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ES2380922T3

Entrapped binding proteins as biosensors

Abstract

A glucose biosensor comprising at least one mutated glucose / galactose binding protein (GGBP) and at least one luminescent indicator group (luminescent marker) linked by covalent bond thereto, wherein said at least one luminescent indicator group is capable of providing a detectable and reversible signal in response to binding with said mutant GGBP, and wherein said mutated GGBP has at least one amino acid substitution of a non-reactive amino acid with a reactive amino acid that can be modified with a labeling agent analogous to cysteine ​​labeling with a thiol reactive dye, and said mutated GGBP binds to glucose and encapsulated in an analyte permeable matrix comprising solids gels with organically modified silicates or with covalently crosslinked hydrogels, or with combinations thereof.

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22 claims: 7 independent, 15 dependent

  1. 1
    ES 2 380 922 T3 REIVINDICACIONES 1. - Un biosensor de la glucosa que comprende al menos una proteína de unión a glucosa/galactosa mutada (GGBP) y al menos un grupo indicador luminiscente (marcador luminiscente) unido mediante enlace covalente a la mismo, en el que dicho al menos un grupo indicador luminiscente es capaz de proporcionar una señal detectable y reversible como respuesta a la unión con dicha GGBP mutante, y en el que dicha GGBP mutada tiene al menos una sustitución de aminoácido de un aminoácido no reactivo con un aminoácido reactivo que se puede modificar con un agente de marcaje análogo al etiquetado de cisteína con un colorante reactivo al tiol, y dicha GGBP mutada se une a la glucosa y se encapsula en una matriz permeable al analito que comprende sol-geles aumentados con silicatos modificados orgánicamente o con hidrogeles reticulados covalentemente, o con combinaciones de los mismos.
  2. 2
    - El biosensor de la reivindicación 1, en el que el grupo indicador luminiscente es un marcador fluorescente o un marcador fosforescente.
  3. 3
    - El biosensor de la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha sustitución de aminoácido se selecciona entre una cisteína en la posición 1, una serina en la posición 1, una cisteína en la posición 11, una cisteína en la posición 14, una cisteína en la posición 19, una cisteína en la posición 43, una cisteína en la posición 74, una cisteína en la posición 107, una cisteína en la posición 110, una cisteína en la posición 112, una cisteína en la posición 113, una cisteína en la posición 137, una cisteína en la posición 149, una cisteína en la posición 213, una cisteína en la posición 216, una cisteína en la posición 238, una cisteína en la posición 287, una cisteína en la posición 292, una cisteína en la posición 152, una cisteína en la posición 182, una cisteína en la posición 236 y una cisteína en la posición 296 correspondiente a las posiciones de aminoácidos de la GGBP de E. coli.
  4. 4
    - El biosensor de la reivindicación 3, en el que dicha sustitución de aminoácido se selecciona entre una cisteína en la posición 1, una serina en la posición 1, una cisteína en la posición 11, una cisteína en la posición 14, una cisteína en la posición 19, una cisteína en la posición 43, una cisteína en la posición 74, una cisteína en la posición 107, una cisteína en la posición 110, una cisteína en la posición 112, una cisteína en la posición 113, una cisteína en la posición 137, una cisteína en la posición 149, una cisteína en la posición 213, una cisteína en la posición 216, una cisteína en la posición 238, una cisteína en la posición 287, una cisteína en la posición 292, una cisteína en la posición 152, una cisteína en la posición 182, una cisteína en la posición 236 y una cisteína en la posición 296 de la GGBP de E. coli.
  5. 5
    - El biosensor de la reivindicación 3 que comprende al menos dos sustituciones de aminoácidos seleccionadas entre una cisteína en la posición 112 and una serina en la posición 238, una cisteína en la posición 149 y una serina en la posición 238, una cisteína en la posición 152 y una cisteína en la posición 182, una cisteína en la posición 152 y una serina en la posición 213, una cisteína en la posición 213 y una cisteína en la posición 238, una cisteína en la posición 149 y una arginina en la posición 213, una cisteína en la posición 149 y una cisteína en la posición 213, una cisteína en la posición 149 y una treonina en la posición 213, una cisteína en la posición 149 y una leucina en la posición 213, una cisteína en la posición 149 y una tirosina en la posición 213, una cisteína en la posición 149 y una asparagina en la posición 223, una cisteína en la posición 149 y una cisteína en la posición 238, una cisteína en la posición 149 y una serina en la posición 256, una cisteína en la posición 149 y una arginina en la posición 256, una cisteína en la posición 152 y una arginina en la posición 213, una cisteína en la posición 152 y una asparagina en la posición 223, una cisteína en la posición 213 y una cisteína en la posición 255 de la GGBP de E. coli.
  6. 6
    - El biosensor de la reivindicación 3 que comprende al menos tres sustituciones de aminoácidos seleccionadas entre una cisteína en la posición 149, una serina en la posición 213 y una serina en la posición 238;una cisteína en la posición 149, una arginina en la posición 213 y una serina en la posición 238;una cisteína en la posición 149, una cisteína en la posición 213 y una cisteína en la posición 238;una cisteína en la posición 149, una serina en la posición 213 y una asparagina en la posición 223;y una cisteína en la posición 149, una asparagina en la en la posición 223 y una arginina en la posición 256 de GGBP de E. coli.
  7. 7
    - El biosensor de la reivindicación 3 que comprende al menos cuatro sustituciones de aminoácidos seleccionadas entre una serina en la posición 1, una cisteína en la posición 149, una arginina en la posición 213 y una serina en la posición 238;una serina en la posición 1, una cisteína en la posición 149, una serina en la posición 213 y una serina en la posición 238;y una cisteína en la posición 149, una cisteína en la posición 182, una cisteína en la posición 213 y una serina en la posición 238 de GGBP de E. coli.
  8. 8
    - El biosensor de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en el que dicha proteína de unión comprende además al menos un marcador de histidina.
  9. 9
    - El biosensor de la reivindicación 1, en el que (i) dicho marcador luminiscente tiene una longitud de onda de excitación de más de aproximadamente 600 nanómetros; o (ii) dicho marcador luminiscente tiene una longitud de onda de emisión de más de aproximadamente 600 nanómetros; o ES 2 380 922 T3 (iii) dicho marcador luminiscente es acoplado covalentemente a dicha al menos una proteína de unión a glucosa/galactosa mediante la reacción con un miembro seleccionado entre fluoresceína, coumarinas, rodaminas, tetrametilrodamina-5-yodoacetamida (5-TMRIA), R-ficoeritrina acoplada a sal (9-(2( ó 4)-(N-(2-maleimidiletil)-sulfonamidil)-4(ó 2)-sulfofenil)-2,3,6,7,12,13,16,17-octahidro-(1 H,5H, 11 H,15Hxanteno (2,3,4-ij:5,6,7-i'j')diquinolizin-18-io (Quantum Red®), sal 9-(2(ó 4)-(N-(2-maleimidiletil)- sulfonamidil)-4(ó 2)-sulfofenil)-2, 3,5,7, 2,13,16,17-octahidro-(1H,5H,11H, 15H-xanteno (2,3,4-ij:5,6,7-i'j') diquinolizin-18-io (Texas Red®), sal 2-(5-(1-(6-(N-(2-maleimidiletil)-amino)-6- oxohexil)-1 ,3-dihidro-3, 3-dimetil-5-sulfo-2H-indol-2-iliden)-1,3-prop-ildienil)-1-etil-3, 3-dimetil-5-sulfo-3H-indolio (Cy3®), N-((2-yodo-acetoxi)etil)-N-metil)amino-7-nitrobenzoxadiazol (IANBD), 6-acriloil-2-dimetilaminonaftaleno (acrylodan), pireno, sal de ácido 6-amino-2, 3-dihidro-2-(2-((yodoacetil) amino)etil)-1, 3-dioxo-1H-benz(de)isoquinolin-5,8-disulfónico (amarillo Lucifer), sal 2-(5-(1-(6-( N-(2-maleimidiletil)-amino)-6-oxohexil)-1,3-dihidro-3,3-dimetil-5-sulfo-3H-indol-2-iliden)-1,3-pentadienil)-1-etil-3,3dimetil-5-sulfo-3H-indolio (Cy5®), (2-bromoacetamidoetil)-sulfonamida): 4-(5-(4-dimetilaminofenil) oxazol-2-il) fenil - N-(2-bromoacetamidoetil) sulfonamida (Dapoxyl®) (2-bromoacetamido-etil)fulsfonamida, (N-(4,4-difluoro-1,3,5,7-tetrametil-4-bora-3a,4a-diaza-s-indaceno-2-iliodoacetamida (BODIPY® 507/545 IA), N-(4,4-difluoro-5,7-difenil-4-bora-3a,4a-diaza-s-indaceno-3-propionil)-N-yodoacetil-etilen-diamina (BODIPY® 530/ 550 IA), ácido 5-((((2-yodacetil)-amino)etil)amino)naftalen-1-sulfónico (1,5-IAEDANS) y carboxi-X-rodamina, 5/6-yodoacetamida (XRIA 5,6).
  10. 10
    - El biosensor de la reivindicación 1, en el que dicho analito es glucosa.
  11. 11
    - El biosensor de la reivindicación 1, en el que dicha matriz permeable al analito comprende un hidrogel reticulado covalentemente, siendo preferiblemente dicho hidrogel reticulado covalentemente seleccionado entre polipéptidos, polisacáridos, derivados de polisacárido, alcoholes polivinílicos, ácidos poliacrílicos, poliacrilamida, polietilenglicoles, copolímeros de estireno y anhídrido maleico, copolímeros de olefina y anhídrido maleico y copolímeros de viniléter y anhídrido maleico;siendo el hidrogel reticulado más preferible un alcohol polivinílico que comprende alcohol polivinílico y sales acetal de N-metil-4(4'-formil-estiril)piridinio.
  12. 12
    - El biosensor de la reivindicación 1, en el que dicha matriz permeable al analito comprende sol-gel aumentado con silicatos modificados orgánicamente, preferiblemente, dicha matriz permeable al analito es sol-gel derivado de condensado de silicato modificado con glicerol (GMSC).
  13. 13
    - El biosensor de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la GGBP encapsulada en la matriz está contenida en una matriz adicional, siendo, preferiblemente, dicha matriz adicional un hidrogel, sol-gel o una membrana de diálisis.
  14. 14
    - El biosensor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 que es un dispositivo implantable.
  15. 15
    - El biosensor de cualquier reivindicación 1 a 14 para su uso como dispositivo de diagnóstico.
  16. 16
    - Un procedimiento para la detección de la glucosa que comprende:a) proporcionar al menos una proteína de unión a glucosa/galactosa mutada (GGBP) que tenga al menos una sustitución de aminoácido de un aminoácido no reactivo con un aminoácido reactivo que se pueda modificar con un agente de marcaje análogo al marcaje de la cisteína con un colorante reactivo al tiol y al menos un grupo indicador luminiscente unido covalentemente a la misma, en el que dicho al menos un grupo indicador luminiscente es capaz de proporcionar una señal detectable y reversible como respuesta a la unión a dicha GGBP mutante, y en el que dicha GGBP mutada se une a glucosa;b) atrapar o encapsular dicha proteína de unión a glucosa/galactosa mutada en una matriz permeable al analito que comprende hidrogeles reticulados covalentemente, sol-geles aumentados con silicatos modificados orgánicamente o una combinación de los mismos;c) exponer dicha proteína de unión a glucosa/galactosa mutada a concentraciones de glucosa variables;y d) detectar una señal procedente de dicho grupo indicador luminiscente.
  17. 17
    - El procedimiento de la reivindicación 16 (i) que comprende además la etapa de exponer dicho grupo indicador luminiscente a una fuente de energía capaz de excitar dicho grupo indicador para que emita dicha señal;o (ii) en el que dicha detección comprende la detección de la señal reversible correspondiente a dichas concentraciones variables de glucosa;o (iii) en el que dicha detección es continua, programada, episódica o combinaciones de las mismas.
  18. 18
    - El procedimiento de la reivindicación 16 ó 17, en el que dicha proteína de unión a glucosa/galactosa y/o dicho indicador son como se definen en las reivindicaciones 3 a 9. ES 2 380 922 T3
  19. 19
    - Una composición que comprende una mezcla de:a) una proteína de unión a glucosa/galactosa mutada (GGBP) que tiene al menos una sustitución de aminoácido seleccionada entre una cisteína en la posición 1, una serina en la posición 1, una cisteína en la posición 11, una cisteína en la posición 14, una cisteína en la posición 19, una cisteína en la posición 43, una cisteína en la posición 74, una cisteína en la posición 107, una cisteína en la posición 110, una cisteína en la posición 112, una cisteína en la posición 113, una cisteína en la posición 137, una cisteína en la posición 149, una cisteína en la posición 213, una cisteína en la posición 216, una cisteína en la posición 238, una cisteína en la posición 287, una cisteína en la posición 292, una cisteína en la posición 152, una cisteína en la posición 182, una cisteína en la posición 236 y una cisteína en la posición 296 correspondiente a las posiciones de aminoácidos de la GGBP de E. coli, en la que dicha GGBP mutada se une a la glucosa;b) una matriz permeable al analito que comprende hidrogeles reticulados covalentemente, sol-geles aumentados con silicatos modificados orgánicamente o una combinación de los mismos;y c) al menos un grupo indicador luminiscente (marcador luminiscente) en el que dicho al menos un grupo indicador luminiscente es capaz de proporcionar una señal detectable y reversible como respuesta a la unión a dicha GGBP mutante.
  20. 20
    - La composición de la reivindicación 19, en la que dicha proteína de unión comprende al menos una combinación de sustituciones de aminoácidos seleccionada entre una cisteína en la posición 112 y una serina en la posición 238;una cisteína en la posición 149 y una serina en la posición 238;una cisteína en la posición 152 y una cisteína en la posición 182;una cisteína en la posición 152 y una serina en la posición 213;una cisteína en la posición 213 y una cisteína en la posición 238;una cisteína en la posición 149 y an arginina en la posición 213;una cisteína en la posición 149 y una cisteína en la posición 213;una cisteína en la posición 149 y una treonina en la posición 213;una cisteína en la posición 149 y una leucina en la posición 213;una cisteína en la posición 149 y una tirosina en la posición 213;una cisteína en la posición 149 y una asparagina en la posición 223;una cisteína en la posición 149 y una cisteína en la posición 238;una cisteína en la posición 149 y una serina en la posición 256;una cisteína en la posición 149 y una arginina en la posición 256;una cisteína en la posición 152 y una arginina en la posición 213;una cisteína en la posición 152 y una asparagina en la posición 223;una cisteína en la posición 213 y una cisteína en la posición 255;una cisteína en la posición 149, una serina en la posición 213 y una serina en la posición 238;una cisteína en la posición 149, una arginina en la posición 213 y una serina en la posición 238;una cisteína en la posición 149, una cisteína en la posición 213 y una cisteína en la posición 238;una cisteína en la posición 149, una serina en la posición 213 y una asparagina en la posición 223;una cisteína en la posición 149, una asparagina en la posición 223 y una arginina en la posición 256;una serina en la posición 1, una cisteína en la posición 149, una arginina en la posición 213 y una serina en la posición 238;una serina en la posición 1, una cisteína en la posición 149, una serina en la posición 213 y una serina en la posición 238;y una cisteína en la posición 149, una cisteína en la posición 182, una cisteína en la posición 213 y una serina en la posición 238 correspondientes a las posiciones de aminoácidos de la GGBP de E. coli.
  21. 21
    - El biosensor de la reivindicación 19 ó 20, en el que dicha proteína de unión a glucosa/galactosa mutada comprende además al menos un marcador de histidina.
  22. 22
    - La composición de la reivindicación 19 ó 20, en la que (i) dicho marcador luminiscente tiene una longitud de onda de excitación de más de aproximadamente 600 nanómetros; o (ii) dicho marcador luminiscente tiene una longitud de onda de emisión de más de aproximadamente 600 nanómetros; o (iii) dicho marcador luminiscente es acoplado covalentemente a dicha al menos una proteína de unión a glucosa/galactosa mediante la reacción con un miembro seleccionado entre fluoresceína, cumarinas, rodaminas, tetrametilrodamina-5-yodoacetamida (5-TMRIA), R-ficoeritrina acoplada a sal (9-(2( ó 4)-(N-(2-maleimidiletil)-sulfonamidil)-4(ó 2)-sulfofenil)-2,3,6,7, 12, 13, 16,17-octahidro-(1H,5H,11H,15H -xanteno(2,3,4-ij:5,6,7-i'j')diquinolizin-18-io (Quantum Red®), sal 9-(2(ó 4)-(N-(2-maleimidiletil)-s ulfonamidil) -4(ó 2)-sulfofenil)-2,3,5,7,12,13,16,17-octahidro-(1H, 5H,11H,15H-xanteno(2,3,4-ij:5,6,7-i'j')diquinolizin-18-io (Texas Red®), sal 2-(5-(1-(6-(N-(2-maleimidiletil)- amino)-6-oxohexil) - 1 ,3- dihidro - 3, 3- dimetil-5-sulfo-2H-indol-2-iliden)-1,3-propildienil)-1-etil-3,3-dimetil-5-sulfo-3H-indolio (Cy3®) N-((2-yodo- acetoxi)etil)- N - metil) amino - 7-nitrobenzoxadiazol (IANBD), 6-acriloil-2-dimetilaminonaftaleno (acrylodan), pireno, sal de ácido 6- amino - 2, 3-dihidro-2-(2-((yodoacetil) amino)etil)-1,3-dioxo-1H-benz(de)isoquinolin-5,8-disulfónico (amarillo Lucifer), sal 2-(5-(1-(6-(N-(2-maleimidiletil)-amino)-6-oxohexil)-1,3-dihidro-3,3-dimetil-5-sulfo-3H-indol-2-iliden)-1,3-pentadienil)-1-etil-3,3dimetil-5-sulfo - 3H - indolio (Cy5®), (2 - bromoacetamidoetil - sulfonamida) 4- (5-(4-dimetilaminofenil)oxazol-2-il) fenil-N-(2-bromoacetamidoetil) sulfonamida (Dapoxyl®) (2-bromoacetamido-etil) fulsfonamida, (N-(4, 4-difluoro-1, 3, 5, 7-tetrametil-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indaceno-2-iliodo-acetamida (BODIPY® 507/545 IA), N-(4,4-difluoro-5,7-difenil-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indaceno-3-propionil)-N-yodoacetil-etilen-diamina (BODIPY® 530/ 550 IA), ácido ES 2 380 922 T3 5-((((2-yodacetil)-amino)etil)amino) naftalen-1-sulfónico (1,5-IAEDANS) y carboxi-X-rodamina, 5/6-yodoacetamida (XRiA 5,6). 23.- La composición de la reivindicación 19, en la que dicha matriz permeable al analito es como se define en las reivindicaciones 11 a 12.
Independent claims22