(57)【要約】  生体システムに存在するアナライトを測定し、または検出するための、センシング装置および方法が与えられる。本方法は、当該アナライトに特異的なレポーターシステムを含有するセンシング装置の使用を伴うが、この場合、レポーターシステムは平面基材に貼り付けられるか、もしくは皮膚の浅い表層に送達される粒子に付着されているかのいずれかである。レポーターシステムは、検出可能な輻射線を吸収または放出するレポーティング試薬を包含し、アナライトとコミュニケーションするように、もしくはアナライトの含有が疑われる組織または体液とコミュニケーションするように配置される。センシング装置は照射され、レポーティング試薬から発せられた輻射シグナルを測定もしくは検出した後、アナライトの存在または量と関連づける。【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a) ほぼ平面的な閉鎖密封基材；および
(b) 検出可能な輻射線を吸収もしくは放出するレポーターシステムであって、前記レポーターシステムは、閉鎖密封基材の第1の平面に取り付けられ、接着され、または他の方法で結合されるが、ここで前記レポーターシステムは当該アナライトと結合し、さらに、アナライトが前記レポーターシステムに結合したとき、輻射線を吸収もしくは放出する前記レポーターシステムの能力は、濃度依存性の様式で変化して検出可能となる、前記レポーターシステム、
を含んでなるセンシング装置。
【請求項２】
前記閉鎖密封基材が、皮膚もしくは粘膜表面をおおって前記装置の位置調整を可能にするのに十分なドレープ性を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記装置において、レポーターシステムは特異的結合対を含んでなり、これは、第1の光吸収物質を含んでなるアナライト特異的な結合リガンドである第1成分、および前記第1成分の結合リガンドと結合し、第2の光吸収物質を含んでなる第2成分を有するが、ここにおいて、
(a)前記第2成分の第1成分に対する結合は可逆的である；
(b)アナライトは第1成分と競合的様式で結合し、それによって第2成分を排除して置き換える；および
(c) 第2成分の排除は、第1成分と第2成分との間のエネルギー転移において、検出可能な変化を生じるが、ここで前記の変化は、第1成分と結合する前記アナライトの濃度もしくは量に比例する；
請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記結合リガンドがグルコース結合リガンドであり、対象となるアナライトがグルコースである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記リガンドがコンカナバリンAである、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
第2成分がデキストラン複合糖質を含んでなる、請求項4に記載の装置。
【請求項７】
第１および第２の光吸収物質がフルオロフォアである、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
第１成分と第２成分との間のエネルギー転移における検出可能な変化が、前記第１および第２光吸収物質間の無放射蛍光共鳴エネルギー転移を含んでなる、請求項３に記載の装置。
【請求項９】
特異的結合対の第１成分がテトラメチルローダミン イソチオシアネート-コンカナバリンA (“TRITC-ConA”)であり、特異的結合対の第２成分がフルオレセイン イソチオシアネート-デキストラン（”FITC-デキストラン”）である、請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
前記の当該アナライトを含有する、もしくは含有することが疑われる流体の出入りを可能にする、孔隙サイズを有するポリマーマトリックス中にレポーターシステムが配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ポリマーマトリックスが粒子状の形態をとる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ポリマーマトリックスが、主として0.1から250μmまでの範囲の大きさを有する多孔質粒子の形態をとる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
個体の、対象となる皮膚もしくは粘膜表面下に存在する、アナライトの存在もしくは量を検出する方法であって、
(a) 対象となる表面を破壊して、前記アナライトが対象表面の下から対象表面に、流れ、滲出し、拡散し、もしくは別の方法で移ることを可能にするのに十分な、1以上の通路を当該表面に作り出すこと
(b) 請求項１のセンシング装置を、対象となる表面と接触するように設置すること、およびレポーターシステムが、対象表面に移動してきたアナライトと接触することを可能にすること；ならびに 
(c) レポーターシステムが輻射線を吸収もしくは放出する能力の変化を検出し、それによって対象表面下に存在するアナライトの、存在および／または量を示すシグナルを得ること、
を含んでなる前記方法。
【請求項１４】
対象表面が、前記対象表面の中に向かって粒子を加速することによって破壊される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
粒子の大きさが0.1-250μmの範囲である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
粒子の大きさが10-70μmの範囲である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
アナライトがグルコースである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
対象表面の下の体液中に存在するグルコースを定量する方法であって、
(a)対象の表面の内部に向けて、粒子を加速すること、ここで、対象表面への前記粒子の加速は、対象表面の下部から対象表面へのグルコースの通行を可能にするのに効果的である；
(b)第1の光吸収物質を含有するグルコース結合リガンドである第1成分、および、第2の光吸収物質を含有する複合糖質である第2成分を含んでなる特異的結合対と、対象表面に存在するグルコースを、接触させること、ここで、第1の光吸収物質の励起状態エネルギーレベルは、第2の光吸収物質の励起状態エネルギーレベルと重なる部分があり、前記リガンドおよび前記複合糖質は、それらが相互に可逆的に結合し、それによって対象表面に存在するグルコースが複合糖質を排除して競合的にリガンドと結合するように選択される；
(c)グルコースによって排除された複合糖質、および可逆的にグルコースと結合したリガンドの存在下で、第1の光吸収物質と第2の光吸収物質との間に無放射蛍光共鳴エネルギー転移が生じる程度を測定すること；ならびに
(d)第1および第2の光吸収物質間の無放射エネルギー転移の程度と、検定ステップで測定された体液中のグルコース濃度との間の関係と、ステップ(c)の結果を比較すること、
を含んでなる前記方法。
【請求項１９】
前記粒子の対象表面内への加速が、対象表面の透過性を高めるのに役立つ、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
粒子がニードルレスシリンジ装置によって対象表面に向けて加速される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
粒子が約100から2,500 m/secの速度で対象表面に向けて加速される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
粒子の大きさが主として0.1から250μmまでの範囲である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
粒子が、皮膚を貫通して1から50μmの範囲の深さまで達する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
個体の、対象となる皮膚表面の下に存在するアナライトの存在もしくは量を検出する方法であって、
(a)粒子性レポーターシステムを提供すること、ここで前記レポーターシステムは当該のアナライトと結合するが、前記レポーターシステムが輻射線を吸収もしくは放出する能力は、アナライトが前記レポーターシステムに結合したとき、濃度依存的に変化し、さらに、前記粒子性レポーターシステムは、0.1-250μmの大きさの粒子からなる；
(b) 粒子性レポーターシステムが前記皮膚内のほぼ一様で均一な深さまで送達されるように、前記レポーターシステムを、対象となる皮膚表面内に投与すること；
(c)レポーターシステムをアナライトと接触させること；および
(d)前記レポーターシステムが輻射線を吸収もしくは放出する能力の変化を検出し、それによって対象の皮膚表面下に存在するアナライトの存在もしくは量を示すシグナルを得ること、
を含んでなる前記方法。
【請求項２５】
前記粒子性レポーターシステムがニードルレスシリンジによって送達される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記粒子性レポーターシステムが、約100から2,500 m/sまでの速度で、対象皮膚表面に向けて加速される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記粒子性レポーターシステムが、前記の対象皮膚表面下、約1-50μmの深さに送達される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
粒子の大きさが10-70μmの範囲である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記レポーターシステムが、アナライト特異的結合リガンドであって第1の光吸収物質を含んでなる第1の成分、および前記第1成分の結合リガンドと結合し、第2の光吸収物質を含んでなる第2の成分を有する、特異的結合対を含んでなる、請求項２４に記載の方法であって、ここにおいて：
(a) 第2成分と第1成分との結合は可逆的である；
(b) アナライトは第1成分と競合的に結合し、それによって第2成分を外して置換する；および
(c) 第2成分の排除は、第2成分の排除に際して検出可能な変化を生み出し、第1および第2成分間のエネルギー転移において検出可能な変化を生じるが、ここで、前記変化は第1成分に結合する前記アナライトの濃度もしくは量に比例する、
前記方法。
【請求項３０】
結合リガンドがグルコース結合リガンドであり、かつ当該アナライトがグルコースである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記リガンドがコンカナバリンAである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
第2成分がデキストラン複合糖質を含んでなる、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
第1および第2光吸収物質がフルオロフォアである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
第2成分の排除における検出可能な変化が、第1および第2光吸収物質間の無放射蛍光共鳴エネルギー転移を含んでなる、第1成分および第2成分間のエネルギー転移において検出可能な変化を生じる、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、水性の生体システムに存在する標的アナライトの、存在および／または濃度をモニターする装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、経皮的に得られるサンプルにおいて1以上のアナライトの存在を判定する、または濃度を測定するための装置および方法に関する。本発明の１つの重要な応用は、非侵襲性、もしくは最小限侵襲性のモニタリング技術によって血糖をモニターするための装置および方法に関与する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、蛍光法によって体液中のアナライトを検出および定量するための装置および方法に関する。
【０００３】
さまざまなタイプの装置が、現在、アナライトを測定するために使用されている。こうした装置は、パッド、膜ディップスティック、スワブ、チューブ、バイアル、キュベットおよびキャピラリーを包含する。特定のアナライトの存在もしくは濃度を決定するための試薬は、当該アナライトを測定する上記装置内に存在する、または上記装置に添加することができる。たとえば、ホルモン測定用試薬含有ディップスティックは、使用者が妊娠しているかどうかを判定するのに有用である。
【０００４】
体液中のアナライトを検出および定量するために非常に多くの方法が知られている。このような検査は、注射器によって、または皮膚を穿刺することによって、被験体から取り出された生理的液体に基づくものである。たとえば、グルコースの場合、こうした方法は、解糖系における多数の生成物の分光学的な特性の変化を測定する、またはグルコースの酸化を偏光分析グルコースセンサーによって測定する、さまざまな比色分析反応を包含する。
【０００５】
糖尿病は、健康上の重大な関心事であるが、より病状の重い型である、I型（インスリン依存性）糖尿病の治療は、1日当たり1回以上のインスリン注射を必要とする。インスリンは血液中のグルコースもしくは糖の利用をコントロールしており、高血糖を防止するが、もし高血糖が是正されないまま放置されると、ケトーシスを引き起こす可能性がある。他方では、インスリン治療の不適正な管理は、結果として低血糖発作に至ることがあり、これは昏睡および死亡の原因となることがある。糖尿病における高血糖は、たとえば心臓疾患、粥状動脈硬化、失明、脳卒中、高血圧および腎不全といったいくつかの長期にわたる影響との相関が明らかになっている。
【０００６】
頻繁に血糖をモニターすることの意義は、I型糖尿病の合併症を避け、もしくは少なくとも最小限にする手段として、広く確立されている。国立衛生研究所によれば、1日当たり4-6回のグルコースモニタリングが推奨される。II型（インスリン非依存性）糖尿病の患者も、食餌療法および運動を通じた症状の管理下で、血糖モニタリングから恩恵を受けると考えられる。
【０００７】
従来の血糖モニタリング法は、一般に、各回の検査のために血液サンプルを（たとえば、指先穿刺によって）採取すること、および電気化学的もしくは比色分析的方法によってグルコース濃度を読み取る機器を用いて、グルコースレベルを測定することを必要とする。I型糖尿病は厳格な血糖管理を維持するために、毎日数回の指先穿刺血糖測定値を得なければならない。しかしながら、上記の採血に伴う痛み、および不便さは、厳格な管理が長期にわたる糖尿病の合併症を劇的に減少させるという強力な証拠にもかかわらず、患者の指導遵守が不十分な状態を招いている。実際、こうした考慮すべき問題は、しばしば糖尿病患者によるモニタリングプロセスの排除に至る可能性がある。
【０００８】
より簡単で痛みの少ないセンシングおよびモニタリングを求める国民の要求を満たすために、本発明は、体液中のアナライトの存在に関する簡単なセンシング装置およびモニタリング方法を提供する。本方法は、非侵襲性、もしくは侵襲性が最小限であって、モニタリングステップに伴う痛みはほとんど、もしくはまったくなく、患者の指導遵守を高めるのに役立つ。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、生体システムに存在するアナライトをサンプリングする装置および方法を提供する。したがって、センシング装置を与えることが本発明の主要な目的である。この装置は、ほぼ平面的な閉鎖密封基材およびレポーターシステムを含んでなる。レポーターシステムは、検出可能な輻射線を吸収もしくは放出し、閉鎖密封基材の第1の平面に取り付けられ、連結され、接着され、または他の方法で結合される。レポーターシステムは当該アナライトと結合するが、さらにアナライトがレポーターシステムに結合したとき、レポーターシステムが輻射線を吸収もしくは放出する能力は、濃度依存性の様式で、検出可能な変化を生じる。レポーターシステムは、平坦でない皮膚もしくは粘膜表面をおおって、装置を適当な位置に配置することを可能にするのに十分なドレープ性を有する、閉鎖密封基材に取り付けられていることが好ましいが、詳細には、それによって、表面に影響を及ぼす通常の身体動作、および／または身体変化（たとえば、発汗）にかかわらず、装置が手足もしくは身体の他の部分の表面をおおって配置され、引き続き所定の場所にとどまることが可能となる。
【００１０】
本発明のある態様において、レポーターシステムは、第1の光吸収物質を含んでなるアナライト特異的結合リガンドである第1の成分、および前記第1成分の結合リガンドと結合する成分であって、さらに第2の光吸収物質を含んでなる第2の成分を有する、特異的結合対を含んでなる。第2成分の第1成分との結合は可逆的であって、アナライトは、競合的な様式で第1成分と結合し、それによって第2成分を外して置き換える。言い換えると、第2成分の排除は、第1成分と第2成分との間のエネルギー転移において、検出可能な変化を生じるが、ここでこのような変化は、第1成分と結合する前記アナライトの濃度もしくは量に比例する。ある実施形態において、結合リガンドはグルコース結合リガンドとすることができ、当該アナライトはグルコースである。より詳細には、グルコース結合リガンドはコンカナバリンAとすることができ、レポーターシステムの第2成分はデキストラン複合糖質を含んでなることができる。第1および第2成分間のエネルギー転移の検出可能な変化は、第1および第2光吸収物質間の無放射蛍光共鳴エネルギー転移を含んでなることができる。さらに、ある好ましい実施形態において、特異的結合対の第1成分はテトラメチルローダミン イソチオシアナート-コンカナバリンA（”TRITC-ConA”）であり、特異的結合対の第2成分はフルオレセイン イソチオシアナート-デキストラン（”FITC-デキストラン”）である。
【００１１】
個体の、対象となる皮膚もしくは粘膜表面下に存在する、アナライトの存在もしくは量を検出する方法を与えることも本発明の主要な目的である。この方法は下記を包含する：(a)対象となる表面を破壊して、1以上の通路を当該表面に作り、前記アナライトが流れ、滲出し、拡散し、もしくは別の方法で、対象表面の下から対象表面に移ることが可能となること;(b)本発明にしたがって組み立てられたセンシング装置を、対象となる表面と接触するように設置すること；および(c)レポーターシステムが輻射線を吸収もしくは放出する能力の変化を検出すること、それによって対象となる表面の下に存在するアナライトの存在および／または量を示すシグナルを得ること。
【００１２】
ある態様において、対象となる表面は、その表面内に小粒子を加速することによって、破壊される。こうした粒子の大きさは通常およそ0.1から250ミクロン（公称直径）までの範囲である。ある好ましい実施形態において、粒子の大きさは、約10から70ミクロンまでの範囲である。また、所定のアナライトはグルコースであることが望ましい。
【００１３】
対象となる表面の下部の体液中に存在するグルコースを定量する方法を提供することは、本発明の、さらにもう一つの主要な目的である。この方法は下記を包含する：(a)対象の表面の内に向けて、粒子を加速すること、ここで、対象表面へのこうした粒子の加速は、対象表面の下部から対象表面へのグルコースの通行を可能にするのに効果的である；(b)第1の光吸収物質を含有するグルコース結合リガンドである第1成分、および、第2の光吸収物質を含有する複合糖質である第2成分を含んでなる特異的結合対と、対象表面に存在するグルコースを、接触させること。第1の光吸収物質の励起状態エネルギーレベルは、第2の光吸収物質の励起状態エネルギーレベルと重なる部分があり、リガンドと複合糖質のペアは、それらが相互に可逆的に結合し、それによって対象表面に存在するグルコースが複合糖質を排除して競合的にリガンドと結合するように選択される；(c)グルコースによって排除された複合糖質、および可逆的にグルコースと結合したリガンドの存在下で、無放射蛍光共鳴エネルギー転移が第1の光吸収物質と第2の光吸収物質との間に生じる程度を測定すること；ならびに(d)第1および第2の光吸収物質間の無放射エネルギー転移の程度と、検定ステップで測定された体液中のグルコース濃度との間の関係と、ステップ(c)の結果を比較すること。
【００１４】
この方法を実施する際に、粒子を対象表面内に加速することは、対象表面を透過性にするのに役立つ。ある態様において、粒子は、粒子注入装置（ニードルレスシリンジ）を用いて、対象表面に向って加速される。
【００１５】
個体の、対象となる皮膚表面の下に存在するアナライトの存在もしくは量を検出する方法を提供することも、本発明の主要な目的である。この方法は下記を包含する：(a)粒子性レポーターシステムを提供すること、ここでレポーターシステムは当該のアナライトと結合するが、前記レポーターシステムが輻射線を吸収もしくは放出する能力は、アナライトがレポーターに結合したとき、濃度依存的に変化する。さらに、粒子性レポーターシステムは、それぞれ0.1-250ミクロンの大きさの粒子の均一な集団からなる；(b) 粒子性レポーターシステムが皮膚内のほぼ一様で均一な深さまで送達されるように、レポーターシステムを、対象となる皮膚表面内に投与すること；(c)レポーターシステムをアナライトと接触させること；および(d)レポーターシステムが輻射線を吸収もしくは放出する能力の変化を検出すること、それによって対象の皮膚表面下に存在するアナライトの存在もしくは量を指示するシグナルを得ること。
【００１６】
粒子注入装置（ニードルレスシリンジ）を用いて粒子性レポーターシステムが送達され、その粒子が対象表面より下の、およそ1-50ミクロンの深さに送達されることが好ましい。いくつもの粒子サイズがこの方法で用いるのに適しているが、同サイズの粒子が与えられること、およびそのサイズが10から70ミクロンまでの範囲であることが好ましい。
【００１７】
ある態様において、この方法は、アナライト特異的結合リガンドであって第1の光吸収物質を包含する第1の成分、および第1成分の結合リガンドと結合し、第2の光吸収物質を包含する第2の成分を有する、特異的結合対を含んでなるレポーターシステムを用いて実施される。第2成分と第1成分との結合は可逆的であって、アナライトは第1成分と競合的に結合し、それによって第2成分を外して置換する。言い換えると、第2成分の排除は、第2成分の排除に際して検出可能な変化を生み出し、第1および第2成分間のエネルギー転移において検出可能な変化を生じるが、ここで、こうした変化は第1成分に結合するアナライトの濃度もしくは量に比例する。ある実施形態において、結合リガンドは、グルコース結合リガンドとすることができ、所定のアナライトはグルコースである。より詳細には、グルコース結合リガンドは、コンカナバリンAとし、レポーターシステムの第2成分はデキストラン複合糖質を含んでなることができる。第1および第2成分間のエネルギー転移の検出可能な変化は、第1および第2光吸収物質間の無放射蛍光共鳴エネルギー転移を含んでなると考えられ、ある好ましい実施形態において、特異的結合対の第1成分はテトラメチルローダミン イソチオシアナート-コンカナバリンA（”TRITC-ConA”）であり、特異的結合対の第2成分はフルオレセイン イソチオシアナート-デキストラン（”FITC-デキストラン“）である。これらの成分は、親レクチン、コンカナバリンAおよび複合糖質デキストランが、イソチオシアナート部分を有することによって反応性を示す、それぞれの色素と反応することによって形成される、フルオロフォア標識リガンドである。
【００１８】
上記方法において、アナライトは、化学的、物理的、酵素的、もしくは光学的分析で検出および／または測定したいと欲する、あらゆる一定の物質もしくは成分とすることができる。こうしたアナライトは、毒素、汚染物質、アミノ酸、病態もしくは病状を示す酵素基質もしくは生成物、病態もしくは病状の他のマーカー、気晴らし、および／または濫用に関わる薬物、成績向上薬、治療薬および／または薬剤、電解質、関心のある生理的アナライト（たとえば、カルシウム、カリウム、ナトリウム、塩素、炭酸水素イオン（CO2）、グルコース、尿素（血中尿素窒素）、乳酸塩、およびヘモグロビン）、脂質などを包含するがそれに限定されない。好ましい実施形態において、アナライトは、関心のある生理学的アナライト、たとえばグルコース、または生理作用を有する化学物質、たとえば薬物もしくは薬剤である。本明細書を読んで当業者に理解されるように、本発明を用いてサンプリングすることができる非常に数多くのアナライトが存在する。
【００１９】
本発明の利点は、即時サンプリングプロセスを、医療環境の内外で痛みもなく容易に実施できることである。
【００２０】
上記の、および他の目的、態様、実施形態および利点が、本明細書の開示に照らして容易に当業者に想起されるであろう。
【００２１】
本発明を詳細に説明する前に理解されるべきことは、当然変動する可能性があるので、本発明が特定の例示されたアナライトもしくはプロセスパラメーターに限定されないということである。本明細書で使用される用語は本発明の特別の実施形態を説明することのみを目的とし、限定することを意図しないことも理解されるべきである。
【００２２】
上記であれ、下記であれ、本明細書に引用されるあらゆる刊行物、特許および特許出願は、その全体を、あらゆる目的のために、参考として本明細書に含めるものとする。
【００２３】
定義。特に定められない限り、本明細書で使用されるすべての技術および科学用語は、本発明の属する技術分野の当業者によって共通して理解されるのと同一の意味を有する。本明細書に記載されるのと同様もしくは等価な多数の方法および材料を、本発明の実施に際して使用することができるが、好ましい材料および方法は本明細書中に説明される。
【００２４】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形”a”,”an”,および”the”は、その内容が明確に他を指示しない限り、複数の指示対象を包含することに留意すべきである。したがって、たとえば、「粒子“a particle”」への言及は、2以上の同様の粒子の混合物を包含し、「アナライト “an analyte”」への言及は、2以上の同様のアナライトの混合物を包含するが、他も同様である。
【００２５】
本発明の説明において、下記の用語が用いられるが、それらを下記のように定義することとする。
【００２６】
「アナライト」という用語は、本明細書ではもっとも広い意味として使用され、物理的、化学的、生化学的、電気化学的、光化学的、分光学的、偏光分析的、比色分析的、もしくは放射分析的解析で検出されるべき、および／または測定されるべき、あらゆる特定の物質もしくは成分を示す。直接的にも間接的にも、こうした物質から検出可能なシグナルを得ることができる。好ましい実施形態において、アナライトは、関心の対象である生理的アナライト（例、生理活性物質）、たとえば、グルコース、または生理作用のある化学物質、たとえば薬物もしくは薬剤である。例としては、血液化学に関する物質（血液pH、pO2、pCO2、Na+、Ca++、K+、乳酸、グルコースなど）、血液学に関する物質（ホルモン、ホルモン放出因子、凝固因子、結合タンパク質、アシル化、グリコシル化、もしくは他の修飾を施されたタンパク質など）、および免疫診断に関する物質、毒素、汚染物質、アミノ酸、酵素、病態もしくは病状を示す酵素基質もしくは生成物、免疫物質、病態もしくは病状に関する他のマーカー、成績向上薬、治療薬および／または薬剤、電解質、関心対象の生理的アナライト（たとえば、カルシウム、カリウム、ナトリウム、塩素、炭酸水素イオン（〔HCO2〕-2）、グルコース、尿素（血中尿素窒素）、乳酸塩、およびヘモグロビン）、DNA検査のための物質、核酸、タンパク質、炭水化物、脂質、電解質、代謝産物（3-ヒドロキシ酪酸、アセトン、およびアセト酢酸といったケトン体を包含するがそれらに限定されない）、治療薬もしくは予防薬、気体、化合物、元素、イオン、気晴らしおよび／または濫用に関わる薬物、タンパク同化、異化もしくは生殖ホルモン、抗痙攣薬、抗精神病薬、アルコール、コカイン、カンナビノイド、アヘン剤、興奮薬、抑制薬、ならびにそれらの代謝産物、分解産物および／または複合物が挙げられる。「標的アナライト」という用語は、特異的なモニタリング方法もしくは技術において対象となるアナライトを表す。
【００２７】
「アナログ」という用語は、アナライトと共通する、少なくともいくつかの結合特性を有し、その結果、その両者と結合するリガンドが存在するような物質を表す。しかしながら、アナログおよびアナライトは、互いに結合はしない。アナログは、アナライトの誘導体であってもよく、たとえばアナライトの結合特性の少なくとも一部には影響を及ぼさない化学的官能基をアナライトに導入することによって調製される化合物である。誘導体の別の例はアナライトの低分子量型であって、これは、それにもかかわらずアナライトの結合特性の少なくとも一部は保持している。
【００２８】
本明細書で使用される「薬剤」という用語は、生物（ヒトもしくは動物被験体）に投与されたときに、局所および／または全身作用によって、望ましい薬理学的および／または生理学的影響を生じさせる、あらゆる化合物もしくは組成物を意味する。
【００２９】
本明細書で使用される「サンプリング」という用語は、なんらかの生体システムに由来する物質に、外部から、たとえば皮膚もしくは組織といった膜を超えて、アクセスしてモニタリングすることを意味する。この膜は天然でも人工でもよく、通常は事実上動物であるが、たとえば、天然もしくは人工皮膚、血管組織、腸組織などである。したがって、「生体システム」は、生きているシステムと人工的に維持されるシステムの両者を包含する。
【００３０】
「被験体」という用語と置き換えることができる「個体」という用語が本明細書で使用され、これは温血動物を包含するが、特に哺乳類を構成する動物、たとえば、限定はしないが、ヒトおよびヒト以外の霊長類（チンパンジーならびに他の大型のサル（類人猿）および小型のサル）；家畜、たとえばウシ、ヒツジ、ブタ、ヤギおよびウマ；飼い慣らされた哺乳類、たとえばイヌおよびネコ；齧歯類を含めた実験動物、たとえばマウス、ラットおよびモルモット、などを包含する。この用語は特定の年齢や性別を示さない。したがって、成体、仔、および新生被験体が、雄であれ雌であろうと、胎仔はもちろんのこと、対象となることを意図するものである。
【００３１】
「センシング装置」という用語は、対象となるアナライトの濃度を測定するために使用することができるあらゆる装置を包含する。好ましいセンシング装置は、それにレポーターシステムが連結されたほぼ平面的な基材である。レポーターシステムは体液中に存在するアナライトのレベルを測定する。好ましいアナライトは、腸液中に認められる。輻射シグナルの検出および／または定量を、容易に利用できる輻射線放出／吸収モニタリング装置によって実施することができる。蛍光発生システムの例には、無放射エネルギー転移システムがある。
【００３２】
「無放射蛍光共鳴エネルギー転移」という用語は、本明細書において、頭文字“FRET”と置き換えても使用される。そのプロセスは、エネルギードナーとして作用する第1の蛍光試薬から、エネルギーアクセプターとして作用する第2の蛍光試薬へのエネルギーの転移に関わる。
【００３３】
「蛍光試薬」という用語は、「レポーターシステム」という用語と置き換えても使用され、その蛍光特性（たとえば、強度、発光スペクトル、もしくは励起スペクトル）が、検出されるべきアナライトの存在下で変化する物質を示す。一部の実施形態において、蛍光試薬は、アナライトと可逆的に結合する。たとえば、試薬は、アナライトと直接結合する、フルオロフォアもしくはフルオロフォアで標識された化合物とすることができる。アナライト結合の結果として変化するのは、この分子（もしくはこの分子で標識された化合物）の蛍光特性である。
【００３４】
この試薬は、また、2以上の成分を包含することができる。たとえば、試薬は、フルオロフォアで標識された、アナライトに対するアナログ、ならびに、アナログおよびアナライトに対して競合的に（かつ特異的に）結合するリガンド（たとえば、抗体、アナライトに関するレセプター、レクチン、酵素もしくはリポタンパク質）を包含することができる。この場合、リガンドのアナライトとの結合の結果として変化するのは、標識されたアナログの蛍光特性である。逆に、アナログではなくてリガンドを標識することもできるが、その場合、変化するのは標識されたリガンドの蛍光特性である。
【００３５】
蛍光試薬はまた2成分を包含することができるが、その一方はエネルギー吸収ドナー分子で標識され、他方はエネルギー吸収アクセプター分子で標識される；ドナーおよびアクセプターは、部分的に重複した励起状態エネルギーレベルを示す。ドナー-アクセプター対を形成する分子はその一方または2つとも、フルオロフォアとすることができる。しかしながら、とにかく、測定されるべきはドナーからアクセプターへの無放射共鳴エネルギー転移に伴う蛍光である。その成分は、特異的結合対を構成するもの（たとえば、アナライトのアナログ、ならびにアナログおよびアナライトの両方に競合的（および特異的）に結合する能力を有するリガンド）または、アナライトの異なる部分に特異的に結合するリガンド（たとえば、抗体もしくはオリゴヌクレオチド）である。
【００３６】
アナライトに結合する能力を有する1つの試薬がドナーおよびアクセプター分子の両者で標識される場合にもFRETを測定することができる。
【００３７】
「フルオロフォア」という用語は、エネルギーを吸収して光を放出する分子を表す。
【００３８】
「蛍光」という用語は、特定の波長の輻射線による励起に対応して放出される輻射線を表す。これは、短命な（ナノ秒程度）および長命な励起状態寿命を包含し、後者はリン光とも呼ばれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明は、個体の、対象となる皮膚もしくは粘膜表面の下部に存在する、典型的には生理活性物質である、生体システム中に存在するアナライトをサンプリングするためのセンシング装置および方法に関する。
【００４０】
理想的なセンシング装置は、レポーティングシステムを含有し、広範な生理的濃度のアナライトを検出する能力を有していなくてはならない。本明細書で使用される「生理的濃度」は、正常な状態および病的状態の両者で認められるアナライトの濃度を表す。たとえば、グルコースの場合、生理的濃度は、正常、低血糖、および高血糖患者で認められるグルコースレベルを表す。生体システムにおいて通常は存在しないアナライトの場合には、レポーティングシステムは、微量の物質を検出する性能を有するべきである。
【００４１】
センシング装置はまた、信頼性があり、再使用可能で、使いやすくなくてはならない。加えて、センシング装置は、非侵襲性もしくは最小限の侵襲性であるべきである。
【００４２】
センシング装置は、幅広い材料から構築されるが、硬い材料と柔軟な材料の両方を包含することができる。望ましくは、装置は、適用される表面に沿わせて形作れるように柔軟な、平面材料から構成される。ある実施形態において、この平面材料は、光が外部光源から材料を通して透過することができるように、また光をその材料の下から外部検出器によって検出することができるように、透明である。理想的には、光源および検出器は単一のユニット内にあることが望ましい。
【００４３】
センシング装置は水分を通さない曲げやすい材料から作られることが望ましい。こうした材料はプラスチックもしくはポリマー材料を含めることができ、これはさらに、熱可塑性プラスチック、たとえばポリカーボネート、ポリエステル（たとえば、MYLARTMおよびポリエチレンテレフタレート（PET））、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリエチレングリコールヒドロゲル（PEGH）、ポリウレタン、ポリエーテル、ポリアミド、ポリイミド、またはこれらの熱可塑性プラスチックのコポリマー、たとえば、PETG(グリコール変性ポリエチレンテレフタレート)を包含するが、それに限定されない。他の適当な、曲げやすく水を通さない材料は当業者に公知である。材料は、センシング装置が使用される予定の位置、および当該アナライトのサンプリングに必要な体液の容量の必要に応じて、さまざまな形および大きさに切ることができる。平面材料は通常厚さ0.01から2 mm以上までの範囲となるが、これは使用される材料によって決まる。
【００４４】
センシング装置は、個体の対象となる皮膚もしくは粘膜表面に接触する装置表面の少なくとも一端、もしくは一端の一部に粘着性成分を有することがある。好ましいのは、センシング装置表面の、対象となる皮膚もしくは粘膜表面に接触する縁全体に、センシング装置を個体に付けるための粘着性成分を有することである。あるいはまた、個体の、対象となる皮膚もしくは粘膜表面と接触するセンシング装置の表面全体が粘着性材料で覆われることもある。一般にこの粘着性のものは、感圧粘着剤とすることができる。感圧粘着剤は、一般に、加圧のみで接着する粘着成分、粘着性付与剤および軟化剤を含んでなる。このような加圧のみで接着する粘着成分は、天然および合成樹脂、たとえば天然ゴム、ポリイソブチレンゴム、ポリブタジエンゴム、シリコンゴム、ポリイソプレンゴム、スチレン-イソプロピレンスチレン ブロック共重合体（”SIS”と略す）およびアクリル酸共重合体を包含するがそれに限定されない。これらは単独でも、2以上の混合物としても使用される。感圧粘着剤の感圧接着成分の含量は、重量比で10-50%の範囲に及ぶが、重量比で15-45%が好ましく、重量比で20-40%の範囲がさらに好ましい。
【００４５】
感圧接着性を調整するために使用される粘着性付与剤には、ロジン、水素化ロジン、およびそのエステル、ポリテルペン樹脂、石油樹脂、ならびにエステルガムなどがあるが、これらは、単独でも、これらのうち2以上の混合物としても使用される。感圧粘着剤中の粘着性付与剤の含量は、重量比で40%以下とすることができるが、重量比で5から35%までの範囲とすることが好ましく、重量比で15から30%までがさらに好ましい。
【００４６】
さらにまた、本発明で使用される軟化剤は、流動パラフィン、ポリブチレン、液状ポリイソブチレン、ならびに動物および植物油の中から選択される1以上のものとすることができる。感圧粘着剤中の軟化剤の含量は、重量比で5から60%までの範囲とすることができるが、重量比10から50%までが好ましく、重量に25から45%までがさらに好ましい。
【００４７】
必要ならば、感圧粘着剤はさらに、二酸化チタン、合成ケイ酸アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、アクリル酸デンプン、シリカなどの中から選択される1以上の充填剤を含有することができる。感圧粘着剤中の充填剤の含量は重量比で5%以下とすることができるが、重量比で0.1から4%までの範囲が望ましく、重量比1から3%までがさらに望ましい。
【００４８】
センシング装置は、特定のアナライトの存在を測定するためのレポーターシステムを含有することができる。適当なレポーターシステムおよびアナライトは、本明細書で説明される。一般に、レポーターシステムは、所定のアナライトの存在を検出および／または測定するための複数の成分を含有する。レポーターシステムの1成分は、センシング装置の平面基材に、取り付けられ、接着され、または別の方法で固定して連結される。望ましくは、この成分は、当該アナライトと結合するリガンドとすることができる。あるいはまた、レポーターシステムの成分は、センシング装置の平面の閉鎖密封基材に取り付けられた多孔質マトリックス中に含まれることもある。上記の感圧粘着剤、もしくは当業者に公知の他の接着剤を用いて、多孔質マトリックスを閉鎖密封基材に取り付けることができる。
【００４９】
多孔質マトリックスは液体透過性材料から構成され、この材料は下記を包含するが、それらに限定されない：セルロース誘導体、たとえばセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース塩、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、酢酸フタル酸セルロースおよびフタル酸ヒドロキシプロピルメチルセルロース；多孔質ゲル、たとえば、ポリ-2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリアクリル酸およびポリビニルアルコール-ポリアクリル酸複合体；繊維性マトリックス、たとえば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデンおよびナイロン；紙（たとえば、不織紙および濾紙）；布（たとえば、短繊維、木綿、絹および合成繊維）；ならびに多孔質セラミックス、たとえば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニアおよびセリア、これらは単独でも、それらのうち2以上からなる混合物としても、使用することができる。多孔質マトリックスの孔は、レポーターシステムの成分を保持する一方で液体サンプルの出入りが可能な大きさとすることができる。多孔質マトリックスは粒子の形態をとることができれば好ましい。その粒子が0.1から250μmまでの範囲の大きさであればさらに好ましく、10から70μmまでの範囲であれば一層好ましい。
【００５０】
センシング装置を、対象となる表面に適用し、続いて本明細書に記載された以外の検出手段と接続させて、アナライトを検出することができる。センシング装置はヒドロゲルを含んでなることがある。ヒドロゲルを形成するための適当なゲル化剤には、寒天、加工デンプン、アミロペクチン、カルボポル（Carbopol）、カルシウム、乳酸カルシウム、セルロースガム、クルーセル（Klucel(HPMC)）、Natrosol、粉末ゼラチン、またはアルギン酸ナトリウムがある。ゲル化剤は、水中重量比1から4%程度といったレベルで、水中に存在することができる。
【００５１】
あるいはまた、ヒドロゲルを対象表面に適用し、検出ステップの前に、対象表面由来のアナライトがゲル中で平衡化するために十分な時間を配分しておくことができる。その時間は、30秒から5分までといったきわめて短いものとすることができる。次に、検出は、センシング装置をゲルに当てることによって行うことができる。その代わりに、当業者によく知られている容易に利用できる技術によって、アナライト特異的レポーターシステムを含有するヒドロゲルを調製し、上記のように使用することができる。
【００５２】
本発明はまた、in vivoで個体中のアナライトを検出する方法を与える（本明細書で使用される「検出」は、定量的にアナライト濃度を測定するのはもちろんのこと、定性的にアナライトの存在を判定することも包含するものである）。レポーターシステムは、サンプリングされたアナライトと連絡して取り付けられ、またはアナライトの含有が疑われる個体の組織液もしくは体液（たとえば、腸液）と接触して取り付けられる。こうした設置は、非侵襲性、もしくは最小限侵襲性である、アナライトの検出およびモニタリングを可能にすると考えられる。レポーターシステムは、アナライトを検出するための蛍光試薬を包含する。ひとたびレポーターシステムが所定の位置に取り付けられたならば、経皮的に輻射線に照射されて、アナライトの存在に伴って生じる蛍光試薬からの蛍光が測定される。
【００５３】
本発明の実施に際して、in vivo法は通常2つのステップ、サンプリング（アクセシング）ステップおよび検出ステップ、を伴う。サンプリングもしくは「アクセシング」ステップは次のようにまとめることができる。対象となる表面を選択し、適当な溶媒で消毒する。次に、若干量のアナライトへのアクセスを可能にする微小通路を作るのに十分な何らかの方法で対象表面を破壊する。これに関連して、アナライトは、対象表面の下部から微小通路を通って対象表面に流出し、滲出し、拡散し、広がり、もしくは別の方法で移動する、液体中に存在すると考えられる。好ましい実施形態において、小型のサンプリング粒子は、対象となる皮膚の中へ、および／またはそれを超えて加速される。このようなサンプリング粒子は、対象部位の皮膚もしくは粘膜層を貫通するのに十分な速度にまで加速され、それによって、皮膚もしくは粘膜組織の天然バリア機能を破り、対象となる表面下に存在するアナライトにアクセスすることが可能となる。対象表面は通常、全体として約0.1から約5cm2までの範囲の大きさである。
【００５４】
サンプリング粒子は、一般的に、不活性材料を含んでなる。この材料は、糖類（たとえば、マンニトール、ショ糖、乳糖、トレハロースなど）および可溶性もしくは溶解性ポリマー（たとえば、アガロースのような膨潤性天然ゲル）を含めた、広く用いられる生理学上許容される可溶性材料のように、溶解性とすることができる。あるいはまた、サンプリング粒子は、たとえば、デンプン、TiO2、炭酸カルシウム、リン酸塩、ヒドロキシアパタイト、または均一な合成ポリマーもしくは金属（たとえば金、白金またはタングステン）といった不溶性材料からなることもある。不溶性材料は、正常な、皮膚もしくは粘膜組織再生過程に伴って脱落する。好ましい材料は、乳糖、マンニトールおよびポリエチレングリコール、たとえばPEG 8000である。
【００５５】
必要ならば、サンプリングステップを容易にする局所作用薬でサンプリング粒子をコーティングすることができる。たとえば、サンプリング粒子は、たとえば血管作用薬もしくは抗炎症薬といった薬剤でコーティングされ、またはそれを含有することができる。血管作用薬は、一般に、液体アクセスを最大にする、早める、または長引かせる（アナライトアクセスを最適化する）目的で、短時間作用する血管作用（たとえば24時間まで）を与えるために使用されるが、これに対して、抗炎症薬は、通常、対象部位を保護する目的で局所抗炎症作用を与えるために使用される。また、サンプリング粒子は、サンプリングプロセスを容易にする浸透圧性作用薬でコーティングされ、またはそれを含有することができる。
【００５６】
サンプリング粒子は、公知の国際公開番号WO 94/24263、WO 96/04947、WO 96/12513、およびWO 96/20022に記載のように、粒子注入装置、たとえば、ニードルレスシリンジ、から送達されるが、これらはいずれも、参考として本明細書に含めるものとする。このようなニードルレスシリンジシステムからのサンプリング粒子の送達は、一般に、概して0.1から250μm程度の大きさの粒子を用いて行われるが、約10から70μm程度が望ましい。約250μmを超える粒子を装置から送達することもできるが、その上限は、粒子の大きさが不適当な痛み、および／または損傷を組織に引き起こす段階である。
【００５７】
送達された粒子が対象の表面を貫通して達する実際の距離は、粒子サイズ（たとえば、おおまかな球形粒子の幾何学的想定による公称粒径）、粒子密度、粒子が表面に衝突する初速度、および対象とされる皮膚組織の密度および運動学的粘性によって決まる。この点に関して、ニードルレス注入で使用するのに最適な粒子密度は、概ね0.1から25 g/cm3の範囲であるが、約0.9から1.5 g/cm3までが望ましく、さらに注入速度は通常、約100から3,000 m/秒の範囲である。適当なガス圧力によって、平均粒径10-70μmの粒子を、ノズルを通して、推進ガス流の音速に近い速度で、容易に加速することができる。粒子を加速する時使用される圧力は30バールより低いことが望ましく、25バールより下が望ましいが、20バール以下がもっとも望ましい。
【００５８】
あるいはまた、気体による発射もしくは電動式発射のいずれかによって粒子を送達する、いわゆる「ジーンガン」型装置のような、粒子を介したデリバリー装置から、サンプリング粒子を送達することが可能である。気体による発射装置の一例が米国特許第5,204,253号に記載されている。爆発型装置は米国特許第4,945,050号に記載されている。ヘリウム発射型粒子加速装置の一例は、PowderJect XR(登録商標)機器（PowderJect Vaccines, Inc., Madison, WI）であるが、この機器は米国特許第5,120,657号に記載されている。本発明における使用に適した電動式発射装置は米国特許第5,149,655号に記載される。上記のすべての特許の開示は参考として本明細書に含めるものとする。
【００５９】
対象となる皮膚もしくは粘膜表面に微小通路が形成されて、対象皮膚の下部のアナライトへのアクセスが可能となるように、対象となる表面を破壊する他の方法は、当業者によく知られている。「微小通路」という用語は、圧力（水または粒子注入）、機械的（マイクロランセット）、電気的（熱アブレーション、エレクトロポレーション、もしくは電気浸透）、光学的（レーザーアブレーション）、および化学的方法、またはそれらの組み合わせによってもたらされた、皮膚の顕微鏡レベルの穿孔および／または流路を表す。たとえば、米国特許第5,885,211号は、微小通路を作るための5つの具体的な技法を記載するが、これは下記を包含する：組織結合水が蒸発するように、熱源を用いて表面を蒸発により取り除くこと；微小孔を形成するよう調整されたマイクロランセットを用いて表面を穿刺すること；音波エネルギーの厳密な集束ビームを集中させることによって表面を除去すること；液体の高圧噴射によって、表面を液圧により穿刺すること；および電気短パルスを用いて表面を穿刺して微小通路を形成すること。別の具体的技法が米国特許第6,219,574号および第6,230,051号に記載されるが、これは複数個のマイクロブレードを有する装置を記載する。マイクロブレードは斜めになっていて、幅は10から500ミクロン、厚さは7から100ミクロンであって、皮膚表面に浅い破壊を生じるために使用される。
【００６０】
対象表面の破壊によって、そうしなければ対象表面でアクセス不可能であった当該アナライトへのアクセスが可能となる。たとえば、対象となる表面の破壊によって、微小通路を生じることができ、その微小通路は、小量の液体サンプル（たとえば体液）が流出し、滲出し、または別の方法で対象表面に物質流体輸送で移ることを可能にするが、ここでこの流体は当該アナライトを含有する。「体液」という用語は、生物学的流体を表し、これは腸液、血液、リンパ液、汗、もしくは適切に破壊された組織表面でアクセス可能な、他の何らかの体液を包含するがそれに限定されない。「物質流体輸送」という用語は、体液のような流体の移動を表す。この用語は、破壊された表面を超えるアナライト輸送を特徴づけるために使用される。物質輸送態様は、対象となる表面下の組織中の体液と表面の間の、流体の物理的移動（エネルギーもしくは溶質の移動に対立するものとして）を表す。
【００６１】
あるいはまた、対象となる皮膚の破壊は、対象表面それ自体の位置から、その表面下のアナライトに簡単にアクセスできる微小通路を生じることができる。ここで、このアナライトは、正味の物質流体輸送を本質的に免れて、表面に移動する。これに関連して、アナライトは、対象となる表面の下の組織と、組織表面に確立された微小環境の間に単純拡散することができる。「本質的に免れる」という用語は、組織と対象表面との間で物質流体輸送の量的実体がないことを表す。
【００６２】
「拡散」という用語は、表面下の体液と対象となる表面自体との間で、破壊された表面を超えて（破壊された皮膚組織を超えて）流動することを表し、ここで流動は、濃度勾配にしたがって生じる。したがって、こうした拡散は、体液と対象表面との間の平衡を維持するための標的アナライトの輸送を包含する。体内のアナライトの濃度のほうが大きい場合、アナライトの拡散は対象表面に向かうことになる。対象表面でのアナライト濃度のほうが大きい場合、アナライトの拡散は体内に向かうこととなる。さらに、対象表面から体液への正味のアナライト拡散は、体内のアナライト濃度が以前の測定値に対して減少しているときに生じる。しかしながら、拡散は標的アナライトに限らない。ある測定方法は、アナライトの天然の副生成物を生じることができる。こうした副生成物は、対象となる表面に接触したセンシング材料から体液中へ拡散することができる。
【００６３】
標的アナライトへの、こうした「拡散」によるアクセスに依存する方法では、破壊された対象表面にインターフェースを適用して、アナライトと拡散による副生成物の両者の平衡濃度の確立、および維持を容易にすることが好ましい。このように、本発明の方法は、対象となる表面を副生成物もしくはアナライトそれ自体によってさえ飽和させることなく、長期にわたるモニタリングの間、事実上連続的な測定を可能にする。「平衡」という用語は、基本的に濃度勾配が存在しないように、破壊された表面の両側でのアナライトの濃度が拡散によって等しくなった現象を表す。体液と、対象となる表面との間の拡散は、平衡状態、もしくは定常状態へ近づくことを可能にする。体内でアナライト濃度が変化したとき、平衡状態のタイムリーな動的変化は、組織表面でのアナライト濃度の連続的なモニタリングを可能にする。本明細書で検討されるアナライトの測定または検出の方法は、有意な量のアナライトを他の物質に変え、または消費することを回避し、それによって、表面でのアナライト量の有意な減少を避けるが、そのことによって表面にアナライトのためのシンクが生じると考えられる。しかしながら、シンクが生じる状況においてさえ、たとえば、対象表面と体液との間で平衡に達する時間が不十分であるという場合には、アナライト濃度の連続的なモニタリングは、濃度の代わりに拡散速度を測定することができる。
【００６４】
対象表面を適切に破壊した後、対象表面でアナライトにアクセスすることが可能である。典型的には、アナライトは、流出した、滲出した、もしくは別の方法で表面に移動した、流体サンプル中に、ほぼ即時に存在し、もしくは長期間にわたって見いだされる。あるいはまた、正味の物質流体輸送は発生せずに、アナライトが対象表面に単純拡散する。対象となる表面を破壊するために粒子注入装置を使用する方法において、対象表面で利用可能となるアナライトの量は、サンプリング粒子の大きさおよび／または密度といった条件の変化によって、また粒子を送り出すために用いられる装置の設定によって、変動する可能性がある。出てくる液量は、<1μlといった小量である場合が多いが、これはアナライトの検出には通常十分である。
【００６５】
アナライトが対象表面にて接触可能となれば、アナライトの存在および／または量もしくは濃度が測定される。この際、対象表面を、本明細書上記の適当なセンシング装置と接触させる。この検出ステップは、連続して実施可能である。頻繁に繰り返す検出もしくは連続して途切れない検出によって、標的アナライト濃度の変動のモニタリングが可能となる。
【００６６】
もし必要ならば、適当なインターフェース材料を対象表面に適用して、検出ステップを容易にすることができる。たとえば、表面を破壊した後、インターフェース材料を与えるためにゲル状物質を対象となる部位に塗り広げることができる。特に適したインターフェース材料の例には、ヒドロゲル、もしくは他の親水性ポリマーがあるが、その組成は、水溶性である標的アナライトを測定するため、大部分が水である。界面活性剤もしくは湿潤剤とともに、または、なしで、ヒドロゲルを使用することができる。拡散によるアナライトアクセスを利用する方法のために、インターフェース材料を調製して、インターフェース材料と体液との間で標的アナライト濃度の平衡への継続的なアプローチを与えることができる。インターフェース材料の物理的性質は、微小通路または他の入り口との密接なつながりを維持するように選択される。ヒドロゲルの例は、Carbopol(登録商標)（B. F. Goodrich Co.; Cleveland, Ohio）の1%水溶液、またはNatrosol(登録商標)（Aqualon Hercules; Wilmington, Delaware）の4%水溶液を包含するがそれに限定されない。場合によっては（たとえば、拡散によるアナライトアクセス）、インターフェース材料は体液のサンプルを取りださず、標的アナライトのためのシンクのようにもならないことが望ましい。このような実施形態において、インターフェース材料の組成は、それと、標的アナライトを含有する体液とを等浸透圧とするように選択することができる。他の実施形態は、ヒドロゲルを含んでなることができ、これはポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（PHEMA）、ポリ（アクリル酸）（PAA）、ポリアクリルアミド（PAAm）、ポリ（ビニルアルコール）（PVA）、ポリ（メタクリル酸）（PMAA）、ポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）、ポリ（ビニルピロリドン）（PVP）、ポリ（エチレンオキシド）（PEO）、またはポリ（エチレングリコール）（PEG）を包含するがそれに限定されず、グルコース測定における通常の多糖類もしくは化学修飾された多糖類のように、特定の標的アナライトを目的とする分析方法を、妨害する可能性のあるポリマーは避ける。
【００６７】
標的アナライトを含有する体液と、等張性もしくは等浸透圧性となるように、インターフェース材料の組成を選択することができるため、浸透圧によって体液の物質の流れを引き起こすことはない。ある実施形態において、この組成は、間質液に似た、NaCl(9 g/l), CaCl2・2H2O(0.17 g/l), KCl(0.4 g/l), NaHCO3(2.1 g/l)およびグルコース(10 mg/l)の組成を有する、改変されたリンゲル液を含んでなることができる。他の態様は、290 mOsm/Kgから310 mOsm/Kgまでの重量モル浸透圧濃度を示す、上記より単純な、もしくは複雑な水性塩組成物を含んでなることができる。
【００６８】
インターフェース材料、たとえばゲルを、対象表面に対して、上記のように、また、検出ステップの前に、対象表面由来のアナライトがゲル中で平衡化するために見込まれる十分な時間、適用することができる。その時間はきわめて短く、30秒から5分程度である。次に、対象表面を、本発明にしたがって構成されたレポーター装置と接触させることによって検出を行うことができる。
【００６９】
検出ステップは次のように概括される。最初のステップは、センシング装置から生のシグナルを得ることを包含するが、このシグナルは生体システムに存在する標的アナライトに関連している。次に、この生のシグナルを、たとえば、アナライトが存在するか否かといったアナライトに関する応答を得るために、または抽出されたアナライトの量もしくは濃度を示す直接測定を達成するために、そのまま使用することができる。生のシグナルを間接的にアナライトに関する情報を得るために使用することもできる。たとえば、生シグナルは、サンプルとされたアナライトの測定値を、生体システムにおけるそのアナライトの濃度を相関させるために、シグナル処理ステップに供することができる。このような相関関係による方法論は当業者によく知られている。
【００７０】
あるいはまた、サンプリング（「アクセシング」）ステップは、粒子性レポーターシステム（上記の多孔質マトリックスを含んでなる粒子であって、それは当該アナライトを検出するためのレポーターシステムを含有する）の送達を含んでなる。そういったものとして、レポーターシステムは対象表面に貫通し、埋め込まれる。ここで繰り返すが、粒子性レポーターシステム粒子は、粒子注入装置、たとえば、共有の国際出願番号WO 94/24263, WO 96/04947, WO 96/12513, およびWO 96/20022に記載のニードルレスシリンジシステムから送達されることが好ましい。このようなニードルレスシリンジシステムからのサンプリング粒子の送達は、一般的に、通常0.1から250μMまでの範囲の、好ましくは10-70μm程度のおおよその大きさを有する粒子を用いて行われる。約250μmより大きい粒子も、装置から送達することができるが、その上限は、粒子の大きさが不適当な痛み、および／または損傷を組織に引き起こす段階である。
【００７１】
送達された粒子が、対象の表面を貫通して達する実際の距離は、粒子サイズ（たとえば、おおまかな球形粒子の幾何学的想定による公称粒径）、粒子密度、粒子が表面に衝突する初速度、および対象とされる皮膚組織の密度および運動学的粘性によって決まる。適当なガス圧力によって、平均粒径10-70μmの粒子を、ノズルを通して、推進ガス流の音速に近い速度で、容易に加速することができる。粒子を加速する時使用される圧力は30バールより低いことが好ましく、25バールより下が好ましいが、20バール以下がもっとも好ましく、さらに、この粒子はほぼ一様で均一な深さ、たとえば対象表面の下部約1から50ミクロンの深さに送達される。このように粒子性レポーターシステムが対象皮膚内の均一で実質的に浅い深さに送達されることが本方法の明確な利点である。粒子ベッドの均一性と、送達された粒子の深さが浅いことの２つによって、皮膚の外側表面と接触させた輻射線センシング装置を用いて敏速な経皮的読み取りが可能となり、また、この表在的な送達によって、レポーターシステムが皮膚細胞の自然な代謝回転によって一般的には約14-21日以内に脱落することが、さらに確実となる。これは、たとえば、従来の針を用いて、レポーターシステムが皮膚表面に「入れ墨」のように埋め込まれ、ほぼ永久的で不均一なレポーターシステムベッドを与える他のシステムとは明確な対照をなす。こうした入れ墨のように埋め込まれるシステムは、これらの異質な成分が血管系にアクセスできる皮膚組織に深く挿入されるため、安全性の上で危険をもたらす。
【００７２】
あるいはまた、粒子性レポーターシステムは、気体による発射もしくは電動式発射のいずれかによって粒子を送達する、いわゆる「ジーンガン」型装置のような、粒子を介したデリバリー装置から、送達することが可能である。気体による発射装置の一例が米国特許第5,204,253号に記載されている。爆発型装置は米国特許第4,945,050号に記載されている。ヘリウム発射型粒子加速装置の一例は、PowderJect XR(登録商標)機器（PowderJect Vaccines, Inc., Madison, WI）であるが、この機器は米国特許第5,120,657号に記載されている。本発明における使用に適した電動式発射装置は米国特許第5,149,655号に記載される。
【００７３】
本発明の方法によって、数多くのアナライトを検出することができる。適当なアナライトは、たとえば炭水化物（たとえば、グルコース、フルクトース、およびその誘導体）を包含する。本明細書で使用される「炭水化物」という用語は、糖類、デンプン類およびセルロース類を含めた、炭素、水素および酸素からなるあらゆる有機化合物群を表す。他の適当なアナライトは、糖タンパク質（たとえば、グリコヘモグロビン、サイログロブリン、グリコシル化アルブミンおよびグリコシル化アポリポタンパク質）、糖ペプチド、および糖脂質（たとえば、スフィンゴミエリンおよびガングリオシドGM2）を包含する。グルコースは、糖尿病におけるその重要性のために、アナライトとして特に好ましい。
【００７４】
適当なアナライトの別の一群はイオンである。このイオンは、無機でも有機でもよい。例としては、カルシウム、ナトリウム、塩素、マグネシウム、カリウム、炭酸水素塩、リン酸、および炭酸イオンが挙げられる。本発明はまた、タンパク質およびペプチドを検出するためにも有用である（後者は、前者の低分子量型である）；数多くの生理的状態が血液および他の体液中のタンパク質の発現レベルを変動させることが知られている。こうしたグループに含まれるのが、酵素（たとえば、LDH, SGOT, SGPT,ならびに酸およびアルカリホスファターゼといった細胞死に関連する酵素、）、ホルモン（たとえば、黄体形成ホルモンおよび卵胞刺激ホルモンといった排卵に関連するホルモン、もしくはヒト絨毛性ゴナドトロピンといった妊娠に関連するホルモン）、リポタンパク質（たとえば、高密度、低密度および超低密度リポタンパク質）、および抗体（たとえば、エイズ、重症筋無力症および狼瘡といった疾病に対する抗体）である。抗原およびハプテンもまた適当なアナライトである。
【００７５】
さらに、本発明は、ステロイド（たとえば、コレステロール、エストロゲンおよびそれらの誘導体）のようなアナライトを検出し、モニタリングするために有用である。エストロゲンの場合、本発明によって、エストロゲン療法を受けている更年期患者をモニターすることが可能となる（この場合、エストロゲンレベルが極めて高くなる可能性がある）。本発明はまた、テオフィリン（喘息患者において）およびクレアチニン（腎不全に関連する物質）といった物質を検出し、モニタリングするために有用である。
【００７６】
また、本発明を用いて、農薬および薬物を検出およびモニターすることができる。本発明で使用される「薬物」という用語は、経口摂取、吸引、吸収もしくは別の方法で体内に取り込まれたとき、生理的反応を生じる物質を表す。この1群に包含されるのは、アルコール、治療薬（たとえば、シクロホスファミド、ドキソルビシン、ビンクリスチン、エトポシド、シスプラチン、およびカルボプラチンといった化学療法薬）、麻薬（たとえば、コカインおよびヘロイン）、および向精神薬（たとえば、LSD）である。
【００７７】
本発明を用いて、ポリヌクレオチド（たとえば、DNAおよびRNA）を検出し、モニターすることもできる。たとえば、細胞溶解の基準として、全体としてのDNAレベルをアッセイすることができる。あるいはまた、本発明を用いて、特定の配列（たとえば、HIV RNA）の発現をアッセイすることも可能であろう。
【００７８】
上記のように、本発明は、個体におけるアナライトのin vivo検出法を特色とする。本方法にしたがって、センシング装置（アナライトと可逆的に結合し、アナライトを検出するための蛍光試薬を含有する）を、アナライトと、または上記のアナライトの含有が疑われる個体の組織もしくは体液と連絡する状態に設置する。上記のように、好ましいセンシング装置は、アナライトが前記センサーの内外に拡散することを可能にする一方で、蛍光試薬を保持するように構成される。蛍光試薬は、特異的結合対を包含することができるが、その一方はエネルギー吸収ドナー分子（フルオロフォアとすることができる）で標識され、他方はエネルギー吸収アクセプター分子（フルオロフォアとすることができる）で標識される。ドナーの励起状態のエネルギーレベルは、アクセプターの励起状態エネルギーレベルと重なり合う部分がある。センサーは、i)ドナーを励起することができるように、もしくはii)ドナーとアクセプターの両方を励起できるように、照射される。つぎに、アナライトの存在に関連づけられる蛍光試薬からの蛍光を測定するが、これは無放射蛍光共鳴エネルギー転移（”FRET”）が、結合時にドナーとアクセプターとの間に生じる程度を測定することによる。言い換えると、無放射蛍光共鳴エネルギー転移は、下記を測定することによって決定される；i)ドナーのみが励起されるとき、２つの発光波長での蛍光シグナルの比、ここでその一方は、ドナー発光に起因し、他方はアクセプター発光に起因する、またはii)ドナー励起後のアクセプターによる蛍光シグナル、およびアクセプター励起後のアクセプターによる蛍光シグナルの比。
【００７９】
FRETの基本要素。FRETは、一般に2つのフルオロフォア、一方がエネルギードナー(D)であり、他方がエネルギーアクセプター(A)、間のエネルギーの無放射転移に関する。適切に選択されたドナー-アクセプター対をいずれも使用することができるが、それは、ドナーの発光がアクセプターの励起スペクトルと重複する部分を有し、両方とも、ある１つの波長で光のエネルギーを吸収して別の波長で光のエネルギーを放出することができることが条件である。
【００８０】
ドナー-アクセプター対としてフルオレセインおよびローダミンを特に取り上げて、本方法を下記に説明する。本明細書で使用されるフルオレセインという用語は、さまざまな関連化合物および誘導体を包含する化合物群を表す。同様に、本明細書で使用される、ローダミンという用語は、さまざまな関連化合物および誘導体を包含する化合物群を表す。ドナー／アクセプター対の他の例は、ローダミンに対するNBD N-(7-ニトロベンズ-2-オキサ-1,3-ジアゾール-4-イル)、エオシンもしくはエリトロシンに対するNBDもしくはフルオレセイン、ローダミンに対するダンシル、ローダミンに対するアクリジンオレンジがある。
【００８１】
あるいはまた、ドナーおよびアクセプターのいずれもが、光のエネルギーを吸収することができるが、一方だけが光のエネルギーを放出する。たとえば、ドナーは蛍光を発するがアクセプターは非蛍光である可能性がある。アクセプターが、通常は、（蛍光）ドナーを励起するために用いられる波長で励起されない、ドナー-アクセプター対を利用することも可能である；しかしながら、無放射FRETはアクセプター励起を引き起こす。
【００８２】
ドナーおよびアクセプターは、本明細書では「対」として表されるが、この対を構成する2つの化合物は、実際、同一の物質であってもよい。一般に、2つの化合物は異なる（たとえば、フルオレセインおよびローダミン）と思われる。一方の分子（たとえば、フルオレセインもしくはローダミン）がドナーおよびアクセプターの2つの役割を果たすことが可能である；この場合、エネルギー転移は蛍光の偏光解消を測定することによって測定される。
【００８３】
FRETの考え方を下記に説明する。エネルギードナーの吸光度および発光スペクトルは、それぞれA(D)およびE(D)と称し、アクセプターの吸光度および発光スペクトルは、それぞれA(A)およびE(A)と称する。ドナーおよびアクセプターの吸光度および発光スペクトルは異なるが、ドナー発光とアクセプター吸光度スペクトルとの間の重なり合う領域が重要である。たとえば、エネルギードナーの励起が波長Iで起こるならば、光は、ドナーの発光波長である、波長IIで放出されることになる。通常、波長IIIで光を放出するアクセプターは、波長Iでは光を吸収しないため、まったく光を放出しない。しかしながら、ドナーの発光スペクトル、E(D)、がアクセプターの吸光度スペクトルA(A)と十分に重なり合っていれば、無放射エネルギー転移作用が起こり、結果としてアクセプター(A)が波長IIIで光を放出することができる。
【００８４】
ドナー分子(D)が、Eと称される、特定の電界ベクトルを有する光子を吸収するとき、無放射転移作用が起こる。励起状態において、ドナー分子は、一端に正電荷を、他端に負電荷を有する双極子として存在することになる。アクセプター分子(A)がDに十分に近接しているならば（たとえば、典型的には100オングストロームより近い）、アクセプター分子上に逆に荷電した双極子が誘導される（それは励起状態となる）。この双極子に誘導される双極子相互作用は、ドナー-アクセプター分子間距離の6乗に逆比例して低下する。
【００８５】
古典的に、部分的エネルギー転移は起こりうる。しかしながら、これは、FRETにおいて発生するものではなく、それは、中途半端はありえない量子力学事象である。すなわち、ドナーはそのエネルギーの一部をアクセプターに与えることはできない。エネルギーのすべてが転移されなければならず、エネルギー転移は、エネルギーレベル（すなわちスペクトル）が部分的に重なり合う場合にのみ起こりうる。Aがその励起状態を脱するとき、放出された光は、入射光に対して、回転され、または偏光解消される。結果として、FRETは、波長IIでの蛍光強度の減少（すなわちドナー発光の減少）、波長IIIでの蛍光強度の出現（すなわち増感発光の増加）、および入射光に関連した蛍光の偏光解消として、現れる。
【００８６】
FRETの最終的な発現は、励起状態寿命にある。蛍光は、平衡化プロセスとして観察され、ここにおいて、ある分子が励起状態にとどまる時間の長さは、入射光によって励起状態に追い込まれる速度と、この状態から追い出そうとする速度全体との間の競合の結果である（蛍光および無放射プロセス）。これ以上の無放射プロセス、FRET、が加えられた場合（他のすべてを荷電していない状態にする）、減衰が起こりがちで、このことは波長IIでのドナー寿命が短くなることを意味する。
【００８７】
励起および発光スペクトルが重なり合う部分を有する2つのフルオロフォアが、十分近接した近傍にあるとき、ドナー分子の励起状態エネルギーは、共鳴によって誘導される双極子-双極子相互作用によって、隣接するアクセプターフルオロフォアに転移される。FRETでは、サンプルもしくは混合物は、ドナーを励起するがアクセプター分子は直接的には励起しない波長で、照射される。つぎに、サンプルを2つの波長、ドナー発光波長およびアクセプター発光波長でモニターする。ドナーおよびアクセプターが、十分近接した近傍にない場合には、FRETは発生せず、ドナー波長でのみ発光が生じる。ドナーおよびアクセプターが十分近接した近傍に存在するならば、FRETが発生する。この相互作用の結果、ドナー寿命が減少し、ドナー蛍光のクエンチングが生じ、アクセプター蛍光強度が増加し、蛍光強度の偏光解消が起こる。エネルギー転移の効率、Etは、ドナーとアクセプターとの分子間の距離Rが増加するにつれて、急速に下落する。孤立したドナー／アクセプター対に関して、エネルギー転移の効率は次のように表される：
Et = 1/[1+(R/R0)6] (1)
ここで、Rはドナーおよびアクセプター間の離隔距離であり、R0は1/2転移のための距離である。R0は、ドナー発光スペクトルおよびアクセプター発光スペクトルの重なり積分、屈折率、ドナーの量子収量、ならびにドナー発光およびアクセプター吸光度モーメントの方向によって決まる値である。Forster, T., Z Naturforsch. 4A, 321-327(1949); Forster, T., Disc. Faraday Soc. 27, 7-17(1959).
その1/R6依存性のために、FRETは分子の距離にきわめて依存性であって、「分光学の定規」と呼ばれた。（Stryer, L.およびHaugland, R. P., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98:719(1967)）。たとえば、この技術はタンパク質および核酸を含めたさまざまなポリマーにおいて、内因性および外因性フルオロフォアの両者について、ドナーおよびアクセプター間の距離を測定するのに有用であった。Cardulloらは、FRETを用いて、2つのオリゴデオキシヌクレオチドのハイブリダイゼーションをモニターすることができることを明らかにした（Cardullo, R.ら、Proc. Natl. Acad. Sci., 85:8790-8794(1988)）。
【００８８】
アナライト濃度を測定するためにセンシング装置およびFRETレポーティングシステムを使用すること。本発明のセンシング装置およびレポーティングシステムを用いて、広範な生理学的アナライト濃度を検出することができる。さらに、その方法は信頼性がある。また、反応物が消費されないため、装置を長期間再使用できる。その上、in vivo実施形態は、非侵襲性または、最小限侵襲性である。
【００８９】
一般に、センシング装置およびFRETレポーティングシステムは、アナライトの検出のために使用され、2つの方法のうちの１つである。第1は、競合アッセイであって、ここで検出されるべきアナライトに対するアナログ、ならびにアナログおよびアナライトの両者に結合できるリガンドが、一方はドナーフルオロフォア、他方はアクセプターフルオロフォアを用いて標識される。したがって、アナログはドナーで標識され、リガンドはアクセプターで標識される、またはアナログがアクセプターで標識され、リガンドがドナーで標識されてもよい。標識された試薬がアナライトと接触したとき、アナライトはアナログを置き換えてリガンドと結合する。リガンドおよびアナログが、互いにFRETが起こるのに十分なほどには、もはや近くないため、FRETによる蛍光シグナルは減少する；その減少は、アナライトの濃度と相関する（相関関係は、事前の検量ステップで確立されている）。
【００９０】
蛍光試薬の再使用を可能にするために、アナライトおよびリガンド間の結合は、生理的条件下で可逆的でなければならない。同様に、アナライト-リガンド結合およびアナログ-リガンド結合に関連する平衡状態の結合定数は、アナライトがアナログに置き換わることができるようにすべきである。言葉を換えると、アナログ-リガンド結合は、アナライトがアナログに置き換わることができないほど強くてはならない。
【００９１】
この方法は、一般的に、炭水化物、ステロイド、タンパク質、ペプチド、抗原、ハプテン、薬物、農薬、テオフィリン、クレアチニン、および有機低分子化合物の検出に適用できる。グルコースおよびフルクトースといった炭水化物の場合、上記の選択基準を満たす適当なアナログ-リガンドの組み合わせは、下記の組み合わせを包含する：複合糖質-レクチン、抗体-抗原、レセプター-リガンド、および酵素-基質。たとえば、グルコースの場合、グルコースアナログとして（複合糖質として）デキストラン、およびコンカナバリンA（レクチンとして）の組み合わせが効果的である。他の糖類に関する適当な組み合わせを決定するために、糖と結合するレクチンを選択した後、そのレクチンを、当該の糖もしくは糖アナログで共有結合によって標識されたウシ血清アルブミンと組み合わせて使用することができる。
【００９２】
ステロイド、タンパク質およびペプチドといったアナライトの場合には、適当な組み合わせは、ステロイド、タンパク質もしくはペプチドに対するアナログ、および抗体（もしくは抗原、この場合タンパク質もしくはペプチドは抗体である）、または、ステロイド、タンパク質もしくはペプチドに対するレセプターとなるであろう。たとえば、ステロイドの場合、Haugland, R. P. (1989) Molecular Probes: Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals, Molecular Probes, Eugene, ORによって、適当なアナログの調製に関する情報が与えられる。代表的な例としてコレステロールを用いて、脂肪族側鎖へのフルオロフォア（たとえば、NBDもしくはピレン）の共有結合によっても、あるいはヒドロキシル基への共有結合（たとえば、フルオロフォアとしてアントラセンを使用して）によっても、誘導体を調製することができる。コレステロールに関して、このようにして作製される分子はそれぞれ、22-(N-ニトロベンズ-2-オキサ-1,3-ジアゾール-4-イル)アミノ-23,24-ビスノル-5-コレン-3B-オール；3B-ヒドロキシ-22,23-ビスノル-5-コレン酸 1-ピレンメチル；およびアントラセン-9-カルボン酸コレステリルである。ドナーもしくはアクセプターを用いて蛍光性のタグを付けた担体タンパク質もしくは他の高分子に、ステロイドを結合することもできる。この結合は、脂肪族側鎖もしくはヒドロキシル基のいずれかによって再び生じる。
【００９３】
糖タンパク質、糖ペプチド、および糖脂質の場合、同様の考察が当てはまる。グリコシル化ヘモグロビンの場合、標識されたレクチンおよびヘムそれ自体との間のFRETを測定することができると考えられる（蛍光のクエンチングとして、こうしたことが現れる）。
【００９４】
センシング装置およびFRETレポーティングシステムを用いた第2のアプローチは、アナライト分子の異なる部分（部位）に結合する2つのリガンドを選択することである；空間的に異なっていることに加えて、その部分はさらに化学的にも異なる可能性がある。このアプローチは、抗原、ハプテン、ステロイド、タンパク質、ペプチド、薬物、農薬、テオフィリン、クレアチニン、および大きな有機分子に一般的に適用可能である。リガンドは2つの抗体、2つの細胞レセプター、もしくは1つの抗体および1つの細胞レセプターとすることができるであろう。たとえば、HCG, FSH,およびLSHのようなホルモンの場合、標識されたリガンドは、ホルモン分子の異なる部分に結合する、抗体もしくは細胞レセプターとすることができる。
【００９５】
上記の第2のアプローチのある変形態様は、一方はドナーで標識され、他方はアクセプターで標識される、2つの蛍光DNA断片を封入すること、および次にFRETを測定することによって、狼瘡患者の抗DNA抗体のような抗体を検出することである（当該抗体が存在し、標識断片と架橋するならば、FRETが起こる）。
【００９６】
もう一つの変形態様は、標識されたオリゴヌクレオチドプローブに関する。Cardullo, R.ら、Proc. Natl. Acad. Sci., 85:8790-8794(1988)に記載のように、2つのオリゴデオキシヌクレオチドのハイブリダイゼーションを、こうしたプローブと同時にFRETを用いてモニターすることができる。このようにして、特異的DNA配列を決定することができる。
【００９７】
全DNAレベルをアッセイするために、DNAもしくはRNAに非特異的に結合する試薬を使用する。このような試薬の例には、結合時に劇的なスペクトルシフトを示す、インターカレーションを起こす蛍光色素が挙げられる。
【００９８】
さらに別の変形態様では、単一の物質は、ドナーおよびアクセプターフルオロフォアの両者で標識される。アナライトと結合する時に上記物質の高次構造の変化に伴って生じる蛍光の変化を、アナライトの存在を示すものとして利用する。たとえば、アナライトは、らせん状DNA分子とすることができ、蛍光試薬は、このDNAと結合するドナーおよびアクセプターフルオロフォアで標識された物質である。結合は、ドナーおよびアクセプター間の離隔距離を変化させ、したがってFRETにより検出されるシグナルが変化する。
【００９９】
グルコース濃度を測定するためにセンシング装置およびFRETを使用すること。本発明のある態様は、体液中のグルコースを検出して定量する方法において、センシング装置およびFRETレポーティングシステムに関わる。本方法は、グルコースによって競合的に減少する特異的結合対のメンバー間の、結合の存在および程度を測定する無放射蛍光共鳴エネルギー転移（FRET）のプロセスに基づく。特異的結合対を構成するのは、リガンド（たとえば、レクチン、モノクローナル抗体）、および炭水化物含有レセプター（複合糖質と呼ばれる）であるが、後者はグルコースと競合してリガンドと特異的に結合する。リガンドおよび複合糖質はいずれも、蛍光標識されるが、通常は、同じフルフォアでは標識されない。これらは上記のように、グルコース濃度を測定すべきサンプル（たとえば、間質液）と接触することになる。
【０１００】
本発明のセンシング装置ならびにFRETレポーティングシステムおよび方法は、グルコース恒常性が障害された個体（たとえば、糖尿病もしくは低血糖の個体）および生物医学研究においてグルコース濃度を日常的にモニターするのに特に有用である。
【０１０１】
センシング装置およびFRETを用いて体液中のグルコース濃度を測定することについて下記に説明する。レポーティングシステムの、ある高分子（Mとする）は、共有結合したフルオロフォアを包含し、複合糖質（たとえば、デキストラン）と称される。レポーティングシステムの第2の高分子（Lとする）は、グルコースに対する高度の特異性を有するリガンド（たとえば、コンカナバリンA）、および第1の高分子のフルオロフォアとは一般に同じではないフルオロフォアを包含する。
【０１０２】
前記のように、上記フルオロフォアの一方はドナーとなるよう選定され、他方はアクセプターとなる。これを明らかにする目的で、ドナー分子を複合糖質に付け、アクセプターをリガンドに付けた。次に、結合を次のように図示することができる：
DM+AL→DM-LA
ここで、DMはドナー-高分子を表し、ALはアクセプター-リガンドを表し、さらにDM-LAは、第1複合体中に存在する複合糖質および第2複合体中に存在するリガンドとの間の結合を表す。結合時に2つの高分子は、ドナーおよびアクセプター間のエネルギー転移が起こりうるほど十分に近接する。
【０１０３】
472 nmでフルオレセインを励起することによってスペクトルを集め、500-650 nmからの発光をスキャンする。一般的に、フルオレセインに関する最大発光（約520 nm）、およびローダミンに関する最大発光（約596 nm）で、蛍光強度をモニターする。エネルギー転移の測定基準は、グルコース濃度の関数としての、520 nmおよび596 nmでの蛍光強度の比（すなわち、FI 520/FI 596）であり、または蛍光光度計で測定される520 nmでのフルオレセインのクエンチングである。
【０１０４】
遊離グルコースの存在は、上記の式に競合阻害剤を持ち込むことになる。なぜならば、遊離グルコースは、リガンドに対して、複合デキストランと競合するためである。したがって、グルコース濃度の上昇は、複合糖質と結合するリガンド量の減少をもたらす。グルコースが比較的低濃度の場合、転移効率は依然として高いが、これは高分子の結合がほとんど影響を受けないためである。グルコースが高濃度では、グルコースが競合して優勢になり、リガンドがデキストランから離れたことによって、転移効率は低くなる。
【０１０５】
主題となる発明の方法を用いて、個体から得るのにふさわしい量（たとえば、0.1-10μl）のサンプル中のグルコースを検出し定量することができる。
【０１０６】
主題の発明の方法に基づいて、数多くのレポーターシステムを構築して、in vivoで血中グルコース濃度を検出することができる。これらのレポーターシステムは、取り替えが必要となる前に長期間（たとえば、1日以上）活性な状態で存続することができる。一般に、レポーターシステムを含有する新規センシング装置は、毎日、皮膚もしくは粘膜表面に適用される。
【０１０７】
よって、新規センシング装置およびモニタリング法が開示される。主題の発明の好ましい実施形態をある程度詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、明らかな変形形態を作りだすことが可能であることは明らかである。
【国際調査報告】
2005513439.tif 000002