the change in the optical properties of the polydieacetylene liposome can be measured with the naked eye or by a measuring means or device commonly used in the art to qualitatively and/or quantitatively detect the exosomes in the sample.
폴리다이아세틸렌polydiacetylene 리포좀의liposomal 제조 manufacturing
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 먼저 다이아세틸렌 단량체와 함께 지질(구체적으로 인지질)을 용액(예를 들면, 클로로포름, 테트라하이드로퓨란 등과 같은 유기 용매) 상에서 조합하는 바, 자기-회합(self-assembly)에 의하여 지질층 막에 의하여 격리된 내부 공간을 갖는 지질 소포체(lipid vesicles)를 형성할 수 있다. 이와 같이, 인지질을 다이아세틸렌 단량체와 조합함으로써 전하 안정성 및 후속 단계에서 제조되는 폴리다이아세틸렌(PDA) 리포좀의 멤브레인 유연성을 강화시킬 수 있다.Referring to Figures 1a and 1b, first, a lipid (specifically, a phospholipid) is combined with a diacetylene monomer in a solution (eg, an organic solvent such as chloroform, tetrahydrofuran, etc.), self-assembly ), it is possible to form lipid vesicles having an internal space isolated by a lipid layer membrane. In this way, by combining phospholipids with diacetylene monomers, charge stability and membrane flexibility of polydiacetylene (PDA) liposomes prepared in subsequent steps can be enhanced.
예시적 구체예에 따르면, 다이아세틸렌 단량체는 다이아세틸렌기를 함유하는 화합물일 수 있는 바, 예를 들면 PCDA(pentacosadiyonic acid), TCDA(trocosadiyonic acid), HCDA (heneicosadiynoic acid) 및 HDDA(heptadecadiynoic acid)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로, 다이아세틸렌 단량체는 PCDA 및/또는 TCDA일 수 있고, 보다 구체적으로 PCDA일 수 있다. 이와 관련하여, 예시적 구체예에서는 PCDA에 특정 수용체가 결합할 수 있도록 하는 카르복시기, 아민기, 설폰기 등으로부터 적어도 하나가 선택되는 말단을 함유할 수 있으며, 또한 EDC/NHS 커플링 반응, 설폰-말레이미드 결합반응, 아비딘-바이오틴 결합반응 등을 통하여 다이아세틸렌 단량체에 수용체를 용이하게 부착할 수 있는 것이 유리할 수 있다. According to an exemplary embodiment, the diacetylene monomer may be a compound containing a diacetylene group, for example, PCDA (pentacosadiyonic acid), TCDA (trocosadiyonic acid), HCDA (heneicosadiynoic acid) and HDDA (heptadecadiynoic acid). It may be at least one selected from the group. Specifically, the diacetylene monomer may be PCDA and/or TCDA, and more specifically PCDA. In this regard, in an exemplary embodiment, it may contain at least one terminal selected from a carboxy group, an amine group, a sulfone group, etc., which allows a specific receptor to bind to PCDA, and may also be used for EDC/NHS coupling reaction, sulfone- It may be advantageous to easily attach the receptor to the diacetylene monomer through a maleimide coupling reaction, an avidin-biotin coupling reaction, or the like.
또한, 인지질은, 예를 들면 디미리스토일포스파티딜콜린 (DMPC), 디미리스토일포스파티딜글리세롤 (DMPG), 디팔미토일포스파티딜글리세롤 (DPPG), 디스테아로일포스파티딜콜린 (DSPC), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디올레일포스파티딜에탄올아민 (DOPE), 팔미토일스테아로일포스파티딜콜린 (PSPC), 팔미토일스테아롤포스파티딜 글리세롤 (PSPG), 모노-올레오일-포스파티딜에탄올아민 (MOPE), 디라우로일 에틸포스포콜린 (DLEP), 디미리스토일 에틸포스포콜린 (DMEP), 디팔미토일 에틸포스포콜린 (DPEP) 및 디스테아로일 에틸포스포콜린 (DSEP), 1,2-비스(올레오일옥시)-3-(트리메틸암모니오)프로판 (DOTAP), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디미리스토일포스파티딜산 (DMPA), 디팔미토일포스파티딜산 (DPPA), 디스테아로일포스파티딜산 (DSPA), 디미리스토일포스파티딜이노시톨 (DMPI), 디팔미토일포스파티딜이노시톨 (DPPI), 디스테아로일포스파티딜이노시톨 (DSPI), 디미리스토일포스파티딜세린 (DMPS), 디팔미토일포스파티딜세린 (DPPS), 디스테아로일포스파티딜세린 (DSPS)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 구체적으로, DMPC 및 DMPA로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있고, 보다 구체적으로는 DMPC일 수 있다. In addition, phospholipids, for example, dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG), dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), distearoylphosphatidyl Glycerol (DSPG), dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoylstearoylphosphatidylcholine (PSPC), palmitoylstearolphosphatidylglycerol (PSPG), mono-oleoyl-phosphatidylethanolamine (MOPE), dilauroyl Ethylphosphocholine (DLEP), Dimyristoyl Ethylphosphocholine (DMEP), Dipalmitoyl Ethylphosphocholine (DPEP) and Distearoyl Ethylphosphocholine (DSEP), 1,2-bis(Ole Oiloxy)-3-(trimethylammonio)propane (DOTAP), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), dimyristoylphosphatidylic acid (DMPA), dipalmitoylphosphatidylic acid (DPPA), distearoylphosphatidyl Acid (DSPA), Dimyristoylphosphatidylinositol (DMPI), Dipalmitoylphosphatidylinositol (DPPI), Distearoylphosphatidylinositol (DSPI), Dimyristoylphosphatidylserine (DMPS), Dipalmitoylphosphatidylserine ( DPPS) and distearoylphosphatidylserine (DSPS). Specifically, it may be at least one selected from the group consisting of DMPC and DMPA, and more specifically, it may be DMPC.
이와 관련하여, 인지질을 삽입할 경우, 폴리다이아세틸렌(PDA)의 감도에 영향을 미칠 수 있는 바, 이를 고려하여 적절한 비율로 조합하는 것이 유리할 수 있다. 예시적으로, 다이아세틸렌 단량체 : 인지질의 몰 비는, 예를 들면 약 2 내지 10 : 1, 구체적으로 약 3 내지 8 : 1, 보다 구체적으로 약 4 내지 6 : 1의 범위일 수 있다. 예시적으로, 다이아세틸렌 단량체와 인지질의 조합 시 온도는, 예를 들면 약 20 내지 40℃, 구체적으로 약 25 내지 37 ℃ 범위일 수 있으나, 이는 예시적 취지로 이해될 수 있다.In this regard, when inserting phospholipids, it may be advantageous to combine them in an appropriate ratio in consideration of the bar that may affect the sensitivity of polydiacetylene (PDA). Illustratively, the molar ratio of die acetylene monomer:phospholipid may be, for example, about 2 to 10:1, specifically about 3 to 8:1, and more specifically about 4 to 6:1. Illustratively, when the diacetylene monomer and the phospholipid are combined, the temperature may be, for example, about 20 to 40 °C, specifically about 25 to 37 °C, but this may be understood as an example.
예시적 구체예에 따르면, 지질 소포체를 형성한 후에는, 예를 들면 건조 단계(예를 들면, 비활성 가스 분위기 하에서)를 수행할 수 있으며, 이후 물을 첨가하고 소포체를 함유하는 용액(또는 분산액)을 형성할 수 있다, 이때, 소포체-함유 용액 내 지질의 농도(총 농도)는, 예를 들면 약 0.1 내지 2 mM, 구체적으로 약 0.4 내지 1.5 mM, 보다 구체적으로 약 0.5 내지 1.2 mM 범위 내에서 조절 가능하다. 또한, 후속 중합 반응에 앞서 선택적으로(optionally) 초음파 조사를 수행하여 균일한 소포체 형성을 유도할 수 있다. 이와 관련하여, 균일한 소포체-함유 용액(또는 분산액)을 제조할 경우, 온도는, 예를 들면 약 60 내지 90℃, 구체적으로 약 70 내지 80℃ 범위에서 조절할 수 있으나, 이는 예시적인 취지로 이해될 수 있다.According to an exemplary embodiment, after formation of lipid vesicles, for example, a drying step (eg, under an inert gas atmosphere) may be performed, after which water is added and a solution (or dispersion) containing vesicles is formed. At this time, the concentration (total concentration) of lipids in the endoplasmic reticulum-containing solution is, for example, about 0.1 to 2 mM, specifically about 0.4 to 1.5 mM, more specifically about 0.5 to 1.2 mM within the range. Adjustable. In addition, it is possible to induce the formation of uniform vesicles by optionally performing ultrasound irradiation prior to the subsequent polymerization reaction. In this regard, when preparing a homogeneous vesicle-containing solution (or dispersion), the temperature may be adjusted, for example, in the range of about 60 to 90 ° C, specifically about 70 to 80 ° C, but this is understood as an example. It can be.
예시적 구체예에 따르면, 형성된 지질 소포체의 사이즈(동적 광산란(DLS) 방식으로 측정됨)는, 예를 들면 약 50 내지 500 nm, 구체적으로 약 100 내지 300 nm, 보다 구체적으로 약 200 내지 250 nm 범위일 수 있으며, 이는 예시적인 취지로 이해될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the size of the lipid vesicles formed (measured by dynamic light scattering (DLS)) is, for example, about 50 to 500 nm, specifically about 100 to 300 nm, more specifically about 200 to 250 nm. range, which can be understood for illustrative purposes.
그 다음, 지질 소포체에 엑소좀(구체적으로 타겟 엑소좀), 구체적으로 엑소좀 표면의 바이오마커에 대하여 특이적 결합능을 갖는 수용체를 부착(고정)하거나 접합(conjugation)하는 방식으로 지질 소포체를 개질할 수 있다. Then, the lipid vesicles can be modified by attaching (immobilizing) or conjugating a receptor having a specific binding ability to the exosome (specifically, the target exosome), specifically, a biomarker on the surface of the exosome to the lipid vesicle. can
선택적으로, 지질 소포체에 수용체를 부착하기에 앞서 화학적 기능기를 이용하여 지질 소포체의 표면을 활성화시킬 수 있다. 이러한 화학적 기능기는 지질 소포체의 표면에 부착 또는 결합될 수 있는 것으로 수용체와 결합하거나 커플링(예를 들면, 공유결합 등)할 수 있는 다양한 종류로부터 선정될 수 있다. 상술한 화학적 기능기로서 대표적으로 N-하이드록시석시니미드와 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필) 카르보다이이미드(NHS/EDC)를 사용할 수 있으며, 수용체를 지질 소포체 상에 고정하거나 접합시키는데 유용하다.Optionally, the surface of the lipid vesicle may be activated with a chemical functional group prior to attaching the receptor to the lipid vesicle. These chemical functional groups can be attached to or bonded to the surface of lipid vesicles and can be selected from various types capable of binding or coupling (eg, covalent bonds) with receptors. Representatively, N-hydroxysuccinimide and 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (NHS/EDC) can be used as the above-mentioned chemical functional group, and the receptor is fixed on the lipid vesicle. useful for bonding or
예시적 구체예에 따르면, 수용체는 전형적으로 항체 전체 또는 항원 부착 영역(antigen binding region)을 포함하고 있는 부분항체(Fab , F(ab')2 , scFv 등), 압타머 등으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 이때, 압타머는 엑소좀의 바이오마커인 CD-9, CD-63, CD-81, CD-82 등과 같은 단백질을 수용할 수 있는 핵산계열의 수용체로서 기능할 수 있다. 보다 전형적으로는 항체 및/또는 압타머일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the receptor is typically at least selected from whole antibodies or partial antibodies (F ab , F (ab') 2 , scFv, etc.) containing an antigen binding region, aptamers, and the like. can be one At this time, the aptamer can function as a nucleic acid-based receptor that can accept proteins such as CD-9, CD-63, CD-81, and CD-82, which are biomarkers of exosomes. More typically it may be an antibody and/or an aptamer.
한편, 예시적 구체예에 따르면, 수용체는 엑소좀 중 특정 바이오마커에 대응되거나 특이적인 바이오마커 수용체를 포함하는 단일 수용체일 수 있다.Meanwhile, according to an exemplary embodiment, the receptor may be a single receptor that corresponds to a specific biomarker in exosomes or includes a specific biomarker receptor.
택일적 구체예에 따르면, 수용체는 엑소좀 중 복수의 바이오마커에 대응되거나 특이적인 2 이상의 다양한 바이오마커 수용체를 포함하는 다중 수용체일 수 있다. 이를 위하여, 다중 수용체 중 임의의 하나를 지질 소포체에 부착한 후, 나머지를 순차적으로 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이, 다중 수용체를 도입할 경우, 후속 절차에서 제조되는, 다중 수용체로 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀은 혼합 용액에서 엑소좀에 대한 특이성을 나타낼 뿐만 아니라, 보다 효율적인 리간드-수용체 반응을 유도하여 측정 시그널을 증폭할 수 있기 때문에 단일 수용체가 적용된 경우에 비하여 유리할 수 있다. 다만, 본 개시 내용의 구체예에 적용 가능한 수용체의 범위는 단일 수용체 및 다중 수용체를 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. According to an alternative embodiment, the receptor may be a multi-receptor comprising two or more different biomarker receptors that correspond to or are specific for a plurality of biomarkers in the exosome. To this end, after attaching any one of the multiple receptors to the lipid vesicle, the step of sequentially attaching the rest may be included. In this way, when multiple receptors are introduced, the polydieacetylene liposome modified with multiple receptors prepared in the subsequent procedure not only exhibits specificity for exosomes in the mixed solution, but also induces a more efficient ligand-receptor reaction to obtain a measurement signal. Since it can amplify, it can be advantageous compared to the case where a single receptor is applied. However, the range of receptors applicable to the specific embodiments of the present disclosure may be understood as a concept including both single receptors and multiple receptors.
예시적 구체예에 따르면, 수용체(즉, 단일 수용체 또는 다중 수용체)의 개질 또는 고정 량은 지질 소포체를 구성하는 다이아세틸렌 및 인지질의 전체 몰 농도의 약 0.0001 내지 0.05, 구체적으로 약 0.0005 내지 0.01, 보다 구체적으로 약 0.001 내지 0.005의 범위에서 정하여질 수 있으나, 이는 예시적 취지로 이해될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the amount of modification or immobilization of the receptor (i.e., single receptor or multiple receptors) is about 0.0001 to 0.05, specifically about 0.0005 to 0.01, more than Specifically, it may be set in the range of about 0.001 to 0.005, but this may be understood as an example.
예시적 구체예에 따르면, 개질된 지질 소포체를 형성한 후에는 중합 반응을 수행하여 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀(즉, 폴리다이아세틸렌(PDA) 리포좀 복합체)을 형성할 수 있다. 이때, 중합 반응은 자외선 조사에 의한 광 중합 반응 또는 감마-선 조사에 의한 중합 반응일 수 있으며, 보다 구체적으로는 자외선 조사를 이용한 중합 반응일 수 있다.According to an exemplary embodiment, after forming the modified lipid vesicles, a polymerization reaction may be performed to form a modified poly-diacetylene liposome (ie, poly-diacetylene (PDA) liposome complex). In this case, the polymerization reaction may be a photopolymerization reaction by irradiation of ultraviolet rays or a polymerization reaction by irradiation of gamma-rays, and more specifically, it may be a polymerization reaction using ultraviolet rays irradiation.
특정 구체예에 따르면, 중합 반응은 자외선 조사에 의한 광 중합 반응일 수 있는 바, 조사되는 자외선 파장은, 예를 들면 약 100 내지 400 nm, 구체적으로 약 150 내지 350 nm, 보다 구체적으로 약 200 내지 300 nm 범위의 파장을 갖는 것일 수 있다. 또한, 자외선 세기는, 예를 들면 약 200 내지 600 μW/㎠, 구체적으로 약 300 내지 500 μW/㎠, 보다 구체적으로 약 350 내지 450 μW/㎠ 범위 내에서 조절할 수 있다. 이외에도, 자외선 조사 시간은, 예를 들면 약 10 내지 60분, 구체적으로 약 20 내지 50분, 보다 구체적으로 약 25 내지 40분의 범위 내에서 선정될 수 있다. 다만, 이러한 자외선 조사에 의한 중합 조건은 예시적인 취지로 이해될 수 있다. According to a specific embodiment, the polymerization reaction may be a photopolymerization reaction by irradiation of ultraviolet rays, and the wavelength of the irradiated ultraviolet rays is, for example, about 100 to 400 nm, specifically about 150 to 350 nm, and more specifically about 200 to 400 nm. It may have a wavelength in the range of 300 nm. In addition, the intensity of ultraviolet light may be adjusted within a range of, for example, about 200 to 600 μW/cm 2 , specifically about 300 to 500 μW/cm 2 , and more specifically about 350 to 450 μW/cm 2 . In addition, the UV irradiation time may be selected within the range of, for example, about 10 to 60 minutes, specifically about 20 to 50 minutes, and more specifically about 25 to 40 minutes. However, polymerization conditions by irradiation of such ultraviolet rays may be understood as exemplary purposes.
이와 같이 제조된 폴리다이아세틸렌(또는 개질된 폴리다이아세틸렌) 리포좀의 사이즈(동적 광산란(DLS) 방식으로 측정됨)는, 예를 들면 약 100 내지 300 nm, 구체적으로 약 120 내지 200 nm, 보다 구체적으로 약 130 내지 160 nm 범위일 수 있으나, 이는 예시적인 취지로 이해될 수 있다. 일 예로서, 수용체로 개질되어 중합 반응을 거쳐 형성된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 사이즈는, 개질 전 지질 소포체 대비, 예를 들면 적어도 약 10%, 구체적으로 적어도 약 12%, 보다 구체적으로 약 15 내지 20% 증가된 사이즈를 가질 수 있다. The size of the polydiacetylene (or modified polydiacetylene) liposome prepared in this way (measured by dynamic light scattering (DLS)) is, for example, about 100 to 300 nm, specifically about 120 to 200 nm, more specifically It may range from about 130 to 160 nm, but this can be understood as an example. As an example, the size of polydiacetylene liposomes modified with receptors and formed through polymerization is, for example, at least about 10%, specifically at least about 12%, more specifically about 15 to 20% compared to lipid vesicles before modification may have an increased size.
또한, 수용체에 의하여 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀은 개질되지 않은 경우와 상이한 전하를 나타낼 수 있는 바, 개질되지 않은 경우에는 폴리다이아세틸렌의 단량체에 부착된 기능기(예를 들면, 카르복시기)에 의하여 비교적 큰 음 전하(예를 들면, 약 -30 내지 -20 mV)를 나타낼 수 있는 반면, 수용체로 개질된 형태에서는 비교적 작은 음 전하(예를 들면, 약 -10 내지 0 mV)를 나타낼 수 있다. In addition, the polydiacetylene liposome modified by the receptor may exhibit a different charge from that of the unmodified case. It may exhibit a large negative charge (eg, about -30 to -20 mV), whereas in its acceptor modified form it may exhibit a relatively small negative charge (eg, about -10 to 0 mV).
폴리다이아세틸렌polydiacetylene 리포좀을liposomes 이용한 used 엑소좀exosome 검출 detection
본 개시 내용의 일 구체예에 따르면, 폴리다이아세틸렌 리포좀을 이용하여 시료, 구체적으로 수계 시료 내에 함유된 엑소좀을 검출할 수 있다. According to one embodiment of the present disclosure, poly-acetylene liposomes can be used to detect exosomes contained in a sample, specifically an aqueous sample.
본 개시 내용이 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 전술한 광학적 특성 변화는 하기와 같이 설명될 수 있다.Although the present disclosure is not bound by any particular theory, the aforementioned optical property change can be explained as follows.
엑소좀의 표면에 존재하는 바이오마커와 폴리다이아세틸렌에 고정된 수용체가 특이적으로 결합 또는 바인딩(즉, 리간드-수용체 상호 작용)됨에 따라 폴리다이아세틸렌 고분자 표면에 물리적인 자극을 가할 수 있다. 이러한 물리적 자극은 고액 고분자의 주사슬로 전달되고, 공액 사슬이 뒤틀리면서 흡수스펙트럼의 변화 및 형광을 유발하는 것이다. 이때, 리간드-수용체 상호 작용을 통하여 사슬 반응을 유도함으로써 보다 큰 클러스터가 형성될 수 있다. As the biomarker present on the surface of the exosome and the receptor immobilized on polydiacetylene specifically bind or bind (ie, ligand-receptor interaction), a physical stimulus may be applied to the surface of the polydiacetylene polymer. These physical stimuli are transmitted to the main chain of the solid-liquid polymer, and the conjugated chain is twisted to induce a change in absorption spectrum and fluorescence. At this time, larger clusters can be formed by inducing a chain reaction through ligand-receptor interaction.
예시적 구체예에 따르면, 엑소좀과 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀의 바인딩에 의하여 형성된 클러스터의 사이즈는, 예를 들면 약 200 내지 3000 nm, 구체적으로 약 300 내지 1500 nm, 보다 구체적으로 약 500 내지 1000 nm 범위일 수 있으며, 또한 엑소좀과의 바인딩 전 PDA 리포좀의 사이즈에 비하여, 예를 들면 적어도 약 50%, 구체적으로 약 100 내지 1000%, 보다 구체적으로 약 300 내지 500% 더 증가한 수준일 수 있다. 다만, 본 개시 내용이 이러한 수치 범위에 한정되는 것은 아니며, 엑소좀의 성상, 종류 등에 따라 변화 가능하다.According to an exemplary embodiment, the size of the cluster formed by binding of the exosome and the modified polydieacetylene liposome is, for example, about 200 to 3000 nm, specifically about 300 to 1500 nm, and more specifically about 500 to 1000 nm. It may be in the nm range, and may also be, for example, at least about 50%, specifically about 100 to 1000%, more specifically about 300 to 500% higher than the size of the PDA liposome before binding with the exosome. . However, the present disclosure is not limited to these numerical ranges, and may vary according to the properties and types of exosomes.
예시적 구체예에 따르면, 엑소좀 상의 바이오마커는 전형적으로 테트라스파닌(tetraspanin) 단백질일 수 있으며, 이러한 테트라스파닌 단백질은 CD-9, CD-63, CD-81 및 CD-82로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 이러한 바이오마커는 리간드에 해당되며, 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀에 고정된 수용체와 리간드-수용체 반응을 통하여 특이적으로 바인딩될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the biomarker on an exosome may typically be a tetraspanin protein, which is a group consisting of CD-9, CD-63, CD-81 and CD-82. It may be at least one selected from. These biomarkers correspond to ligands and can specifically bind to receptors immobilized on the modified polydieacetylene liposome through a ligand-receptor reaction.
앞서 설명한 바와 같이, 수용체는 단일 수용체 또는 다중 수용체일 수 있으며, 다중 수용체 형태로 고정할 경우에는 엑소좀에 존재하는 복수의 바이오마커에 대한 바인딩을 유도함으로써 폴리다이아세틸렌 리포좀과 엑소좀 간에 보다 많은 리간드-수용체 반응이 이루어지도록 유도하여 시그널의 증폭 효과를 제공할 수 있다. As described above, the receptor may be a single receptor or multiple receptors, and when fixed in the form of multiple receptors, binding to a plurality of biomarkers present in exosomes is induced, thereby increasing the number of ligands between polydiacetylene liposomes and exosomes. -Can induce a receptor response to provide an amplification effect of a signal.
이러한 특이적 반응은 전형적으로 수계 매질 내에서 이루어질 수 있는 바, 일 예로서 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀 수용액 및 시료(즉, 엑소좀-함유 수용액)을 각각 제조하여 조합할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀 수용액의 농도는, 예를 들면 약 0.05 내지 0.5 mg/mL, 구체적으로 약 0.1 내지 0.4 mg/mL, 보다 구체적으로 약 0.2 내지 0.3 mg/mL 범위 내에서 조절 가능하다. 또한, 리간스-수용체 반응이 효과적으로 일어날 수 있도록 온도 및 시간을 적절히 조절할 수 있는 바, 예시적으로 온도는, 약 25 내지 50℃, 구체적으로 약 30 내지 45℃, 보다 구체적으로 약 35 내지 40℃ 범위 내에서 조절할 수 있고, 시간은, 예를 들면 약 10 내지 60분, 구체적으로 약 15 내지 50분, 보다 구체적으로 약 20 내지 40분의 범위에서 조절할 수 있다. 다만, 전술한 온도 및 시간 조건은 예시적으로 제공되는 것으로, 본 개시 내용이 이에 한정되는 것은 아니다. This specific reaction can typically be performed in an aqueous medium, and as an example, a modified polydieacetylene liposome aqueous solution and a sample (ie, an exosome-containing aqueous solution) may be prepared and combined. According to an exemplary embodiment, the concentration of the modified polydieacetylene liposome aqueous solution ranges, for example, from about 0.05 to 0.5 mg/mL, specifically from about 0.1 to 0.4 mg/mL, and more specifically from about 0.2 to 0.3 mg/mL. can be adjusted within In addition, the ligand-receptor reaction may be appropriately controlled for a temperature and time so that the reaction may occur effectively, and the temperature is exemplarily about 25 to 50°C, specifically about 30 to 45°C, and more specifically about 35 to 40°C. It can be adjusted within the range, and the time can be adjusted, for example, in the range of about 10 to 60 minutes, specifically about 15 to 50 minutes, and more specifically about 20 to 40 minutes. However, the above temperature and time conditions are provided as examples, and the present disclosure is not limited thereto.
다만, 시료가 체액(human fluid), 구체적으로 혈액인 경우와 같이 시료 내에 상당량의 잔류물(데브리스, 플레이크 등)을 함유하는 경우에는 검출에 앞서 선택적으로 엑소좀만을 분리할 수 있다. 이러한 분리 과정은, 예를 들면 원심분리, 필터 등에 의하여 수행될 수 있다.However, when the sample contains a significant amount of residues (debris, flakes, etc.) in the sample, such as when the sample is human fluid, specifically blood, only exosomes can be selectively isolated prior to detection. This separation process may be performed, for example, by centrifugation or filtering.
상술한 바와 같이, 본 구체예에 따른 엑소좀 검출 방법 또는 시스템에서는 개질된 폴리다이아세틸렌 용액을 시료인 체액, 액체 혼합액 등에 첨가함으로써 시료 내에 존재하고 있는 엑소좀을 높은 선택도로 검출 또는 탐지할 수 있다. 택일적으로, 시료는 분리 과정이 수행된 엑소좀 용액일 수도 있다.As described above, in the exosome detection method or system according to the present embodiment, exosomes present in the sample can be detected or detected with high selectivity by adding the modified polydiacetylene solution to the sample, such as body fluid or liquid mixture. . Alternatively, the sample may be an exosome solution in which an isolation process has been performed.
이외에도, 종래의 엑소좀 검출 기술인 칩 기반의 시스템에 비하여 간편하고 직관적인 신호를 제공할 수 있기 때문에 엑소좀 센서로서 유용하다. 특히, 수용액상에서 단순히 혼합하는 것만으로 발현되는 색 변화 및/또는 형광을 측정함으로써 엑소좀의 유무(정성 분석)를 확인할 수 있고, 더 나아가 시료 내 엑소좀의 농도(정량 분석)를 예측할 수 있는 등, 간편하면서도 양호한 신뢰도를 제공한다. 일 예로서, 전술한 엑소좀 검출 방법을 적용함에 있어 시료(즉, 엑소좀-함유 용액) 내 엑소좀의 검출 한계는, 예를 들면 약 1×1012 vesicles/mL 이하, 구체적으로 약 1×1011 vesicles/mL 이하, 보다 구체적으로 약 3×108 vesicles/mL 이하일 수 있다. In addition, it is useful as an exosome sensor because it can provide a simple and intuitive signal compared to a chip-based system, which is a conventional exosome detection technology. In particular, the presence or absence of exosomes (qualitative analysis) can be confirmed by measuring the color change and / or fluorescence expressed by simply mixing in an aqueous solution, and furthermore, the concentration of exosomes in the sample can be predicted (quantitative analysis), etc. , it is simple and provides good reliability. As an example, in applying the above exosome detection method, the detection limit of exosomes in a sample (ie, exosome-containing solution) is, for example, about 1×10 12 vesicles/mL or less, specifically about 1× 10 11 vesicles/mL or less, more specifically about 3×10 8 vesicles/mL or less.
택일적 구체예에 따르면, 개질된 폴리다이아세틸렌 소포체는 기재에 부착 또는 고정된 상태에서 시료(또는 엑소좀-함유 용액)를 접촉시키는 방식으로 시료에 대한 정성적/정량적 분석을 수행할 수도 있다. 이와 관련하여, 기재는, 리간드-수용체 반응으로부터 생성되는 시그널을 검출할 수 있는 한, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 실리콘, 석영, 글라스, 세라믹, 투명 플라스틱 등의 재질일 수 있으며, 구체적으로 슬라이드 글라스일 수 있다. According to an alternative embodiment, the modified polydieacetylene vesicles may be subjected to qualitative/quantitative analysis of the sample by contacting the sample (or exosome-containing solution) while being attached to or immobilized on the substrate. In this regard, the substrate is not particularly limited as long as it can detect a signal generated from a ligand-receptor reaction, and may be, for example, a material such as silicon, quartz, glass, ceramic, or transparent plastic. It may be a slide glass.
이처럼, 제조된 폴리다이아세틸렌 리포좀은 용도에 따라 다양한 재질 및 구조의 기재(substrate)에 부착하여 다양한 형태로 적용 가능한 만큼, 확장성 면에서도 유리하다. As such, the prepared polydieacetylene liposome is advantageous in terms of scalability as it can be applied in various forms by attaching to substrates of various materials and structures depending on the use.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention, but the following examples are provided to more easily understand the present invention, but the present invention is not limited thereto.
실시예Example
본 실시예에서 사용된 물질은 하기와 같다:The materials used in this example are as follows:
- 10,12-pentacosadiyonic acid (PCDA)는 GFS Chemicals (Powell, OH)로부터 구입하였다.- 10,12-pentacosadiyonic acid (PCDA) was purchased from GFS Chemicals (Powell, OH).
- 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) 및 N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC)는 Tokyo Chemical Industry (Tokyo, Japan)으로부터 구입하였다.- 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) and N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) were purchased from Tokyo Chemical Industry (Tokyo, Japan).
- N-hydroxysuccinimide (NHS) 및 ethanolamine은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)로부터 구입하였다.- N-hydroxysuccinimide (NHS) and ethanolamine were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO).
- 단클론 항체(Anti CD-9, CD-63, CD-81 및 CD-82)는 Abcam (Cambridge, U.K.)으로부터 구입하였다.- Monoclonal antibodies (Anti CD-9, CD-63, CD-81 and CD-82) were purchased from Abcam (Cambridge, UK).
- PBS 버퍼(pH 7.4)는 Welgene, Inc. (Gyeongsan-si, Korea)로부터 구입하였다. - PBS buffer (pH 7.4) was supplied by Welgene, Inc. (Gyeongsan-si, Korea).
실시예 1Example 1
단일 수용체를 갖는 폴리다이아세틸렌 엑소좀의 검출Detection of polydiacetylene exosomes with a single receptor
도 1b에 도시된 절차를 따르면서 단일 수용체를 도입한 폴리다이아세틸렌 리포좀을 제조하고, 이를 용액에 분산시킨 형태의 폴리다이아세틸렌/인지질 소포체(리포좀) 엑소좀 센서를 이용하여 엑소좀을 검출하였다.Following the procedure shown in FIG. 1B, a polydieacetylene liposome into which a single receptor was introduced was prepared, and the exosome was detected using a polydieacetylene/phospholipid vesicle (liposome) exosome sensor in which a polydieacetylene liposome was dispersed in a solution.
PCDA/DMPC 지질 소포체(리포좀) 제조Preparation of PCDA/DMPC lipid vesicles (liposomes)
클로로포름에 PCDA 및 DMPC를 각각 용해시킨 용액을 유리 바이알에 투입하고 잘 혼합하여 PCDA : DMPC의 몰 비를 4 : 1로 조절하였고, 이후 질소 분위기 흐름 내에서 클로로포름을 증발시킴으로써 얇은 막 형태의 지질층을 형성하였다(지질 소포체). A solution obtained by dissolving PCDA and DMPC in chloroform was put into a glass vial and mixed well to adjust the molar ratio of PCDA: DMPC to 4: 1. Then, chloroform was evaporated in a nitrogen atmosphere to form a lipid layer in the form of a thin film. (lipid vesicles).
지질층을 완전히 건조시킨 후, 증류수를 투입하여 지질 농도가 1.0 mM이 되도록 조절하고, 80℃의 온도에서 5분 동안 중탕하여 승온시키고 팁 소니케이터를 이용하여 150W의 출력으로 20분 동안 초음파를 조사함으로써 필름 형태의 지질이 수계 매질 내에서 균일하게 분산되도록 하였다. 초음파를 이용하여 분산이 완료된 지질 소포체 용액을 바로 0.45 ㎛ 사이즈의 시린지 필터로 여과하였다. 여과된 수용액을 상온에서 냉각한 후, 4 ℃의 냉장고에서 최소 6시간 동안 방치하여 PCDA/DMPC 지질 소포체(리포좀)을 형성하였다.After completely drying the lipid layer, distilled water was added to adjust the lipid concentration to 1.0 mM, the temperature was raised by heating in a water bath at 80 ° C for 5 minutes, and ultrasonic waves were irradiated for 20 minutes at a power of 150 W using a tip sonicator. By doing so, the lipid in the form of a film was uniformly dispersed in the aqueous medium. The lipid vesicle solution, in which dispersion was completed using ultrasonic waves, was immediately filtered through a syringe filter having a size of 0.45 μm. After cooling the filtered aqueous solution at room temperature, it was left in a refrigerator at 4° C. for at least 6 hours to form PCDA/DMPC lipid vesicles (liposomes).
제조된 PCDA/DMPC 소포체(리포좀)의 SEM 사진을 도 3에 나타내었다. 상기 도면에 따르면, 지질 소포체가 결정 상을 형성함을 알 수 있다.SEM pictures of the prepared PCDA/DMPC vesicles (liposomes) are shown in FIG. 3 . According to the figure, it can be seen that lipid vesicles form a crystalline phase.
- 개질된 PCDA/DMPC 지질 소포체(리포좀) 제조- Preparation of modified PCDA/DMPC lipid vesicles (liposomes)
차갑게 냉각한 PCDA/DMPC 지질 소포체에 EDC/NHS를 첨가하여 EDC/NHS 농도를 100 mM로 조절한 후, 상온에서 2시간 동안 반응시켜, 지질 소포체를 NHS-활성화시켰다. 이와 같이 활성화된 리포좀은 4 ℃에서 25000g로 15분 동안 원심분리하여 상층액을 제거하였고, 침전물에 다시 증류수를 같은 량으로 주입하여 재분산 시켰다. 동일 과정을 3회 반복하고, 3번째 용액은 증류수 대신 5배 체적의 PBS로 채웠다. 1 mL의 지질 소포체 용액에 1 mg/mL 농도의 항 CD-63 항체 100 uL을 첨가하여 항체 농도가 0.1 mg/mL가 되도록 조절하였다. EDC/NHS was added to the cold PCDA/DMPC lipid vesicles to adjust the EDC/NHS concentration to 100 mM, followed by reaction at room temperature for 2 hours to NHS-activate the lipid vesicles. The activated liposomes were centrifuged at 4° C. at 25000 g for 15 minutes to remove the supernatant, and the precipitate was redispersed by injecting the same amount of distilled water. The same process was repeated three times, and the third solution was filled with 5 times the volume of PBS instead of distilled water. The antibody concentration was adjusted to 0.1 mg/mL by adding 100 uL of 1 mg/mL anti-CD-63 antibody to 1 mL of the lipid vesicle solution.
4 ℃의 냉장고에서 4시간 동안 교반하면서 NHS-활성 지질 소포체에 항체를 도입하였다. Antibodies were introduced into NHS-active lipid vesicles while stirring for 4 hours in a refrigerator at 4°C.
항체가 도입된 지질 소포체 용액에 에탄올아민-PBS 용액을 첨가하여 2 mM의 농도로 조절한 후, 2시간 동안 4℃에서 교반하여 잔여 NHS-활성화된 지질 소포체를 비활성화시켰다. An ethanolamine-PBS solution was added to the antibody-introduced lipid vesicle solution to adjust the concentration to 2 mM, followed by stirring at 4° C. for 2 hours to inactivate residual NHS-activated lipid vesicles.
이와 같이 수득된 용액은 4 ℃에서 20000ㅧg로 15분 동안 원심분리하여 상층액을 제거하였고, 침전물에 다시 PBS를 같은 량으로 첨가하고 재분산시키는 과정을 3회 반복함으로써 잔류하는 항체 및 에탄올아민을 제거하였다. 항체가 도입된 지질 소포체의 SEM 사진을 도 4에 나타내었다. 상기 도면에 나타낸 바와 같이, 지질 소포체 상에 수용체인 항체가 균일하게 고정되었음을 확인할 수 있다The obtained solution was centrifuged at 20000 g at 4 ° C. for 15 minutes to remove the supernatant, and the same amount of PBS was added to the precipitate and the process of redispersion was repeated three times to obtain residual antibodies and ethanolamine. has been removed. The SEM picture of the lipid vesicle into which the antibody was introduced is shown in FIG. 4 . As shown in the figure, it can be confirmed that the antibody, the receptor, was uniformly immobilized on the lipid vesicles.
- 폴리다이아세틸렌(또는 개질된 폴리다이아세틸렌) 리포좀의 제조- Preparation of poly die acetylene (or modified poly die acetylene) liposomes
한편, 엑소좀을 첨가하기 전, 개질된 지질 소포체에 대하여 254 nm 파장의 자외선을 400 μW/㎠ 세기로 청색을 띌 때까지 30분 동안 조사하여 중합함으로써 PDA 리포좀을 제조하였다. On the other hand, before adding the exosomes, the modified lipid vesicles were irradiated with UV light of 254 nm wavelength at an intensity of 400 μW/cm 2 for 30 minutes until they turned blue, thereby producing PDA liposomes.
- 시료 내 엑소좀의 검출- Detection of exosomes in samples
청색의 PDA 리포좀 용액(농도: 0.4 mg/mL, 1.0 mM) 및 측정하고자 하는 엑소좀 용액(농도: 3ㅧ108 vesicles/mL 이상)을 같은 체적으로 혼합한 후, 37 ℃에서 30분간 방치하여 엑소좀과 폴리다이아세틸렌 리포좀 간에 리간드-수용체 반응이 최대한 일어나도록 하였다. PDA 리포좀과 엑소좀 간의 반응에 의하여 형성된 응집체의 SEM 사진을 도 5에 나타내었다. 도시된 바에 따르면, PDA 리포좀 입자 간에 엑소좀이 견고하게 고정되어 있다. After mixing the blue PDA liposome solution (concentration: 0.4 mg/mL, 1.0 mM) and the exosome solution to be measured (concentration: 3 × 10 8 vesicles/mL or more) in equal volumes, leave at 37 ° C. for 30 minutes. A ligand-receptor reaction between exosomes and polydiacetylene liposomes was maximized. SEM pictures of aggregates formed by the reaction between PDA liposomes and exosomes are shown in FIG. 5 . As shown, the exosomes are firmly immobilized between the PDA liposome particles.
- 흡광도 분석- Absorbance analysis
UV-Vis 분광기를 이용하여 PBS를 첨가한 리포좀 용액 및 엑소좀 용액을 첨가한 리포좀 용액의 540 nm 및 640 nm에서의 흡광도를 측정하여 대비하였다. Absorbance at 540 nm and 640 nm of the liposome solution to which PBS was added and the liposome solution to which exosome solution was added were measured using a UV-Vis spectrometer to prepare for comparison.
하기 수학식 1을 이용하여 540 nm 및 640 nm에서의 흡광도를 대입하여 색 변화도(%)를 산출하였다.Color change (%) was calculated by substituting the absorbance at 540 nm and 640
[수학식 1][Equation 1]
또한, 엑소좀 농도를 변화시키면서 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 측정한 결과를 도 6에 나타내었다. 상기 도면에 따르면, 시료 내 엑소좀 농도가 증가함에 따라 장파장 대역(붉은색 대역)에서의 흡광도가 증가함을 알 수 있다. In addition, the results of measuring the UV-Vis absorption spectrum while varying the exosome concentration are shown in FIG. 6 . According to the figure, it can be seen that the absorbance in the long-wavelength band (red band) increases as the exosome concentration in the sample increases.
상술한 결과는 PDA 상에 접합된 수용체인 항체와 엑소좀 간의 리간드-수용체 상호작용에 의하여 PDA 소포체 클러스터를 형성하고, 그 결과 PDA 소포체의 색상 변화가 유도되었음을 시사한다. The above results suggest that the PDA vesicle cluster was formed by the ligand-receptor interaction between the antibody, which is a receptor conjugated on the PDA, and the exosome, and as a result, the color change of the PDA vesicle was induced.
- 형광세기 분석- Fluorescence intensity analysis
폴리다이아세틸렌의 형광세기 측정은 ZEISS사의 형광현미경를 사용하여 수행하였다. 구체적으로, PBS를 첨가한 리포좀 용액 및 엑소좀 용액을 첨가한 리포좀 혼합 용액을, 500 nm의 여기 파장에서 640 nm 부근의 형광 강도를 측정하고, 대조군(PBS 용액)에서의 형광 강도를 차감하여 형광 세기의 변화를 측정하였다. 그 결과, 엑소좀 용액을 첨가한 리포좀 용액에서의 형광 세기가 대조군에 비하여 유의미한 수준으로 높음을 확인하였다.Fluorescence intensity of poly-acetylene was measured using a fluorescence microscope from ZEISS. Specifically, the fluorescence intensity of the liposome solution to which PBS was added and the liposome mixture solution to which exosome solution was added was measured at an excitation wavelength of 500 nm around 640 nm, and the fluorescence intensity in the control (PBS solution) was subtracted to obtain fluorescence. Changes in intensity were measured. As a result, it was confirmed that the fluorescence intensity in the liposome solution to which the exosome solution was added was significantly higher than that of the control group.
실시예 2Example 2
도 2에 도시된 절차에 따라 다중 수용체를 도입한 폴리다이아세틸렌 리포좀을 제조하여 엑소좀을 검출하였다.According to the procedure shown in FIG. 2, poly-acetylene liposomes into which multiple receptors were introduced were prepared to detect exosomes.
폴리다이아세틸렌(PDA) 리포좀의 제조Preparation of polydiacetylene (PDA) liposomes
- PCDA/DMPC 지질 소포체(리포좀) 제조- Manufacturing of PCDA/DMPC lipid vesicles (liposomes)
테트라하이드로퓨란에 PCDA와 DMPC를 각각 용해시킨 용액을 증류수가 담긴 바이알에 시린지로 주입하여 다이아세틸렌 현탁액(PCDA : DMPC의 몰 비를 4 : 1로 조절함)을 제조하였다. 이때, PCDA와 인지질의 총 농도는 1.0 mM가 되도록 조절하였다. Diacetylene suspension (PCDA: DMPC molar ratio adjusted to 4: 1) was prepared by injecting a solution in which PCDA and DMPC were dissolved in tetrahydrofuran, respectively, into a vial containing distilled water with a syringe. At this time, the total concentration of PCDA and phospholipid was adjusted to be 1.0 mM.
제조된 지질 소포체 현탁액은 150W의 출력으로 15분 동안 초음파를 조사하여 지질 소포체(리포좀)을 형성하고 균질화 작업을 진행하였다. 초음파를 이용한 분산이 완료된 직후, 지질 소포체 용액을 0.45 ㎛ 사이즈의 시린지 필터로 여과하였다. 여과된 수용액을 상온에서 냉각한 후, 4 ℃의 냉장고에서 최소 6시간 동안 방치하여 PCDA/DMPC 지질 소포체(리포좀)을 형성하였다. The prepared lipid vesicle suspension was irradiated with ultrasonic waves at a power of 150 W for 15 minutes to form lipid vesicles (liposomes) and homogenization was performed. Immediately after the ultrasonic dispersion was completed, the lipid vesicle solution was filtered through a 0.45 μm syringe filter. After cooling the filtered aqueous solution at room temperature, it was left in a refrigerator at 4° C. for at least 6 hours to form PCDA/DMPC lipid vesicles (liposomes).
개질된 PCDA/DMPC 지질 소포체(리포좀) 제조Preparation of modified PCDA/DMPC lipid vesicles (liposomes)
차갑게 냉각한 PCDA/DMPC 지질 소포체에 EDC/NHS를 첨가하여 전체 농도를 100 mM로 조절한 후, 상온에서 2시간 동안 반응시켜, 지질 소포체를 NHS-활 성화시켰다. 이와 같이 활성화된 리포좀은 4 ℃에서 25000ㅧg로 15분 동안 원심분리하여 상층액을 제거하였고, 침전물에 다시 증류수를 같은 량으로 주입하여 재분산 시켰다. 동일 과정을 3회 반복하고, 3번째 용액은 증류수 대신 5배 체적의 PBS로 채웠다. 활성화가 이루어진 지질 소포체 용액 1 mL에 CD-9, CD-63, CD-81 및 CD-82에 대하여 특이적 결합능을 갖는 항체 용액을 첨가하였다. 이때, 첨가한 항체의 총 농도는 10 uM이 되도록 조절하였다. 각각의 항체의 농도 비율은 첨가하는 항체 용액 종류의 수에 따라 균등하게 첨가하였다. After adjusting the total concentration to 100 mM by adding EDC/NHS to the cold PCDA/DMPC lipid vesicles, the lipid vesicles were NHS-activated by reacting at room temperature for 2 hours. The activated liposomes were centrifuged at 4° C. at 25000 g for 15 minutes to remove the supernatant, and the precipitate was redispersed by injecting the same amount of distilled water. The same process was repeated three times, and the third solution was filled with 5 times the volume of PBS instead of distilled water. An antibody solution having specific binding ability to CD-9, CD-63, CD-81 and CD-82 was added to 1 mL of the activated lipid vesicle solution. At this time, the total concentration of the added antibody was adjusted to be 10 uM. The concentration ratio of each antibody was added equally according to the number of antibody solution types to be added.
항체가 도입된 지질 소포체 용액에 2 mM의 에탄올아민-PBS를 첨가하거나, 1 mg/mL 농도의 BSA에서, 2시간 동안 4℃에서 교반하여 잔여 NHS-활성화된 지질 소포체를 비활성화시켰다.Residual NHS-activated lipid vesicles were inactivated by adding 2 mM ethanolamine-PBS to the antibody-introduced lipid vesicle solution or by stirring in 1 mg/mL BSA at 4° C. for 2 hours.
이와 같이 수득된 용액은 4 ℃에서 20000ㅧg로 15분 동안 원심분리하여 상층액을 제거하였고, 침전물에 다시 PBS를 같은 량으로 첨가하고 재분산시키는 과정을 3회 반복함으로써 잔류하는 항체 및 에탄올아민을 제거하였다.The obtained solution was centrifuged at 20000 g at 4 ° C. for 15 minutes to remove the supernatant, and the same amount of PBS was added to the precipitate and the process of redispersion was repeated three times to obtain residual antibodies and ethanolamine. has been removed.
이후, 폴리다이아세틸렌(또는 개질된 폴리다이아세틸렌) 리포좀은 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 제조하였다.Then, polydieacetylene (or modified polydieacetylene) liposomes were prepared according to the same procedure as in Example 1.
시료 내 엑소좀의 검출Detection of exosomes in samples
앞서 제조된 PDA 리포좀을 함유하는 용액과 실시예 1에서 사용된 엑소좀 용액을 같은 체적으로 혼합한 후, 37 ℃에서 30분간 방치하여 엑소좀과 폴리다이아세틸렌 리포좀 간에 리간드-수용체 반응이 최대한 일어나도록 하였다. 엑소좀을 첨가한 후, PDA 리포좀의 투과전자현미경(JEOL사의 제품명 JEM-3010) 사진을 도 7에 나타내었다.After mixing the previously prepared solution containing the PDA liposomes and the exosome solution used in Example 1 in equal volumes, they were left at 37 ° C. for 30 minutes to maximize the ligand-receptor reaction between the exosomes and polydiacetylene liposomes. did After adding the exosomes, a transmission electron microscope (JEOL, product name: JEM-3010) photograph of the PDA liposomes is shown in FIG. 7 .
상기 도면에 따르면, PDA 리포좀에 엑소좀이 첨가됨에 따라 엑소좀 표면의 테트라스파닌과 다중 수용체 간의 상호작용으로 인하여 상호 결합함으로써 응집체가 형성되었다.According to the figure, as the exosomes were added to the PDA liposomes, aggregates were formed by mutually binding due to the interaction between tetraspanin and multiple receptors on the surface of the exosomes.
한편, 수용체가 도입된 PDA 리포좀의 엑소좀에 대한 선택성을 확인하기 위하여, 체액 또는 혈장에 많이 존재하는 알부민 단백질 및 피브리노겐 각각에 대하여 동일한 실험을 수행하였으며, 투과전자현미경을 이용하여 분석하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다(좌측 도면: 알부민 단백질, 우측 도면: 피브리노겐). 상기 도면에 따르면, 엑소좀을 첨가한 경우와 달리, 응집체가 형성되지 않음을 확인하였다.On the other hand, in order to confirm the selectivity of the receptor-introduced PDA liposomes for exosomes, the same experiment was performed on albumin protein and fibrinogen, respectively, which are abundant in bodily fluids or plasma, and analyzed using a transmission electron microscope. The results are shown in Figure 8 (left figure: albumin protein, right figure: fibrinogen). According to the figure, unlike the case where exosomes were added, it was confirmed that aggregates were not formed.
또한, PDA 리포좀을 함유하는 용액에 엑소좀 용액을 첨가하였을 때, 용액의 색 변화를 육안으로 관찰하였다. 그 결과를 도 9에 나타내었다.In addition, when the exosome solution was added to the solution containing PDA liposomes, the color change of the solution was visually observed. The results are shown in FIG. 9 .
상기 도면에서 알 수 있듯이, 용액의 색상이 청색에서 옅은 보라색으로 변화하였는 바, 이는 PDA 리포좀 상에 접합된(conjugated) 다중 수용체와 엑소좀 표면의 테트라스파닌 간의 리간드-수용체 상호작용에 의하여 PDA 내 구조 변화가 일어나 용액 색상에 영향을 미쳤음을 지시한다. As can be seen in the figure, the color of the solution changed from blue to light purple, which is due to the ligand-receptor interaction between the multireceptor conjugated on the PDA liposome and tetraspanin on the surface of the exosome. This indicates that a structural change has occurred and has affected the color of the solution.
실시예 3Example 3
본 실시예에서는 기재에 폴리다이아세틸렌/인지질 소포체(리포좀) 엑소좀을 고정시킨 형태의 센서를 기반으로 하되, 단일 수용체 및 다중 수용체로 개질시킨 센서를 이용하여 엑소좀을 검출하였다.In this example, exosomes were detected using a sensor modified with a single receptor and multiple receptors, based on a sensor in which polydiacetylene/phospholipid endoplasmic reticulum (liposome) exosomes were immobilized on a substrate.
구체적으로, 수용체로서 CD-63에 대하여 특이적 결합능을 갖는 항체(단일 수용체), CD-81에 대하여 특이적 결합능을 갖는 항체(단일 수용체), 및 이의 조합(다중 수용체)을 각각 함유하는 용액을 사용하는 것을 제외하고는 앞선 실시예에서와 동일한 절차에 따라 개질된 PCDA/DMPC 지질 소포체(리포좀)를 제조하였다. 그 다음, 상온에서 70% 이상의 습도가 유지되는 항온항습기 내부에서 아민으로 도포된 슬라이드 글라스(기재) 상에 대략 0.3 mm의 개질된 리포좀 어레이(Labnext사의 manual microarrayer를 이용함)를 형성하였다. 어레이 형성 후, 상온에서 약 4시간 동안 반응시켰다. 폴리다이아세틸렌 소포체가 부착된 기재는 0.1% TWEEN 20 용액을 이용하여 세척 과정을 거친 후, 증류수로 2회 추가 세척하였고, 건조시켜 표면의 수분을 제거하였으며, 각각의 어레이 부분에 엑소좀 용액을 적하하였다. 1시간 경과 후, 형광현미경으로 폴리다이아세틸렌 소포체의 형광 세기를 측정하였다. 그 결과를 도 10 및 도 11에 각각 나타내었다.Specifically, a solution containing an antibody having specific binding ability to CD-63 (single receptor), an antibody having specific binding ability to CD-81 (single receptor), and a combination thereof (multiple receptor) as receptors Modified PCDA/DMPC lipid vesicles (liposomes) were prepared according to the same procedure as in the previous example except for the use. Then, a modified liposome array (using a manual microarrayer from Labnext) of about 0.3 mm was formed on a slide glass (substrate) coated with amine in a thermo-hygrostat in which a humidity of 70% or more was maintained at room temperature. After forming the array, it was reacted at room temperature for about 4 hours. The substrate to which the polydieacetylene vesicles were attached was washed with 0.1
도 10은 기재 상에 부착된 폴리다이아세틸렌 소포체에 엑소좀 용액의 첨가 전 및 첨가 후에 촬영한 형광 사진이다.10 is a fluorescence photograph taken before and after addition of an exosome solution to polydieacetylene vesicles attached on a substrate.
상기 도면에 따르면, 개질된 폴리다이아세틸렌 소포체는 기재 상에 부착된 상태에서 엑소좀-함유 시료가 접촉되는 경우에 리간드-수용체 상호작용으로 인하여 형광을 나타내며, 투입 전에 낮은 형광을 보이는 폴리다이아세틸렌 소포체가 엑소좀과의 상호작용에 의하여 점차적으로 형광을 띄게 됨을 확인하였다.According to the figure, the modified polydieacetylene vesicles exhibit fluorescence due to ligand-receptor interaction when an exosome-containing sample is contacted in a state attached to a substrate, and polydieacetylene endoplasmic reticulum showing low fluorescence before introduction It was confirmed that gradually became fluorescent due to interaction with exosomes.
도 11은 폴리다이아세틸렌 소포체에 도입된 수용체에 따른 폴리다이아세틸렌/인지질 소포체가 엑소좀-함유 시료와 접촉할 경우, 시간에 따른 형광 세기의 변화를 나타내는 그래프이다.Figure 11 is a graph showing the change in fluorescence intensity with time when the polydieacetylene/phospholipid vesicles contact the exosome-containing sample according to the receptor introduced into the polydieacetylene endoplasmic reticulum.
상기 도면을 참조하면, 단일 수용체(CD-63 또는 CD-81에 대하여 특이적 결합능을 갖는 항체)를 도입하는 것 보다, 복수의 수용체(CD-63에 대하여 특이적 결합능을 갖는 항체 및 CD-81에 대하여 특이적 결합능을 갖는 항체의 조합)를 도입한 폴리다이아세틸렌 소포체에서 더 높은 형광신호를 얻을 수 있음을 확인하였다. 이는 복수의 수용체 도입을 통하여 동일한 엑소좀 농도의 시료에서 보다 많은 수용 결합가능부위를 확보할 수 있음을 지시한다.Referring to the figure, rather than introducing a single receptor (antibody having specific binding ability to CD-63 or CD-81), a plurality of receptors (antibody having specific binding ability to CD-63 and CD-81) It was confirmed that a higher fluorescence signal could be obtained from the polydieacetylene endoplasmic reticulum into which a combination of antibodies having specific binding ability) was introduced. This indicates that more receptor-binding sites can be secured in a sample of the same exosome concentration through the introduction of a plurality of receptors.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Simple modifications or changes of the present invention can be easily used by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.
Claims (15)
b) 상기 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀을 엑소좀-함유 수계 시료와 접촉함에 따라 시료 내 엑소좀과 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀 간의 리간드-수용체 반응에 의하여 유도되는 광학적 특성 변화를 측정하는 단계;
를 포함하며,
여기서, 상기 단계 b)는 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀 수용액 및 엑소좀-함유 수계 시료를 조합하는 방식으로 수행되는 엑소좀의 검출 방법.a) providing poly-acetylene liposomes modified with receptors having specific binding ability to biomarkers present on the surface of exosomes; and
b) measuring a change in optical properties induced by a ligand-receptor reaction between the exosomes and the modified polydieacetylene liposomes in the sample as the modified polydieacetylene liposome is brought into contact with the exosome-containing aqueous sample;
Including,
Here, the step b) is a method for detecting exosomes performed by combining a modified poly-diacetylene liposome aqueous solution and an exosome-containing aqueous sample.
a1) 다이아세틸렌 단량체 및 인지질을 자기-조합하여 지질층 막에 의하여 격리된 내부 공간을 갖는 지질 소포체(lipid vesicles)를 형성하는 단계;
a2) 상기 수용체를 지질 소포체에 부착하여 개질된 지질 소포체를 형성하는 단계; 및
a3) 상기 개질된 지질 소포체를 중합 반응시켜 개질된 폴리다이아세틸렌 리포좀을 형성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 1, wherein step a),
a1) self-assembly of die acetylene monomers and phospholipids to form lipid vesicles having internal spaces separated by a lipid layer membrane;
a2) attaching the receptor to lipid vesicles to form modified lipid vesicles; and
a3) polymerizing the modified lipid vesicles to form a modified polydiacetylene liposome;
A method for detecting exosomes, characterized in that it comprises a.
상기 인지질은 디미리스토일포스파티딜콜린 (DMPC), 디미리스토일포스파티딜글리세롤 (DMPG), 디팔미토일포스파티딜글리세롤 (DPPG), 디스테아로일포스파티딜콜린 (DSPC), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디올레일포스파티딜에탄올아민 (DOPE), 팔미토일스테아로일포스파티딜콜린 (PSPC), 팔미토일스테아롤포스파티딜 글리세롤 (PSPG), 모노-올레오일-포스파티딜에탄올아민 (MOPE), 디라우로일 에틸포스포콜린 (DLEP), 디미리스토일 에틸포스포콜린 (DMEP), 디팔미토일 에틸포스포콜린 (DPEP) 및 디스테아로일 에틸포스포콜린 (DSEP), 1,2-비스(올레오일옥시)-3-(트리메틸암모니오)프로판 (DOTAP), 디스테아로일포스파티딜글리세롤 (DSPG), 디미리스토일포스파티딜산 (DMPA), 디팔미토일포스파티딜산 (DPPA), 디스테아로일포스파티딜산 (DSPA), 디미리스토일포스파티딜이노시톨 (DMPI), 디팔미토일포스파티딜이노시톨 (DPPI), 디스테아로일포스파티딜이노시톨 (DSPI), 디미리스토일포스파티딜세린 (DMPS), 디팔미토일포스파티딜세린 (DPPS), 및 디스테아로일포스파티딜세린 (DSPS)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 엑소좀의 검출 방법.The method of claim 2, wherein the die acetylene monomer is at least one selected from the group consisting of PCDA (pentacosadiyonic acid), TCDA (trocosadiyonic acid), HCDA (heneicosadiynoic acid) and HDDA (heptadecadiynoic acid), and
The phospholipids include dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG), dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), Dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoylstearoylphosphatidylcholine (PSPC), palmitoylstearolphosphatidylglycerol (PSPG), mono-oleoyl-phosphatidylethanolamine (MOPE), dilauroylethylphosphocholine ( DLEP), dimyristoyl ethylphosphocholine (DMEP), dipalmitoyl ethylphosphocholine (DPEP) and distearoyl ethylphosphocholine (DSEP), 1,2-bis(oleoyloxy)-3 -(trimethylammonio)propane (DOTAP), distearoylphosphatidylglycerol (DSPG), dimyristoylphosphatidylic acid (DMPA), dipalmitoylphosphatidylic acid (DPPA), distearoylphosphatidylic acid (DSPA), Dimyristoylphosphatidylinositol (DMPI), dipalmitoylphosphatidylinositol (DPPI), distearoylphosphatidylinositol (DSPI), dimyristoylphosphatidylserine (DMPS), dipalmitoylphosphatidylserine (DPPS), and distearoylphosphatidylinositol (DPPS) A method for detecting exosomes, characterized in that at least one selected from the group consisting of thearoylphosphatidylserine (DSPS).
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