(57)【要約】レーザ光散乱（ＬＬＳ）による直接的な散乱光を測定することによって、５〜２００ｎｍの粒径のサブミクロメトリックなポリマー粒子を用いて、粒子表面に吸着されたリガンドとセレプターとの相互作用を定量的に測定する方法。
2008513746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光散乱（ＬＬＳ）によって２つの相互作用分子種の結合定数を測定する方法であって、
ａ）１．３２５０〜１．３４００、望ましくは１．３３００〜１．３３５０の屈折率ｎｐを有する疎水性アモルファスポリマーによって構成され、５〜２００ｎｍの平均粒径を有する粒子の０．０５％〜５重量％を含有するコロイド状水性懸濁液又はラテックスに、両親媒性非イオン性又は同様にイオン性界面活性剤５０％〜９９．５％重量％及びレセプターで終結された同じ又は異なる界面活性剤０．５〜５０重量％を含有する混合物の水溶液の一連の既知量を添加し、
レーザ光散乱（ＬＬＳ）によって懸濁液が散乱する光強度を各添加の後に測定し、漸近値Ｉｒに達するまで、累積的な添加溶液量に関する図にそれを記録し、
ｂ）リガンドの一連の既知量の水溶液を、ステップａ）で得られた懸濁液に添加し、懸濁液に添加したリガンドのモル濃度を［Ｔ０］として表し、各添加の後に、レーザ光散乱（ＬＬＳ）による懸濁液が散乱する光強度Ｉを測定し、漸近値Ｉｒに達するまで、累積的な添加溶液量に関する図にそれを記録し、方程式（１）
【数１】
2008513746.tif 000004
（式中、Ｉ０は非被覆粒子による光散乱の強度であり、ηｗは溶媒の屈折率であり、ｎ１はリガンドの屈折率であり、φｐは粒子によって占められた懸濁液容量のフラクションであり、ρ１は純粋なリガンドの密度であり、ｍ１はリガンド分子の分子量であり、［Ｓ０］はリガンド−レセプター相互作用部位の総モル濃度であり、Ｋは結合定数である。）
を用いて、リガンド添加に関する散乱光強度のデータをフィットさせることを含む方法。
【請求項２】
非イオン性又はイオン性両親媒性界面活性剤がポリマー粒子上に単分子層（自己アセンブリ単分子層）を生じさせる界面活性剤である請求項１の方法。
【請求項３】
非イオン性界面活性剤が、
ａ）CH3-(CH2)n-(OCH2CH2)mOH
（式中、６＜ｎ＜１８及び３＜ｍ＜１２）
の構造を有する非イオン性化合物、
ｂ)  RO-(CH2)n-CH3
（式中、６＜ｎ＜１２及びＲ＝グルコース又はマルトース残基）
の構造を有するアルキルグルコシドから選択される請求項１又は２の方法。
【請求項４】
リガンド−レセプター結合は、タンパク質、核酸、グリコプロテイン、炭水化物、ホルモン類から選択される請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
分子のリガンド−レセプター結合は、抗体／抗原、酵素／抑制剤、炭水化物／炭水化物、タンパク質／ＤＮＡ、ＤＮＡ／ＤＮＡ、ペプチド／ペプチドから選択される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ポリマー粒子の直径及びポリマーのコロイド水性懸濁液は、５００〜２０００ｃｍ２の懸濁液１ミリリットルあたりの有効表面を有するために選択される請求項１〜５のいずれか１つの記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接的な光散乱の測定によって、粒子表面に吸着されたレセプターとのリガンドの相互作用の定量測定のための簡便かつ効果的な方法に関する。より詳しくは、本発明は、レセプターとのリガンドの相互作用の定量的な測定方法であって、サブマイクロメーターのポリマー粒子（５〜２００ｎｍの直径を有し、好ましくは４０〜８０ｎｍの粒径を有する）を用いる。
【背景技術】
【０００２】
リガンドとレセプターとの間の相互作用、つまり、化学的、生化学的又は生物学的影響力でのリガンド−レセプターの可逆的なシステムの結合親和性を測定するめに、いくつかの方法が先行技術で提案されている。主な方法のリストは、Angew. Chem. Int. Ed. 1998, 37, p2785において報告されている。
【０００３】
その既知の方法は、通常、適切な平坦な表面へのレセプターの固定及びリガンドに接触させた後のその表面の種々の特性、例えば、光学的なものの測定を含み、そのバリエーションは、レセプター−リガンド結合の形成によって誘導される。
【０００４】
ある種の方法では、溶液中でリガンド標識、つまり、蛍光、発光又は放射性種による共有結合のリガンド修飾が必要である。例えば、米国特許出願２００４／００１４０６０Ａ１参照。
【０００５】
しかし、リガンドの修飾は、非常に複雑で、長時間の操作が必要であり、それは、リガンドのよく知られたバラエティが用いられるスクリーニングテストでは、ほとんど使うことができない。さらに、その方法は、遊離リガンド（つまり、レセプターと相互に作用せず、測定を妨害するもの）を洗い流すことによって、システムから排除する操作をさらに必要とする。
【０００６】
その方法のさらなる欠点は、リガンド−レセプター相互作用が、標識のために、リガンドの化学修飾に影響され得ることである。
レセプター−リガンド相互作用（例えば、細胞膜表面に生じるもの）をより効果的に刺激する別の種類の方法では、標識物質でリガンドを修飾することなく、レセプター−リガンド結合における結合形成によって表面で誘発されるバリエーションを直接利用するものである。その方法の例は、BIAcoreバイオセンサー（例えば、米国特許第5,313,264及び5,374,563に記載されたファルマシアバイオセンサー社（ウプサラ、スウェーデン）によって市販されている）を用いるものである。
【０００７】
このバイオセンサーでは、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）の原理（J.Homolaら、“Surface Plasmon Resonance Sensors: review”, Sensor and Actuators B 54 (1999) 3-15）に基づいて、エバネセント光学波が、銀又は金のような導電材の薄層（５０ｎｍ）を有する表面プラスモンに結合し、特定の角度で共鳴現象を発生させる。これは、金属に吸着した層、例えば、リガンド−レセプター結合、の屈折率の変化を測定することを可能にする。この変化から、リガンドとレセプターとの間の結合定数が得られる。
【０００８】
しばしば実際に用いられるとしても、この方法は、複雑で、高価であり、結合定数の測定において必ずしも正確でない。Peter Schuckによる Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct.、1997, 26、541-66頁の「Use of surface plasmon resonance to probe the equilibrium and dynamic aspects of interactions between biological macromolecules」参照。結合定数の測定のためのBIAcore方法の使用に関連した問題は、
１）測定に影響するリガンド大量輸送、
２）リガンド−レセプター結合の立体障害（バルク効果）及びセンサーにおける結合部位の分布、それらは吸着及び脱着定数に影響する。したがって、珍しくはないが、この方法で得られる結合及び分離定数は、他の方法によって得られたものとは桁違いに異なる。
【０００９】
３）測定が、熱力学の平衡条件（動的アプローチ）下で行われないいという事実による。
従って、動的方法、例えば、BIAcoreの欠点を回避し、表面でのリガンド−レセプター相互作用によって誘発される変化を直接利用し、リガンドの標識及び洗浄操作を回避し、熱力学の平衡条件下で作用させることができるリガンドとレセプターとの間の相互作用を測定する有用な方法を探求することが必要である。
【発明の開示】
【００１０】
以下に記述される方法によって、熱力学の平衡における分子種の結合親和性を決定することができる定量的な光学的方法で、上述した欠点を取り除くことができることを意外かつ予想外に、今、見出した。
【００１１】
本発明の目的は、レーザ光散乱（ＬＬＳ）による２つの相互作用する分子種の結合定数を測定するための方法であって、以下のステップからなる。
ａ）１．３２５０〜１．３４００、望ましくは１．３３００〜１．３３５０の屈折率ｎｐを有する疎水性アモルファスポリマーによって構成され、５〜２００ｎｍの平均粒径を有する粒子の０．０５％〜５重量％のコロイド状水性懸濁液又はラテックスに、両親媒性非イオン性（又は同様にイオン性）界面活性剤の５０％〜９９．５％重量％及びレセプターで終結された同じ又は異なる界面活性剤の０．５〜５０重量％を含有する混合物の水溶液の一連の既知量に添加し、レーザ光散乱（ＬＬＳ）による懸濁液によって散乱する光強度を各添加の後に測定し、漸近値Ｉｒに達するまで、累積的な添加溶液量に関して図にそれを記録し、
ｂ）リガンドの一連の既知量の水溶液を、ステップａ）で得られた懸濁液に添加し、懸濁液に添加したリガンドのモル濃度を［Ｔ０］として表し、各添加の後に、レーザ光散乱（ＬＬＳ）による懸濁液によって散乱した光強度Ｉを測定し、漸近値Ｉｒに達するまで、累積的な添加溶液量に関して図にそれを記録し、方程式（１）を用いてリガンド添加に関する散乱光強度のデータをフィットさせる。方程式は、
【００１２】
【数１】
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（式中、Ｉ０は非被覆粒子による光散乱の強度であり、ηｗは溶媒の屈折率であり、ｎ１はリガンドの屈折率であり、φｐは粒子によって占められた懸濁液容量のフラクションであり、ρ１は純粋なリガンドの密度であり、ｍ１はリガンド分子の分子量であり、［Ｓ０］はリガンド−レセプター相互作用部位の総モル濃度であり、Ｋは結合定数である。）
である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
方程式（１）は、リガンド添加に関して散乱光強度のデータにフィットさせるために用いられるが、波長より相当小さな粒子によって散乱される光強度のためのレイリーモデルによって（例えば、“Light Scattering by Small Particles” H.C. van de Hulst, DoverPublications, Inc. New York参照）及び「ラングミュア等温線」として知られている関数によって導かれる。「ラングミュア等温線」は、添加リガンド量［Ｔ０］、レセプター濃度［Ｓ０］及び親和定数Ｋと関連してレセプターに結合したリガンド量を示す（例えば、“Principles of Colloid and Surface Chemistry”, P.C. Hiemenz, Marcel Dekker Inc.参照）。それにフィットさせることにより含有される他の大きさが知られるため、リガンド−レセプター相互作用に対する粒子表面に吸着されるレセプターの濃度［Ｓ０］及び親和定数Ｋを導き出すことが可能となる。
【００１４】
アモルファス疎水性ポリマーは、例えば、パーフルオロポリマーとすることができる。
両親媒性界面活性剤として、ラテックス粒子上に自己アセンブリ単分子層を生じさせるものが用いられる。その単分子層の獲得は、レセプターで終結された界面活性剤とのその混合物に代えて、非イオン性（又は同様にイオン性）界面活性剤のみを用いることによって、本発明の方法のステップａ）を行い、図の漸近値の達成を観察することによって達成することができる。
【００１５】
さらに、その非感応化界面活性剤には、特定の相互作用があってはならない、つまり、それらは、分析されるリガンドとの結合を形成してはならない。そのような相互作用がないことにより、界面活性剤のみであって、混合物でないものを用いて本発明による方法の第１ステップを行い、続いてステップｂ）を行い、散乱光強度のばらつきがないことを検証することによって、検証することができる。
【００１６】
本発明によれば、非イオン界面活性剤（糖脂質又はオキシエチレン系界面活性剤（brij）のいずれか）を、レセプターとして作用する部位を有する分子として又は粒子表面において相互作用しない「スペーサ」として用いることができる。あるいはイオン性界面活性剤、例えば、アニオン性（例えば、ビス（２−エチレンへキシル）スルホサクシネートナトリウム塩（ＡＯＴ、シグマ製））又はカチオン性（例えば、臭化ジデシルジメチルアンモニウム（ＤＤＡＢ、同様にシグマ製））をも用いることができる。
【００１７】
本発明で用いられる非イオン性界面活性剤のうち、例えば、
ａ）CH3-(CH2)n-(OCH2CH2)mOH
（式中、６＜ｎ＜１８及び３＜ｍ＜１２）
の構造を有する非イオン性化合物、例えば、市販の化合物Brij 56 (Fluxa、 cas号9004-95-9)（ここで、ｎ＝１５及びｍは ｍ＝１０近辺に分布する。）、
ｂ)  RO-(CH2)n-CH3
（式中、６＜ｎ＜１２及びＲ＝グルコース又はマルトース残基）
の構造を有するアルキルグリコシド、例えば、市販の化合物、ｎ−ドデシル−β−Ｄ−マルトシド（アルドリッチ製）
が挙げられる。
【００１８】
レセプターで終結された両親媒性界面活性剤は、既知の先行技術の方法によって、上述した界面活性剤とレセプターとの反応によって製造される。
レセプター−リガンド結合は、ある程度安定した結合を生じさせるために、適当な親和性を有する分子結合（例えば、タンパク質、核酸、グリコプロテイン、炭水化物、ホルモン類）と定義される。特に、抗体／抗原、酵素／抑制剤、炭水化物／炭水化物、タンパク質／ＤＮＡ、ＤＮＡ／ＤＮＡ、ペプチド／ペプチド等が挙げられる。
【００１９】
本発明の方法のステップａ）及びｂ）において、散乱光強度の測定を、懸濁液を安定化させるために、熱力学的平衡条件下で、つまり、一般に４〜６分間の時間間隔で、交互に添加して行う。
【００２０】
本発明のシステムは、迅速に熱力学的平衡に達することが見出されている。従って、行われる測定は、吸収−脱着動力学から独立しており、よって、バルク輸送によっては、少なくとも影響されない。
【００２１】
サブミクロメトリック粒子でのコロイドシステムの形態は、平らな表面を利用するシステムと比較するとより大きな表面を利用することができ、溶液量を固定することができる。通常、ポリマー粒子の直径及びポリマーのコロイド水性懸濁液の濃度は、懸濁液１ミリリットルあたりの有効表面（５００〜２０００ｃｍ２）を有するために選択される。
【００２２】
本発明の方法は、１ミリリットルあたり最高３マイクログラム材料まで検出することができ、これは、表面に対する吸着質量における検出限界（先行技術で最も感受性の高い技術の範囲である０．０４ｎｇ／ｍｍ２）に相当する。
【００２３】
本発明の方法によれば、光散乱（ＬＳ）がレセプターとリガンドとの間の相互作用を効果的に同定し、測定するに至ることは、意外であり、予想外である。実際、希釈溶液におけるレセプターとリガンドとの相互作用は、ＬＳによって測定することはできない。
【００２４】
一方、多数のレセプターをサポートするサブミクロメトリック粒子の使用は、リガンド−レセプター相互作用を測定するためにＬＳを使用することを可能にする。
異なる粒子（ここでは多価の相互作用として示される）によって行われるリガンドとより多くのレセプターとの間の相互作用の存在が、本発明の方法を応用できなくする点に注意することが必要である。いくつかの多価の相互作用の場合、ラテックス凝集をもたらすかもしれない。多価の相互作用の存在は、ダイナミックレーザ光散乱（ＤＬＬＳ）技術によって、ステップａ）及びｂ）の間、粒径を測定することによって検証することができる。ＤＬＬＳ法は、散在強度と散在粒子のリリース時間とを結びつける曲線の記載に基づく。よって、リリース速度Γを描くことは可能であり、それは散乱種の散乱係数Ｄと比例している。
【００２５】
Γ=D*q2
（式中、ｑは後述するように波ベクトルを示す。
q=(4πn/λ)sin(θ/2)
（式中、ｎは媒体屈折率、λは波長、θは測定が行われる散乱角である））。
【００２６】
散乱係数Ｄは、ストークス・アインシュタインの方程式によって存在する散乱物質の直径に関係する。
D=kT/3πηφ
（式中、Kはボルツマン定数、Tは温度、ηは媒体の粘度、φは散乱物質の直径である）。
従って、この方程式から、粒径を導き出すことができる。多価の相互作用がなければ、ポリマーの粒径は、実質的に一定のままである。直径のばらつきは、界面活性剤によって、レセプターによって及びリガンドによって形成される単分子層による。
【００２７】
多価の相互作用が存在するとしても、システム凝集がなければ、直径ばらつきの制御が特に重要である。この場合、もちろん、得られた測定値は、リガンド−レセプター相互作用の意味はないであろう。
【００２８】
従って、レセプターとリガンドとの間で起こるはずの相互作用は、多価の相互作用であってはならない。多価でない相互作用のための直径ばらつきは、約４０ｎｍのポリマー粒子を支持するために、数ナノメートルのオーダーである。それよりむしろ、例えば、８０ｎｍの粒子が４０ｎｍの支持する粒子を用いていることが検出される場合、多価の相互作用がある。
【００２９】
以下に本発明の目的を詳述するために実施例を示すが、これらに限定されるものではない。
実施例１
塩酸バンコマイシン水和物（リガンド）とペプチド配列L-Lys-D-Ala-D-Ala（レセプター）との結合定数の測定
【００３０】
ステップａ）
平均粒径７８ｎｍのサブミクロメトリック粒子０．１重量％を含有するコロイド水性懸濁液（パーフルオロメチルビニルエーテル４０モル％を含有するＴＦＥコポリマー）に、ｎ−ドデシル−β−Ｄ−マルトシド９９重量％とペプチド配列L-Lys-D-Ala-D-Ala、細菌細胞壁の配列特性で終結された非イオン性界面活性剤Brij 56の１重量％との混合物１０ミリモルの水溶液を、５分間の間隔で、それぞれ６マイクロリットル添加した。
各々の添加の後、混合物を３０秒間攪拌し、１分間平衡させ、散乱光強度を、散乱光を電気信号に変換するために、５ミリワットのヘリウム−ネオンレーザ及び光電子増倍管を用いて測定した。
【００３１】
このように、光強度を、サンプル中の粉末の存在可能性によるノイズを最小限に止めるために、最も低い値を選んで、連続的に６回、１０秒間記録した。
測定した強度値（図１における点）を、添加溶液量に関する図として示し、図１に示す曲線を得る。
用いられた混合物によって被覆する漸進性の粒子を、散乱光強度の変化によってモニターする。
散乱光強度の漸近値の達成によって、完全な被覆が明確に示される。
【００３２】
ステップｂ）
漸近値に達したら、ａ）で得られた懸濁液に、塩酸バンコマイシン水和物（アルドリッチ製、cas番号861987）の０．４ミリモル水溶液を、それぞれ５分間の間各で、６マイクロリットル添加する。
【００３３】
各々の添加の後、混合物を、３０秒間攪拌し、１分間平衡させ、散乱光強度をステップａ）と同様に測定した。
測定した強度値（図１における三角形）を、溶液量に関する図として示し、ステップａ）で示した曲線に加える。
【００３４】
バンコマイシン／L-Lys-D-Ala-D-Ala結合の形成が、バンコマイシンとのレセプター部位の飽和を示す漸近値に達するまでの散乱光強度の増加から、検出される。
バンコマイシンの添加に関する散乱光強度のデータを、ラングミュア吸着の公式に代入することにより、レセプター−リガンドの結合定数が得られる。
得られた結合定数は、１．５×１０６／モルである。
凝集プロセスがないことを検証するため、サブマイクロメトリック粒子の直径を、ＤＬＬＳ法によって連続的にチェックしたところ、実質的にそれは一定のままだった。
【００３５】
実施例２
実施例１を繰り返したが、平均直径４０ｎｍの０．１％の粒子（2,2,4-トリフルオロ-5-トリフルオロメトキシ-1,3-ジオキサゾール（ＴＴＤ）の３０モル％を含有するＴＦＥコポリマーからなる）で水性コロイド懸濁液を用いた。
【００３６】
ステップａ）において、実施例１と同様の混合物を１２マイクロリットル添加した。
ステップｂ）において、バンコマイシンの０．９ミリモル混合物を、６マイクロリットル添加した。
得られた結合定数は、１．１×１０６／モルである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１における散乱光強度と添加量との関係を示すグラフである。
【図１】
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【国際調査報告】
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2008513746.tif 000007
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