KR102107844B1 - 양이온을 이용한 세포밖 소포체의 분리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양이온을 이용한 세포밖 소포체의 분리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명은 세포밖 소포체와 양이온 간의 친화성을 이용하여 다양한 시료로부터 세포밖 소포체를 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 세포밖 소포체 분리 방법은 고가의 장비가 필요하지 않으며, 시료량의 제한 없이 적용 가능하며, 세포밖 소포체의 형태나 성질을 보존하면서 효율적으로 분리할 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명의 방법은 종래 분리 방법과 결합하여 세포밖 소포체 분리 효율을 극대화 할 수 있어, 분리된 세포밖 소포체를 이용한 질병 진단, 질병 치료, 다중 오믹스 연구 및 세포밖 소포체의 특성 연구 등에 활용이 가능하다.

Description

양이온을 이용한 세포밖 소포체의 분리 방법{Method of isolating extracellular vesicles using cation}
본 발명은 양이온을 이용한 세포밖 소포체의 분리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 본 발명은 다양한 양이온에 대한 세포밖 소포체의 친화성을 이용하여 다양한 시료로부터 세포밖 소포체를 분리하는 방법에 관한 것이다.
세포밖 소포체(extracellular vesicles)는 보편적인 세포기작으로, 인간에서 박테리아에 이르기까지 모든 생명체 또는 세포에서 자연적으로 분비되는 나노 크기의 소포체이다. 진핵세포에서 유래한 세포밖 소포체의 경우, 적혈구 분화, 면역반응 조절 등에 관여하며, 특히 암세포 미세환경에서는 암의 진행, 전이, 혈관형성 등에 대한 중요한 기능들이 밝혀짐으로써 암을 포함한 다양한 질병의 진단 마커로의 활용에 있어 높은 관심을 받고 있다.
원핵세포로부터 분비되는 세포밖 소포체는 진핵세포의 세포밖 소포체와 유사하게 원핵세포의 구성물을 함유하고 있으며, 인체에서는 전신염증을 비롯, 유입 경로에 따라 급성 폐염증 질환을 유도하고, 피부의 경우, 국소 피부 조직의 염증반응을 만성적으로 유도하여 현대인의 대표 질병 중 하나인 아토피성 피부염(atopic dermatitis)의 원인이 될 수 있음이 보고되었다. 또한 인체에서 박테리아 유래 세포밖 소포체와 암 발병과의 연관성이 대두됨에 따라 원핵세포 유래 세포밖 소포체 또한 높은 관심을 받고 있다.
세포밖 소포체의 기능으로 가장 크게는 이들이 세포간 정보 교환 메커니즘의 중요한 요소라는 점이다. 따라서 세포밖 소포체의 구성 성분 또한 기초 및 의학 분야에서 높은 관심을 받고 있다.
세포밖 소포체는 생체 내 또는 시험관 내의 여러 종류의 세포로부터 분비되는 생체 나노입자로서, 혈액, 소변, 침, 눈물 등과 같은 체액에 존재하고 세포에서 유래한 지질이중층을 포함하며, 20 ~ 10,000 nm 범위의 다양한 크기를 갖는 막 구조의 소포체이다.
세포밖 소포체는 다른 세포 및 조직에 결합하여 막 구성요소, 단백질, RNA 등의 세포 내 물질을 전달하는 운송체 역할을 하기 때문에 세포밖 소포체를 분비한 원래 세포(모세포)의 단백질, 지질, 아미노산, RNA 등을 그대로 포함하고 있어, 모세포의 생리적·병리적 특성을 알 수 있는 중요한 근거가 된다. 또한 세포밖 소포체에 포함되어 있는 핵산, 성장호르몬, 단백질 등은 세포막 형태의 인지질에 의해 보호되고 있어, 가용성 형태의 성장인자 및 사이토카인보다 안정적인 기능을 수행할 수 있다는 점이 알려지면서, 세포밖 소포체의 중요성이 점차 증대되고 있으며, 세포밖 소포체에 포함된 물질을 분석하여 질병의 진단, 치료를 포함한 다양한 용도로의 활용 가능성이 기대되고 있다.
세포밖 소포체는 크기가 나노 미터 수준으로 작으며, 체액 내 및 세포 배양액 등에는 세포밖 소포체 이외에도 수 많은 물질이 존재하기 때문에 세포밖 소포체 분석을 위해서는 체액 내 및 세포 배양액 등의 시료로부터 세포밖 소포체를 분리하는 것이 중요하며, 세포밖 소포체를 활용하는 모든 분야에서 가장 핵심적인 기술이다.
최근 비 침습적 액체 생검(liquid biopsy)을 질병 진단에 활용하는 방안이 다각도로 전개되고 있다. 이와 더불어 생체 조직 또는 체액 내 세포밖 소포체를 활용하여 새로운 질병 진단 마커를 발굴하고 이를 이용해 진단하는 노력들이 시도되고 있다. 이러한 노력의 근원적인 문제점은 생체 조직 또는 체액으로부터 세포밖 소포체를 분리하는 데에 있는데, 상대적으로 제한된 양과 높은 복잡성을 나타내는 체액에서 세포밖 소포체를 통상의 방법으로 정제하는 것이 거의 불가능하다. 따라서 통상의 세포밖 소포체 분리법과는 차별되는 효율적인 새로운 분리법이 시급히 요구되는 실정이다.
기존의 세포밖 소포체 분리 기술로는 초원심분리(ultra-centrifugation), 크기별 제외법(size exclusion), 면역친화성 분리(immunoaffinity isolation), 미세유체칩(microfluidics chip), 또는 폴리머(Polymer)를 이용한 침전법 등이 있으며, 이중 초원심분리법이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 초원심분리를 이용하여 세포밖 소포체를 분리할 경우에는 단계가 복잡하여 노동력과 시간이 많이 소요되며, 고가의 장비를 필요로 할 뿐만 아니라 수율이 낮은 한계가 있어, 소량의 시료만 이용하여 신속하게 결과를 얻어야 하는 임상 진단 뿐 아니라 다량의 세포밖 소포체가 요구되는 치료제 정제 방법으로 적용하는 데는 매우 제한적이다.
물질 분리에 있어 가장 효율적인 방법은 대상 물질에 대한 선택적 결합을 이용하여 복잡성을 가지는 환경으로부터 분리 과정 중 대상 물질을 잃지 않으면서 오염체를 순차적으로 제거하는 것이다. 그러나 세포밖 소포체의 경우, 이러한 선택적 결합 성질을 가지는 물질이 일부 항체 또는 단백질 리간드(ligand)에 국한되어 있고, 이러한 항체 또는 단백질을 이용한 세포밖 소포체의 분리는 비효율적일뿐만 아니라, 고효율의 항체 및 단백질 리간드 개발이 어렵고, 고비용이 소요되어 매우 제한적이다.
따라서 세포밖 소포체에 선택적이면서 세포밖 소포체의 구조와 기능을 온전히 유지하고 효율적으로 높은 수율(yield)의 세포밖 소포체를 분리, 정제하는 기술이 시급히 요구되는 실정이다.
본 발명의 목적은 현재까지 보고된 바 없는 양이온과 세포밖 소포체의 친화도를 이용하여 시료 내 세포밖 소포체를 간편하면서 고효율로 분리하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양이온과 세포밖 소포체의 친화도를 이용하여 시료 내 세포밖 소포체를 간편하면서 고효율로 분리하는 방법을 제공한다.
본 발명에서는 세포밖 소포체를 포함하는 다양한 시료에 다양한 양이온을 첨가하여 반응시키면, 시료 내에서 세포밖 소포체와 양이온이 결합하여 불용성 복합체를 형성하게 된다. 상기 세포밖 소포체-양이온 복합체는 원심분리, 한외여과, 중력에 의한 침전 등 다양한 방법으로 분리할 수 있으며, 이후 상기 복합체에서 양이온을 탈착함으로써 세포밖 소포체를 분리할 수 있다. 이를 통하여 다양한 시료로부터 물리화학적 변형 없이 빠르고 쉽게 세포밖 소포체를 분리할 수 있으며, 이렇게 분리된 세포밖 소포체는 진단, 치료, 다중 오믹스(multi-omics) 연구, 세포밖 소포체의 특성 연구 등에 활용이 용이하다.
본 발명의 용어 "세포밖 소포체"는 고세균(Archaea), 원핵생물(Prokarya) 또는 진핵생물(Eukarya)의 세포로부터 유래한 생체 나노입자를 통칭하며, 세포밖 소포체(exosome), 아그로좀(argosomes), 덱소좀(dexosomes), 엑토좀(ectosomes), 엑소베지클(exovesicle), 온코좀(oncosome), 프로미노좀(prominosome), 프로스타좀(prostasome), 톨레로좀(tolerosome), 미세입자(microparticle), 미세소포(microvesicle), 나노소포(nanovesicle), 수포성 소포(blebbing vesicle), 출아성 소포(budding vesicle), 세포밖 소포체-유사 소포(exosome-like vesicle), 매트릭스 소포(matrix vesicle), 막 소포(membrane vesicle), 탈피성 소포(shedding vesicle), 막 입자(membrane particle), 탈피성 미세소포(shedding microvesicle), 막 수포(membrane bleb), 에피디디모좀(epididimosome), 프로미니노좀(promininosome), 텍소좀(texosome) 또는 아키오좀(archeosome)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 (a) 생물학적 시료에 양이온을 첨가하는 단계, (b) 상기 생물학적 시료에 포함된 세포밖 소포체와 양이온을 반응시켜 복합체를 형성하는 단계, (c) 상기 시료로부터 세포밖 소포체와 양이온 복합체를 분리하는 단계 및 (d) 상기 복합체로부터 양이온을 분리시켜 세포밖 소포체를 정제하는 단계를 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 세포밖 소포체의 분리 방법을 도 1에 모식적으로 나타내었다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 생물학적 시료에 양이온을 첨가하는 단계[(a) 단계] 및 상기 생물학적 시료에 포함된 세포밖 소포체와 양이온을 반응시켜 복합체를 형성하는 단계[(b) 단계]를 포함한다.
본 발명의 용어 "생물학적 시료" 또는 "시료"는 세포밖 소포체를 포함하는 생체 시료 또는 세포 배양액, 조직 시료 등을 포함하는 것으로서, 구체적으로 포유동물 세포 배양 배지, 박테리아 세포 배양 배지, 효모 배양 배지, 조직 추출물, 암 조직, 혈청, 혈장, 침, 눈물, 땀, 소변, 대변, 뇌척수액(CSF, cerebrospinal fluid), 복수(ascite), 양수(amniotic fluid), 정액, 유(milk), 먼지, 담수, 해수, 토양 및 발효식품으로 이루어진 군에서 하나 이상이 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 용어 "양이온"은 전기적으로 양전하를 띠는 것으로서 세포밖 소포체와 특이적인 친화력을 갖고 시료 중의 세포밖 소포체와 결합할 수 있으며, 바람직하게는 금속 양이온일 수 있다. 본 발명의 용어 "금속 양이온"은 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온, 전이 금속 이온, 전이후 금속 이온을 포함할 수 있다. 본 발명의 양이온 또는 금속 양이온은 바람직하게 전이 금속 이온 또는 알칼리 토금속일 수 있으나, 분리하고자 하는 세포밖 소포체와 특이적인 친화성을 갖는 양이온이라면 이에 한정되지 않는다.
알칼리 금속(alkali metal)은　주기율표의　1족　가운데　수소를 제외한 나머지　화학 원소를 통틀어 일컫는 표현으로　리튬(Li),　나트륨(Na),　칼륨(K),　루비듐(Rb),　세슘(Cs) 및　프랑슘(Fr)를 포함한다. 알칼리 토금속(alkaline earth metal)은　주기율표의　2족　원소로서,　베릴륨(Be),　마그네슘(Mg),　칼슘(Ca),　스트론튬(Sr),　바륨(Ba) 및　라듐(Ra)을 포함한다. 전이금속(transition metal)은 화학주기율표의 4 ~ 7주기, 3 ~ 12족 원소를 포함하는 것으로서, 비금속과 함께 이온 결합 화합물을 형성하여 착이온 형태로 존재하는 특징이 있다. 구체적으로, 본 발명의 전이금속은 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 러더포듐(Rf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈룸(Ta), 더브늄(Db), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 시보?(Sg), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 보륨(Bh), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 하슘(Hs), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 마이트너륨(Mt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 다름슈타튬(Ds), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 뢴트게늄(Rg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 코페르니슘(Cn)을 포함한다. 전이후 금속(post-transition metal)은　주기율표의　p-구역에 있는　금속　원소를 의미하며, 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi) 및 폴로늄(Po)을 포함한다.
본 발명의 양이온을 첨가하는 방법으로는 시료에 양이온을 포함하는 용액을 첨가하는 방법과 고체 형태로 첨가하여 용해시키는 방법을 포함하나, 양이온 상태로 시료 내의 세포밖 소포체와 반응할 수 있는 형태라면 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 분리하고자 하는 세포밖 소포체가 양이온과 특이적으로 결합하는 성질을 이용하여 시료로부터 양이온과 결합한 세포밖 소포체를 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에서는 먼저 시료에 양이온을 첨가하여 반응시킴으로써 시료 중 세포밖 소포체와 양이온이 특이적으로 결합하며, 불용성의 세포밖 소포체-양이온 복합체가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서는 세포밖 소포체가 포함된 배양배지 시료 또는 소변 시료에 칼슘 이온, 망간 이온, 코발트 이온, 구리 이온 또는 아연 이온을 첨가하여 불용성 복합체가 형성됨을 확인하였다. 또한 상기 불용성 복합체는 중력에 의하여 가라앉기 때문에 손쉽게 분리가 가능함을 확인하였다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 상기 시료로부터 세포밖 소포체와 양이온 복합체를 분리하는 단계[(c) 단계]를 포함한다.
본 발명의 세포밖 소포체와 양이온 복합체를 분리하는 단계는 상기 단계에서 형성된 불용성 복합체를 각종 수용성 물질이 포함된 시료로부터 분리하는 것으로서, 원심분리, 초원심분리, 여과, 한외여과, 중력, 음파처리, 밀도 구배 초원심분리, 크기 배제 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 폴리머 기반 침전 또는 유기 용매 침전 중에서 하나 이상의 방법이 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 상기 복합체로부터 양이온을 분리시켜 세포밖 소포체를 정제하는 단계[(d) 단계]를 포함한다.
본 발명의 세포밖 소포체 정제 단계는 세포밖 소포체와 양이온의 특이적 결합 상태를 제거하여 복합체로부터 세포밖 소포체만 분리할 수 있는 방법으로서 본 기술이 속한 분야의 당업자가 이해할 수 있는 다양한 방법 또는 조건을 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단계는 분리된 세포밖 소포체와 양이온 복합체에 킬레이트제를 첨가하는 방법을 포함할 수 있다.
본 발명의 용어 "킬레이트제(chelate agents)" 또는 "킬레이트 리간드(chelating ligands)"는 금속이온에 배위하여 안정된 킬레이트착물을 형성하는 2개 이상의 배위 원자를 포함한 이온, 분자 또는 원자단을 의미하며, 배위 원자 수에 따라 세자리 리간드(tridentrate ligand), 네자리 리간드(tetradentrate ligand), 다섯자리 리간드(pentadentrate ligand), 여섯자리 리간드(hexadentrate ligand) 등으로 같이 부른다. 본 발명의 킬레이트 리간드는 이미노디아세트산(IDA, iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(NTA, nitrilotriacetic acid), 트리스(카복시메틸)에틸렌디아민(TED, tris-(carboxymethyl)ethylenediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 에틸렌디아민 테트라아세테이트(EDTA, ethylendiamine tetraacetate), 알킬렌디아민 트리아세트산(alkylenediamine triacetic acid), 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA, diethylenetriaminepentaacetic acid), 에틸렌글리콜 비스(베타-아미노에틸에테르)-N,N,N',N'-테트라아세트산(EGTA, ethylene glycol-bis(β-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid), 포스포세린(phosphoserine) 및 1,4,7-트리아조사이클로노난(TACN, 1,4,7-triazocyclononane)으로 이루어진 군에서 하나 이상이 선택될 수 있으나, 본 발명에서 사용되는 금속 양이온에 특이적으로 결합하여 세포밖 소포체-양이온 복합체로부터 양이온을 특이적으로 분리할 수 있는 것이라면 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단계는 분리된 세포밖 소포체와 양이온 복합체가 포함된 용액의 pH 값을 변화시키는 방법을 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단계는 분리된 세포밖 소포체와 양이온 복합체가 포함된 용액에서 이미다졸(imidazole), 히스티딘(histidine), 에틸렌디아민 테트라아세테이트(EDTA, ethylendiamine tetraacetate) 또는 염(salts)의 농도를 변화시킴으로써 복합체로부터 세포밖 소포체를 정제하는 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 세포밖 소포체 정제 단계는 상기한 방법 중 어느 하나 또는 하나 이상의 방법을 복합적으로 선택하여 수행될 수 있다. 바람직하게 본 발명의 정제 조건은 pH 10 이하의 완충액, 0 ~ 5 M NaCl, 0 ~ 2 M 이미다졸, 0 ~ 2 M의 금속 킬레이트제 또는 상기 조건의 조합을 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 상기 시료에 양이온을 첨가하기 전에 시료를 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 전처리 단계는 비정제 시료의 부분 정제 단계로서 원심분리, 초원심분리, 여과, 한외여과, 음파처리, 밀도 구배 초원심분리, 크기 배제 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 폴리머 기반 침전 또는 유기 용매 침전 중에서 하나 이상의 방법이 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법에 따라 분리된 세포밖 소포체를 후처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 후처리 단계는 분리된 세포밖 소포체의 정제 단계로서 원심분리, 초원심분리, 여과, 한외여과, 음파처리, 밀도 구배 초원심분리, 크기 배제 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 폴리머 기반 침전 또는 유기 용매 침전 중에서 하나 이상의 방법이 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 상기 시료에 양이온을 첨가하는 단계에서 고분자 또는 염석이온을 첨가하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 양이온을 이용한 세포밖 소포체 분리 방법에 있어서, 양이온과 함께 고분자 또는 염석이온을 첨가함으로써 불용성 복합체 형성 속도를 현저히 증가시킬 수 있으며, 세포밖 소포체의 분리 효율 및 분리 시간을 현저히 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 고분자 또는 염석이온은 양이온과 동시에 시료에 첨가될 수 있다.
또한, 상기 고분자 또는 염석이온은 시료에 양이온을 첨가 하기 전에 먼저 첨가될 수 있다.
또한, 상기 고분자 또는 염석이온은 시료에 양이온을 첨가한 후에 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자는 폴리에틸렌글리콜(PEG, poly ethylene glycol) 또는 폴리옥사졸린(polyoxazoline)일 수 있으며, 상기 폴리옥사졸린은 치환기에 따라 폴리옥사졸린은 폴리메틸옥사졸린(PMOZ, poly(2-methyl-2-oxazoline), 폴리에틸옥사졸린(PEOZ, poly(2-ethyl-2-oxazoline) 또는 폴리프로필옥사졸린(PPOZ, poly(2-propyl-2-oxazoline)일 수 있다. 바람직하게 상기 고분자는 폴리에틸렌글리콜(PEG, poly ethylene glycol) 또는 폴리에틸옥사졸린(PEOZ, poly(2-ethyl-2-oxazoline)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 용어 "염석 이온(salting-out ion)"은 용액 중에 물의 가용성을 감소시켜 소수성 상호반응의 세기를 증가시키기 위한 것으로서, 물 구조를 안정화시키는 코스모트로픽 염(kosmotropic salt)을 지칭한다. 이러한 코스모트로픽 염은 용액에서 용해성 물질의 용해도에 영향을 미치는 정도에 대한 능력에 따라 호프마이스터 계열(Hofmeister series)로 나타내며, 음이온 계열은 다음과 같다: SO4 2- < HPO4 2- < OH- < F- < HCOO- < CH3COO- < Cl- < Br- < NO3 - < I- < SCN- < ClO4 -. 양이온 계열은 다음과 같다: NH4 +, Rb+, K+, Na+, Cs+, Li+, Ca2+, Mg2+, 및 Ba2+. 코스모트로픽 염은 호프마이스터 계열에 따라 소수성 입자에 대한 염석 이온으로 작용한다. 본 발명의 상기 염석 이온은 호프마이스터 계열에서 물 구조를 안정화시키는 음이온과 그의 카운터 양이온으로 된 코스모트로픽 염일 수 있다.
본 발명에 따른 세포밖 소포체의 분리 방법은 원심분리기와 같은 고가 장비가 필요하지 않고, 분리 과정에서 시료가 극한의 환경에 노출되지 않기 때문에 세포밖 소포체의 형태나 성질을 보존하면서 효율적으로 분리할 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명의 방법은 종래의 세포밖 소포체 분리 방법과 결합하여 적용할 수 있으며, 종래 방법의 수행 전 단계 또는 후 단계에 적용함으로써 분리 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 간단하고 효과적으로 세포밖 소포체를 분리할 수 있어, 세포밖 소포체의 대량 정제 시 중요한 요소로 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 소량의 체액 시료의 전처리 및 후처리 단계에 적용함으로써 임상 진단에도 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 세포밖 소포체 분리 방법은 세포밖 소포체의 종류에 따라 특정 양이온에 대한 친화성이 다른 성질을 이용하여, 다양한 양이온으로 세포밖 소포체의 서브셋(subset)을 분획할 수 있다. 분획된 세포밖 소포체 서브셋은 다차원적인 질병 진단에 활용할 수 있으며, 기존에 개발된 다양한 질병 진단 마커들을 본 발명에 적용함으로써 종래 진단 마커의 문제를 해결하고 다양한 활용이 가능하도록 할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포밖 소포체 분리 방법에 대한 모식도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 표본 세포밖 소포체의 분리 방법 및 특성 분석 결과이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따라 여러 농도의 다양한 양이온(Ca2+, Cu2+, Zn2+) 의 첨가로 세포 배양액에서 세포밖 소포체를 분리할 수 있음을 HPLC로 확인한 결과이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따라 여러 농도의 구리 양이온(염화구리(Ⅱ))의 첨가로 세포 배양액으로부터 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 구리 양이온(황산구리(Ⅱ))의 첨가로 세포 배양액으로부터 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 코발트 양이온(염화코발트)의 첨가로 세포 배양액으로부터 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 망간 양이온(염화망간(Ⅱ))의 첨가로 세포 배양액으로부터 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 망간 양이온(황화망간(Ⅱ))의 첨가로 세포 배양액으로부터 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 9 은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 칼슘 양이온(염화칼슘)의 첨가로 세포 배양액으로부터 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 아연 양이온(염화아연)의 첨가로 세포 배양액으로부터 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 칼슘 양이온(염화칼슘)의 첨가로 사람 뇨에서 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 12 은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 망간 양이온(황산망간(Ⅱ))의 첨가로 사람 뇨에서 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따라 다양한 농도의 아연 양이온(염화아연)의 첨가로 사람 뇨에서 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석(a) 및 웨스턴블럿(b)으로 확인한 결과이다.
도 14 은 본 발명의 일실시예에 따라 다양한 양이온(염화구리(Ⅱ), 황산망간(Ⅱ))과 폴리머(PEG, PEOZ)를 함께 첨가하여 세포 배양액에서 세포밖 소포체가 분리됨을 나노입자 분석을 통하여 확인한 결과이다.
도 15 은 본 발명의 일 실시예에 따라 구리 양이온(황산구리(Ⅱ))과 폴리머(PEOZ)를 함께 첨가하여 세포 배양액에서 세포밖 소포체가 분리됨을 웨스턴블럿 분석을 통하여 확인한 결과이다.
도 16 은 본 발명의 일 실시예에 따라 종래 염석이온(황화암모늄) 침전법과 본원 발명의 구리 양이온(황산구리(II))을 이용한 방법을 조합하여 세포밖 소포체의 분리를 확인한 결과이다.
도 17 은 본 발명의 일 실시예에 따라 종래 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 이용한 세포밖 소포체의 분리(a)와 본원 발명의 방법을 이용한 세포밖 소포체의 분리(b) 결과를 비교한 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1. 표본 세포밖 소포체의 정제 및 분석
대장암 세포 SW480 배양액을 500 ×g에서 10 분 간 원심분리(총 2회 반복)하여 잔존하는 세포 및 침전물을 제거하였다. 상기 상층액을 다시 2,000 ×g에서 20 분 간 원심분리(총 2회 반복)하여 침전물을 제거하였다.
상기 상층액에 존재하는 세포밖 소포체를 1차 정제 및 침전하기 위하여, 세포밖 소포체 침전 유도액(8.4% Polyethylene glycol 6000, 250 mM NaCl, 20 mM HEPES, pH7.4)을 첨가하고 16시간 동안 냉장 보관한 후, 12,000 ×g에서 30 분 간 원심분리하여 침전된 세포밖 소포체를 수확하고, HEPES 완충용액(HEPES-buffered ssaline, 20 mM HEPES, 150 mM NaCl, pH7.4)에 녹여 내었다.
밀도 및 부력을 이용하여 세포밖 소포체를 2차 정제하기 위하여 상기 시료를 옵티프랩(optiprep)과 혼합(최종 농도 30%)하여 초원심분리 용기의 가장 아래층에 위치시킨 후, 20% 옵티프랩, 5% 옵티프랩 순서로 층을 쌓았다. 200,000 ×g에서 2 시간 동안 옵티프랩 부력 밀도 구배 초원심분리(30%, 20%, 5% 옵티프랩 삼중층)를 수행하고, 초원심분리 후 세포밖 소포체와 상등 밀도(1.08 ~ 1.12 g/ml) 영역을 수확하였다.
상기 정제된 세포밖 소포체를 3차 정제하기 위하여, HPLC장비를 이용하여 세파크릴(Sephacryl) S500으로 충전된 컬럼(10 x 100 mm)에 로딩 한 후 크기 배제 크로마토그래피를 통해 최종 정제된 세포밖 소포체 분획을 수확하였다. 본 표본 세포밖 소포체 분리 과정을 도 2(a)에 나타내었다.
정제한 대장암 세포 유래 세포밖 소포체를 HPLC 크로마토그램으로 분석한 결과, 분자 크기별 크로마토그래피에서는 3.6 분에280 nm 흡광 밴드가 나타났다(도 2(b)). 크로마토그래피를 통한 각 분획의 나노입자분석(NTA, nanoparticle tracking analysis) 결과, 3.01 ~ 4.5분 사이에 용출되는 시료에서 높은 나노입자 신호를 검출할 수 있었고 이 신호는 280 nm 흡광 밴드와 일치한다는 것을 확인함으로써, 세포밖 소포체는 상기 HPLC 분석 시 3.6 분에 검출되는 밴드임을 알 수 있었다(도 2(b)).
상기 방법에 따라 대장암 세포주(SW480)로부터 최종 정제된 세포밖 소포체를 전자 현미경을 통하여 모양을 확인하였다. 그 결과 도 2(d)에 나타난 바와 같이 SW480 대장암 세포 유래 세포밖 소포체의 크기가 약 50 ~ 200 nm 임을 확인할 수 있었다. 또한, 웨스턴블럿을 통하여 세포밖 소포체의 마커인 TSG101 및 CD9을 확인하고 이를 도 2(e)에 나타내었다.
실시예 2. 여러 농도의 다양한 양이온을 이용한 세포밖 소포체의 분리
여러 농도의 다양한 양이온(Ca2+, Cu2+, Zn2+)을 대장암 세포 배양액에 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 분리한 세포밖 소포체를 HPLC 시스템을 이용한 크기 배제 크로마토그래피로 분석한 결과, 표본 세포밖 소포체는 3.6분에 검출되었으며 이를 도 3(a)에 나타내었다.
대장암 세포 배양액에 첨가한 칼슘 양이온, 구리 양이온 및 아연 양이온의 처리 농도에 따라 3.6분에 검출되는 280 nm 흡광 밴드가 양이온의 농도에 비례하여 증가함을 확인하였고 이를 도 3(b) 내지 도 3(d)에 나타내었다. 각 양이온에서 흡광 밴드들과 표본 세포밖 소포체 흡광 밴드는 동일 검출 시간을 보였으며, 양이온 첨가 농도에 따라 세포 배양액으로부터 분리되는 세포밖 소포체의 수율이 증가함을 알 수 있었다.
실시예 3. 구리 양이온(염화구리(II))을 이용한 세포밖 소포체의 분리
여러 농도의 구리 양이온을 대장암 세포 배양액에 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다. 나노입자 분석을 위해 Nanosight LM10 장비가 사용되었고, 카메라 레벨 10, 검출 한계 3 조건에서 60초 동안 추적 기록하였으며, 웨스턴블럿 분석을 위해 SDS 전기영동 후 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호를 분석하였다.
그 결과, 구리 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 수율이 증가함을 도 4(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 구리 양이온 농도에 비례하여 증가함을 도 4(b)에서 확인하였다.
실시예 4. 구리 양이온(황화구리(II))을 이용한 세포밖 소포체의 분리
여러 농도의 구리 양이온을 대장암 세포 배양액에 첨가하여 배양한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 구리 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 5(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 구리 양이온 농도에 따라 증가함을 도 5(b)에서 나타내었다.
실시예 5. 코발트 양이온(염화코발트)을 이용한 세포밖 소포체의 분리
여러 농도의 코발트 양이온을 대장암 세포 배양액에 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 코발트 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 6(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 코발트 양이온 농도에 따라 증가함을 도 6(b)에서 나타내었다.
실시예 6. 망간 양이온(염화망간(II))을 이용한 세포밖 소포체의 분리
여러 농도의 망간 양이온을 대장암 세포 배양액에 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 망간 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 7(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 망간 양이온 농도에 따라 증가함을 도 7(b)에서 나타내었다.
실시예 7. 망간 양이온(황화망간(II))을 이용한 세포밖 소포체의 분리
여러 농도의 망간 양이온을 대장암 세포 배양액에 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 망간 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 8(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 망간 양이온 농도에 따라 증가함을 도 8(b)에서 나타내었다.
실시예 8. 칼슘 양이온(염화칼슘)을 이용한 세포밖 소포체의 분리
여러 농도의 칼슘 양이온을 대장암 세포 배양액에 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 칼슘 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 9(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 망간 양이온 농도에 따라 증가함을 도 9(b)에서 나타내었다.
실시예 9. 아연 양이온(염화아연)을 이용한 세포밖 소포체의 분리
여러 농도의 아연 양이온을 대장암 세포 배양액에 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 아연 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 10(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 아연 양이온 농도에 따라 증가함을 도 10(b)에서 나타내었다.
실시예 10. 사람 뇨에서 칼슘 양이온(염화칼슘)을 이용한 세포밖 소포체의 분리
사람 뇨(urine)를 2,000 ×g에서 15분 간 원심분리(총 2회 반복)하여 잔존하는 침전물을 제거하였다. 상기 상층액에 여러 농도의 칼슘 양이온을 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 칼슘 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 11(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 칼슘 양이온 농도에 따라 증가함을 도 11(b)에서 나타내었다.
실시예 11. 사람 뇨에서 망간 양이온(황화망간(II))을 이용한 세포밖 소포체의 분리
사람 뇨를 2,000 ×g에서 15분 간 원심분리(총 2회 반복)하여 잔존하는 침전물을 제거하였다. 상기 준비된 사람 뇨에 여러 농도의 망간 양이온을 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 칼슘 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 12(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 칼슘 양이온 농도에 따라 증가함을 도 12(b)에서 나타내었다.
실시예 12. 사람 뇨에서 아연 양이온(염화아연)을 이용한 세포밖 소포체의 분리
사람 뇨를 2,000 ×g에서 15분 간 원심분리(총 2회 반복)하여 잔존하는 침전물을 제거하였다. 상기 준비된 사람 뇨에 여러 농도의 아연 양이온을 첨가하여 혼합한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 침전물을 수확하고 50 mM EDTA가 포함된 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 나노입자 분석 및 웨스턴블럿 분석으로 확인하였다.
그 결과, 아연 양이온의 농도가 증가함에 따라 세포밖 소포체의 농도가 증가하였음을 도 13(a)에 나타내었고, 이에 따라 통상의 세포밖 소포체 마커인 CD9에 대한 신호가 아연 양이온 농도에 따라 증가함을 도 13(b)에서 나타내었다.
실시예 13. 다양한 양이온(염화구리(II), 황화망간(II))과 폴리머의 조합을 통한 세포밖 소포체의 분리 효율 증가
다양한 양이온과 폴리머 조합에 따른 세포밖 소포체의 분리 수율을 비교하기 위해 양이온 단독, 폴리머 단독, 또는 양이온과 폴리머를 함께 첨가하여 세포밖 소포체를 분리하였다.
구체적으로, 세포밖 소포체 분리를 위한 폴리머로는 폴리에틸렌글리콜(PEG, Poly ethylene glycol) 또는 폴리에틸옥사졸린(PEOZ, Poly(2-ethyl-2-oxazoline))을 사용하였으며, 대장암 세포 배양액에 최종 농도가 8.3%가 되도록 폴리에틸렌글리콜(PEG, Poly ethylene glycol)만을 첨가하거나, 최종 농도가 10%가 되도록 폴리에틸옥사졸린(PEOZ, Poly(2-ethyl-2-oxazoline))만을 첨가하였다. 이러한 폴리머 단독 첨가군은 상온에서 10 분, 또는 4℃에서 16시간 동안 배양한 후, 원심 분리를 통하여 세포밖 소포체를 수확하였다.
한편, 양이온 단독 첨가군은 상기 동일한 세포 배양액에 최종 농도가 20 mM가 되도록 구리 양이온(CuCl2) 또는 망간 양이온(MnSO4)만을 첨가한 후 상온에서 10 분 간 배양하고 원심분리를 통해 세포밖 소포체를 수확하였다. 또한, 상기 양이온과 폴리머를 동시에 첨가한 경우도 마찬가지로 상온에서 10 분 간 배양한 후 원심분리를 통하여 수확하였다. 이 후 침전된 세포밖 소포체를 동일 부피의 HEPES버퍼에 용해하였다.
상기 폴리머 단독, 양이온 단독, 또는 양이온-폴리머 혼합 조건에서 수확한 세포밖 소포체의 수율을 비교 분석하기 위하여 나노 입자 분석을 수행하였다. 그 결과, 도 14(a) 내지 도 14(c)에 나타낸 바와 같이, 폴리머 단독으로 16시간 동안 배양한 조건의 세포밖 소포체의 수율에 비하여 양이온 단독으로 10 분 간 반응한 조건에서 2 ~ 3배 높은 수율을 보였으며, 양이온과 폴리머를 혼합한 조건으로 10 분 간 반응한 경우 세포밖 소포체의 수율이 더욱 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 폴리머 단독으로는 효율이 매우 낮으나, 양이온이 존재하는 조건에서 폴리머가 첨가되면 양이온의 세포밖 소포체 침전 효율을 더욱 증가시킴을 알 수 있었다.
실시예 14. 폴리머와 구리 양이온(황화구리(II)) 농도에 따른 세포밖 소포체의 CD9 분석
대장암 세포 배양액에 다양한 농도의 구리 양이온과 최종 농도 10%가 되도록 폴리에틸옥사졸린을 첨가한 후 상온에서 30분 간 반응시킨 시료와 폴리에틸옥사졸린 단독으로 4℃ 18시간 반응시킨 시료에서 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 세포밖 소포체를 수확하였다. 각 조건에서 얻어진 세포밖 소포체의 수율을 확인하기 위하여 세포밖 소포체 마커인 CD9의 양을 웨스턴블럿을 통하여 분석하였다.
그 결과 도 15에 나타낸 바와 같이, 폴리에틸옥사졸린 단독으로 30 분 간 배양한 조건의 세포밖 소포체의 수율이 매우 낮은데 반해, 다양한 농도의 구리 양이온과 폴리머를 혼합한 조건으로 30 분 간 반응한 경우 구리 양이온의 농도에 비례하여 월등히 높은 세포밖 소포체가 수확됨을 알 수 있었다. 이로부터 폴리에틸옥사졸린 단독으로는 세포밖 소포체 침전 효율이 매우 낮으나, 구리 양이온이 존재하는 조건에서 폴리머가 첨가되면 세포밖 소포체의 침전 효율이 극대화 됨을 알 수 있었다.
실시예 15. 황화암모늄과 구리 양이온(황화구리(II))의 조합에 따른 세포밖 소포체의 분리
대장암 세포 배양액에 최종 농도 1.5 M이 되도록 황화암모늄을 첨가한 후 4℃에서 30 분 간 반응시킨 시료, 상기 동일한 세포 배양액에 구리 양이온(10 mM) 만을 첨가한 시료, 그리고, 상기 동일 세포 배양액에 구리 양이온과 황화암모늄을 함께 첨가한 시료로부터 3000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 세포밖 소포체를 수확하였고, 각 조건에서 얻어진 세포밖 소포체의 수율을 확인하기 위하여 나노 입자 분석을 수행하였다.
그 결과 도 16에 나타낸 바와 같이, 황화암모늄 단독으로 30 분 간 배양한 조건의 세포밖 소포체의 수율은 매우 낮은데 반해, 10 mM의 구리 양이온 만을 30 분 간 반응한 조건에는 높은 세포밖 소포체의 수율을 보였으며, 구리 양이온과 황화암모늄을 혼합한 조건으로 30 분 간 반응한 조건의 경우는 구리 양이온의 농도에 비례하여 시료내 존재하는 세포밖 소포체 수율이 더욱 높아짐을 확인할 수 있었다. 이로부터 30 분의 짧은 배양을 하는 경우, 황화암모늄 단독으로는 세포밖 소포체 침전 효율이 매우 낮은 반면, 구리 양이온 단독의 경우 침전 효율이 월등하다. 또한, 구리 양이온과 황화암모늄이 함께 첨가하여 세포밖 소포체를 침전하는 경우는 구리 양이온의 세포밖 소포체 침전 효율을 극대화 시킴을 알 수 있었다.
실시예 16. 폴리머를 이용한 세포밖 소포체의 분리와 구리 양이온을 통한 세포밖 소포체 분리 방법의 비교
폴리머를 이용한 세포밖 소포체의 분리와 폴리머-양이온 조합을 통한 세포밖 소포체 분리의 수율 및 순도 차이를 분석하기 위하여, 대장암 세포 배양액 10 ml로부터 세포밖 소포체를 정제하기 위해 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol)을 최종 농도 8.3% 되게 첨가하고 4℃ 18시간 동안 배양한 후 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리 후 침전물을 HEPES 버퍼(20 mM HEPES, pH7.2, 150 mM NaCl)에 용해시켰다. 한편, 동일 부피의 세포 배양액에 구리 양이온을 첨가한 후 10 분 간 배양하고, 침전물을 3,000 ×g, 10 분 간 원심분리하여 수확하고 이를 50 mM EDTA를 포함한 HEPES 버퍼에 용해시켰다. 상기 방법을 이용해 분리한 세포밖 소포체를 포함한 시료를 크기 배제 크로마토그래피(spin-based size exclusion chromatography)로 추가 분리한 후 HPLC 시스템을 이용한 크기 배제 크로마토그래피로 분석하였다.
그 결과 도 17에 나타낸 바와 같이, 종래의 폴리머를 이용한 세포밖 소포체의 분리 방법에 비해 양이온을 이용하면 세포밖 소포체의 수율과 순도가 크게 향상됨을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. (a) 생물학적 시료에 양이온이 포함된 용액을 첨가하는 단계;
    (b) 상기 생물학적 시료에 포함된 세포밖 소포체와 양이온을 반응시켜 세포밖 소포체와 양이온의 불용성 복합체를 형성하는 단계;
    (c) 상기 시료로부터 세포밖 소포체와 양이온 복합체를 침전시켜 분리하는 단계; 및
    (d) 상기 복합체로부터 양이온을 분리시켜 세포밖 소포체를 정제하는 단계
    를 포함하는 세포밖 소포체 분리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 시료는 포유동물 세포 배양 배지, 박테리아 세포 배양 배지, 효모 배양 배지, 조직 추출물, 암 조직, 혈청, 혈장, 침, 눈물, 땀, 소변, 대변, 뇌척수액(CSF, cerebrospinal fluid), 복수(ascite), 양수(amniotic fluid), 정액, 유(milk), 먼지, 담수, 해수, 토양 및 발효식품으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양이온은 리튬(Li),　나트륨(Na),　칼륨(K),　루비듐(Rb),　세슘(Cs), 프랑슘(Fr),　베릴륨(Be),　마그네슘(Mg),　칼슘(Ca),　스트론튬(Sr),　바륨(Ba),　라듐(Ra), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 러더포듐(Rf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈룸(Ta), 더브늄(Db), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 시보?(Sg), 망간(Mn), 테크네튬(Tc), 레늄(Re), 보륨(Bh), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 하슘(Hs), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 마이트너륨(Mt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 다름슈타튬(Ds), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 뢴트게늄(Rg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 코페르니슘(Cn), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi) 및 폴로늄(Po) 이온으로이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 원심분리, 초원심분리, 여과, 한외여과, 중력, 음파처리, 밀도 구배 초원심분리, 크기 배제 크로마토그래피, 이온교환 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 폴리머 기반 침전 및 유기 용매 침전으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법을 이용하는 것인 세포밖 소포체 분리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 분리된 세포밖 소포체와 양이온 복합체에 킬레이트제를 첨가하는 방법; pH값을 변화시키는 방법; 및 이미다졸(imidazole), 히스티딘(histidine), 에틸렌디아민 테트라아세테이트(EDTA, ethylendiamine tetraacetate) 및 염(salts)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 농도를 변화시키는 방법으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법을 포함하는 것인 세포밖 소포체 분리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 킬레이트제는 이미노디아세트산(IDA, iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(NTA, nitrilotriacetic acid), 트리스(카복시메틸)에틸렌디아민(TED, tris-(carboxymethyl)ethylenediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 에틸렌디아민 테트라아세테이트(EDTA, ethylendiamine tetraacetate), 알킬렌디아민 트리아세트산(alkylenediamine triacetic acid), 디에틸렌트리아민펜타아세트산(DTPA, diethylenetriaminepentaacetic acid), 에틸렌글리콜 비스(베타-아미노에틸에테르)-N,N,N',N'-테트라아세트산(EGTA, ethylene glycol-bis(β-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid), 포스포세린(phosphoserine) 및 1,4,7-트리아조사이클로노난(TACN, 1,4,7-triazocyclononane)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 전에 시료의 전처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계 후에 정제된 세포밖 소포체의 후처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에 고분자 또는 염석 이온을 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고분자 또는 염석이온은 양이온과 동시에, 양이온 첨가 이전에, 또는 양이온 첨가 이후에 첨가되는 것을 특징으로 하는 세포밖 소포체 분리 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리에틸렌글리콜(PEG, poly ethylene glycol) 또는 폴리옥사졸린(polyoxazoline)인 것인 세포밖 소포체 분리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 폴리옥사졸린은 폴리메틸옥사졸린(PMOZ, poly(2-methyl-2-oxazoline), 폴리에틸옥사졸린(PEOZ, poly(2-ethyl-2-oxazoline) 또는 폴리프로필옥사졸린(PPOZ, poly(2-propyl-2-oxazoline)인 것인 세포밖 소포체 분리 방법.
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