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細胞外小胞の新しい捕捉方法を開発 ~ナノワイヤによって捕捉する細胞外小胞を,がん診断の新しい指標へ~

 名古屋大学(名大),東京大学(東大),東京医科大学(東医大)および大阪大学(阪大)は2021年9月16日,名大 大学院工学研究科の安井 隆雄 准教授・馬場 嘉信 教授らの研究グループが,東大 大学院工学系研究科の柳田 剛 教授・長島 一樹 准教授,東医大 医学総合研究所の落谷 孝広 教授,阪大 産業科学研究所の川合 知二 招聘教授との共同で,細胞外小胞(Extracellular vesicles:以下EV)の新しい捕捉方法を開発し,当該方法で捕捉するEVのmiRNA(マイクロRNA)や膜たんぱく質の発現量が,がん診断の新しい指標として利用可能であることを発見したことを発表した.本研究は,国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業 個人型研究(さきがけ),独立行政法人 日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金 基盤研究Sおよび同補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)の一環として行われた.本研究成果はオランダの学術雑誌Biosensors and Bioelectronicsに掲載された(注).

 細胞が分泌する小胞体EVには,がんや病気に関連するmiRNAやタンパク質が含まれるため,がんや病気のバイオマーカーとして利用が期待されている.その際,特定のEVを捕捉した後,EV内のmiRNAや膜タンパク質を検出し,それらの相関関係を明らかにする方法が必要である.EV捕捉法としては現在,1)超遠心分離または差動遠心分離を用いた密度に基づく捕捉,2)サイズ排除クロマトグラフィーを用いたサイズに基づく捕捉,3)抗原抗体反応に基づく捕捉(特定の膜タンパク質,例えば,CD9,CD63,およびCD81),4)市販のポリマー沈殿法,そして,1)~ 3)をマイクロ流路で行う手法がある.

 本研究では,表面電位の異なる酸化物ナノワイヤ(直径数10~100nm)を剣山のように密集してガラス基板上に溶液成長させたナノ構造体を試料液流路に設けたナノワイヤマイクロ流体デバイスを作製し,流れる試料液中のEVをナノワイヤの表面電荷により捕捉する方法を提案し,続く蛍光標識抗体の導入プロセスでEVの膜タンパク質を検出した.これは,がん細胞由来のEVの外層が脂質二重膜,膜タンパク質,糖鎖など特異的な分子で構成されており,それが持つ電荷との相関関係があるとの着想に基づくものである.

 実験では酸化亜鉛(ZnO)ナノワイヤの正電荷表面を使ってEVを捕捉し,蛍光標識してEVの膜タンパク質であるCD9,CD63,CD81,CD147の検出を達成した.また,大腸がん細胞由来のEVと健康な人の尿サンプルのEVで得られた膜タンパク質の発現量比(CD147/CD9)が異なることを見出した.

 本手法により捕捉EVのmiRNAやタンパク質情報の相関解析を進展させることで,がんの早期検知が可能になると期待される.

(注)T. Yasui, P. Paisrisarn, T. Yanagida, Y. Konakade, Y. Nakamura, K. Nagashima, M. Musa, I. A. Thiodorus, H. Takahashi, T. Naganawa, T. Shimada, N. Kaji, T. Ochiya, T. Kawai, Y. Baba, "Molecular profiling of extracellular vesicles via charge-based capture using oxide nanowire microfluidics", Biosen-sors and Bioelectronics, Available online 27 August 2021, 113589, In Press, Journal Pre-proof, DOI: 10.1016/j.bios.2021.113589