新型コロナウイルス抗体の検出、定量が可能なチップを開発――高感度と低価格を両立 沖縄科学技術大学院大学

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沖縄科学技術大学院大学は2020年9月11日、人工ヒト血漿サンプル中で異なる濃度のスパイクタンパク質抗体を検出できる新型コロナウイルス抗体検査法を開発したと発表した。迅速で信頼性が高く、しかも低価格だという。

現在、新型コロナウイルス感染の特定に使用されている抗体検査プラットフォームの多くは、精度が高く信頼できるものの、コストが高く、熟練した技術者の操作が必要だ。そのため、大規模な抗体検査への展開に課題がある。また、結果を得るまでに数時間、あるいは数日を要することも課題だ。しかし、簡便で、持ち運びができ、迅速な他の試験法は、精度が十分でなく、検査に費やした努力に見合う結果が得られないことが知られている。

そこで研究者らは、有力な光センサー技術とマイクロ流体チップを組み合わせ、代替となる抗体検査プラットフォームを開発した。同プラットフォームは、臨床的に意義のある最低濃度の抗体でさえも、30分以内に検出できる。安価に製造できるほか、検査のための実験室や熟練した技術者を必要としないという。

さらにこのプラットフォームは、抗体の量についての情報も得られるという。このように定量性を持つ検査手法であるため、新型コロナウイルス感染の治療だけでなくワクチンの開発にも応用できる可能性がある。

今回開発されたプラットフォームは、光ファイバー製の光学プローブと一体化したマイクロ流体チップから形成される。マイクロ流体チップ自体は、マイクロ流体流路が埋め込まれ、金でコーティングされたスライドグラスから作られている。ここに電圧をかけ、一つ一つが光の波長より短い数万もの小さなナノスパイクを持つ金の構造をスライドグラス上に形成した。

研究チームは、金のナノスパイクにSARS-CoV-2スパイクタンパク質のフラグメントを取り付けて修飾を施したという。このタンパク質は、コロナウイルスを細胞に感染させる極めて重要なもので、感染した人の免疫系は強い反応を起こす。

 

プラットフォームの検出原理は、光の照射により共に振動する、金のナノスパイクの表面に存在する電子の独特な振る舞いに基づく。共鳴電子は、抗体の結合など、周囲環境の変化に対して非常に敏感で、ナノスパイクによって吸収される光の波長をシフトさせる。多くの抗体が結合すればするほど、吸収される光の波長のシフトは大きくなる。結果、光ファイバープローブに接続した光検出器で波長シフトを測定した情報から、血漿サンプル中の抗体濃度を測ることができる。

本手法を用いた定量検査の大規模な展開は、新型コロナウイルスの治療に大きな影響を与えるかもしれない。免疫反応のレベルを測定できることから、治験中のワクチンがどの程度有効に免疫系を刺激するかを調べることもでき、ワクチン開発にも役立つという。

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