2022 Fiscal Year Annual Research Report
ナノポア計測とDNAコンピューティング技術による超低濃度microRNAの検出
| Project/Area Number |
21J22731
|
|---|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
|---|
Principal Investigator |
竹内 七海 東京農工大学, 大学院工学府, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
|
| Keywords | ナノポア / microRNA / DNAコンピューティング / マイクロデバイス / ナノポア計測 / がん診断 / リキッドバイオプシー / 一分子計測 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
機能性RNAの一種であるmicroRNA (miRNA)はがんの種類特異的に発現異常を示すため、その発現パターンをバイオマーカーとして利用することが注目されている。本研究では、標的分子を一分子レベルで検出可能なナノポアセンシングに、DNA分子を用いた演算手法であるDNAコンピューティング技術を組み合わせることにより、体液中の低濃度なmiRNA発現パターンを高感度に検出する。液体生検で用いる診断マーカーの一つであるmiRNAはがん特異的な発現パターンを示すことから、がん診断に向けた高感度のmiRNA検出法が求められている。申請者はこれまでにDNAコンピューティング技術とナノポア計測を組み合わせた手法を用いて体液中のaM～fMレベルの超低濃度miRNA検出に成功したが、その検出機構は未解明であった。
本年度は、ナノポア計測によって超低濃度miRNAが検出される現象が体液サンプルだけではなく化学合成miRNAを用いた場合にも観察されることを確認し、その機構解明に取り組んだ。様々な条件で化学合成miRNAのナノポア計測を行い、検出感度が上昇する条件を見出した。さらに、これまで検証に用いてきたmiRNAとは異なる種類のmiRNAと検出用DNAを用いた場合にも低濃度検出が可能であることを確認した。加えて理論的なアプローチにより標的分子がナノポアに捕捉される際のエネルギー障壁が実験結果に依存して変化することを発見し、本現象への理解を深めた。本年度はこれらに関連する成果に関して、査読付き論文1報、書籍3件、国際学会2件、国内学会5件において公表した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目的はナノポア計測における超低濃度miRNA検出のメカニズムを解明することであった。
新たに用意した化学合成miRNAと診断用DNAを用いた実験的な条件検討を通して、標的miRNAに対応する診断用DNAの構造が低濃度検出に重要であることを発見した。また、DNAと似た性質を持つ分子を診断用DNAの代わりに用いた場合には本現象は観察されないことも実験的に見出した。さらに理論的なアプローチにより、診断用DNAの構造によって標的miRNAと診断用DNAの複合体がナノポアに侵入する際のエネルギー障壁が変化することが分かった。
以上より、本研究はおおむね順調に進展していると評価した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度はこれまでに発見したナノポア計測における超低濃度miRNA検出のメカニズムをより詳細に明らかにするため、ナノポア計測中のmiRNAの挙動を調査する。まずは電気化学測定を用いてナノポア計測溶液中でのmiRNAの拡散と診断用DNAとの関係を調べる。さらに、熱力学的シミュレーションと蛍光強度測定を組み合わせて用いることにより、ナノポア計測溶液中のmiRNAと診断用DNAの結合状態を調査する。以上の結果をまとめて国際化学誌に投稿予定である。
|
