(57)【要約】蛋白質を調合および固定するための方法ならびにこの方法により形成された蛋白質マトリクス。蛋白質マトリクス調製法により、低膨潤性、非浸出性、高活性、および高い機械強度特性を有する物理的かつ化学的に安定な蛋白質マトリクスが得られる。本方法は蛋白質混合物を架橋し硬化させる工程と、鋳型を使用して蛋白質を所望の形状およびサイズに成形する工程とを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛋白質の調合方法であって、
蛋白質混合物を架橋剤と混ぜ合わせる工程と；
前記蛋白質混合物を架橋剤と混ぜ合わせた後、前記蛋白質混合物を鋳型に入れる工程と；
前記蛋白質混合物を硬化させる工程と；および
前記硬化した蛋白質混合物を前記鋳型から取り出す工程と；
を含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記蛋白質混合物を硬化させる工程は、前記蛋白質混合物を非液体架橋プロセスに曝露する工程を含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項３】
請求項２に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記蛋白質混合物を硬化させる工程は、前記蛋白質混合物を前記非液体架橋プロセスに曝露する工程の前に、前記蛋白質混合物をインキュベートする工程をさらに含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項４】
請求項２に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記蛋白質混合物を硬化させる工程は、前記蛋白質の溶液を前記非液体架橋プロセスに曝露する工程後に、前記蛋白質混合物を架橋溶液中に沈める工程をさらに含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項５】
請求項２に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記蛋白質混合物を非液体架橋プロセスに曝露する工程は、前記蛋白質混合物を、約１２．５％（ｗ／ｗ）のグルタルアルデヒドである気相に約１６時間曝露する工程を含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項６】
請求項３に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記蛋白質混合物をインキュベートする工程は、前記蛋白質混合物を大体室温で約２時間維持する工程を含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項７】
請求項４に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記蛋白質混合物を架橋溶液中に沈める工程は、約２．５％（ｗ／ｗ）のグルタルアルデヒドである緩衝溶液中に約１時間、前記蛋白質混合物を沈める工程を含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項８】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記蛋白質混合物は、グルコースオキシダーゼおよびヒト血清アルブミンを含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項９】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記架橋剤はグルタルアルデヒドであることを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記架橋剤はグルタルアルデヒドであることを特徴とする、請求項８記載の蛋白質の調合方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記架橋剤は、グルタルアルデヒド、スベリン酸ジスクシンイミジル（ＤＳＳ）、および１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）からなる群から選択されることを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記グルコースオキシダーゼは、約６７，０００Ｕ／ｍｌ〜１５０，０００Ｕ／ｍｌの間の濃度を有することを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記ヒト血清アルブミンは、約２３％（ｗ／ｖ）〜３２．５％（ｗ／ｖ）の間の濃度を有することを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記ヒト血清アルブミンは、約２３％（ｗ／ｖ）〜３２．５％（ｗ／ｖ）の間の濃度を有することを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記鋳型は、前記蛋白質混合物を少なくとも１つの細長い縄状構造に成形するように構成されることを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記方法は、前記少なくとも１つの細長い縄状構造を切断して断片とする工程をさらに含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の蛋白質の調合方法であって、
前記細長いロープ状構造は半円筒形であることを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記鋳型は、少なくとも１つの凹部を有する表面を備えるブロックを含み、
前記蛋白質混合物が前記鋳型に入れられる時には前記凹部に入れられることを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記凹部は少なくとも１つのチャネルを含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記凹部は半円筒形であることを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記凹部は複数の交差チャネルを含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記方法は、シリコーンを前記蛋白質混合物に添加する工程をさらに含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記蛋白質溶液にシリコーンを添加する工程は、
シリコーン粒子を得る工程と；および
前記シリコーン粒子を前記蛋白質混合物に添加する工程と；
を含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記シリコーン粒子の量は、前記蛋白質混合物の体積の２０％未満であることを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記シリコーン粒子を前記蛋白質混合物に混ぜ込む工程は、前記蛋白質混合物を前記鋳型に入れる前に実施されることを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２６】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記方法は、前記蛋白質混合物の硬化完了後、前記蛋白質混合物を洗浄する工程をさらに含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２７】
請求項１に記載の蛋白質の調合方法であって、
前記方法は、前記蛋白質混合物を前記鋳型から取り出した後、前記蛋白質混合物を少なくとも２つの断片に切断する工程をさらに含むことを特徴とする蛋白質の調合方法。
【請求項２８】
センサであって、
センサ本体と；および
前記センサ本体内に配置された、グルコースオキシダーゼ、ヒト血清アルブミン、および架橋剤を含む活性蛋白質と；
を備えることを特徴とするセンサ。
【請求項２９】
請求項２８に記載のセンサであって、
前記活性蛋白質は、前記センサ本体内に配置される前に硬化されることを特徴とするセンサ。
【請求項３０】
請求項２８に記載のセンサであって、
前記架橋剤は、グルタルアルデヒド、スベリン酸ジスクシンイミジル（ＤＳＳ）、および１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）からなる群から選択されることを特徴とするセンサ。
【請求項３１】
請求項１に記載の方法により形成されることを特徴とする蛋白質マトリクス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は２００１年１０月２３日に出願された「蛋白質マトリクスの調合および固定法ならびにセンサにおいて使用するための蛋白質マトリクス」と題する米国特許仮出願第６０／３３５，６６３号について優先権を主張する。この仮出願の内容については参照により本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、一般的には蛋白質マトリクスおよび／または酵素を調合し、固定するための方法およびシステムに関し、特別な態様では、例えば、短期または長期センサおよびバイオセンサにおいて使用するための、時間経過に対し物理的かつ化学的に安定な蛋白質および酵素の固定に関する。
【背景技術】
【０００３】
バイオセンサとマイクロエレクトロニクスとを組み合わせることにより、携帯用診断医療装置が使用可能となり、数え切れない人々の生活の質が改善された。過去、病院または診療所に診断テストのために定期的に訪れなければならなかった疾患または身体障害に苦しむ多くの人々が、現在では、匹敵する研究室用装置に対する精度を有する装置を用いて、自宅に居ながらにして、自分自身で診断試験を実施している。それにも関わらず、バイオセンシング分野における挑戦は続いている。例えば、多くの糖尿病患者が現在、自宅に居ながらにして診断用医療装置を使用しているが、そのような装置の大部分では依然として糖尿病患者が自分で採血し、自分でインスリンを注射する必要がある。採血では典型的には指を針で刺す必要がある。若年時に糖尿病と診断されると、生涯にわたり自分で指に針を刺しインスリン注射する回数が何万回にもなることがある。何千回も採血しインスリン注射することは明らかに侵襲的で不都合であり、かつ痛みがあり感情的に衰弱してしまうことがある。疾患または障害のある者の診断的な要求は、体内に埋め込むことができ、長期間体内に存在してもよい感知装置を用いて対処してもよい。例えば、埋め込み型感知・注入システムが係属中の米国特許出願第６０／３１８，０６０号において開示されている。この出願は参照により明細書に組み込まれる。その出願で記述されている埋め込み型感知システムの型の１つの例を本明細書では図１に示す。図１に示した感知システムは、注入用製剤を分配するためのカテーテル２０を有する埋め込み型注入ポンプ１２、および注入ポンプ１２を感知装置１６と接続するリード１４を備える。感知装置１６は静脈、動脈または任意の他の身体部分に挿入してもよく、そこでインプラント環境の所望のパラメータを感知することができる。感知装置１６には感知を容易にするためにウインドウが設けられても良い。酵素などの活性感知マトリクス１８を感知装置１６の内側においても良い。マトリクス１８は感知のために使用してもよい様々な酵素、蛋白質などのうちの任意のものとしてもよい。例えば、生理学的パラメータ感知が望ましい場合、1または複数の蛋白質を酵素として使用してもよい。より詳細には、装置がグルコース感知装置である場合、例えばグルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）およびヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）を固体マトリクス中で同時に使用しセンサマトリクス蛋白質を形成させてもよい。センサにおいて使用するための酵素を調合するための以前のプロセスでは、酵素を感知装置内の空洞に置く過程が含まれ、酵素は依然として液体またはゲル様形態のままであった。そのようなプロセスでは、ゲル様酵素は感知装置空洞に入れられ、空洞内の定位置で固まるであろう。酵素に硬化剤または架橋剤を添加すると、酵素は感知装置の内側に置かれると直ちに固化する。従来のプロセスに関連する困難の１つは、時間が経過しても化学的に十分安定な蛋白質マトリクスを作製することである。例えば、グルコースバイオセンサの場合、ＧＯｘは過酸化物および酸素により時間経過に伴い酸化的不活性化を受けることがわかっている。グルコースセンサの寿命は主にＧＯｘの寿命に依存するので、センサの感度は酵素が崩壊するに��れ時間と共に失われる。グルコースオキシダーゼはグルコースと相互作用すると酸化および還元のサイクルを経由する。グルコースオキシダーゼは還元状態で最も不活性化を受けやすい。過酸化水素、ヒドロペルオキシラジカルなどが、特に還元状態で、ＧＯｘを不活性化することができる。グルコースオキシダーゼ反応順序は、図５でより完全に記述され、図示される。感知装置において使用するための蛋白質マトリクスを調合するための従来の方法に関する他の問題は、センサマトリクス蛋白質が時間の経過に伴い機械的に十分安定ではないことである。例えば、グルコースバイオセンサの場合、ＧＯｘが所望の機械的安定を有さない、すなわち、ＧＯｘがその形状を維持しないという問題が存在する。従来の方法により作製された酵素は膨潤または縮小を受けやすい。例えば、ＧＯｘ溶液またはゲルをセンサ本体の空洞に注入し、ＧＯｘを定位置で硬化させる従来方法では、硬化中にＧＯｘ酵素の縮小および変形が起こることがある。その結果、そのような方法により作製した各センサは異なる形状のＧＯｘ酵素を有することがあり、このため同じ方法により作製した他のセンサと幾分異なる動作をすることがある。さらに、酵素は浸出を受けやすい。センサで使用した酵素が浸出または膨潤を受けやすいと、センサ精度および感度は悪影響を受けることがある。実際、時間経過と共に酵素が膨潤とするとセンサ本体の変形が生じることがある。センサの本体の変形によりセンサの応答または較正が変化することがある。さらに、酵素の膨潤または浸出により感知装置のウインドウの形状が変化し、感知装置の応答も変化することがある。酵素がゲル形態である場合に酵素を感知装置内に注入するプロセスに関連する他の問題もある。酵素を感知装置の空洞に注入する場合、確実に、酵素が感知装置内の容積を完全に満たすことは困難である。酵素が注入された後空洞内に隙間が残っていると、それらの隙間により感知装置の安定性および感度が悪影響を受けることがある。さらに、酵素は硬化または固化するにつれ縮小する傾向があるので、センサの酵素空洞にさらに隙間または空間が残されることがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そのため、本発明の態様の利点は、蛋白質調合および固定技術を組み合わせ、物理的および化学的に安定な蛋白質マトリクスを得るための方法を提供することである。本発明の他の利点は、感知装置内に挿入する前に所望の形状およびサイズに成形される蛋白質マトリクスを調合および固定するための方法を提供することである。本発明の態様は、蛋白質マトリクス、および感知装置の内側に酵素を置く前に硬化および架橋手順を実施し、改善させた機械安定性を有する蛋白質マトリクスを作製するための方法を含む。本発明の態様の他の利点は、酵素または蛋白質を変えることにより、および架橋プロセスパラメータを変えることにより診断的または連続感知用途のために活性、機械的安定性および動作安定性をカスタマイズすることができる蛋白質マトリクスを調合および固定するための方法を提供することである。本発明の態様の他の利点は、十分低い膨潤および浸出特性ならびに十分高い活性および機械強度特性を有する蛋白質マトリクスを調合し、固定するための方法を提供することである。調合および固定方法の態様を、短期または長期センサおよびバイオセンサにおいて使用するための蛋白質マトリクスを調製するために適用してもよい。さらに、方法の態様を使用して、感知装置以外に使用するための蛋白質の成形、例えば生物組織代用品、動脈、心臓弁などの成形を行うことができる。本発明の態様の他の利点は、十分一貫性があり一様な様式で動作することができ、長期にわたり認められるほどの感度の損失がない、埋め込み可能な感知装置において使用される蛋白質マトリクスを調合し、固定するための方法を提供することである。本発明の態様の他の利点は、十分高濃度のＧＯｘを有する蛋白質ペレットを提供することである。ＧＯｘ濃度を増加させることにより、本発明の態様は酵素崩壊の影響を打ち消し、感知装置の寿命を延ばすことができる。そのような態様により、蛋白質ペレットは硬化され、所望の形状およびサイズに成形された後、感知装置に挿入され、例えば適切な適合性が確保され、膨潤または浸出の可能性が低減される。図７は膨潤分析の結果を示す２つのグラフである。第１のグラフは固定が不十分な、調合グルコースオキシダーゼ−ヒト血清アルブミンマトリクスの膨潤を示す。第２のグラフは本発明の態様により、固定が改善された、調合マトリクスの膨潤特性を示す。本発明の１つの態様では、方法は蛋白質混合物（例えば、ＧＯｘおよびヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）が挙げられるが、これらに限定されない）を架橋剤（例えば、グルタルアルデヒドが挙げられるが、これに限定されない）と混ぜ合わせる工程を含む。この態様では、混合物は鋳型に注入され、そこで硬化される。いったん硬化されると、固定化酵素、蛋白質またはそのようなマトリクスはグルタルアルデヒドまたは他の架橋剤によりさらに架橋させてもよく、機械的に安定な蛋白質が得られる。架橋剤の型および固定の程度は酵素、蛋白質などにより変化させてもよい。硬化させた蛋白質混合物を切断し、機械加工し、または別の方法で成形し所望の形状、サイズとすることができる。１つの態様では、鋳型は混合物を半円筒形縄状構造とするように構成され、そのような縄状構造はその後切断されてペレットとされる。本方法により作製された蛋白質ペレットを使用する感知装置は改善された寿命を示すことができることがわかっている。本発明の他の態様では、蛋白質マトリクスを調合し、固定する方法は、蛋白質マトリクスにシリコーン粒子を添加する工程をさらに含む。シリコーン粒子の添加は感知装置における酸素の減少を阻止すると考えられる。酸素の減少により、ＧＯｘが還元状態になる。還元ＧＯｘは不活性化をより受けやすい。したがって、シリコーンを添加すると、時間経過に対するセンサマトリクス蛋白質の化学安定性が助長されるかもしれない。本発明の態様のこれらのおよび他の目的、特徴ならびに利点は、図面および添付の請求の範囲と共に読めば、本発明の態様の以下の詳細な説明により当業者には明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の好ましい態様について、添付の図面を参照して簡単に説明する。
【０００６】
以下の詳細な説明は本発明を実施する現在最も検討された様式を示すものである。この記述は限定するものと考えるべきではなく、本発明の一般原理を説明する目的のためになされたものにすぎない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により最もよく規定される。本発明は、一般に、蛋白質マトリクスおよび／または酵素、ならびに蛋白質マトリクスおよび／または酵素を調合し、固定するためのプロセスに関する。上記のように、そのような蛋白質マトリクスは、例えば、長寿命の安定したセンサの作製を促進することができる。例示的な態様では、蛋白質マトリクスはグルコースバイオセンサにおいて使用するための固定化グルコースオキシダーゼ（ＧＯｘ）およびヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）マトリクスである。しかしながら、本発明の他の態様は様々な目的のために他の蛋白質を鋳造することを含む。本発明の様々な態様による方法を使用して物理的かつ化学的に安定な蛋白質マトリクスを製造してもよい。図１は、本発明の１つの態様により作製したセンサマトリクス蛋白質を使用することができるシステム１０の一例を示したものである。他の態様は他の適したシステム構成を使用してもよい。しかしながら、例えば、図１のシステム１０は埋め込み型注入ポンプ１２を含み、このポンプは患者の腹部などの患者の体内に埋め込んでもよい。ポンプ１２はカテーテル２０を介して注入製剤（例えば、インスリン製剤）を分配する。リード１４はインプラント環境の感知パラメータに依り注入製剤の送達を調節するためにポンプ１２を感知装置１６に接続する。図１のセンサシステムでは、蛋白質ペレット１８が感知装置１６内の蛋白質マトリクスとして使用される。感知装置１６は活性蛋白質または酵素により動作する任意の適したセンサとしてもよい。そのようなセンサとしては、米国特許出願第６０／３１８，０６０号において記述されているセンサが挙げられるが、これらに限定されるものではない。この出願は参照により本明細書に組み込まれる。図１Ｂは図１Ａで示したシステム１０の二次元図である。図１Ｃは図１Ａおよび１Ｂで示した注入および感知システムのセンサ領域の拡大破断図である。図２Ａは蛋白質マトリクスを作製するための本発明の１つの態様によるプロセスである流れ図を示したものである。このプロセスによれば、最初に、蛋白質混合物が得られ、または調合される。蛋白質混合物はポリマー添加物を含まないもの、限外濾過または他のクロマトグラフィー技術を用いて濃縮されたものとしてもよい。その後、蛋白質混合物に架橋剤を添加し、続いて重合混合物を鋳型に入れることにより蛋白質マトリクスを形成してもよい。形成したマトリクスを、架橋剤を含む非液体雰囲気下に置き、組成の完全性を維持し、所望の究極の機械特性を達成する。保持された活性、機械的安定性および動作安定性は、蛋白質および架橋プロセスパラメータを変えることにより、診断的または連続感知用途に従いカスタマイズすることができる。本発明の特定の態様のより詳細な説明は図２Ｂを用いて以下に記述する。図２Ｂは蛋白質ペレット１８を作製するための本発明の１つの態様によるプロセスである流れ図を示したものである。図２Ｂに示した態様は、センサマトリクス蛋白質を調合し、固定するためのプロセスである。好ましい態様では、本方法を使用して、時間経過しても機械的かつ化学的に安定で、硬化状態で感知装置に挿入することができる蛋白質ペレットを得ることができる。図２Ｂに示した態様では、２２で示すように、最初に、蛋白質混合物または懸濁液を得、または調合する。例示的な態様では、得られるまたは調合される蛋白質混合物はポリマー添加物を含まず、限外濾過または他のクロマトグラフィー技術を用いて濃縮されたものである。例示的な態様では、蛋白質混合物はＧＯｘおよびＨＳＡ混合物を含む。ＧＯｘ濃度は本発明の異なる態様に対し変動させてもよい。例えば、ＧＯｘ濃度は約３５０ｍｇ／ｍｌ（６７，０００Ｕ／ｍｌ）〜約７００ｍｇ／ｍｌ（１５０，０００Ｕ／ｍｌ）の範囲内としてもよい。そのような態様では、ＨＳＡ濃度は、ＧＯｘ濃度に依り、約２３〜３２．５％（ｗ／ｖ）の間で変動してもよい。また、コラーゲンまたは他の構造蛋白質をＨＳＡの代わりに、またはＨＳＡと共に使用することができる。ＧＯｘ以外の酵素を使用する態様では、本明細書で記述した濃度以外の濃度を使用してもよい。例えば、使用した酵素に依り、約１０重量％〜７０重量％の範囲の濃度が適当であるかもしれない。濃度は使用した特別な酵素だけでなく、得られる蛋白質マトリクスの所望の特性に依っても変動させてもよい。例えば、蛋白質マトリクスを診断的役割（diagnostic capacity）で使用する場合、ある一定の濃度を使用してもよく、ある構造特性が望ましい場合は他の濃度を使用してもよい。実験を通して使用する濃度を変動させ、どの濃度（およびどの酵素または蛋白質）により所望の結果が得られるかを決定してもよいことは、当業者であれば理解されるであろう。本明細書で記述した態様ではＧＯｘを使用しているが、他の蛋白質および／または酵素もまた使用してもよく、またはＧＯｘの代わりに使用してもよく、例えばヘキソースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼなどが挙げられるが、これらに限定されない。当業者には明らかなように、他の蛋白質および／または酵素もまた使用してもよい。さらに、例示的な態様ではＨＳＡを使用しているが、他の構造蛋白質、例えばコラーゲンなどもＨＳＡの代わりに、またはＨＳＡと共に使用することができる。次に、２４で示されるように、架橋剤を蛋白質混合物に添加する。１つの態様では、アミン架橋剤、例えばグルタルアルデヒド（これに限定されない）が蛋白質混合物に添加される。蛋白質混合物に架橋剤を添加すると蛋白質ペーストが形成される。添加する架橋剤の濃度は蛋白質混合物の濃度に依り変動させてもよい。例示的な態様では、ＧＯｘ濃度は約６７，０００Ｕ／ｍｌであり、ＨＳＡ濃度は約２５％（ｗ／ｗ）であってもよく、酵素マトリクス中の最終グルタルアルデヒド濃度は約１．２５％としてもよい。上記態様においてはグルタルアルデヒドを使用するが、他の架橋剤を共に使用してもよく、またはグルタルアルデヒドの代わりに使用してもよく、例えば、スベリン酸ジスクシンイミジル（ＤＳＳ）などのアミン反応性ホモ官能性（homofunctional）の架橋剤が挙げられるがこれに限定されない。他の例は１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）であり、これはゼロ長（zero-length）架橋剤である。ＥＤＣはカルボン酸とアミン基との間でアミド結合を形成する。当業者には明らかなように、他の適した架橋剤もまた使用してもよい。架橋剤を蛋白質混合物に添加すると直ちに、複合混合物を鋳型に注入し、またはそうでなければ鋳型に適用することができる。これは、例えば、複合混合物をシリンジ中に引き込み、混合物を鋳型中に注入することにより実施してもよい。いくつかの態様では、複合混合物は高い反応性を有してもよく、そのため直ちに硬化してもよい。そのため、複合混合物は、混合物が硬化しないうちに素早く鋳型に注入、またはそれでなければ鋳型に適用すべきである。鋳型の形状または型は得られる蛋白質ペレットの所望のサイズおよび形状に依存してもよい。例えば、鋳型は、正確に所望の形状およびサイズとなる蛋白質ペレットが製造されるように構成することができる。しかしながら、鋳型はまた、切断、機械加工、または別の方法で成形して所望の形状およびサイズとする必要がなおある蛋白質マトリクスが得られるように構成されてもよい。図３は本発明の１つの態様により使用することができる鋳型の１つの例の斜視図である。鋳型は化学的に不活性な表面を有するように形成されてもよい。確実に、鋳型が化学的に不活性な表面を有するようにする１つの方法は、テフロン（登録商標）、デルリン（登録商標）など（これらに限定されない）の材料を使用することである。図示した態様における鋳型は２つの対向するブロック３０および３６から構成される。図示した方向では、底部ブロック３０はその上面３４に交差チャネル３２を有する。交差チャネル３２はそれぞれ、底部ブロック３０の上面３４にある半円筒形凹部により形成される。上部ブロック３６は平らな底面を有する。図示した態様では、底部ブロック３０の上面３４および上部ブロック３６の底面は押し付けられねじられる（screwed）。蛋白質混合物は上部ブロックを貫通する開口または穴３８を通して鋳型に注入されてもよい。他の態様は様々な構造の鋳型を使用してもよい。他の態様で使用してもよい種類を図４Ａ〜４Ｄに示す。図４Ａ〜４Ｄに図示されるように、鋳型内の凹部（またはチャネル）はそれぞれ異なるように構成してもよい。例えば、凹物は平行線、らせん、または交差線の複数の群とすることができる。また、本明細書で記述した態様は半円筒形の凹部（またはチャネル）を使用しているが、他の適した形状またはチャネル断面構成を使用することができる。断面構成は所望の用途に従い変化させてもよい。例えば、チャネル断面は長方形、円筒形、管状、球状、または任意の他の所望のまたは適した構成とすることができる。他の適した特定用途向け鋳型構成は当業者には明らかであろう。複合混合物を鋳型内に入れると直ちに、鋳型内で混合物をインキュベートする。１つの例示的な態様では、混合物は室温で約２時間インキュベートされる。インキュベーション期間後、混合物は架橋されるが、まだ完全に硬化されていなくてもよい。他の態様では、インキュベーションは他の適した期間実施されてもよく、および／または高温で実施されてもよい。この最初の成形操作中に、蛋白質マトリクスに主形状を与えても良い。言い換えれば、鋳型は蛋白質マトリクスの最終的な形状を規定してもよい。インキュベーションに続き、その後、蛋白質マトリクスを、架橋剤を含む雰囲気中に置き、組成の完全性を維持し、最終的な機械特性を達成してもよい。例示的な態様では、インキュベーション後、混合物を気化させた架橋剤に曝露する。しかしながら、他の態様では、非液体を基本とする環境を使用してもよい。非液体架橋剤プロセスにより、混合物はさらに硬化され固化される。当業者であれば、非常に高圧〜非常に低圧である適当な非液体環境が適していることは理解されるであろう。環境温度もまた実験に従い変動させることができる。例示的な態様では、非液体架橋プロセスは、鋳型を開き、混合物を反応器中の気相に適当な期間曝露し、混合物をさらに硬化および固化することにより実施してもよい。鋳型が図３に示したように構成される例示的な態様では、鋳型の２つのブロックが分離され、その後も混合物はブロック３０の凹部３２に存在してもよい。その後、混合物を凹部３２内に存在させたまま、ブロック３０を気相反応器内のチャンバ内に入れても良い。１つの例示的な態様では、混合物は開いた鋳型の凹部３２内に依然として存在したまま、約１６時間気相に曝露される。他の態様では、他の適した曝露期間を採用してもよい。気相架橋剤には、例えば、水蒸気中の約１２．５％（ｗ／ｗ）のグルタルアルデヒドが含まれる。他の態様では、他の適した気相架橋剤を使用してもよい。蛋白質混合物が水和されたままであるべき場合、気相には水蒸気が含まれることが望ましい。例えば、酵素は、反応器が乾燥すると活性でなくなるかもしれない。例示的な態様では、混合物は適当な期間、気化架橋剤に曝露された後、鋳型から取り出され、架橋溶液中に導入されまたは入れられ、硬化混合物のさらなる架橋が起こる。混合物は、プロセスのこの時点で、いかなる型の鋳型をプロセスで使用したにせよ、凹部の構造に酷似する。例えば、図３に示した鋳型を使用した場合、プロセスのこの時点で、硬化混合物は半円筒形縄状構造に酷似するであろう。図２の例示的な態様では、蒸気グルタルアルデヒドによりＧＯｘ−ＨＳＡマトリクスをさらに架橋させた後、硬化ロープを２．５％のグルタルアルデヒド緩衝溶液に曝露させてもよい。溶液中のグルタルアルデヒドは残りのまたは残留アミン基と反応し、ＧＯｘ−ＨＳＡマトリクスがさらに架橋されてもよい。他の態様では、使用する蛋白質または酵素により、必要に応じて変動させた、適した濃度のグルタルアルデヒド溶液を使用してもよい。他の態様では、グルタルアルデヒド以外の架橋剤を有する架橋溶液を使用してもよく、そのような架橋剤としては、例えばＥＤＣおよびＤＳＳが挙げられるがこれらに限定されない。例示的な態様では、硬化混合物は約１時間架橋溶液中に沈められる。他の態様では、他の適した期間を使用してもよい。さらに、当業者であれば、他の態様ではプロセスのこの部分を省略することができることは理解されるであろう。例示的な態様では、硬化混合物架橋溶液中に導入した後、または入れた後、硬化混合物を洗浄する。硬化混合物が架橋溶液中に全く入れられない態様では、硬化混合物は気相後に洗浄してもよい。硬化混合物は様々な洗浄溶液中で洗浄してもよく、そのような溶液としては、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）、滅菌脱イオン水、または任意の他の適した洗浄溶液が挙げられるがこれらに限定されるものではない。さらに、硬化混合物は１度洗浄してもよく、または２度以上洗浄してもよい。例示的な態様では、硬化混合物は滅菌脱イオン水、リン酸緩衝生理食塩水および／またはグリシン緩衝液で５回洗浄される。硬化混合物の洗浄の目的は、残留グルタルアルデヒドを全て除去することである。他の態様では、本発明の精神または範囲を逸脱せずに、洗浄以外の方法を使用して、残留グルタルアルデヒドを除去、または使用した異なる架橋剤の残留分を除去することができる。他の態様では、洗浄プロセスまたは他の手段による架橋剤の残留分の除去は全く省略することができる。例示的な態様では、硬化混合物を洗浄した後、切断、機械加工、または成形して所望の形状およびサイズの断片としてもよい。硬化混合物はプロセスのこの時点では容易に切断できる。上記のように、例示的な態様では、センサマトリクス蛋白質のための所望の形態は、半円筒形ペレット構造である。図３に示した例示的な鋳型では、ペレットサイズの断片に切断することができる縄状構造が得られる。蛋白質マトリクスの主構造または形態は最初の成形操作中に与えられる。したがって、切断または機械加工プロセスは、例えば、気相前に、または混合物を鋳型内でインキュベートした後プロセスの任意の他の時点で、実施することができる。他の態様では、混合物を所望の形状およびサイズ（すなわち、半円筒形ペレット構造）に成形する鋳型を使用してもよい。当然、混合物を所望の形状およびサイズにする鋳型を使用する態様では、混合物はプロセスの一部として切断、機械加工される必要はなく、別の方法で成形される必要もない。その場合、混合物の切断、機械加工または別の成形はプロセスから省略してもよい。さらに、例示的な態様では、得られたペレットを、入れてもよいセンサに対し線対線で適合するようなサイズとする。他の態様では、混合物はわずかに大きくなるように成形してもよく、感知装置（これに限定されない）などの混合物を入れることができる装置内でぴったりと適合される。ＧＯｘの濃度を最大にし、センサ寿命を長くすることは本発明の１つの態様の１つの利点である。本発明の他の態様では、ＧＯｘ濃度を増大させ、センサの寿命をさらに延長させる。例えば、他の態様では、図２で図示した上記同じ手順を使用してもよい。しかしながら、ＧＯｘ、ＨＳＡおよびグルタルアルデヒドの濃度を変えてもよい。例えば、ある態様では、ＧＯｘ濃度が約１００，０００Ｕ／ｍｌ、ＨＳＡ濃度が約３２．５％（ｗ／ｖ）としてもよい。そのような態様では、ＧＯｘ−ＨＳＡ混合物は約１００μｌの１２．５％（ｗ／ｗ）グルタルアルデヒド溶液により固定されてもよい。そのような態様では、約１年間物理的かつ化学的に安定なままである蛋白質ペレットが得られる。他の態様では、約１３５，０００Ｕ／ｍｌのＧＯｘ濃度、約２３％（ｗ／ｖ）のＨＳＡ濃度を用いる図２で図示した上記同じ手順を使用してもよい。そのような態様では、ＧＯｘ−ＨＳＡ混合物は、１ｍｌのＧＯｘ−ＨＳＡ混合物あたり約１００μｌの２５％（ｗ／ｗ）グルタルアルデヒド溶液により固定されて��よい。この態様では、１年を越えて、物理的かつ化学的に安定なままである蛋白質ペレットが得られる。他の態様では、約１５０，０００Ｕ／ｍｌのＧＯｘ濃度、約３２．５％（ｗ／ｖ）のＨＳＡ濃度を用いる図２で図示した上記同じ手順を使用してもよい。そのような態様では、ＧＯｘ−ＨＳＡ混合物は、１ｍｌのＧＯｘ−ＨＳＡ混合物あたり約１００μｌの１２．５％（ｗ／ｗ）グルタルアルデヒド溶液により固定されてもよい。当業者であれば、これらの態様で組み込まれたＧＯｘ、ＨＳＡおよびグルタルアルデヒドの濃度が本発明の範囲または精神から逸脱せずに変動させることができることは当然理解されるであろう。本発明の他の態様は、蛋白質混合物中で添加物を使用することにより蛋白質マトリクスの動作活性をさらに増強させる工程を含む。例えば、１つの態様は、ある量のシリコーン粒子などの他の物質を蛋白質混合物に添加し、動作安定性を増強させる工程を含む。シリコーン粒子を蛋白質混合物に添加すると、感知装置がより長期にわたりその感度を維持することができる。シリコーン粒子は生成物に特異的な酵素不活性化速度を増大させるのに十分重要な酸素の減少を阻害すると考えられる。図２で示した上記の例示的な態様はこの態様では同じままであるが、シリコーン粒子などの他の物質を蛋白質混合物に添加することのみ異なる。シリコーン粒子を使用する態様では、添加されるシリコーン粒子は約１体積％（ｗ／ｖ）〜５体積％（ｗ／ｖ）であり、得られた蛋白質ペレットを最終的に使用することができるセンサの応答は変わらない。しかしながら、他の態様では、より多くのまたはより少量のシリコーンを蛋白質混合物に添加することができる。この態様では、添加するシリコーン粒子の総量は好ましくはＳＭＰペレットの量の２０％未満である。当業者であれば、添加したシリコーンの量およびシリコーン粒子の正確なサイズは、本発明の範囲または精神から逸脱せずに、変動させることができることは理解されるであろう。図８Ａおよび８Ｂは、添加物無し（８Ａ）およびシリコーン添加物あり（８Ｂ）の蛋白質マトリクスを使用したセンサに対するグルコース較正曲線である。較正バンドが狭いとセンサの安定性が示される。センサが活性を失うと、較正曲線は図８Ａに示されるようにドリフトする傾向がある。蛋白質マトリクスがシリコーン添加物を含むと、図８Ｂに示されるようにドリフトは起こらない。上記態様を使用して任意の蛋白質マトリクスを調製することができる。上記態様により調合された蛋白質マトリクスは短期および長期バイオセンサの両方において使用するのに特によく適している。固定プロセスにより、時間経過に対し物理的かつ化学的に安定な蛋白質マトリクスを作製することができる。最終蛋白質マトリクスは、低膨潤性、非浸出性で、高い活性および高い機械的強度特性を有する好都合な品質を備えるように成形することができる。これらの特性は長寿命で安定なセンサの作製には必要不可欠である。上記態様について、例えばグルコースオキシダーゼを調合し固定するという点から説明してきたが、他の態様ではグルコースオキシダーゼ以外の蛋白質および／または酵素を調合してもよい。例えば、他の態様では、ヘキソースオキシダーゼ、乳酸オキシダーゼなどの蛋白質および／または酵素もまた調合、固定することができる。当業者であれば、このプロセスは様々な蛋白質および／または酵素に適用できることは認識、理解されるであろう。さらに、上記態様については、例えば、感知装置において使用してもよい蛋白質ペレットを成形または鋳造するという観点から説明したが、当業者であれば、このプロセスの態様を使用して生物組織代用品、動脈、心臓弁などを成形または鋳造することができることは認識、理解されるであろう。例えば、これは動脈、心臓弁などの形状とされた鋳型内で血漿蛋白質を固定することにより実施してもよい。固定プロセスにより、機械的かつ化学的に安定な人工動脈、心臓弁などが得られるはずである。本明細書で開示した態様は全ての点において例示的なものであり、本発明を限定するものではないと考えるべきである。本発明の範囲は前記説明ではなく、添付の特許請求の範囲により示される。特許請求の範囲と等価な意味および範囲内にある全ての変更は本特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本発明の１つの態様によるセンサマトリクス蛋白質（一定の比例に縮小して図示せず）を使用することができる埋め込み型の感知装置（一定の比例に縮小して図示せず）の使用の例示的な環境の断片的破断図である。
【図１Ｂ】埋め込み型注入および感知装置の二次元図である。
【図１Ｃ】感知装置のセンサ領域の破断拡大図である。
【図１Ｄ】埋め込み型感知装置の使用の例示的な環境の他の断片的破断図である。
【図２Ａ】本発明の１つの態様によるセンサマトリクス蛋白質を調合し固定するための方法の流れ図である。
【図２Ｂ】本発明の１つの態様によるセンサマトリクス蛋白質を調合し固定するための方法の流れ図である。
【図３】本発明の１つの態様において使用される鋳型の一例の斜視図である。
【図４Ａ】本発明の他の態様において使用される鋳型の例の二次元図である。
【図４Ｂ】本発明の他の態様において使用される鋳型の例の二次元図である。
【図４Ｃ】本発明の他の態様において使用される鋳型の例の二次元図である。
【図４Ｄ】本発明の他の態様において使用される鋳型の例の二次元図である。
【図５】グルコースオキシダーゼ反応順序の流れ図である。
【図６】本発明の１つの態様において使用される鋳型の他の例の斜視図である。
【図７Ａ】グルコースオキシダーゼ−ヒト血清アルブミンマトリクスについて実施した膨潤分析の結果を示したグラフであり、マトリクスの固定が不十分な場合の膨潤を示したものである。
【図７Ｂ】グルコースオキシダーゼ−ヒト血清アルブミンマトリクスについて実施した膨潤分析の結果を示したグラフであり、本発明の態様による改良された固定プロセスの場合の膨潤を示したものである。
【図８Ａ】添加剤無しのセンサに対するグルコース較正曲線を示したグラフである。
【図８Ｂ】本発明の１つの態様によるシリコーン添加剤を組み入れたセンサに対するグルコース較正曲線を示したグラフである。
【図１Ｂ】
2005507007.tif 000002
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2005507007.tif 000006
【図５】
2005507007.tif 000007
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2005507007.tif 000009
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005507007.tif 000049
【国際調査報告】
2005507007.tif 000050