新しいツールは癌タンパク質マーカーやウイルスを簡単に検出できる

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研究者らは、数千の分子の迅速な遺伝子スクリーニングを実行できる可能性を秘めたシリコンブロックで構成される小さなバイオチップを開発した。

Science のレポートによると、このツールは 1 平方センチメートルの空間内で 160,000 を超える異なる分子を識別できる可能性があります。

この革新的な技術は、がんタンパク質マーカーの検出や呼吸器感染症の臨床診断など、幅広い医療分野に影響を及ぼします。

ほとんどの遺伝子検査センサーは、標的遺伝子に結合するように設計された標的分子からの光の吸収または発光を監視することに依存しています。

これらの方法では、ポリメラーゼ連鎖反応を利用してターゲットを特定する前にターゲットのコピーを多数生成するため、テストのコストと期間が増加します。

さらに、以前の遺伝子スクリーニングセンサーはさまざまな標的化合物を識別できず、標的配列を検出するには光学的タグ付けが必要でした。

スタンフォード大学の著者らは研究の中で次のように書いている。「我々は、核酸フラグメントで機能化された高品質（高Q）因子シリコンナノアンテナに基づく、ラベルフリーの遺伝子スクリーニングプラットフォームを導入する。」

このツールを開発するために、科学者たちは小さなシリコンボックスで作られたメタサーフェスに基づく光学検出技術を使用しました。 これらの小さなシリコン アレイのサイズは、高さ約 500 ナノメートル、長さ 600 ナノメートル、幅 160 ナノメートルです。

シリコンボックスは、ナノアンテナのおかげで上面に近赤外線を集中させることができます。 「これらのメタサーフェスは、遠方界の散乱を正確に制御しながら、近方界の光を強力に閉じ込めるサブ波長のナノアンテナで構成されています」と研究では説明されています。

Science によると、このアプローチにより、基本的な光学顕微鏡で、各シリコン ブロックから発せられる光の波長のシフトを測定できるようになります。この波長のシフトは、ボックスの上部にある分子によって異なります。

このツールをテストするために、研究者らは 22 ヌクレオチド長の一本鎖遺伝子断片をシリコンボックスに取り付け、アレイを緩衝液に浸しました。

相補的な DNA 鎖が溶液に導入されると、それらはすぐに繋がれた鎖と結合し、各ボックスの表面から発せられる光の波長が変化します。

著者によると、このツールはマイクロリットルあたり4000コピーの標的遺伝子を簡単に識別できるという。

結果はNature Communications誌に掲載された。

研究概要:

遺伝子分析手法は、個別化医療の進歩、病気の診断の加速、生物と生態系の健全性の監視の基礎となります。 ポリメラーゼ連鎖反応 (PCR) や次世代シーケンシング (NGS) などの現在の核酸技術はサンプルの増幅に依存しているため、阻害を受ける可能性があります。 ここでは、核酸フラグメントで機能化された高品質 (高 Q) 因子シリコン ナノアンテナに基づくラベルフリーの遺伝子スクリーニング プラットフォームを紹介します。 各高 Q ナノアンテナは、生理的緩衝液中で平均 2,200 の共振品質係数を示します。 DNA ハイブリダイゼーションにより、SARS-CoV-2 エンベロープ (E) とオープン リーディング フレーム 1b (ORF1b) の 2 つの遺伝子断片を高い特異性で定量的に検出します。 また、緩衝液中ではフェムトモル感度、スパイクされた鼻咽頭溶出液ではナノモル感度が 5 分以内に実証されています。 ナノアンテナは 1cm2 あたり 160,000 個のデバイスの密度でパターン化されており、高度に多重化された検出に関する将来の研究が可能になります。 複雑なサンプル処理の進歩と組み合わせることで、私たちの研究は、迅速かつコンパクトで増幅のない分子アッセイの基盤を提供します。