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2025-01-02 22:13:00
カリフォルニア大学リバーサイド校の科学者らは、個々の分子からのシグナルを捕捉することで、現在の検査よりもはるかに迅速かつ高精度に病気を診断できるナノポアベースのツールを開発した。
科学者が検出したい分子（通常、特定の DNA 分子またはタンパク質分子）は幅がおよそ 10 億分の 1 メートルであるため、それらが生成する電気信号は非常に小さく、特殊な検出装置が必要です。
「現在、病気を検出するには何百万もの分子が必要です。私たちは、たった 1 つの分子から有用なデータを得ることが可能であることを示しています」と、UCR の生物工学助教授であり、論文の筆頭著者であるケビン・フリードマン氏は述べています。 紙 のツールについて 自然のナノテクノロジー。 「このレベルの感度は、病気の診断に大きな違いをもたらす可能性があります。」
彼らの回路の中心には、分子が一度に通過する小さな開口部であるナノポアがあります。生体サンプルは塩とともに回路にロードされ、塩はイオンに解離します。
サンプルからのタンパク質または DNA 分子が細孔を通過すると、通過できるイオンの流れが減少します。 「当社の検出器は、タンパク質や DNA の一部がイオンを通過したりイオンの通過を遮断したりすることによって生じる流量の減少を測定します」とフリードマン氏は述べています。
イオンによって生成された電気信号を分析するには、一部の分子がナノポアを通過するときに検出されない可能性をシステムが考慮する必要があるとフリードマン氏は示唆しています。
この発見の特徴は、ナノポアが単なるセンサーではなく、それ自体がフィルターとして機能し、重要な信号を覆い隠す可能性のあるサンプル中の他の分子からのバックグラウンドノイズを低減することです。
従来のセンサーでは、不要な信号を除去するために外部フィルターが必要ですが、これらのフィルターによりサンプルから貴重な情報が誤って削除される可能性があります。フリードマンのアプローチにより、各分子のシグナルが確実に保存され、診断アプリケーションの精度が向上します。
フリードマン氏は、このデバイスを、初期段階で感染を検出できる USB ドライブ以下の小型のポータブル診断キットの開発に使用することを想定しています。現在の検査では暴露後数日間は感染を検出できない可能性がありますが、ナノポアセンサーは 24 ～ 48 時間以内に感染を検出できる可能性があります。この機能は急速に広がる病気に大きな利点をもたらし、早期の介入と治療が可能になります。
「ナノポアは、症状が現れる前や病気が広がる前に、感染症をより早期に発見する方法を提供します」とフリードマン氏は述べた。 「この種のツールは、ウイルス感染症と慢性疾患の両方について、早期診断をより実用的にする可能性があります。」
このデバイスは診断に加えて、タンパク質研究の進歩にも期待されています。タンパク質は細胞内で重要な役割を果たしており、その構造のわずかな変化でも健康に影響を与える可能性があります。現在の診断ツールでは、健康なタンパク質と病気の原因となるタンパク質は類似しているため、区別するのが困難です。しかし、ナノポアデバイスは個々のタンパク質間の微妙な違いを測定できるため、医師がより個別化された治療法を設計するのに役立つ可能性がある。
この研究により、科学者たちは生物学における長年の目標である単一分子タンパク質の配列決定の達成にも近づくことができる。 DNA シーケンスは遺伝的指示を明らかにしますが、タンパク質シーケンスは、それらの指示がリアルタイムでどのように表現され、変更されるかについての洞察を提供します。このより深い理解は、病気の早期発見と各患者に合わせたより正確な治療につながる可能性があります。
「タンパク質配列決定の開発に向けた機運は非常に高まっています。なぜなら、それはDNAだけからは得られない洞察を私たちに与えてくれるからです」とフリードマン氏は言う。 「ナノポアのおかげで、これまで不可能だった方法でタンパク質を研究できるようになりました。」
「健康と病気を引き起こす分子については、まだ学ぶべきことがたくさんあります」とフリードマン氏は言う。 「このツールにより、個別化医療に一歩近づくことができます。」
フリードマン氏は、ナノポア技術が近いうちに研究ツールと医療ツールの両方で標準機能になるだろうと予想している。機器がより手頃な価格で入手しやすくなるにつれて、家庭や診療所で使用される日常的な診断キットに組み込まれる可能性があります。
「ナノポアが日常生活の一部になると確信しています」とフリードマン氏は語った。 「この発見により、今後の使用方法が変わる可能性があります。」
#単一分子だけで病気を検出