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Jul 27, 2023

このセンサーは自然の細胞膜機能を模倣しています

2023年8月8日 ショーン・フーリー著 MITの研究者が率いるチームは、診断が難しいがんや転移性腫瘍のスクリーニングに役立つセンサーを設計した。[画像提供：研究者/MIT]

2023 年 8 月 8 日 ショーン・フーリー著

MIT の研究者が率いるチームは、診断が難しいがんや転移性腫瘍のスクリーニングに役立つセンサーを設計しました。[画像提供：研究者/MIT]

このプロトタイプのセンサーは、CXCL 12と呼ばれる免疫分子を検出できる。これは、診断が難しいがんや転移性腫瘍の日常的なスクリーニングシステムの開発に役立つ可能性があると研究者らは述べている。 MITのニュースリリースによると、この技術は高度に生体模倣した電子「鼻」としても使用できる可能性があるという。

「私たちの希望は、高い特異性と感度を備えた自宅で検査ができるシンプルな装置を開発することです」と、MIT メディア ラボの主任研究員である Shuguang Zhang 氏は述べています。 「がんの発見が早け​​れば早いほど、治療の効果は高まります。そのため、がんの早期診断は、私たちが取り組んでいきたい重要な分野の 1 つです。」

研究チームは、すべての細胞を取り囲む膜からインスピレーションを得ました。 これらの細胞膜には、環境中の分子を検出できる数千の受容体タンパク質が備わっています。 MITチームはタンパク質を膜の外でも生きられるように改変し、グラフェントランジスタ上の結晶化タンパク質の層にタンパク質を固定した。 標的分子が検出されると、トランジスタはコンピュータまたはスマートフォンに情報を送信します。

研究チームによれば、このセンサーは血液、涙、唾液などのあらゆる体液を分析できる可能性があるという。 また、異なるターゲットを同時にスクリーニングすることもできます。

「私たちは生物学的システムから重要な受容体を特定し、それらを生体電子インターフェースに固定することで、それらの生物学的信号をすべて収集し、機械学習アルゴリズムで分析および解釈できる電気出力に変換できるようにします」と元研究員の Rui Qing 氏は述べています。 MIT の研究員であり、現在は上海交通大学の准教授。

Qing 氏と博士課程学生 Mantian Xue 氏は、センサーの研究を執筆し、Science Advances に掲載されました。 Zhang、Tomas Palacios、Uwe Sleytr は上級著者でした。

研究チームによると、そのアプローチは細胞膜にある受容体タンパク質に基づいたセンサーの構築を目的としたものだという。 ただし、これらは、一度除去すると、洗剤に懸濁した場合にのみ構造を維持するため、作業が難しい場合があります。

Zhang、Qingらは以前、疎水性タンパク質を水溶性タンパク質に変換する方法を発見した。 彼らは、QTY コードと呼ばれる方法で、疎水性アミノ酸を親水性アミノ酸に交換しました。

「人々は何十年もの間、感知に受容体を使おうと試みてきましたが、受容体を安定に保つために界面活性剤が必要なため、広く使用するのは困難です。 私たちのアプローチの新規性は、それらを水溶性にすることができ、安価に大量に生産できることです」とZhang氏は語った。

Zhang と Sleytr は、受容体タンパク質の水溶性バージョンを表面に付着させることに取り組みました。 これらの S 層タンパク質は、結晶化すると表面に凝集した単分子アレイを形成します。 Sleytr が以前に証明したように、それらは抗体や酵素などの他のタンパク質と融合することもできます。 研究チームは上級科学者のアンドレアス・ブライトウィーザー氏とともに、これらのタンパク質を使用して、CXCR4と呼ばれる受容体タンパク質の水溶性バージョンの高密度で固定化されたシートを作成した。 CXCL 12 に結合し、がんなどのヒトの病気に関与します。 また、ウイルスがヒト細胞に侵入する原因となる HIV コート糖タンパク質にも結合します。

研究チームは、センサー技術を REENSA (Receptor S-layer Electrical Nano Sensing Array) と名付けました。

「私たちはこれらの S 層システムを使用して、これらすべての機能分子を、非常に明確に定義された分布と配向で、単分子アレイの表面に付着できるようにしています」と Sleytr 氏は言います。 「これは、さまざまな駒を非常に正確に配置できるチェス盤のようなものです。」

MITの研究者は、グラフェンベースのトランジスタアレイを備えたチップにS層を取り付けました。 Xue は、タンパク質の二重層でコーティングするためにチップを適合させました。 標的分子が受容体に結合すると、標的の電荷によってグラフェンの電気的特性が変化します。