JP5672892B2 - Copolymer for immobilizing ligand and method for immobilizing ligand with the copolymer - Google Patents
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Description
本発明は、リガンド固定化用共重合体及び該共重合体によるリガンドの固定化方法に関する。 The present invention relates to a copolymer for immobilizing a ligand and a method for immobilizing a ligand using the copolymer.
近年、材料の表面を改質することで、その付加価値を高める試みが様々な分野において広くなされている。特に、特定の対象物質に対して特異的相互作用を示すリガンドを材料表面に固定化する技術は、医療・環境・バイオ分野において急速に進展しつつある。中でも、糖鎖の固定化技術に関しては、タンパク質や脂質と結合した糖鎖が、ガン化、免疫反応等の重要なプロセスに関与していることが明らかになってきたこともあり、バイオセンシング機材や細胞培養機材に応用する試みが多くなされている。例えば、特許文献1には、末端にガラクトースを含む糖鎖誘導体をリガンドとし、これを基板表面上に固定させたベロ毒素の検出センサーが開示されている。 In recent years, attempts have been widely made in various fields to increase the added value by modifying the surface of a material. In particular, a technique for immobilizing a ligand that exhibits a specific interaction with a specific target substance on the surface of a material is rapidly progressing in the medical, environmental, and bio fields. In particular, regarding sugar chain immobilization technology, it has become clear that sugar chains bound to proteins and lipids are involved in important processes such as canceration and immune reactions. Many attempts have been made to apply them to cell culture equipment. For example, Patent Document 1 discloses a verotoxin detection sensor in which a sugar chain derivative containing galactose at a terminal is used as a ligand and this is immobilized on a substrate surface.
ところで、リガンドとしての機能をバイオセンシング機材等において効果的に発揮させるためには、リガンドと対象物質との相互作用を向上させることが望ましい。一般に、リガンドと対象物質との相互作用を向上させるには、材料表面へのリガンドの集積化が有効であることが知られている。そのためには、リガンドを材料表面に安定且つ高密度に固定化させる必要がある。 By the way, in order to effectively exert the function as a ligand in a biosensing device or the like, it is desirable to improve the interaction between the ligand and the target substance. Generally, in order to improve the interaction between a ligand and a target substance, it is known that integration of the ligand on the material surface is effective. For this purpose, it is necessary to immobilize the ligand on the material surface stably and with high density.
リガンドを材料表面に集積化させる固定化方法としては、例えば、リガンドである糖鎖をアルカンチオールの自己集積化単分子膜(以下、SAMと称する。)により2次元的に固定化するものがある(非特許文献1参照)。これによれば、材料表面にSAMが形成されるので、リガンドを高密度に固定化することができる。また、特許文献2には、リガンドとなり得るオリゴ糖を側鎖に有するモノマーを可逆的付加開裂連鎖移動重合反応(以下、RAFTと称する。)により重合させる方法が開示されている。この方法によれば、材料表面に糖鎖を効率良く集積することができる。 As an immobilization method for integrating a ligand on a material surface, for example, there is a method in which a sugar chain as a ligand is two-dimensionally immobilized by a self-assembled monolayer of alkanethiol (hereinafter referred to as SAM). (Refer nonpatent literature 1). According to this, since SAM is formed on the material surface, the ligand can be immobilized at high density. Patent Document 2 discloses a method of polymerizing a monomer having an oligosaccharide that can serve as a ligand in the side chain by a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization reaction (hereinafter referred to as RAFT). According to this method, sugar chains can be efficiently accumulated on the material surface.
しかしながら、上記非特許文献1及び特許文献2に記載された方法によれば、リガンドを材料表面に集積化させることはできるが、高い相互作用を得るまでには至らなかった。 However, according to the methods described in Non-Patent Document 1 and Patent Document 2, the ligand can be integrated on the surface of the material, but a high interaction has not been achieved.
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、材料となる担体の表面に安定にリガンドを固定することができ、且つリガンドの分子認識作用を高めることができるリガンド固定化用共重合体及び該共重合体によるリガンドの固定化方法を提供することを目的とする。また、上記リガンド固定化用共重合体が固定化された培養基材を用いた細胞培養方法を提供することも目的とする。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and can immobilize a ligand stably on the surface of a carrier as a material, and can enhance the molecular recognition action of the ligand. It is an object of the present invention to provide a copolymer and a method for immobilizing a ligand using the copolymer. Another object of the present invention is to provide a cell culture method using a culture substrate on which the above-mentioned ligand immobilization copolymer is immobilized.
本発明者らは、上記課題を解決するために検討を重ねたところ、リガンドと対象物質との相互作用の向上には、リガンドの集積化に加え、リガンドの運動性を高めることが有効であることを見出した。そして、更に鋭意研究を重ねたところ、特定の共重合体を材料表面に対してブラシ状に固定化することで、リガンドの集積化と運動性向上とが実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、以下のようなものを提供する。 As a result of repeated investigations to solve the above problems, the present inventors have found that, in order to improve the interaction between the ligand and the target substance, it is effective to increase the mobility of the ligand in addition to the integration of the ligand. I found out. As a result of further earnest research, it was found that a specific copolymer can be immobilized on the surface of the material in a brush shape, whereby the integration of ligands and the improvement of mobility can be realized, and the present invention is completed. It came to. Specifically, the following are provided.
(1)反応性基(a)を有する担体の表面にリガンドを固定化するための共重合体であって、前記反応性基(a)と化学的に結合可能な反応性基(b)を有するモノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントを前記共重合体の鎖の一端に有するとともに、前記リガンドを有するモノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントを前記共重合体の鎖の他端に有するか、又は、前記モノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントを前記共重合体の鎖の両端に有するとともに、前記両端のセグメント間に前記モノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントを有する共重合体。 (1) A copolymer for immobilizing a ligand on the surface of a carrier having a reactive group (a), the reactive group (b) capable of being chemically bonded to the reactive group (a) Having a segment containing a structural unit derived from the monomer (A) at one end of the chain of the copolymer, and a segment containing a structural unit derived from the monomer (B) having the ligand of the chain of the copolymer A structural unit derived from the monomer (A) between the segments at both ends, and having a segment containing a structural unit derived from the monomer (B) at both ends of the copolymer chain. A copolymer having a segment comprising
(2)前記モノマー(A)に由来する構成単位からなるセグメントを前記共重合体の鎖の一端に有するとともに、前記モノマー(B)に由来する構成単位からなるセグメントを前記共重合体の鎖の他端に有する、上記(1)に記載の共重合体。 (2) Having a segment composed of a structural unit derived from the monomer (A) at one end of the chain of the copolymer and a segment composed of a structural unit derived from the monomer (B) of the chain of the copolymer The copolymer according to (1), which is provided at the other end.
(3)リビングラジカル重合により形成されている上記(1)又は(2)に記載の共重合体。 (3) The copolymer according to (1) or (2), which is formed by living radical polymerization.
(4)前記反応性基(a)及び前記反応性基(b)のいずれか一方がアジド基であり、他方がアルキニル基である上記(1)から(3)に記載の共重合体。 (4) The copolymer according to any one of (1) to (3) above, wherein either one of the reactive group (a) and the reactive group (b) is an azide group and the other is an alkynyl group.
(5)前記モノマー(A)が一般式(I)で表される上記(1)から(4)いずれかに記載の共重合体。
(6)前記モノマー(B)が一般式(II)で表される上記(1)から(5)いずれかに記載の共重合体。
(7)前記リガンドが、糖、糖鎖、及びアミノ酸からなる群より選ばれる少なくとも1種である上記(1)から(6)いずれかに記載の共重合体。 (7) The copolymer according to any one of (1) to (6), wherein the ligand is at least one selected from the group consisting of sugars, sugar chains, and amino acids.
(8)上記(1)から(7)いずれかに記載の共重合体によりリガンドが固定化されている担体。 (8) A carrier on which a ligand is immobilized by the copolymer according to any one of (1) to (7) above.
(9)上記(1)から(7)いずれかに記載の共重合体が有する反応性基(b)と、担体の表面にある反応性基(a)とを反応させる工程を含む、リガンドの固定化方法。 (9) a ligand comprising a step of reacting the reactive group (b) of the copolymer according to any one of (1) to (7) above with the reactive group (a) on the surface of the carrier Immobilization method.
(10)上記(1)から(7)いずれかに記載の共重合体が固定化された培養基材を用いた細胞培養方法。 (10) A cell culture method using a culture substrate on which the copolymer according to any one of (1) to (7) above is immobilized.
(11)無血清培地にて細胞を培養する(10)に記載の細胞培養方法。 (11) The cell culture method according to (10), wherein the cells are cultured in a serum-free medium.
本発明の共重合体は、担体の表面にある反応性基(a)と化学的に結合可能な反応性基(b)を有するモノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントを共重合体の鎖の一端に有するとともに、リガンドを有するモノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントを上記共重合体の鎖の他端に有するので、担体の表面に対してブラシ状に固定化することができる。本発明の共重合体がブラシ状に固定化されると、リガンドの運動性が向上するので、リガンドと対象物質との相互作用が高まり、リガンドの分子認識作用が高まる。 The copolymer of the present invention is a copolymer comprising a segment containing a structural unit derived from the monomer (A) having a reactive group (b) that can be chemically bonded to the reactive group (a) on the surface of the carrier. and having at one end of the chain of the segment containing a constituent unit derived from the monomer (B) having a ligand than that Yusuke to the other end of the chain of the copolymer, fixed to the brush to the surface of the carrier Can be When the copolymer of the present invention is immobilized in a brush shape, the mobility of the ligand is improved, so that the interaction between the ligand and the target substance is enhanced and the molecular recognition action of the ligand is enhanced.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail.
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態に係る共重合体は、反応性基(a)を有する担体の表面にリガンドを固定化するための共重合体であって、上記反応性基(a)と化学的に結合可能な反応性基(b)を有するモノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントを上記共重合体の鎖の一端に有するとともに、リガンドを有するモノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントを上記共重合体の鎖の他端に有する。本発明の共重合体では、モノマー(A)に由来する構成単位と、モノマー(B)に由来する構成単位とが混在せず、別々のセグメントに存在することが重要である。なお、モノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントと、モノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントとの間には、その他のモノマーを有していてもよい。また、本発明の共重合体は、鎖状構造を有するが、その構造は、直鎖ポリマー又は分岐ポリマーのいずれであってもよい。
<First Embodiment>
The copolymer according to the first embodiment of the present invention is a copolymer for immobilizing a ligand on the surface of a carrier having a reactive group (a), and has a chemical structure with the reactive group (a). A structural unit derived from the monomer (B) having a ligand having a segment containing a structural unit derived from the monomer (A) having a reactive group (b) capable of being bound thereto at one end of the chain of the copolymer At the other end of the chain of the copolymer. In the copolymer of the present invention, it is important that the structural unit derived from the monomer (A) and the structural unit derived from the monomer (B) are not mixed and exist in different segments. In addition, you may have another monomer between the segment containing the structural unit derived from a monomer (A), and the segment containing the structural unit derived from a monomer (B). The copolymer of the present invention has a chain structure, and the structure may be either a linear polymer or a branched polymer.
なお、本発明の共重合体を可逆的付加開裂連鎖移動重合反応(以下、RAFTと称する。)により合成した場合には、連鎖移動剤に由来する構造を有する共重合体が得られるが、本発明における端とは、上記連鎖移動剤に由来する構造を除いた共重合体の鎖の端を意味する。また、本発明の共重合体が分岐ポリマーの場合には、モノマー(B)に由来する構成単位が幹ポリマーの端にあったとしてもよいし、幹ポリマーの端から分岐した枝ポリマー部分にあったとしてもよい。 In addition, when the copolymer of the present invention is synthesized by a reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization reaction (hereinafter referred to as RAFT), a copolymer having a structure derived from a chain transfer agent is obtained. The end in the invention means the end of the chain of the copolymer excluding the structure derived from the chain transfer agent. Further, when the copolymer of the present invention is a branched polymer, the structural unit derived from the monomer (B) may be at the end of the trunk polymer, or may be in the branched polymer portion branched from the end of the trunk polymer. May be.
[モノマー(A)]
本発明のモノマー(A)は、担体表面の反応性基(a)と化学的に結合可能な反応性基(b)を有する。反応性基(b)は、反応性基(a)と化学的に結合可能であれば特に限定されないが、好ましくは反応性基(a)及び反応性基(b)のいずれか一方がアジド基であり、他方がアルキニル基であるか、一方がアミノ基又はチオール基であり、他方がカルボキシル基、N−ヒドロキシスクシンイミジルエステルで活性化されたカルボン酸、イソシアナート基又はチオイソシアナート基である。本発明の共重合体は、この反応性基(b)が担体の表面にある反応性基(a)と化学的に結合することにより、担体に固定化される。
[Monomer (A)]
The monomer (A) of the present invention has a reactive group (b) that can be chemically bonded to the reactive group (a) on the surface of the carrier. The reactive group (b) is not particularly limited as long as it can be chemically bonded to the reactive group (a), but preferably one of the reactive group (a) and the reactive group (b) is an azide group. The other is an alkynyl group, or one is an amino group or a thiol group and the other is a carboxyl group, a carboxylic acid activated by an N-hydroxysuccinimidyl ester, an isocyanate group or a thioisocyanate group. is there. The copolymer of the present invention is immobilized on the carrier by chemically bonding the reactive group (b) with the reactive group (a) on the surface of the carrier.
本発明のモノマー(A)は、重合可能なモノマーであり、その構造中に重合性基を有する必要があるが、その種類は特に限定されず、例えば、ビニル基、アリル基、スチリル基、メタクリロイル基、アクリロイル基等であってもよい。この重合性基を介して、モノマー(B)と重合することができる。 The monomer (A) of the present invention is a polymerizable monomer and needs to have a polymerizable group in its structure, but the kind thereof is not particularly limited. For example, vinyl group, allyl group, styryl group, methacryloyl It may be a group, an acryloyl group, or the like. The monomer (B) can be polymerized through this polymerizable group.
本発明の共重合体では、モノマー(A)が下記一般式(I)で表されるものであることが好ましい。
ここで、R1aは、水素原子又はメチル基であり、R2aは、−O−又は−NH−である。また、Xは、スペーサーであり、Yは、反応性基(b)である。 Here, R 1a is a hydrogen atom or a methyl group, and R 2a is —O— or —NH—. X is a spacer, and Y is a reactive group (b).
モノマー(A)では、スペーサーは、反応性基(a)と反応性基(b)との化学的結合に悪影響を及ぼさないものであれば特に限定されないが、例えば、繰り返し単位数1〜200のオリゴアルキレンオキシ基、アルキル基、アルキレン基等が挙げられ、好ましくは繰り返し単位数1〜20のオリゴエチレンオキシ基又はアルキレン基である。なお、アルキレン基は、直鎖状でも分枝状でもよい。アルキレン基の炭素数は特に限定されないが、好ましくはC1〜C8である。繰り返し単位数1〜50のエチレンオキシ基やC1〜C8のアルキレン基であれば、共重合体の運動性が良好となるので、リガンドの分子認識作用も良好になる。 In the monomer (A), the spacer is not particularly limited as long as it does not adversely affect the chemical bond between the reactive group (a) and the reactive group (b). An oligoalkyleneoxy group, an alkyl group, an alkylene group, etc. are mentioned, Preferably it is an oligoethyleneoxy group or alkylene group of 1-20 repeat units. The alkylene group may be linear or branched. Although carbon number of an alkylene group is not specifically limited, Preferably it is C1-C8. If the ethyleneoxy group having 1 to 50 repeating units or the C1 to C8 alkylene group is used, the mobility of the copolymer is improved, and the molecular recognition action of the ligand is also improved.
本発明の第1の実施形態に係る共重合体では、該共重合体の鎖の一端にモノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントを有する。該セグメントには、モノマー(B)以外のその他のモノマーが含まれてもよい。その他のモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリルアミド、メチロール(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、エトキシメチル(メタ)アクリルアミド、プロポキシメチル(メタ)アクリルアミド、ブトキシメトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、クロトン酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−フェノキシ−2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピルフタレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノ(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらのモノマーを、単独で有していても、2種以上を組み合わせて有していてもよい。 The copolymer according to the first embodiment of the present invention has a segment containing a structural unit derived from the monomer (A) at one end of the chain of the copolymer. The segment may contain other monomers other than the monomer (B). Examples of other monomers include (meth) acrylamide, methylol (meth) acrylamide, methoxymethyl (meth) acrylamide, ethoxymethyl (meth) acrylamide, propoxymethyl (meth) acrylamide, butoxymethoxymethyl (meth) acrylamide, N- Methylol (meth) acrylamide, N-hydroxymethyl (meth) acrylamide, 2-hydroxyethyl (meth) acrylamide, 2-hydroxypropyl (meth) acrylamide, 2-hydroxybutyl (meth) acrylamide, (meth) acrylic acid, fumaric acid , Maleic acid, maleic anhydride, itaconic acid, itaconic anhydride, citraconic acid, citraconic anhydride, crotonic acid, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth ) Acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-phenoxy-2- Hydroxypropyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxy-2-hydroxypropyl phthalate, glycerin mono (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, dimethylamino (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, etc. Can be mentioned. These monomers may be used alone or in combination of two or more.
上記セグメントにおけるモノマー(A)に由来する構成単位の占める割合は、特に限定されないが、好ましくは5mol%以上であり、より好ましくは30mol%以上であり、更により好ましくは100mol%である。モノマー(A)に由来する構成単位の占める割合が高いほど、反応性基(b)の占める割合が高くなるので、担体の表面にある反応性基(a)との反応確率が高くなる。なお、本発明の第1の実施形態に係る共重合体では、モノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントを、共重合体の鎖の端に有していることが重要であって、上記セグメントにおいて、モノマー(A)に由来する構成単位を端に有している必要はない。したがって、共重合体の鎖の端と、モノマー(A)に由来する構成単位との間に、上記その他のモノマーを含むセグメントも本発明の範囲内である。 The proportion of the structural unit derived from the monomer (A) in the segment is not particularly limited, but is preferably 5 mol% or more, more preferably 30 mol% or more, and even more preferably 100 mol%. The higher the proportion of the structural unit derived from the monomer (A), the higher the proportion of the reactive group (b). Therefore, the reaction probability with the reactive group (a) on the surface of the carrier increases. In the copolymer according to the first embodiment of the present invention, it is important to have a segment containing a structural unit derived from the monomer (A) at the end of the copolymer chain, The segment need not have a structural unit derived from the monomer (A) at the end. Therefore, a segment including the above-mentioned other monomer between the end of the copolymer chain and the structural unit derived from the monomer (A) is also within the scope of the present invention.
[モノマー(B)]
本発明のモノマー(B)は、リガンドを有することを特徴とする。
[Monomer (B)]
The monomer (B) of the present invention is characterized by having a ligand.
リガンドとしては、例えば、糖鎖、糖、糖タンパク質、糖脂質、タンパク質、抗原、抗体、アミノ酸、オリゴDNA、オリゴRNA等の核酸等の特定の対象物質に対して特異的相互作用を示す分子認識素子が挙げられる。これらのリガンドを結合させることにより、共重合体に種々の機能を付加することができる。 As a ligand, for example, molecular recognition showing a specific interaction with a specific target substance such as a sugar chain, sugar, glycoprotein, glycolipid, protein, antigen, antibody, amino acid, oligo DNA, oligo RNA, etc. An element is mentioned. By binding these ligands, various functions can be added to the copolymer.
本発明のモノマー(B)は、重合可能なモノマーであり、その構造中に重合性基を有する必要があるが、その種類は特に限定されず、例えば、ビニル基、アリル基、スチリル基、メタクリロイル基、アクリロイル基等であってもよい。この重合性基を介して、モノマー(A)等と重合することができる。 The monomer (B) of the present invention is a polymerizable monomer and needs to have a polymerizable group in its structure, but the type is not particularly limited, and examples thereof include a vinyl group, an allyl group, a styryl group, and methacryloyl. It may be a group, an acryloyl group, or the like. It is possible to polymerize with the monomer (A) or the like via this polymerizable group.
本発明の共重合体では、モノマー(B)が下記一般式(II)で表されるものであることが好ましい。
ここで、R1bは、水素原子又はメチル基であり、R2bは、−O−又は−NH−である。また、Xは、スペーサーであり、Zは、リガンドである。 Here, R 1b is a hydrogen atom or a methyl group, and R 2b is —O— or —NH—. X is a spacer, and Z is a ligand.
モノマー(B)では、スペーサーは、上述のリガンドを導入することができれば特に限定されないが、例えば、繰り返し単位数1〜200のオリゴアルキレンオキシ基、アルキル基、アルキレン基等が挙げられ、好ましくは繰り返し単位数1〜50のオリゴエチレンオキシ基又はアルキレン基である。アルキレン基は、直鎖状でも分枝状でもよい。アルキレン基の炭素数は特に限定されないが、好ましくはC1〜C8である。繰り返し単位数1〜50のエチレンオキシ基やC1〜C8のアルキレン基であれば、共重合体の運動性が良好となるので好ましい。なお、本発明の共重合体では、このスペーサーを介して上述のリガンドが結合している。 In the monomer (B), the spacer is not particularly limited as long as the above-described ligand can be introduced, and examples thereof include an oligoalkyleneoxy group having 1 to 200 repeating units, an alkyl group, and an alkylene group, preferably repeating. It is an oligoethyleneoxy group or alkylene group having 1 to 50 units. The alkylene group may be linear or branched. Although carbon number of an alkylene group is not specifically limited, Preferably it is C1-C8. An ethyleneoxy group having 1 to 50 repeating units or a C1 to C8 alkylene group is preferable because the mobility of the copolymer becomes good. In the copolymer of the present invention, the above-described ligand is bound through this spacer.
本発明の第1の実施形態に係る共重合体では、該共重合体の鎖の他端にモノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントを有する。該セグメントには、モノマー(A)以外の上述のその他のモノマーが含まれてもよい。該セグメントにおけるモノマー(B)に由来する構成単位の占める割合は、特に限定されないが、好ましくは20mol%以上であり、より好ましくは50mol%以上であり、更により好ましくは80mol%以上である。モノマー(B)に由来する構成単位の占める割合が高いほど、リガンドの占める割合が高くなり、リガンドの分子認識作用が向上するが、リガンドによっては、その他のモノマーが含まれている方が、分子認識作用が高まる場合もある。なお、本発明の第1の実施形態に係る共重合体では、モノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントを、共重合体の鎖の端に有していることが重要であって、上記セグメントにおいて、モノマー(B)に由来する構成単位を端に有している必要はない。したがって、共重合体の鎖の端と、モノマー(B)に由来する構成単位との間に、上記その他のモノマーを含むセグメントも本発明の範囲内である。 The copolymer according to the first embodiment of the present invention has a segment including a structural unit derived from the monomer (B) at the other end of the chain of the copolymer. The segment may contain the above-mentioned other monomers other than the monomer (A). The proportion of the structural unit derived from the monomer (B) in the segment is not particularly limited, but is preferably 20 mol% or more, more preferably 50 mol% or more, and even more preferably 80 mol% or more. The higher the proportion of the structural unit derived from the monomer (B) is, the higher the proportion of the ligand is, and the molecular recognition action of the ligand is improved. However, depending on the ligand, the other monomer may be included in the molecule. The recognition effect may be enhanced. In the copolymer according to the first embodiment of the present invention, it is important to have a segment containing a structural unit derived from the monomer (B) at the end of the copolymer chain, The segment need not have a structural unit derived from the monomer (B) at the end. Therefore, a segment containing the above-mentioned other monomer between the end of the copolymer chain and the structural unit derived from the monomer (B) is also within the scope of the present invention.
[共重合体の合成方法]
本発明の共重合体の重合方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができるが、RAFT、原子移動ラジカル重合(以下、ATRPと称する。)等のリビングラジカル重合法が好ましい。リビングラジカル重合法によれば、合成する共重合体の分子量や分子量分布を制御できるので好ましい。以下に、モノマー(A)に由来する構成単位からなるセグメントを前記共重合体の鎖の一端に有するとともに、該モノマー(B)に由来する構成単位からなるセグメントを前記共重合体の鎖の他端に有する本発明の共重合体の合成方法を例示する。なお、重合方法はリビングラジカル重合法による。
[Synthesis Method of Copolymer]
The polymerization method of the copolymer of the present invention is not particularly limited, and a conventionally known method can be used, but a living radical polymerization method such as RAFT or atom transfer radical polymerization (hereinafter referred to as ATRP) is preferable. The living radical polymerization method is preferable because the molecular weight and molecular weight distribution of the copolymer to be synthesized can be controlled. In the following, a segment composed of a structural unit derived from the monomer (A) is provided at one end of the chain of the copolymer, and a segment composed of a structural unit derived from the monomer (B) is added to the chain of the copolymer. A method for synthesizing the copolymer of the present invention at the end is illustrated. The polymerization method is a living radical polymerization method.
RAFTによる場合、まず、モノマー(B)と、連鎖移動剤と、重合開始剤とを所定の溶媒に溶解し、溶存酸素を含む反応容器中の酸素を完全に除いた後、重合開始剤が開裂する温度以上、100℃以下で、1〜500時間加熱することにより、モノマー(B)が重合したポリマー(以下、Bブロックと称する。)の末端に連鎖移動剤が導入されたマクロ連鎖移動剤を合成する。次に、このマクロ連鎖移動剤と、モノマー(A)とを所定の溶媒に溶解し、重合開始剤を加え、重合開始剤が開裂する温度以上、200℃以下で、1〜500時間加熱することにより、Bブロックと、モノマーAが重合したポリマー(以下、Aブロックと称する。)とが直列に結合した、本発明の共重合体を合成する。反応スキームの略図を図1に示す。 In the case of RAFT, first, the monomer (B), the chain transfer agent, and the polymerization initiator are dissolved in a predetermined solvent, and oxygen in the reaction vessel including dissolved oxygen is completely removed, and then the polymerization initiator is cleaved. A macro chain transfer agent in which a chain transfer agent is introduced at the terminal of a polymer (hereinafter referred to as B block) obtained by polymerizing the monomer (B) by heating at a temperature of 100 ° C. or lower for 1 to 500 hours. Synthesize. Next, the macro chain transfer agent and the monomer (A) are dissolved in a predetermined solvent, a polymerization initiator is added, and the mixture is heated at a temperature not lower than 200 ° C. for 1 to 500 hours. Thus, the copolymer of the present invention in which the B block and the polymer obtained by polymerizing the monomer A (hereinafter referred to as A block) are coupled in series is synthesized. A schematic of the reaction scheme is shown in FIG.
ATRPによる場合、まず、モノマー(B)と、ハロゲン化アルキル開始剤と、メタル化剤と、リガンドとを所定の溶媒に溶解し、反応させることにより、Bブロックの末端にハロゲン化アルキル開始剤が導入されたマクロハロゲン化アルキル開始剤を合成する。次に、マクロハロゲン化アルキル開始剤と、モノマー(A)とを所定の溶媒に溶解し、更にメタル化剤と、リガンドとを加え、室温以上、200℃以下で、1〜500時間加熱することにより、BブロックとAブロックとが直列に結合した、本発明の共重合体を合成する。 In the case of ATRP, first, the monomer (B), the alkyl halide initiator, the metallizing agent, and the ligand are dissolved in a predetermined solvent and reacted to form an alkyl halide initiator at the end of the B block. Synthesize the introduced macrohalogenated alkyl initiator. Next, the macrohalogenated alkyl initiator and the monomer (A) are dissolved in a predetermined solvent, and the metalating agent and the ligand are added, followed by heating at room temperature to 200 ° C. for 1 to 500 hours. Thus, the copolymer of the present invention in which the B block and the A block are connected in series is synthesized.
重合反応に用いる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、t−ブタノール、ベンゼン、トルエン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、クロロホルム、1,4−ジオキサン、ジメチルスルホキシド又はこれらの混合液が挙げられる。 The solvent used for the polymerization reaction is not particularly limited, but for example, water, methanol, ethanol, propanol, t-butanol, benzene, toluene, dimethylformamide, tetrahydrofuran, chloroform, 1,4-dioxane, dimethyl sulfoxide or a mixture thereof. Liquid.
重合開始剤としては、特に限定されないが、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシピバレート、t−ブチルペルオキシジイソブチレート、過酸化ベンゾイル、ラウロイルパーオキサイド、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等を用いることができる。重合開始剤の好適な使用量は、モノマーに対して、0.001〜1質量%、連鎖移動剤に対して、1〜33質量%である。 The polymerization initiator is not particularly limited. For example, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), diisopropyl peroxycarbonate, t-butyl Peroxy-2-ethylhexanoate, t-butylperoxypivalate, t-butylperoxydiisobutyrate, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, ammonium persulfate, potassium persulfate, and the like can be used. The suitable usage-amount of a polymerization initiator is 0.001-1 mass% with respect to a monomer, and 1-33 mass% with respect to a chain transfer agent.
RAFTに用いられる連鎖移動剤としては、特に限定されないが、例えば、ブチルベンジルトリチオカルボナート、クミルジチオベンゾエート、4−シアノペンタン酸ジチオベンゾエート、酢酸ジチオベンゾエート、ブタン酸ジチオベンゾエート、4−トルイル酸ジチオベンゾエート等が挙げられる。 The chain transfer agent used in RAFT is not particularly limited, and examples thereof include butylbenzyl trithiocarbonate, cumyl dithiobenzoate, 4-cyanopentanoic acid dithiobenzoate, acetic acid dithiobenzoate, butanoic acid dithiobenzoate, and 4-toluic acid. And dithiobenzoate.
ATRPに用いられるハロゲン化アルキル開始剤としては、特に限定されないが、例えば、2−ブロモイソブチリルブロミド、2−クロロイソブチリルクロリド、ブロモアセチルブロミド、ブロモアセチクロリド、ベンジルブロミド等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as an alkyl halide initiator used for ATRP, For example, 2-bromoisobutyryl bromide, 2-chloroisobutyryl chloride, bromoacetyl bromide, bromoacetyl chloride, benzyl bromide etc. are mentioned.
遷移金属錯体としては、特に限定されないが、1価の銅、2価のルテニウム等の錯体を用いることができる。 Although it does not specifically limit as a transition metal complex, Complexes, such as monovalent copper and bivalent ruthenium, can be used.
本発明の共重合体の質量平均分子量(ポリスチレンを標準物質としたGPCによる測定)は、2000〜100000であることが好ましく、2000〜20000であることがより好ましい。上記範囲とすることで、担体の表面に対して安定に固定化することができる。 The weight average molecular weight (measured by GPC using polystyrene as a standard substance) of the copolymer of the present invention is preferably 2000 to 100,000, and more preferably 2000 to 20000. By setting it as the said range, it can fix stably with respect to the surface of a support | carrier.
本発明の共重合体では、該共重合体の鎖の一端にモノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントを有するとともに、該共重合体の鎖の他端にモノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントを有していれば、モノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントと、モノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントとの間にその他のモノマーを有していてもよい。 The copolymer of the present invention has a segment containing a structural unit derived from the monomer (A) at one end of the chain of the copolymer and is derived from the monomer (B) at the other end of the chain of the copolymer. If it has a segment containing a structural unit, it has other monomers between the segment containing the structural unit derived from the monomer (A) and the segment containing the structural unit derived from the monomer (B). Also good.
本発明の共重合体では、該共重合体におけるモノマー(A)に由来する構成単位の占める割合は、特に限定されないが、好ましくは5〜80mol%であり、より好ましくは5〜20mol%である。上記範囲であれば、本発明の共重合体を担体の表面に対してブラシ状に固定化することができる。また、本発明の共重合体におけるモノマー(B)に由来する構成単位の占める割合は、特に限定されないが、好ましくは20〜80mol%であり、より好ましくは50〜80mol%である。上記範囲であれば、リガンドの分子認識作用が良好である。 In the copolymer of the present invention, the proportion of the structural unit derived from the monomer (A) in the copolymer is not particularly limited, but is preferably 5 to 80 mol%, more preferably 5 to 20 mol%. . If it is the said range, the copolymer of this invention can be fix | immobilized in the shape of a brush with respect to the surface of a support | carrier. Moreover, the ratio for which the structural unit derived from the monomer (B) in the copolymer of this invention accounts is although it does not specifically limit, Preferably it is 20-80 mol%, More preferably, it is 50-80 mol%. If it is the said range, the molecule | numerator recognition effect of a ligand is favorable.
本発明の共重合体は、担体の表面にある反応性基(a)と化学的に結合可能な反応性基(b)を有するモノマー(A)に由来する構成単位を含むセグメントを共重合体の鎖の一端に有するとともに、リガンドを有するモノマー(B)に由来する構成単位を含むセグメントを共重合体の鎖の他端に有する。図2(A)は、モノマー(A)に由来する構成単位からなるセグメントと、モノマー(B)に由来する構成単位からなるセグメントとを両端に有する、本発明の共重合体による糖鎖の修飾を示す模式図である。図2(B)は、従来法であるアルカンチオールの自己集積化単分子膜(以下、SAMと称する。)による糖鎖の修飾を示す模式図である。本発明の共重合体では、図2(A)に示すように、複数の反応性基(b)を有するので、担体の表面にある反応性基(a)との反応確率が高くなる。また、共重合体が多点的に固定化するので、共重合体を担体の表面から延伸したブラシ状に固定化することができ、共重合体の運動性が向上し、ひいては、リガンドの運動性が向上する。更に、一方の末端にリガンドが集積化されているので、リガンドを有する共重合体の運動性の向上と、リガンドの集積化とが実現することにより、リガンドと対象物質との相互作用が高まるので、リガンドの分子認識作用も高まると考えられる。
これに対して、リガンドをアルカンチオールのSAMにより2次元的に固定化する従来法では、図2(B)に示すように、材料表面にSAMが形成されるので、リガンドを高密度に固定化することができるが、分子同士の相互作用により、運動性は低くなる。
The copolymer of the present invention is a copolymer comprising a segment containing a structural unit derived from the monomer (A) having a reactive group (b) that can be chemically bonded to the reactive group (a) on the surface of the carrier. And a segment containing a structural unit derived from the ligand-containing monomer (B) at the other end of the copolymer chain. FIG. 2A shows a modification of a sugar chain by the copolymer of the present invention having a segment composed of a structural unit derived from the monomer (A) and a segment composed of a structural unit derived from the monomer (B) at both ends. It is a schematic diagram which shows. FIG. 2B is a schematic diagram showing modification of a sugar chain by a self-assembled monolayer of alkanethiol (hereinafter referred to as SAM), which is a conventional method. Since the copolymer of the present invention has a plurality of reactive groups (b) as shown in FIG. 2 (A), the reaction probability with the reactive groups (a) on the surface of the carrier is increased. In addition, since the copolymer is fixed in a multipoint manner, the copolymer can be fixed in the shape of a brush extended from the surface of the carrier, and the mobility of the copolymer is improved. Improves. Furthermore, since the ligand is integrated at one end, the interaction between the ligand and the target substance is enhanced by improving the mobility of the copolymer having the ligand and integrating the ligand. The molecular recognition effect of the ligand is also expected to increase.
In contrast, in the conventional method in which the ligand is immobilized two-dimensionally by SAM of alkanethiol, SAM is formed on the material surface as shown in FIG. However, due to the interaction between molecules, the mobility is reduced.
[共重合体の固定化]
本発明の共重合体は、該共重合体が有する反応性基(b)と、担体の表面にある反応性基(a)とを反応させることにより、リガンドを担体の表面に固定化する。この反応により、反応性基(b)と反応性基(a)とが化学的に結合するので、担体の表面に安定に固定化することができる。反応性基(a)は、反応性基(b)と化学的に結合可能であれば特に限定されないが、好ましくは反応性基(a)及び反応性基(b)のいずれか一方がアジド基であり、他方がアルキニル基であるか、一方がアミノ基であり、他方がカルボキシル基であるか、一方がアミノ基又はチオール基であり、他方がカルボキシル基、N−ヒドロキシスクシンイミジルエステルで活性化されたカルボン酸、イソシアナート基又はチオイソシアナート基であることが好ましい。
[Immobilization of copolymer]
The copolymer of the present invention immobilizes the ligand on the surface of the carrier by reacting the reactive group (b) of the copolymer with the reactive group (a) on the surface of the carrier. By this reaction, the reactive group (b) and the reactive group (a) are chemically bonded to each other, so that they can be stably immobilized on the surface of the carrier. The reactive group (a) is not particularly limited as long as it can be chemically bonded to the reactive group (b). Preferably, either the reactive group (a) or the reactive group (b) is an azide group. The other is an alkynyl group, one is an amino group, the other is a carboxyl group, one is an amino group or a thiol group, the other is a carboxyl group, active in N-hydroxysuccinimidyl ester It is preferably a carboxylic acid, isocyanate group or thioisocyanate group.
反応性基(a)及び反応性基(b)のいずれか一方がアジド基であり、他方がアルキニル基である場合、反応性基(a)と反応性基(b)との反応は、クリック反応により行うことが好ましい。クリック反応では、トリアゾール環が形成されるように、溶媒中において、アジド基とアルキニル基とを反応させる。反応混合液に銅等の触媒及びアスコルビン酸塩等の還元剤を添加することにより、水性溶媒中でも室温でトリアゾール環を形成することができる。クリック反応は、水混合溶媒中でも反応が進行するという点のほか、固体表面に対する高分子の末端反応等、通常の有機化学反応では反応率が低くなりやすい条件であっても、他のカップリング反応と比較して高い効率で反応が進行するという点においても好ましい。 When either one of the reactive group (a) and the reactive group (b) is an azide group and the other is an alkynyl group, the reaction between the reactive group (a) and the reactive group (b) It is preferable to carry out by reaction. In the click reaction, an azide group and an alkynyl group are reacted in a solvent so that a triazole ring is formed. By adding a catalyst such as copper and a reducing agent such as ascorbate to the reaction mixture, a triazole ring can be formed at room temperature even in an aqueous solvent. In addition to the fact that the click reaction proceeds even in a water-mixed solvent, other coupling reactions even under conditions where the reaction rate tends to be low in ordinary organic chemical reactions such as polymer end reactions on solid surfaces. It is also preferable in that the reaction proceeds with higher efficiency than the above.
固定化対象である担体を構成する材料の種類や形態は、特に限定されない。担体は、固体であっても、半固体であってもよい。材料の種類としては、例えば、ガラス、シリコン、プラスチック、セラミックス、金属等が挙げられ、目的に応じて用いることができる。金属としては、例えば、金、銀、鉄、銅、白金等が挙げられる。形態としては、例えば、プレート状、フィルム状、繊維状、粒子状、ゲル状等が挙げられる。 The type and form of the material constituting the carrier to be immobilized are not particularly limited. The carrier may be solid or semi-solid. Examples of the material include glass, silicon, plastic, ceramics, and metal, and can be used according to the purpose. Examples of the metal include gold, silver, iron, copper, and platinum. Examples of the form include a plate shape, a film shape, a fiber shape, a particle shape, and a gel shape.
反応性基(a)を上記担体の表面に修飾する方法は、特に限定されないが、例えば、担体が金の場合には、金とチオール基との結合を利用したり、担体がガラス等の水酸基を有する場合には、シランカップリング剤を利用したりすることができる。 The method of modifying the reactive group (a) on the surface of the carrier is not particularly limited. For example, when the carrier is gold, a bond between gold and a thiol group is used, or the carrier is a hydroxyl group such as glass. In the case of having silane, a silane coupling agent can be used.
本発明の共重合体は、上記のように担体の表面に安定に固定化することができる。したがって、例えば、特定の細胞、ウイルス、細菌、毒素、ペプチド等を特異的に認識する糖鎖や抗体をリガンドとして結合させた共重合体は、診断用のセンシングプローブやアクティブ・ターゲティング・ドラックデリバリーシステム(能動的・標的指向性DDS)に好適に利用することができる。 The copolymer of the present invention can be stably immobilized on the surface of the carrier as described above. Therefore, for example, a copolymer in which a sugar chain or an antibody specifically recognizing a specific cell, virus, bacterium, toxin, peptide, or the like is bound as a ligand is used as a diagnostic sensing probe or active targeting drug delivery system. It can be suitably used for (active / target-oriented DDS).
[細胞培養方法]
リガンドを結合させた本発明の共重合体によって表面を修飾した培養基材によれば、細胞培養が可能となる。特に、特定の細胞に対して特異的に結合するリガンドを用いた場合には、当該細胞の選択培養に利用することができる。例えば、肝実質細胞にのみ認識される性質を有するラクトースをリガンドとして用いることで、肝実質細胞と、その他の肝臓を構成する非実質細胞(類洞内皮細胞、星細胞、クッパー細胞等)との混合物から、肝実質細胞のみを容易に分離することが可能となる。また、ラクトースをリガンドとして結合させた本発明の共重合体によって表面を修飾した培養基材によれば、ラクトースと細胞とがアシアロ糖タンパク受容体を介して良好に接着するので、無血清培地でも細胞を培養することができる。
[Cell culture method]
According to the culture substrate whose surface is modified with the copolymer of the present invention to which a ligand is bound, cell culture becomes possible. In particular, when a ligand that specifically binds to a specific cell is used, it can be used for selective culture of the cell. For example, by using lactose as a ligand that is recognized only by hepatocytes, hepatocytes and other non-parenchymal cells (sinusoidal endothelial cells, stellate cells, Kupffer cells, etc.) that constitute the liver Only hepatocytes can be easily separated from the mixture. In addition, according to the culture substrate whose surface is modified with the copolymer of the present invention in which lactose is bound as a ligand, lactose and cells adhere well via an asialoglycoprotein receptor, so even in a serum-free medium Cells can be cultured.
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to these Examples.
本実施例では、まず、1,2の工程を経て、反応性基(a)を担体表面に修飾するための分子を製造した。反応性基(a)は、モノマーAの反応性基(b)に対応する。 In this example, first, a molecule for modifying the reactive group (a) on the surface of the carrier was produced through steps 1 and 2. The reactive group (a) corresponds to the reactive group (b) of monomer A.
[担体表面修飾用分子の製造]
<工程1:3−アジドプロピルトリエトキシシランの合成>
既知の方法(Eur.J.Org.Chem.,2006,2934−2941)に従い、式(1)で表される3−クロロプロピルトリエトキシシラン3.0g(12.5mmol)から、式(2)で表される3−アジドプロピルトリエトキシシランを得た(収量:2.12g(8.60mmol),収率:69%)。反応スキームを以下に示す。
[Manufacture of molecules for carrier surface modification]
<Step 1: Synthesis of 3-azidopropyltriethoxysilane>
According to a known method (Eur. J. Org. Chem., 2006, 2934-2941), from 3.0 g (12.5 mmol) of 3-chloropropyltriethoxysilane represented by the formula (1), the formula (2) 3-azidopropyltriethoxysilane represented by the formula (yield: 2.12 g (8.60 mmol), yield: 69%) was obtained. The reaction scheme is shown below.
<工程2:1−アジドウンデカン−11−チオールの合成>
既知の方法(Langmuir.,2004,20(4),1051−1053)を参考に、式(3)で表される1−ブロモウンデカン−11−オールから、式(7)で表される1−アジドウンデカン−11−チオールを合成した。
具体的には、アルゴン雰囲気下、式(3)で表される1−ブロモウンデカン−11オール2.51g(10.0mmol)とアジ化ナトリウム1.95g(30.0mmol)をDMF 45mlに懸濁し、70℃で3時間加熱攪拌した。過剰なアジ化ナトリウムをろ過で取り除いた後、反応溶液を減圧濃縮した。残渣にイソプロピルエーテルを加え、水で2回洗浄した後、有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水、減圧濃縮して、式(4)で表される1−アジドウンデカノールを得た(収量:2.13g(10.0mmol),収率:100%)。
次に、式(4)で表される1−アジドウンデカン−11−チオール2.07g(9.70mol)とメタンスルホニルクロリド2.29g(20.0mmol)の脱水THF 60ml溶液に、アルゴン雰囲気下、トリエチルアミン2.02g(20.0mmol)の脱水THF20ml溶液を滴下し、そのまま室温で3時間攪拌した。反応溶液をろ過し、生成した塩を除いた後、減圧濃縮した。残渣にイソプロピルエーテルを加え、1M塩酸、水、NaHCO3水溶液で洗浄した後、有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水、減圧濃縮して、式(5)で表される1−アジドウンデカン−11−メチルスルホナートを得た(収量:2.70g(9.27mmol),収率:96%)。
続いて、式(5)で表される1−アジドウンデカン−11−メチルスルホナート2.70g(9.27mmol)とカリウムチオアセテート2.10g(18.6mmol)をメタノール80mlに溶解し、アルゴン雰囲気下、2.5時間加熱還流した。反応溶液を減圧濃縮し、残差に水を加え、ジエチルエーテルで抽出した。有機層を更に水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで脱水、減圧濃縮して、式(6)で表される1−アジドウンデカン−11−チオアセテートを得た。(収量:2.27g(8.36mmol),収率:90%)
最後に、式(6)で表される1−アジドウンデカン−11−チオアセテート2.27g(8.36mmol)をメタノール150mlに溶解した後、濃塩酸8mlを添加し、アルゴン雰囲気下、5時間加熱還流した。反応溶液に水を加えた後、メタノールを減圧で除き、ジエチルエーテルで抽出した。有機層を更にNaHCO3水溶液、水、ブラインで洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで脱水、減圧濃縮して、式(7)で表される1−アジドウンデカン−11−チオールを得た(収量:1.92g(8.38mmol),収率:100%)。反応スキームを以下に示す。
<Step 2: Synthesis of 1-azidoundecane-11-thiol>
With reference to a known method (Langmuir., 2004, 20 (4), 1051-1053), 1-bromoundecan-11-ol represented by formula (3) is converted to 1- Azidoundecan-11-thiol was synthesized.
Specifically, 2.51 g (10.0 mmol) of 1-bromoundecane-11ol represented by the formula (3) and 1.95 g (30.0 mmol) of sodium azide are suspended in 45 ml of DMF under an argon atmosphere. The mixture was stirred at 70 ° C. for 3 hours. Excess sodium azide was removed by filtration, and then the reaction solution was concentrated under reduced pressure. After adding isopropyl ether to the residue and washing twice with water, the organic layer was dehydrated with anhydrous magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure to obtain 1-azidoundecanol represented by the formula (4) (yield: 2). .13 g (10.0 mmol), yield: 100%).
Next, in a 60 ml dehydrated THF solution of 2.07 g (9.70 mol) of 1-azidoundecan-11-thiol represented by the formula (4) and 2.29 g (20.0 mmol) of methanesulfonyl chloride under an argon atmosphere, A solution of 2.02 g (20.0 mmol) of triethylamine in 20 ml of dehydrated THF was added dropwise and stirred at room temperature for 3 hours. The reaction solution was filtered to remove the generated salt, and then concentrated under reduced pressure. Isopropyl ether is added to the residue, and the mixture is washed with 1M hydrochloric acid, water, and a NaHCO 3 aqueous solution. The organic layer is dehydrated with anhydrous magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure, and 1-azidoundecane-11-methyl represented by the formula (5) The sulfonate was obtained (yield: 2.70 g (9.27 mmol), yield: 96%).
Subsequently, 1.70 g (9.27 mmol) of 1-azidoundecane-11-methylsulfonate represented by the formula (5) and 2.10 g (18.6 mmol) of potassium thioacetate were dissolved in 80 ml of methanol, and an argon atmosphere was obtained. Under reflux for 2.5 hours. The reaction solution was concentrated under reduced pressure, water was added to the residue, and the mixture was extracted with diethyl ether. The organic layer was further washed with water, dehydrated with anhydrous magnesium sulfate, and concentrated under reduced pressure to obtain 1-azidoundecane-11-thioacetate represented by the formula (6). (Yield: 2.27 g (8.36 mmol), yield: 90%)
Finally, 1.27 g (8.36 mmol) of 1-azidoundecane-11-thioacetate represented by the formula (6) was dissolved in 150 ml of methanol, 8 ml of concentrated hydrochloric acid was added, and the mixture was heated under an argon atmosphere for 5 hours. Refluxed. After adding water to the reaction solution, methanol was removed under reduced pressure and extracted with diethyl ether. The organic layer was further washed with NaHCO 3 aqueous solution, water and brine, then dehydrated with anhydrous magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure to obtain 1-azidoundecan-11-thiol represented by formula (7) (yield: 1 .92 g (8.38 mmol), yield: 100%). The reaction scheme is shown below.
3の工程を経て、本発明に用いる可逆的付加開裂連鎖移動剤(以下、連鎖移動剤と称する。)であるブチルベンジルトリチオカルボナートを製造した。 Through the three steps, butylbenzyl trithiocarbonate, which is a reversible addition-cleavage chain transfer agent (hereinafter referred to as chain transfer agent) used in the present invention, was produced.
[連鎖移動剤の製造]
<工程3:ブチルベンジルトリチオカルボナートの合成>
既知の文献(日本化学会誌,1987,7,1408−1413)を参考に、式(8)で表されるベンジルメルカプタンから、式(10)で表されるブチルベンジルトリチオカルボナートを合成した。
具体的には、式(8)で表されるベンジルメルカプタン1.24g(10.0mmol)と1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク―7−エン(DBU)1.52g(20.0mmol)を脱水ベンゼン10mlに溶解し、アルゴン雰囲気下、二硫化炭素1.52g(20.0mmol)をゆっくり滴下し、室温で30分攪拌した。この反応溶液に1−ブロモブタン1.37g(10.0mmol)の脱水ベンゼン5ml溶液を滴下し、室温で18時間攪拌した。反応溶液をベンゼンで希釈し、セライトでろ過した。ろ液を1M塩酸、水、ブラインで洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで脱水、減圧濃縮して、式(10)で表されるブチルベンジルトリチオカルボナートを得た(収量:2.48g(9.67mmol),収率:97%)。反応スキームを以下に示す。
[Production of chain transfer agent]
<Step 3: Synthesis of butylbenzyltrithiocarbonate>
The butylbenzyl trithiocarbonate represented by the formula (10) was synthesized from the benzyl mercaptan represented by the formula (8) with reference to known literature (Journal of Chemical Society of Japan, 1987, 7, 1408-1413).
Specifically, 1.24 g (10.0 mmol) of benzyl mercaptan represented by Formula (8) and 1.52 g (20.20) of 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene (DBU). 0 mmol) was dissolved in 10 ml of dehydrated benzene, 1.52 g (20.0 mmol) of carbon disulfide was slowly added dropwise under an argon atmosphere, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. To this reaction solution, a solution of 1.37 g (10.0 mmol) of 1-bromobutane in 5 ml of dehydrated benzene was added dropwise and stirred at room temperature for 18 hours. The reaction solution was diluted with benzene and filtered through celite. The filtrate was washed with 1M hydrochloric acid, water and brine, then dehydrated over anhydrous magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure to obtain butylbenzyl trithiocarbonate represented by the formula (10) (yield: 2.48 g (9 .67 mmol), yield: 97%). The reaction scheme is shown below.
4の工程を経て、本発明のモノマー(A)を製造した。 The monomer (A) of this invention was manufactured through the process of 4.
[モノマー(A)の製造]
<工程4:アクリル酸−4−ペンチニルエステルの合成>
式(11)で表される4−ペンチン−1−オールとアクリル酸クロリドから、式(13)で表されるアクリル酸−4−ペンチニルエステルを合成した。
具体的には、式(11)で表される4−ペンチン−1−オール2.83g(40.0mmol)とトリエチルアミン4.45g(44.0mmol)を脱水THF 40mlに溶解し、氷浴で冷却しながら、表(12)で表されるアクリル酸クロリド3.98g(44.0mmol)の脱水THF 40ml溶液を滴下した。その後、氷浴を外し、室温で5時間攪拌した。反応溶液をろ過し、生成した塩を除去した後、減圧濃縮した。残渣にイソプロピルエーテルを加え、NaHCO3水溶液、塩化アンモニウム水溶液、ブラインで洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで脱水、減圧濃縮して粗生成物得た。得られた粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:n−ヘキサン=1:10)で精製し、式(13)で表されるアクリル酸−4−ペンチニルエステルを得た(収量:1.90g(13.8mmol),収率:35%)。反応スキームを以下に示す。
[Production of Monomer (A)]
<Step 4: Synthesis of acrylic acid-4-pentynyl ester>
Acrylic acid-4-pentynyl ester represented by the formula (13) was synthesized from 4-pentyn-1-ol represented by the formula (11) and acrylic acid chloride.
Specifically, 2.83 g (40.0 mmol) of 4-pentyn-1-ol represented by the formula (11) and 4.45 g (44.0 mmol) of triethylamine are dissolved in 40 ml of dehydrated THF and cooled in an ice bath. Then, 40 ml of dehydrated THF in 3.98 g (44.0 mmol) of acrylic acid chloride represented by Table (12) was added dropwise. Thereafter, the ice bath was removed and the mixture was stirred at room temperature for 5 hours. The reaction solution was filtered to remove the generated salt, and then concentrated under reduced pressure. Isopropyl ether was added to the residue, which was washed with an aqueous NaHCO 3 solution, an aqueous ammonium chloride solution and brine, then dried over anhydrous magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure to obtain a crude product. The obtained crude product was purified by silica gel column chromatography (ethyl acetate: n-hexane = 1: 10) to obtain acrylic acid-4-pentynyl ester represented by the formula (13) (yield: 1.90 g (13.8 mmol), yield: 35%). The reaction scheme is shown below.
5又は6の工程を経て、本発明のモノマー(B)を製造した。 The monomer (B) of this invention was manufactured through the process of 5 or 6.
[モノマー(B)の製造]
<工程5:β−アクリル酸エチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテートの合成>
既知の方法(Biomacromolecule,2004,5(1),224−231)を参考に、式(14)で表されるβ体リッチのD−ラクトース−オクタアセテートと、式(15)で表されるヒドロキシエチルアクリレートとから、式(16)で表されるβ−アクリル酸エチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテートを合成した。
具体的には、式(14)で表されるβ体リッチのD−ラクトース−オクタアセテート10.0g(14.7mmol)と、式(15)で表されるアクリル酸ヒドロキシエチルエステル2.06g(17.7mmol)とを、アルゴン雰囲気下、脱水ジクロロメタンに溶解し、氷浴で冷却しながら、三フッ化ホウ素・ジエチルエーテル錯体(46〜49%)6mlを滴下した。そのまま2時間攪拌した後、氷浴を外し、更に室温で18時間攪拌した。反応溶液をクロロホルムで希釈し、NaHCO3水溶液、水で洗浄、有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水、減圧濃縮して粗生成物得た。得られた粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(アセトン:ジクロロメタン=1:30→1:25)で精製した後、メタノール/水で再沈澱を行い、式(16)で表されるβ−アクリル酸エチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテートを得た(収量:5.36g(7.30mmol),収率:50%)。反応スキームを以下に示す。
[Production of Monomer (B)]
<Step 5: Synthesis of β-ethyl acrylate-D-lactose-heptaacetate>
With reference to a known method (Biomacromolecule, 2004, 5 (1), 224-231), β-rich D-lactose-octaacetate represented by formula (14) and hydroxy represented by formula (15) Β-ethyl acrylate-D-lactose-heptaacetate represented by the formula (16) was synthesized from ethyl acrylate.
Specifically, the β-form rich D-lactose-octaacetate 10.0 g (14.7 mmol) represented by the formula (14) and the acrylic acid hydroxyethyl ester 2.06 g represented by the formula (15) ( 17.7 mmol) was dissolved in dehydrated dichloromethane under an argon atmosphere, and 6 ml of boron trifluoride-diethyl ether complex (46-49%) was added dropwise while cooling in an ice bath. After stirring for 2 hours, the ice bath was removed and the mixture was further stirred at room temperature for 18 hours. The reaction solution was diluted with chloroform, washed with NaHCO 3 aqueous solution and water, and the organic layer was dehydrated with anhydrous magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure to obtain a crude product. The obtained crude product was purified by silica gel column chromatography (acetone: dichloromethane = 1: 30 → 1: 25), and then reprecipitated with methanol / water, and β-acryl represented by formula (16). Acid ethyloxy-D-lactose-heptaacetate was obtained (yield: 5.36 g (7.30 mmol), yield: 50%). The reaction scheme is shown below.
<工程6:β−アクリルアミジルエチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテートの合成>
既知の方法(Aust.J.Chem.,1998,51,31−35)に従い、式(17)で表される1−アミノエタノールと、式(18)で表されるアクリル酸クロリドとから、式(19)で表される2−ヒドロキシエチルアクリルアミドを合成した。次に、既知の方法(Biomacromolecule,2004,5(1),224−231)を参考に、式(14)で表されるβ体リッチのD−ラクトース−オクタアセテートと、式(19)で表される2−ヒドロキシエチルアクリルアミドとから、式(20)で表されるβ−アクリルアミジルエチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテートを合成した。
具体的には、式(17)で表される1−アミノエタノール30ml(0.50mol)を脱水ジクロロメタン300mlに溶解し、氷浴で冷却しながら式(18)で表されるアクリル酸クロリド20ml(0.25mol)の脱水ジクロロメタン100ml溶液を滴下した。そのまま氷浴で冷却しながら3時間攪拌した後、生成した塩をろ過で除き、ろ液を減圧濃縮し、式(19)で表される2−ヒドロキシエチルアクリルアミドを合成した(収量:15g(0.13mol),収率:52%)。
次に、式(14)で表されるβ体リッチのD−ラクトース−オクタアセテート10.0g(14.7mmol)と式(19)で表される2−ヒドロキシエチルアクリルアミド2.03g(17.7mmol)をアルゴン雰囲気下、脱水ジクロロメタンに溶解し、氷浴で冷却しながら、三フッ化ホウ素・ジエチルエーテル錯体(46〜49%)6mlを滴下した。そのまま2時間攪拌した後、氷浴を外し、更に室温で18時間攪拌した。反応溶液をクロロホルムで希釈し、NaHCO3水溶液、水で洗浄、有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水、減圧濃縮して粗生成物得た。得られた粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル:n−ヘキサン=1:1→酢酸エチル)で精製し、式(20)で表されるβ−アクリル酸エチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテートを得た(収量:6.22g(8.48mmol),収率:58%)。反応スキームを以下に示す。
<Step 6: Synthesis of β-acrylamidylethyloxy-D-lactose-heptaacetate>
According to a known method (Aust. J. Chem., 1998, 51, 31-35), from 1-aminoethanol represented by formula (17) and acrylic acid chloride represented by formula (18), the formula 2-hydroxyethylacrylamide represented by (19) was synthesized. Next, with reference to a known method (Biomacromolecule, 2004, 5 (1), 224-231), a β-rich D-lactose-octaacetate represented by formula (14) and a formula (19) Β-acrylamidylethyloxy-D-lactose-heptaacetate represented by the formula (20) was synthesized from 2-hydroxyethylacrylamide.
Specifically, 30 ml (0.50 mol) of 1-aminoethanol represented by the formula (17) is dissolved in 300 ml of dehydrated dichloromethane, and 20 ml of acrylic acid chloride represented by the formula (18) is cooled in an ice bath ( 0.25 mol) of 100 ml of dehydrated dichloromethane was added dropwise. After stirring for 3 hours while cooling in an ice bath as it is, the formed salt was removed by filtration, and the filtrate was concentrated under reduced pressure to synthesize 2-hydroxyethylacrylamide represented by the formula (19) (yield: 15 g (0 .13 mol), yield: 52%).
Next, 10.0 g (14.7 mmol) of β-rich D-lactose-octaacetate represented by the formula (14) and 2.03 g (17.7 mmol) of 2-hydroxyethylacrylamide represented by the formula (19) ) Was dissolved in dehydrated dichloromethane under an argon atmosphere, and 6 ml of boron trifluoride-diethyl ether complex (46-49%) was added dropwise while cooling in an ice bath. After stirring for 2 hours, the ice bath was removed and the mixture was further stirred at room temperature for 18 hours. The reaction solution was diluted with chloroform, washed with NaHCO 3 aqueous solution and water, and the organic layer was dehydrated with anhydrous magnesium sulfate and concentrated under reduced pressure to obtain a crude product. The resulting crude product was purified by silica gel column chromatography (ethyl acetate: n-hexane = 1: 1 → ethyl acetate), and β-ethyl acrylate-D-lactose-hepta represented by the formula (20) Acetate was obtained (yield: 6.22 g (8.48 mmol), yield: 58%). The reaction scheme is shown below.
7,8,9,又は10の工程を経て、糖鎖ポリマーを製造した。 The sugar chain polymer was produced through the steps 7, 8, 9, or 10.
[糖鎖ポリマーの製造:ホモポリマータイプ(1)]
<工程7:Poly−Lac(OAc)7−Aの合成>
式(16)で表されるβ−アクリル酸エチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテート1.47g(2.0mmol)と、式(10)で表されるブチルベンジルトリチオカルボナート26mg(0.10mmol)と、AIBN 1.6mg(10μmol)とを脱水DMF 10mlに溶解し、シュレンク管で3回凍結脱気を行った後、アルゴン雰囲気下、70℃で4日間加熱攪拌した。反応溶液をイソプロピルエーテルに滴下して再沈澱を行い、更に得られた沈澱を少量のクロロホルムに溶解し、イソプロパノール/イソプロピルエーテルに滴下して再沈澱による精製を行い、式(21)で表されるPoly−Lac(OAc)7−Aを得た(収量:445mg,回収率:30%)。反応スキームを以下に示す。
反応溶液の一部を減圧濃縮した粗生成物の1HNMR(CDCl3)を測定し、積分比から算出したモノマーの転化率は43%であった。また、精製後のポリマーをGPC(ポリスチレンスタンダード)で測定した数平均分子量(Mncal)は3842、分子量分布(Mw/Mn)は1.20、Mncalから算出した平均重合度(ncal)は4.9であった。なお、分子量分布が狭いことから、この重合反応はRAFT機構で進行したと考えられる。よって、モノマーの転化率から算出した理論的な平均分子量(Mnth)は6574、平均重合度(nth)は8.6であった。
[Manufacture of sugar chain polymer: homopolymer type (1)]
<Step 7: Synthesis of Poly-Lac (OAc) 7 -A>
1.47 g (2.0 mmol) of β-ethyl acrylate-D-lactose-heptaacetate represented by the formula (16) and 26 mg (0.10 mmol) of butylbenzyl trithiocarbonate represented by the formula (10) Then, 1.6 mg (10 μmol) of AIBN was dissolved in 10 ml of dehydrated DMF, freeze degassed three times with a Schlenk tube, and then heated and stirred at 70 ° C. for 4 days in an argon atmosphere. The reaction solution is added dropwise to isopropyl ether for reprecipitation, and the resulting precipitate is dissolved in a small amount of chloroform, and added dropwise to isopropanol / isopropyl ether for purification by reprecipitation, which is represented by the formula (21). Poly-Lac (OAc) 7 -A was obtained (yield: 445 mg, recovery rate: 30%). The reaction scheme is shown below.
1 HNMR (CDCl 3 ) of a crude product obtained by concentrating a part of the reaction solution under reduced pressure was measured, and the monomer conversion calculated from the integration ratio was 43%. The number average molecular weight (Mn cal ) of the purified polymer measured by GPC (polystyrene standard) is 3842, the molecular weight distribution (Mw / Mn) is 1.20, and the average degree of polymerization (n cal ) calculated from Mn cal is It was 4.9. In addition, since the molecular weight distribution is narrow, this polymerization reaction is considered to have progressed by the RAFT mechanism. Therefore, the theoretical average molecular weight (Mn th ) calculated from the monomer conversion was 6574, and the average degree of polymerization (n th ) was 8.6.
[糖鎖ポリマーの製造:ホモポリマータイプ(2)]
<工程8:Poly−Lac(OAc)7−AAの合成>
式(20)で表されるβ−アクリルアミジルエチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテート1.10g(1.5mmol)と、式(10)で表されるブチルベンジルトリチオカルボナート13mg(0.050mmol)と、AIBN 1.6mg(10μmol)とを脱水DMF 8mlに溶解し、シュレンク管で3回凍結脱気を行った後、アルゴン雰囲気下、70℃で4日間加熱攪拌した。反応溶液をイソプロピルエーテルに滴下して再沈澱を行い、更に得られた沈澱を少量のクロロホルムに溶解し、イソプロパノール/イソプロピルエーテルに滴下して再沈澱による精製を行い、式(22)で表されるPoly−Lac(OAc)7−AAを得た(収量:555mg,回収率:50%)。反応スキームを以下に示す。
なお、工程7と同様の方法にて測定し、算出したモノマーの転化率は60%、Mncalは4785、Mw/Mnは1.20、ncalは6.2、Mnthは13463、nthは18であった。
[Production of sugar chain polymer: homopolymer type (2)]
<Step 8: Synthesis of Poly-Lac (OAc) 7 -AA>
1.10 g (1.5 mmol) of β-acrylamidylethyloxy-D-lactose-heptaacetate represented by the formula (20) and 13 mg of butylbenzyl trithiocarbonate represented by the formula (10) (0. 050 mmol) and 1.6 mg (10 μmol) of AIBN were dissolved in 8 ml of dehydrated DMF, freeze-deaerated three times with a Schlenk tube, and then heated and stirred at 70 ° C. for 4 days in an argon atmosphere. The reaction solution is added dropwise to isopropyl ether for reprecipitation, and the resulting precipitate is dissolved in a small amount of chloroform and added dropwise to isopropanol / isopropyl ether for purification by reprecipitation, which is represented by the formula (22). Poly-Lac (OAc) 7 -AA was obtained (yield: 555 mg, recovery: 50%). The reaction scheme is shown below.
In addition, it measured by the method similar to the process 7, and the conversion rate of the calculated monomer was 60%, Mn cal was 4785, Mw / Mn was 1.20, n cal was 6.2, Mn th was 13463, n th Was 18.
[糖鎖ポリマーの製造:コポリマータイプ(1)]
<工程9:Poly−Lac(OAc)7−A−co−HEAの合成>
式(16)で表されるβ−アクリル酸エチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテート1.47g(2.0mmol)と、式(15)で表されるアクリル酸ヒドロキエチルエステル232mg(2.0mol)と、式(10)で表されるブチルベンジルトリチオカルボナート26mg(0.10mol)と、AIBN 3.3mg(20μmol)とを脱水DMF 10mlに溶解し、シュレンク管で3回凍結脱気を行った後、アルゴン雰囲気下、70℃で4日間加熱攪拌した。反応溶液をイソプロピルエーテルに滴下して再沈澱を行い、更に得られた沈澱を少量のクロロホルムに溶解し、イソプロパノール/イソプロピルエーテルに滴下して再沈澱による精製を行い、式(23)で表されるPoly−Lac(OAc)7−A−co−HEAを得た(収量:1.04g,回収率:53%)。反応スキームを以下に示す。
なお、工程7と同様の方法にて測定し、算出したモノマーの転化率は70%(2種類のモノマー全体として)、Mncalは5186、Mw/Mnは1.28であった。
[Production of sugar chain polymer: copolymer type (1)]
<Step 9: Synthesis of Poly-Lac (OAc) 7 -A-co-HEA>
1.47 g (2.0 mmol) of β-ethyl acrylate-D-lactose-heptaacetate represented by the formula (16), 232 mg (2.0 mol) of a hydroxyethyl acrylate represented by the formula (15), , 26 mg (0.10 mol) of butylbenzyltrithiocarbonate represented by the formula (10) and 3.3 mg (20 μmol) of AIBN were dissolved in 10 ml of dehydrated DMF, and freeze degassing was performed three times with a Schlenk tube. Thereafter, the mixture was heated and stirred at 70 ° C. for 4 days under an argon atmosphere. The reaction solution is added dropwise to isopropyl ether for reprecipitation, and the resulting precipitate is dissolved in a small amount of chloroform, and then added dropwise to isopropanol / isopropyl ether for purification by reprecipitation, which is represented by the formula (23). Poly-Lac (OAc) 7 -A-co-HEA was obtained (yield: 1.04 g, recovery: 53%). The reaction scheme is shown below.
In addition, it measured by the method similar to the process 7, and the conversion rate of the calculated monomer was 70% (as 2 types of whole monomers), Mn cal was 5186, and Mw / Mn was 1.28.
[糖鎖ポリマーの製造:コポリマータイプ(2)]
<工程10:Poly−Lac(OAc)7−AA−co−HEAAの合成>
式(20)で表されるβ−アクリルアミジルエチルオキシ−D−ラクトース−ヘプタアセテート1.46g(2.0mmol)と、式(19)で表される2−ヒドロキシエチルアクリルアミド230mg(2.0mmol)と、式(10)で表されるブチルベンジルトリチオカルボナート26mg(0.10mmol)と、AIBN 1.6mg(10μmol)とを脱水DMF 10mlに溶解し、シュレンク管で3回凍結脱気を行った後、アルゴン雰囲気下、70℃で4日間加熱攪拌した。反応溶液をイソプロピルエーテルに滴下して再沈澱を行い、更に得られた沈澱を少量のクロロホルムに溶解し、イソプロパノール/イソプロピルエーテルに滴下して再沈澱による精製を行い、式(24)で表されるPoly−Lac(OAc)7−AA−co−HEAAを得た(収量:770mg,回収率:39%)。反応スキームを以下に示す。
なお、工程7と同様の方法にて測定し、算出したモノマーの転化率は45%(2種類のモノマー全体として)、Mncalは4930、Mw/Mnは1.18であった。
[Production of sugar chain polymer: Copolymer type (2)]
<Step 10: Synthesis of Poly-Lac (OAc) 7 -AA-co-HEAA>
1.46 g (2.0 mmol) of β-acrylamidylethyloxy-D-lactose-heptaacetate represented by the formula (20) and 230 mg (2.0 mmol) of 2-hydroxyethylacrylamide represented by the formula (19) ), 26 mg (0.10 mmol) of butylbenzyltrithiocarbonate represented by the formula (10) and 1.6 mg (10 μmol) of AIBN are dissolved in 10 ml of dehydrated DMF, and freeze degassing three times with a Schlenk tube. Thereafter, the mixture was heated and stirred at 70 ° C. for 4 days under an argon atmosphere. The reaction solution is added dropwise to isopropyl ether for reprecipitation, and the resulting precipitate is dissolved in a small amount of chloroform, and purified by reprecipitation by adding dropwise to isopropanol / isopropyl ether, which is represented by the formula (24). Poly-Lac (OAc) 7 -AA-co-HEAA was obtained (yield: 770 mg, recovery: 39%). The reaction scheme is shown below.
In addition, it measured by the method similar to the process 7, and the conversion rate of the calculated monomer was 45% (as 2 types of whole monomers), Mn cal was 4930, and Mw / Mn was 1.18.
11,12,13又は14の工程を経て、本発明の共重合体を製造した。 The copolymer of this invention was manufactured through the process of 11, 12, 13 or 14.
[本発明の共重合体の製造:糖鎖ポリマーがホモポリマータイプ(1)]
<工程11:Poly−Lac(OAc)7−A−b−Alkyne−Aの合成>
式(21)で表されるPoly−Lac(OAc)7−A 384mg(Mncal=3842、Mnth=6574)と、式(13)で表されるアクリル酸−4−ペンチニルエステル69mg(0.50mol)と、AIBN 5.0mg(30μmol)とを脱水DMF 3mlに溶解し、シュレンク管で3回凍結脱気を行った後、アルゴン雰囲気下、70℃で6日間加熱攪拌した。反応溶液をイソプロピルエーテルに滴下して再沈澱による精製を行い、式(25)で表されるPoly−Lac(OAc)7−A−b−Alkyne−Aを得た(収量:341mg,回収率:75%)。反応スキームを以下に示す。
反応溶液の一部を減圧濃縮した粗生成物の1HNMR(CDCl3)を測定し、積分比から算出したモノマーの転化率は100%であった。また、精製後のポリマーをGPC(ポリスチレンスタンダード)で測定した数平均分子量(Mncal)は3712、分子量分布(Mw/Mn)は1.19であった。なお、分子量分布が狭いことから、この重合反応は、RAFT機構で進行したと考えられる。よって、マクロ連鎖移動剤のMnthとモノマーの転化率とから算出した理論的な平均分子量(Mnth)は7757、平均重合度はnthが8.6、mthが8.6であった。
[Production of copolymer of the present invention: sugar chain polymer is homopolymer type (1)]
<Step 11: Synthesis of Poly-Lac (OAc) 7 -Ab-Alkyne-A>
Poly-Lac (OAc) 7 -A 384 mg (Mn cal = 3842, Mn th = 6574) represented by the formula (21) and 69 mg of acrylic acid-4-pentynyl ester represented by the formula (13) (0 .50 mol) and 5.0 mg (30 μmol) of AIBN were dissolved in 3 ml of dehydrated DMF, freeze-deaerated three times with a Schlenk tube, and then heated and stirred at 70 ° C. for 6 days in an argon atmosphere. The reaction solution was dropped into isopropyl ether and purified by reprecipitation to obtain Poly-Lac (OAc) 7 -Ab-Alkyne-A represented by the formula (25) (yield: 341 mg, recovery rate: 75%). The reaction scheme is shown below.
1 HNMR (CDCl 3 ) of a crude product obtained by concentrating a part of the reaction solution under reduced pressure was measured, and the monomer conversion calculated from the integration ratio was 100%. Further, the number average molecular weight (Mn cal ) of the purified polymer measured by GPC (polystyrene standard) was 3712, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) was 1.19. In addition, since the molecular weight distribution is narrow, this polymerization reaction is considered to have progressed by the RAFT mechanism. Therefore, the theoretical average molecular weight (Mn th ) calculated from Mn th of the macro chain transfer agent and the conversion rate of the monomer was 7757, and the average degree of polymerization was n th 8.6 and m th 8.6. .
[本発明の共重合体の製造:糖鎖ポリマーがホモポリマータイプ(2)]
<工程12:Poly−Lac(OAc)7−AA−b−Alkyne−Aの合成>
式(22)で表されるPoly−Lac(OAc)7−AA 540mg(Mncal=4785、Mnth=13463)と、式(13)で表されるアクリル酸−4−ペンチニルエステル55mg(0.40mol)と、AIBN 3.3mg(20mmol)とを脱水DMF 4mlに溶解し、シュレンク管で3回凍結脱気を行った後、アルゴン雰囲気下、70℃で6日間加熱攪拌した。反応溶液をイソプロピルエーテルに滴下して再沈澱による精製を行い、式(26)で表されるPoly−Lac(OAc)7−AA−b−Alkyne−Aを得た(収量:526mg,回収率:88%)。反応スキームを以下に示す。
なお、工程11と同様の方法にて測定し、算出したモノマーの転化率は100%、Mncalは4452、Mw/Mnは1.23、Mnthは14840、平均重合度はnthが18、mthが10であった。
[Production of copolymer of the present invention: sugar chain polymer is homopolymer type (2)]
<Step 12: Synthesis of Poly-Lac (OAc) 7 -AA-b-Alkyne-A>
Poly-Lac (OAc) 7 -AA 540 mg (Mn cal = 4785, Mn th = 13463) represented by the formula (22) and 55 mg (0 of acrylic acid-4-pentynyl ester represented by the formula (13) .40 mol) and 3.3 mg (20 mmol) of AIBN were dissolved in 4 ml of dehydrated DMF, freeze-deaerated three times with a Schlenk tube, and then heated and stirred at 70 ° C. for 6 days in an argon atmosphere. The reaction solution was dropped into isopropyl ether and purified by reprecipitation to obtain Poly-Lac (OAc) 7 -AA-b-Alkyne-A represented by the formula (26) (yield: 526 mg, recovery rate: 88%). The reaction scheme is shown below.
In addition, it measured by the method similar to the process 11, and the conversion rate of the calculated monomer was 100%, Mn cal was 4452, Mw / Mn was 1.23, Mn th was 14840, the average degree of polymerization was n th 18; m th was 10.
[本発明の共重合体の製造:糖鎖ポリマーがコポリマータイプ(1)]
<工程13:Poly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−Aの合成>
式(23)で表されるPoly−Lac(OAc)7−A−co−HEA 1.04g(Mncal=5186)と、式(13)で表されるアクリル酸−4−ペンチニルエステル83mg(0.60mmol)と、AIBN 4.9mg(30μmol)とを脱水DMF 10mlに溶解し、シュレンク管で3回凍結脱気を行った後、アルゴン雰囲気下、70℃で6日間加熱攪拌した。反応溶液をイソプロピルエーテルに滴下して再沈澱による精製を行い、式(27)で表されるPoly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−Aを得た(収量:807mg,回収率:72%)。反応スキームを以下に示す。
なお、工程11と同様の方法にて測定し、算出したモノマーの転化率は100%、Mncalは3502、Mw/Mnは1.32であった。
[Production of Copolymer of the Present Invention: Sugar Chain Polymer is Copolymer Type (1)]
<Step 13: Synthesis of Poly- [Lac (OAc) 7 -A-co-HEA] -b-Alkyne-A>
Poly-Lac (OAc) 7 -A-co-HEA 1.04 g (Mn cal = 5186) represented by Formula (23) and 83 mg of acrylic acid-4-pentynyl ester represented by Formula (13) ( 0.60 mmol) and 4.9 mg (30 μmol) of AIBN were dissolved in 10 ml of dehydrated DMF, freeze-deaerated three times with a Schlenk tube, and then heated and stirred at 70 ° C. for 6 days in an argon atmosphere. The reaction solution was added dropwise to isopropyl ether and purified by reprecipitation to obtain Poly- [Lac (OAc) 7 -A-co-HEA] -b-Alkyne-A represented by the formula (27) (yield) : 807 mg, recovery rate: 72%). The reaction scheme is shown below.
In addition, it measured by the method similar to the process 11, and the conversion rate of the calculated monomer was 100%, Mncal was 3502, Mw / Mn was 1.32.
[本発明の共重合体の製造:糖鎖ポリマーがコポリマータイプ(2)]
<工程14:Poly−[Lac(OAc)7−AA−co−HEAA]−b−Alkyne−Aの合成>
式(24)で表されるPoly−Lac(OAc)7−AA−co−HEAA 742mg(Mncal=4930)と、式(13)で表されるアクリル酸−4−ペンチニルエステル207mg(1.50mmol)と、AIBN 4.9mg(30μmol)とを脱水DMF 5mlに溶解し、シュレンク管で3回凍結脱気を行った後、アルゴン雰囲気下、70℃で6日間加熱攪拌した。反応溶液をイソプロピルエーテルに滴下して再沈澱による精製を行い、式(28)で表されるPoly−[Lac(OAc)7−AA−co−HEAA]−b−Alkyne−Aを得た(収量:718mg,回収率:76%)。反応スキームを以下に示す。
なお、工程11と同様の方法にて測定し、算出したモノマーの転化率は78%、Mncalは5594、Mw/Mnは1.23であった。
[Production of Copolymer of the Present Invention: Sugar Chain Polymer is Copolymer Type (2)]
<Step 14: Synthesis of Poly- [Lac (OAc) 7 -AA-co-HEAA] -b-Alkyne-A>
742 mg (Mn cal = 4930) of Poly-Lac (OAc) 7 -AA-co-HEAA represented by formula (24) and 207 mg of acrylic acid-4-pentynyl ester represented by formula (13) (1. 50 mmol) and 4.9 mg (30 μmol) of AIBN were dissolved in 5 ml of dehydrated DMF, freeze-deaerated three times with a Schlenk tube, and then heated and stirred at 70 ° C. for 6 days in an argon atmosphere. The reaction solution was added dropwise to isopropyl ether and purified by reprecipitation to obtain Poly- [Lac (OAc) 7 -AA-co-HEAA] -b-Alkyne-A represented by the formula (28) (yield) : 718 mg, recovery: 76%). The reaction scheme is shown below.
In addition, it measured by the method similar to the process 11, and the conversion rate of the calculated monomer was 78%, Mncal was 5594, Mw / Mn was 1.23.
[担体表面への糖鎖ポリマーブラシの形成]
糖鎖ポリマーブラシを担体表面に形成する方法は、担体表面にアジド基を修飾する第1の工程、合成した本発明の共重合体の末端アルキン部分と第1の工程において担体表面に修飾したアジド基とのクリック反応を行う第2の工程、及び糖鎖の保護基を外す脱保護反応を行う第3の工程で行う。なお、共重合体の状態で脱保護を行っておくことで、第3の工程は省略することができる。各工程における反応進行度は、水滴の接触角の変化で確認した。
[Formation of sugar chain polymer brush on carrier surface]
A method for forming a sugar chain polymer brush on the surface of a carrier includes the first step of modifying the azide group on the surface of the carrier, the terminal alkyne portion of the synthesized copolymer of the present invention, and the azide modified on the surface of the carrier in the first step. The second step of performing a click reaction with a group and the third step of performing a deprotection reaction to remove the protecting group of the sugar chain. In addition, a 3rd process can be skipped by performing deprotection in the state of a copolymer. The degree of reaction progress in each step was confirmed by a change in the contact angle of water droplets.
(1)第1の工程:担体表面へのアジド基の修飾
アジド基を修飾する担体には、ガラス基板(スライドガラス)と金蒸着ガラス基板を用いた。これら担体表面に付着した有機物等の汚れは、表面反応の促進を阻害する可能性がある。そこで、オゾン洗浄機で15分間処理した後、メタノールをかけ流して洗浄し、乾燥させた担体を用いた。
(1) First step: Modification of azide group on carrier surface As a carrier for modifying an azide group, a glass substrate (slide glass) and a gold-deposited glass substrate were used. Such dirt such as organic matter adhering to the surface of the carrier may inhibit the promotion of the surface reaction. Therefore, after being treated with an ozone cleaner for 15 minutes, a carrier which was washed by pouring methanol and dried was used.
(1−1)ガラス基板表面の修飾
ガラス基板表面へのアジド基の修飾は、シランカップリング反応により行った。シランカップリング剤には、工程1にて合成した式(2)で表される3−アジドプロピルトリエトキシシランを用いた。3−アジドプロピルトリエトキシシランの1vol%トルエン溶液を調製し、脱脂綿でガラス基板表面に薄く塗布し、ヘアドライアーで数秒間加熱と乾燥を3回繰り返した。
(1-1) Modification of glass substrate surface Modification of the azide group on the glass substrate surface was performed by a silane coupling reaction. As the silane coupling agent, 3-azidopropyltriethoxysilane represented by the formula (2) synthesized in Step 1 was used. A 1 vol% toluene solution of 3-azidopropyltriethoxysilane was prepared, thinly coated on the glass substrate surface with absorbent cotton, and heated and dried for 3 seconds with a hair dryer three times.
(1−2)金蒸着ガラス基板表面の修飾
金蒸着ガラス基板表面へのアジド基の修飾は、金とチオール基の反応により行った。アルカンチオールは、金表面上に自己組織化単分子膜(SAM)を形成することが知られていることから、金蒸着ガラス基板を、工程2にて合成した式(7)で表される1−アジドウンデカン−11−チオールの0.2vol%トルエン溶液に浸漬し、18時間放置した。
(1-2) Modification of gold-deposited glass substrate surface Modification of the azide group on the gold-deposited glass substrate surface was performed by a reaction of gold and a thiol group. Since alkanethiol is known to form a self-assembled monolayer (SAM) on the gold surface, 1 is represented by the formula (7) obtained by synthesizing a gold-deposited glass substrate in step 2. -It was immersed in a 0.2 vol% toluene solution of azidoundecane-11-thiol and allowed to stand for 18 hours.
(2)第2の工程:クリック反応
第1の工程においてアジド基を修飾した担体表面上に、工程14にて合成した式(28)で表されるPoly−[Lac(OAc)7−AA−co−HEAA]−b−Alkyne−Aの粉末を少量(1cm2当たり1mg未満)ふりかけた後、クリック反応溶液を塗布し、18時間放置した。クリック反応溶液には、硫酸銅(II)・5水和物10mgとアスコルビン酸ナトリウム15mgとを、THF/ミリQ水(20ml/5ml)溶液に溶解したものを用いた。反応終了後は、担体表面をアセトン、メタノール、ミリQ水の順でよく洗浄し、乾燥した。
(2) Second step: Click reaction Poly- [Lac (OAc) 7 -AA- represented by formula (28) synthesized in step 14 on the support surface modified with the azide group in the first step. Co-HEAA] -b-Alkyne-A powder was sprinkled in a small amount (less than 1 mg per cm 2 ), and then the click reaction solution was applied and allowed to stand for 18 hours. As the click reaction solution, a solution of 10 mg of copper (II) sulfate pentahydrate and 15 mg of sodium ascorbate dissolved in a THF / milli-Q water (20 ml / 5 ml) solution was used. After completion of the reaction, the support surface was washed thoroughly in order of acetone, methanol, and milli-Q water and dried.
(3)第3の工程:糖鎖の脱保護反応
糖鎖の脱保護反応は、既知の方法(Biomacromolecule,2004,5,224−231)を参考に行った。第2の工程においてクリック反応させた担体を、ヒドラジン一水和物の3vol% DMSO溶液に浸漬し、密閉状態で5時間放置した。反応終了後は、担体表面をアセトン、メタノール、ミリQ水の順でよく洗浄し、乾燥した。
(3) Third step: sugar chain deprotection reaction The sugar chain deprotection reaction was carried out with reference to a known method (Biomacromolecule, 2004, 5, 224-231). The carrier subjected to the click reaction in the second step was immersed in a 3 vol% DMSO solution of hydrazine monohydrate, and left in a sealed state for 5 hours. After completion of the reaction, the support surface was washed thoroughly in order of acetone, methanol, and milli-Q water and dried.
[反応進行度の確認:接触角の測定]
担体表面における糖鎖ポリマーブラシの形成は、担体表面の接触角を測定することにより確認した。糖鎖ポリマーブラシが担体表面に形成されていれば、担体表面における水酸基の密度が高まり、親水性が高くなると考えられるからである。
ガラス基板については、第3の工程の脱保護を部分的に行い、脱保護されている部分と脱保護されていない部分の接触角を比較した。なお、接触角はガラス基板2枚(1枚当たり4ヶ所測定)の平均値を求めた。
金蒸着ガラス基板については、第2の工程のクリック反応を部分的に行い、更に第3の工程の脱保護を部分的に行い、各工程後の接触角を比較した。なお、接触角は金蒸着ガラス基板1枚(1枚当たり10ヶ所測定)の平均値を求めた。
室温(約23℃)下、空気中で担体表面にイオン交換水(ミリQ水)2μlを滴下し、担体表面と水滴との接触角を測定した。測定装置には、表面張力計(協和界面科学社製DropMaster−500,解析ソフトウエアーFAMAS使用)を用いた。
[Confirmation of reaction progress: measurement of contact angle]
Formation of the sugar chain polymer brush on the carrier surface was confirmed by measuring the contact angle on the carrier surface. This is because if the sugar chain polymer brush is formed on the surface of the carrier, the density of hydroxyl groups on the surface of the carrier will increase, and the hydrophilicity will increase.
About the glass substrate, the deprotection of the 3rd process was partially performed, and the contact angle of the part which is deprotected and the part which is not deprotected was compared. In addition, the contact angle calculated | required the average value of two glass substrates (measurement of four places per sheet).
About the gold vapor deposition glass substrate, the click reaction of the 2nd process was partially performed, and also the deprotection of the 3rd process was partially performed, and the contact angle after each process was compared. In addition, the contact angle calculated | required the average value of 1 gold | metal vapor deposition glass substrate (10 places measurement per sheet).
At room temperature (about 23 ° C.), 2 μl of ion-exchanged water (Milli Q water) was dropped on the surface of the carrier in air, and the contact angle between the surface of the carrier and the water droplets was measured. A surface tension meter (DropMaster-500 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd., using analysis software FAMAS) was used as the measuring device.
ガラス基板については、脱保護していない部分の接触角が67.6°であるのに対し、脱保護した部分の接触角は41.8°であり、脱保護した部分の方が26°程度小さな値を示した。
金蒸着ガラス基板については、第1の工程後(アジド基の修飾後)の接触角が67.1°であり、第2の工程後(クリック反応後)の接触角が65.8°であるのに対し、第3の工程後(脱保護反応後)の接触角は51.8°であり、脱保護した部分の接触角が最も小さな値を示した。
以上の結果から、ガラス基板、金蒸着ガラス基板のいずれの担体においても、各工程の反応は進行し、表面に糖鎖ポリマーブラシが形成されたことが示唆された。
For glass substrates, the contact angle of the non-deprotected portion is 67.6 °, whereas the contact angle of the deprotected portion is 41.8 °, and the deprotected portion is about 26 °. A small value was shown.
For the gold-deposited glass substrate, the contact angle after the first step (after modification of the azide group) is 67.1 °, and the contact angle after the second step (after click reaction) is 65.8 °. On the other hand, the contact angle after the third step (after deprotection reaction) was 51.8 °, and the contact angle of the deprotected portion was the smallest value.
From the above results, it was suggested that the reaction in each step proceeded in both the glass substrate and the gold-deposited glass substrate, and a sugar chain polymer brush was formed on the surface.
[糖鎖ポリマーブラシの評価]
1.レクチンの特異的結合とタンパク質の非特異的吸着による評価
(QCMセンサーのセンシング面への糖鎖ポリマーブラシの形成)
(1)第1の工程:センシング面へのアジド基の修飾
QCMセンサー(イニシアム社製,AFFINIX Q,27MHz)のセンサーチップのセンシング面に、ピラニア洗浄溶液(濃硫酸:過酸化水素水=3:1)を塗布し、10分間放置した後、水洗し、更に1%SDS溶液を綿棒につけて軽くこすり洗いした後、水洗し乾燥した。
センシング面は、金の薄膜でできていることから、第1の工程(アジド基の修飾)は、金とチオール基の反応により行った。センシング面を、工程2にて合成した式(7)で表される1−アジドウンデカン−11−チオールの0.2vol%トルエン溶液に浸漬し、2時間放置した。
[Evaluation of sugar chain polymer brush]
1. Evaluation by specific binding of lectin and nonspecific adsorption of protein (formation of sugar chain polymer brush on sensing surface of QCM sensor)
(1) First step: Modification of the azide group on the sensing surface A piranha cleaning solution (concentrated sulfuric acid: hydrogen peroxide solution = 3: on the sensing surface of the sensor chip of the QCM sensor (Initium, AFFINIX Q, 27 MHz): 1) was applied, allowed to stand for 10 minutes, washed with water, further rubbed with a 1% SDS solution on a cotton swab, then washed with water and dried.
Since the sensing surface is made of a gold thin film, the first step (modification of the azide group) was performed by a reaction between gold and a thiol group. The sensing surface was immersed in a 0.2 vol% toluene solution of 1-azidoundecane-11-thiol represented by the formula (7) synthesized in Step 2, and left for 2 hours.
(2)第2の工程:クリック反応
第1の工程においてアジド基を修飾したQCMセンサーのセンシング面上に、工程11にて合成した式(25)で表されるPoly−Lac(OAc)7−A−b−Alkyne−A、又は工程13にて合成した式(27)で表されるPoly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−Aの粉末を少量(1cm2当たり1mg未満)ふりかけた後、クリック反応溶液を塗布し、18時間放置した。
クリック反応溶液には、硫酸銅(II)・5水和物10mgとアスコルビン酸ナトリウム15mgとを、t−BuOH/ミリQ水(1:1)⇒(10ml/10ml)溶液に溶解したものを用いた。反応終了後は、センシング面をアセトン、メタノール、ミリQ水の順でよく洗浄し、乾燥した。
(2) Second step: Click reaction Poly-Lac (OAc) 7 − represented by the formula (25) synthesized in step 11 on the sensing surface of the QCM sensor in which the azide group was modified in the first step. A small amount (1 cm) of the powder of Ab-Alkyne-A or Poly- [Lac (OAc) 7 -A-co-HEA] -b-Alkyne-A represented by the formula (27) synthesized in Step 13 after sprinkling less than 2 per 1 mg), click reaction solution was applied and allowed to stand 18 hours.
For the click reaction solution, 10 mg of copper (II) sulfate pentahydrate and 15 mg of sodium ascorbate dissolved in t-BuOH / milli-Q water (1: 1) ⇒ (10 ml / 10 ml) solution were used. It was. After completion of the reaction, the sensing surface was washed thoroughly in the order of acetone, methanol and milli-Q water and dried.
(3)第3の工程:糖鎖の脱保護反応
糖鎖の脱保護反応は、既知の方法(Biomacromolecule,2004,5,224−231)を参考に行った。第2の工程においてクリック反応させたQCMセンサーのセンシング面に、ヒドラジン一水和物の3vol% DMSO溶液を塗布して2時間放置することを2回繰り返し行った。反応終了後は、センシング面をアセトン、メタノール、ミリQ水の順でよく洗浄し、乾燥した。
(3) Third step: sugar chain deprotection reaction The sugar chain deprotection reaction was carried out with reference to a known method (Biomacromolecule, 2004, 5, 224-231). The 3 vol% DMSO solution of hydrazine monohydrate was applied to the sensing surface of the QCM sensor that was click-reacted in the second step, and left for 2 hours was repeated twice. After completion of the reaction, the sensing surface was washed thoroughly in the order of acetone, methanol and milli-Q water and dried.
(レクチンの特異的結合の確認)
レクチンには、ラクトースのレクチンであるRCA120(フナコシ社製)を用いた。測定装置には、QCMセンサーを用いた。QCMセンサーの付属のガラス製セルに、予め減圧脱気したイオン交換水(ミリQ水)8mlを入れ、これに上記方法により糖鎖ポリマーブラシを表面に形成したセンサーチップを浸漬し、25℃で攪拌(850rpm)した。この状態で周波数が一定になるまで待機した後、RCA120(5mg/ml)8μlを添加し、周波数変化を記録した。
(Confirmation of specific binding of lectins)
RCA 120 (manufactured by Funakoshi), which is a lactose lectin, was used as the lectin. A QCM sensor was used as the measuring device. Into the glass cell attached to the QCM sensor, 8 ml of ion-exchanged water (Milli-Q water) degassed in advance is put, and a sensor chip with a sugar chain polymer brush formed on the surface by the above method is immersed in the cell. Stirring (850 rpm) was performed. After waiting in this state until the frequency became constant, 8 μl of RCA 120 (5 mg / ml) was added, and the frequency change was recorded.
(タンパク質の非特異的吸着の確認)
タンパク質には、BSA(シグマ社製)を用いた。QCMセンサーの付属のガラス製セルに、予め減圧脱気したイオン交換水(ミリQ水)8mlを入れ、これに上記方法により糖鎖ポリマーブラシを表面に形成したセンサーチップを浸漬し、25℃で攪拌(850rpm)した。この状態で周波数が一定になるまで待機した後、BSA(5mg/ml)8μlを添加し、周波数変化を記録した。更に続いて、周波数が一定になるまで待機した後、RCA120(5mg/ml)8μlを添加し、周波数変化を記録した。
(Confirmation of non-specific protein adsorption)
BSA (manufactured by Sigma) was used as the protein. Into the glass cell attached to the QCM sensor, 8 ml of ion-exchanged water (Milli-Q water) degassed in advance is put, and a sensor chip with a sugar chain polymer brush formed on the surface by the above method is immersed in the cell. Stirring (850 rpm) was performed. After waiting in this state until the frequency became constant, 8 μl of BSA (5 mg / ml) was added, and the frequency change was recorded. Subsequently, after waiting until the frequency became constant, 8 μl of RCA 120 (5 mg / ml) was added and the frequency change was recorded.
Poly−Lac(OAc)7−A−b−Alkyne−Aを固定化して形成した糖鎖ポリマーブラシの評価結果を図3(A),(B)に、Poly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−Aを固定化して形成した糖鎖ポリマーブラシの評価結果を図4(A),(B)に示す。Poly−Lac(OAc)7−A−b−Alkyne−A、Poly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−Aともに、BSAでは周波数の変化がほとんど認められなかったのに対し、RCA120では1500〜2000Hzの周波数の変化が認められた。このことから、本発明の共重合体を固定化し、糖鎖ポリマーブラシを形成したセンシング面が、レクチン(RCA120)と特異的結合を示し、タンパク質の非特異的吸着をほとんど示さないことが確認された。 Evaluation results of the sugar chain polymer brush formed by immobilizing Poly-Lac (OAc) 7 -Ab-Alkyne-A are shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), and Poly- [Lac (OAc) 7 -A. -Co-HEA] Evaluation results of the sugar chain polymer brush formed by immobilizing -b-Alkyne-A are shown in FIGS. Both Poly-Lac (OAc) 7 -Ab-Alkyne-A and Poly- [Lac (OAc) 7 -A-co-HEA] -b-Alkyne-A showed almost no change in frequency in BSA. On the other hand, in RCA 120 , a change in frequency of 1500 to 2000 Hz was observed. From this, it was confirmed that the sensing surface on which the copolymer of the present invention was immobilized and a sugar chain polymer brush was formed showed specific binding to lectin (RCA 120 ) and hardly showed nonspecific adsorption of protein. It was done.
2.ラット初代肝実質細胞の接着による評価(I)
(培養基板表面への糖鎖ポリマーブラシの形成)
(1)第1の工程:ガラス基板表面へのアジド基の修飾
ガラス基板表面へのアジド基の修飾は、シランカップリング反応により行った。シランカップリング剤には、工程1にて合成した式(2)で表される3−アジドプロピルトリエトキシシランを用いた。3−アジドプロピルトリエトキシシランの1vol%トルエン溶液を調製し、脱脂綿でガラス基板表面に薄く塗布し、ヘアドライアーで数秒間加熱と乾燥を3回繰り返した。
2. Evaluation by adhesion of rat primary hepatocytes (I)
(Formation of sugar chain polymer brush on culture substrate surface)
(1) First step: Modification of azide group on glass substrate surface Modification of the azide group on the glass substrate surface was performed by silane coupling reaction. As the silane coupling agent, 3-azidopropyltriethoxysilane represented by the formula (2) synthesized in Step 1 was used. A 1 vol% toluene solution of 3-azidopropyltriethoxysilane was prepared, thinly coated on the glass substrate surface with absorbent cotton, and heated and dried for 3 seconds with a hair dryer three times.
(2)第2の工程:クリック反応
第1の工程においてアジド基を修飾したガラス基板表面上に、工程13にて合成した式(27)で表されるPoly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−Aの粉末を少量(1cm2当たり1mg未満)ふりかけた後、クリック反応溶液を部分的に塗布し、18時間放置した。なお、クリック反応溶液には、硫酸銅(II)・5水和物10mgとアスコルビン酸ナトリウム15mgとを、t−BuOH/ミリQ水(1:1)⇒(10ml/10ml)溶液に溶解したものを用いた。反応終了後は、ガラス基板表面をアセトン、メタノール、ミリQ水の順でよく洗浄し、乾燥した。
(2) Second step: Click reaction Poly- [Lac (OAc) 7 -A represented by the formula (27) synthesized in step 13 on the glass substrate surface modified with the azide group in the first step. -Co-HEA] -b-Alkyne-A powder was sprinkled in a small amount (less than 1 mg per cm 2 ), and then the click reaction solution was partially applied and left for 18 hours. In the click reaction solution, 10 mg of copper (II) sulfate pentahydrate and 15 mg of sodium ascorbate were dissolved in a t-BuOH / milli-Q water (1: 1) ⇒ (10 ml / 10 ml) solution. Was used. After completion of the reaction, the glass substrate surface was washed thoroughly in order of acetone, methanol, and milli-Q water and dried.
(3)第3の工程:糖鎖の脱保護反応
糖鎖の脱保護反応は、既知の方法(Biomacromolecule,2004,5,224−231)を参考に行った。第2の工程においてクリック反応させたガラス基板を、ヒドラジン一水和物の3vol% DMSO溶液に浸漬し、密閉状態で5時間放置した。反応終了後、ガラス基板表面をアセトン、メタノール、ミリQ水の順でよく洗浄し、乾燥した後、これを培養基板として用いた。
(3) Third step: sugar chain deprotection reaction The sugar chain deprotection reaction was carried out with reference to a known method (Biomacromolecule, 2004, 5, 224-231). The glass substrate subjected to the click reaction in the second step was immersed in a 3 vol% DMSO solution of hydrazine monohydrate and left in a sealed state for 5 hours. After completion of the reaction, the surface of the glass substrate was washed thoroughly in order of acetone, methanol and milli-Q water, dried, and used as a culture substrate.
(細胞接着の確認)
細胞接着による評価には、細胞表面にラクトース認識サイトの存在が知られているラット初代肝実質細胞(ヘパトサイト)を用いた。
ラット(7週齢、オス)からコラゲナーゼ溶液により肝細胞を分離し、遠心分離(50×g,2min)を3回行い、肝細胞を精製した。この精製した肝細胞を、上記培養基板に、3.0×106cells播種し、培養した。なお、培養基板全体への細胞接着を避けるために、肝細胞の培養には無血清のWilliams’E培地(50ml FBS,10mlペニシリン−ストレプトマイシン)を用いた。
(Confirmation of cell adhesion)
For evaluation by cell adhesion, rat primary liver parenchymal cells (hepatocytes), which are known to have a lactose recognition site on the cell surface, were used.
Hepatocytes were separated from a rat (7 weeks old, male) with a collagenase solution, and centrifuged (50 × g, 2 min) three times to purify the hepatocytes. The purified hepatocytes were seeded on the above culture substrate with 3.0 × 10 6 cells and cultured. In order to avoid cell adhesion to the entire culture substrate, serum-free Williams'E medium (50 ml FBS, 10 ml penicillin-streptomycin) was used for culturing hepatocytes.
培養結果を図5に示す。図中の矢印は、培養基板上のPoly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−Aを固定化した位置を示す。ヘパトサイトは、Poly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−Aにより糖鎖ポリマーブラシを形成した部位にのみ選択的に、球状で接着することが確認された(図5の点線より下側)。 The culture results are shown in FIG. The arrow in the figure indicates the position where Poly- [Lac (OAc) 7 -A-co-HEA] -b-Alkyne-A is immobilized on the culture substrate. It was confirmed that hepatocytes selectively and spherically adhered only to the site where the sugar chain polymer brush was formed by Poly- [Lac (OAc) 7 -A-co-HEA] -b-Alkyne-A (FIG. Below the dotted line 5).
3.ラット初代肝実質細胞の分化機能に対する効果(I)
試験には、2.と同様にラット肝実質細胞を用いた。ラット(7週齢、オス)からコラゲナーゼ溶液により肝細胞を分離し、遠心分離(50×g,2min)を3回行い、肝細胞を精製した。この精製した肝細胞を無血清のWilliams’E培地を用いて1×105cells/mlに調整した細胞懸濁液を、12wellプレートに1×105cells/wellになるように細胞を播種し(2ml/well)、培養した。なお、基板には、ラクトースグリコポリマー(Poly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−A)基板とゼラチン修飾基板とを用いた。ラクトースグリコポリマー基板表面への糖鎖ポリマーブラシの形成は、上記2.(1)〜(3)と同様の方法にて行った。培養6時間後に、Williams’E培地(添加因子無し,10% FBS,2%ペニシリン−ストレプトマイシン)と、Williams’E培地(添加因子有り,10% FBS,2%ペニシリン−ストレプトマイシン,10−6M Insulin,10−7 Dexamethasone,0.3mg/ml L−glutamine)とに培地交換を行った。
3. Effect on differentiation function of rat primary hepatocytes (I)
For the test, Rat liver parenchymal cells were used in the same manner as above. Hepatocytes were separated from a rat (7 weeks old, male) with a collagenase solution, and centrifuged (50 × g, 2 min) three times to purify the hepatocytes. A cell suspension prepared by adjusting the purified hepatocytes to 1 × 10 5 cells / ml using serum-free Williams'E medium is seeded on a 12-well plate so that the cell suspension becomes 1 × 10 5 cells / well. (2 ml / well) and cultured. As the substrate, a lactose glycopolymer (Poly- [Lac (OAc) 7 -A-co-HEA] -b-Alkyne-A) substrate and a gelatin-modified substrate were used. Formation of a sugar chain polymer brush on the surface of a lactose glycopolymer substrate is performed as described in 2. above. The same method as in (1) to (3) was performed. After 6 hours of culturing, Williams'E medium (no additive factor, 10% FBS, 2% penicillin-streptomycin) and Williams'E medium (with additive factor, 10% FBS, 2% penicillin-streptomycin, 10-6 M Insulin) , 10 −7 Dexamethasone, 0.3 mg / ml L-glutamine).
そして、1,2,3,4日目に細胞の形態を観察するとともに、MTTアッセイ及びアルブミン産生量の測定を行った。なお、MTTアッセイは常法に従った。アルブミン産生量の測定は、以下の方法により行った。
(1)培地の上澄みを1ml採取し、−80℃で保存した。
(2)96wellプレートに5000倍希釈した一次抗体(rabbit anti rat IgG)を100μlずつ加えて、1時間静置した。
(3)well内の溶液を吸い取り、洗浄液(0.02% Tween 20−PBS溶液)で3回洗浄した。
(4)0.1% BSA−PBS溶液を200μl加えて、30分間静置した。
(5)well内の溶液を吸い取り、洗浄液(0.02% Tween 20−PBS溶液)で3回洗浄した。
(6)試料溶液を100μlずつ加えて、1時間静置した。
(7)well内の溶液を吸い取り、洗浄液(0.02% Tween 20−PBS溶液)で3回洗浄した。
(8)二次抗体(goat anti rat albumin IgG)を100μlずつ加えて、1時間静置した。
(9)well内の溶液を吸い取り、洗浄液(0.02% Tween 20−PBS溶液)で3回洗浄した。
(10)発色試薬(SAT Blue)を50μlずつ加えて、well内の溶液が青色になるまで反応させた。
(11)溶液が青くなった後、反応停止液(1M H2SO4溶液)を50μlずつ加えた。
(12)マイクロプレートリーダーで450nmの吸光度を測定することにより、アルブミン産生量を測定した。
On the first, second, third, and fourth days, the cell morphology was observed, and the MTT assay and albumin production were measured. In addition, the MTT assay followed a conventional method. The measurement of albumin production was performed by the following method.
(1) 1 ml of the supernatant of the medium was collected and stored at -80 ° C.
(2) A primary antibody (rabbit anti rat IgG) diluted 5000-fold was added to a 96-well plate in an amount of 100 μl, and allowed to stand for 1 hour.
(3) The solution in the well was sucked and washed 3 times with a washing solution (0.02% Tween 20-PBS solution).
(4) 200 μl of 0.1% BSA-PBS solution was added and allowed to stand for 30 minutes.
(5) The solution in the well was sucked and washed 3 times with a washing solution (0.02% Tween 20-PBS solution).
(6) 100 μl of sample solution was added and allowed to stand for 1 hour.
(7) The solution in the well was sucked and washed 3 times with a washing solution (0.02% Tween 20-PBS solution).
(8) 100 μl of secondary antibody (goat anti rat albumin IgG) was added and allowed to stand for 1 hour.
(9) The solution in the well was sucked and washed 3 times with a washing solution (0.02% Tween 20-PBS solution).
(10) 50 μl of a coloring reagent (SAT Blue) was added and reacted until the solution in the well turned blue.
(11) After the solution turned blue, 50 μl of a reaction stop solution (1 MH 2 SO 4 solution) was added.
(12) The amount of albumin produced was measured by measuring the absorbance at 450 nm with a microplate reader.
培養結果を図6に示す。ラクトースグリコポリマー基板は、ゼラチン修飾基板よりも、アルブミン産生量が高かった。このことから、ラクトースグリコポリマー基板では、初代肝細胞の分化機能が活性化され、且つ、維持されることが明らかとなった。これは、ラクトースグリコポリマー基板によれば、細胞がアシアロ糖タンパク受容体を介し、且つ、球状で接着されるためであると思われる。 The culture results are shown in FIG. The lactose glycopolymer substrate had higher albumin production than the gelatin modified substrate. This revealed that the lactose glycopolymer substrate activated and maintained the differentiation function of primary hepatocytes. This seems to be because, according to the lactose glycopolymer substrate, cells are adhered in a spherical shape via the asialoglycoprotein receptor.
4.ラット初代肝実質細胞の分化機能に対する効果(II)
試験には、上記2.と同様にラット肝実質細胞を用いた。ラット(7週齢、オス)からコラゲナーゼ溶液により肝細胞を分離し、遠心分離(50×g,2min)を3回行い、肝細胞を精製した。この精製した肝細胞を無血清のWilliams’E培地を用いて1×105cells/mlに調整した細胞懸濁液を、12wellプレートに1×105cells/wellになるように細胞を播種し(2ml/well)、培養した。なお、基板には、ラクトースグリコポリマー(Poly−[Lac(OAc)7−A−co−HEA]−b−Alkyne−A)基板とゼラチン修飾基板とを用いた。ラクトースグリコポリマー基板表面への糖鎖ポリマーブラシの形成は、上記2.(1)〜(3)と同様の方法にて行った。培養6時間後に、Williams’E培地(EGF無し,10% FBS,2%ペニシリン−ストレプトマイシン,10−6M Insulin,10−7 Dexamethasone,0.3mg/ml L−glutamine)と、Williams’E培地(EGF有り,10% FBS,2%ペニシリン−ストレプトマイシン,10−6M Insulin,10−7 Dexamethasone,0.3mg/ml L−glutamine,EGF 50ng/ml)と、に培地交換を行った。
4). Effect on differentiation function of rat primary hepatocytes (II)
In the test, 2. Rat liver parenchymal cells were used in the same manner as above. Hepatocytes were separated from a rat (7 weeks old, male) with a collagenase solution, and centrifuged (50 × g, 2 min) three times to purify the hepatocytes. A cell suspension prepared by adjusting the purified hepatocytes to 1 × 10 5 cells / ml using serum-free Williams'E medium is seeded on a 12-well plate so that the cell suspension becomes 1 × 10 5 cells / well. (2 ml / well) and cultured. As the substrate, a lactose glycopolymer (Poly- [Lac (OAc) 7 -A-co-HEA] -b-Alkyne-A) substrate and a gelatin-modified substrate were used. Formation of a sugar chain polymer brush on the surface of a lactose glycopolymer substrate is performed as described in 2. above. The same method as in (1) to (3) was performed. After 6 hours of culture, Williams'E medium (no EGF, 10% FBS, 2% penicillin-streptomycin, 10-6 M Insulin, 10-7 Dexamethasone, 0.3 mg / ml L-glutamine) and Williams'E medium ( The medium was replaced with EGF, 10% FBS, 2% penicillin-streptomycin, 10-6 M Insulin, 10-7 Dexamethasone, 0.3 mg / ml L-glutamine, EGF 50 ng / ml).
そして、1,2,3,4日目に細胞の形態を観察するとともに、MTTアッセイ及びアルブミン産生量の測定を行った。なお、MTTアッセイは常法に従った。アルブミン産生量の測定は、上記と同様の方法により行った。 On the first, second, third, and fourth days, the cell morphology was observed, and the MTT assay and albumin production were measured. In addition, the MTT assay followed a conventional method. The measurement of albumin production was performed by the same method as described above.
培養結果を図7に示す。ラクトースグリコポリマー基板は、ゼラチン修飾基板よりも、アルブミン産生量が高かった。このことから、ラクトースグリコポリマー基板では、初代肝細胞の分化機能が活性化され、且つ、維持されることが明らかとなった。これは、ラクトースグリコポリマー基板によれば、細胞がアシアロ糖タンパク受容体を介し、且つ、球状で接着されるためであると思われる。 The culture results are shown in FIG. The lactose glycopolymer substrate had higher albumin production than the gelatin modified substrate. This revealed that the lactose glycopolymer substrate activated and maintained the differentiation function of primary hepatocytes. This seems to be because, according to the lactose glycopolymer substrate, cells are adhered in a spherical shape via the asialoglycoprotein receptor.
5.ラット初代肝実質細胞の接着による評価(II)
試験には、2.と同様にラット肝実質細胞を用いた。ラット(7週齢、オス)からコラゲナーゼ溶液により肝細胞を分離し、遠心分離(50×g,2min)を3回行い、肝細胞を精製した。この精製した肝細胞を無血清のWilliams’E培地(2%ペニシリン−ストレプトマイシン)を用いて5×104cells/mlに調整した細胞懸濁液に、アシアロフェツィン(ASF)を濃度10μg/mlとなるように添加し、4℃で30分間プレインキュベートした。また、アシアロフェツィン濃度0μg/mlの細胞懸濁液も同様に、4℃で30分間プレインキュベートした。その後、12wellプレートに1×105cells/wellになるように細胞を播種し、37℃で6時間培養した。
5. Evaluation of rat primary hepatocytes by adhesion (II)
For the test, Rat liver parenchymal cells were used in the same manner as above. Hepatocytes were separated from a rat (7 weeks old, male) with a collagenase solution, and centrifuged (50 × g, 2 min) three times to purify the hepatocytes. The purified hepatocytes were adjusted to 5 × 10 4 cells / ml using serum-free Williams'E medium (2% penicillin-streptomycin), and asialofetin (ASF) was added at a concentration of 10 μg / ml. And preincubated at 4 ° C. for 30 minutes. Similarly, a cell suspension with an asialofetin concentration of 0 μg / ml was preincubated at 4 ° C. for 30 minutes. Thereafter, cells were seeded on a 12-well plate so as to be 1 × 10 5 cells / well, and cultured at 37 ° C. for 6 hours.
培養結果を図8,9に示す。図8に示すように、ゼラチン修飾基板(ASF 10μg/ml)では、接着阻害が認められなかった。これに対して、ラクトースグリコポリマー基板(ASF 10μg/ml)において、接着阻害が認められた(図9)。このことから、ラクトースグリコポリマー基板は、糖鎖特異的に初代肝細胞を接着できる表面であると思われる。 The culture results are shown in FIGS. As shown in FIG. 8, no adhesion inhibition was observed on the gelatin-modified substrate (ASF 10 μg / ml). In contrast, adhesion inhibition was observed in the lactose glycopolymer substrate (ASF 10 μg / ml) (FIG. 9). This suggests that the lactose glycopolymer substrate is a surface that can adhere to primary hepatocytes in a sugar chain-specific manner.
以上の結果から、ラクトースグリコポリマーはブラシ構造を有しているので、ラクトースに特異的な肝細胞接着を容易に達成することができたものと考えられる。そして、添加因子やEGFを添加することによって、更にアルブミン産生能の有意な上昇が認められたものと考えられる。 From the above results, it is considered that the lactose glycopolymer has a brush structure, and thus hepatocyte adhesion specific to lactose could be easily achieved. And it is thought that the significant raise of albumin production ability was recognized by adding an addition factor and EGF.
Claims (7)
前記反応性基(a)と化学的に結合可能な反応性基(b)を有するモノマー(A)が単独で重合するか、又は前記モノマー(A)と他のモノマーとが共重合してなるセグメント(A)を前記共重合体の主鎖の一端に有するとともに、前記リガンドを有するモノマー(B)が単独で重合するか、又は前記モノマー(B)と他のモノマーとが共重合してなるセグメント(B)を前記共重合体の主鎖の他端に有し、
前記反応性基(a)及び前記反応性基(b)のいずれか一方がアジド基であり、他方がアルキニル基であるか、又は前記反応性基(a)及び前記反応性基(b)のいずれか一方がアミノ基若しくはチオール基であり、他方がカルボキシル基、N−ヒドロキシスクシンイミジルエステルで活性化されたカルボン酸、イソシアナート基、若しくはチオイソシアナート基であり、
前記セグメント(A)中の前記モノマー(A)に由来する構成単位の占める割合が5mol%以上であり、
前記セグメント(B)中の前記モノマー(B)に由来する構成単位の占める割合が20mol%以上であり、
前記共重合体中の前記モノマー(A)に由来する構成単位の占める割合が5〜80mol%であり、
前記共重合体中の前記モノマー(B)に由来する構成単位の占める割合が20〜80mol%であり、
前記モノマー(A)が下記一般式(I)で表され、前記モノマー(B)が下記一般式(II)で表される共重合体。
The monomer (A) having a reactive group (b) that can be chemically bonded to the reactive group (a) is polymerized alone, or the monomer (A) and another monomer are copolymerized. The segment (A) has one end of the main chain of the copolymer, and the monomer (B) having the ligand is polymerized alone, or the monomer (B) and another monomer are copolymerized. have a segment (B) to the other end of the main chain of the copolymer,
Either one of the reactive group (a) and the reactive group (b) is an azide group and the other is an alkynyl group, or the reactive group (a) and the reactive group (b) Either one is an amino group or a thiol group, and the other is a carboxyl group, a carboxylic acid activated with an N-hydroxysuccinimidyl ester, an isocyanate group, or a thioisocyanate group,
The proportion of the structural unit derived from the monomer (A) in the segment (A) is 5 mol% or more,
The proportion of the structural unit derived from the monomer (B) in the segment (B) is 20 mol% or more,
The proportion of the structural unit derived from the monomer (A) in the copolymer is 5 to 80 mol%,
The proportion of the structural unit derived from the monomer (B) in the copolymer is 20 to 80 mol%,
A copolymer in which the monomer (A) is represented by the following general formula (I) and the monomer (B) is represented by the following general formula (II) .
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