JPH11106391A - リン脂質膜を有する微粒子、およびこの微粒子への生体高分子の固定化方法 - Google Patents

リン脂質膜を有する微粒子、およびこの微粒子への生体高分子の固定化方法

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JPH11106391A
JPH11106391A JP28428997A JP28428997A JPH11106391A JP H11106391 A JPH11106391 A JP H11106391A JP 28428997 A JP28428997 A JP 28428997A JP 28428997 A JP28428997 A JP 28428997A JP H11106391 A JPH11106391 A JP H11106391A
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Takeshi Kobayashi
猛 小林
Masashige Shinkai
政重 新海
Hiroyuki Honda
裕之 本多
Tamotsu Kitade
有 北出
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的、かつ生理活性をなるべく低下させず
に、生体高分子を固定化することができる微粒子、この
微粒子に効率的、かつ生理活性をなるべく低下させずに
生体高分子を固定化する方法、およびこの方法によって
生体高分子が固定化された微粒子を提供すること。 【解決手段】 マレイミド基を含有するリン脂質膜が表
面に存在する微粒子、この微粒子とSH基を有する生体
高分子とを接触させて、マレイミド基とSH基とを反応
させこの微粒子へ生体高分子を固定化する方法、および
この方法によって生体高分子が固定化された微粒子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マレイミド基を含
有するリン脂質が表面に存在する微粒子、この微粒子に
生体高分子を固定化する方法、および生体高分子を固定
化した微粒子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、微粒子に生体高分子を固定化
する試みが行われている。生体高分子が固定化された微
粒子は、例えば診断薬用坦体として用いることができ
る。生体高分子を微粒子に固定化するに際し、固定化が
効率的であるとともに、生体高分子の生理活性の低下が
少なければ少ないほど望ましい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、効率
的に、且つ生理活性をなるべく低下させずに生体高分子
を固定化することができる微粒子を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、この粒子に効率的に、かつ生
理活性をなるべく低下させずに生体高分子を固定化する
方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的
は、生体高分子が効率的に固定化されており、かつ固定
化された生体高分子の生理活性の低下の少ない微粒子を
提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、マレイミド基
を含有するリン脂質膜が表面に存在することを特徴とす
る微粒子を提供するものである。ここで、上記微粒子
は、磁性微粒子であることが好ましい。また、本発明
は、上記微粒子とSH基を有する生体高分子とを接触さ
せることを特徴とする微粒子への生体高分子の固定化方
法を提供するものである。さらに、本発明は、上記微粒
子への生体高分子の固定化方法方法により得られる、生
体高分子が固定化された微粒子を提供するものである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明のマレイミド基を含有する
リン脂質膜が表面に存在する微粒子(以下、単に「微粒
子(1)」ともいう)は、マレイミド基と生体高分子の
SH基とが、温和な条件下、例えば室温下で容易に反応
するので、効率よくこの微粒子に生体高分子が固定化す
るとともに、生体高分子の生理活性は実質上維持され
る。生体高分子が固定化された上記微粒子(以下、単に
「微粒子(2)」ともいう)は、例えば抗体−抗原反応
を利用した診断薬用坦体として用いることができる。ま
た、微粒子が磁性微粒子であれば、癌細胞を殺すための
温熱療法(ハイパーサーミア)に用いることができる。
【0006】微粒子(1)および微粒子2)の核となる
微粒子は、磁性あるいは非磁性いずれであってもよく、
また無機質あるいは有機質であってもよい。磁性微粒子
としては、磁性金属微粒子、磁性酸化物微粒子、六方晶
系フェライト微粒子などを挙げることができる。これら
の磁性微粒子は、必要に応じて、稀土類元素や遷移金属
元素を含有していてもよい。磁性金属微粒子としては、
金属分が70重量%以上であり、この金属分の80重量
%以上がFeである鉄を主体とした磁性金属微粒子が挙
げられ、例えばFe−Co、Fe−Ni、Fe−Al、
Fe−Ni−Al、Fe−Co−Ni、Fe−Ni−A
l−Zn、Fe−Al−Siなどの金属微粒子を挙げる
ことができる。また、磁性酸化物微粒子として、FeO
x(4/3≦x≦3/2)で表わされる酸化鉄系の強磁
性微粒子;FeOxにCr、Mn、Co、Niなどの二
価の金属が添加された酸化鉄微粒子、FeOxにCo被
着させたCo被着FeOx微粒子;二酸化クロムまたは
二酸化クロムに、Na、K、Fe、Mnなどの金属、あ
るいはこれら金属の酸化物が添加された酸化物微粒子な
どを挙げることができる。また、六方晶系フェライト微
粒子として、微小平板状のバリウムフェライト、ストロ
ンチウムフェライト、およびこれらのFe原子の一部が
Ti、Co、Ni、Zn、Vなどの原子で置換されたも
のを挙げることができる。
【0007】非磁性粒子としては、金、パラジウム、カ
ーボンブラック、グラファイト、α,γ,δ,θなどの
結晶形態を有するアルミナ、シリカ、コロイダルシリ
カ、酸化チタン、硫酸バリウム、硫化亜鉛、炭酸マグネ
シウム、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、酸化カルシウム、
酸化マグネシウム、二硫化タングステン、二硫化モリブ
デン、窒化ホウ素、二酸化スズ、二酸化ケイ素、非磁性
の酸化クロム、炭化ケイ素、酸化セリウム、コランダ
ム、人造ダイヤモンド、非磁性の酸化鉄、ザクロ石、ガ
ーネット、ケイ石、窒化ケイ素、炭化モリブデン、炭化
ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン、ケイソウ土、
ドロマイト、樹脂性の粒子(例えば、架橋シリコーン樹
脂、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂、メラミン―
ホルムアルデヒド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイ
ミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、架橋ポリエステル、
コア・シェル型有機ポリマー)などを挙げることができ
る。これらの磁性あるいは非磁性の微粒子は、1種単独
または2種以上組み合わせて使用することができる。
【0008】上記微粒子の形状は、球状、板状、針状、
紡錘状、無定形のいずれでもよく、またその平均粒径
は、球状、板状、無定形のものの場合は、0.01〜2
0μmであることが好ましい。また、針状あるいは紡錘
状のものの場合は、長軸長が0.015〜60μmで、
軸比が3〜20であるものが好ましい。
【0009】上記微粒子のリン脂質との親和性を向上さ
せるために、微粒子に表面処理を施してもよい。表面処
理は、シランカップリング処理、チタンカップリング処
理、アルミニウムカップリング処理、プラズマ処理、硝
酸、塩酸、硫酸などによる酸処理、アルカリ処理などの
処理により行うことができる。
【0010】微粒子(1)は、上述した微粒子の表面に
マレイミド基を含有するリン脂質膜が存在する。リン脂
質膜中のマレイミド基の含有量は、通常、リン脂質膜1
gあたり、0.01〜0.4ミリモル、好ましくは0.
1〜0.3ミリモルである。また、表面に存在する上記
リン脂質膜の量は、微粒子1gに対して、通常、0.1
〜1g、好ましくは0.5〜0.8gである。上記マレ
イミド基を含有するリン脂質膜の好ましい態様では、こ
のリン脂質膜がマレイミド基を含有する脂質とマレイミ
ド基を含有しないリン脂質との混合物からなる。この場
合、この混合物において、マレイミド基を含有する脂質
の含有量は、1〜30重量%、特には10〜20重量%
であることが好ましい。また、リン脂質の分子量は、通
常、600〜800であり、リン脂質1分子あたり、マ
レイミド基が、通常、1個含有されている。なお、微粒
子(1)は、核となる微粒子の全表面がマレイミド基を
含有するリン脂質膜で覆われている必要は必ずしもな
く、上記で特定されている条件を満たしていれば、好ま
しい結果を与えることができる。
【0011】マレイミド基を含有する脂質は、好ましく
は下記脂質に下記マレイミド基含有化合物を反応させる
ことにより得ることができるが、これに制限されない。 <脂質> (1)リン脂質 フォスファチジルエタノールアミン、フォスファチジル
グリセロールなど。 (2)その他の脂質 ステアリルアミン、オレイルアミンなどの脂肪族アミ
ン、好ましくは直鎖脂肪族アミン。これら(1)および
(2)の脂質は、1種単独でまたは2種以上を組み合わ
せて使用することができる。 <マレイミド基含有化合物>N−(4−マレイミドブチ
リロキシ)サクシンイミド、N−(6−マレイミドカプ
ロイロキシ)サクシンイミド、N−(8−マレイミドカ
プロイロキシ)サクシンイミド、N−(11−マレイミ
ドウンデカノイルオキシ)サクシンイミド、N−{〔4
−(2−マレイミドエトキシ)サクシニル〕オキシ}サ
クシンイミド、N−サクシニミジル−3−(2−ピリジ
ルジチオ)プロピオネートなど。これらは、1種単独で
または2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0012】脂質とマレイミド基含有化合物との反応
は、アシル化反応であり、化学量論的に進行する。脂質
に含有させる所望量のマレイミド基に相当する量のマレ
イミド基含有化合物を使用し、溶媒の存在下に、通常、
室温〜100℃、好ましくは50〜70℃の温度で、通
常、8〜12時間、攪拌下に反応させることににより、
マレイミド基を含有する脂質が生成する。その後、例え
ば坦体としてシリカゲルを用いたクロマトグラフィーの
手法により、精製されたマレイミド基を含有する脂質を
取得することができる。ここで、使用できる反応溶媒と
して、クロロホルム、メタノール、トルエン、ベンゼ
ン、シクロヘキサンなどを挙げることができ、クロロホ
ルム、メタノールが好ましい。上記反応および一連の操
作は、公知であり〔例えば、Martin et a
l.,Biochemistry vol 20,42
29(1981)参照〕、後述する実施例をも参照すれ
ば、当業者はマレイミド基を含有する脂質を容易に製造
することができる。
【0013】以上の方法で取得されたマレイミド基を含
有するリン脂質を用いて、該リン脂質膜が表面に存在す
る微粒子(1)は、下記ステップ(1)〜(4)によっ
て調製することができる。 ステップ(1):マレイミド基を含有するリン脂質を、
またはマレイミド基を含有する脂質とマレイミド基を含
有しないリン脂質とを、溶媒に溶解して、濃度5〜20
g/L程度の溶液を調製する。ここで、使用できる溶媒
として、クロロホルム、メタノール、トルエン、ベンゼ
ン、シクロヘキサンなどを挙げることができ、クロロホ
ルム、メタノールが好ましい。 ステップ(2):上記溶液を、例えばナス型フラスコに
注ぎ、減圧下に溶媒を除去して、マレイミド基を含有す
るリン脂質膜を形成し、さらにこの膜を、例えばデシケ
ーター中で乾燥する。 ステップ(3):上記ナス型フラスコ中に、核となる微
粒子が蒸留水に約5〜20g/Lの濃度で懸濁したスラ
リーを、脂質30mgに対して約70〜80mg加え、
さらにこのスラリーの濃度の約10〜20倍の濃度のリ
ン酸緩衝生理食塩水1容に対して約0.1〜0.05容
加える。引き続き、30〜60秒の超音波攪拌を15〜
30秒の休止を挟んで、15〜60分間繰り返す。 ステップ(4):超音波攪拌後の液について、例えば遠
心分離器で、500〜3,500rpmの比較的弱い遠
心を5〜15分間行ない、得られた上清について5,0
00〜8,000rpmの強い遠心を30〜60分間行
い、マレイミド基を含有するリン脂質膜が表面に存在す
る微粒子(1)を沈殿物として得る。ここで、上記ステ
ップ(1)〜(3)は、同一の容器内で行なうことがで
きる。
【0014】かくして得られたマレイミド基を含有する
微粒子(1)をSH基を有する生体高分子と接触させる
ことにより、マレイミド基とSH基が反応して微粒子
(1)に生体高分子が固定化されて、微粒子(2)が生
成する。上記生体高分子として、抗体分子などの蛋白、
核酸、多糖類などを挙げることができる。これら生体高
分子は、通常、そのままではSH基を有さないので、何
らかの処理が施される。蛋白の場合は、その中に含有さ
れる−SS−結合を還元することにより、SH基に変換
することができる。また、核酸の場合、例えばヌクレオ
チドを構成する塩基が有するアミノ基を2−イミノチオ
ランと反応させてチオール化することにより、SH基を
導入することができる。また、多糖類の場合、例えばア
ミノ糖が有するアミノ基を2−イミノチオランと反応さ
せてチオール化することにより、SH基を導入すること
ができる。これらの処理方法は、それ自体公知であり、
Traut and Kenney 1977 Pro
tein Crosslinking,Plenum
Pub.Co.、およびKing et al.,19
78 Biochemistry vol 17,14
99に記載されている。
【0015】本発明にあっては、固定化する生体高分子
は、元の生体高分子を部分分解して得られるフラグメン
ト(断片)または大腸菌などで生産された組換え抗体分
子フラグメントであってもよい。ここで、部分分解と
は、生体高分子を完全に分解することなく、一部を分解
して複数個のフラグメントを得る処理をいう。従って、
本発明では、例えば抗体分子を部分分解して、または大
腸菌などにより組換え抗体分子フラグメントを生産し
て、生理活性を有する構造を含むフラグメントを得、必
要に応じてSH基に変換する処理を行ったのち、生体高
分子としての該フラグメントを微粒子(1)に固定化す
ることができる。
【0016】微粒子(1)と生体高分子とを接触させマ
レイミド基とSH基を反応させることにより、生体高分
子が固定化された微粒子(2)を得るには、下記のステ
ップ(イ)および(ロ)によって行なうことができる。 ステップ(イ):pH5〜7のリン酸緩衝生理食塩水
に、微粒子(1)と、この微粒子(1)1gあたり生体
高分子10〜200mgとを添加し、4℃〜室温で12
〜48時間反応させる。 ステップ(ロ):ステップ(イ)で得られた反応液につ
いて、上記ステップ(4)で用いた遠心分離器により、
5,000〜8,000rpmで30〜60分間遠心分
離を行い沈降させて、生体高分子が固定化された微粒子
(2)が得られる。未固定の生体高分子は、液中に残
る。
【0017】かくして得られた生体高分子が固定化され
た微粒子(2)は、抗体−抗原反応を利用した診断薬用
坦体として用いることができる。また、微粒子が磁性微
粒子であれば、癌細胞を殺すための温熱療法(ハイパー
サーミア)などに用いることができる。
【0018】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明の範囲は実施例に制限されるものではな
い。 実施例1 (1)磁性微粒子の調製 FeS04 (II) 7H2 Oを1.67gサンプル瓶に取
り、窒素置換した水8mlに溶解した。40℃に保温
し、亜硝酸ナトリウム水溶液(濃度:0.07g/m
l)1mlを加え、さらに28重量%アンモニア水5m
lを加え、窒素雰囲気下で攪伴した。磁性微粒子(マグ
ネタイト)を取り出し容器に入れ、40℃の温度で30
分間放置した。この磁性微粒子の平均粒径は、10nm
であった。 (2)磁性微粒子のラウリン酸による処理 上記で得られた磁性微粒子を1.4重量%のアンモニア
水25mlで2回洗浄したのち、スイングロータ型遠心
分離器〔クボタ(株)製〕を用いて、回転速度3,00
0rpmで5分間遠心を行い、沈降させた磁性微粒子を
サンプル瓶に移した。引き続き、110℃で5分間加温
したのち、ラウリン酸0.12gを加え、110℃に加
熱し、攪拌と放置を15分間繰り返した。次に、10m
lの脱気水を加え、4℃で一夜放置したのち、純水に対
して透析し、得られたラウリン酸マグネタイトを4℃で
保存した。
【0019】(3)マレイミド基を有する脂質の調製 N−(6−マレイミドカプロイロキシ)サクシンイミド
(EMCS) 32.5gとジパルミトイルフォスファチ
ジルエタノールアミン(DPPE) 34.5mgに、ク
ロロホルム2.5mlとトリエチルアミン5mgを加
え、60℃で10時間加温した。その後、溶媒を減圧除
去し、再び少量のクロロホルムに再溶解した。このクロ
ロホルム溶液を10mlのシリカゲルカラムにかけ、ク
ロロホルム100ml、さらにはクロロホルム/メタノ
ール(20/1:容積比)混合溶媒50mlで洗浄し
た。次に、クロロホルム/メタノール(5/1)混合溶
媒でN−(ε−マレイミドカプロイロキシ)ジパルミト
イルフォスファチジルエタノールアミン(EMC−DP
PE:マレイミド基を有する脂質)を溶出した。得られ
たマレイミド基を有する脂質は、少量のクロロホルムに
溶解し、−20℃で保存した。このEMC−DPPE
は、マレイミド基を脂質1分子あたり1個有する。
【0020】(4)マレイミド基を有する脂質とリン脂
質とからなるリン脂質膜が、表面に存在する磁性微粒子
の調製 上記EMC−DPPE1.5mg、フォスファチジルエ
タノールアミン8.5mg、およびフォスファチジルコ
リン20mgをクロロホルム2mlに溶解して溶液とな
し、その後溶媒を減圧除去し、ナス型フラスコにEMC
−DPPEの膜を作成した。得られた膜をデシケーター
内で一晩乾燥した。ナス型フラスコへ、ラウリン酸マグ
ネタイト(磁性微粒子)を10mg/mlの濃度で含有
するスラリー状溶液4mlを加え、さらに10倍濃度の
リン酸緩衝生理食塩水0.4mlを加えた。この混合溶
液に対して、60秒の超音波攪伴を30秒の休止を挟ん
で1時間繰り返した。次に、超音波攪伴後の混合溶液に
ついて、上記遠心分離器を用いて回転速度3,300r
pmで15分間遠心を行い、得られた上清につき、回転
速度7,500rpmで50分間遠心を行い、沈殿物と
してリン脂質膜が表面に存在する磁性微粒子を得た。リ
ン脂質膜は、リン脂質膜と磁性微粒子の合計量に対し
て、75重量%の割合で存在していた。
【0021】(5)抗体分子の固定化 部分分解して得られた抗体の(Fab’)2 断片を1m
g/mlの濃度とし、O.1M酢酸+0.15MのNa
C1(pH5)に対して脱塩した。ジチオスレイトール
を濃度3.85mg/mlとなるように添加し、90分
間還元処理してFab’断片を得た。このFab’断片
は、SH基を分子鎖末端に1個有していた。PBSに対
して脱塩した。上記(4)で得られたマレイミド基を含
有するリン脂質膜が表面に存在する磁性体粒子1mgに
対してFab’10−200μgを試験管に加え、4℃
で40時間反応させた。得られた反応液について、上記
の遠心分離器を用い、回転速度7,500rpmで50
分間遠心して未固定Fab’を除去することにより、F
ab’が固定した磁性微粒子を取得した。ここで、部分
分解する前の抗体は、ヒト脳腫瘍関連抗原に特異的に結
合するG22モノクロナール抗体であり、これを部分分
解後、還元処理して得られた断片(フラグメント)Fa
b’は、SH基と抗原結合部位を有する分子量約50,
000の蛋白質である。
【0022】この方法により得られた、反応液中のFa
b’濃度と固定化抗体量の関係を図1に示す。また、マ
レイミド基を有するリン脂質(活性型脂質:EMC−D
PPE)量と抗体固定化量の関係を図2に示す。図1か
ら、Fab’濃度の増加とともに、固定化Fab’量が
増加することが、図2から、マレイミド基を有するリン
脂質量の増加とともに、固定化Fab’量が増加するこ
とが認められる。このように、本発明の微粒子(1)
に、本発明の方法により、生体高分子が効率よく固定化
されることが明らかにされている。
【0023】(6)細胞取り込み法による固定化抗体の
活性評価 ヒト脳腫瘍細胞(培養細胞U251−SP株)に、G2
2抗体のFab’断片を固定化した磁性微粒子100p
g/cellを加え、非特異的取り込みを避けるため7
0rpmで振とうした。比較実験(control)と
して、細胞に親和性のないマウス由来Fab’断片を固
定化した磁性微粒子を用いた。その結果、比較実験に対
して、3−9倍の磁性体粒子が細胞内に取り込まれた。
さらに、別の比較実験として、抗体が固定化されていな
い磁性微粒子(ML)を用いた実験を行った。この場
合、磁性微粒子(ML)はほとんど細胞内に取り込まれ
なかった。図3に、以上の結果が経時的に示されてい
る。この結果は、本発明の方法によって、G22抗体の
Fab’断片を本発明の微粒子(1)に固定化しても、
G22抗体のFab’断片の生理活性は十分維持されて
いることを明らかにするものである。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、(イ)効率的、かつ生
理活性をなるべく低下させずに生体高分子を固定化する
ことができる微粒子、(ロ)この微粒子に効率的、かつ
生理活性をなるべく低下させずに生体高分子を固定化す
る方法、および(ハ)生体高分子が効率的に固定化され
ており、かつ固定化された生体高分子の生理活性の低下
の少ない微粒子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】マレイミド基を含有するリン脂質膜が表面に存
在する微粒子に抗体フラグメントFab’を固定化する
反応において、反応液中のFab’量と固定化Fab’
量の関係を示すグラフである。
【図2】マレイミド基を含有するリン脂質膜が表面に存
在する微粒子に抗体フラグメントFab’を固定化する
反応において、このリン脂質量と固定化Fab’量の関
係を示すグラフである。
【図3】ヒト脳腫瘍細胞(培養細胞U251−SP株)
に、G22抗体のFab’断片を固定化した磁性体粒子
の取り込み量と、ヒト脳腫瘍細胞に親和性のないマウス
由来Fab’断片を固定化した磁性体粒子の取り込み量
(control)および抗体を固定化していない磁性
微粒子の取り込み量(ML)とを比較したグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 裕之 愛知県名古屋市緑区鳴海町字大清水69− 239 (72)発明者 北出 有 三重県松阪市日丘町1376−7

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マレイミド基を含有するリン脂質膜が表
    面に存在することを特徴とする微粒子。
  2. 【請求項2】 微粒子が磁性微粒子である請求項1に記
    載の微粒子。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の微粒子とSH
    基を有する生体高分子とを接触させることを特徴とする
    微粒子への生体高分子への固定化方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の方法により得られる、
    生体高分子が固定化された微粒子。
JP28428997A 1997-10-02 1997-10-02 リン脂質膜を有する微粒子、およびこの微粒子への生体高分子の固定化方法 Pending JPH11106391A (ja)

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Cited By (12)

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