DE2857015A1 - METHOD FOR THE DETERMINATION OF ENZYMES BY DIFFUSION IN A POROUS MATRIX OR BY ELECTROPHORESIS - Google Patents
METHOD FOR THE DETERMINATION OF ENZYMES BY DIFFUSION IN A POROUS MATRIX OR BY ELECTROPHORESISInfo
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rv I ι υ \A/ - Ζ rv I ι υ \ A / - Ζ - 4 Düsseldorf, den 9. 8. 1979 - 4 Düsseldorf, August 9, 1979
Dresdner Bank, DOs.eldorf, Kto. 51-419 655 <G Fernruf 36 35 31 Postscheck-Konroi Köln 1688 12Dresdner Bank, DOs.eldorf, account 51-419 655 <G telephone 36 35 31 Postal check Konroi Cologne 1688 12
Verfahren zum Nachweisen von Enzymen.Methods for detecting enzymes.
Die Erfindiong betrifft ein Verfahren zum Nachweisen von Enzymen. Dieses Verfahren beruht auf einem Zweiphasensystem, bei dem eine Enzymschicht auf der Oberfläche einer Feststoff-Phase abgelagert ist und bei dem das Vorhandensein und die Menge eines Enzymes, das mit der auf der Oberfläche der Feststoff-Phase abgelagerten Substanz reagieren kann, dadurch bestimmt und festgestellt wird, daß man von einem Behälter aus das Enzym in eine flüssigkeitsgesättigte und immobilisierte Phase auf der vorerwähnten Oberfläche diffundieren läßt, wobei dann schließlich das Vorhandensein und die Menge des Enzymes auf der Feststoff-Phase in geeigneter Weise bestimmt und festgestellt wird.The invention relates to a method for detecting enzymes. This process is based on a two-phase system in which an enzyme layer is deposited on the surface of a solid phase and in which the presence and amount of an enzyme associated with the deposited on the surface of the solid phase Substance can react, is determined and established by the fact that the enzyme is from a container in a Lets liquid-saturated and immobilized phase diffuse on the aforementioned surface, and then finally the presence and the amount of the enzyme on the solid phase is determined and ascertained in a suitable manner.
Enzymatische Laborverfahren spielen eine zentrale Rolle in der Diagnosetechnik der Medizin, der Mikrobiologie und der allgemeinen angewandten Biochemie. Dies beruht im wesentlichen auf der Tatsache, daß solche Verfahren die Gewähr dafür bieten, daß innerhalb komplexer Systeme kleinere Mengen eines spezifischen Reaktionsmittels bestimmt und festgestellt werden können.Enzymatic laboratory processes play a central role in diagnostic technology in medicine, microbiology and general applied biochemistry. This is essentially due to the fact that such methods guarantee that smaller amounts of a specific reactant can be determined and ascertained within complex systems.
Bei der Diagnose verschiedener Krankheiten finden die enzyma-When diagnosing various diseases, the enzymatic
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tischen Laborverfahren zur Bestimmung der Enzymtätigkeit im Serum und in anderen biologischen Flüssigkeiten Anwendung, desgleichen für die Bestimmung der Enzymtätigkeit, die durch··-' Mikroorganismen hervorgerufen wird.laboratory methods for determining the enzyme activity in serum and in other biological fluids, also for the determination of the enzyme activity, which is indicated by'· - ' Microorganisms is caused.
Diese enzymetisehen Labor- und Testverfahren werden im allgemeinen durch eine Reihe von Indikator- oder Nachweissystemen beeinträchtigt, darunter Farbänderungen, Zeil-Lösungen als ; Eryzothryten oder Molekularabbau u.dgl. mehr.These laboratory and test enzymatic procedures are generally used Affected by a number of indicator or detection systems including color changes, Zeil solutions as; Eryzothrytes or molecular degradation and the like more.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Nachweis von Enzymen zu schaffen.- Sie löst diese Aufgabe durch ein Verfahren aus nachstehend angeführten Einzelschritten: The invention is based on the object of creating a method for the detection of enzymes. It solves this problem through a process consisting of the individual steps listed below:
Zunächst wird eine enzymlösungsempfindliche Substanz als dünne Schicht auf die Oberfläche eines Festkörpers aufgetragen, dann erfolgt ein Aufbringen einer immobilisierten Matrix auf die dünne Schicht aus enzymlösungsempfindlicher Substanz, durch die während einer vorgegebenen Zeit das Enzym auf elektrophoretischem Wege diffundieren kann, schließlich wird die Matrix entfernt und die Untersuchung und Bestimmung des Lösungs-Reaktionsbereiches auf der Festkörper-Oberfläche durch Hinzufügen einer Indikatorsubstanz oder aber auf eine andere dafür geeignete Weise ausgeführt. Die enzymlösungsempfindliche Substanz wird als dünne Schicht in der nachstehend angeführten Weise auf der Oberfläche des Festkörpers abgelagert.First, an enzyme solution-sensitive substance is called A thin layer is applied to the surface of a solid, then an immobilized one is applied Matrix on the thin layer of substance sensitive to the enzyme solution through which the enzyme passes over a given period of time can diffuse electrophoretic means, finally the matrix is removed and the investigation and determination the solution reaction area on the solid surface by adding an indicator substance or on a carried out in another suitable manner. The enzyme solution sensitive substance is shown as a thin layer in the below deposited manner on the surface of the solid body.
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Zunächst einmal wird eine Flüssigkeit, vorzugsweise auf Wasserbasis, auf die Oberfläche des Festkörpers aufgetragen. Sodann wird eine Lösung, in der die bereits angeführten Substanzen enthalten sind, derart auf die Flüssigkeit gegeben, daß sie in:diese Flüssigkeit diffundieren, worauf man sich die Substanz auf der Festkörperoberfläche ablagern läßt, die sich mit der Oberfläche des Festkörpers so stark verbindet, daß nach Entfernung des wässrigen Mediums diese Oberfläche abgewaschen werden kann» ohne daß dabei die Beschichtung von ihr entfernt wird.First of all, a liquid, preferably water-based, applied to the surface of the solid. Then a solution is made in which the substances already mentioned are contained are so given to the liquid that they diffuse into: this liquid, whereupon the substance is on the solid surface can be deposited, which bonds with the surface of the solid so strongly that after removal of the aqueous medium, this surface can be washed off without the coating being removed from it.
Als Festkörperfläche ist ein transparenter Werkstoff geeignet, beispielsweise Glas oder Kunststoffe, vorzugsweise Polystyrol, Polyakrylnitril, Polyolefine und deren Kopolymeren. In den letzten Jahren ist festgestellt worden, daß Kunststoffoberflächen in vorteilhafter Weise Makromoleküle derart adsorbieren, daß sehr gleichmäßige und wiederholbare Schichten hergestellt werden können.A transparent material is suitable as the solid surface, for example glass or plastics, preferably polystyrene, Polyacrylonitrile, polyolefins and their copolymers. In the last Years ago it was found that plastic surfaces adsorb macromolecules in an advantageous manner in such a way that very even and repeatable layers can be produced.
Ein Verfahren, mit dem Enzymreaktionen sichtbar gemacht und dargestellt werden können, besteht darin, daß auf der Festkörperoberfläche Indium-Partikel im Aufdampfverfahren abgelagert werden. Die Enzymreaktionen werden auf der aus Indium bestehenden Schicht herbeigeführt, woraufhin dann die Reaktionen auf der Indiumschicht als Phänomene der Lichtausbreitung beobachtet und untersucht werden können. Der größte Nachteil, den dieses Verfahren aufzuweisen hat, besteht darin, daß für das Herstellen einer gleichmäßigen und reproduzierbaren Indium-One method with which enzyme reactions can be visualized and displayed is that on the solid surface Indium particles are deposited in the vapor deposition process. The enzyme reactions are based on the indium existing layer, whereupon the reactions on the indium layer as phenomena of light propagation can be observed and examined. The main disadvantage of this method is that for the production of a uniform and reproducible indium
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schicht auf größeren Flächen komplizierte Apparate erforderlich sind. Das ist ein Hindernis für die Verwendung solcher Flächen. Zudem ist es schwierig, in Grenzfällen eine Reaktion als pop.itive oder als negative Reaktion zu klassifizieren, weil dieses Nachweis- oder Indikatorsystem eine flache Amplitude hat und weil der Nachweis nur subjektiv beurteilt werden kann.layer on larger areas complicated apparatuses are required. That is an obstacle to the use of such areas. In addition, it is difficult to classify a reaction as a pop.itive or a negative reaction in borderline cases because this Detection or indicator system has a flat amplitude and because the detection can only be assessed subjectively.
Ein anderes und viel einfacheres Verfahren zum Sichtbarmachen und Darstellen von Enzymreaktionen besteht dagegen darin, daß' die Kondensation von Wasserdampf ausgenutzt wird. Bei diesem Verfahren wird die getrocknete Fläche dem Wasserdampf ausgesetzt, wobei dann die Möglichkeit gegeben ist, anhand des durch den Kondensierungsvorgang entstandenen Musters festzustellen, ob und in welchem Umfang eine Reaktion stattgefunden hat. Das Prinzip dieses Verfahrens ist im Jahre 1936 von Langmuir beschrieben worden. Das Verfahren ist genauso empfindlich wie das Indiumschichtverfahren, es hat aber eine steilere Nachweisoder Indikationsamplitude. Weiterhin ermöglicht dieses Verfahren auch noch eine objektive Analyse durch das Kontaktkopieren des Kondensationsmusters auf Flächen durch Belichtung von Fotopapier und durch die Entwicklung dieses Fotopapleres.Another and much simpler way to make it visible and representation of enzyme reactions, on the other hand, consists in utilizing the condensation of water vapor. With this one In the process, the dried surface is exposed to water vapor, with the possibility then being given by means of the the pattern resulting from the condensation process to determine whether and to what extent a reaction has taken place. That The principle of this process was described by Langmuir in 1936. The procedure is just as delicate as that Indium layer method, but it has a steeper detection or indication amplitude. This method also enables also an objective analysis by contact copying of the condensation pattern on surfaces by exposure of Photo paper and through the development of this photo stacker.
Biologische Oberflächenreaktionen lassen sich somit am besten durch die Wasserdampfkondensation auf Kunststoffoberflächen sichtbar machen und darstellen (Vapour condensation on surface, VCS, Adams Klings, Fisher und Vroman, Journal of Immunological Methods, 3, (1973) Seite 227 - 232), das wegen seiner Einfach-Biological surface reactions can therefore be best dealt with through water vapor condensation on plastic surfaces make visible and represent (Vapor condensation on surface, VCS, Adams Klings, Fisher and Vroman, Journal of Immunological Methods, 3, (1973) pages 227 - 232), which because of its simple
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heit das bevorzugte Verfahren ist. Andere Verfahren können ebenfalls Verwendung finden, beispielsweise das sogenannte ELISA-Verfahren,(Enzyme-Linked immunosorbent assay, J. Immun. 109:": 129 (1972)) oder aber auch das Partikel-Adsorptionsverfahrer; unter Verwendung einer Bariumsulfat-Schlämme und zahlreiche Färbungsverfahren.that is, the preferred method. Other methods can also be used Use, for example, the so-called ELISA method (Enzyme-Linked immunosorbent assay, J. Immun. 109: ": 129 (1972)) or also the particle adsorption process; using a barium sulfate slurry and numerous Staining process.
In der dünnen Schicht auf der transparenten Festkörperfläche ist eine Veränderung als Resultat der Wasserdampfkondensation deswegen zu erkennen, weil sich dann, wenn eine Reaktion stattgefunden hat, auf der Fläche das sogenannte Zeta-Potential oder die Oberflächenspannung gegen Wasser verändert. Im Prinzip haben alle hydrophoben Flächen einen Oberflächenspannungswinkel von 90° bis 170°. Zu den Kunststoff-Flächen, die diese Eigenschaften im Normalfall haben, gehören: Polystyrol, Polyakrylnitril, Polyäthylen und den Kopolymeren.In the thin layer on the transparent solid surface there is a change as a result of water vapor condensation To be recognized because when a reaction has taken place, the so-called zeta potential or the surface tension against water changes. In principle, all hydrophobic surfaces have a surface tension angle from 90 ° to 170 °. Among the plastic surfaces that have these properties usually include: polystyrene, polyacrylonitrile, polyethylene and the copolymers.
Die mit der Kunststoff-Oberfläche verbundene Substanz ist in der Lage, in selektiver Weise mit einer weiteren Substanz zu reagieren, und zwar entweder in den Teilen der Substanz, die in Reaktion gegangen sind, oder aber in den Teilen der Substanz, die nicht in Reaktion gegangen sind, wobei die in Frage kommende Reaktion in situ selbst auch dann sichtbar gemacht werden kann, wenn es schwierig ist, die Reaktion nach der stattgefundenen Enzymreaktion unmittelbar auf der Schicht sichtbar zu machen.The substance connected to the plastic surface is in able to react selectively with another substance, either in the parts of the substance which have reacted, or else in the parts of the substance that have not reacted, with the one in question Reaction in situ can be visualized even if it is difficult to see the reaction after it has taken place To make enzyme reaction visible directly on the layer.
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Sodann wird die immobilisierte Matrix auf die Oberfläche mit dem darauf abgelagerten Antigen aufgetragen. Solche immobilisierten Matrices, die in der Labortechnik bekannt sind, können enthalten: wässerige Gels oder verschiedene Arten von Sidemäntsubstanzen bzw. faserige Substanzen. Bei dem bekanntesten Verfahren wird ein Gel, insbesondere an Agar-Gel verwendet, dae";" in geeigneter Weise eine einprozentige Pufferlösung aus Agar' enthält, die man erstarren läßt. Dann wird in der Matrix ein Becken geformt, in das eine Lösung gegeben wird, die die unbekannte Substanz enthält. Die unbekannte Substanz kann aber auch als Zelluloseplatten od.dgl. zugegeben werden, wobei die Zelluloseplatten bis zur Sättigung mit Lösung getränkt sind. Das System wird dann bei einer geeigneten Temperatur, die zwischen 5° C und 50° C liegen kann, belassen, damit die unbekannte Substanz aus dem Becken heraus in das System eindiffundieren kann.The immobilized matrix is then applied to the surface with the antigen deposited thereon. Such immobilized matrices, which are known in laboratory technology, can contain: aqueous gels or various types of sidewall substances or fibrous substances. In the best-known method, a gel, in particular an agar gel, is used, since ";" contains a one percent buffer solution of agar which is allowed to solidify. A basin is then formed in the matrix into which a solution containing the unknown substance is placed. The unknown substance can also be used as cellulose sheets or the like. added, the cellulose sheets are soaked to saturation with solution. The system is then left at a suitable temperature, which can be between 5 ° C and 50 ° C, so that the unknown substance can diffuse out of the basin into the system.
Im Vergleich mit den bisher bekannten Verfahren zur Herbeiführung von quantitativen Messungen an sehr kleinen Mengen biologischen Materials weist das erfindungsgemäße Verfahren eine noch nicht erreichte Einfachheit auf; damit verbunden sind eine Leistungssteigerung und Kostensenkung. Gleichmäßige und dünne Schichten auf Kunststoffoberflächen lassen sich somit relativ leicht herstellen, wobei die Adhäsion der Schicht an den Kunststoff oberflächen unabhängig von der Konzentration ist, mit der die Substanz, die die Schicht bildet, in der Lösung enthalten ist, die in genügend großer Menge auf die Fläche aufgetragen wurde, und dies im Vergleich mit den Adhäsionskräften, die manIn comparison with the previously known methods for bringing about quantitative measurements on very small amounts of biological material, the method according to the invention has a simplicity that has not yet been achieved; associated with this are an increase in performance and a reduction in costs. Uniform and thin layers on plastic surfaces can thus be produced relatively easily, the adhesion of the layer to the plastic surfaces being independent of the concentration with which the substance that forms the layer is contained in the solution, which is in a sufficiently large amount the area was applied, and this in comparison with the adhesive forces that one
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im Hinblick auf Glasoberflächen erreicht.achieved in terms of glass surfaces.
Das mit dieser Erfindung geschaffene Verfahren wird somit für-1-die Enzymanalyse der Substanzen verwendet, für die es sensi+.i-: viert ist. Auf die Kunststoffoberfläche wird eine Enzymschicht und auf die Enzymschicht eine immobilisierte Matrix aufgetragen. Sodann wird eine enzymhaltige Probe auf die Matrix gegeben, die dann in diese eindiffundieren kann. Nach dem Eindiffundieren ' wird die Matrixschicht entfernt, wobei jene Teile der Enzymschicht, die von dem Enzym betroffen worden sind, durch eine Lösung in diesem Bereich erkennbar gemacht werden. Dieses Verfahren ist, verglichen mit den bisher bekannten Verfahren, sehr viel einfacher, weil bei den bisher bekannten Verfahren mit Reaktionen gearbeitet wird, die in Massen und chromatografischen System ablaufen. Es wird ein großes Ausmaß an Empfindlichkeit erzielt, was der Tatsache zuzuschreiben ist, daß die dünne Schicht eine starke Konzentration hat. Das Verfahren liefert Informationen über die Diffundierungseigenschaften des Enzyms, wobei es möglich ist, das Molekulargewicht aus der Diffusionsgeschwindigkeit dann zu bestimmen, wenn die Konzentration und die Temperatur gleichzeitig bekannt sind. Mit dem Verfahren lassen sich die Aktivitäten des extrazellulären Enzymes in einer einfachen und zuverlässigen Weise bestimmen.The method set up by this invention will thus by-1 -the enzyme analysis of the substances used, for which there sensi + .I-: is the fourth. An enzyme layer is applied to the plastic surface and an immobilized matrix is applied to the enzyme layer. An enzyme-containing sample is then placed on the matrix, which can then diffuse into it. After diffusion, the matrix layer is removed, with those parts of the enzyme layer which have been affected by the enzyme being made recognizable by a solution in this area. This method is, compared to the previously known methods, very much simpler because the previously known methods work with reactions which take place in bulk and in a chromatographic system. A great deal of sensitivity is obtained due to the fact that the thin layer has a high concentration. The method provides information about the diffusion properties of the enzyme, it being possible to determine the molecular weight from the diffusion rate if the concentration and the temperature are known at the same time. With the method, the activities of the extracellular enzyme can be determined in a simple and reliable manner.
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| US3730843A (en) * | 1970-12-14 | 1973-05-01 | Pfizer | Mass screening test for serum trypsin inhibitors |
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| SE360177B (en) * | 1970-09-11 | 1973-09-17 | Boehringer Mannheim Gmbh | |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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| Biochim. Biophys. Acta 247, 1971, 56-61 * |
| Chem. Abstr. 77, 30705 r, 1972 * |
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