Novel quantitative evaluation of cancer cells in solution for genome medicine

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H01500
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 紀和 利彦 岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 教授 (00379710)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 博文 岡山大学, 大学病院, 臨床検査技師 (90828253)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: テラヘルツ / アプタマー / 免疫検査

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、代表者らが開発し細胞検出に成功した「テラヘルツ波（THz）ケミカル顕微鏡(TCM)」を用いて、1) がん細胞検出の選択性を高めるペプチドタグ結合抗体・アプタマーの探索、2) 半導体バイオセンサの電位変調による高感度化技術の開発、3) TCMに特化したTHz波画像解析技術の開発を実施することで、体液中がん細胞の新規定量評価法を実現することを目的とする。
2022年度は、計画に従って、1), 2)の2項目に着手し成果を得ることができた。
1) ウィルス蛋白を検出対象とし、抗体に変えてアプタマーを固定化することで、感度向上が可能であることを示した。
2023年度は、これを踏まえて、がん細胞を選択的に検出するアプタマーの半導体バイオセンサ表面への固定化を行い、検出感度・選択性の向上を行う。
2) 半導体バイオセンサを-5Vから+5Vの範囲で変調することで、感度が変化することが示された。また、固定化するアプタマーにより、最適な印加電圧が異なることが示された。
1)２）成果に加えて、半導体バイオセンサの表面をプラズマクリーニングすることで、固体化アプタマーを除去し再利用することが可能であることを示した。これらの知見をもとに、検出ばらつきを低減ささた、迅速簡便ながん細胞の定量検出を目指してく。また、がん細胞だけでなく、例えば、コロナウィルス関連タンパク質等の生体関連物質の検出が可能であることがわかってきている。これらの波及効果についても探索を行なっていく。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初計画である1) がん細胞検出の選択性を高めるペプチドタグ結合抗体・アプタマーの探索、2) 半導体バイオセンサの電位変調による高感度化技術の開発、について予定通り進めることができた。
1) については、ウィルス蛋白を検出対象とし、抗体に変えてアプタマーを固定化することで、感度向上が可能であることを示した。具体的には、新型コロナウィルスに含まれるn-タンパク質を検出対象とし、半導体表面に、リンカー・アビジン・ビオチン結合アプタマーの順番で結合させることで、ばらつきのない検出を実現した。
2)については、半導体センサのテラヘルツ波発生部分に直流電圧を印加した時の感度変化を+5V--5Vの範囲での評価を終了することができた。また、固定化するアプタマーにより、最適な印加電圧が異なることが示された。
加えて、半導体バイオセンサー表面のクリーニング・再利用のプロトコルを確立した。このことは、開発する装置が実用化されるときに、ランニングコストを大きく低減できることを示唆する結果であり、研究の社会への還元・波及に有用な結果が得られているため。

Strategy for Future Research Activity

1) に関しては、2022年度の成果を踏まえて、がん細胞を選択的に検出するアプタマーの半導体バイオセンサ表面への固定化を行い、検出感度・選択性の向上を行う。
2) に関しては、固定化するアプタマーにより最適な電圧が異なることが見出されたため、2023年度はがん細胞に選択性のあるアプタマーに対して、最適な電圧を見出し、1個/mlを実現する。
また、２０２３年度は、3)TCMに特化したTHz波画像解析技術の開発にも着手し、精度の良い定量評価を実現する。