KR20230148417A - Structures and methods for detection of sample analytes - Google Patents
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Abstract
샘플에 존재하는 하나 이상의 분석물 분자를 검출하기 위한 구조물 및 방법이 본원에 제공된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 분석물 분자는 하나 이상의 초분자 구조물을 사용하여 검출된다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 단일 검출기 분자의 결합을 용이하게 한다. 일부 실시양태에서, 안정한 상태의 초분자 구조물은 분석물 분자 검출 및 정량화를 위한 신호를 제공하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 신호는, 분석물 분자의 검출 및 정량화가 분석물 분자의 존재를 DNA 신호로 전환시키는 것을 포함하도록 DNA 신호와 관련된다.Provided herein are structures and methods for detecting one or more analyte molecules present in a sample. In some embodiments, one or more analyte molecules are detected using one or more supramolecular structures. In some embodiments, supramolecular structures facilitate binding of single detector molecules. In some embodiments, the supramolecular structure in the steady state is configured to provide a signal for analyte molecule detection and quantification. In some embodiments, the signal relates to a DNA signal such that detection and quantification of the analyte molecule includes converting the presence of the analyte molecule into a DNA signal.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications
본 출원은 2021년 2월 23일에 출원되고 발명의 명칭이 "STRUCTURE AND METHODS FOR DETECTION OF SAMPLE ANALYTES"인 미국 가출원 번호 63/152,607에 대한 우선권 및 이익을 주장하며, 그의 개시내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.This application claims priority and benefit to U.S. Provisional Application No. 63/152,607, filed February 23, 2021 and entitled “STRUCTURE AND METHODS FOR DETECTION OF SAMPLE ANALYTES,” the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. incorporated by reference.
개인맞춤형 건강관리의 현재 상태는 압도적으로 게놈-중심적이며, 주로 개인 내에 존재하는 유전자를 정량화하는 것에 초점을 맞추고 있다. 이러한 접근법은 매우 강력한 것으로 입증되었지만, 임상의에게 개인의 건강에 대한 완전한 그림을 제공하지는 않는다. 유전자는 개인의 "청사진"이며, 단지 질병이 발생할 가능성을 알려줄 뿐이기 때문이다. 개인 내에서의 이러한 "청사진"이 개인의 건강에 임의의 영향을 미치기 위해서는, 먼저 RNA로 전사된 다음, 세포에서의 실제 "인자"인 다양한 단백질 분자로 번역될 필요가 있다.The current state of personalized health care is overwhelmingly genome-centric, focusing primarily on quantifying the genes present within an individual. Although these approaches have proven to be very powerful, they do not provide clinicians with a complete picture of an individual's health. Genes are an individual's "blueprint" and only indicate the likelihood of developing a disease. In order for these "blueprints" within an individual to have any effect on the individual's health, they first need to be transcribed into RNA and then translated into various protein molecules that are the actual "factors" in the cell.
단백질의 농도, 단백질 간의 상호작용 (단백질-단백질 상호작용 또는 PPI), 뿐만 아니라 단백질과 기타 분자 사이의 상호작용은 여러 기관의 건강, 항상성 조절 메카니즘 뿐만 아니라 이들 시스템과 외부 환경의 상호작용과 복잡하게 연관된다. 따라서, 단백질 및 단백질 상호작용, 예컨대 PPI에 대한 정량적 정보는 주어진 시점에서 개인의 건강에 대한 완전한 그림을 생성할 뿐만 아니라 임의의 새로운 건강 문제를 예측하는 데 필수적이다. 예를 들어, 심장 근육이 경험하는 스트레스의 양 (예를 들어 심장 발작 동안)은 말초 혈액 내에 존재하는 트로포닌 I/II 및 미오신 경쇄의 농도를 측정함으로써 추론될 수 있다. 유사한 단백질 바이오마커가 또한 매우 다양한 기관 기능장애 (예를 들어 간 질환 및 갑상선 장애), 특정 암 (예를 들어 결장직장암 또는 전립선암), 및 감염성 질환 (예를 들어 HIV 및 지카)에 대해 식별되고, 검증되었고, 활용된다. 이들 단백질 간의 상호작용은 또한 약물 개발에 필수적이며, 점점 더 고도로 요구되는 데이터세트가 되고 있다. 주어진 체액 샘플 내에서 단백질 및 기타 분자와의 단백질 상호작용을 검출 및 정량화하는 능력은 이러한 건강관리 개발의 필수 요소이다.Protein concentrations, interactions between proteins (protein-protein interactions or PPIs), as well as interactions between proteins and other molecules are complex with the health and homeostasis regulation mechanisms of various organs, as well as the interaction of these systems with the external environment. It is related. Therefore, quantitative information about proteins and protein interactions, such as PPIs, is essential not only to generate a complete picture of an individual's health at a given point in time, but also to predict any new health problems. For example, the amount of stress experienced by the heart muscle (e.g. during a heart attack) can be inferred by measuring the concentrations of troponin I/II and myosin light chains present in peripheral blood. Similar protein biomarkers have also been identified for a wide variety of organ dysfunctions (e.g. liver disease and thyroid disorders), certain cancers (e.g. colorectal or prostate cancer), and infectious diseases (e.g. HIV and Zika). , verified and utilized. Interactions between these proteins are also essential for drug development and are becoming an increasingly highly demanded dataset. The ability to detect and quantify proteins and their interactions with other molecules within a given body fluid sample is an essential element of these healthcare developments.
요약summary
본 개시내용은 일반적으로 샘플 내의 분석물 분자의 검출 및 정량화를 위한 시스템, 구조물 및 방법에 관한 것이다.The present disclosure generally relates to systems, structures, and methods for detection and quantification of analyte molecules in a sample.
일부 실시양태에서, a) 복수의 코어 분자를 포함하는 코어 구조물 및 제1 위치에서 코어 구조물에 연결된 포착 분자를 포함하는 초분자 구조물을 제공하는 단계, b) 샘플을 초분자 구조물과 접촉시키는 단계 및 c) 검출기 분자 어셈블리를 제공하는 단계; 및 d) 검출기 분자 어셈블리에 의해 제공된 신호 및 초분자 구조물에 의해 제공된 연관 신호에 기초하여 분석물 분자를 검출하는 단계를 포함하는, 샘플에 존재하는 분석물 분자를 검출하는 방법이 본원에 제공된다.In some embodiments, a) providing a supramolecular structure comprising a core structure comprising a plurality of core molecules and a capture molecule connected to the core structure at a first position, b) contacting the sample with the supramolecular structure, and c) providing a detector molecular assembly; and d) detecting the analyte molecule based on the signal provided by the detector molecular assembly and the associated signal provided by the supramolecular structure. Provided herein is a method of detecting an analyte molecule present in a sample.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법은 샘플 내의 분석물 분자의 농도를 정량화하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법은 검출된 분석물 분자를 식별하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법은 분석물 분자가 단일 분자 이상의 계수로 샘플 내에 존재할 때의 신호에 기초하여 분석물 분자를 검출하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 샘플은 복합 생물학적 샘플을 포함하고, 방법은 단일-분자 감수성을 제공함으로써 복합 생물학적 샘플 내의 다양한 범위의 분자 농도의 동적 범위 및 정량적 포착을 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 분석물 분자는 단백질, 펩티드, 펩티드 단편, 지질, DNA, RNA, 유기 분자, 무기 분자, 그의 복합체, 또는 그의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 초분자 구조물은 나노구조물이다.In some embodiments, any of the methods disclosed herein further comprise quantifying the concentration of analyte molecules in the sample. In some embodiments, any of the methods disclosed herein further comprise identifying the detected analyte molecule. In some embodiments, any of the methods disclosed herein further comprise detecting an analyte molecule based on a signal when the analyte molecule is present in the sample in counts of more than a single molecule. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the sample comprises a complex biological sample, and the method provides single-molecule sensitivity, thereby increasing the dynamic range and quantitative capture of a wide range of molecular concentrations within the complex biological sample. . In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the analyte molecule comprises a protein, peptide, peptide fragment, lipid, DNA, RNA, organic molecule, inorganic molecule, complex thereof, or any combination thereof. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, each supramolecular structure is a nanostructure.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 코어 구조물은 나노구조물이다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 코어 구조물에 대한 복수의 코어 분자는 미리 규정된 형상으로 배열되고/거나 규정된 분자량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 미리 규정된 형상은 또 다른 초분자 구조물과의 교차-반응성을 제한하거나 방지하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 코어 구조물에 대한 복수의 코어 분자는 하나 이상의 핵산 가닥, 하나 이상의 분지형 핵산, 하나 이상의 펩티드, 하나 이상의 소분자, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 코어 구조물은 독립적으로 스캐폴딩된 데옥시리보핵산 (DNA) 오리가미, 스캐폴딩된 리보핵산 (RNA) 오리가미, 스캐폴딩된 하이브리드 DNA:RNA 오리가미, 단일-가닥 DNA 타일 구조, 다중-가닥 DNA 타일 구조, 단일-가닥 RNA 오리가미, 다중-가닥 RNA 타일 구조, 다중 스캐폴드를 갖는 계층적으로 구성된 DNA 또는 RNA 오리가미, 펩티드 구조, 또는 그의 조합을 포함한다.In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, each core structure is a nanostructure. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the plurality of core molecules for each core structure are arranged in a predefined shape and/or have a defined molecular weight. In some embodiments, the predefined shape is configured to limit or prevent cross-reactivity with another supramolecular structure. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the plurality of core molecules for each core structure comprises one or more nucleic acid strands, one or more branched nucleic acids, one or more peptides, one or more small molecules, or combinations thereof. . In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, each core structure independently comprises a scaffolded deoxyribonucleic acid (DNA) origami, a scaffolded ribonucleic acid (RNA) origami, a scaffolded hybrid DNA:RNA Origami, single-stranded DNA tile structure, multi-stranded DNA tile structure, single-stranded RNA origami, multi-stranded RNA tile structure, hierarchically organized DNA or RNA origami with multiple scaffolds, peptide structure, or a combination thereof. Includes.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 분석물 분자는 1) 화학 결합을 통해 각각의 초분자 구조물의 포착 분자에 결합되고/거나, 2) 화학 결합을 통해 검출기 분자 어셈블리에 결합된다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 포착 분자 및 검출기 분자는 독립적으로 단백질, 펩티드, 항체, 압타머 (RNA 및 DNA), 형광단, darpin, 촉매, 중합 개시제, PEG와 같은 중합체, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 초분자 구조물에 대해: a) 포착 분자는 포착 바코드를 통해 코어 구조물에 연결되고, 여기서 포착 바코드는 제1 포착 링커, 제2 포착 링커, 및 제1 포착 링커와 제2 포착 링커 사이에 배치된 포착 가교를 포함하고, 여기서 제1 포착 링커는 코어 구조물 상의 제1 위치에 결합된 제1 코어 링커에 결합되고, 여기서 포착 분자 및 제2 포착 링커는 제3 포착 링커에 대한 결합을 통해 함께 연결되고, b) 검출기 분자 어셈블리는 검출기 바코드를 포함하고, 여기서 검출기 바코드는 하나 이상의 링커를 포함한다. 일부 실시양태에서, 포착 가교 및 검출기 분자 어셈블리는 독립적으로 중합체 코어를 포함한다. 일부 실시양태에서, 포착 가교의 중합체 코어 및 검출기 분자 어셈블리의 중합체 코어는 독립적으로 특정 서열의 핵산 (DNA 또는 RNA) 또는 PEG와 같은 중합체를 포함한다.In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, each analyte molecule is 1) bound to a capture molecule of the respective supramolecular structure via a chemical bond, and/or 2) bound to a detector molecular assembly via a chemical bond. do. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the capture molecule and detector molecule are independently a protein, peptide, antibody, aptamer (RNA and DNA), fluorophore, darpin, catalyst, polymerization initiator, polymer such as PEG. , or a combination thereof. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, for each supramolecular structure: a) a capture molecule is linked to the core structure via a capture barcode, wherein the capture barcode is a first capture linker, a second capture linker, and a capture bridge disposed between the first capture linker and the second capture linker, wherein the first capture linker is bound to the first core linker bound to the first position on the core structure, and wherein the capture molecule and the second capture linker. The linkers are linked together via linkage to a third capture linker, and b) the detector molecule assembly comprises a detector barcode, wherein the detector barcode comprises one or more linkers. In some embodiments, the capture crosslink and detector molecular assemblies independently comprise a polymer core. In some embodiments, the polymeric core of the capture crosslink and the polymeric core of the detector molecular assembly independently comprise a nucleic acid (DNA or RNA) of a specific sequence or a polymer, such as PEG.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 초분자 구조물은 코어 구조물에 연결된 앵커 분자를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자는 앵커 바코드를 통해 코어 구조물에 연결되고, 여기서 앵커 바코드는 제1 앵커 링커, 제2 앵커 링커, 및 제1 앵커 링커와 제2 앵커 링커 사이에 배치된 앵커 가교를 포함하고, 제1 앵커 링커는 코어 구조물 상의 제3 위치에 결합된 제3 코어 링커에 결합되고, 앵커 분자는 제2 앵커 링커에 연결된다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자는 아민, 티올, DBCO, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, NHS-에스테르, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (RNA 또는 DNA), 중합 개시제 또는 PEG와 같은 하나 이상의 중합체, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 가교는 중합체 코어를 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 가교의 중합체 코어는 특정 서열의 핵산 (DNA 또는 RNA) 또는 PEG와 같은 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제3 코어 링커, 제1 앵커 링커, 제2 앵커 링커 및 앵커 분자는 독립적으로 앵커 반응성 분자 또는 DNA 서열 도메인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 앵커 반응성 분자는 독립적으로 아민, 티올, DBCO, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, NHS-에스테르, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (RNA 또는 DNA), 중합 개시제 또는 PEG와 같은 하나 이상의 중합체, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자는 화학 결합을 통해 제2 앵커 링커에 연결된다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자는 제2 앵커 링커에 공유 결합된다.In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, each supramolecular structure further comprises an anchor molecule connected to the core structure. In some embodiments, the anchor molecule is linked to the core structure via an anchor barcode, wherein the anchor barcode comprises a first anchor linker, a second anchor linker, and an anchor bridge disposed between the first anchor linker and the second anchor linker. And, the first anchor linker is linked to the third core linker linked to the third position on the core structure, and the anchor molecule is linked to the second anchor linker. In some embodiments, the anchor molecule is one or more molecules such as an amine, thiol, DBCO, maleimide, biotin, azide, acrydite, NHS-ester, a single-stranded nucleic acid (RNA or DNA) of a specific sequence, a polymerization initiator, or PEG. Including polymers, or combinations thereof. In some embodiments, the anchor crosslink comprises a polymer core. In some embodiments, the polymeric core of the anchor bridge comprises a specific sequence of nucleic acid (DNA or RNA) or a polymer such as PEG. In some embodiments, the third core linker, first anchor linker, second anchor linker and anchor molecule independently comprise an anchor reactive molecule or DNA sequence domain. In some embodiments, each anchor-reactive molecule is independently an amine, thiol, DBCO, maleimide, biotin, azide, acrydite, NHS-ester, a single-stranded nucleic acid (RNA or DNA) of a specific sequence, a polymerization initiator, or and one or more polymers, such as PEG, or combinations thereof. In some embodiments, the anchor molecule is linked to a second anchor linker through a chemical bond. In some embodiments, the anchor molecule is covalently linked to a second anchor linker.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 신호는, 분석물에 결합된 다음 다시 검출기 분자 어셈블리에 결합된 초분자 구조물에 상응하는 검출기 바코드, 포착 바코드, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 검출기 바코드는, 각각의 검출기 분자에 결합된 분석물 분자에 대한 그의 특이성을 나타내는 정보를 제공하는, 검출기 분자에 상응하는 DNA 신호를 제공한다. 일부 실시양태에서, 검출기 바코드는 유전자형 결정, qPCR, 서열분석, 또는 그의 조합을 사용하여 분석된다. 일부 실시양태에서, 샘플 내의 복수의 분석물 분자는 다중화를 통해 동시에 검출된다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 각각의 초분자 구조물에 대한 포착 분자 및 검출기 분자는 하나 이상의 특정 유형의 분석물 분자에 결합하도록 구성된다.In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the signal comprises a detector barcode, capture barcode, or combination thereof corresponding to a supramolecular structure that is bound to the analyte and then bound back to the detector molecular assembly. In some embodiments, each detector barcode provides a DNA signal corresponding to the detector molecule, providing information indicating its specificity for the analyte molecule bound to each detector molecule. In some embodiments, the detector barcode is analyzed using genotyping, qPCR, sequencing, or a combination thereof. In some embodiments, multiple analyte molecules in a sample are detected simultaneously through multiplexing. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the capture molecule and detector molecule for each supramolecular structure are configured to bind one or more specific types of analyte molecules.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 복수의 초분자 구조물을 사용하는 것을 포함하는 임의의 방법에 대해, 복수의 초분자 구조물의 각각의 코어 구조물은 서로 동일하다. 일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물은 복수의 초분자 구조물 간의 교차-반응을 감소시키거나 제거하기 위해 규정된 형상, 크기, 분자량 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물은 복수의 포착 분자 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물은 복수의 초분자 구조물 간의 교차-반응을 감소시키거나 제거하기 위해 규정된 화학량론의 포착 분자 및 검출기 분자를 포함한다.In some embodiments, for any method disclosed herein comprising using a plurality of supramolecular structures, each core structure of the plurality of supramolecular structures is identical to each other. In some embodiments, each supramolecular structure comprises a defined shape, size, molecular weight, or combination thereof to reduce or eliminate cross-reaction between the plurality of supramolecular structures. In some embodiments, each supramolecular structure comprises a plurality of capture molecule molecules. In some embodiments, each supramolecular structure comprises capture molecules and detector molecules of defined stoichiometry to reduce or eliminate cross-reaction between the plurality of supramolecular structures.
일부 실시양태에서, 하나 이상의 초분자 구조물은 히드로겔다공성 매트릭스에 부착된다. 일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물은 상응하는 초분자 구조물의 각각의 코어 구조물에 연결된 상응하는 앵커 분자를 통해 히드로겔과 공중합된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 초분자 구조물은 히드로겔 내에 매립된다. 일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물은 기재, 예컨대 형상화 또는 평면 기재 상에 배치되고, 여기서 기재는 복수의 결합 부위를 포함하고, 각각의 결합 부위는 상응하는 초분자 구조물과 연결되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물이 동일한 분석물 분자를 검출하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 기재를 사용하는 것을 포함하는 임의의 방법에 대해, 방법은 검출기 분자와 연결된 복수의 신호전달 요소를 제공하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 신호전달 요소는 형광 분자 또는 마이크로비드, 형광 중합체, 고도로 하전된 나노입자 또는 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물 내의 적어도 하나의 초분자 구조물은 다른 초분자 구조물과 상이한 분석물 분자를 검출하도록 구성된다.In some embodiments, one or more supramolecular structures are attached to a hydrogel porous matrix. In some embodiments, each supramolecular structure is copolymerized with a hydrogel via a corresponding anchor molecule linked to each core structure of the corresponding supramolecular structure. In some embodiments, one or more supramolecular structures are embedded within the hydrogel. In some embodiments, a plurality of supramolecular structures are disposed on a substrate, such as a shaped or planar substrate, wherein the substrate comprises a plurality of binding sites, each binding site being configured to connect with a corresponding supramolecular structure. In some embodiments, multiple supramolecular structures are configured to detect the same analyte molecule. In some embodiments, for any method that includes using a substrate, the method further comprises providing a plurality of signaling elements coupled to a detector molecule. In some embodiments, each signaling element comprises a fluorescent molecule or microbead, a fluorescent polymer, a highly charged nanoparticle or polymer. In some embodiments, at least one supramolecular structure in the plurality of supramolecular structures is configured to detect a different analyte molecule than the other supramolecular structures.
일부 실시양태에서, 평면 기재를 사용하는 것을 포함하는 임의의 방법에 대해, 평면 기재 상의 각각의 초분자 구조물의 위치를 식별하도록 각각의 초분자 구조물을 바코딩하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 평면 기재를 사용하는 것을 포함하는 임의의 방법에 대해, 방법은 검출기 분자와 연결되도록 구성된 본원에 제공된 바와 같은 복수의 신호전달 요소를 제공하는 것을 포함한다.In some embodiments, for any method that includes using a planar substrate, the method further includes barcoding each supramolecular structure to identify the location of each supramolecular structure on the planar substrate. In some embodiments, for any method that includes using a planar substrate, the method includes providing a plurality of signaling elements as provided herein configured to couple with a detector molecule.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 샘플은 생물학적 입자 또는 생체분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 샘플은 단백질, 펩티드, 펩티드의 단편, 지질, DNA, RNA, 유기 분자, 바이러스 입자, 엑소솜, 소기관, 또는 그의 임의의 복합체를 포함하는 수용액을 포함한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 임의의 방법에 대해, 샘플은 조직 생검, 혈액, 혈장, 소변, 타액, 눈물, 뇌척수액, 세포외액, 배양 세포, 배양 배지, 폐기된 조직, 식물 물질, 합성 단백질, 프리온, 박테리아 및/또는 바이러스 샘플 또는 진균 조직, 또는 그의 조합을 포함한다. 샘플을 본원에 제공된 초분자 구조물과 접촉시키기 전에 샘플을 프로세싱하여 세포로부터 분석물을 방출시키거나 또는 달리 분석을 위한 샘플을 제조할 수 있다. 샘플은 환경 샘플, 예컨대 폐수 또는 토양 샘플일 수 있다. 샘플은 또한 비생물학적 샘플일 수 있다. 한 실시양태에서, 샘플은 화학적 공정 단계로부터의 샘플, 식품 또는 영양 성분의 샘플, 또는 포장 성분일 수 있다.In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the sample comprises a biological particle or biomolecule. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, the sample is an aqueous solution comprising a protein, peptide, fragment of a peptide, lipid, DNA, RNA, organic molecule, viral particle, exosome, organelle, or any complex thereof. Includes. In some embodiments, for any of the methods disclosed herein, a sample may include tissue biopsy, blood, plasma, urine, saliva, tears, cerebrospinal fluid, extracellular fluid, cultured cells, culture medium, discarded tissue, plant material, synthetic protein, prion, bacterial and/or viral samples or fungal tissue, or combinations thereof. The sample may be processed to release the analyte from the cells or otherwise prepare the sample for analysis prior to contacting the sample with the supramolecular structures provided herein. The sample may be an environmental sample, such as wastewater or soil sample. The sample may also be a non-biological sample. In one embodiment, the sample may be a sample from a chemical processing step, a sample of a food or nutritional ingredient, or a packaging ingredient.
일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물을 포함하는, 샘플 내의 하나 이상의 분석물 분자를 검출하기 위한 기재가 본원에 제공되며, 여기서 각각의 초분자 구조물은 a) 복수의 코어 분자를 포함하는 코어 구조물, 및 b) 초분자 코어에 연결된 포착 분자를 포함한다.In some embodiments, provided herein is a substrate for detecting one or more analyte molecules in a sample, comprising a plurality of supramolecular structures, wherein each supramolecular structure includes a) a core structure comprising a plurality of core molecules, and b) Contains a capture molecule linked to the supramolecular core.
일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물의 각각의 코어 구조물은 서로 동일하다. 일부 실시양태에서, 기재는 고체 지지체, 고체 기재, 중합체 매트릭스 또는 분자 축합물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 복합 생물학적 샘플을 포함하고, 방법은 단일-분자 감수성을 제공함으로써 복합 생물학적 샘플 내의 다양한 범위의 분자 농도의 동적 범위 및 정량적 포착을 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 분석물 분자는 단백질, 펩티드, 펩티드 단편, 지질, DNA, RNA, 유기 분자, 무기 분자, 그의 복합체, 또는 그의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물은 나노구조물이다. 일부 실시양태에서, 각각의 코어 구조물은 나노구조물이다. 일부 실시양태에서, 각각의 코어 구조물에 대한 복수의 코어 분자는 미리 규정된 형상으로 배열되고/거나 규정된 분자량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 미리 규정된 형상은 또 다른 초분자 구조물과의 교차-반응성을 제한하거나 방지하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 각각의 코어 구조물에 대한 복수의 코어 분자는 하나 이상의 핵산 가닥, 하나 이상의 분지형 핵산, 하나 이상의 펩티드, 하나 이상의 소분자, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 코어 구조물은 독립적으로 스캐폴딩된 데옥시리보핵산 (DNA) 오리가미, 스캐폴딩된 리보핵산 (RNA) 오리가미, 스캐폴딩된 하이브리드 DNA:RNA 오리가미, 단일-가닥 DNA 타일 구조, 다중-가닥 DNA 타일 구조, 단일-가닥 RNA 오리가미, 다중-가닥 RNA 타일 구조, 다중 스캐폴드를 갖는 계층적으로 구성된 DNA 또는 RNA 오리가미, 펩티드 구조, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 분석물 분자는 1) 화학 결합을 통해 포착 분자에 결합되고/거나 2) 화학 결합을 통해 검출기 분자에 결합된다. 일부 실시양태에서, 포착 분자 및 검출기 분자는 독립적으로 단백질, 펩티드, 항체, 압타머(RNA 및 DNA), 형광단, darpin, 촉매, 중합 개시제, PEG와 같은 중합체, 또는 그의 조합을 포함한다.In some embodiments, each core structure of the plurality of supramolecular structures is identical to each other. In some embodiments, the substrate comprises a solid support, solid substrate, polymer matrix, or molecular condensate. In some embodiments, the sample comprises a complex biological sample, and the method provides single-molecule sensitivity, thereby increasing the dynamic range and quantitative capture of a wide range of molecular concentrations within the complex biological sample. In some embodiments, the one or more analyte molecules comprise a protein, peptide, peptide fragment, lipid, DNA, RNA, organic molecule, inorganic molecule, complex thereof, or any combination thereof. In some embodiments, each supramolecular structure is a nanostructure. In some embodiments, each core structure is a nanostructure. In some embodiments, the plurality of core molecules for each core structure are arranged in a predefined shape and/or have a defined molecular weight. In some embodiments, the predefined shape is configured to limit or prevent cross-reactivity with another supramolecular structure. In some embodiments, the plurality of core molecules for each core structure comprises one or more nucleic acid strands, one or more branched nucleic acids, one or more peptides, one or more small molecules, or combinations thereof. In some embodiments, each core structure is independently a scaffolded deoxyribonucleic acid (DNA) origami, a scaffolded ribonucleic acid (RNA) origami, a scaffolded hybrid DNA:RNA origami, a single-stranded DNA tile structure, It includes multi-stranded DNA tile structures, single-stranded RNA origami, multi-stranded RNA tile structures, hierarchically organized DNA or RNA origami with multiple scaffolds, peptide structures, or combinations thereof. In some embodiments, each analyte molecule is 1) bound to a capture molecule via a chemical bond and/or 2) bound to a detector molecule via a chemical bond. In some embodiments, the capture molecule and detector molecule independently include a protein, peptide, antibody, aptamer (RNA and DNA), fluorophore, darpin, catalyst, polymerization initiator, polymer such as PEG, or combinations thereof.
일부 실시양태에서, 기재의 각각의 초분자 구조물에 대해: a) 포착 분자는 포착 바코드를 통해 코어 구조물에 연결되고, 여기서 포착 바코드는 제1 포착 링커, 제2 포착 링커, 및 제1 포착 링커와 제2 포착 링커 사이에 배치된 포착 가교를 포함하고, 여기서 제1 포착 링커는 코어 구조물 상의 제1 위치에 결합된 제1 코어 링커에 결합되고, 여기서 포착 분자 및 제2 포착 링커는 제3 포착 링커에 대한 결합을 통해 함께 연결된다. 포착 분자는 분석물에 결합하고, 분석물은 다시 검출기 분자 어셈블리의 검출기 분자에 결합한다. 한 실시양태에서, 검출기 분자 어셈블리는, 포착 분자에 연결되지 않고 기재 상에 고정되지 않은 별개의 초분자 구조물을 포함한다.In some embodiments, for each supramolecular structure of the substrate: a) a capture molecule is linked to the core structure via a capture barcode, wherein the capture barcode includes a first capture linker, a second capture linker, and a first capture linker and a second capture linker. a capture bridge disposed between two capture linkers, wherein the first capture linker is bound to the first core linker bound to a first position on the core structure, and wherein the capture molecule and the second capture linker are attached to the third capture linker. are connected together through bonding. The capture molecule binds to the analyte, which in turn binds to the detector molecule of the detector molecule assembly. In one embodiment, the detector molecular assembly comprises separate supramolecular structures that are not linked to a capture molecule and are not anchored on a substrate.
일부 실시양태에서, 포착 분자를 포함하는 초분자 구조물은 기재 물질과 직접적으로 상호작용하여 초분자 구조물을 기재 상에 고정화시킨다. 일부 실시양태에서, 포착 분자를 포함하는 초분자 구조물은, 코어 구조물에 연결된, 본원에 제공된 바와 같은 앵커 분자를 추가로 포함하고, 앵커 분자는 초분자 구조물을 기재 상에 고정시키기 위해 기재에 연결된다.In some embodiments, the supramolecular structure comprising a capture molecule interacts directly with the substrate material to immobilize the supramolecular structure on the substrate. In some embodiments, the supramolecular structure comprising a capture molecule further comprises an anchor molecule as provided herein linked to the core structure, wherein the anchor molecule is linked to the substrate to anchor the supramolecular structure on the substrate.
일부 실시양태에서, 기재로부터 판독 또는 검출되는 신호는, 광학 센서, 자기 센서 및/또는 전기 센서를 사용하여 분석될 수 있는 검출기 바코드, 포착 바코드 또는 그의 조합을 포함한다. 검출 기술은 전기화학적 감지, 유전자형 결정, qPCR, 서열분석, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 초분자 구조물은 샘플을 다중화하도록 구성되고, 여기서 샘플 내의 복수의 분석물 분자가 동시에 검출된다. 일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물에 대한 포착 분자는 하나 이상의 특정 유형의 분석물 분자에 결합하도록 구성된다.In some embodiments, the signal read or detected from the substrate includes a detector barcode, a capture barcode, or a combination thereof that can be analyzed using optical sensors, magnetic sensors, and/or electrical sensors. Detection techniques include electrochemical detection, genotyping, qPCR, sequencing, or combinations thereof. In some embodiments, one or more supramolecular structures are configured to multiplex a sample, where multiple analyte molecules within the sample are detected simultaneously. In some embodiments, the capture molecule for each supramolecular structure is configured to bind one or more specific types of analyte molecules.
일부 실시양태에서, 샘플은 복합 생물학적 샘플을 포함하고, 방법은 단일-분자 감수성을 제공함으로써 복합 생물학적 샘플 내의 다양한 범위의 분자 농도의 동적 범위 및 정량적 포착을 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 분석물 분자는 단백질, 펩티드, 펩티드 단편, 지질, DNA, RNA, 유기 분자, 무기 분자, 그의 복합체, 또는 그의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 나노구조물이다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물은 나노구조물이다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 또 다른 초분자 구조물과의 교차-반응을 감소 또는 제거하기 위해, 규정된 형상, 크기, 분자량 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 복수의 포착 분자를 포함한다.In some embodiments, the sample comprises a complex biological sample, and the method provides single-molecule sensitivity, thereby increasing the dynamic range and quantitative capture of a wide range of molecular concentrations within the complex biological sample. In some embodiments, the analyte molecule comprises a protein, peptide, peptide fragment, lipid, DNA, RNA, organic molecule, inorganic molecule, complex thereof, or any combination thereof. In some embodiments, the supramolecular structure is a nanostructure. In some embodiments, the core structure is a nanostructure. In some embodiments, the supramolecular structure comprises a defined shape, size, molecular weight, or combination thereof to reduce or eliminate cross-reaction with another supramolecular structure. In some embodiments, the supramolecular structure includes a plurality of capture molecules.
일부 실시양태에서, 코어 구조물을 위한 복수의 코어 분자는 미리 규정된 형상으로 배열되고/거나 규정된 분자량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 미리 규정된 형상은 또 다른 초분자 구조물과의 교차-반응성을 제한하거나 방지하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 각각의 코어 구조물에 대한 복수의 코어 분자는 하나 이상의 핵산 가닥, 하나 이상의 분지형 핵산, 하나 이상의 펩티드, 하나 이상의 소분자, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물은 독립적으로 스캐폴딩된 데옥시리보핵산 (DNA) 오리가미, 스캐폴딩된 리보핵산 (RNA) 오리가미, 스캐폴딩된 하이브리드 DNA:RNA 오리가미, 단일-가닥 DNA 타일 구조, 다중-가닥 DNA 타일 구조, 단일-가닥 RNA 오리가미, 다중-가닥 RNA 타일 구조, 다중 스캐폴드를 갖는 계층적으로 구성된 DNA 또는 RNA 오리가미, 펩티드 구조, 또는 그의 조합을 포함한다.In some embodiments, the plurality of core molecules for a core structure are arranged in a predefined shape and/or have a defined molecular weight. In some embodiments, the predefined shape is configured to limit or prevent cross-reactivity with another supramolecular structure. In some embodiments, the plurality of core molecules for each core structure comprises one or more nucleic acid strands, one or more branched nucleic acids, one or more peptides, one or more small molecules, or combinations thereof. In some embodiments, the core structure is an independently scaffolded deoxyribonucleic acid (DNA) origami, a scaffolded ribonucleic acid (RNA) origami, a scaffolded hybrid DNA:RNA origami, a single-stranded DNA tile structure, a multi- stranded DNA tile structures, single-stranded RNA origami, multi-stranded RNA tile structures, hierarchically organized DNA or RNA origami with multiple scaffolds, peptide structures, or combinations thereof.
개시된 디바이스, 전달 시스템, 또는 방법의 구체적 실시양태가 이제 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이 상세한 설명에서의 어떤 것도 임의의 특정 구성요소, 특징 또는 단계가 본 발명에 필수적임을 암시하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시내용의 실시양태에 따른 초분자 구조물 및 관련 하위구성요소를 보여준다.
도 2는 본 개시내용의 실시양태에 따른 회합된 분석물 및 검출기 분자 어셈블리를 갖는 초분자 구조물을 보여준다.
도 3은 회합된 분석물 및 검출기 분자 어셈블리 및 본 개시내용의 실시양태에 따른 관련 하위구성요소를 갖는, 도 1의 초분자 구조물을 보여준다.
도 4는 본 개시내용의 실시양태에 따른 검출기 코어 구조물을 포함하는 검출기 분자 어셈블리 및 회합된 분석물을 갖는 초분자 구조물을 보여준다.
도 5는 본 개시내용의 실시양태에 따른 분석물에 대한 초분자 구조물 및 검출기 분자 어셈블리의 특이적 결합을 보여준다.
도 6은 본 개시내용의 실시양태에 따른 초분자 구조물에 대한 특이적 결합이 없는 분석물을 보여준다.
도 7은 본 개시내용의 실시양태에 따른 초분자 구조물 어레이에 대한 분석물 및 검출기 결합에 대한 작업흐름을 보여준다.
도 8은 본 개시내용의 실시양태에 따른 분석물 검출과 함께 사용되는 예시적인 포착 분자 식별을 보여준다.
도 9는 본 개시내용의 실시양태에 따른 분석물 검출의 예를 보여준다.
도 10은 본 개시내용의 실시양태에 따른 분석물 검출의 예를 보여준다.
도 11은 본 개시내용의 실시양태에 따른 분석물 검출에 사용될 수 있는 초분자 구조물 어레이의 예를 보여준다.
도 12는 본 개시내용의 실시양태에 따른 분석물 검출에 사용될 수 있는 초분자 구조물 어레이의 예를 보여준다.
도 13은 본 개시내용의 실시양태에 따른 분석물 검출에 사용될 수 있는 초분자 구조물 어레이의 예를 보여준다.
도 14는 본 개시내용의 실시양태에 따른 항원 검출에 사용될 수 있는 초분자 구조물 어레이의 예를 보여준다.
도 15는 본 개시내용의 실시양태에 따른 분석물 검출에 사용될 수 있는 예시적인 다공성 매트릭스 초분자 구조물 어레이를 보여준다.
도 16은 본 개시내용의 실시양태에 따른 예시적인 분석물 검출 시스템의 블록 다이어그램을 보여준다.Specific embodiments of the disclosed devices, delivery systems, or methods will now be described with reference to the drawings. Nothing in this detailed description is intended to imply that any particular component, feature or step is essential to the invention.
1 shows a supramolecular structure and related subcomponents according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 shows a supramolecular structure with associated analyte and detector molecular assemblies according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 3 shows the supramolecular structure of Figure 1, with associated analyte and detector molecular assemblies and associated subcomponents according to embodiments of the present disclosure.
Figure 4 shows a detector molecular assembly comprising a detector core structure and a supramolecular structure with associated analyte according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 5 shows specific binding of supramolecular structures and detector molecular assemblies to analytes according to embodiments of the present disclosure.
Figure 6 shows an analyte without specific binding to a supramolecular structure according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 7 shows a workflow for analyte and detector coupling to an array of supramolecular structures according to an embodiment of the present disclosure.
8 shows exemplary capture molecule identification used with analyte detection according to embodiments of the present disclosure.
Figure 9 shows an example of analyte detection according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 10 shows an example of analyte detection according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 11 shows an example of an array of supramolecular structures that can be used for analyte detection according to embodiments of the present disclosure.
Figure 12 shows an example of an array of supramolecular structures that can be used for analyte detection according to embodiments of the present disclosure.
Figure 13 shows an example of an array of supramolecular structures that can be used for analyte detection according to embodiments of the present disclosure.
Figure 14 shows an example of an array of supramolecular structures that can be used for antigen detection according to embodiments of the present disclosure.
Figure 15 shows an exemplary porous matrix supramolecular structure array that can be used for analyte detection according to embodiments of the present disclosure.
Figure 16 shows a block diagram of an exemplary analyte detection system according to embodiments of the present disclosure.
상세한 설명details
샘플에 존재하는 하나 이상의 분석물 분자를 검출하기 위한 구조물 및 방법이 본원에 개시된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 분석물 분자가 하나 이상의 초분자 구조물에 의한 포착에 기초하여 검출된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 초분자 구조물은 샘플에 존재하는 분석물에 특이적으로 결합하는 포착 분자를 포함하거나 또는 그에 연결된다. 결합된 분석물은 다시, 고유한 식별자 (예를 들어, 핵산 서열, 펩티드, 폴리사카라이드, 아크리다이트)와 같은 검출가능한 모이어티를 갖는 검출기 분자 어셈블리의 검출기 분자 및/또는 (예를 들어, 광학적으로, 전기적으로, 자기적으로) 검출될 수 있는 다른 분자를 포함하거나, 그와 상호작용하거나, 또는 그를 도킹하는 데 사용될 수 있는 분자와 상호작용한다. 일부 실시양태에서, 검출기 분자 어셈블리는, 포착 분자에 대한 분석물 분자의 결합의 검출 및 정량화가 초분자 구조물의 고유한 식별자의 증폭을 통해 분석물 분자의 존재를 DNA 신호로 전환시키는 것을 포함하도록 DNA 신호를 생성한다. 일부 실시양태에서, 검출기 분자 어셈블리는, 기재를 광학적으로 검출가능한 신호로 전환시키는 효소에 연결된다. 한 실시양태에서, 초분자 구조물은 기재에 연결되거나 기재 상에 고정된 핵산 오리가미이다. 한 실시양태에서, 초분자 구조물은, 포착 분자에 대한 고유한 식별자를 포함하고 포착 분자를 초분자 구조물의 스캐폴드에 연결하는 바코드를 통해 포착 분자를 보유한다.Disclosed herein are structures and methods for detecting one or more analyte molecules present in a sample. In some embodiments, one or more analyte molecules are detected based on capture by one or more supramolecular structures. In some embodiments, one or more supramolecular structures comprise or are linked to a capture molecule that specifically binds to an analyte present in the sample. The bound analyte can in turn be identified by a detector molecule (e.g., Contains, interacts with, or interacts with other molecules that can be detected (optically, electrically, magnetically), or can be used to dock them. In some embodiments, the detector molecular assembly comprises a DNA signal such that detection and quantification of binding of an analyte molecule to a capture molecule comprises converting the presence of the analyte molecule into a DNA signal through amplification of a unique identifier of the supramolecular structure. creates . In some embodiments, the detector molecular assembly is linked to an enzyme that converts the substrate into an optically detectable signal. In one embodiment, the supramolecular structure is a nucleic acid origami linked to or immobilized on a substrate. In one embodiment, the supramolecular structure retains the capture molecule via a barcode that includes a unique identifier for the capture molecule and connects the capture molecule to the scaffold of the supramolecular structure.
일부 실시양태에서, 개시된 기술은 단일 분자 효소-연결 면역흡착 검정 (ELISA)을 제공하며, 여기서 초분자 구조물 및 회합된 포착 분자는 포착 엔티티로서 작동하고, 검출기 분자 어셈블리는 검출 신호를 생성하는 데 사용되는 검출 엔티티로서 작동한다 (예를 들어, 검출 시스템의 센서를 사용하여 감지되는 적절한 검출 시약과 반응할 때). 포착 엔티티로서의 초분자 구조물의 사용은, 기재 상에 고정된 각각의 개별 포착 분자의 특이적 식별을 가능하게 하며, 일부 실시양태에서, 위치 맵핑을 가능하게 한다. 또한, 초분자 구조물은 단일 분자 결합을 허용하도록 기재 상에 또는 다공성 물질 내에 조직화되도록 구성된다.In some embodiments, the disclosed technology provides a single molecule enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), wherein a supramolecular structure and an associated capture molecule act as a capture entity, and a detector molecule assembly is used to generate a detection signal. Acts as a detection entity (e.g., when reacting with an appropriate detection reagent that is detected using a sensor in a detection system). The use of supramolecular structures as capture entities allows specific identification and, in some embodiments, position mapping of each individual capture molecule immobilized on a substrate. Additionally, supramolecular structures are configured to be organized on a substrate or within a porous material to allow single molecule bonding.
따라서, 본원에 제공된 바와 같이, 검출가능한 분석물 결합은 기재 상의 많은 상이한 포착 분자 중의 개별 포착 분자와 연관되어, 다수의 상이한 분석물의 분석물 풀의 결합 특성이 특징화되는 검정 결과를 생성할 수 있다. 이는 결국 특징화되지 않은 조성의 분석물을 갖는 샘플이 관심있는 특정한 분석물의 존재 및/또는 농도에 대해 분석되도록 한다. 예를 들어, 인간 샘플이, 항원 포착 분자의 패널 내의 특정 항원에 대해 결합 특이성을 갖는 항체의 존재 및/또는 농도를 결정하기 위해 특징화될 수 있으며, 이로써 포착 분자가 기지의 감염성 질환 항원 패널을 나타낸다. 검정 결과는 특정한 항원과 연관된 양성 결합 결과를 나타낼 수 있으며, 이는 샘플을 제공하는 대상체에 항체가 존재함을 나타낸다. 또 다른 실시양태에서, 샘플 내의 분석물의 정체가 적어도 부분적으로는 알려질 수 있지만, 그의 결합 친화도는 포착 분자의 특정 풀에 대해 특징화되지 않을 수 있다. 예를 들어, 포착 분자가 후보 약물의 세트일 수 있고, 분석물은 인간 혈액 내의 분자일 수 있다. 이러한 단백질에 대한 약물 후보의 결합은 생체이용률 또는 잠재적 오프-타겟 결합을 평가하는 데 사용될 수 있다. 검정 결과는 특정한 검출기 결합의 식별 (예를 들어, 분석물에 특이적인 항체를 포함하는 검출기 분자 어셈블리에서의 바코드 식별에 의해 결합을 식별하는 것)에 기초하여, 특정한 분석물에 맵핑될 수 있는 특정한 약물 후보와 연관된 양성 결합 결과를 나타낼 수 있다.Accordingly, as provided herein, detectable analyte binding can be associated with an individual capture molecule among many different capture molecules on a substrate, producing an assay result in which the binding properties of an analyte pool of multiple different analytes are characterized. . This ultimately allows samples with analytes of uncharacterized composition to be analyzed for the presence and/or concentration of the specific analyte of interest. For example, a human sample can be characterized to determine the presence and/or concentration of antibodies with binding specificity for a particular antigen within a panel of antigen capture molecules, thereby allowing the capture molecules to match a panel of known infectious disease antigens. indicates. The assay result may indicate a positive binding result associated with a particular antigen, indicating the presence of antibodies in the subject providing the sample. In another embodiment, the identity of the analyte in the sample may be at least partially known, but its binding affinity may not be characterized for a particular pool of capture molecules. For example, the capture molecule can be a set of candidate drugs and the analyte can be a molecule in human blood. Binding of drug candidates to these proteins can be used to assess bioavailability or potential off-target binding. Assay results are based on the identification of a specific detector binding (e.g., identifying the binding by barcode identification on a detector molecular assembly containing an antibody specific for the analyte), which can be mapped to a specific analyte. It may indicate a positive binding result associated with the drug candidate.
통상적인 ELISA 프로토콜은 검출 항체에 연결된 효소에 의해 생성되는 검출가능한 형광 신호를 결합의 지표로서 포함할 수 있지만, 개시된 기술은 검출기 분자 어셈블리의 고유한 식별자로부터 증폭된 핵산 신호를 추가적으로 또는 대안적으로 제공할 수 있고, 이로부터 서열 정보가 결정될 수 있거나 또는 이로부터 증폭 (예를 들어, 고유한 식별자에 특이적인 프라이머/프로브 세트를 사용하는 qPCR)에 상응하는 광학적으로 검출가능한 신호가 방출된다. 따라서, 검출기 분자 어셈블리에 대한 고유한 식별 정보는 특정 실시양태에서 결합된 분석물을 통해 포착 분자에 연결된 특정 검출기 분자의 특정 식별을 허용한다. 그러나, 실시양태에서, 검출기 분자 어셈블리는 고유한 식별자를 보유하지 않을 수 있다. 다른 검출 기술은 광학적, 자기적 및/또는 전기적 검출 기술을 포함할 수 있다.While conventional ELISA protocols may include a detectable fluorescent signal produced by an enzyme coupled to a detection antibody as an indicator of binding, the disclosed technology additionally or alternatively provides an amplified nucleic acid signal from a unique identifier of the detector molecular assembly. sequence information can be determined from which or an optically detectable signal corresponding to amplification (e.g., qPCR using a set of primers/probes specific for the unique identifier) is emitted. Accordingly, unique identifying information for an assembly of detector molecules allows, in certain embodiments, specific identification of a particular detector molecule linked to a capture molecule via a bound analyte. However, in embodiments, the detector molecular assembly may not possess a unique identifier. Other detection techniques may include optical, magnetic and/or electrical detection techniques.
샘플Sample
개시된 실시양태는 분석물이 생물학적 샘플과 같은 샘플 내에 존재하는 것인 분석물 검출에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 샘플은 단백질, 펩티드, 펩티드 단편, 지질, DNA, RNA, 유기 분자, 무기 분자, 그의 복합체, 또는 그의 임의의 조합을 포함하는 수용액을 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플 내의 분석물 분자는 단백질, 펩티드, 펩티드 단편, 지질, DNA, RNA, 유기 분자, 무기 분자, 그의 복합체, 또는 그의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 분석물 분자는 무손상 단백질, 변성 단백질, 부분적으로 또는 완전히 분해된 단백질, 펩티드 단편, 변성 핵산, 분해된 핵산 단편, 그의 복합체, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 조직, 세포, 조직 및/또는 세포의 환경, 또는 그의 조합으로부터 수득된다. 일부 실시양태에서, 샘플은 조직 생검, 혈액, 혈장, 소변, 타액, 눈물, 뇌척수액, 세포외액, 배양 세포, 배양 배지, 폐기된 조직, 식물 물질, 합성 단백질, 박테리아, 바이러스 샘플, 진균 조직 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 정제하거나 정제하지 않고 세포, 조직, 체액 (예를 들어, 혈액), 환경 샘플 또는 그의 조합과 같은 1차 공급원으로부터 단리된다. 일부 실시양태에서, 세포는 기계적 과정 또는 다른 세포 용해 방법 (예를 들어, 용해 완충제)을 사용하여 용해된다. 일부 실시양태에서, 샘플은 기계적 과정 (예를 들어, 원심분리), 마이크로미터 여과, 크로마토그래피 칼럼, 다른 여과 방법, 또는 그의 조합을 사용하여 여과된다. 일부 실시양태에서, 샘플은 하나 이상의 핵산 또는 하나 이상의 단백질의 제거를 위해 하나 이상의 효소로 처리된다. 일부 실시양태에서, 샘플은 무손상 단백질, 변성 단백질, 부분적으로 또는 완전히 분해된 단백질, 펩티드 단편, 변성 핵산 또는 분해된 핵산 단편을 포함한다. 일부 실시양태에서, 샘플은 하나 이상의 개별 사람, 하나 이상의 동물, 하나 이상의 식물, 또는 그의 조합으로부터 수집된다. 일부 실시양태에서, 샘플은 감염성 질환, 면역 장애, 암, 유전 질환, 퇴행성 질환, 생활방식 질환, 손상, 희귀 질환, 연령-관련 질환 또는 그의 조합을 포함하는 질환 또는 장애를 갖는 개별 사람, 동물 및/또는 식물로부터 수집된다.Disclosed embodiments relate to analyte detection where the analyte is present in a sample, such as a biological sample. In some embodiments, the sample comprises an aqueous solution comprising a protein, peptide, peptide fragment, lipid, DNA, RNA, organic molecule, inorganic molecule, complex thereof, or any combination thereof. In some embodiments, the analyte molecules in the sample include proteins, peptides, peptide fragments, lipids, DNA, RNA, organic molecules, inorganic molecules, complexes thereof, or any combination thereof. In some embodiments, the analyte molecule comprises an intact protein, a denatured protein, a partially or fully degraded protein, a peptide fragment, a denatured nucleic acid, a degraded nucleic acid fragment, a complex thereof, or a combination thereof. In some embodiments, the sample is obtained from a tissue, a cell, an environment of the tissue and/or a cell, or a combination thereof. In some embodiments, the sample is a tissue biopsy, blood, plasma, urine, saliva, tears, cerebrospinal fluid, extracellular fluid, cultured cells, culture medium, discarded tissue, plant material, synthetic protein, bacteria, viral sample, fungal tissue, or Includes combinations. In some embodiments, the sample is isolated, with or without purification, from a primary source, such as a cell, tissue, body fluid (e.g., blood), environmental sample, or combinations thereof. In some embodiments, cells are lysed using mechanical processes or other cell lysis methods (e.g., lysis buffer). In some embodiments, the sample is filtered using mechanical processes (e.g., centrifugation), micrometer filtration, chromatographic columns, other filtration methods, or combinations thereof. In some embodiments, the sample is treated with one or more enzymes for removal of one or more nucleic acids or one or more proteins. In some embodiments, the sample comprises an intact protein, denatured protein, partially or fully degraded protein, peptide fragment, denatured nucleic acid, or degraded nucleic acid fragment. In some embodiments, samples are collected from one or more individual people, one or more animals, one or more plants, or combinations thereof. In some embodiments, the sample is an individual person, animal, and animal with a disease or disorder, including an infectious disease, immune disorder, cancer, genetic disease, degenerative disease, lifestyle disease, injury, rare disease, age-related disease, or a combination thereof. /or collected from plants.
초분자 구조물Supramolecular structures
일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 분자를 공간적으로 조직화할 수 있는 프로그램가능한 구조물이다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 함께 연결된 복수의 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물의 복수의 분자는 서로의 적어도 일부와 상호작용한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 특정 형상을 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 나노구조물은 초분자 구조물의 복수의 분자에 기초하여 규정된 분자량을 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 나노구조물이다. 일부 실시양태에서, 복수의 분자는 결합, 화학 결합, 물리적 부착, 또는 그의 조합을 통해 함께 연결된다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 서로 특이적으로 상호작용하는 잘 한정된 수의 보다 작은 분자로부터 형성된, 특정한 형상 및 분자량의 큰 분자 엔티티를 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물의 구조적, 화학적 및 물리적 특성은 명백하게 설계된다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 규정된 거리에 따라 이격된 복수의 하위구성요소를 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물의 적어도 일부는 강성이다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물의 적어도 일부는 반-강성이다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물의 적어도 일부는 유연성이다.In some embodiments, supramolecular structures are programmable structures that can spatially organize molecules. In some embodiments, a supramolecular structure comprises a plurality of molecules linked together. In some embodiments, the plurality of molecules of the supramolecular structure interact with at least a portion of each other. In some embodiments, the supramolecular structure comprises a specific shape. In some embodiments, the supramolecular nanostructure comprises a defined molecular weight based on the plurality of molecules of the supramolecular structure. In some embodiments, the supramolecular structure is a nanostructure. In some embodiments, a plurality of molecules are linked together through bonds, chemical bonds, physical attachments, or combinations thereof. In some embodiments, supramolecular structures comprise large molecular entities of specific shapes and molecular weights formed from a well-defined number of smaller molecules that specifically interact with each other. In some embodiments, the structural, chemical and physical properties of the supramolecular structures are explicitly designed. In some embodiments, the supramolecular structure includes a plurality of subcomponents spaced apart by a defined distance. In some embodiments, at least a portion of the supramolecular structure is rigid. In some embodiments, at least a portion of the supramolecular structure is semi-rigid. In some embodiments, at least a portion of the supramolecular structure is flexible.
도 1은 코어 구조물(13), 포착 분자(2) 및 앵커 분자(18)를 포함하는 초분자 구조물(40)의 예시적인 실시양태를 제공한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 하나 이상의 포착 분자(2) 및 임의로 하나 이상의 앵커 분자(18)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 앵커 분자를 포함하지 않는다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 폴리뉴클레오티드 구조물이다.Figure 1 provides an exemplary embodiment of a
일부 실시양태에서, 코어 구조물(13)은 함께 연결된 하나 이상의 코어 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 코어 분자는 함께 연결된 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 50, 100, 200 또는 500개의 고유한 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 코어 분자는 약 2개의 고유한 분자 내지 약 1000개의 고유한 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 코어 분자는 서로 상호작용하고, 초분자 구조물의 특정 형상을 규정한다. 일부 실시양태에서, 복수의 코어 분자는 가역적 비-공유 상호작용을 통해 서로 상호작용한다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물의 특정 형상은 3차원 (3D) 구성이다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 코어 분자는 특정 분자량을 제공한다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물(13)은 나노구조물이다. 일부 경우에, 하나 이상의 코어 분자는 하나 이상의 핵산 가닥 (예를 들어, DNA, RNA, 비천연 핵산), 하나 이상의 분지형 핵산, 하나 이상의 펩티드, 하나 이상의 소분자, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물은 폴리뉴클레오티드 구조물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물의 적어도 일부는 강성이다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물의 적어도 일부는 반-강성이다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물의 적어도 일부는 유연성이다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물은 스캐폴딩된 데옥시리보핵산 (DNA) 오리가미, 스캐폴딩된 리보핵산 (RNA) 오리가미, 스캐폴딩된 하이브리드 DNA / RNA 오리가미, 단일-가닥 DNA 타일 구조, 다중-가닥 DNA 타일 구조, 단일-가닥 DNA 오리가미, 단일-가닥 RNA 오리가미, 단일-가닥 RNA 타일 구조, 다중-가닥 RNA 타일 구조, 다중 스캐폴드를 갖는 계층적으로 구성된 DNA 및/또는 RNA 오리가미, 펩티드 구조, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, DNA 오리가미는 스캐폴딩된다. 일부 실시양태에서, RNA 오리가미는 스캐폴딩된다. 일부 실시양태에서, 하이브리드 DNA/RNA 오리가미는 스캐폴딩된다. 일부 실시양태에서, 코어 구조물은 규정된 2차원 (2D) 또는 3D 형상을 포함하는 DNA 오리가미, RNA 오리가미, 또는 하이브리드 DNA/RNA 오리가미를 포함한다.In some embodiments,
한 실시양태에서, 핵산 오리가미는 적어도 하나의 측면 치수가 약 50 nm 내지 약 1 μ이다. 한 실시양태에서, 핵산 오리가미는 예로서 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 600 nm, 약 50 nm 내지 약 800 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 100 nm 내지 약 400 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 400 nm의 적어도 하나의 측면 치수를 갖는다. 한 실시양태에서, 핵산 오리가미는 적어도 제1 측면 치수가 약 50 nm 내지 약 1 μ이고, 제1 측면 치수에 직교하는 제2 측면 치수가 약 50 nm 내지 약 1 μ이다. 한 실시양태에서, 핵산 오리가미는 면적이 약 200 nm2 내지 약 1 μ2인 평면 풋프린트를 갖는다.In one embodiment, the nucleic acid origami has at least one lateral dimension from about 50 nm to about 1 μ. In one embodiment, the nucleic acid origami is, for example, from about 50 nm to about 200 nm, from about 50 nm to about 400 nm, from about 50 nm to about 600 nm, from about 50 nm to about 800 nm, from about 100 nm to about 200 nm, It has at least one lateral dimension of about 100 nm to about 300 nm, about 100 nm to about 400 nm, about 100 nm to about 500 nm, about 200 nm to about 400 nm. In one embodiment, the nucleic acid origami has at least a first lateral dimension of about 50 nm to about 1 μ and a second lateral dimension orthogonal to the first lateral dimension of about 50 nm to about 1 μ. In one embodiment, the nucleic acid origami has a planar footprint of about 200 nm 2 to about 1 μ 2 in area.
도 1에 나타낸 바와 같이, 일부 실시양태에서, 코어 구조물(13)은 포착 분자(2), 앵커 분자(18), 또는 그의 조합에 연결되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 포착 분자(2) 및/또는 앵커 분자(18)는 코어 나노구조물(13)에 연결될 때 그에 대해 고정된다. 일부 실시양태에서, 임의의 수의 하나 이상의 코어 분자는, 포착 분자(2) 및/또는 앵커 분자(18)와의 연결을 형성하도록 구성된 하나 이상의 코어 링커(12, 14)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 임의의 수의 하나 이상의 코어 분자는, 포착 분자(2) 및/또는 앵커 분자(18)와의 연결을 형성하도록 구성된 하나 이상의 코어 링커(12, 14)와 연결되도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 코어 링커는 화학 결합을 통해 하나 이상의 코어 분자에 연결된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 코어 링커 중 적어도 하나는 코어 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 코어 반응성 분자는 독립적으로 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 1종 이상의 중합 개시제)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 코어 링커 중 적어도 하나는 DNA 서열 도메인을 포함한다.As shown in Figure 1, in some embodiments,
일부 실시양태에서, 코어 구조물(13)은 1) 코어 구조물 상의 규정된 위치에서의 포착 분자(2), 및 임의로 2) 코어 구조물 상의 규정된 상이한 위치에서의 앵커 분자(18)에 연결된다.In some embodiments, the
일부 실시양태에서, 특정 제1 코어 링커(12)는 코어 구조물 상의 제1 위치에 배치된다. 일부 실시양태에서, 제1 위치에서의 하나 이상의 코어 분자는 제1 코어 링커(12)와 연결을 형성하도록 변형된다. 일부 실시양태에서, 제1 코어 링커(12)는 코어 구조물(13)의 연장부이다.In some embodiments, a particular
일부 실시양태에서, 특정 제3 코어 링커(14)는 코어 구조물(13) 상의 제3 위치에 배치된다. 일부 실시양태에서, 제3 위치에서의 하나 이상의 코어 분자는 제3 코어 링커(14)와의 연결을 형성하도록 변형된다. 일부 실시양태에서, 제3 코어 링커(14)는 코어 구조물(13)의 연장부이다. 일부 실시양태에서, 제1 위치 및 제2 위치는 코어 구조물(13)의 제1 측면 상에 배치되고, 임의적인 제3 위치는 코어 구조물(13)의 제2 측면 상에 배치된다.In some embodiments, a particular third core linker (14) is disposed at a third position on the core structure (13). In some embodiments, one or more core molecules at the third position are modified to form a linkage with a third core linker (14). In some embodiments,
일부 실시양태에서, 포착 분자(2)는 단백질, 펩티드, 항체, 압타머 (RNA 및 DNA), 형광단, 나노바디, darpin, 촉매, 중합 개시제, PEG와 같은 중합체, 유기 분자, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자(18)는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자(18)는 반응성 분자를 포함하는 DNA 가닥을 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자(18)는 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 하나 이상의 중합 개시제)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자(18)는 단백질, 펩티드, 항체, 압타머 (RNA 및 DNA), 형광단, 나노바디, darpin, 촉매, 중합 개시제, PEG와 같은 중합체, 유기 분자 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 단일 포착 분자(2)가 코어 구조물(13)에 연결된다. 일부 실시양태에서, 복수의 포착 분자(2)가 코어 구조물(13)에 연결된다. 일부 실시양태에서는, 복수의 쌍의 포착 분자(2)가 혼선의 최소화를 위해 서로로부터 이격되어 있다. 예를 들어, 동일한 코어 구조물(13) 상의 상이한 포착 분자(2)가, 동일한 분석물 분자에 대해 상이한 결합 부위를 나타낼 수 있거나, 또는 상이한 분석물 분자에 결합할 수 있다. 다른 예에서는, 다수의 동일한 포착 분자(2)가 코어 구조물(13) 상에 존재할 수 있다.In some embodiments, the capture molecule (2) is a protein, peptide, antibody, aptamer (RNA and DNA), fluorophore, nanobody, darpin, catalyst, polymerization initiator, polymer such as PEG, organic molecule, or combinations thereof. Includes. In some embodiments, the anchor molecule comprises a reactive molecule. In some embodiments,
일부 실시양태에서, 초분자 구조물의 각각의 구성요소는 독립적으로 변형 또는 조정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물의 구성요소 중 하나 이상을 변형시키는 것은 초분자 구조물 자체의 2D 및 3D 기하구조를 변형시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물의 구성요소 중 하나 이상을 변형시키는 것은 코어 구조물의 2D 및 3D 기하구조를 변형시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 초분자 나노구조물의 구성요소를 독립적으로 변형시키는 이러한 능력은 고체 표면 (예를 들어, 평면 표면 또는 마이크로입자) 및 3D 부피 (예를 들어, 히드로겔 매트릭스 내) 상의 하나 이상의 초분자 구조물의 조직화에 대한 정밀한 제어를 가능하게 한다.In some embodiments, each component of the supramolecular structure can be independently modified or adjusted. In some embodiments, modifying one or more of the components of the supramolecular structure may modify the 2D and 3D geometry of the supramolecular structure itself. In some embodiments, modifying one or more of the components of the supramolecular structure can modify the 2D and 3D geometry of the core structure. In some embodiments, this ability to independently modify components of a supramolecular nanostructure is achieved by forming one or more supramolecular structures on a solid surface (e.g., a planar surface or microparticle) and a 3D volume (e.g., within a hydrogel matrix). It enables precise control over the organization of
포착 바코드capture barcode
도 1에 나타낸 바와 같이, 일부 실시양태에서, 포착 분자(2)는 포착 바코드(20)를 통해 코어 구조물(13)에 연결된다. 일부 실시양태에서, 포착 바코드(20)는 포착 분자(2)와 연결을 형성하고, 포착 바코드(20)는 코어 구조물(13)과 연결을 형성한다. 일부 실시양태에서, 포착 바코드(20)는 제1 포착 링커(11), 제2 포착 링커(6), 및 포착 가교(7)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 포착 링커(11)는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 포착 링커(11)는 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 말레이미드, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 하나 이상의 중합 개시제)를 포함하는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 포착 링커(11)는 DNA 서열 도메인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 포착 링커(6)는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 포착 링커(6)는 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 비오틴, 말레이미드, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 하나 이상의 중합 개시제)를 포함하는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 포착 링커는 DNA 서열 도메인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 포착 가교(7)는 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 포착 가교(7)는 특정 서열의 핵산 (예를 들어, DNA 또는 RNA)을 포함하는 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 포착 가교(7)는 중합체, 예컨대 PEG를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 포착 링커(11)는 포착 가교(7)의 제1 말단 단부에 부착되고, 제2 포착 링커(6)는 포착 가교(7)의 제2 말단 단부에 부착된다. 일부 실시양태에서, 제1 포착 링커(11)는 화학 결합을 통해 포착 가교(7)에 부착된다. 일부 실시양태에서, 제2 포착 링커(6)는 화학 결합을 통해 포착 가교(7)에 부착된다. 일부 실시양태에서, 제1 포착 링커(11)는 물리적 부착을 통해 포착 가교(7)에 부착된다. 일부 실시양태에서, 제2 포착 링커(6)는 물리적 부착을 통해 포착 가교(7)에 부착된다.As shown in Figure 1, in some embodiments,
일부 실시양태에서, 포착 바코드(20)는 제1 포착 링커(11)와 제1 코어 링커(12) 사이의 연결을 통해 코어 구조물(13)에 연결된다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같이, 제1 코어 링커(12)는 코어 구조물(13) 상의 제1 위치에 배치된다. 일부 실시양태에서, 제1 포착 링커(11) 및 제1 코어 링커(12)는 화학 결합을 통해 함께 연결된다. 일부 실시양태에서, 제1 포착 링커(11) 및 제1 코어 링커(12)는 공유 결합을 통해 함께 연결된다.In some embodiments, capture
일부 실시양태에서, 포착 바코드(20)는 제2 포착 링커(6)와, 포착 분자(2)에 결합된 제3 포착 링커(5) 사이의 연결을 통해 포착 분자(2)에 연결된다. 일부 실시양태에서, 제3 포착 링커(5)는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제3 포착 링커(5)는 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 하나 이상의 중합 개시제)를 포함하는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제3 포착 링커(5)는 DNA 서열 도메인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 포착 분자(2)는 화학 결합을 통해 제3 포착 링커(5)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 포착 분자(2)는 공유 결합을 통해 제3 포착 링커(5)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 제2 포착 링커(6) 및 제3 포착 링커(5)는 화학 결합을 통해 함께 연결된다. 일부 실시양태에서, 제2 링커(6) 및 제3 포착 링커(5)는 공유 결합을 통해 함께 연결된다.In some embodiments, capture
앵커 바코드anchor barcode
도 1에 나타낸 바와 같이, 일부 실시양태에서, 앵커 분자(18)는 앵커 바코드를 통해 코어 구조물(13)에 연결된다. 일부 실시양태에서, 앵커 바코드는 앵커 분자(18)와 연결을 형성하고, 앵커 바코드는 코어 구조물(13)과 연결을 형성한다. 일부 실시양태에서, 앵커 바코드는 제1 앵커 링커(15), 제2 앵커 링커(17) 및 앵커 가교(16)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 앵커 링커(15)는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 앵커 링커(15)는 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 하나 이상의 중합 개시제)를 포함하는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 앵커 링커(15)는 DNA 서열 도메인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 앵커 링커(17)는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 앵커 링커(17)는 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 하나 이상의 중합 개시제)를 포함하는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 앵커 링커(17)는 DNA 서열 도메인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 가교(16)는 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 가교(16)는 특정 서열의 핵산 (DNA 또는 RNA)을 포함하는 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 가교(16)는 중합체, 예컨대 PEG를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 앵커 링커(15)는 그의 제1 말단 단부에서 앵커 가교(16)에 부착되고, 제2 앵커 링커(17)는 그의 제2 말단 단부에서 앵커 가교(16)에 부착된다. 일부 실시양태에서, 제1 앵커 링커(15)는 화학 결합을 통해 앵커 가교(16)에 부착된다. 일부 실시양태에서, 제2 앵커 링커(17)는 물리적 부착을 통해 앵커 가교(16)에 부착된다. 일부 실시양태에서, 제1 앵커 링커(15)는 화학 결합을 통해 앵커 가교(16)에 부착된다. 일부 실시양태에서, 제2 앵커 링커(17)는 물리적 부착을 통해 앵커 가교(16)에 부착된다.As shown in Figure 1, in some embodiments,
일부 실시양태에서, 앵커 바코드는 제1 앵커 링커(15)와 제3 코어 링커(14) 사이의 연결을 통해 코어 구조물(13)에 연결된다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같이, 제3 코어 링커(14)는 코어 구조물(13) 상의 제3 위치에 배치된다. 일부 실시양태에서, 제1 앵커 링커(15) 및 제3 코어 링커(14)는 화학 결합을 통해 함께 연결된다. 일부 실시양태에서, 제1 앵커 링커(15) 및 제3 코어 링커(14)는 공유 결합을 통해 함께 연결된다.In some embodiments, the anchor barcode is connected to the core structure (13) through a connection between the first anchor linker (15) and the third core linker (14). In some embodiments, as described herein, the
일부 실시양태에서, 앵커 바코드는 제2 앵커 링커(17)와 앵커 분자(18) 사이의 연결을 통해 앵커 분자(18)에 연결된다. 본원에 개시된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 앵커 분자는 반응성 분자, 반응성 분자, DNA 서열 도메인, 반응성 분자를 포함하는 DNA 서열 도메인, 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자(18)는 화학 결합을 통해 제2 앵커 링커(17)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 앵커 분자(18)는 공유 결합을 통해 제2 앵커 링커(17)에 결합된다.In some embodiments, the anchor barcode is linked to the
도 2는 포착 분자(2)에 대해 결합 특이성을 갖는 상응하는 분석물 분자(44)에 결합된 초분자 구조물(40)의 개략도이다. 초분자 구조물(40)은 초분자 구조물(40)과 회합된 특정한 포착 분자(2)에 따라 하나 이상의 분석물 분자(44)에 결합할 수 있다. 분석물 분자(44)는 또한 검출기 분자 어셈블리(46)에 결합할 수 있다. 검출기 분자 어셈블리(46)는 분석물 분자(44)에 특이성을 갖고서 결합하는 검출기 분자(1)를 포함한다. 도 2는 포착 분자(2) 및 검출기 분자(1)가 분석물 분자(44) 상의 상이한 부위에 결합한 샌드위치형 결합 배열체를 보여준다. 일부 실시양태에서, 검출기 분자(1)는 단백질, 펩티드, 항체, 압타머 (RNA 및 DNA), 형광단, 나노바디, darpin, 촉매, 중합 개시제, PEG와 같은 중합체, 유기 분자, 또는 그의 조합을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 검출기 분자(1)는 검출기 바코드(21)에 연결된다. 일부 실시양태에서, 검출기 바코드(21)는 검출기 분자(1)와 연결을 형성하고, 하나 이상의 개재 성분을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 검출기 분자(1)는 검출가능한 꼬리 또는 링커에 연결되지만, 고유한 바코드 정보를 보유하지 않는다.Figure 2 is a schematic diagram of the
도 3은 검출기 바코드(21)의 예시적인 배열체를 보여준다. 일부 실시양태에서, 검출기 바코드는 제1 검출기 링커(4)를 포함하는 하나 이상의 검출기 링커를 포함한다. 검출기 바코드(21)는, 검출을 용이하게 하기 위해 부착 또는 연장/증폭 부위로서 기능하는 도크(8)를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 링커(4)는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 링커(4)는 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 하나 이상의 중합 개시제)를 포함하는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 링커(4)는 DNA 서열 도메인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 도크(8)는 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 도크(8)는 특정 서열의 핵산 (DNA 또는 RNA), 예를 들어 단일-가닥 또는 이중-가닥 핵산을 포함하는 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 도크(8)는 중합체, 예컨대 PEG를 포함한다. 일부 실시양태에서, 링커(4)는 그의 말단 단부에서 도크(8)에 부착되고, 또 다른 검출기 링커(4)는 그의 제2 말단 단부에서 도크(8)에 부착된다. 부착은 화학 결합 또는 물리적 부착을 통한 것일 수 있다.3 shows an exemplary arrangement of detector barcodes 21. In some embodiments, the detector barcode comprises one or more detector linkers comprising a first detector linker (4). The
일부 실시양태에서, 검출기 바코드(21)는 검출기 분자(1)에 결합된 제2 검출기 링커(3) 및 검출기 링커(4)로서 본원에 제시된 복수의 링커 사이의 연결을 통해 검출기 분자(1)에 연결된다. 일부 실시양태에서, 제2 검출기 링커(3)는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 검출기 링커(3)는 아민, 티올, DBCO, NHS 에스테르, 말레이미드, 비오틴, 아지드, 아크리다이트, 특정 서열의 단일 가닥 핵산 (예를 들어, RNA 또는 DNA), 또는 중합체 (예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 또는 하나 이상의 중합 개시제)를 포함하는 반응성 분자를 포함한다. 일부 실시양태에서, 제2 검출기 링커(3)는 DNA 서열 도메인을 포함한다. 일부 실시양태에서, 검출기 분자(1)는 화학 결합을 통해 제2 검출기 링커(3)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 검출기 분자(1)는 공유 결합을 통해 제2 검출기 링커(3)에 결합된다. 일부 실시양태에서, 제2 검출기 링커(4) 및 제2 검출기 링커(3)는 화학 결합을 통해 함께 연결된다. 일부 실시양태에서, 제2 검출기 링커(4) 및 제2 검출기 링커(3)는 공유 결합을 통해 함께 연결된다.In some embodiments,
본원에 제공되는 바와 같이, 포착 분자 어셈블리는 코어 구조물(13) 및 포착 분자(1)를 갖는 초분자 구조물(40)을 포함한다. 특정 실시양태에서, 검출기 분자 어셈블리(46)는 코어 구조물(13)에 연결되거나 커플링되므로, 검출기 분자 어셈블리 또한 본원에 제공된 초분자 구조물이다. 따라서, 도 4에 제시된 바와 같이, 포착 분자 어셈블리 초분자 구조물(40)과 회합된 포착된 분석물 분자(44)에 대한 검출기 분자 결합은 초분자 구조물 샌드위치를 생성한다. 일반적으로, 포착 또는 검출 엔티티의 유동을 허용하도록, 검출기 분자 어셈블리(46) 또는 포착 분자 어셈블리의 초분자 구조물(40) 중 하나만이 고정된다. 한 실시양태에서, 포착 분자 어셈블리가 다공성 물질 내에 또는 표면 상에 고정된다.As provided herein, the capture molecule assembly includes a supramolecular structure (40) having a core structure (13) and a capture molecule (1). In certain embodiments, detector
초분자 구조물(40) 및/또는 검출기 분자 어셈블리(46)는 DNA 오리가미를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물(40) 및/또는 검출기 분자 어셈블리(46)의 코어 구조물(13)의 하위구성요소는 DNA 오리가미뿐만 아니라 하나 이상의 연장 핵산 가닥을 포함한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물(40) 및/또는 검출기 분자 어셈블리(46)의 코어 구조물(13)은 스캐폴딩된 DNA 오리가미를 포함하며, 여기서 "스캐폴드" 가닥으로 불리는 원형 ssDNA 분자는, ssDNA "스캐폴드" 가닥의 특이적 하위-섹션과 상호작용하는 "스테이플" 가닥으로 불리는 2개 이상의 짧은 ssDNA와 상호작용함으로써 미리 규정된 2D 또는 3D 형상으로 폴딩된다.
본원에 기재된 바와 같이, 일부 실시양태에서, 하나 이상의 초분자 구조물은 샘플 내의 하나 이상의 분석물 분자의 검출을 가능하게 한다. 도 5의 개략도에 나타낸 바와 같이, 회합된 포착 분자를 갖는 초분자 구조물(40)은 분석물 분자(44) 및 검출기 분자 어셈블리(46)에 노출된다. 개별 분석물 분자(44) 및 개별 포착 분자(2)가 서로에 대해 결합 특이성을 갖는 경우, 분석물 분자(44)가 포착 분자(2)와 회합한다. 다시, 분석물 분자(44)에 대해 결합 특이성을 갖는 검출기 분자 어셈블리(46)가 분석물 분자(44)와 회합하여 결합된 검출 구조물(50)을 생성한다.As described herein, in some embodiments, one or more supramolecular structures enable detection of one or more analyte molecules in a sample. As shown in the schematic diagram of Figure 5,
도 6에 나타낸 바와 같이, 포착 분자(2)에 대해 결합 특이성을 갖지 않는 분석물 분자(44)는 초분자 구조물(40)과 회합하지 않는다. 결국, 검출기 분자 어셈블리(46) 또한 초분자 구조물(40)과 회합하지 않고, 결합된 검출 구조물(50)이 생성되지 않는다. 초분자 구조물(40)의 고정화된 어레이를 포함하는 기재에 대하여, 샘플이 포착 분자(2)에 대해 결합 특이성을 갖는 적절한 분석물 분자(44)를 포함하는 경우, 각각의 개별 부위는 결합된 검출 구조물(50)을 생성하는 결합 반응을 가질 수 있다.As shown in Figure 6, the
도시된 실시양태는 초분자 구조물(40)과 하나의 단계로 접촉되는 검출기 분자 어셈블리(46) 및 분석물 분자(44)를 나타내지만, 분석물 분자(44) 및 검출기 분자 어셈블리(46)는 본원에 제공된 바와 같은 별개의 단계에서 첨가될 수 있고, 임의의 미결합 분석물 분자(44)가 검출기 분자 어셈블리(46)의 첨가 전에 제거된다는 것이 이해되어야 한다. 도 7은 분석물 분자(44)의 풀이, 초분자 구조물(40)로서 구현된 포착 분자 어셈블리의 군 또는 어레이에 첨가되는 예시적인 방법 작업흐름을 보여준다. 분석물 분자(44)는 샘플에 존재하는 상이한 분석물을 나타낼 수 있어서, 풀 내의 상이한 분석물 분자(44)는 이용가능한 포착 분자(2)의 어레이에 대해 상이한 정도의 결합 특이성을 갖는다.Although the depicted embodiment shows
반응 조건은 분석물 분자(44)가 특정 포착 분자(2)에 결합하는 것을 허용한다. 본원에 제공된 바와 같이, 결합 특이성은 반응 조건 하에 및 미결합 시약에 대한 세척 또는 제거 단계 후에 무손상으로 남아 있는 분석물 분자(44)와 포착 분자(2) 사이의 상호작용을 지칭할 수 있다. 결합 특이성은 공유 또는 비-공유 결합, 이온 결합, 쌍극자 상호작용, 친수성 또는 소수성 상호작용, 상보성 핵산 결합 등의 형성을 포함할 수 있다. 특이적 결합은 특정 포착 분자(2)에만 결합하고 다른 포착 분자(2)에는 결합하지 않는 분석물 분자(44)에 대한 결합을 의미할 수 있다. 따라서, 어레이의 특정 포착 분자(2) (예를 들어, 포착 분자(2a))는 분석물 분자(44)에 결합하는 반면, 다른 포착 분자 (예를 들어, 포착 분자(2b))는 주어진 샘플 내에 이용가능한 결합 파트너를 갖지 않고, 따라서 임의의 분석물 분자(44)에 특이성을 갖고서 결합하지 않는다. 임의의 미결합 분석물은 본원에 제공된 바와 같이 고정된 포착 분자 어셈블리로부터 제거될 수 있다.Reaction conditions allow
검출기 분자(1) 및 분석물 분자(44)가 또한 서로 결합 특이성을 가질 수 있다. 이어서 어레이는 다양한 실시양태에 개시된 바와 같이 모두 동일하거나 상이할 수 있는 검출기 분자 어셈블리(46)와 접촉된다. 임의의 미결합 검출기 분자 어셈블리(46)는 예를 들어 세척에 의해 제거된다. 이러한 작업흐름 단계 후에, 각각의 분석물 및 검출기 분자 어셈블리(46)에 각각 결합된 다양한 결합된 검출기 구조물(50)이 어레이 상에 남게 되고, 이는, 분석물을 특정한 초분자 구조물 정체에 연관시키는 다양한 검출 프로토콜에 적용될 수 있고, 이는 다시 기지의 포착 분자(2)와 연관된다. 따라서, 검출을 통해 분석물-포착 분자 결합을 특징화한다.Detector molecule 1 and
도 8은 특정 포착 바코드와 결합 이벤트를 연관시키기 위해, 결합된 검출기 구조물(50)의 상이한 고유한 포착 바코드 (포착 바코드(20a), (20b), (20c) 및 (20d)로서 도시됨)들이 평가되는 예시적인 검출 단계를 보여준다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 샘플 내의 주어진 분석물 분자의 존재에 관한 정보를 DNA 신호로 전환시킨다. 일부 실시양태에서, DNA 신호는 포착 바코드 및/또는 검출기 바코드에 대한 서열 데이터에 상응하고, 여기서 포착 분자 및 검출기 분자는 분석물 분자에 동시에 연결된다 (예를 들어, 결합된다) (예를 들어, 샌드위치 형성).8 shows different unique capture barcodes (shown as capture barcodes 20a, 20b, 20c and 20d) of the coupled
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같은 분석물 분자의 존재를 검출하는 것은, 단일 또는 다중의 고유한 핵산 분자를, 샘플로부터의 분석물 분자의 특성을 식별할 뿐만 아니라 정량화하는 데 사용되는 용액 내로 제어가능하게 방출시키는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 고유한 핵산 분자는 각각의 초분자 구조물의 포착 바코드(20)에 의해 제공된다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같은 분석물 분자의 존재를 검출하는 것은, 용액 중 분석물 분자의 농도를 정량화하기 위해 계수될 수 있는 상태 변화에 연결된 광학 또는 전기 신호를 생성하는 것을 포함한다.In some embodiments, detecting the presence of an analyte molecule as described herein involves introducing single or multiple unique nucleic acid molecules into a solution that is used to identify as well as quantify the properties of the analyte molecule from the sample. Includes controllable release. In some embodiments, the unique nucleic acid molecule is provided by a
일부 실시양태에서, 복수의 분석물 분자는 다중화를 통해 샘플에서 동시에 검출되며, 여기서 복수의 초분자 구조물은 서열분석 및 분석물 식별을 위한 복수의 신호 (예를 들어, 검출기 바코드, 포착 바코드)를 제공한다. 일부 실시양태에서, 샘플 내의 분석물을 검출하기 위한 본원에 기재된 방법은 복수의 초분자 구조물을 사용함으로써 고처리량 및 고다중화 능력을 제공한다. 일부 실시양태에서, 고처리량 및 고다중화 능력은 분석물 분자 검출 및 정량화를 위한 높은 정확도를 제공한다. 일부 실시양태에서, 샘플 내의 분석물을 검출하기 위한 본원에 기재된 방법은 단백질 분자를 포함한 생체중합체를 신속하게 및 높은 감수성 및 재현성으로 특징화 및/또는 식별하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물은 교차-반응성 연관 오류를 제한하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 이러한 교차-반응성 연관 오류는 또 다른 초분자 구조물의 포착 분자 및/또는 검출기 분자와 상호작용하는 초분자 구조물의 포착 분자 및/또는 검출기 분자 (예를 들어, 분자간 상호작용)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물의 각각의 코어 구조물은 서로 동일하다. 일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물의 구조적, 화학적 및 물리적 특성은 명백하게 설계된다. 일부 실시양태에서, 동일한 코어 구조물은, 초분자 구조물 간의 교차-반응성을 제한하도록, 규정된 형상, 크기, 분자량, 포착 분자 및 검출기 분자의 규정된 수, 상응하는 포착 분자 및 검출기 분자 사이의 미리 결정된 거리 (본원에 기재된 바와 같음), 상응하는 포착 분자 및 검출기 분자 사이의 규정된 화학량론, 또는 그의 조합을 갖는다. 일부 실시양태에서, 모든 코어 구조물의 분자량은 동일하고, 코어 분자의 순도까지 정확하다. 일부 실시양태에서, 각각의 코어 구조물은 적어도 하나의 포착 분자를 갖는다.In some embodiments, multiple analyte molecules are simultaneously detected in a sample through multiplexing, wherein multiple supramolecular structures provide multiple signals (e.g., detector barcodes, capture barcodes) for sequencing and analyte identification. do. In some embodiments, the methods described herein for detecting analytes in a sample provide high throughput and high multiplexing capabilities by using multiple supramolecular structures. In some embodiments, high throughput and high multiplexing capabilities provide high accuracy for analyte molecular detection and quantification. In some embodiments, the methods described herein for detecting analytes in a sample are configured to characterize and/or identify biopolymers, including protein molecules, rapidly and with high sensitivity and reproducibility. In some embodiments, the plurality of supramolecular structures are configured to limit cross-reactivity association errors. In some embodiments, such cross-reactive association errors involve a capture molecule and/or detector molecule of a supramolecular structure interacting with a capture molecule and/or detector molecule of another supramolecular structure (e.g., intermolecular interactions) . In some embodiments, each core structure of the plurality of supramolecular structures is identical to each other. In some embodiments, the structural, chemical and physical properties of each supramolecular structure are explicitly designed. In some embodiments, the same core structure has a defined shape, size, molecular weight, defined number of capture molecules and detector molecules, and a predetermined distance between the corresponding capture molecules and detector molecules to limit cross-reactivity between the supramolecular structures. (as described herein), with a defined stoichiometry between the corresponding capture molecules and detector molecules, or combinations thereof. In some embodiments, the molecular weight of all core structures is the same and accurate to the purity of the core molecules. In some embodiments, each core structure has at least one capture molecule.
일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물은 동일한 특정 하위구성요소로 인해 구조적 유사성을 공유할 수 있지만, 샘플로부터의 분석물 분자와 초분자 구조물 사이의 상호작용은 상응하는 포착 분자 및 검출기 분자에 의해 규정된다. 일부 실시양태에서, 주어진 결합된 검출 구조물(50) 상의 각각의 결합된 검출기 및 포착 분자는 샘플 내의 특정한 분석물 분자와 특이적으로 상호작용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물은 회합된 포착 분자에 상응하는 고유한 DNA 바코드를 포함한다. 일부 실시양태에서, 포착 분자는 샘플 내의 하나 초과의 분석물 분자와 상호작용하도록 설계된다.In some embodiments, a plurality of supramolecular structures may share structural similarities due to the same specific subcomponents, but the interactions between the analyte molecules from the sample and the supramolecular structures are defined by the corresponding capture and detector molecules. . In some embodiments, each bound detector and capture molecule on a given bound
본원에 제공된 바와 같이, 포착 바코드(20)는 개별 초분자 구조물(40)을 고유하게 식별하는 데 사용될 수 있다. 결국, 각각의 초분자 구조물(40)은 포착 분자(2)가, 예를 들어 분석물 검출 시스템 (도 16 참조)의 검색표에 저장된 포착 바코드(20)와 연관될 수 있도록 어셈블리된다. 따라서, 포착 바코드(20)가 식별되면, 포착 분자(2)의 정체 또한 접근가능하다.As provided herein, capture
일부 실시양태에서, 각각의 초분자 구조물은 전형적 복합 생물학적 샘플 내의 광범위한 분자 농도들을 정량적으로 포착하는 데 필요한 가능한 최고 동적 범위를 보장하는 단일-분자 감수성을 위해 구성된다. 일부 실시양태에서, 복수의 초분자 구조물은 비-특이적 상호작용 뿐만 아니라 임의의 사용자 유도 오류를 감소시키는 데 필요한 샘플의 조작을 제한하거나 제거한다.In some embodiments, each supramolecular structure is configured for single-molecule sensitivity to ensure the highest possible dynamic range necessary to quantitatively capture the wide range of molecular concentrations within a typical complex biological sample. In some embodiments, multiple supramolecular structures limit or eliminate manipulation of the sample necessary to reduce non-specific interactions as well as any user induced errors.
도 9는 각각의 상이한 포착 분자(2)를 갖는 초분자 구조물(40)의 상이한 위치가 고유한 포착 바코드 정보와 함께 분석물 결합을 특징화하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 분석물 검출 기술을 보여준다. 상이한 분석물 분자(44)의 풀을 포함하는 샘플은 각각의 상이한 포착 분자(2)를 갖는 고정된 초분자 구조물(40)과 접촉된다. 서로에 대해 결합 특이성을 갖는 분석물 분자(44) 및 포착 분자(2)는 상호작용이 일어나도록 하는 조건 하에 접촉된다. 검출기 분자 어셈블리(46)는 초분자 구조물과 회합된 분석물 분자(44)에 결합하도록 허용된다. 결합된 검출기 구조물은 1) 포착 바코드(20) 및 2) 특정 포착 바코드(20)의 위치 지도에 상응하는 결합된 검출기 분자 어셈블리에 의해 생성된 신호를 기초로 하여 특징화될 수 있다. 한 실시양태에서, 포착 바코드 정보와 초분자 구조물(40)의 위치는 분석물 결합 전에 결정될 수 있다. 즉, 어레이가 사전-맵핑되어 제공될 수 있거나, 또는 맵핑이 별개의 단계일 수 있다. 맵핑은 본원에 일반적으로 제공된 바와 같은 포착 바코드를 검출하는 단계, 예컨대 고유한 광학적, 전기적 및/또는 자기적 패턴을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 검출은 포착 바코드의 뉴클레오티드 서열을 서열분석하는 것을 포함한다. 한 실시양태에서, 검출은 증폭 및 증폭된 생성물의 정량화, 예를 들어 qPCR을 통한 프로브와 연관된 신호의 검출을 포함한다.Figure 9 shows an example analyte detection technique in which different positions of the
혈청학 시험은 병원체에 의한 과거 감염을 확인하기 위해 환자의 혈액에서 항체를 찾는다. 한 예에서, COVID-19 혈청학 검정은 스파이크 단백질 또는 뉴클레오캡시드에 대한 IgG 또는 IgM 항체의 존재를 검출한다. 포착 분자(2)는 환자 샘플 내의 항체 분석물(44)을 풀다운하며, 이는 또한 검출기 분자 어셈블리(46)에 의해 결합된다. 한 실시양태에서, 검출기 분자 어셈블리(46)는 모두 동일한 유형일 수 있고/거나 모두 동일한 검출기 분자(1)를 가질 수 있다. 검출기 분자(1)는 항체-항원 특이성에 관계없이 임의의 인간 항체에 결합하는 항-인간 항체일 수 있다. 따라서, 검출기 분자(1)는 각각의 항원 포착 분자(2)와 회합된 다양한 상이한 분석물(44)에 결합할 수 있다. 검출기 분자 어셈블리(46)로부터의 검출가능한 신호를 통해 양성 결합 이벤트를 나타내는 분석물(44)은 특정 바코드(20)에 기초하여 특정 초분자 구조물(40)에 연결되어, 양성 항체 결과를 식별해 줄 수 있다.Serology tests look for antibodies in a patient's blood to confirm previous infection with a pathogen. In one example, a COVID-19 serology assay detects the presence of IgG or IgM antibodies against the spike protein or nucleocapsid.
개시된 기술을 사용하여 하나 이상의 감염성 질환, 예컨대 COVID-19, 인플루엔자, RSV 및 폐렴에 대한 검정을 생성할 수 있다. 한 실시양태에서, 포착 분자(2)는 각각 상이한 초분자 구조물(40)과 회합된 상이한 감염성 질환의 상이한 항원의 풀을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 검정은 감염성 질환의 다중 이소형 및 다중 잠재적 항원뿐만 아니라, 인플루엔자, RSV 및 폐렴을 포함하나 이에 제한되지는 않는 다른 호흡기 병원체로부터의 항원을 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 검정은 백신 단백질 표적의 특이적 첨가를 통해 천연 면역과 백신으로부터의 면역 획득 사이의 구별을 허용할 수 있다. 검정은 또한 IgG, IgM 및 IgA 특이성 사이의 구별을 포함할 수 있다. 이 검정은 현재의 병원체 기후를 적절하게 조사하기 위해 새로운 감염이 발생함에 따라 계절별로 업데이트 또는 변형될 수 있다. 현행 작업흐름에 대해 이 검정에 의해 이루어진 개선은 환자의 체액성 면역계에 대한 더 큰 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 백신 개발 정보에 도움이 될 것이다. 예를 들어, 환자의 항체 반응 또는 순환 항체 집단은 다양한 후보 항원에 대한 결합에 대해 평가될 수 있다.The disclosed technology can be used to generate assays for one or more infectious diseases, such as COVID-19, influenza, RSV, and pneumonia. In one embodiment, the
검출기 분자 어셈블리(46)는 모두 동일한 유형일 수 있거나 동일한 검출 방식을 사용하여 검출될 수 있다. 검출된 신호는 임의의 고유한 바코드 정보를 포함하지 않을 수 있다. 한 예에서, 검출기 테일은 신호를 생성하는 반응성 분자를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 검출기 분자 어셈블리(46)는 기재의 광학적으로 검출가능한 생성물로의 효소 전환에 기초하여 검출된다. 광학 검출은 초분자 구조물(40)의 어레이 상의 스팟과 연관된다. 한 실시양태에서, 각각의 검출기 분자 어셈블리(46)의 검출기 분자(1)는 모두 동일한 유형일 수 있고/거나 동일한 결합 특이성을 가질 수 있다. 한 예에서, 검출된 분석물 분자(44)는 모두 인간 항체이고, 검출기 분자는 항원 특이성에 관계없이 광범위한 인간 항체에 대해 일반적 결합 특이성을 갖는 항-인간 항체이다. 다른 실시양태가 또한 고려된다. 예를 들어, 분석물 분자(44)가, 스트렙타비딘 검출기 분자(1)에 대한 결합을 허용하는 태그 (예를 들어, 비오틴)를 부가하는 태그부착 또는 처리 단계를 거칠 수 있다. 도시된 실시양태에서, 검출기 분자 어셈블리(46)를 제공하는 단계는 덜 복잡할 수 있는데, 이는 검출기 분자 어셈블리(46)의 풀이 다양하지 않고, 검출기 분자(1) 및 회합된 테일 또는 링커가 또한 모두 동일한 유형일 수 있기 때문이다. 또한, 검출기 측으로부터 서열 또는 바코드 정보가 얻어지지 않기 때문에 검출 단계가 또한 덜 복잡할 수 있다. 따라서, 한 실시양태에서, 고유한 식별 정보는 검출기-생성 신호 위치 및 각각의 포착 바코드에 대한 위치 정보와 함께 사용되는 포착 바코드(20)이다. 검출기 신호와 특정 바코드의 위치의 상관관계를 사용하여 분석물 결합을 특징화한다. 도 9의 분석물 검출 방법은 또한 고유한 바코드뿐만 아니라 검출기 신호를 생성하는 반응성 분자를 갖는 검출기 분자 어셈블리의 다양한 풀을 사용하여 수행될 수 있음을 이해하여야 한다.Detector
도 10은 도 9의 분석물 검출 방법과 유사하지만, 검출기 분자 어셈블리(46)의 풀이 다양한 실시양태를 도시한다. 검출기 분자 어셈블리(46)의 다양한 풀은 상이한 각각의 검출기 분자(1) 및 검출기 바코드(21) (검출기 바코드(21a), (21b), (21c) 및 (21d)로서 도시됨)를 보유한다. 결합된 검출기 구조물(50)은 특정한 분석물 분자(44)에 특이적인 포착 분자(2)와 회합된 고유한 포착 바코드(20) 및 분석물 분자(44)에 특이적인 고유한 검출기 바코드(21) 둘 다를 포함한다. 고유한 포착 바코드(20) 또는 고유한 검출기 바코드(21) 중의 하나 또는 둘 다가 분석물 결합을 특징화하기 위해 평가될 수 있다. 고유한 검출기 바코드(21)의 검출은 광학적, 전기적 및/또는 자기적 검출을 포함하여, 고유한 포착 바코드(20)와 관련하여 논의된 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 검출은 고유한 검출기 바코드(21)의 서열 데이터 또는 증폭 데이터를 생성하는 것을 포함할 수 있다.Figure 10 shows an embodiment similar to the analyte detection method of Figure 9, but with varying resolution of the detector
일부 실시양태에서, 하나 이상의 분석물을 포함하는 샘플은 하나 이상의 초분자 구조물(40)과 접촉된다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 바와 같이, 복수의 초분자 구조물은 하나 이상의 고체 기재에 부착되는 것으로서 제공된다. 도 11-14는 패턴화된 고체 기재에 부착된 초분자 구조물의 예를 제공한다. 도 15는 다공성 히드로겔 매트릭스에 혼입된 초분자 구조물의 예를 나타낸다. 개시된 기술은 결합 부위 상에 또는 내에 분포된 결합 부위를 포함하는 패턴화된 기재와 함께 수행될 수 있다. 한 실시양태에서, 각각의 결합 부위는 차별적인 화학을 갖는 단일 초분자 구조물(40)을 수용한다. 패턴화된 기재는 리소그래피 공정을 통해 제작될 수 있다. 또한, 개시된 기술의 실시양태는, 새로운 초분자 구조물(40)을 혼입시키기 위한 기재로부터, 결합된 또는 "사용된" 결합된 검출기 구조물(50)을 제거하는 하나 이상의 재생 단계를 포함할 수 있다.In some embodiments, a sample comprising one or more analytes is contacted with one or more
도 11은 샘플 내의 분석물의 단일-분자 계수를 위해 본원에 기재된 바와 같은 초분자 구조물(40)을 사용하는 표면 기반 검정을 사용하여 샘플 내의 분석물 분자를 검출하는 (즉, 단일 분자 분해능(resolution)으로 샘플 내의 분석물 분자를 검출하는) 방법의 예시적인 도시를 제공한다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물은 DNA 오리가미 코어를 포함하는 코어 구조물을 포함한다. 일부 실시양태에서, (a) 기재(60) 상의 모든 특징부에 대한 참조 좌표로서의 역할을 하는 기준 마커(62); (b) 개별 코어 구조물 (예를 들어, DNA 오리가미)이 고정될 수 있는 규정된 마이크로패턴화된 결합 부위(66)의 세트; (c) 초분자 구조물 (포착 분자, 코어 구조물 분자 포함) 및 기재(60)의 표면 사이의 상호작용을 최소화하거나 방지하는 배경 패시베이션(64)을 포함하는 평면 기재(60)가 제공된다. 일부 실시양태에서, 기준 마커는, 기재 상의 다른 특징부에 대한 기준 특징부로서 이용될 표면 상에 규정된 기하학적 특징부를 포함한다. 일부 실시양태에서, 기준 마커(62)는 초분자 구조물의 코어 구조물 또는 다른 분자 (예를 들어, DNA 오리가미)와 상호작용하지 않는 중합체 또는 자기-어셈블리 단층으로 코팅된다. 일부 실시양태에서, 배경 패시베이션(64)은 기재(60)의 표면과 샘플의 분석물 분자 사이의 상호작용을 최소화하거나 방지한다. 일부 실시양태에서, 평면 기재(60)는 결합 부위(66)의 형성 전에 규정되는 FET, 고리 공명기, 광자 결정 또는 마이크로전극과 같은 광학 또는 전기 디바이스를 포함한다. 일부 실시양태에서, 결합 부위(66)는 평면 기재(60) 상에 마이크로패턴화된다. 일부 실시양태에서, 표면 상의 결합 부위(66)는 주기적 패턴으로 존재한다. 일부 실시양태에서, 표면 상의 결합 부위(66)는 비-주기적 패턴 (예를 들어, 랜덤)이다. 일부 실시양태에서, 임의의 2개의 결합 부위(66) 사이의 최소 거리가 특정된다. 일부 실시양태에서, 임의의 2개의 결합 부위(66) 사이의 최소 거리는 적어도 약 200 nm이다. 일부 실시양태에서, 임의의 2개의 결합 부위(66) 사이의 최소 거리는 적어도 약 40 nm 내지 약 5000 nm이다. 일부 실시양태에서, 결합 부위(66)의 기하학적 형상은 원, 정사각형, 삼각형 또는 다른 다각형 형상을 포함한다. 일부 실시양태에서, 패시베이션(64)에 사용되는 화학적 기는 중성으로 하전된 분자, 예컨대 트리-메틸 실릴 (TMS), PEG와 같은 비하전된 중합체, 쯔비터이온성 중합체, 예컨대 또는 그의 조합을 포함한다. 일부 실시양태에서, 결합 부위(66)를 규정하는 데 사용되는 화학적 기는 실란올 기, 카르복실 기, 티올, 다른 기 또는 그의 조합을 포함한다.11 shows the detection of analyte molecules in a sample (i.e., at single molecule resolution) using a surface-based assay using a
일부 실시양태에서, 단일 초분자 구조물(40)이 각각의 결합 부위(66)에 부착된다 (단계 1). 참조 부호(70)는 초분자 구조물(40)의 구성요소를 개별적으로, 그리고 평면 기재 상에 어셈블리 및 배열된 것으로 도시한 도면을 제공한다 (구성요소는 본원, 예를 들어 도 1-4에 기재된 바와 같음). 일부 실시양태에서, 초분자 구조물(40)은 DNA 오리가미를 포함하는 코어 구조물(13)을 포함하며, 여기서 초분자 구조물(40)은 DNA 오리가미 배치 기술 (단계 1)을 사용하여 각각의 결합 부위에 부착된다. 일부 실시양태에서, 초분자 구조물(40)은 각각의 결합 부위(66)에 부착되기 전에 어셈블리된다. 일부 실시양태에서, DNA 오리가미는 고유한 형상 및 치수를 포함하여, DNA 오리가미 배치 기술을 사용하여 결합 부위에 결합하는 것을 용이하게 한다. 일부 실시양태에서, DNA 오리가미 배치는 표면 (예를 들어, 미세패턴화 표면) 상에 개별적인 DNA 오리가미 (예를 들어, 코어 구조물)를 조직화하기 위한 지향성 자기-어셈블리 기술을 포함한다. 일부 실시양태에서, DNA 오리가미 배치에 대안적으로, 초분자 나노구조물(40)의 반응성 기가, 결합 부위 상에서 사전-조직화된 DNA 오리가미에 결합된다. 일부 실시양태에서, 초분자 나노구조물을 상응하는 결합 부위에 결합시키는 이들 방법 둘 다는 DNA 오리가미 배치 기술을 사용하여 마이크로패턴화된 결합 부위 상에 하나 이상의 분자를 조직화하는 능력에 의존한다. 일부 실시양태에서, 평면 기재는 이 단계 후 깨끗한 환경에서 상당한 기간 동안 저장될 수 있다.In some embodiments, a single
도 11을 계속 참조하면, 일부 실시양태에서, 분석물 분자를 포함하는 샘플 (본원에 기재된 바와 같음)은 분석물 포착 단계에서 평면 기재와 접촉된다 (단계 2). 일부 실시양태에서, 샘플은 유동-셀을 사용하여 평면 기재와 접촉된다. 일부 실시양태에서, 샘플은 결합 부위(66)에 부착된 초분자 구조물을 갖는 평면 기재 상에서 인큐베이션된다. 일부 실시양태에서, 인큐베이션 기간은 약 30초 내지 약 24시간일 수 있다. 일부 실시양태에서, 인큐베이션 기간은 약 30초 내지 약 1분, 약 1분 내지 약 5분, 약 5분 내지 약 30분, 약 30분 내지 약 1시간, 약 1시간 내지 약 5시간, 약 5시간 내지 약 12시간, 약 12시간 내지 약 24시간, 약 24시간 내지 약 48시간일 수 있다.With continued reference to Figure 11, in some embodiments, a sample comprising analyte molecules (as described herein) is contacted with a planar substrate in an analyte capture step (step 2). In some embodiments, the sample is contacted with a planar substrate using a flow-cell. In some embodiments, the sample is incubated on a planar substrate with a supramolecular structure attached to the binding
일부 실시양태에서, 샘플 내의 분석물 분자(44)는 평면 표면(60) 상의 초분자 구조물(40)과 상호작용한다. 일부 실시양태에서, 특이적 분석물 분자(44)의 단일 카피는 포착 분자에 결합한다. 도 11을 계속 참조하면, 단계 3에서, 검출기 분자 어셈블리(46)가 포착된 분석물과 접촉된다. 검출기 분자 어셈블리는 단계 4에서 검출가능한 신호를 생성하도록 검출된다. 예를 들어, 검출기 바코드(21)는 결합된 검출기 분자 어셈블리(46)와 접촉하는 신호전달 요소(76)에 대한 결합 부위로서 사용된다. 일부 실시양태에서, 신호전달 요소(76)는 형광 분자 또는 마이크로비드, 형광 중합체, 고도로 하전된 나노입자 또는 중합체를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 신호전달 요소(76)가 평면 구조물 상의 초분자 구조물과 상호작용하도록 허용된다. 일부 실시양태에서, 신호전달 요소(76)는 평면 기재를 함유하는 유동-셀에 도입된다. 일부 실시양태에서, 검출기 바코드는 도시된 실시양태에 제시된 바와 같이 증폭된다. 예를 들어, 검출기 바코드는 롤링 서클 증폭 또는 혼성화 연쇄 반응과 같은 과정에서 고 형광 중합체의 성장을 위한 중합 개시제로서 사용된다. 일부 실시양태에서, 단계 4에서 설명된 바와 같은 검출가능한 신호는, 모든 개별 분석물 포착 이벤트가 (포착 분자 및 검출기 분자와 연결된) 각각의 분석물의 위치에 신호전달 요소(76)가 존재하게 하는 표면으로 이어진다.In some embodiments,
일부 실시양태에서, 신호전달 요소(76)는 광학적으로 활성이고, 평면 기재(60) 내의 통합된 광학 센서 또는 현미경을 사용하여 측정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 신호전달 요소는 전기적으로 활성이고, 통합된 전기 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 신호전달 요소(76)는 자기적으로 활성이고, 통합된 자기 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각의 신호 이벤트는 상응하는 검출기 및 포착 분자에 의해 결정된 동일한 유형의 분석물 분자 (동일한 유형의 분석물 분자의 단일 카피)의 포착과 연관되고, 따라서 신호전달 요소(76)가 존재하는 위치의 수를 계수하는 것은 샘플 내의 분석물 분자의 정량화를 제공한다.In some embodiments, signaling
도 12는 도 11에서와 같이 결합 부위(66)를 갖는 유사한 평면 기재(60)를 갖는 배열체를 나타낸다. 평면 기재(60)는 각각의 결합 부위(66)에 고정된 어셈블리된 초분자 구조물(40)을 갖는다 (단계 1). 분석물 포착 (단계 2) 후에, 검출기 분자 어셈블리가, 포착된 분석물 분자(44)와 접촉된다. 여기서, 각각의 검출기 분자 어셈블리(46)는 일체형 신호전달 요소(76)로서 작동하는 결합된 코어 구조물 (예를 들어, 코어 구조물(13), 도 1 참조), 예컨대 DNA 오리가미를 포함한다. 도 13은 평면 기재(60) (도 11과 관련하여 기재된 바와 같이 형성될 수 있음)가 각각의 결합 부위(66)에 고정된 어셈블리된 초분자 구조물(40)을 갖는 배열체를 나타낸다 (단계 1). 별개의 과정이 분석물(44)을 각각의 검출기 분자 어셈블리(46)와 회합시킨다. 한 실시양태에서, 각각의 검출기 분자 어셈블리(46)는 초분자 코어 구조물과 같은 신호 요소(76)를 보유한다. 회합된 분석물 및 검출기 분자 어셈블리(46)는 평면 기재(60) 및 고정된 초분자 구조물(40)과 함께 인큐베이션된다. 회합된 분석물 및 검출기 분자 어셈블리(46)는 분석물에 대해 결합 특이성을 갖는 포착 분자를 갖는 초분자 구조물에 결합하고, 결합된 분석물은 예를 들어 신호전달 요소 (검출기 분자 어셈블리(46)의 일부일 수 있거나 또는 분석물 및 검출기 분자 어셈블리(46)와 포착 분자의 회합 후에 첨가될 수 있음)로부터 생성된 신호를 검출하는 것을 통해 특징화될 수 있다.Figure 12 shows an arrangement with a similar
도 14에서, 다중 결합 부위(66)를 갖는 패턴화된 기재(60)는 개별 초분자 구조물(40)로 관능화되거나 또는 그에 연결될 수 있다. 도시된 실시양태에서, 초분자 구조물(40)은 단계(80)에서 어셈블리된 다음, 항원 포착 분자(2)가 연결되기 전에 기재(60) 상에 배열된다. 예를 들어, 특정 항원에 특이적인 특이적 바코드 및 포착 가닥을 함유하는 DNA 오리가미가 기재(60) 위로 유동하여, 단일 분자 어레이, 예를 들어, DNA 결합 특징부 상에 배치된다. 항원은 단계(82)에서 초분자 구조물의 DNA 오리가미 바코드(20)에 어닐링될 수 있는, 포착 분자(2)로서 제시된 상보적 가닥을 포함하도록 접합된다. 대안적으로, 포착 분자는 어셈블리 (단계 (80)) 동안 초분자 구조물(40)과 회합되고, 초분자 구조물(40)과 함께 기재(60)에 적용된다. 각각의 초분자 구조물의 바코드(20)는 서열분석, 증폭을 통해 또는 혼성화 검정을 통해 판독된다. 기재(60) 상의 공간 위치를 갖는 항원 포착 분자(2)의 맵은 검정을 수행하기 전에 얻어지고 기재(60)의 품질 관리로서 수행될 수 있다. 맵은 본원에 제공된 바와 같은 분석물 검출 시스템 (도 16 참조)에 저장될 수 있으며, 진단 정보를 제공하기 위한 양성 결합 이벤트의 보고서를 생성하는 데 사용될 수 있다.14, a patterned
이어서 단계(84)에서, 적절한 차단 조건이 추가되고 환자 항체 (예를 들어, 혈청)를 포함하는 샘플이 기재(60)에 적용되고, 인큐베이션되어 샘플 중의 항체 분석물(44)이 항체-항원 복합체를 형성할 수 있게 된다. 이어서 샘플을 세척하고, 2차 항-인간 항체인 검출기 분자(1) 및 검출을 위한 표지를 포함하는 검출기 분자 어셈블리(46)를 단계(86)에서 첨가한다. 결합된 검출기 구조물(50)의 검출 (단계(88))은 롤링 서클 증폭 또는 하이브리드 연쇄 반응을 통한 증폭을 위해 DNA-기반일 수 있는 항체 표지의 검출에 기초할 수 있으며; 대안적으로, 표지는 DNA 나노입자 또는 형광 중합체일 수 있다.Then, in step 84, appropriate blocking conditions are added and a sample comprising patient antibodies (e.g., serum) is applied to the
한 실시양태에서, 검정은 아데노바이러스, 코로나바이러스 229E, 코로나바이러스 HKU1, 코로나바이러스 B.1.1.7, 코로나바이러스 B.1.351, 코로나바이러스 P.1 코로나바이러스 NL63, 코로나바이러스 OC43, 인간 메타뉴모바이러스, 인간 리노바이러스/엔테로바이러스, 인플루엔자 A, 하위유형 2009H1N1, H1, H3, 인플루엔자 B, 파라인플루엔자 바이러스 유형 1, 2, 3 및 4, 호흡기 세포융합 바이러스, 클라미도필라 뉴모니아에, 미코플라스마 뉴모니아에 및 보르데텔라 페르투시스 중 하나 이상의 항원을 포함한다. 또한, 검정은 계절성 독감에 대한 백신 표적, 뿐만 아니라 하나 이상의 상업용 백신에 대한 코비드 백신 표적 (모더나(Moderna), 화이자(Pfizer), 아스트라 제네카(Astra Zeneca), 노바박스(Novavax), 및 존슨 앤 존슨(Johnson and Johnson))을 포함할 수 있다. 이러한 백신 표적의 추가로, 환자가 자연 감염으로부터의 면역 및/또는 백신으로부터의 면역 획득을 갖는 지 여부를 결정하기 위한 면역의 분류가 가능해진다. 면역의 특이성을 규정하기 위해 각각의 병원체에 대한 다중 항원이 존재할 수 있다.In one embodiment, the assay is adenovirus, coronavirus 229E, coronavirus HKU1, coronavirus B.1.1.7, coronavirus B.1.351, coronavirus P.1 coronavirus NL63, coronavirus OC43, human metapneumovirus, Human rhinovirus/enterovirus, influenza A, subtypes 2009H1N1, H1, H3, influenza B,
검출은 IgG, IgM 및/또는 IgA 결정을 위한 특정 항체에 대한 항-종을 포함할 수 있다. 하위유형의 특이적 검출은 면역의 성숙을 추가로 이해하는 데 도움이 된다.Detection may include anti-species for specific antibodies for determination of IgG, IgM and/or IgA. Specific detection of subtypes helps to further understand immune maturation.
도 15는 히드로겔 매트릭스(100)를 형성하기 위한 예시적 실시양태를 제공하며, 여기서 하나 이상의 단량체(122) 및 하나 이상의 가교 분자(124)를 조합하여 히드로겔을 형성하는 것 이외에도, 하나 이상의 초분자 구조물(40)이 도입된다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 초분자 구조물(40)은 히드로겔 매트릭스와 공중합하여 매트릭스(120)를 형성한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 초분자 구조물(40)의 각각의 앵커 분자(18)는 히드로겔 매트릭스(120)와 공중합한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 단량체(122)는 아크릴아미드를 포함한다. 일부 실시양태에서, 하나 이상의 가교제는 비스-아크릴아미드를 포함한다.15 provides an exemplary embodiment for forming a
본 개시내용의 실시양태는 개시된 실시양태의 특정 방법을 수행하도록 구성된 하나 이상의 컴퓨터-구현 검출 시스템을 포함한다. 도 16은 제어기(1001)를 포함하는 분석물 검출 시스템(1000)을 나타낸다. 제어기(1001)는 프로세서(1002) 및 프로세서(1002)에 의해 실행되도록 구성된 명령을 저장하는 메모리(1004)를 포함한다. 제어기(1001)는 사용자 인터페이스(1006) 및, 예를 들어 인터넷(1010)을 통한 및/또는 무선 또는 유선 네트워크를 통한 통신을 용이하게 하기 위해 통신 회로를 포함한다. 사용자 인터페이스(1006)는 본원에 제공된 바와 같은 특징화된 분석물 검출 결과와의 사용자 상호작용을 용이하게 한다.Embodiments of the present disclosure include one or more computer-implemented detection systems configured to perform certain methods of the disclosed embodiments. 16 shows an
프로세서(1002)는 분석물 검출 데이터를 수신하고 검출된 분석물을 특징화하도록 프로그램화된다. 한 실시양태에서, 프로세서는, 초분자 구조물의 어레이의 인큐베이션 및 검출기 분자 어셈블리의 검출 후에 샘플 내 검출된 분석물의 보고서를 생성한다. 보고서는 검출된 분석물 결합 이벤트에 상응하는 다양한 결합 부위에서의 생성된 광학 신호의 데이터를 포함할 수 있다. 보고서는 프로세싱된 데이터, 예컨대 검출된 분석물의 목록 또는 양성/음성 결합 결과를 포함할 수 있다. 보고서는 분석물 검출 능력을 표시하는 어레이의 이용가능한 포착 분자의 목록을 포함할 수 있다.Processor 1002 is programmed to receive analyte detection data and characterize the detected analytes. In one embodiment, the processor generates a report of detected analytes in the sample following incubation of the array of supramolecular structures and detection of the detector molecular assembly. The report may include data of the generated optical signals at various binding sites corresponding to the detected analyte binding events. The report may include processed data, such as a list of detected analytes or combined positive/negative results. The report may include a list of available capture molecules on the array indicating the analyte detection capability.
시스템(1000)은 또한 초분자 구조물의 하나 이상의 성분의 검출을 통해 분석물 결합을 검출하도록 작동하는 분석물 검출기(1020)를 포함한다. 분석물 검출기(1020)는 하나 이상의 센서(1022)를 갖는 검출 시스템을 포함한다. 분석물 검출기(1020)는 또한 샘플 인큐베이션 및 적절한 시점에서 반응 시약 및 검출기 분자 어셈블리의 적절한 방출을 제어하는 반응 제어기(1024)를 포함할 수 있다. 센서(1022)는 광학 센서 (예를 들어, 형광 센서, 적외선 센서), 이미지 센서, 전기 센서 또는 자기 센서 중 하나 이상일 수 있다. 한 실시양태에서, 센서(102)는 금속-산화물 반도체 이미지 센서 디바이스이다.
본 발명의 바람직한 실시양태가 본원에 제시되고 기재되었지만, 이러한 실시양태는 단지 예로서 제공된다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 발명을 벗어나지 않으면서 복수의 변형, 변화 및 치환이 이제 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 일어날 것이다. 본원에 기재된 본 발명의 실시양태에 대한 다양한 대안이 본 발명을 실시하는 데 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 하기 청구범위는 본 발명의 범주를 규정하며, 이들 청구범위의 범주 내의 방법 및 구조물 및 그의 등가물이 그에 의해 포괄되는 것으로 의도된다.While preferred embodiments of the invention have been shown and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that such embodiments are provided by way of example only. Numerous modifications, changes and substitutions will now occur to those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It should be understood that various alternatives to the embodiments of the invention described herein may be used in practicing the invention. The following claims define the scope of the invention, and methods and structures within the scope of these claims and equivalents thereof are intended to be covered thereby.
Claims (42)
기재 상에 또는 다공성 매트릭스 내에 고정된 초분자 구조물의 어레이를 제공하는 단계로서, 상기 어레이의 초분자 구조물은
복수의 코어 분자를 포함하는 코어 구조물; 및
포착 바코드를 통해 코어 구조물에 연결된 포착 분자
를 포함하는 것인 단계;
분석물 분자가 포착 분자에 결합하도록 샘플을 어레이와 접촉시키는 단계;
개별 검출기 분자 어셈블리의 검출기 분자가 분석물 분자에 결합하여 결합된 검출 구조물을 형성하도록, 포착 분자에 결합된 분석물 분자를 검출기 분자 어셈블리와 접촉시키는 단계;
결합된 검출 구조물의 개별 검출기 분자 어셈블리에 의해 생성된 신호에 기초하여 분석물 분자를 검출하는 단계; 및
검출된 분석물 분자와 초분자 구조물을 포착 바코드의 정체에 기초하여 연관시키는 단계
를 포함하는 방법.A method for detecting analyte molecules present in a sample, comprising:
A step of providing an array of supramolecular structures fixed on a substrate or in a porous matrix, wherein the supramolecular structures of the array are
A core structure comprising a plurality of core molecules; and
Capture molecule linked to core structure via capture barcode
A step comprising;
contacting the sample with the array such that the analyte molecules bind to the capture molecules;
contacting the analyte molecule bound to the capture molecule with the detector molecule assembly such that the detector molecule of the individual detector molecule assembly binds to the analyte molecule to form a bound detection structure;
detecting analyte molecules based on signals generated by individual detector molecule assemblies of the coupled detection structure; and
Step of associating detected analyte molecules and supramolecular structures based on the identity of the capture barcode
How to include .
기재;
기재 상에 고정된 복수의 초분자 구조물
을 포함하며, 여기서 복수의 초분자 구조물의 개별 초분자 구조물은
(a) 복수의 코어 분자를 포함하는 코어 구조물로서, 기재에 커플링되거나 또는 앵커 분자에 의해 기재에 연결된 코어 구조물,
(b) 포착 바코드의 제1 말단에서 코어 구조물에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링된 포착 바코드로서, 일반적으로 기재로부터 멀리 연장되는 포착 바코드; 및
(c) 포착 바코드의 제2 말단에서 포착 바코드에 커플링된 포착 분자로서, 분석물 분자에 결합하도록 구성된 포착 분자
를 포함하는 것인
어레이.An array for detecting one or more analyte molecules in a sample, comprising:
write;
Multiple supramolecular structures fixed on a substrate
It includes, where the individual supramolecular structures of the plurality of supramolecular structures are
(a) a core structure comprising a plurality of core molecules, coupled to a substrate or connected to the substrate by anchor molecules,
(b) a capture barcode coupled directly or indirectly to the core structure at a first end of the capture barcode, the capture barcode generally extending away from the substrate; and
(c) a capture molecule coupled to the capture barcode at a second end of the capture barcode, wherein the capture molecule is configured to bind to an analyte molecule.
which includes
Array.
서로 이격된 복수의 결합 부위를 포함하는 패턴화된 기재; 및
복수의 결합 부위의 각각의 결합 부위와 회합된 단일 초분자 구조물
을 포함하며, 상기 초분자 구조물은
복수의 코어 분자를 포함하는 코어 구조물로서, 기재에 커플링되거나 또는 앵커 분자에 의해 기재에 연결된 코어 구조물,
포착 바코드의 제1 말단에서 코어 구조물에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링된 포착 바코드로서, 일반적으로 기재로부터 멀리 연장되는 포착 바코드; 및
포착 바코드의 제2 단부에서 포착 바코드에 커플링된 포착 분자로서, 분석물 분자에 결합하도록 구성된 포착 분자
를 포함하는 것인
기재.As a substrate for detecting one or more analyte molecules in a sample,
A patterned substrate comprising a plurality of binding sites spaced apart from each other; and
A single supramolecular structure associated with each binding site of a plurality of binding sites.
It includes, and the supramolecular structure is
A core structure comprising a plurality of core molecules, coupled to a substrate or connected to the substrate by an anchor molecule,
a capture barcode coupled directly or indirectly to the core structure at a first end of the capture barcode, the capture barcode generally extending away from the substrate; and
A capture molecule coupled to the capture barcode at a second end of the capture barcode, wherein the capture molecule is configured to bind to an analyte molecule.
which includes
write.
복수의 결합 부위를 포함하는 패턴화된 기재; 및
복수의 결합 부위의 각각의 결합 부위와 회합된 초분자 구조물
을 포함하며, 상기 초분자 구조물은
복수의 코어 분자를 포함하는 코어 구조물로서, 기재에 커플링되거나 또는 앵커 분자에 의해 기재에 연결된 코어 구조물,
포착 바코드의 제1 말단에서 코어 구조물에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링된 포착 바코드로서, 일반적으로 기재로부터 멀리 연장되는 포착 바코드; 및
포착 바코드의 제2 단부에서 포착 바코드에 커플링된 포착 분자로서, 분석물 분자에 결합하도록 구성된 포착 분자
를 포함하는 것인
어레이.An array for detecting one or more analyte molecules in a sample, comprising:
A patterned substrate comprising a plurality of binding sites; and
Supramolecular structure associated with each binding site of a plurality of binding sites
It includes, and the supramolecular structure is
A core structure comprising a plurality of core molecules, coupled to a substrate or connected to the substrate by an anchor molecule,
a capture barcode coupled directly or indirectly to the core structure at a first end of the capture barcode, the capture barcode generally extending away from the substrate; and
A capture molecule coupled to the capture barcode at a second end of the capture barcode, wherein the capture molecule is configured to bind to an analyte molecule.
which includes
Array.
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