40年程前から、製薬会社は遺伝子操作された細胞を小さな医薬品工場として使っている。このような細胞は、癌や関節炎などの自己免疫疾患の治療に使われる薬物を分泌するようにプログラムすることができる。標準的な実験室で単一の生きた細胞を素早く選別する新技術によって、新しい生物学的製剤の開発・製造に繋がるかもしれない。UCLAの研究チームは、「ナノバイアル」と呼ばれる微細なボール状のハイドロゲルコンテナーを用いて、細胞の種類や分泌する化合物、その量に基づいて細胞を選別する能力を最近実証した。
この研究は、2022年3月24日、学術誌『ACS Nano』に掲載された。この論文は「超並列単一細胞機能解析およびソーティングのための浮遊性ハイドロゲル・ナノバイアル（Suspendable Hydrogel Nanovials for Massively Parallel Single-Cell Functional Analysis and Sorting）」と題されている。この技術は、生物学の基礎研究を進展させる可能性もある。
本研究の責任著者であり、UCLA サミュエリ工学部のアーモンド＆エレナ・ハラペチアン工学・医学部教授 であるディノ・ディカルロ 博士は、「この技術により、タンパク質コード化遺伝子の大部分を占める重要な生物学的過程について、科学界は新しい洞察を見出すことができる。私は、単細胞を生物学の量子限界と考えている。ナノバイアルは、その基本的な限界である単一細胞へのペトリ皿の進化なのだ。」と語った。
UCLAのカリフォルニア・ナノシステム研究所とUCLAジョンソン総合癌センターのメンバーでもあるディカルロ博士は、ナノバイアルを使うことで、細胞分泌物を測定するための他の機器の限界を克服することができると語っている。
より一般的な方法は、マイクロウェルプレートと呼ばれる小さなプラスチック容器を格子状に並べたものであるが、この方法では、ナノバイアルの持つ単一細胞を選別する能力に欠け、現在の技術では、分泌物を検出できるように細胞が十分に増殖するまでに通常数週間を要する。もう1つの方法は、数百万ドルもする装置で、世界でも数十の研究所にしかない。この装置は、1回の実験で約1万個の細胞の分泌物を測定し、生きた細胞を分類することができる。
この装置と比較すると、ナノバイアルは数百万個の細胞という非常に大きなスクリーニングを、わずかな費用で実施することが可能である。
ナノバイアルは非常に小さく、ティースプーン1杯分で2000万個もある。特定の種類の細胞を捕らえるためにカスタマイズされ、細胞の分泌物に付着して色光で光る分子で補強することができる。ナノバイアルはハイドロゲル（水中でその質量の約20倍を保持する高分子）で作られているため、細胞が本来持っている環境に比較的近いウエット環境を提供することができる。
この研究では、特定の抗体医薬品を分泌するように操作された細胞を調べた。ナノバイアルとフローサイトメーターを用いて、その抗体を最も多く分泌する細胞を選別し、その細胞をコロニーに成長させると、特別に選別しなかったコロニーよりも25%以上多くの抗体医薬品を生産するようになったのだ。
このように効率を高めた抗体医薬の生産が可能になれば、医薬品の生産コストを削減できるだろうと、ディカルロ博士は述べた。
また、ターゲット分子に特異的に結合する希少な抗体分泌細胞を選び出し、分泌された抗体のDNA配列情報を特定できることも明らかにした。この実験は、新しい抗体医薬を発見するための重要な部分であり、従来の方法では数週間かかるところを、1日で完了したという。
現在、研究者らは、細胞治療に使われるT細胞と呼ばれる免疫細胞の研究や、あまり理解されていない生物学的現象の探求にナノバイアルを使用している。また、ナノバイアル技術は、UCLAキャンパス内にあるCNSIのインキュベーター「Magnify」を拠点とする新興企業「Partillion Bioscience」の基礎にもなっている。
この論文の共同筆頭著者であるジョセフ・デ・ラット博士は、2020年にUCLAで博士号を取得し、Partillion Bioscienceの共同設立者兼社長として活躍している。2021年にUCLAで博士号を取得したロバート・ディマッテオ博士が、この論文のもう一人の共同筆頭著者だ。
この記事は、ウェイン・ルイス氏が執筆したUCLAのプレスリリースに基づいている。
[UCLA News Release] [ACS Nano abstract]
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ナノバイアル（赤茶色の大きな物体）と呼ばれる微細なボール状の容器を用いることで、研究者は、細胞の種類と分泌する化合物（ここでは青色で表示）に基づいて、細胞を選択することができるようになった。
