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光ディスクとナノビーズの技術を融合し,エクソソーム指標の疾患診断実現へ  ~血清中の乳がん特異的なエクソソーム数の計測に成功~

 慶應義塾大学(慶大),東京医科大学(東医大),株式会社JVCケンウッドと国立研究開発法人 日本医療研究開発機構(AMED)は2018年7月19日,慶大医学部医化学教室の加部泰明専任講師らが,東医大ナノ粒子先端医学応用講座の半田宏特任教授およびJVCケンウッドとの共同研究により,光ディスク技術とナノビーズ技術を組み合わせたエクソソーム計測システム"ExoCounter(エクソカウンター)"を開発したと共同発表した.本研究は,AMEDのオーダーメイド医療の実現プログラムおよびゲノム医療実現推進プラットフォーム事業等の支援により実施された.本成果は,米国の科学誌Clinical Chemistryのオンライン速報版にて発表された(注).

 エクソソームは,細胞が分泌する直径50~150nmの微小な膜小胞で,マイクロRNA(リボ核酸)の遺伝情報やたんぱく質を細胞間で輸送し,生理機能に重要な役割を担っている.また,がんなどの疾患にも深く関与しており,血液中のエクソソームの種類や量が,がんの状態やその後の経過に関係する.しかし,エクソソームが非常に小さいこと,血中にはエクソソームと同等の大きさの様々な粒子が多数存在することから,既存技術でエクソソームを検出するには煩雑な精製等の前処理を行う必要があり,前処理なしで高精度にエクソソームを検出することが課題となっていた.

 この課題に対して本研究チームは,JVCケンウッドが有する光ディスク技術と慶大医学部・東医大が有する磁気ナノビーズ(FGビーズ)技術を融合させた新たな手法を考案し,血清中の疾患特異的なエクソソームを前処理なしに,高精度かつ簡便に定量計測できる"ExoCounter"を開発した.光ディスクの表面にはエクソソームの大きさに適合したナノ構造を設けてあり,このナノ構造表面にエクソソームと結合できる抗体をコーティングし,血清などの生体試料中のエクソソームを選択的に捕捉する.捕捉したエクソソームに,疾患に特異的な抗体を固定したFGビーズを結合させて,疾患に特異的なエクソソームの数をトラックに沿って計測する.

 開発した"ExoCouter"を用いて,がん細胞やがん患者血清由来のがん特異的なエクソソームの計測を行った.ナノ構造は幅260nmの抗体コートディスクトラック溝で,50~100nmのエクソソームを捕捉し,直径200 nmの抗体付きFGビーズを固定している.特に,乳がん細胞(BT474,SKBR3)の培養液中で,がん特異的なたんぱく質(HER2)を持ったエクソソームを高精度に,かつ短時間で計測できることが示され,がん診断に有効であることを実証した.

 今後,本成果が,がんに加えアルツハイマー病やパーキンソン病,神経変性疾患などの様々な疾患診断技術開発の有用なツールとして展開することを期待している.

(注)Y. Kabe, M. Suematsu, S. Sakamoto, M. Hirai, I. Koike, T. Hishiki, A. Matsuda, Y. Hasegawa, K. Tsujita, M. Ono, N. Minegishi, A. Hozawa, Y. Murakami, M. Kubo, M. Itonaga, H. Handa, "Development of a highly-sensitive device for counting the number of disease-specific exosomes in human sera", Clinical Chemistry, Vol. 64, Issue 7, July 2018; DOI: 10.1373/clinchem.2018.291963, Published 18 July 2018