カンザス大学、カンザス大学癌センター、およびKUメディカルセンターの研究者によって発明された新しい超高感度診断装置は、医師が血液または血漿の小滴から癌を迅速に検出することを可能にし、患者のためのより迅速な対処とより良い結果につながるだろう。この エクソソーム を検出するリキッドバイオプシー（liquid biopsy）分析のためのラボオンチップは、2019年2月25日にNature Biomedical Engineering誌にオンラインで報告された。エクソソームは、すべての細胞から放出されるが、特に癌細胞によって大量に産生される傾向がみられる。
この論文は「3Dナノパターンマイクロ流体チップを用いた循環エクソソームの超高感度検出（Ultrasensitive Detection of Circulating Exosomes with a 3D-Nanopatterned Microfluidic Chip.）」と題されている。
「歴史的に、エクソソームは細胞が不要な細胞内容物を捨てるために使用できるゴミ袋のようなものだと考えられていた。しかし過去10年間で、科学者たちは彼らがメッセージを受け手の細胞に送り、多くの生物学的機能において重要な分子情報を伝達するのに非常に有用であることを認識した。 基本的に、腫瘍はエクソソームを送り出して、親細胞の生物学的特徴を反映する活性分子を包含する。 すべての細胞がエクソソームを産生するが、腫瘍細胞は正常細胞と比較して実際に活性がある。」と、KUのDocking Family Scholarおよび化学准教授のYong Zeng博士は述べた。
この新しいラボオンチップの重要な技術革新は、自然界で一般的に見られるヘリンボーンパターンに基づいて生物学的要素を混合して感知し、「マス転送」と呼ばれるプロセスでエクソソームをより効率的にチップの感知面に接触させる3Dナノエンジニアリング法にある。
「人々は、マイクロスケールのチャネル内の物質移動を改善するための賢いアイデアを開発したが、粒子がセンサー表面に近づくと、小さな流体ギャップによって分離され、流体力学的抵抗が増大する。ここで、プローブを認識して捕捉する表面に粒子をしっかりと接触させるために、その隙間から液体を排出できる3Dナノポーラスヘリンボーン構造を開発した。」とZeng博士は述べた。
Zeng博士は、チップのナノポアを、100万個の小さな台所の流しと比較した。 「水でいっぱいになっているシンクと表面に浮かぶたくさんのボールがある場合、センサーがそれらを分析できる場所で、すべてのボールをどうやってシンクの底に接触させるか？最も簡単な方法は水を排水することだ。」
先駆的なマイクロ流体デバイスを開発しテストするために、Zeng博士は腫瘍バイオマーカーの専門家でKU癌センターのAndrew Godwin博士、そしてGodwin博士のバイオマーカーディスカバリーラボの大学院生のAshley Tetlow氏と一緒にチームを組んだ。共同研究者らは、卵巣癌患者の臨床サンプルを使用してチップのデザインをテストし、チップが微量の血漿中に癌の存在を検出できることを発見した。
「我々の共同研究は、実を結び続け、癌研究と患者ケアに不可欠な分野、すなわち早期発見のための革新的なツールを前進させている。この分野の研究は、卵巣などの癌にとって特に重要だ。悲しいことに、この病気の大部分が難治性であり、殆どの女性が進行した段階で診断されている。」とGodwin博士は述べた。
さらに、KUで開発された新しいマイクロ流体チップは、同等の設計よりも安価で製造が容易であり、患者のためのより広くより安価な試験を可能にする。
「ここで製作したものは、派手なナノ加工機器を必要としない3Dナノパターニング方法だ。学部生や高校生でさえ私の研究室で行うことができる。これは非常に単純で低コストであり、臨床現場に変える大きな可能性を秘めている。 我々はGodwin博士をはじめとするThe KU Cancer Centerや分子生物学部門の他の研究室と共同で、この技術の臨床応用をさらに探求して行く。」とZeng博士は述べた。
Zeng博士によると、現在マイクロ流体チップの設計が卵巣癌をモデルとして使用し実証されているので、このチップは他の多くの疾患の検出に役立つ可能性がある。
「今、我々は細胞培養モデル、動物モデル、そして臨床サンプルも検討しているので、装置を実験室の設定からより臨床的な用途に移すために並進的な研究を行っている。殆どすべての哺乳動物細胞がエクソソームを放出するため、その用途は卵巣癌やいずれかの種類の癌に限定されるものではなく、我々は、神経変性疾患、乳がん、大腸がんなどを調べるために人々と協力している。」とZeng博士は語った。
KUのローレンスキャンパスで、Zeng博士は博士課程の研究員であるPeng Zhang氏、大学院生のXin Zhou氏、KU化学および化学工学の助教授のMei He博士などのチームと協力した。
■原著へのリンクは英語版をご覧ください：New Low-Cost Device Provides for Ultra-Sensitive Detection of Circulating Exosomes; May Permit Earlier Diagnosis & Intervention in Cancer & Other Diseases by Liquid Biopsy
