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JP2014152248A - Water-soluble, luminescent group-labeled polymer - Google Patents

Water-soluble, luminescent group-labeled polymer Download PDF

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JP2014152248A
JP2014152248A JP2013023137A JP2013023137A JP2014152248A JP 2014152248 A JP2014152248 A JP 2014152248A JP 2013023137 A JP2013023137 A JP 2013023137A JP 2013023137 A JP2013023137 A JP 2013023137A JP 2014152248 A JP2014152248 A JP 2014152248A
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polymer
water
luminescent
cooh
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Application number
JP2013023137A
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Japanese (ja)
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Shunshoku Boku
俊植 朴
Takafumi Ariie
隆文 有家
Masafumi Hikasa
雅史 日笠
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water-soluble, luminescent group-labeled polymer to which a luminescent functional group is quantitatively bound and which can be used for a biological purpose.SOLUTION: Provided is a water-soluble, luminescent group-labeled polymer having a structure exemplified in Figure 1. By introducing the luminescent functional group to a polymer side chain quantitatively, light emission intensity can be increased compared to the luminescent functional group alone.

Description

本発明は、発光性官能基及び生体分子に対し結合能を持つ末端官能基を定量的に導入した水溶性発光標識ポリマーに関する。   The present invention relates to a water-soluble luminescent label polymer in which a luminescent functional group and a terminal functional group capable of binding to a biomolecule are quantitatively introduced.

近年、極微量の検体から検出可能な高感度バイオツールのニーズが高まりつつある。その高感度化の一環として、高発光かつ高安定性を有する新規発光体を検出用標識体として応用する研究が注目されている。発光体をバイオツールのような生化学的な系で使用するためには、その発光性能もさることながら、水に可溶であること、生体適合性が優れていること、発光能が水溶液中でも保持されていること等が必須条件として挙げられる(非特許文献1参照)。   In recent years, there is an increasing need for highly sensitive biotools that can be detected from extremely small amounts of specimens. As part of this increase in sensitivity, attention has been focused on the application of a new luminescent material having high luminescence and high stability as a label for detection. In order to use the illuminant in a biochemical system such as a biotool, in addition to its luminescence performance, it is soluble in water, has excellent biocompatibility, and has a luminescent ability even in an aqueous solution. It is mentioned that it is held as an essential condition (see Non-Patent Document 1).

中でも、有機蛍光色素はサイズが小さく発光色の選択性も豊富なため、核酸やタンパク質などの生体分子の検出用標識体としてよく使われている(特許文献1参照)。しかし、殆どの有機蛍光色素は、有機溶媒中では溶解性が良く比較的高い量子収率を持つが、水溶液中ではそれが大幅に減少する傾向が強い。これは疎水性の高い有機蛍光色素の分子同士が水溶液中で分子間会合によって分散安定性が低下し蛍光が抑えられるためであり、スルホン酸やカルボン酸のような低分子の水溶性置換基を導入しても完全に解決することは困難である。また、有機蛍光色素を検出用標識体として用いるためには、種々生体分子に対し結合可能な官能基の修飾が必須となるが、これは合成が煩雑であったり、色素分子構造に影響を及ぼし消光を起こしやすかったりするなど、様々な問題点が指摘されていた(非特許文献2参照)。   Among them, organic fluorescent dyes are often used as detection labels for biomolecules such as nucleic acids and proteins because of their small size and abundant selectivity of luminescent colors (see Patent Document 1). However, most organic fluorescent dyes are highly soluble in organic solvents and have a relatively high quantum yield, but they tend to decrease significantly in aqueous solutions. This is because molecules of organic fluorescent dyes with high hydrophobicity are dispersed in an aqueous solution due to intermolecular association, thereby reducing dispersion stability and suppressing fluorescence. Low-molecular water-soluble substituents such as sulfonic acids and carboxylic acids are used. Even if it is introduced, it is difficult to completely solve it. In addition, in order to use an organic fluorescent dye as a label for detection, modification of a functional group capable of binding to various biomolecules is indispensable, but this is complicated in synthesis and affects the structure of the dye molecule. Various problems such as facilitating quenching have been pointed out (see Non-Patent Document 2).

前述の課題を解決する手段としては、水溶性ポリマーや核酸などに複数の有機蛍光色素を標識し、総発光強度などを向上させる方法が知られている。例えば、反応性官能基を有する水溶性ポリマー鎖に沿って、ランダムな位置に有機蛍光色素を化学結合させる方法(特許文献2参照)や、有機蛍光色素を標識したモノマー(例えば、ビニル系モノマー、合成又は天然のオリゴヌクレオチド)を予め合成した後、標識部分が組み込まれていない親水性コモノマーを共重合させる方法などが知られている(非特許文献3、特許文献3参照)。しかし、前者の場合は、ラジカル重合機構によって得られるポリマーであって、ポリマー鎖長や末端官能基の制御が困難なため、ポリマー又は生体活性リガンド一個当たりの有機蛍光色素数を定量的に標識できない難点があった。後者の場合は、標識したい有機蛍光色素を結合したモノマーをその都度合成しなければならないことが多く、重合条件によっては色素分子の光学特性が保持されにくい問題があった。   As means for solving the above-mentioned problems, a method is known in which a plurality of organic fluorescent dyes are labeled on a water-soluble polymer or nucleic acid to improve the total emission intensity. For example, a method of chemically bonding an organic fluorescent dye at random positions along a water-soluble polymer chain having a reactive functional group (see Patent Document 2), a monomer labeled with an organic fluorescent dye (for example, a vinyl monomer, Synthetic or natural oligonucleotides) are synthesized in advance, and then a method of copolymerizing a hydrophilic comonomer in which a label moiety is not incorporated is known (see Non-Patent Document 3 and Patent Document 3). However, in the former case, it is a polymer obtained by a radical polymerization mechanism, and it is difficult to control the polymer chain length or terminal functional group, so the number of organic fluorescent dyes per polymer or bioactive ligand cannot be quantitatively labeled. There were difficulties. In the latter case, it is often necessary to synthesize a monomer to which an organic fluorescent dye to be labeled is bound each time, and there is a problem that it is difficult to maintain the optical properties of the dye molecule depending on the polymerization conditions.

特開2000−106876号公報JP 2000-106876 A 特表2001−520893号公報JP-T-2001-520893 特表2005−529606号公報JP 2005-529606 Gazette

Dubertret,B.et.al.,SCIENCE.2002,298,1759−1762.Dubertret, B.M. et. al. , SCIENCE. 2002, 298, 1759-1762. Ow,H.et.al.,Nano Lett.2005,5,113−117.Ow, H .; et. al. , Nano Lett. 2005, 5, 113-117. Nese,A.et.al.,Macromolecules.2011,44,5905−5910.Nese, A .; et. al. , Macromolecules. 2011, 44, 5905-5910.

本発明は、生化学的な目的で使用することを可能にする発光性官能基を定量的に結合した水溶性発光標識ポリマーを提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a water-soluble light-emitting labeling polymer quantitatively bound with a light-emitting functional group that can be used for biochemical purposes.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、線状型ポリエチレンイミン誘導体に、親水性官能基、発光性官能基、及び生体分子に結合能を有する末端官能基を定量的に結合した水溶性発光標識ポリマーを合成できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a linear-type polyethyleneimine derivative has a hydrophilic functional group, a luminescent functional group, and a terminal functional group capable of binding to a biomolecule. It was found that a water-soluble light-emitting labeled polymer bound quantitatively could be synthesized, and the present invention was completed.

すなわち、本発明は以下の[1]〜[5]を提供するものである。
[1]下記式(1)で表される繰り返し単位
That is, the present invention provides the following [1] to [5].
[1] Repeating unit represented by the following formula (1)

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、R1は−COOH、−OH又は−(OCHCH1’(ここで、R1’は−COOH、−OH、−CH=CH、−C≡CH又は−N、pは1〜30の整数である。)であり、lは1〜10の整数である。)、
下記式(2)で表される繰り返し単位
Wherein R 1 is —COOH, —OH or — (OCH 2 CH 2 ) p R 1 ′ (where R 1 ′ is —COOH, —OH, —CH═CH 2 , —C≡CH or — N 3 and p are integers of 1 to 30), and l is an integer of 1 to 10).
Repeating unit represented by the following formula (2)

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、Rは発光性官能基、−NHR、−SR(ここで、Rは水素原子又はtert−ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基、2,2,2−トリクロロエトキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、フタロイル基、p−トルエンスルホニル基及び2−ニトロベンゼンスルホニル基から選択されるアミノ基の保護基であり、Rは水素原子又はベンジル基、メトキシベンジル基、N−(アセチル)アミノメチル基、t−ブチル基、メチルベンジル基、3、4−ジメチルベンジル基、トリフェニルメチル基、ベンズヒドリル基、アセタミドメチル基、カルボメトキシスルフェニル基、3−ニトロ−2−ピリジンスルフェニル基、エチルカルバモイル基、9−フルオレニルメチル基及びピリジルスルフィド基から選択されるチオール基の保護基である。)又は−(OCHCH2’(ここで、R2’は発光性官能基、−NHR又は−SR、pは1〜30の整数である。)であって、繰返し単位数y中の発光性官能基を含む繰返し単位数a、−NHRを含む繰返し単位数b及び−SRを含む繰返し単位数cが、b/a+b=0〜0.90及びc/a+c=0〜0.95であり、mは1〜10、nは0〜10の整数である。)、並びに
下記式(3)で表される繰り返し単位
(Wherein R 2 is a luminescent functional group, —NHR 3 , —SR 4 (where R 3 is a hydrogen atom or a tert-butoxycarbonyl group, a benzyloxycarbonyl group, a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group, A protective group for an amino group selected from 2,2,2-trichloroethoxycarbonyl group, allyloxycarbonyl group, phthaloyl group, p-toluenesulfonyl group and 2-nitrobenzenesulfonyl group, R 4 is a hydrogen atom or a benzyl group , Methoxybenzyl group, N- (acetyl) aminomethyl group, t-butyl group, methylbenzyl group, 3,4-dimethylbenzyl group, triphenylmethyl group, benzhydryl group, acetamidemethyl group, carbomethoxysulfenyl group, 3- Nitro-2-pyridinesulfenyl group, ethylcarbamoyl group, 9-fluoro It is a protecting group for a thiol group selected from a renylmethyl group and a pyridyl sulfide group.) Or — (OCH 2 CH 2 ) p R 2 ′ (where R 2 ′ is a luminescent functional group, —NHR 3 or —SR). 4 and p are integers of 1 to 30), and the repeating unit number a includes a luminescent functional group in the repeating unit number y, the repeating unit number b including -NHR 3 and the repeating unit including -SR 4 The number of units c is b / a + b = 0 to 0.90 and c / a + c = 0 to 0.95, m is an integer of 1 to 10, and n is an integer of 0 to 10), and the following formula (3 ) Repeating unit

Figure 2014152248
Figure 2014152248

を含み、式(1)の繰返し単位数x、式(2)の繰返し単位数y及び前記式(3)の繰返し単位数zが、x/(x+y+z)=0.01〜0.90、y/(x+y+z)=0.01〜0.50及びz/(x+y+z)=0.01〜0.90であって、前記式(1)、(2)及び(3)の繰返し単位で構成されるポリマー主鎖の少なくとも一方の末端が、−COOH、−OH、−NH、−SH、−NCO、−CHO、−CH=CH、−C≡CH、−N及びビオチニル基からなる群から選択される少なくとも一つの官能基を含むことを特徴とする、水溶性発光標識ポリマー。
[2]前記ポリマー主鎖と前記末端官能基との間に、スペーサーとして−(OCHCH−(ここで、qは1〜120の整数である。)を含むことを特徴とする、[1]に記載の水溶性発光標識ポリマー。
[3]前記発光性官能基が、アミノ基を介して結合したBODIPY、アミノ基を介して結合したCy3、アミノ基を介して結合したCy5、アミノ基を介して結合したユウロピウム錯体又はフルオレセインである、[1]又は[2]に記載の水溶性発光標識ポリマー。
[4]前記x、y及びzが、x+y+z=10〜350であることを特徴とする、[1]〜[3]のいずれかに記載の水溶性発光標識ポリマー。
[5][1]〜[4]のいずれかに記載の水溶性発光標識ポリマーを含有する、試薬。
The number of repeating units x in formula (1), the number y of repeating units in formula (2), and the number of repeating units z in formula (3) are x / (x + y + z) = 0.01-0.90, y /(X+y+z)=0.01-0.50 and z / (x + y + z) = 0.01-0.90, which are composed of repeating units of the above formulas (1), (2) and (3) At least one terminal of the polymer main chain is selected from the group consisting of —COOH, —OH, —NH 2 , —SH, —NCO, —CHO, —CH═CH 2 , —C≡CH, —N 3 and a biotinyl group. A water-soluble luminescent labeling polymer comprising at least one functional group selected.
[2] The spacer includes — (OCH 2 CH 2 ) q — (wherein q is an integer of 1 to 120) between the polymer main chain and the terminal functional group. , [1] The water-soluble luminescent labeling polymer.
[3] The luminescent functional group is BODIPY bonded through an amino group, Cy3 bonded through an amino group, Cy5 bonded through an amino group, a europium complex or fluorescein bonded through an amino group. , [1] or [2].
[4] The water-soluble luminescent labeled polymer according to any one of [1] to [3], wherein x, y and z are x + y + z = 10 to 350.
[5] A reagent containing the water-soluble luminescent labeled polymer according to any one of [1] to [4].

本発明により、複数の発光性官能基及び生体分子に対し結合能を有する官能基を合わせ持つ水溶性発光標識ポリマーの形成が可能となる。また、本発明の水溶性発光標識ポリマーは水中分散安定性であり、かつ、発光性官能基数を制御することで発光特性が増強できる特徴を有することから、生化学的な用途に使用することができる。   According to the present invention, it is possible to form a water-soluble luminescent labeling polymer having a plurality of luminescent functional groups and a functional group capable of binding to biomolecules. In addition, the water-soluble luminescent labeling polymer of the present invention is stable in water and has the characteristics that the luminescent property can be enhanced by controlling the number of luminescent functional groups, so that it can be used for biochemical applications. it can.

図1は、発光性官能基を定量的に結合する水溶性発光標識ポリマーの合成スキームである。FIG. 1 is a synthesis scheme of a water-soluble luminescent labeled polymer that quantitatively binds a luminescent functional group. 図2は、Boc−NH−PEG−b−PEI(合成中間体1−4)のH−NMRスペクトラムの説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a 1 H-NMR spectrum of Boc-NH-PEG-b-PEI (Synthetic Intermediate 1-4). 図3は、Boc−NH−PEG−b−PEI(合成中間体1−4)のGPCダイアグラムの説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a GPC diagram of Boc-NH-PEG-b-PEI (Synthetic intermediate 1-4). 図4は、Biotin−PEG−b−PEI(合成中間体1−5A)のGPCダイアグラムの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a GPC diagram of Biotin-PEG-b-PEI (Synthetic intermediate 1-5A). 図5は、Biotin−PEG−b−PEI(合成中間体1−5B)のH−NMRスペクトラムの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the 1 H-NMR spectrum of Biotin-PEG-b-PEI (Synthetic Intermediate 1-5B). 図6は、Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(18):EI(5)](合成中間体1−6)のH−NMRスペクトラムの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a 1 H-NMR spectrum of Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (18): EI (5)] (Synthetic intermediate 1-6). 図7は、(A)Biotin−PEG−b−PEI[COOH(9):EI(14)](合成中間体1−7A)、(B)Biotin−PEG−b−PEI[COOH(7):EI(16)](合成中間体1−7B)及び(C)Biotin−PEG−b−PEI[COOH(3):EI(20)](合成中間体1−7C)のH−NMRスペクトラムの説明図である。FIG. 7 shows (A) Biotin-PEG-b-PEI [COOH (9): EI (14)] (Synthetic intermediate 1-7A), (B) Biotin-PEG-b-PEI [COOH (7): EI (16)] (synthesis intermediate 1-7b) and (C) Biotin-PEG-b -PEI [COOH (3): EI (20)] 1 H-NMR spectrum of the (synthetic intermediate 1-7C) It is explanatory drawing. 図8は、Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(5):CASSPy(17)](合成中間体1−8)のH−NMRスペクトラムの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a 1 H-NMR spectrum of Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (5): CASSPy (17)] (Synthetic intermediate 1-8). 図9は、(A)Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH−Boc(8)](合成中間体1−10A)、(B)Biotin−PEG−b−PEI[COOH(3):EI(16):NH−Boc(4)](合成中間体1−10B)及び(C)Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH−Boc(2)](合成中間体1−10C)のH−NMRスペクトラムの説明図である。FIG. 9 shows (A) Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): NH-Boc (8)] (Synthetic Intermediate 1-10A), (B) Biotin-PEG-b- PEI [COOH (3): EI (16): NH-Boc (4)] (Synthetic Intermediate 1-10B) and (C) Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): NH -Boc (2)] (Synthetic intermediate 1-10C) is an explanatory diagram of the 1 H-NMR spectrum. 図10は、(A)Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(15):EI(5):フルオレセイン(3)] (重合体3−1A)と(B)Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(17):EI(5):フルオレセイン(1)] (重合体3−1B)のH−NMRスペクトラムの説明図である。FIG. 10 shows (A) Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (15): EI (5): fluorescein (3)] (polymer 3-1A) and (B) Boc-NH-PEG-b. -PEI [COOH (17): EI (5): fluorescein (1) is an explanatory view of the 1 H-NMR spectrum of the (polymer 3-1B). 図11は、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(1):BODIPY(1)](重合体3−2A)のH−NMRスペクトラムの説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of the 1 H-NMR spectrum of Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): NH 2 (1): BODIPY (1)] (polymer 3-2A). is there. 図12Aは、水溶液中におけるBiotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(1):BODIPY(1)]とBiotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH(4):BODIPY(4)]の蛍光スペクトルを表すグラフである。FIG. 12A shows Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): NH 2 (1): BODIPY (1)] and Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): NH 2 ( 4): is a graph showing the fluorescence spectra of BODIPY (4)]. 図12Bは、水溶液中におけるBiotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):Eu(2)]とBiotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):Eu(8)]の蛍光スペクトルを表すグラフである。FIG. 12B shows Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): Eu (2)] and Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): Eu in aqueous solution. It is a graph showing the fluorescence spectrum of (8)]. 図13Aは、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(1):BODIPY(1)]とBiotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH(4):BODIPY(4)]のDNAチップでの発光強度の比較を表すグラフである。FIG. 13A shows Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): NH 2 (1): BODIPY (1)] and Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14 ): NH 2 (4): BODIPY (4)] is a graph showing a comparison of light emission intensity with a DNA chip. 図13Bは、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):Eu(2)]とBiotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):Eu(8)]のDNAチップでの発光強度の比較を表すグラフである。FIG. 13B shows Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): Eu (2)] and Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): Eu (8). It is a graph showing the comparison of the emitted light intensity in the DNA chip | tip.

以下に、本発明を実施するための好適な形態について説明する。   Below, the suitable form for implementing this invention is demonstrated.

[水溶性発光標識ポリマーの合成]
水溶性発光標識ポリマーとは、発光性官能基を水溶性ポリマーの側鎖に定量的に結合することで得られるものである。該水溶性発光標識ポリマーに複数の発光性官能基が標識されることで、発光特性を向上させる効果を有している。具体的には、水溶性ポリマーに水中分散安定性を阻害しない最適な数の発光性有機分子を結合し、水溶性発光標識ポリマーとすることで発光強度を向上させる効果を有している(図1参照)。
[Synthesis of water-soluble luminescent labeled polymer]
The water-soluble luminescent label polymer is obtained by quantitatively binding a luminescent functional group to a side chain of the water-soluble polymer. By labeling the water-soluble luminescent labeling polymer with a plurality of luminescent functional groups, it has an effect of improving the luminescent properties. Specifically, an optimal number of luminescent organic molecules that do not inhibit the dispersion stability in water are bound to a water-soluble polymer to produce a water-soluble luminescent label polymer, thereby improving the luminescence intensity (see FIG. 1).

本発明の水溶性発光標識ポリマーは、前記式(1)で表される繰返し単位からなる親水性官能基を有するセグメント、前記式(2)で表される繰返し単位からなる発光特性を有する官能基(以下、「発光性官能基」という。)を含むセグメント、前記式(3)で表される繰り返し単位からなるセグメント、及び前記式(1)、(2)及び(3)の繰返し単位で構成されるポリマー主鎖の少なくとも一方の末端が、生体分子に対し結合能を有する官能基である、−COOH、−OH、−NH、−SH、−NCO、−CHO、−CH=CH、−C≡CH、−N及びビオチニル基からなる群から選択される少なくとも一つの官能基を含むことを特徴としている。 The water-soluble luminescent label polymer of the present invention includes a segment having a hydrophilic functional group composed of a repeating unit represented by the formula (1), and a functional group having a luminescent property composed of a repeating unit represented by the formula (2). (Hereinafter referred to as “luminescent functional group”), a segment composed of the repeating unit represented by the formula (3), and a repeating unit of the formulas (1), (2) and (3). at least one end of the polymer backbone to be is a functional group capable of binding to a biomolecule, -COOH, -OH, -NH 2, -SH, -NCO, -CHO, -CH = CH 2, It contains at least one functional group selected from the group consisting of —C≡CH, —N 3 and biotinyl group.

前記式(1)で表される繰返し単位からなる親水性官能基を有するセグメントは、水中分散安定性を高める特性を持つ親水性官能基(R)を有する。Rの具体例としては、−COOH、−OH又は(OCHCH1’(ここで、R1’は−COOH、−OH、−CH=CH、−C≡CH又はN、pは1〜30の整数である。)が挙げられるが、好ましくは−COOH、−OH又は(OCHCH1’(ここで、R1’は−COOH、−OH、pは1〜5の整数である。)であり、より好ましくは−COOHである。また、lは1〜10の整数であるが、好ましくは、lは2〜4の整数である。 The segment having a hydrophilic functional group composed of the repeating unit represented by the formula (1) has a hydrophilic functional group (R 1 ) having a property of improving dispersion stability in water. Specific examples of R 1 include —COOH, —OH or (OCH 2 CH 2 ) p R 1 ′ (where R 1 ′ is —COOH, —OH, —CH═CH 2 , —C≡CH or N 3, p is an integer of 1-30.) Although the like, preferably -COOH, -OH or (OCH 2 CH 2) p R 1 '( wherein, R 1' is -COOH, -OH, p is an integer of 1 to 5.), more preferably —COOH. Further, l is an integer of 1 to 10, but preferably l is an integer of 2 to 4.

前記式(2)で表される繰返し単位からなるセグメントは、発光性官能基に置換可能なアミノ基又はチオール基を含む部位を有しており、その一部又は全部が、水溶性ポリマーに発光特性を付与することが可能な発光性官能基に置換される。また、発光性官能基はアミノ基又はチオール基を含むスペーサー構造を介して結合していてもよく、スペーサー構造の具体例としては、−(OCHCH−(ここで、pは1〜120、好ましくは1〜30の整数である。)が挙げられる。また、アミノ基又はチオール基は一部保護基で保護されていてもよく、それにより前記式(2)で表される繰返し単位からなるセグメントに結合する発光性官能基の結合数を調節することができる。アミノ基に対する保護基の具体例としては、tert−ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基、2,2,2−トリクロロエトキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、フタロイル基、p−トルエンスルホニル基、2−ニトロベンゼンスルホニル基が挙げられ、チオール基に対する保護基の具体例としては、ベンジル基、メトキシベンジル基、N−(アセチル)アミノメチル基、t−ブチル基、メチルベンジル基、3、4−ジメチルベンジル基、トリフェニルメチル基、ベンズヒドリル基、アセタミドメチル基、カルボメトキシスルフェニル基、3−ニトロ−2−ピリジンスルフェニル基、エチルカルバモイル基、9−フルオレニルメチル基及びピリジルスルフィド基が挙げられる。 The segment composed of the repeating unit represented by the formula (2) has a portion containing an amino group or a thiol group that can be substituted for the light-emitting functional group, and part or all of the light-emitting polymer emits light. It is substituted with a luminescent functional group capable of imparting properties. In addition, the luminescent functional group may be bonded via a spacer structure containing an amino group or a thiol group. Specific examples of the spacer structure include — (OCH 2 CH 2 ) p — (where p is 1 To 120, preferably an integer of 1 to 30). In addition, the amino group or thiol group may be partially protected by a protective group, thereby adjusting the number of bonds of the luminescent functional group bonded to the segment composed of the repeating unit represented by the formula (2). Can do. Specific examples of protecting groups for amino groups include tert-butoxycarbonyl group, benzyloxycarbonyl group, 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group, 2,2,2-trichloroethoxycarbonyl group, allyloxycarbonyl group, phthaloyl group. , P-toluenesulfonyl group and 2-nitrobenzenesulfonyl group. Specific examples of the protecting group for thiol group include benzyl group, methoxybenzyl group, N- (acetyl) aminomethyl group, t-butyl group, methylbenzyl. A group, 3,4-dimethylbenzyl group, triphenylmethyl group, benzhydryl group, acetamidemethyl group, carbomethoxysulfenyl group, 3-nitro-2-pyridinesulfenyl group, ethylcarbamoyl group, 9-fluorenylmethyl group and Pyridyl sulfide group It is.

発光性官能基とは、産業上の種々の利用において特に有用となる発光特性、具体的には蛍光性又は燐光性を示す有機色素分子であり、具体例として、蛍光色素又は希土類蛍光錯体が挙げられる。   A luminescent functional group is an organic dye molecule that exhibits luminescent properties, specifically fluorescent or phosphorescent, that are particularly useful in various industrial applications. Specific examples include fluorescent dyes and rare earth fluorescent complexes. It is done.

蛍光色素とは、光などのエネルギーを吸収して励起した際、分子内での振動や回転運動などにエネルギーを費やすのではなく、光として放出する、高度にπ共役した有機色素であり、蛍光増白剤、蛍光マーカー、臨床診断試薬などに使用されることが知られている。複数の蛍光色素を水溶性ポリマーに標識することで蛍光色素単体の蛍光強度が増幅されるため、本発明により蛍光色素を蛍光試薬として適用することが可能になる。そして、本発明においては、BODIPY、Cy3、Cy5又はフルオレセインを含む蛍光色素が好ましく用いられる。   A fluorescent dye is a highly π-conjugated organic dye that, when excited by absorbing energy such as light, emits light rather than spending energy in vibration or rotational movement within the molecule. It is known to be used for brighteners, fluorescent markers, clinical diagnostic reagents and the like. By labeling a plurality of fluorescent dyes with a water-soluble polymer, the fluorescence intensity of the fluorescent dye alone is amplified, and the present invention makes it possible to apply the fluorescent dye as a fluorescent reagent. In the present invention, a fluorescent dye containing BODIPY, Cy3, Cy5 or fluorescein is preferably used.

希土類蛍光錯体が好ましく用いられる。希土類蛍光錯体とは、紫外光を吸収し可視光を発する有機色素の一つであり、前記蛍光色素に比べ、長い蛍光寿命(普通の蛍光色素の数ナノ秒に対し、数十〜数百マイクロ秒以上)、大きいストークスシフト、シャープな蛍光ピークという蛍光特性を有することから、時間分解蛍光測定用標識剤として使用されることが知られている。時間分解蛍光測定を用いると、励起光や生体サンプルに由来する短寿命のバックグラウンド蛍光による妨害を回避し、高感度測定が可能となる。複数の希土類蛍光錯体を水溶性ポリマーに標識することで希土類蛍光錯体単体の蛍光強度が増幅されるため、本発明により希土類蛍光錯体を蛍光試薬として適用することが可能になる。そして、本発明においてはユウロピウム錯体が好ましく用いられる。   Rare earth fluorescent complexes are preferably used. A rare earth fluorescent complex is an organic dye that absorbs ultraviolet light and emits visible light. Compared with the fluorescent dye, it has a longer fluorescence lifetime (several tens to several hundreds of microseconds compared to several nanoseconds of ordinary fluorescent dyes). It is known that it is used as a labeling agent for time-resolved fluorescence measurement because it has fluorescence characteristics such as a large Stokes shift and a sharp fluorescence peak. When time-resolved fluorescence measurement is used, interference by short-lived background fluorescence derived from excitation light or a biological sample can be avoided, and highly sensitive measurement can be performed. By labeling a plurality of rare earth fluorescent complexes with a water-soluble polymer, the fluorescence intensity of the rare earth fluorescent complex alone is amplified. Therefore, according to the present invention, the rare earth fluorescent complex can be applied as a fluorescent reagent. In the present invention, a europium complex is preferably used.

なお、前記発光性官能基は、前記式(2)で表される繰り返し単位からなるセグメントにおいて、アミノ基又はチオール基を介して結合させるため、予め前記発光性官能基にアミノ基又はチオール基を介して結合しうるような官能基を付与しておく必要がある。前記発光性官能基にアミノ基を介して結合しうるような官能基としてはカルボキシル基、N−ヒドロキシスクシンイミド基などの活性エステル基、シアヌル酸クロリド、イソシアネート基、イソチオシアネート基が挙げられ、チオール基を介して結合しうるような官能基としては、マレイミド基、ヨードアセトアミド基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲノアセチル基(例えば、ヨードアセチル基、ブロモアセチル基、クロロアセチル基)、ジスルフィド結合を形成できる官能基(例えば、チオール基、メタンチオスルフォネート(MTS))が挙げられる。反応時には必要により反応を促進させる添加剤、触媒などを用いてもよく、例えば、前記発光性官能基にアミノ基を介して結合しうるような官能基としてカルボキシル基を用いる場合、縮合剤を用いてもよい。   In addition, since the luminescent functional group is bonded via an amino group or a thiol group in the segment composed of the repeating unit represented by the formula (2), an amino group or a thiol group is previously added to the luminescent functional group. It is necessary to provide a functional group that can be bonded through the intermediate. Examples of the functional group that can be bonded to the light-emitting functional group through an amino group include a carboxyl group, an active ester group such as an N-hydroxysuccinimide group, a cyanuric chloride, an isocyanate group, and an isothiocyanate group, and a thiol group. Examples of functional groups that can be bonded via a maleimide group, an iodoacetamide group, a halogenated alkyl group, a halogenoacetyl group (for example, an iodoacetyl group, a bromoacetyl group, a chloroacetyl group), and a function capable of forming a disulfide bond Group (for example, thiol group, methanethiosulfonate (MTS)). In the reaction, an additive or a catalyst for accelerating the reaction may be used if necessary. For example, when a carboxyl group is used as a functional group that can be bonded to the luminescent functional group via an amino group, a condensing agent is used. May be.

前記式(2)で表されるセグメントにおける、前記発光性官能基を含む単位数a、前記発光性官能基を含まない単位数b及びcは、b/a+b=0〜0.90及びc/a+c=0〜0.95であるが、好ましくはb/a+b=0〜0.88及びc/a+c=0〜0.94である。また、mは1〜10の整数であるが、好ましくはmは2〜4の整数であり、nは0〜10の整数であるが、好ましくはnは0〜4の整数である。   In the segment represented by the formula (2), the number of units a including the luminescent functional group, the number of units b and c not including the luminescent functional group are b / a + b = 0 to 0.90 and c / a + c = 0 to 0.95, preferably b / a + b = 0 to 0.88 and c / a + c = 0 to 0.94. M is an integer of 1 to 10, preferably m is an integer of 2 to 4, and n is an integer of 0 to 10, but preferably n is an integer of 0 to 4.

前記式(3)で表される繰返し単位からなるセグメントは、前記発光性官能基のポリマーへの導入量制御に有効な重合機構から得られるポリエチレンイミンで構成されるセグメントである。公知の発光性官能基を有するビニル系ポリマー又は核酸ポリマーに比べ、ポリエチレンイミン系骨格を有する本発明の水溶性発光標識ポリマーはリビングカチオン重合機構から合成されるため、ポリマーの鎖長制御及び末端官能基の選択的結合が容易であることから、複数の発光性有機分子及び生体分子を定量的に有する水溶性発光標識ポリマーの形成に有効であると推測される。   The segment composed of the repeating unit represented by the formula (3) is a segment composed of polyethyleneimine obtained from a polymerization mechanism effective for controlling the amount of the luminescent functional group introduced into the polymer. Compared to vinyl polymers or nucleic acid polymers having a known luminescent functional group, the water-soluble luminescent labeled polymer of the present invention having a polyethyleneimine skeleton is synthesized from the living cationic polymerization mechanism, so that the chain length control and terminal functionality of the polymer are controlled. Since selective bonding of groups is easy, it is presumed that this method is effective for forming a water-soluble luminescent labeling polymer having a plurality of luminescent organic molecules and biomolecules quantitatively.

さらに、前記式(1)、(2)及び(3)の繰返し単位で構成されるポリマー主鎖の少なくとも一方の末端は、生体分子に対し結合能を有する官能基である、−COOH、−OH、−NH、−SH、−NCO、−CHO、−CH=CH、−C≡CH、−N及びビオチニル基からなる群から選択される少なくとも一つの官能基を含む。これら官能基を介して結合しうる生体分子としては、DNAやRNA等の核酸、タンパク質、ペプチド、糖、脂質などが挙げられるが、好ましくは核酸、タンパク質又はペプチドであり、より好ましくは核酸である。 Furthermore, at least one terminal of the polymer main chain composed of the repeating units of the formulas (1), (2) and (3) is a functional group having a binding ability to a biomolecule, -COOH, -OH , —NH 2 , —SH, —NCO, —CHO, —CH═CH 2 , —C≡CH, —N 3, and a biotinyl group. Examples of biomolecules that can be bound via these functional groups include nucleic acids such as DNA and RNA, proteins, peptides, sugars, lipids, etc., preferably nucleic acids, proteins, or peptides, more preferably nucleic acids. .

生体分子が核酸の場合、核酸の一部に反応性基を導入し、その反応性基と水溶性発光標識ポリマーの末端官能基を反応させることにより核酸への結合が可能となる。例えば、末端アミノ基を有するオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いポリメラーゼチェインリアクション(PCR)反応を行なうことにより、末端アミノ基を有する二本鎖核酸が作製可能である。この核酸の末端アミノ基と水溶性発光標識ポリマー末端に導入したカルボキシル基とを縮合反応させることにより、核酸への水溶性発光標識ポリマーの結合が可能となる。   When the biomolecule is a nucleic acid, it is possible to bind to the nucleic acid by introducing a reactive group into a part of the nucleic acid and reacting the reactive group with the terminal functional group of the water-soluble luminescent labeling polymer. For example, a double-stranded nucleic acid having a terminal amino group can be prepared by performing a polymerase chain reaction (PCR) reaction using an oligonucleotide having a terminal amino group as a primer. By condensing the terminal amino group of the nucleic acid and the carboxyl group introduced at the end of the water-soluble luminescent label polymer, the water-soluble luminescent label polymer can be bound to the nucleic acid.

また、生体分子がタンパク質又はペプチドの場合、タンパク質又はペプチド中のリジン残基のアミノ基と水溶性発光標識ポリマー末端のカルボキシル基と結合させることにより、水溶性発光標識ポリマーとタンパク質又はペプチドを結合することが可能となる。ビオチニル基を有する水溶性発光標識ポリマーを用いた場合、アビジン−ビオチン相互作用によりアビジン分子への固定化が可能となる。また、アビジンは1分子に4つ結合部位を持つため、例えば、ビオチニル基を導入した核酸に、まずアビジンを結合させ、さらに、末端にビオチニル基を有する水溶性発光標識ポリマーをアビジンの末結合部位に作用させることにより、核酸を水溶性発光標識ポリマーで標識することが可能となる。一方、一級アミノ基を有する水溶性発光標識ポリマーを用いた場合、ビオチニル基を介せず直接にアビジン分子を水溶性発光標識ポリマーで標識できるため、ビオチン−アビジン−ビオチンというサンドイッチ構造の染色方法における結合力低下を抑えることが可能となる。   When the biomolecule is a protein or peptide, the water-soluble luminescent label polymer is bound to the protein or peptide by binding the amino group of the lysine residue in the protein or peptide to the carboxyl group at the end of the water-soluble luminescent label polymer. It becomes possible. When a water-soluble luminescent labeled polymer having a biotinyl group is used, it can be immobilized on an avidin molecule by an avidin-biotin interaction. In addition, since avidin has four binding sites per molecule, for example, avidin is first bound to a nucleic acid into which a biotinyl group has been introduced, and a water-soluble luminescent labeled polymer having a biotinyl group at the end is attached to the terminal binding site of avidin. By acting on the nucleic acid, the nucleic acid can be labeled with a water-soluble luminescent labeling polymer. On the other hand, when a water-soluble luminescent labeling polymer having a primary amino group is used, since the avidin molecule can be directly labeled with the water-soluble luminescent labeling polymer without using a biotinyl group, the biotin-avidin-biotin sandwich structure staining method is used. It becomes possible to suppress a decrease in the binding force.

さらに、生体分子が糖又は脂質の場合、水酸基の一部を活性化し、その活性化反応性基と水溶性発光標識ポリマーの末端官能基を反応させることにより糖又は脂質への結合が可能となる。例えば、糖鎖水酸基を活性化試薬により活性エステル基に変換した後、末端アミノ基を有する水溶性発光標識ポリマーと縮合反応させることにより、糖鎖への水溶性発光標識ポリマーの結合が可能となる。   Furthermore, when the biomolecule is a sugar or a lipid, it becomes possible to bind to the sugar or lipid by activating a part of the hydroxyl group and reacting the activated reactive group with the terminal functional group of the water-soluble luminescent labeling polymer. . For example, after converting a sugar chain hydroxyl group to an active ester group with an activating reagent, a water-soluble light-emitting label polymer having a terminal amino group is subjected to a condensation reaction, whereby the water-soluble light-emitting label polymer can be bound to the sugar chain. .

前記各セグメントの構成比は、前記式(1)で表される繰り返し単位数をx、前記式(2)で表される繰り返し単位数をy、前記式(3)で表される繰り返し単位数をzとする場合(x、y及びzは整数)、x/(x+y+z)=0.01〜0.90、y/(x+y+z)=0.01〜0.50及びz/(x+y+z)=0.01〜0.90であることを特徴とし、好ましくはx/(x+y+z)=0.04〜0.80、y/(x+y+z)=0.04〜0.40及びz/(x+y+z)=0.20〜0.90、より好ましくはx/(x+y+z)=0.04〜0.74、y/(x+y+z)=0.04〜0.35及びz/(x+y+z)=0.22〜0.87である。x、y、及びzが本数値範囲を外れてしまうと、水溶性発光標識ポリマーの水中分散安定性が悪くなってしまうため、好ましくない。なお、x/(x+y+z)、y/(x+y+z)及びz/(x+y+z)は、水溶性発光標識ポリマーのH−NMRスペクトラム及びUV吸光度測定をもとに計算することができる(実施例参照)。 The composition ratio of each segment is such that the number of repeating units represented by the formula (1) is x, the number of repeating units represented by the formula (2) is y, and the number of repeating units represented by the formula (3). Is z (x, y and z are integers), x / (x + y + z) = 0.01-0.90, y / (x + y + z) = 0.01-0.50 and z / (x + y + z) = 0 0.01 to 0.90, preferably x / (x + y + z) = 0.04 to 0.80, y / (x + y + z) = 0.04 to 0.40 and z / (x + y + z) = 0 20-0.90, more preferably x / (x + y + z) = 0.04-0.74, y / (x + y + z) = 0.04-0.35 and z / (x + y + z) = 0.22-0. 87. If x, y, and z are out of this numerical range, it is not preferable because the water-soluble luminescent labeling polymer becomes poorly dispersed in water. In addition, x / (x + y + z), y / (x + y + z) and z / (x + y + z) can be calculated based on the 1 H-NMR spectrum and UV absorbance measurement of the water-soluble luminescent labeled polymer (see Examples). .

本発明の水溶性発光標識ポリマーの大きさを表すx、y及びzの合計値、すなわちポリマーの重合度(DP)については特に制限はないが、後述の水溶性発光標識ポリマーの水中分散安定性及び発光特性がx、y及びzの合計値によって制御されるという観点から、好ましくは10〜350の範囲であり、より好ましくは20〜310の範囲である。なお、水溶性発光標識ポリマーの重合度(DP)については、H−NMRスペクトラムにより測定することができる(実施例参照)。 The total value of x, y and z representing the size of the water-soluble luminescent labeled polymer of the present invention, that is, the degree of polymerization (DP) of the polymer is not particularly limited, but the water-soluble luminescent labeled polymer described below is dispersed in water. And from the viewpoint that the light emission characteristics are controlled by the total value of x, y and z, it is preferably in the range of 10 to 350, more preferably in the range of 20 to 310. The degree of polymerization (DP) of the water-soluble luminescent labeling polymer can be measured by 1 H-NMR spectrum (see Examples).

さらに、本発明の水溶性発光標識ポリマーは、前記式(1)、(2)及び(3)の繰返し単位で構成されるポリマー主鎖と前記末端官能基との間に、スペーサーとして−(OCHCH−(qは1〜120の整数)を含むことが好ましい。本スペーサーは親水性基として水溶性発光標識ポリマーの水中分散安定性及び前記末端官能基の生体分子との結合能を向上させる機能を有すると推測される。 Furthermore, the water-soluble luminescent labeling polymer of the present invention has-(OCH as a spacer) between a polymer main chain composed of the repeating units of the formulas (1), (2) and (3) and the terminal functional group. 2 CH 2 ) q — (q is an integer of 1 to 120) is preferably included. This spacer is presumed to have a function of improving the dispersion stability in water of the water-soluble luminescent labeling polymer as a hydrophilic group and the ability of the terminal functional group to bind to a biomolecule.

本発明の水溶性発光標識ポリマーは、多分散度(PDI:重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn))が1.3以下のポリオキサゾリンを重合する工程、該ポリオキサゾリン主鎖の少なくとも一方の末端に前述の官能基又は官能基を有するスペーサーを導入する工程、該ポリオキサゾリン側鎖の脱保護による線状型ポリエチレンイミンへ変換する工程、該線状型ポリエチレンイミンと親水性反応基を含む脂肪酸無水物又は脂肪酸ハライドを反応させて親水性官能基(R)のセグメントを導入する工程、及び該線状型ポリエチレンイミンと発光性官能基を含む脂肪酸ハライドを反応させて発光性官能基(R)を導入する工程により得ることができる。線状型ポリエチレンイミンの多分散度(PDI)については、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)ダイアグラムにより測定することができる。 The water-soluble luminescent labeling polymer of the present invention comprises a step of polymerizing a polyoxazoline having a polydispersity (PDI: weight average molecular weight (Mw) / number average molecular weight (Mn)) of 1.3 or less, at least of the polyoxazoline main chain. A step of introducing a functional group or a spacer having a functional group at one end, a step of converting the polyoxazoline side chain into a linear polyethyleneimine by deprotection, the linear polyethyleneimine and a hydrophilic reactive group; A step of reacting a fatty acid anhydride or a fatty acid halide containing to introduce a segment of a hydrophilic functional group (R 1 ); and reacting the linear polyethyleneimine with a fatty acid halide containing a luminescent functional group to produce a luminescent functional group It can be obtained by introducing (R 2 ). The polydispersity (PDI) of linear polyethyleneimine can be measured by gel permeation chromatography (GPC) diagrams.

前記ポリオキサゾリンの重合及び該ポリオキサゾリン主鎖の少なくとも一方の末端に前述の官能基又は官能基を有するスペーサーの導入は、モノマーとしてオキサゾリン誘導体、カチオン重合開始剤及び求核停止剤を用いて下式(4)で示されるポリオキサゾリンを重合する工程、該ポリオキサゾリン主鎖の少なくとも一方の末端に前述の官能基又は官能基を有するスペーサーを導入する工程によって達成される。   Polymerization of the polyoxazoline and introduction of a spacer having the above-mentioned functional group or functional group at at least one end of the polyoxazoline main chain is carried out using the following formula using an oxazoline derivative, a cationic polymerization initiator and a nucleophilic terminator as monomers. It is achieved by polymerizing the polyoxazoline represented by (4) and introducing the above-mentioned functional group or a spacer having a functional group into at least one terminal of the polyoxazoline main chain.

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、Inはカチオン重合開始剤に由来する残基を表し、NPは求核停止剤に由来する残基を表し、Rは直鎖もしくは分枝鎖の炭素数1〜20のアルキル基(好ましくは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、t−ブチル、sec−ブチル、ヘキシル、オクチル、ドデシル、オクタデシル、エイコシル、及び18−メチルノナデカニル)であり、rは前記x,y,zの合計値(好ましくは10〜350の整数)である。)。 (In the formula, In represents a residue derived from a cationic polymerization initiator, NP represents a residue derived from a nucleophilic terminator, and R 5 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. (Preferably methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, t-butyl, sec-butyl, hexyl, octyl, dodecyl, octadecyl, eicosyl, and 18-methylnonadecanyl), and r is x, y, The total value of z (preferably an integer of 10 to 350).

カチオン重合開始剤に由来する残基であるInは、前記式(1)、(2)及び(3)の繰返し単位で構成されるポリマー主鎖の開始末端に前述の官能基又は官能基を有するスペーサーを導入できるカチオン重合開始剤の残基であれば特に限定されない。同様に、求核停止剤に由来する残基であるNPは、前記式(1)、(2)及び(3)の繰返し単位で構成されるポリマー主鎖の停止末端に官能基及びスペーサーを提供できる求核停止剤の残基であれば特に限定されない。   In, which is a residue derived from a cationic polymerization initiator, has the aforementioned functional group or functional group at the start terminal of the polymer main chain composed of the repeating units of the above formulas (1), (2) and (3). There is no particular limitation as long as it is a residue of a cationic polymerization initiator capable of introducing a spacer. Similarly, NP, which is a residue derived from a nucleophilic terminator, provides a functional group and a spacer at the terminating end of the polymer main chain composed of the repeating units of the above formulas (1), (2) and (3). There is no particular limitation as long as it is a residue of a nucleophilic terminator that can be used.

また、あらかじめ官能基又は官能基が付加したスペーサーを有するカチオン重合開始剤を使用することにより、前記式(4)で示されるポリオキサゾリンの重合工程と該ポリオキサゾリン主鎖の少なくとも一方の末端に前述の官能基又は官能基を有するスペーサーを導入する工程を一度に実施してもよい。同様に、あらかじめ官能基又は官能基が付加したスペーサーを有する求核停止剤を使用することにより、前記式(4)で示されるポリオキサゾリンの重合工程と該ポリオキサゾリン主鎖の少なくとも一方の末端に官能基又は官能基が付加されたスペーサーを導入する工程を一度に実施してもよい。   In addition, by using a cationic polymerization initiator having a functional group or a spacer to which a functional group has been added in advance, the polyoxazoline polymerization step represented by the formula (4) and at least one terminal of the polyoxazoline main chain are described above. The step of introducing a functional group or a spacer having a functional group may be performed at once. Similarly, by using a nucleophilic terminator having a functional group or a spacer to which a functional group has been added in advance, the polyoxazoline polymerization step represented by the formula (4) and at least one terminal of the polyoxazoline main chain You may implement the process of introduce | transducing the functional group or the spacer to which the functional group was added at once.

前記カチオン重合開始剤としては、一般式:TsORで表される、多種多様なトシラートが挙げられ、R基に該当する残基としては、限定されるものでないが、例えば、−(CH1−106’(ここで、R6’は−COOH、−OH、−NH、−SH、−NCO、−CHO、−CH=CH、−C≡CH、−N及びビオチニル基である。)又は−(OCHCH6’(ここで、R6’は−COOH、−OH、−NH、−SH、−NCO、−CHO、−CH=CH、−C≡CH、−N及びビオチニル基、sは1〜120の整数である。)が具体例として挙げられる。また、R6’の一部は、オキサゾリンのカチオン開環重合に悪影響を及ぼさないよう、重合反応途中保護されてもよく、例えば、−COOHはメチル・エチルエステル、ベンジルエステル、tert−ブチルエステル、tert−ブチルジメチルシリル基の何れかで保護され、−OHはメチル基、ベンジル基、p−メトキシベンジル基、tert−ブチル基、メトキシメチル基(MOM)、2−テトラヒドロピラニル基(THP)、エトキシエチル基(EE)、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、トリメチルシリル(TMS)、トリエチルシリル(TES)、tert−ブチルジメチルシリル(TBS又はTBDMS)、トリイソプロピルシリル(TIPS)、tert−ブチルジフェニルシリル(TBDPS)の何れかで保護され、−SHはベンジル基、メトキシベンジル基、N−(アセチル)アミノメチル基、t−ブチル基、メチルベンジル基、3、4−ジメチルベンジル基、トリフェニルメチル基、ベンズヒドリル基、アセタミドメチル基、カルボメトキシスルフェニル基、3−ニトロ−2−ピリジンスルフェニル基、エチルカルバモイル基、9−フルオレニルメチル基又はピリジルスルフィド基の何れかで保護され、−NHはtert−ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基、2,2,2−トリクロロエトキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、フタロイル基、p−トルエンスルホニル基又は2−ニトロベンゼンスルホニル基の何れかで保護され、−CHOはジメチルアセタール、環状アセタール、ジチオアセタールの何れかで保護されることができる。 Examples of the cationic polymerization initiator include a wide variety of tosylates represented by the general formula: TsOR 6 , and the residue corresponding to the R group is not limited. For example, — (CH 2 ) 1-10 R 6 ′ (where R 6 ′ represents —COOH, —OH, —NH 2 , —SH, —NCO, —CHO, —CH═CH 2 , —C≡CH, —N 3 and a biotinyl group) Or — (OCH 2 CH 2 ) s R 6 ′ (where R 6 ′ is —COOH, —OH, —NH 2 , —SH, —NCO, —CHO, —CH═CH 2 , — C≡CH, —N 3 and a biotinyl group, s is an integer from 1 to 120). A part of R 6 ′ may be protected during the polymerization reaction so as not to adversely affect the cationic ring-opening polymerization of oxazoline. For example, —COOH is methyl ethyl ester, benzyl ester, tert-butyl ester, protected with any of tert-butyldimethylsilyl group, -OH is methyl, benzyl, p-methoxybenzyl, tert-butyl, methoxymethyl (MOM), 2-tetrahydropyranyl (THP), Ethoxyethyl group (EE), acetyl group, pivaloyl group, benzoyl group, trimethylsilyl (TMS), triethylsilyl (TES), tert-butyldimethylsilyl (TBS or TBDMS), triisopropylsilyl (TIPS), tert-butyldiphenylsilyl (TBDPS) -SH is benzyl group, methoxybenzyl group, N- (acetyl) aminomethyl group, t-butyl group, methylbenzyl group, 3,4-dimethylbenzyl group, triphenylmethyl group, benzhydryl group, acetamidemethyl group, carbomethoxysulfur phenyl, 3-nitro-2-pyridine sulfenyl group, ethylcarbamoyl group, are protected with either 9-fluorenylmethyl group or pyridyl sulfide group, -NH 2 is tert- butoxycarbonyl group, benzyloxycarbonyl group , 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group, 2,2,2-trichloroethoxycarbonyl group, allyloxycarbonyl group, phthaloyl group, p-toluenesulfonyl group or 2-nitrobenzenesulfonyl group, Is dimethylacetal, cyclic acetal Lumpur, can be protected by any of the dithio acetal.

前記求核停止剤としては、前記NP残基に対応するアニオン活性末端を生じるアニオノイド化合物が挙げられ、限定されるものでないが、例えば、HO、NaOH、KOH、NaSH、KSH、NH、NHR(ここで、Rは水素原子もしくは炭素数1〜10のアルキル基であり、Rは−(CH1−108’(ここで、R8’は−COOH、−OH、−NH、−SH、−NCO、−CHO、−CH=CH、−C≡CH、−N及びビオチニル基である。)又は−(OCHCH8’(ここで、R8’は前記定義と同じで、tは1〜120の整数である。)及び下式(5)で示される環状型2級アミン化合物の誘導体が具体例として挙げられる。なお、R8’の一部は前記の通り反応途中に保護されてもよい。 Examples of the nucleophilic terminator include an anionoid compound that generates an anion active terminal corresponding to the NP residue, and examples thereof include, but are not limited to, H 2 O, NaOH, KOH, NaSH, KSH, NH 3 , NHR 7 R 8 (wherein R 7 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, R 8 is — (CH 2 ) 1-10 R 8 ′ (where R 8 ′ is —COOH, —OH, —NH 2 , —SH, —NCO, —CHO, —CH═CH 2 , —C≡CH, —N 3 and a biotinyl group.) Or — (OCH 2 CH 2 ) t R 8 ′ ( Here, R 8 ′ is the same as defined above, and t is an integer of 1 to 120.) and cyclic secondary amine compound derivatives represented by the following formula (5) are given as specific examples. A part of R 8 ′ is protected during the reaction as described above. May be.

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、R8’は前記定義と同じ。)。 (Wherein R 8 ′ is the same as defined above).

前記ポリオキサゾリンから線状型ポリエチレンイミンへの変換は、強酸性又は強塩基性試薬を用いた加水分解反応によって達成される。強酸性試薬としては、塩酸、硫酸、硝酸が挙げられるが、塩酸が好ましく用いられる。また、強塩基性試薬としては、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられるが、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムが好ましく用いられる。   Conversion of the polyoxazoline to linear polyethyleneimine is achieved by a hydrolysis reaction using a strongly acidic or strongly basic reagent. Examples of the strongly acidic reagent include hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid, and hydrochloric acid is preferably used. In addition, examples of the strongly basic reagent include calcium hydroxide, barium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide, and sodium hydroxide or potassium hydroxide is preferably used.

前記親水性官能基(R)を導入する工程において、親水性官能基を含む脂肪酸無水物を用いる場合、所望の構造を線状型ポリエチレンイミンに導入することができるものであれば特に限定されないが、例えば、下式(6)で表される直鎖脂肪酸無水物を挙げることができる。 In the step of introducing the hydrophilic functional group (R 1 ), when a fatty acid anhydride containing a hydrophilic functional group is used, it is not particularly limited as long as a desired structure can be introduced into the linear polyethyleneimine. Is, for example, a linear fatty acid anhydride represented by the following formula (6).

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、R及びlは前記定義と同じ。)。 (Wherein R 1 and l are as defined above).

なお、Rの一部は前記の通り反応途中に保護されてもよい。 A part of R 1 may be protected during the reaction as described above.

また、Rとして−COOHを導入する場合、下式(7)で表される二価カルボン酸の環状無水物、好ましくはコハク酸無水物、グルタル酸無水物又はアジピン酸無水物を使用することができる。 In the case of introducing -COOH as R 1, a cyclic anhydride of a divalent carboxylic acid represented by the following formula (7), preferably to use succinic anhydride, glutaric anhydride or adipic anhydride Can do.

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、lは前記定義と同じ。)。 (Wherein l is as defined above).

前記親水性官能基(R)を導入する工程において、親水性反応基を含む脂肪酸ハライドを用いる場合、所望の構造を線状型ポリエチレンイミンに導入することができるものであれば特に限定されないが、好適には下式(8)で表される化合物を挙げることができる。 In the step of introducing the hydrophilic functional group (R 1 ), when a fatty acid halide containing a hydrophilic reactive group is used, it is not particularly limited as long as a desired structure can be introduced into the linear polyethyleneimine. A compound represented by the following formula (8) is preferable.

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、R1及びlは前記定義と同じ。)。 (Wherein R 1 and l are as defined above).

なお、Rの一部は前記の通り反応途中に保護されてもよい。 A part of R 1 may be protected during the reaction as described above.

前記発光性官能基を導入するためのアミノ基又はチオール基を導入する工程において、アミノ基又はチオール基を含む脂肪酸ハライドを用いる場合、所望の構造を線状型ポリエチレンイミンに導入することができるものであれば特に限定されないが、下式(9)で表される化合物を好ましく使用することができる。   In the step of introducing an amino group or thiol group for introducing the luminescent functional group, when a fatty acid halide containing an amino group or a thiol group is used, a desired structure can be introduced into the linear polyethyleneimine If it is, it will not specifically limit, However, The compound represented by the following Formula (9) can be used preferably.

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、Rはアミノ基又はチオール基、m及びnは前記定義と同じ。)。 (Wherein R 9 is an amino group or thiol group, and m and n are as defined above).

なお、Rは反応途中で前述のアミノ基又はチオール基の保護基によって一部保護されていてもよい。 R 9 may be partially protected by the aforementioned amino group or thiol protecting group during the reaction.

また、前記親水性反応基のRとして−COOHを導入する場合、該−COOHと前記アミノ基又はチオール基を含むアミン化合物を反応させる工程により前記発光性官能基を導入するためのアミノ基又はチオール基を導入することができる。具体的には、下式(10)で表されるアミン化合物、好ましくは、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブチレンジアミン、2−メルカプトエチルアミン、3−メルカプトプロピルアミン、又は4−メルカプトブチルアミンを−COOHと縮合反応させることにより、導入された親水性反応基の一部をアミノ基又はチオール基とすることができる。 In addition, when -COOH is introduced as R 1 of the hydrophilic reactive group, an amino group for introducing the luminescent functional group in a step of reacting the -COOH with an amine compound containing the amino group or thiol group or Thiol groups can be introduced. Specifically, an amine compound represented by the following formula (10), preferably ethylenediamine, propylenediamine, butylenediamine, 2-mercaptoethylamine, 3-mercaptopropylamine, or 4-mercaptobutylamine is condensed with —COOH. As a result, part of the introduced hydrophilic reactive group can be converted to an amino group or a thiol group.

Figure 2014152248
Figure 2014152248

(式中、R及びnは前記定義と同じ。)。 (Wherein R 9 and n are as defined above).

なお、Rは前記の通り反応途中で一部保護されていてもよい。 R 9 may be partially protected during the reaction as described above.

前記式(2)で表される繰返し単位からなるセグメントは、前記式(9)又は(10)で表される繰り返し単位からなるセグメントのアミノ基又はチオール基と、予めアミノ基又はチオール基を介して結合しうるような官能基が付与された前記発光性官能基を反応させる方法、あるいは前記式(9)又は(10)で表される繰り返し単位からなるセグメントのアミノ基又はチオール基を用いず、具体的にはRとして導入された親水性官能基が−COOHの場合において、該−COOHと予め−COOHを介して結合しうるような官能基、例えば、アミノ基が付与された前記発光性官能基を反応させる方法によっても得ることができる。 The segment consisting of the repeating unit represented by the formula (2) has an amino group or thiol group of the segment consisting of the repeating unit represented by the formula (9) or (10) in advance via an amino group or thiol group. Without reacting the luminescent functional group to which the functional group capable of binding is reacted or the amino group or thiol group of the segment composed of the repeating unit represented by the formula (9) or (10) Specifically, in the case where the hydrophilic functional group introduced as R 1 is —COOH, the above-mentioned light emission to which a functional group that can be bonded to —COOH via —COOH in advance, for example, an amino group is added. It can also be obtained by a method of reacting a functional group.

本発明の水溶性発光標識ポリマーにおける各セグメントの構成比、すなわちx(前記式(1)で表される繰返し単位数):y(前記式(2)で表される繰返し単位数):z(前記式(3)で表される繰返し単位数)は、線状型ポリエチレンイミンの主鎖2級アミンに対し、親水性反応基及び発光性官能基を含む反応基を所望とする割合に合わせて順次に反応させることによって調節することができる。詳細には、例えば、線状型ポリエチレンイミンの主鎖2級アミンに対し、前記化学式(6)で表される親水性官能基を含む直鎖脂肪酸無水物を反応させxを導入した後、前記化学式(9)で表されるアミノ基又はチオール基を含む脂肪酸ハライドを反応させた後、予めアミノ基又はチオール基を介して結合しうるような官能基が付与された前記発光性官能基を反応させyを導入することによってx:y:zの構成比を調節する方法、又は前記化学式(8)で表される親水性官能基を含む脂肪酸ハライドを反応させxを導入した後、前記化学式(9)で表されるアミノ基又はチオール基を含む脂肪酸ハライドを反応させた後、予めアミノ基又はチオール基を介して結合しうるような官能基が付与された前記発光性官能基を反応させyを導入することによってx:y:zの構成比を調節する方法、前記化学式(7)で表される二価カルボン酸の環状無水物を反応させxを導入した後、前記化学式(10)で表されるアミノ基又はチオール基を含むアミン化合物を反応させた後、予めアミノ基又はチオール基を介して結合しうるような官能基が付与された前記発光性官能基を反応させyを導入することによってx:y:zの構成比を調節する方法、又は前記化学式(7)で表される二価カルボン酸の環状無水物を反応させxを導入した後、予め−COOHを介して結合しうるような官能基が付与された前記発光性官能基を反応させyを導入することによってx:y:zの構成比を調節する方法などが挙げられる。   The composition ratio of each segment in the water-soluble luminescent label polymer of the present invention, that is, x (number of repeating units represented by the formula (1)): y (number of repeating units represented by the formula (2)): z ( The number of repeating units represented by the formula (3) is adjusted to a desired ratio of a reactive group containing a hydrophilic reactive group and a light-emitting functional group with respect to the secondary amine of the linear polyethyleneimine. It can be adjusted by reacting sequentially. Specifically, for example, after introducing x by reacting a linear fatty acid anhydride containing a hydrophilic functional group represented by the chemical formula (6) with a secondary amine of a linear polyethyleneimine, After reacting the fatty acid halide containing the amino group or thiol group represented by the chemical formula (9), the light-emitting functional group to which a functional group capable of being bonded via the amino group or thiol group is previously reacted is reacted. Or a method of adjusting the composition ratio of x: y: z by introducing y, or after introducing x by reacting a fatty acid halide containing a hydrophilic functional group represented by the chemical formula (8), After reacting the fatty acid halide containing an amino group or thiol group represented by 9), the luminescent functional group to which a functional group that can be bonded via an amino group or thiol group has been reacted is reacted. Introduce The method of adjusting the composition ratio of x: y: z by the above, after reacting the cyclic anhydride of the divalent carboxylic acid represented by the chemical formula (7) and introducing x, it is represented by the chemical formula (10). After reacting an amine compound containing an amino group or a thiol group, x is introduced by reacting the luminescent functional group to which a functional group that can be bonded in advance through an amino group or a thiol group is reacted to introduce y. : The method of adjusting the composition ratio of y: z, or after reacting the cyclic anhydride of the divalent carboxylic acid represented by the chemical formula (7) and introducing x, it can be bonded in advance via —COOH. Examples include a method of adjusting the composition ratio of x: y: z by reacting the luminescent functional group to which a functional group has been added and introducing y.

本発明の水溶性発光標識ポリマーの前記式(2)で表される繰り返し単位からなるセグメントにおけるa、b及びcの構成比は、アミノ基又はチオール基の一部を保護基で保護した後、残りのアミノ基又はチオール基に発光性官能基を反応させる方法、あるいはアミノ基又はチオール基の全部を脱保護した後、導入したい分子数の発光性官能基を反応させる方法などによって調節することができる。   The constituent ratio of a, b and c in the segment consisting of the repeating unit represented by the formula (2) of the water-soluble luminescent labeling polymer of the present invention is such that a part of the amino group or thiol group is protected with a protecting group, It can be adjusted by a method of reacting the remaining amino group or thiol group with a luminescent functional group, or a method of reacting the luminescent functional group of the number of molecules to be introduced after deprotecting all of the amino group or thiol group. it can.

本発明の水溶性発光標識ポリマーに結合される発光性官能基の数は、発光性有機分子の特性を向上させること及び水中分散安定性が保持されることという観点において、例えば、ポリマー鎖長(DP)=23に対し、2〜17個の範囲が好ましく、2〜8個の範囲がより好ましい。   The number of light-emitting functional groups bonded to the water-soluble light-emitting label polymer of the present invention is, for example, from the viewpoint of improving the characteristics of the light-emitting organic molecules and maintaining the dispersion stability in water, for example, the polymer chain length ( For DP) = 23, a range of 2 to 17 is preferable, and a range of 2 to 8 is more preferable.

本発明の水溶性発光標識ポリマーの化学組成及び発光特性などについては、H−NMRスペクトラム、UV吸収又は蛍光分光測定によって確認することができる。 The chemical composition and emission characteristics of the water-soluble luminescent labeling polymer of the present invention can be confirmed by 1 H-NMR spectrum, UV absorption or fluorescence spectroscopy.

[試薬]
本発明の水溶性発光標識ポリマーは、物質間の相互作用を検出する様々な技術(以下、「センシング技術」という。)における検出試薬として適用可能であり、体内に存在する、又は体内で生成される極微量の生体分子を高感度に検出するための試薬として好ましく使用することができるため、人の健康状態の診断・予測、創薬、その他の分野において、広範囲に活用することができる。センシング技術の検出対象となる生体分子としては、前述の通りゲノムDNA、RNAなどの核酸、タンパク質、ペプチド、糖、脂質などが挙げられる。
[reagent]
The water-soluble luminescent labeled polymer of the present invention can be applied as a detection reagent in various techniques for detecting an interaction between substances (hereinafter referred to as “sensing technique”), and is present in the body or produced in the body. Therefore, it can be used in a wide range of fields such as diagnosis / prediction of human health, drug discovery, and other fields. Examples of biomolecules to be detected by the sensing technique include nucleic acids such as genomic DNA and RNA, proteins, peptides, sugars, and lipids as described above.

具体的には、生体内の核酸を検出する場合、該核酸検出のためのツールとして多数のプローブ核酸を基材に固定したDNAチップが知られているが、生体内から抽出して前記水溶性発光標識ポリマーで標識化した核酸又はその複製物を基材上のプローブ核酸とハイブリダイゼーションさせ、前記水溶性発光標識ポリマー由来の基材上のシグナルを検出することで、生体内の核酸の有無を検出することができる。あるいは、生体内の核酸又はその複製物を非標識のまま基材上のプローブ核酸とハイブリダイゼーションさせた後に化学反応などで核酸に前記水溶性発光標識ポリマーを結合させることにより、前記水溶性発光標識ポリマー由来の基材上のシグナルを検出することができる。   Specifically, when detecting nucleic acid in a living body, a DNA chip having a large number of probe nucleic acids immobilized on a substrate is known as a tool for detecting the nucleic acid. A nucleic acid labeled with a luminescent labeling polymer or a replica thereof is hybridized with a probe nucleic acid on the substrate, and the signal on the substrate derived from the water-soluble luminescent labeled polymer is detected, thereby determining the presence or absence of nucleic acid in the living body. Can be detected. Alternatively, the water-soluble luminescent label is obtained by hybridizing the nucleic acid in vivo or a replica thereof with the probe nucleic acid on the substrate without labeling, and then binding the water-soluble luminescent label polymer to the nucleic acid by a chemical reaction or the like. Signals on the polymer-derived substrate can be detected.

また、生体内のタンパク質を検出する場合も、前記核酸の検出方法と同様の手法で該タンパク質と基材上に固定化されたタンパク質又は核酸との相互作用を利用することにより生体内のタンパク質の有無を検出することができる。   In addition, when detecting a protein in a living body, by utilizing the interaction between the protein and a protein or nucleic acid immobilized on a substrate in the same manner as the method for detecting a nucleic acid, The presence or absence can be detected.

以下、実施例に沿って本発明の特徴を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。また、実施例で用いられる各種化合物については試薬として販売されているものを使用した。   Hereinafter, the features of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples. Moreover, about the various compounds used in the Examples, those sold as reagents were used.

実施例1 水溶性ポリマーの合成
(合成中間体1−1A:OH−PEI)
乾燥アルゴン雰囲気下、アセトニトリル(50mL)の溶媒中、開始剤のメチルパラトシラート(8mmol、1.2mL)とモノマーの2−エチル−2−オキサゾリン(EtOx)(176.8mmol、17.84mL)を加え、カチオン開環重合を行った。恒温槽50℃で7日間反応させた後、室温に冷却し、1M 水酸化ナトリウム・メタノール混合溶媒によって停止反応を行った(停止末端に水酸基(−OH)導入)。水透析により精製後、減圧乾燥にて約7gの重合体を回収した。得られたポリ(2−エチル−2−オキサゾリン)(PEtOx)の重合度と多分散度は、それぞれH−NMRスペクトラムとGPCダイアグラムにより確認した(重合度(DP)=23、多分散度(PDI:Mw/Mn)=1.1、水酸基(−OH)導入率=100%)。
Example 1 Synthesis of water-soluble polymer (Synthetic intermediate 1-1A: OH-PEI)
Under a dry argon atmosphere, initiating methyl paratosylate (8 mmol, 1.2 mL) and monomer 2-ethyl-2-oxazoline (EtOx) (176.8 mmol, 17.84 mL) in a solvent of acetonitrile (50 mL). In addition, cationic ring-opening polymerization was performed. After reacting for 7 days in a thermostatic bath at 50 ° C., the mixture was cooled to room temperature and subjected to termination reaction with 1M sodium hydroxide / methanol mixed solvent (introduction of hydroxyl group (—OH) to the termination end). After purification by water dialysis, about 7 g of polymer was recovered by drying under reduced pressure. The degree of polymerization and polydispersity of the obtained poly (2-ethyl-2-oxazoline) (PEtOx) were confirmed by 1 H-NMR spectrum and GPC diagram, respectively (polymerization degree (DP) = 23, polydispersity ( PDI: Mw / Mn) = 1.1, hydroxyl group (—OH) introduction rate = 100%).

側鎖分解反応によって線状型ポリエチレンイミン(PEI)を得るため、PEtOx(3g)を37%塩酸(30mL)と水(24mL)の混合溶媒に溶解させ、約110℃で24時間還流させた。反応溶液が完全に透明になるまで水酸化ナトリウムペレットを投入しながら、pH9〜10に調整した後、水透析、凍結乾燥にて1.2gのPEIを回収した。得られた重合体についてH−NMRで測定した結果、PEtOxの骨格及び側鎖の水素由来のピークは全て消えており、PEI骨格のエチレンイミン(−NHCHCH−)のメチレン水素由来のピークが3.2〜3.4ppm付近に存在することから、側鎖分解反応が定量的に行われたことを確認した。 In order to obtain linear polyethyleneimine (PEI) by side chain decomposition reaction, PEtOx (3 g) was dissolved in a mixed solvent of 37% hydrochloric acid (30 mL) and water (24 mL) and refluxed at about 110 ° C. for 24 hours. While adjusting the pH to 9-10 while adding sodium hydroxide pellets until the reaction solution became completely transparent, 1.2 g of PEI was recovered by water dialysis and lyophilization. As a result of 1 H-NMR measurement of the obtained polymer, the PEtOx skeleton and side chain hydrogen-derived peaks were all disappeared, and the PEI skeleton ethyleneimine (-NHCH 2 CH 2- ) derived from methylene hydrogen Since the peak exists in the vicinity of 3.2 to 3.4 ppm, it was confirmed that the side chain decomposition reaction was quantitatively performed.

合成中間体1−1Aと同様の合成操作によって得られた鎖長の異なるOH−PEI(合成中間体1−1B、1−1C、1−1D)の合成条件及び組成は以下に示す通りであった。   The synthesis conditions and composition of OH-PEI (Synthetic Intermediates 1-1B, 1-1C, 1-1D) having different chain lengths obtained by the same synthetic operation as that of Synthetic Intermediate 1-1A were as shown below. It was.

(合成中間体1−1B:OH−PEI)
仕込み量:アセトニトリル(30mL)、メチルパラトシラート(2mmol、0.3mL)、EtOx(88.4mmol、8.92mL)、収量:8g、重合度(DP)=43、多分散度(PDI:Mw/Mn)=1.1、水酸基(−OH)導入率=100%)。
(Synthetic intermediate 1-1B: OH-PEI)
Charge amount: acetonitrile (30 mL), methyl paratosylate (2 mmol, 0.3 mL), EtOx (88.4 mmol, 8.92 mL), yield: 8 g, degree of polymerization (DP) = 43, polydispersity (PDI: Mw) /Mn)=1.1, hydroxyl group (—OH) introduction rate = 100%).

(合成中間体1−1C:OH−PEI)
仕込み量:アセトニトリル(30mL)、メチルパラトシラート(1mmol、0.15mL)、EtOx(88.4mmol、8.92mL)、収量:8g、重合度(DP)=93、多分散度(PDI:Mw/Mn)=1.1、水酸基(−OH)導入率=100%)。
(Synthetic intermediate 1-1C: OH-PEI)
Charge amount: acetonitrile (30 mL), methyl paratosylate (1 mmol, 0.15 mL), EtOx (88.4 mmol, 8.92 mL), yield: 8 g, degree of polymerization (DP) = 93, polydispersity (PDI: Mw) /Mn)=1.1, hydroxyl group (—OH) introduction rate = 100%).

(合成中間体1−1D:OH−PEI)
仕込み量:アセトニトリル(36mL)、メチルパラトシラート(0.3mmol、0.045mL)、EtOx(96mmol、9.7mL)、収量:7g、重合度(DP)=302、多分散度(PDI:Mw/Mn)=1.1、水酸基(−OH)導入率=100%)。
(Synthetic intermediate 1-1D: OH-PEI)
Charge amount: acetonitrile (36 mL), methyl paratosylate (0.3 mmol, 0.045 mL), EtOx (96 mmol, 9.7 mL), yield: 7 g, degree of polymerization (DP) = 302, polydispersity (PDI: Mw) /Mn)=1.1, hydroxyl group (—OH) introduction rate = 100%).

(合成中間体1−2:NH−PEI)
乾燥アルゴン雰囲気下、アセトニトリル(50mL)の溶媒中、開始剤のメチルパラトシラート(8mmol、1.2mL)とモノマーの2−エチル−2−オキサゾリン(EtOx)(176.8mmol、17.84mL)を加え、カチオン開環重合を行った。恒温槽50℃で7日間反応させた後、停止剤として4−(N−Boc−アミノ)ピペリジン(16mmol、3.2g)を投入した後、恒温槽50℃で1日間停止反応を行った。水透析により精製後、減圧乾燥にて7gの重合体を回収した。得られた重合体(PEtOx)の重合度及び停止末端へのN−Boc−アミノ基の導入率は、H−NMRスペクトラムにより確認された(重合度(DP)=23、多分散度(PDI:Mw/Mn)=1.1、導入率=100%)。
(Synthetic intermediate 1-2: NH 2 -PEI)
Under a dry argon atmosphere, initiating methyl paratosylate (8 mmol, 1.2 mL) and monomer 2-ethyl-2-oxazoline (EtOx) (176.8 mmol, 17.84 mL) in a solvent of acetonitrile (50 mL). In addition, cationic ring-opening polymerization was performed. After reacting for 7 days in a thermostatic bath at 50 ° C., 4- (N-Boc-amino) piperidine (16 mmol, 3.2 g) was added as a terminator, and then the reaction was stopped in a thermostatic bath at 50 ° C. for 1 day. After purification by water dialysis, 7 g of polymer was recovered by drying under reduced pressure. The polymerization degree of the obtained polymer (PEtOx) and the introduction rate of N-Boc-amino group at the terminal end were confirmed by 1 H-NMR spectrum (polymerization degree (DP) = 23, polydispersity (PDI : Mw / Mn) = 1.1, introduction rate = 100%).

停止末端Bocの脱保護反応によって、一級アミノ基(−NH)を導入すると同時に、側鎖分解反応によって線状型PEIを得るため、PEtOx(7g)を37%塩酸(70mL)と水(56mL)の混合溶媒に溶解させ、約110℃で24時間還流させた。反応溶液が完全に透明になるまで水酸化ナトリウムペレットを投入しながら、pH9〜10に調整した後、水透析、凍結乾燥にて2.5gの重合体を回収した。得られた重合体のH−NMR測定を行ったところ、PEtOxの骨格及び側鎖のエチル水素由来のピークは全て消えており、PEI骨格のエチレンイミン(−NHCHCH−)のメチレン水素由来のピークが3.2〜3.4ppm付近に存在すること及びPEtOx停止末端のN−Boc保護基のメチル水素に由来するピークが完全に消えたことから、側鎖分解反応が定量的に行われたことを確認した。 In order to obtain a linear PEI by side chain decomposition reaction while introducing a primary amino group (—NH 2 ) by deprotection reaction of the terminal end Boc, PEtOx (7 g) was added with 37% hydrochloric acid (70 mL) and water (56 mL). ) And refluxed at about 110 ° C. for 24 hours. While adjusting the pH to 9-10 while adding sodium hydroxide pellets until the reaction solution became completely transparent, 2.5 g of polymer was recovered by water dialysis and freeze-drying. When 1 H-NMR measurement of the obtained polymer was performed, the PEtOx skeleton and the side chain ethylhydrogen-derived peaks were all gone, and the methylene hydrogen of the PEI skeleton ethyleneimine (—NHCH 2 CH 2 —). Since the peak derived from 3.2 to 3.4 ppm is present and the peak derived from the methyl hydrogen of the N-Boc protecting group at the end of PEtOx disappeared completely, the side chain decomposition reaction was quantitatively performed. I confirmed it.

(合成中間体1−3:Biotin−PEI)
停止末端に一級アミノ基を導入したPEI(合成中間体1−2)(0.18mmol、180mg)の0.1M NaHCO(15mL)/DMSO(25mL)混合溶媒中に、Biotin−NHS(0.89mmol、305mg)を入れて、室温で攪拌しながら24時間反応させた後、エタノール透析、水透析を順次に行った。透析後に凍結乾燥にて、末端にビオチニル基を導入したBiotin−PEI(収量:146mg)を回収した。得られたポリマーの末端ビオチニル基の導入率は、H−NMRスペクトラムのエチレンイミン骨格(−NHCHCH−)のメチレン水素とアミド結合部位のメチレン水素から算出できた(ビオチニル基の導入率は100%)。
(Synthetic intermediate 1-3: Biotin-PEI)
In a mixed solvent of PEI (Synthetic intermediate 1-2) (0.18 mmol, 180 mg) having a primary amino group introduced at the terminal end in 0.1 M NaHCO 3 (15 mL) / DMSO (25 mL), Biotin-NHS (0. 89 mmol, 305 mg) was added and reacted at room temperature with stirring for 24 hours, followed by ethanol dialysis and water dialysis sequentially. Biotin-PEI (yield: 146 mg) having a biotinyl group introduced at the end was recovered by lyophilization after dialysis. The introduction rate of the terminal biotinyl group of the obtained polymer was calculated from the methylene hydrogen of the ethyleneimine skeleton (—NHCH 2 CH 2 —) of the 1 H-NMR spectrum and the methylene hydrogen of the amide bond site (the introduction rate of the biotinyl group). Is 100%).

(合成中間体1−4:Boc−NH−PEG−b−PEI)
停止末端に一級アミノ基を導入したPEI(合成中間体1−2)(0.45mmol、513.7mg)を超純水(7mL)に溶解させた。また、両末端にBoc保護された一級アミノ基及び活性エステル基をあわせ持つポリエチレングリコール(Boc−NH−PEG103−NHS)(日本油脂株式会社製、BO−050TS、MW=4522)(0.45mmol、2.12g)を超純水(8mL)に入れて溶解させた。次いで、両方のポリマー水溶液を混合させ、室温で攪拌しながら48時間反応させた後、水透析及びイオン交換クロマトグラフィー精製を順次に行った。その後、凍結乾燥にて停止末端にPEGスペーサーを介する保護された一級アミノ基を導入したBoc−NH−PEG−PEI(収量:1g)を回収した。重合体のH−NMR測定を行ったところ、PEG骨格のエチレンオキシド(−OCHCH−)のメチレン水素由来のピーク(b)が3.5〜3.7ppm付近に存在すること、PEI骨格のエチレンイミン(−NHCHCH−)のメチレン水素由来のピーク(a)が2.6〜2.7ppm付近に存在すること及びPEG停止末端のBoc保護基のメチル水素に由来するピーク(c)が1.4ppm付近に存在することから、停止末端にPEGスペーサーを介するBoc保護一級アミノ基を持つBoc−NH−PEG(103)−b−PEI(23)が得られたことを確認した(図2)。また、精製後のポリマー純度(96%)については、水系GPC(東ソー株式会社製の高速GPCシステム“HLC−8320GPC EcoSEC”、TSKgel G3000PWXL−CP、TSK guard column)測定によって確認された(図3)。
(Synthetic intermediate 1-4: Boc-NH-PEG-b-PEI)
PEI (Synthetic intermediate 1-2) (0.45 mmol, 513.7 mg) in which a primary amino group was introduced at the terminal end was dissolved in ultrapure water (7 mL). Further, polyethylene glycol (Boc-NH-PEG 103 -NHS) having a Boc-protected primary amino group and an active ester group at both ends (manufactured by NOF Corporation, BO-050TS, MW = 4522) (0.45 mmol) 2.12 g) was dissolved in ultrapure water (8 mL). Subsequently, both aqueous polymer solutions were mixed and reacted at room temperature with stirring for 48 hours, followed by sequential water dialysis and ion exchange chromatography purification. Thereafter, Boc-NH-PEG-PEI (yield: 1 g) having a protected primary amino group introduced via a PEG spacer at the terminal end was lyophilized. When 1 H-NMR measurement of the polymer was performed, the peak (b) derived from methylene hydrogen of the ethylene oxide (—OCH 2 CH 2 —) of the PEG skeleton was present in the vicinity of 3.5 to 3.7 ppm, the PEI skeleton The peak (a) derived from methylene hydrogen of ethyleneimine (—NHCH 2 CH 2 —) in the vicinity of 2.6 to 2.7 ppm and the peak derived from methyl hydrogen of the Boc protecting group at the PEG termination end (c ) In the vicinity of 1.4 ppm, it was confirmed that Boc-NH-PEG (103) -b-PEI (23) having a Boc-protected primary amino group via a PEG spacer at the terminal end was obtained ( Figure 2). Further, the polymer purity (96%) after purification was confirmed by measurement with aqueous GPC (high-speed GPC system “HLC-8320GPC EcoSEC” manufactured by Tosoh Corporation, TSKgel G3000PWXL-CP, TSK guard column) (FIG. 3). .

(合成中間体1−5A:Biotin−PEG−b−PEI)
停止末端に一級アミノ基を導入したPEI(合成中間体1−2)(0.03mmol、120mg)を超純水(1mL)に溶解させた。また、両末端にビオチニル基及び活性エステル基をあわせ持つポリエチレングリコール(Biotin−PEG103−NHS)(日本油脂株式会社製、BI−050TS、MW=5003)(0.02mmol、100mg)を超純水(1mL)に入れて溶解させた。次いで、両方のポリマー水溶液を混合させ、室温で攪拌しながら48時間反応させた後、水透析及びイオン交換クロマトグラフィー精製を順次に行った。その後、凍結乾燥にて片末端にPEGスペーサーを介するビオチニル基を導入したBiotin−PEG−b−PEI(収量:200mg)を回収した。重合体のH−NMR測定を行ったところ、PEG骨格のエチレンオキシド(−OCHCH−)のメチレン水素由来のピークが3.5〜3.7ppm付近に存在すること、PEI骨格のエチレンイミン(−NHCHCH−)のメチレン水素由来のピークが2.6〜2.7ppm付近に存在すること及びビオチニル基の水素に由来するピークが4.6ppmに存在することから、停止末端にPEGスペーサーを介するビオチニル基を導入したBiotin−PEG(103)−b−PEI(23)が得られたことを確認した。また、精製後のポリマー純度又はビオチニル基の導入率(100%)については、水系GPC(東ソー株式会社製の高速GPCシステム“HLC−8320GPC EcoSEC”、TSKgel G3000PWXL−CP、TSK guard column)測定によって確認された(図4)。
(Synthetic intermediate 1-5A: Biotin-PEG-b-PEI)
PEI (Synthetic intermediate 1-2) (0.03 mmol, 120 mg) in which a primary amino group was introduced at the terminal end was dissolved in ultrapure water (1 mL). In addition, polyethylene glycol (Biotin-PEG 103 -NHS) having a biotinyl group and an active ester group at both ends (manufactured by NOF Corporation, BI-050TS, MW = 5003) (0.02 mmol, 100 mg) is ultrapure water. (1 mL) was dissolved. Subsequently, both aqueous polymer solutions were mixed and reacted at room temperature with stirring for 48 hours, followed by sequential water dialysis and ion exchange chromatography purification. Then, Biotin-PEG-b-PEI (yield: 200 mg) into which a biotinyl group via a PEG spacer was introduced at one end was recovered by lyophilization. As a result of 1 H-NMR measurement of the polymer, a peak derived from methylene hydrogen of ethylene oxide (—OCH 2 CH 2 —) of the PEG skeleton was present in the vicinity of 3.5 to 3.7 ppm, ethylene imine of the PEI skeleton. Since the peak derived from methylene hydrogen of (—NHCH 2 CH 2 —) is present in the vicinity of 2.6 to 2.7 ppm and the peak derived from hydrogen of the biotinyl group is present at 4.6 ppm, PEG is present at the terminal end. It was confirmed that Biotin-PEG (103) -b-PEI (23) into which a biotinyl group via a spacer was introduced was obtained. In addition, the purity of the polymer after purification or the introduction rate of biotinyl group (100%) is confirmed by measurement with aqueous GPC (high-speed GPC system “HLC-8320GPC EcoSEC” manufactured by Tosoh Corporation, TSKgel G3000PWXL-CP, TSK guard column). (FIG. 4).

(合成中間体1−5B:Biotin−PEG−b−PEI)
停止末端にPEGスペーサーを介するBoc保護一級アミノ基を持つBoc−NH−PEG(103)−b−PEI(23)(合成中間体1−4)(0.078mmol、300mg)を超純水(12mL)に溶解させた後、35%塩酸(3mL)を投入し、1時間Bocの脱保護反応を行った。H−NMR測定によって、PEGスペーサーを介するBoc保護基のメチル水素に由来するピークが完全に消えたことから、フリーの一級アミノ基が100%導入されたNH−PEG−b−PEIが得られたことを確認した。次いで、NH−PEG−b−PEI(300mg)の0.1M NaHCO(1mL)水溶液に、両末端にビオチニル基及び活性エステル基をあわせ持つポリエチレングリコール(Biotin−PEO−NHS)(MW=588.67)(0.27mmol、157.7mg)を入れて24時間反応させた。その後、水透析、凍結乾燥にて停止末端にPEGスペーサーを介するビオチニル基を導入したBiotin−PEG−b−PEI(収量:351mg)を回収した。重合体のH−NMR測定を行ったところ、PEG骨格のエチレンオキシド(−OCHCH−)のメチレン水素由来のピーク(b)が3.6〜3.8ppm付近に存在すること、PEI骨格のエチレンイミン(−NHCHCH−)のメチレン水素由来のピーク(a)が2.9〜3.1ppm付近に存在すること、アミド結合のメチレン水素に由来するピーク(c)が2.3ppmに存在すること及びビオチニル基の水素に由来するピーク(d)が4.6ppmに存在することから、停止末端にPEGスペーサーを介するビオチニル基を導入したBiotin−PEG(103)−b−PEI(23)が得られたことを確認した(図5)。また、ピーク(c)、(d)を基準にしたビオチニル基の導入率は、97%であった。
(Synthetic intermediate 1-5B: Biotin-PEG-b-PEI)
Boc-NH-PEG (103) -b-PEI (23) (Synthetic Intermediate 1-4) (0.078 mmol, 300 mg) having a Boc-protected primary amino group via a PEG spacer at the terminating end was added to ultrapure water (12 mL). ), 35% hydrochloric acid (3 mL) was added, and Boc deprotection reaction was performed for 1 hour. Since the peak derived from methyl hydrogen of the Boc protecting group via the PEG spacer disappeared completely by 1 H-NMR measurement, NH 2 -PEG-b-PEI into which 100% of the free primary amino group was introduced was obtained. I confirmed. Next, in a 0.1 M NaHCO 3 (1 mL) aqueous solution of NH 2 -PEG-b-PEI (300 mg), polyethylene glycol having both a biotinyl group and an active ester group at both ends (Biotin-PEO 4 -NHS) (MW = 588.67) (0.27 mmol, 157.7 mg) was added and allowed to react for 24 hours. Thereafter, Biotin-PEG-b-PEI (yield: 351 mg) into which a biotinyl group via a PEG spacer was introduced at the stop end was recovered by water dialysis and freeze-drying. When 1 H-NMR measurement of the polymer was performed, it was found that the peak (b) derived from methylene hydrogen of the ethylene oxide (—OCH 2 CH 2 —) of the PEG skeleton was present in the vicinity of 3.6 to 3.8 ppm, the PEI skeleton The peak (a) derived from methylene hydrogen of ethyleneimine (—NHCH 2 CH 2 —) in 2.9 to 3.1 ppm is present, and the peak (c) derived from methylene hydrogen of an amide bond is 2.3 ppm. And biotin-PEG (103) -b-PEI (23 having a biotinyl group introduced through a PEG spacer at the terminal end, since a peak (d) derived from hydrogen of the biotinyl group is present at 4.6 ppm. ) Was obtained (FIG. 5). The introduction rate of the biotinyl group based on the peaks (c) and (d) was 97%.

(合成中間体1−6:Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH:EI])
停止末端にPEGスペーサーを介するBoc保護一級アミノ基を持つBoc−NH−PEG(103)−b−PEI(23)(合成中間体1−4)(500mg)の水溶液(6.2mL)中に無水コハク酸(626mg)のアセト二トリル(4.7mL)溶液とピリジン(0.337mL)を入れて、室温で攪拌しながら24時間反応させた後、エタノール透析、水透析を順次に行った。透析後に凍結乾燥にて側鎖にカルボキシル基が導入されたBoc−NH−PEG−b−PEI[COOH:EI](624mg)を得た。得られたポリマーの各構成成分は、H−NMRスペクトラムのエチレンイミン骨格(−NHCHCH−)とエチレングリコール骨格(−OCHCH−)に由来するメチレン水素(b,a)、エチレンイミン側鎖のカルボキシル基に由来するメチレン水素(d)及びBoc保護基に由来するメチル水素(c)からそれぞれ帰属できた(図6、H−NMRスペクトラムから側鎖のカルボキシル基の導入率は78%、Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(18):EI(5)])。
(Synthetic intermediate 1-6: Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH: EI])
Anhydrous Boc-NH-PEG (103) -b-PEI (23) (Synthetic Intermediate 1-4) (500 mg) in aqueous solution (6.2 mL) having a Boc protected primary amino group via a PEG spacer at the terminating end A solution of succinic acid (626 mg) in acetonitrile (4.7 mL) and pyridine (0.337 mL) were added and reacted at room temperature with stirring for 24 hours, followed by ethanol dialysis and water dialysis sequentially. After dialysis, Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH: EI] (624 mg) in which a carboxyl group was introduced into the side chain was obtained by lyophilization. Each component of the obtained polymer is methylene hydrogen (b, a) derived from an ethyleneimine skeleton (—NHCH 2 CH 2 —) and an ethylene glycol skeleton (—OCH 2 CH 2 —) of 1 H-NMR spectrum, Methylene hydrogen (d) derived from the carboxyl group of the ethyleneimine side chain and methyl hydrogen (c) derived from the Boc protecting group could be assigned respectively (FIG. 6, introduction rate of side chain carboxyl group from 1 H-NMR spectrum. 78%, Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (18): EI (5)]).

(合成中間体1−7A:Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI])
停止末端にPEGスペーサーを介するビオチニル基を持つBiotin−PEG(103)−b−PEI(23)(合成中間体1−5B)(100mg)の水(150μL)/アセトニトリル(1mL)混合溶媒中に無水コハク酸(18.4mg)/アセトニトリル(25μL)、ピリジン(59.4μL)を入れて、室温で攪拌しながら24時間反応させた後、エタノール透析、水透析を順次に行った。透析後に凍結乾燥にて側鎖にカルボキシル基が導入されたBiotin−PEG−b−PEI[COOH:EI])(94mg)を得た。得られたポリマーの各構成成分は、H−NMRスペクトラムのエチレンイミン骨格(−NHCHCH−)とエチレングリコール骨格(−OCHCH−)に由来するメチレン水素(b,a)、側鎖のカルボキシル基のメチレン水素(e)、アミド結合のメチレン水素(c)及びビオチニル基の水素(d)からそれぞれ帰属できた(図7A、H−NMRスペクトラムから側鎖のカルボキシル基の導入率は73%、PEI骨格の2級アミンユニット数23個中、9個に相当)(Biotin−PEG−b−PEI[COOH(9):EI(14)])。
(Synthetic intermediate 1-7A: Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI])
Biotin-PEG (103) -b-PEI (23) (Synthetic intermediate 1-5B) (100 mg) having biotinyl group via a PEG spacer at the terminal end in water (150 μL) / acetonitrile (1 mL) in anhydrous solvent Succinic acid (18.4 mg) / acetonitrile (25 μL) and pyridine (59.4 μL) were added and reacted at room temperature with stirring for 24 hours, followed by ethanol dialysis and water dialysis sequentially. Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI]) (94 mg) in which a carboxyl group was introduced into the side chain was obtained by lyophilization after dialysis. Each component of the obtained polymer is methylene hydrogen (b, a) derived from an ethyleneimine skeleton (—NHCH 2 CH 2 —) and an ethylene glycol skeleton (—OCH 2 CH 2 —) of 1 H-NMR spectrum, Methylene hydrogen (e) in the side chain carboxyl group, methylene hydrogen (c) in the amide bond and hydrogen (d) in the biotinyl group could be assigned respectively (FIG. 7A, introduction of side chain carboxyl group from 1 H-NMR spectrum) The rate is 73%, corresponding to 9 out of 23 secondary amine units in the PEI skeleton) (Biotin-PEG-b-PEI [COOH (9): EI (14)]).

(合成中間体1−7B:Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI])
停止末端にPEGスペーサーを介するビオチニル基を持つBiotin−PEG(103)−b−PEI(23)(合成中間体1−5B)(100mg)の水(20μL)/アセトニトリル(1mL)混合溶媒中に無水コハク酸(12.3mg)/アセトニトリル(10μL)、ピリジン(59.4μL)を入れて、室温で攪拌しながら24時間反応させた後、エタノール透析、水透析を順次に行った。透析後に凍結乾燥にて側鎖にカルボキシル基が導入されたBiotin−PEG−b−PEI[COOH:EI])(46mg)を得た。得られたポリマーの各構成成分は、H−NMRスペクトラムのエチレンイミン骨格(−NHCHCH−)とエチレングリコール骨格(−OCHCH−)に由来するメチレン水素(b,a)、側鎖のカルボキシル基のメチレン水素(e)、アミド結合のメチレン水素(c)及びビオチニル基の水素(d)からそれぞれ帰属できた(図7B、H−NMRスペクトラムから側鎖のカルボキシル基の導入率は88%、PEI骨格の2級アミンユニット数23個中、7個に相当)(Biotin−PEG−b−PEI[COOH(7):EI(16)])。
(Synthetic intermediate 1-7B: Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI])
Biotin-PEG (103) -b-PEI (23) (Synthetic intermediate 1-5B) (100 mg) having biotinyl group via a PEG spacer at the terminal end is anhydrous in a mixed solvent of water (20 μL) / acetonitrile (1 mL) Succinic acid (12.3 mg) / acetonitrile (10 μL) and pyridine (59.4 μL) were added and reacted at room temperature with stirring for 24 hours, followed by ethanol dialysis and water dialysis sequentially. Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI]) (46 mg) in which a carboxyl group was introduced into the side chain was obtained by lyophilization after dialysis. Each component of the obtained polymer is methylene hydrogen (b, a) derived from an ethyleneimine skeleton (—NHCH 2 CH 2 —) and an ethylene glycol skeleton (—OCH 2 CH 2 —) of 1 H-NMR spectrum, Methylene hydrogen (e) of the side chain carboxyl group, methylene hydrogen (c) of the amide bond and hydrogen (d) of the biotinyl group could be assigned respectively (FIG. 7B, introduction of side chain carboxyl group from 1 H-NMR spectrum. The rate is 88%, corresponding to 7 out of 23 secondary amine units of the PEI skeleton) (Biotin-PEG-b-PEI [COOH (7): EI (16)]).

(合成中間体1−7C:Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI])
停止末端にPEGスペーサーを介するビオチニル基を持つBiotin−PEG(103)−b−PEI(23)(合成中間体1−5B)(100mg)の水(20μL)/アセトニトリル(1mL)混合溶媒中に無水コハク酸(4.1mg)/アセトニトリル(3μL)、ピリジン(59.4μL)を入れて、室温で攪拌しながら24時間反応させた後、エタノール透析、水透析を順次に行った。透析後に凍結乾燥にて側鎖にカルボキシル基が導入されたBiotin−PEG−b−PEI[COOH:EI])(54mg)を得た。得られたポリマーの各構成成分は、H−NMRスペクトラムのエチレンイミン骨格(−NHCHCH−)とエチレングリコール骨格(−OCHCH−)に由来するメチレン水素(b,a)、側鎖のカルボキシル基のメチレン水素(e)、アミド結合のメチレン水素(c)及びビオチニル基の水素(d)からそれぞれ帰属できた(図7C、H−NMRスペクトラムから側鎖のカルボキシル基の導入率は85%、PEI骨格の2級アミンユニット数23個中、2個に相当)(Biotin−PEG−b−PEI[COOH(3):EI(20)])。
(Synthetic intermediate 1-7C: Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI])
Biotin-PEG (103) -b-PEI (23) (Synthetic intermediate 1-5B) (100 mg) having biotinyl group via a PEG spacer at the terminal end is anhydrous in a mixed solvent of water (20 μL) / acetonitrile (1 mL) Succinic acid (4.1 mg) / acetonitrile (3 μL) and pyridine (59.4 μL) were added and reacted at room temperature for 24 hours, followed by ethanol dialysis and water dialysis sequentially. Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI]) (54 mg) in which a carboxyl group was introduced into the side chain was obtained by lyophilization after dialysis. Each component of the obtained polymer is methylene hydrogen (b, a) derived from an ethyleneimine skeleton (—NHCH 2 CH 2 —) and an ethylene glycol skeleton (—OCH 2 CH 2 —) of 1 H-NMR spectrum, Methylene hydrogen (e) of the side chain carboxyl group, methylene hydrogen (c) of the amide bond and hydrogen (d) of the biotinyl group could be assigned respectively (FIG. 7C, introduction of side chain carboxyl group from 1 H-NMR spectrum) The rate is 85%, corresponding to 2 out of 23 secondary amine units of the PEI skeleton) (Biotin-PEG-b-PEI [COOH (3): EI (20)]).

(合成中間体1−8:Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH:EI:SH])
Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(18):EI(5)](合成中間体1−6)
(50mg)の水溶液(0.5mL)に、保護チオール誘導体の2−(2−ピリジルジチオ)エチルアミン塩酸塩(CASSPy)(0.165mmol、12.7mg)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDAC)(0.165mmol、31.6mg)を投入し、室温で12時間反応させた後、水透析、凍結乾燥にてポリマー55mgを回収した。H−NMRスペクトラムの積分値比により計算した水溶性ポリマーの各セグメントの構成比は、Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(5):CASSPy(17)]であることを確認した(図8)。その後、ポリマー側鎖CASSPyの脱保護反応を行った結果、CASSPy保護基の2−ピリジル基の水素に由来するピーク(b〜e、7.0〜8.5ppm)が完全に消えたことから、Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(5):SH(17)]が得られたことを確認した。
(Synthetic intermediate 1-8: Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH: EI: SH])
Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (18): EI (5)] (Synthetic Intermediate 1-6)
(50 mg) in aqueous solution (0.5 mL) was added to the protected thiol derivative 2- (2-pyridyldithio) ethylamine hydrochloride (CASSPy) (0.165 mmol, 12.7 mg), 1-ethyl-3- (3-dimethyl). Aminopropyl) carbodiimide (EDAC) (0.165 mmol, 31.6 mg) was added and reacted at room temperature for 12 hours, and then 55 mg of polymer was recovered by water dialysis and lyophilization. The composition ratio of each segment of the water-soluble polymer calculated by the integral value ratio of the 1 H-NMR spectrum is Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (5): CASSPy (17)]. This was confirmed (FIG. 8). Then, as a result of performing deprotection reaction of the polymer side chain CASSPy, the peak (be, 7.0 to 8.5 ppm) derived from hydrogen of the 2-pyridyl group of the CASSPy protecting group completely disappeared. It was confirmed that Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (5): SH (17)] was obtained.

(合成中間体1−9:Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH:EI:NH])
Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(18):EI(5)](合成中間体1−6)
(50mg)の水溶液(0.5mL)に、エチレンジアミン(0.03mmol、1.8mg)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDAC)(0.15mmol、28.8mg)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、凍結乾燥にてポリマー50mgを回収した。H−NMRスペクトラムの積分値比により計算した水溶性ポリマーの各セグメントの構成比は、Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(16):EI(5):NH(2)]であることを確認した。
(Synthesis Intermediate 1-9: Boc-NH-PEG- b-PEI [COOH: EI: NH 2])
Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (18): EI (5)] (Synthetic Intermediate 1-6)
(50 mg) in aqueous solution (0.5 mL) was added ethylenediamine (0.03 mmol, 1.8 mg), 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDAC) (0.15 mmol, 28.8 mg). The mixture was allowed to react at room temperature for 24 hours, and 50 mg of polymer was recovered by water dialysis and freeze-drying. The composition ratio of each segment of the water-soluble polymer calculated by the integral value ratio of the 1 H-NMR spectrum is Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (16): EI (5): NH 2 (2)]. I confirmed that there was.

(合成中間体1−10A:Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:NH])
Biotin−PEG−b−PEI[COOH(9):EI(14)](合成中間体1−7A)(94mg)の水溶液(5mL)に、N−(tert−ブトキシカルボニル)−1,2−ジアミノエタン(NH−Boc)(1.04mmol、166.6mg)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDAC)(1.04mmol、199.4mg)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、凍結乾燥にてポリマー90mgを回収した。得られたポリマーの各構成成分は、H−NMRスペクトラムのエチレンイミン骨格(−NHCHCH−)とエチレングリコール骨格(−OCHCH−)に由来するメチレン水素(b,a)、側鎖のカルボキシル基のメチレン水素(e)、アミド結合のメチレン水素(c)及びBoc基の水素(f)からそれぞれ帰属できた。また、(c)と(f)の積分値比により計算した水溶性ポリマーの各セグメントの構成比は、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH−Boc(8)]であることを確認した(図9A)。その後、ポリマー側鎖Bocの脱保護反応を行った結果、Boc保護基のメチル水素に由来するピーク(f、1.4ppm)が完全に消えたことから、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH(8)]が得られたことを確認した。
(Synthesis intermediate 1-10A: Biotin-PEG-b- PEI [COOH: EI: NH 2])
Biotin-PEG-b-PEI [COOH (9): EI (14)] (Synthetic intermediate 1-7A) (94 mg) in aqueous solution (5 mL) was added N- (tert-butoxycarbonyl) -1,2-diamino. Ethane (NH-Boc) (1.04 mmol, 166.6 mg) and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDAC) (1.04 mmol, 199.4 mg) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. After the reaction, 90 mg of the polymer was recovered by water dialysis and lyophilization. Each component of the obtained polymer is methylene hydrogen (b, a) derived from an ethyleneimine skeleton (—NHCH 2 CH 2 —) and an ethylene glycol skeleton (—OCH 2 CH 2 —) of 1 H-NMR spectrum, It could be attributed from methylene hydrogen (e) of the side chain carboxyl group, methylene hydrogen (c) of the amide bond and hydrogen (f) of the Boc group, respectively. The composition ratio of each segment of the water-soluble polymer calculated by the integral value ratio of (c) and (f) is Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): NH-Boc (8 ]] (FIG. 9A). Thereafter, as a result of deprotection reaction of the polymer side chain Boc, the peak (f, 1.4 ppm) derived from methyl hydrogen of the Boc protecting group disappeared completely, and thus Biotin-PEG-b-PEI [COOH (COOH ( 1): EI (14): NH 2 (8)] was confirmed to be obtained.

(合成中間体1−10B:Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:NH])
Biotin−PEG−b−PEI[COOH(7):EI(16)](合成中間体1−7B)(30mg)の水溶液(2mL)に、N−(tert−ブトキシカルボニル)−1,2−ジアミノエタン(NH−Boc)(0.165mmol、26.4mg)、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDAC)(0.165mmol、31.6mg)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、凍結乾燥にてポリマー44.6mgを回収した。合成中間体1−10Aと同様に、H−NMRスペクトラムの積分値比により計算した水溶性ポリマーの各セグメントの構成比は、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(4):EI(16):NH−Boc(3)]であることを確認した(図9B)。その後、ポリマー側鎖Bocの脱保護反応を行った結果、Boc保護基のメチル水素に由来するピーク(f、1.4ppm)が完全に消えたことから、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(3):EI(16):NH(4)]が得られたことを確認した。
(Synthesis intermediate 1-10B: Biotin-PEG-b- PEI [COOH: EI: NH 2])
Biotin-PEG-b-PEI [COOH (7): EI (16)] (Synthetic intermediate 1-7B) (30 mg) in aqueous solution (2 mL) was added N- (tert-butoxycarbonyl) -1,2-diamino. Ethane (NH-Boc) (0.165 mmol, 26.4 mg) and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDAC) (0.165 mmol, 31.6 mg) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. After the reaction, 44.6 mg of polymer was recovered by water dialysis and lyophilization. As with the synthetic intermediate 1-10A, the composition ratio of each segment of the water-soluble polymer calculated by the integral value ratio of the 1 H-NMR spectrum is Biotin-PEG-b-PEI [COOH (4): EI (16) : NH-Boc (3)] (FIG. 9B). Thereafter, as a result of deprotection reaction of the polymer side chain Boc, the peak (f, 1.4 ppm) derived from methyl hydrogen of the Boc protecting group disappeared completely, and thus Biotin-PEG-b-PEI [COOH (COOH ( 3): EI (16): NH 2 (4)] was confirmed to be obtained.

(合成中間体1−10C:Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:NH])
Biotin−PEG−b−PEI[COOH(2):EI(21)](合成中間体1−7C)(55mg)の水溶液(3mL)に、N−(tert−ブトキシカルボニル)−1,2−ジアミノエタン(NH−Boc)(0.187mmol、30mg)及び1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDAC)(0.187mmol、35.85mg)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、凍結乾燥にてポリマー45.1mgを回収した。合成中間体1−10Aと同様に、H−NMRスペクトラムの積分値比により計算した水溶性ポリマーの各セグメントの構成比は、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(21):NH−Boc(1)]であることを確認した(図9C)。その後、ポリマー側鎖Bocの脱保護反応を行った結果、Boc保護基のメチル水素に由来するピーク(f、1.4ppm)が完全に消えたことから、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(2)]が得られたことを確認した。
(Synthesis intermediate 1-10C: Biotin-PEG-b- PEI [COOH: EI: NH 2])
Biotin-PEG-b-PEI [COOH (2): EI (21)] (Synthetic intermediate 1-7C) (55 mg) in aqueous solution (3 mL) was added N- (tert-butoxycarbonyl) -1,2-diamino. Ethane (NH-Boc) (0.187 mmol, 30 mg) and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDAC) (0.187 mmol, 35.85 mg) were added and reacted at room temperature for 24 hours. Thereafter, 45.1 mg of polymer was recovered by water dialysis and freeze-drying. As with the synthetic intermediate 1-10A, the composition ratio of each segment of the water-soluble polymer calculated by the integral value ratio of the 1 H-NMR spectrum is Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (21) : NH-Boc (1)] (FIG. 9C). Thereafter, as a result of deprotection reaction of the polymer side chain Boc, the peak (f, 1.4 ppm) derived from methyl hydrogen of the Boc protecting group disappeared completely, and thus Biotin-PEG-b-PEI [COOH (COOH ( 1): EI (20): NH 2 (2)] was confirmed to be obtained.

実施例2 ユロピウム錯体(DTBTA−Eu)の合成
ATBTA−Eu錯体(東京化成製)12mgを酢酸緩衝溶液(0.1M,pH4.9)360μLに溶解させた。この溶液にシアヌル酸クロリド2.58mgをアセトン150μLで溶解させたものを加え30分攪拌した。反応溶液にアセトンを加えることにより沈殿を析出させ、その沈殿を遠心分離で回収し、アセトンで2回洗浄した後、減圧乾燥により乾燥し、シアヌル酸クロリド基を有するユロピウム錯体(DTBTA−Eu)を得た(収量:12.9mg)。
Example 2 Synthesis of Europium Complex (DTBTA-Eu) 12 mg of ATBTA-Eu complex (manufactured by Tokyo Chemical Industry) was dissolved in 360 μL of an acetate buffer solution (0.1 M, pH 4.9). To this solution, 2.58 mg of cyanuric chloride dissolved in 150 μL of acetone was added and stirred for 30 minutes. A precipitate is precipitated by adding acetone to the reaction solution, and the precipitate is collected by centrifugation, washed twice with acetone, and then dried by drying under reduced pressure to obtain a europium complex having a cyanuric acid chloride group (DTBTA-Eu). Obtained (yield: 12.9 mg).

実施例3 水溶性発光標識ポリマーの合成
(重合体3−1A.Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH:EI:フルオレセイン])
Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(18):EI(5)](合成中間体1−6)
(50mg)/10mM NaHCO(pH8.4)(0.4mL)溶液に、フルオレセインのアミン化合物(0.063mmoL、21.9mg)/DMSO(0.1mL)及びEDAC(0.126mmol、24.2mg)/10mM NaHCO(pH8.4)(0.1mL)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、限外濾過(Amicon Ultra−4,centrifugal filter devices,NMWL=3,000)にてポリマー55mgを回収した。H−NMRスペクトラムの積分値比(フルオレセインに由来する水素(b)及びポリマー末端Boc保護基に由来するメチル基の水素(a)を比較)により計算した水溶性発光標識ポリマーの各セグメントの構成比は、Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(15):EI(5):フルオレセイン(3)]であることを確認した(図10A)。
Example 3 Synthesis of Water-Soluble Luminescent Labeled Polymer (Polymer 3-1A. Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH: EI: fluorescein])
Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (18): EI (5)] (Synthetic Intermediate 1-6)
To a solution of (50 mg) / 10 mM NaHCO 3 (pH 8.4) (0.4 mL), an amine compound of fluorescein (0.063 mmol, 21.9 mg) / DMSO (0.1 mL) and EDAC (0.126 mmol, 24.2 mg). ) / 10 mM NaHCO 3 (pH 8.4) (0.1 mL), reacted at room temperature for 24 hours, water dialysis, ultrafiltration (Amicon Ultra-4, centrifugal filter devices, NMWL = 3,000) Recovered 55 mg of polymer. Composition of each segment of water-soluble luminescent labeled polymer calculated by integration ratio of 1 H-NMR spectrum (comparing hydrogen (b) derived from fluorescein and hydrogen (a) of methyl group derived from polymer terminal Boc protecting group)) The ratio was confirmed to be Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (15): EI (5): fluorescein (3)] (FIG. 10A).

(重合体3−1B.Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH:EI:フルオレセイン])
Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(18):EI(5)](合成中間体1−6)
(50mg)/10mM NaHCO(pH8.4)(0.4mL)溶液に、フルオレセインのアミン化合物(0.021mmoL、7.3mg)/DMSO(0.1mL)及びEDAC(0.126mmol、24.2mg)/10mM NaHCO(pH8.4)(0.1mL)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、限外濾過(Amicon Ultra−4,centrifugal filter devices,NMWL=3,000)にてポリマー50mgを回収した。H−NMRスペクトラムの積分値比(フルオレセインに由来する水素(b)及びポリマー末端Boc保護基に由来するメチル基の水素(a)を比較)により計算した水溶性発光標識ポリマーの各セグメントの構成比は、Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(17):EI(5):フルオレセイン(1)]であることを確認した(図10B)。
(Polymer 3-1B. Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH: EI: fluorescein])
Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (18): EI (5)] (Synthetic Intermediate 1-6)
To a solution of (50 mg) / 10 mM NaHCO 3 (pH 8.4) (0.4 mL), an amine compound of fluorescein (0.021 mmol, 7.3 mg) / DMSO (0.1 mL) and EDAC (0.126 mmol, 24.2 mg). ) / 10 mM NaHCO 3 (pH 8.4) (0.1 mL), reacted at room temperature for 24 hours, water dialysis, ultrafiltration (Amicon Ultra-4, centrifugal filter devices, NMWL = 3,000) Recovered 50 mg of polymer. Composition of each segment of water-soluble luminescent labeled polymer calculated by integration ratio of 1 H-NMR spectrum (comparing hydrogen (b) derived from fluorescein and hydrogen (a) of methyl group derived from polymer terminal Boc protecting group)) The ratio was confirmed to be Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH (17): EI (5): fluorescein (1)] (FIG. 10B).

(重合体3−2A.Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:BODIPY])
Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(2)](合成中間体1−10C)(10mg)/DMF(0.1mL)溶液に、BODIPYのスクシンイミド化合物(BODIPY630/650−NHS)(0.0017mmoL、1.15mg)/DMF(0.15mL)及びDIEA(0.013mmoL、1.7mg)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、限外濾過(Amicon Ultra−4,centrifugal filter devices,NMWL=3,000)にてポリマー8mgを回収した。H−NMRスペクトラムの積分値比(BODIPYに由来する水素(b)及びポリマー主鎖のアミド結合に由来するメチレン基の水素(a)を比較)により計算した水溶性発光標識ポリマーの各セグメントの構成比は、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(1):BODIPY(1)]であることを確認した(図11)。
(Polymer 3-2A. Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI: BODIPY])
Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): NH 2 (2)] (Synthetic Intermediate 1-10C) (10 mg) / DMF (0.1 mL) in a BODIPY succinimide compound ( BODIPY630 / 650-NHS) (0.0017 mmol, 1.15 mg) / DMF (0.15 mL) and DIEA (0.013 mmol, 1.7 mg) were added and reacted at room temperature for 24 hours. 8 mg of the polymer was recovered by external filtration (Amicon Ultra-4, centrifugal filter devices, NMWL = 3,000). 1 H-NMR spectrum of each segment of the water-soluble luminescent labeled polymer calculated by the integral value ratio (compare hydrogen (b) derived from BODIPY and hydrogen (a) of methylene group derived from amide bond of polymer main chain)) The composition ratio was confirmed to be Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): NH 2 (1): BODIPY (1)] (FIG. 11).

(重合体3−2B.Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:BODIPY])
Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH(8)](合成中間体1−10A)(5mg)/DMF(0.1mL)溶液に、BODIPYのスクシンイミド化合物(BODIPY630/650−NHS)(0.015mmoL、10.48mg)/DMF(0.15mL)及びN,N−ジイソプロピルエチルアミン(DIEA)(0.013mmoL、1.7mg)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、限外濾過(Amicon Ultra−4,centrifugal filter devices,NMWL=3,000)にてポリマー6mgを回収した。
(Polymer 3-2B. Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI: BODIPY])
Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): NH 2 (8)] (Synthetic Intermediate 1-10A) (5 mg) / DMF (0.1 mL) in a BODIPY succinimide compound ( BODIPY630 / 650-NHS) (0.015 mmol, 10.48 mg) / DMF (0.15 mL) and N, N-diisopropylethylamine (DIEA) (0.013 mmol, 1.7 mg) were added and reacted at room temperature for 24 hours. Then, 6 mg of the polymer was recovered by water dialysis and ultrafiltration (Amicon Ultra-4, centrifugal filter devices, NMWL = 3,000).

BODIPY導入量については、ランベルト・ベールの法則に基づき、UV最大吸収波長630nmにおける吸光度測定により求められた。以下、算出方法を簡略に示した。既知組成のBiotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):BODIPY(2)](重合体3−2A)水溶液(1μM)の630nmにおける吸光度は0.018であって、当水溶性発光標識ポリマー水溶液(1μM)の630nmにおける吸光度は0.004であった。ポリマーモル数当たりの吸光度を比較すると、重合体3−2Aより約4倍高いことから、ポリマー1個あたりのBODIPY導入数は8個と計算されたため、水溶性発光標識ポリマーの各セグメントの構成比は、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH(4):BODIPY(4)]であることを確認した。 The amount of BODIPY introduced was determined by measuring the absorbance at a UV maximum absorption wavelength of 630 nm based on the Lambert-Beer law. Hereinafter, the calculation method is simply shown. Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): BODIPY (2)] (Polymer 3-2A) aqueous solution (1 μM) having a known composition has an absorbance at 630 nm of 0.018. The absorbance at 630 nm of the water-soluble luminescent labeled polymer aqueous solution (1 μM) was 0.004. When comparing the absorbance per mole of polymer, it was about 4 times higher than that of polymer 3-2A, so the number of BODIPY introduced per polymer was calculated to be 8. Therefore, the composition ratio of each segment of the water-soluble luminescent labeled polymer is, Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): NH 2 (4): BODIPY (4)] which was the substance to be produced.

(重合体3−3A.Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:Eu])
Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH(8)](合成中間体1−10A)(5mg)/10mM NaHCO(pH8.4)(0.5mL)溶液に、ユロピウム錯体のシアヌル酸クロリド化合物(DTBTA−Eu)(8.8mg)/10mM NaHCO(pH8.4)(0.1mL)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、限外濾過(Amicon Ultra−4,centrifugal filter devices,NMWL=3,000)にて、ポリマー水溶液500μLを回収した。
(Polymer 3-3A. Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI: Eu])
Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): NH 2 (8)] (Synthetic intermediate 1-10A) (5 mg) / 10 mM NaHCO 3 (pH 8.4) (0.5 mL) solution Was charged with a cyanuric chloride compound of a europium complex (DTBTA-Eu) (8.8 mg) / 10 mM NaHCO 3 (pH 8.4) (0.1 mL) and reacted at room temperature for 24 hours. 500 μL of the aqueous polymer solution was recovered by external filtration (Amicon Ultra-4, centrifugal filter devices, NMWL = 3,000).

UV最大吸収波長345nmにおける吸光度測定により求められたEu錯体量(6.7mg)から、ポリマー1個あたりのEu錯体数は8個と計算されたため、水溶性発光標識ポリマーの各セグメントの構成比は、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):Eu(8)]であることを確認した。   Since the number of Eu complexes per polymer was calculated as 8 from the amount of Eu complex (6.7 mg) determined by absorbance measurement at a UV maximum absorption wavelength of 345 nm, the composition ratio of each segment of the water-soluble luminescent labeled polymer was Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): Eu (8)].

(重合体3−3B.Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:Eu])
Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(2)](合成中間体1−10C)(5mg)/10mM NaHCO(pH8.4)(0.5mL)溶液に、ユロピウム錯体のシアヌル酸クロリド化合物(DTBTA−Eu)(3.3mg)/10mM NaHCO(pH8.4)(0.1mL)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、限外濾過(Amicon Ultra−4,centrifugal filter devices,NMWL=3,000)にて、ポリマー水溶液500μLを回収した。
(Polymer 3-3B. Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI: Eu])
Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): NH 2 (2)] (Synthetic Intermediate 1-10C) (5 mg) / 10 mM NaHCO 3 (pH 8.4) (0.5 mL) solution Was charged with a cyanuric chloride compound of a europium complex (DTBTA-Eu) (3.3 mg) / 10 mM NaHCO 3 (pH 8.4) (0.1 mL) and reacted at room temperature for 24 hours. 500 μL of the aqueous polymer solution was recovered by external filtration (Amicon Ultra-4, centrifugal filter devices, NMWL = 3,000).

UV最大吸収波長345nmにおける吸光度測定により求められたEu錯体量(1.6mg)から、ポリマー1個あたりのEu錯体数は2個と計算されたため、水溶性発光標識ポリマーの各セグメントの構成比は、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):Eu(2)]であることを確認した。   Since the number of Eu complexes per polymer was calculated as 2 from the amount of Eu complex (1.6 mg) determined by absorbance measurement at the UV maximum absorption wavelength of 345 nm, the composition ratio of each segment of the water-soluble luminescent labeled polymer is Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): Eu (2)].

(重合体3−4.Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH:EI:Cy3]
Boc−NH−PEG−b−PEI[COOH(16):EI(5):NH(2)](合成中間体1−9)(1mg)/DMSO(0.1mL)溶液に、Cy3のスクシンイミド化合物(Cy3−NHS)(0.00045mmol)を投入し、室温で24時間反応させた後、水透析、限外濾過(Amicon Ultra−4,centrifugal filter devices,NMWL=3,000)にてポリマー水溶液500μLを回収した。
(Polymer 3-4. Boc-NH-PEG-b-PEI [COOH: EI: Cy3]
Boc-NH-PEG-b- PEI [COOH (16): EI (5): NH 2 (2)] ( Synthesis Intermediate 1-9) (1mg) / DMSO ( 0.1mL) was added succinimide of Cy3 Compound (Cy3-NHS) (0.00045 mmol) was added and reacted at room temperature for 24 hours, followed by water dialysis and an aqueous polymer solution by ultrafiltration (Amicon Ultra-4, centrifugal filter devices, NMWL = 3,000). 500 μL was recovered.

実施例4 水溶性発光標識ポリマーの蛍光測定
実施例3で合成された水溶性発光標識ポリマーについて蛍光スペクトルを測定した。測定は蛍光分光測定装置(“FluoroMax−3”、HORIBA JOBIN YVON製)を用い行った。常温下、励起波長630nm(BODIPY)又は345nm(Eu)の光を照射することにより蛍光測定を行った。その結果、Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:NH:BODIPY]において、ポリマー濃度で規格化した蛍光強度を比較した場合、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(1):BODIPY(1)](重合体3−2A)に比べ、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH(4):BODIPY(4)](重合体3−2B)は約13.5倍(650nm基準)高いことが確認された(図12A)。同様に、Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:Eu]において、ポリマー濃度で規格化した蛍光強度を比較した場合、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):Eu(2)](重合体3−3B)に比べ、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):Eu(8)](重合体3−2A)は約3.7倍(617nm基準)高いことが確認された(図12B)。
Example 4 Fluorescence measurement of water-soluble luminescent labeled polymer The fluorescence spectrum of the water-soluble luminescent labeled polymer synthesized in Example 3 was measured. The measurement was performed using a fluorescence spectrometer (“FluoroMax-3”, manufactured by HORIBA JOBIN YVON). Fluorescence measurement was performed by irradiating light with an excitation wavelength of 630 nm (BODIPY) or 345 nm (Eu) at room temperature. As a result, Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI: NH 2 : BODIPY] was compared with the fluorescence intensity normalized by the polymer concentration, and Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI ( 20): NH 2 (1): BODIPY (1)] (polymer 3-2A), Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): NH 2 (4): BODIPY ( 4)] (Polymer 3-2B) was confirmed to be about 13.5 times higher (based on 650 nm) (FIG. 12A). Similarly, in Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI: Eu], when the fluorescence intensity normalized by the polymer concentration is compared, Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): Compared with Eu (2)] (polymer 3-3B), Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): Eu (8)] (polymer 3-2A) is about 3.7. Double (617 nm reference) was confirmed (FIG. 12B).

実施例5 水溶性発光標識ポリマーのDNAチップによる蛍光検出
実施例3で合成された水溶性発光標識ポリマー(重合体3−2、重合体3−3)について、遺伝子検出モデル系として、DNAチップ(東レ株式会社製“3D−Gene”(登録商標))を用い、DNAチップ上での蛍光検出を行った(図13A、図13B)。3’末端にビオチンを付加した合成オリゴDNAを10pmol/chip、37℃で一晩振とうしながらハイブリダイゼーションした後、“3D−Gene”(登録商標)推奨の方法で洗浄を行った。次に、ニュートラアビジン(10μg/mL、1M MES、1M NaCl、0.05% Tween20)を20℃で1時間静置し、反応させた。洗浄方法はPBST溶液(1×PBS、0.05% Tween20)中で25℃、5分間洗浄した。
Example 5 Fluorescence Detection of Water-Soluble Luminescent Labeled Polymer with DNA Chip For the water-soluble luminescent labeled polymer (polymer 3-2, polymer 3-3) synthesized in Example 3, a DNA chip ( Fluorescence was detected on a DNA chip using “3D-Gene” (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc. (FIGS. 13A and 13B). A synthetic oligo DNA added with biotin at the 3 ′ end was hybridized with shaking at 10 pmol / chip at 37 ° C. overnight, and then washed by a method recommended by “3D-Gene” (registered trademark). Next, neutravidin (10 μg / mL, 1M MES, 1M NaCl, 0.05% Tween 20) was allowed to react at 20 ° C. for 1 hour. The washing method was washing at 25 ° C. for 5 minutes in a PBST solution (1 × PBS, 0.05% Tween 20).

最後に、そのチップ上にビオチニル基を有する水溶性発光標識ポリマーを上記と同じバッファーで20℃、1時間反応させた。洗浄バッファー及び温度は“3D−Gene”(登録商標)の推奨の方法を用い、洗浄時間を各2分に短縮して行った。洗浄後、Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:NH:BODIPY](重合体3−2)については、DNAチップスキャナ(“ScanArrayExpress”、PerkinElmer Japan)(ex630nm、em650nm)で、水溶性発光標識ポリマーの励起蛍光画像を取得し、GenePix Pro6.0(Molecular Device)により蛍光強度を数値化した。また、Biotin−PEG−b−PEI[COOH:EI:Eu](重合体3−3)については、オリンパス製蛍光顕微鏡(Ex=345±10nm、Em=650±75nm、ダイクロイックミラー=409nm)で、水溶性発光標識ポリマーの励起蛍光画像を取得し、蛍光強度を数値化した。各プローブ濃度の蛍光強度は4スポットの平均値とし、合成オリゴ0μMをバックグランド(BG)として算出した。 Finally, a water-soluble luminescent labeled polymer having a biotinyl group on the chip was reacted at 20 ° C. for 1 hour in the same buffer as described above. The washing buffer and temperature used were the recommended method of “3D-Gene” (registered trademark), and the washing time was shortened to 2 minutes each. After washing, the biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI: NH 2 : BODIPY] (polymer 3-2) was dissolved in water with a DNA chip scanner (“ScanArrayExpress”, PerkinElmer Japan) (ex630 nm, em650 nm). An excitation fluorescence image of the luminescent labeled polymer was obtained, and the fluorescence intensity was digitized by GenePix Pro 6.0 (Molecular Device). For Biotin-PEG-b-PEI [COOH: EI: Eu] (polymer 3-3), Olympus fluorescence microscope (Ex = 345 ± 10 nm, Em = 650 ± 75 nm, dichroic mirror = 409 nm) An excitation fluorescence image of the water-soluble luminescent labeled polymer was acquired, and the fluorescence intensity was digitized. The fluorescence intensity at each probe concentration was an average value of 4 spots, and the synthetic oligo 0 μM was calculated as background (BG).

その結果、“(DNA)ビオチン−アビジン−ビオチン(蛍光標識体)”というサンドイッチ構造の染色方法において、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):NH(4):BODIPY(4)]で標識した場合では、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):NH(1):BODIPY(1)]で標識した場合に比べ、約18倍以上(スポット100とBLANKでの発光強度値の差)の高い発光強度を示すことが確認された。また、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(14):Eu(8)]で標識した場合では、Biotin−PEG−b−PEI[COOH(1):EI(20):Eu(2)]で標識した場合に比べ、約2倍以上(スポット100とBLANKでの発光強度値の差)の高い発光強度を示すことが確認された。ポリマーに導入された発光性官能基数とDNAチップ上での発光強度との相関が系によって異なる理由については、水溶性蛍光標識ポリマーのビオチン−アビジン標識時の反応性又は結合力が、発光性官能基の種類及び導入量に依存するためと推定された。 As a result, in the sandwich structure staining method “(DNA) biotin-avidin-biotin (fluorescent label)”, Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): NH 2 (4): In the case of labeling with BODIPY (4)], it is about 18 times as compared with the case of labeling with Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): NH 2 (1): BODIPY (1)]. It was confirmed that the emission intensity was high as described above (difference in emission intensity value between the spot 100 and BLANK). In addition, when labeled with Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (14): Eu (8)], Biotin-PEG-b-PEI [COOH (1): EI (20): Eu Compared with the case of labeling with (2)], it was confirmed that the emission intensity was about twice or more (difference in emission intensity value between the spot 100 and BLANK). The reason why the correlation between the number of luminescent functional groups introduced into the polymer and the luminescence intensity on the DNA chip differs depending on the system is that the reactivity or binding force of the water-soluble fluorescently labeled polymer at the time of biotin-avidin labeling depends on the luminescent functional group. This was presumed to depend on the type of group and the amount introduced.

本発明の発光性官能基を有する水溶性発光標識ポリマーは、発光性官能基がポリマー側鎖に定量的に結合し、かつ水中分散安定性及び蛍光強度が増大されるという特徴を有することから、センシング用試薬として、例えば、生体診断及び生体治療に応用することができる。   The water-soluble luminescent labeled polymer having a luminescent functional group of the present invention has the characteristics that the luminescent functional group is quantitatively bonded to the polymer side chain, and the dispersion stability in water and the fluorescence intensity are increased. As a sensing reagent, for example, it can be applied to biodiagnosis and biotherapy.

Claims (5)

下記式(1)で表される繰り返し単位
Figure 2014152248
(式中、R1は−COOH、−OH又は−(OCHCH1’(ここで、R1’は−COOH、−OH、−CH=CH、−C≡CH又は−N、pは1〜30の整数である。)であり、lは1〜10の整数である。)、
下記式(2)で表される繰り返し単位
Figure 2014152248
(式中、Rは発光性官能基、−NHR、−SR(ここで、Rは水素原子又はtert−ブトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基、2,2,2−トリクロロエトキシカルボニル基、アリルオキシカルボニル基、フタロイル基、p−トルエンスルホニル基及び2−ニトロベンゼンスルホニル基から選択されるアミノ基の保護基であり、Rは水素原子又はベンジル基、メトキシベンジル基、N−(アセチル)アミノメチル基、t−ブチル基、メチルベンジル基、3、4−ジメチルベンジル基、トリフェニルメチル基、ベンズヒドリル基、アセタミドメチル基、カルボメトキシスルフェニル基、3−ニトロ−2−ピリジンスルフェニル基、エチルカルバモイル基、9−フルオレニルメチル基及びピリジルスルフィド基から選択されるチオール基の保護基である。)又は−(OCHCH2’(ここで、R2’は発光性官能基、−NHR又は−SR、pは1〜30の整数である。)であって、繰返し単位数y中の発光性官能基を含む繰返し単位数a、−NHRを含む繰返し単位数b及び−SRを含む繰返し単位数cが、b/a+b=0〜0.90及びc/a+c=0〜0.95であり、mは1〜10、nは0〜10の整数である。)、並びに
下記式(3)で表される繰り返し単位
Figure 2014152248
を含み、式(1)の繰返し単位数x、式(2)の繰返し単位数y及び前記式(3)の繰返し単位数zが、x/(x+y+z)=0.01〜0.90、y/(x+y+z)=0.01〜0.50及びz/(x+y+z)=0.01〜0.90であって、前記式(1)、(2)及び(3)の繰返し単位で構成されるポリマー主鎖の少なくとも一方の末端が、−COOH、−OH、−NH、−SH、−NCO、−CHO、−CH=CH、−C≡CH、−N及びビオチニル基からなる群から選択される少なくとも一つの官能基を含むことを特徴とする、水溶性発光標識ポリマー。
Repeating unit represented by the following formula (1)
Figure 2014152248
Wherein R 1 is —COOH, —OH or — (OCH 2 CH 2 ) p R 1 ′ (where R 1 ′ is —COOH, —OH, —CH═CH 2 , —C≡CH or — N 3 and p are integers of 1 to 30), and l is an integer of 1 to 10).
Repeating unit represented by the following formula (2)
Figure 2014152248
(Wherein R 2 is a luminescent functional group, —NHR 3 , —SR 4 (where R 3 is a hydrogen atom or a tert-butoxycarbonyl group, a benzyloxycarbonyl group, a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group, A protective group for an amino group selected from 2,2,2-trichloroethoxycarbonyl group, allyloxycarbonyl group, phthaloyl group, p-toluenesulfonyl group and 2-nitrobenzenesulfonyl group, R 4 is a hydrogen atom or a benzyl group , Methoxybenzyl group, N- (acetyl) aminomethyl group, t-butyl group, methylbenzyl group, 3,4-dimethylbenzyl group, triphenylmethyl group, benzhydryl group, acetamidemethyl group, carbomethoxysulfenyl group, 3- Nitro-2-pyridinesulfenyl group, ethylcarbamoyl group, 9-fluoro It is a protecting group for a thiol group selected from a renylmethyl group and a pyridyl sulfide group.) Or — (OCH 2 CH 2 ) p R 2 ′ (where R 2 ′ is a luminescent functional group, —NHR 3 or —SR). 4 and p are integers of 1 to 30), and the repeating unit number a includes a luminescent functional group in the repeating unit number y, the repeating unit number b including -NHR 3 and the repeating unit including -SR 4 The number of units c is b / a + b = 0 to 0.90 and c / a + c = 0 to 0.95, m is an integer of 1 to 10, and n is an integer of 0 to 10), and the following formula (3 ) Repeating unit
Figure 2014152248
The number of repeating units x in formula (1), the number y of repeating units in formula (2), and the number of repeating units z in formula (3) are x / (x + y + z) = 0.01-0.90, y /(X+y+z)=0.01-0.50 and z / (x + y + z) = 0.01-0.90, which are composed of repeating units of the above formulas (1), (2) and (3) At least one terminal of the polymer main chain is selected from the group consisting of —COOH, —OH, —NH 2 , —SH, —NCO, —CHO, —CH═CH 2 , —C≡CH, —N 3 and a biotinyl group. A water-soluble luminescent labeling polymer comprising at least one functional group selected.
前記ポリマー主鎖と前記末端官能基との間に、スペーサーとして−(OCHCH−(ここで、qは1〜120の整数である。)を含むことを特徴とする、請求項1に記載の水溶性発光標識ポリマー。 Between the terminal functional groups and the polymer main chain, as a spacer - (OCH 2 CH 2) q - (. Wherein, q is an integer of 1 to 120), characterized in that it comprises a claim 2. The water-soluble luminescent label polymer according to 1. 前記発光性官能基が、アミノ基を介して結合したBODIPY、アミノ基を介して結合したCy3、アミノ基を介して結合したCy5、アミノ基を介して結合したユウロピウム錯体又はフルオレセインである、請求項1又は2に記載の水溶性発光標識ポリマー。   The luminescent functional group is BODIPY bonded through an amino group, Cy3 bonded through an amino group, Cy5 bonded through an amino group, a europium complex or fluorescein bonded through an amino group. 3. The water-soluble luminescent label polymer according to 1 or 2. 前記x、y及びzが、x+y+z=10〜350であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の水溶性発光標識ポリマー。   The water-soluble luminescent labeling polymer according to claim 1, wherein x, y, and z are x + y + z = 10 to 350. 請求項1〜4のいずれかに記載の水溶性発光標識ポリマーを含有する、試薬。   A reagent comprising the water-soluble luminescent labeling polymer according to claim 1.
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