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Jul 23, 2023

細胞膜機能を模倣した新しいセンサー

MIT ニュース オフィスの Web サイトでダウンロードできる画像は、クリエイティブ コモンズ表示、非営利、派生禁止に基づいて、非営利団体、報道機関、および一般の人々に提供されています。

MIT ニュース オフィスの Web サイトでダウンロードできる画像は、クリエイティブ コモンズ表示、非営利、改変禁止ライセンスに基づいて、非営利団体、報道機関、および一般の人々に提供されています。 提供された画像は、サイズに合わせてトリミングする以外に変更することはできません。 画像を複製する場合はクレジットラインを使用する必要があります。 以下に提供されていない場合は、画像のクレジットを「MIT」に記載してください。

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MIT主導のチームは、自然の感覚システムからインスピレーションを得て、自然に存在する細胞受容体が識別できるのと同じ分子を検出できる新しいセンサーを設計しました。

いくつかの新技術を組み合わせた研究で、研究者らは、CXCL12と呼ばれる免疫分子を数十、数百億分の1まで検出できるプロトタイプセンサーを作成した。 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を実行するために、または高度に生体模倣性の電子「鼻」として使用できるシステムを開発するための重要な第一歩であると研究者らは述べている。

「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。 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」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。

このデバイスは、すべての細胞を取り囲む膜からインスピレーションを引き出します。 このような膜内には、環境中の分子を検出する何千もの受容体タンパク質があります。 MITチームは、これらのタンパク質の一部を膜の外でも生存できるように改変し、グラフェン・トランジスタのアレイ上の結晶化タンパク質の層に固定した。 サンプル内で標的分子が検出されると、これらのトランジスタがその情報をコンピュータまたはスマートフォンに中継します。

このタイプのセンサーは、血液、涙、唾液などの体液の分析に応用できる可能性があり、使用する受容体タンパク質の種類に応じて、多くの異なる標的を同時にスクリーニングできる可能性があると研究者らは述べている。

「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、現在は上海交通大学の准教授です。

Qing と Mantian Xue PhD '23 はこの研究の筆頭著者であり、この研究は今日 Science Advances に掲載されます。 Zhang 氏のほかに、MIT マイクロシステム研究所所長で電気工学およびコンピューター サイエンスの教授である Tomás Palacios 氏と、ウィーンの天然資源生命科学大学合成バイオアーキテクチャ研究所の名誉教授である Uwe Sleytr 氏が上級著者です。紙の。

膜を含まない

現在の診断センサーのほとんどは、血液などの液体から特定の標的分子を捕捉できる抗体またはアプタマー (DNA または RNA の短い鎖) に基づいています。 ただし、これらのアプローチには両方とも限界があります。アプタマーは体液によって簡単に分解される可能性があり、すべてのバッチが同一になるように抗体を製造するのは難しい場合があります。

科学者たちが研究してきた代替アプローチの 1 つは、細胞膜にある受容体タンパク質に基づいたセンサーを構築することであり、細胞はこれを使用して環境を監視し、環境に応答します。 ヒトゲノムは数千のそのような受容体をコードしています。 ただし、これらの受容体タンパク質は、細胞膜から除去されると、界面活性剤に懸濁した場合にのみその構造を維持するため、扱うのが困難です。

2018年、Zhang、Qingらは、いくつかの疎水性アミノ酸を親水性アミノ酸に交換することにより、疎水性タンパク質を水溶性タンパク質に変換する新しい方法を報告した。 このアプローチは、疎水性アミノ酸のロイシン、イソロイシン、バリン、フェニルアラニンの代わりに使用される 3 つの親水性アミノ酸 (グルタミン、トレオニン、チロシン) を表す文字にちなんで、QTY コードと呼ばれます。