東大、インフルエンザウイルスを1個から検出可能な「デジタル・アッセイ」を開発
東京大学大学院工学系研究科の田端和仁講師らの研究グループはこのほど、微小空間にインフルエンザウイルス1個を閉じ込めて検出する「デジタルインフルエンザ検出法」を開発したと発表した。既存のインフルエンザ検査法よりも、1,000倍から10,000倍高感度にインフルエンザウイルスを検出できるという。
患者のうがい液からもウイルス検出に成功
検査法を開発したのは東京大学大学院工学系研究科の田端和仁講師、皆川慶嘉主任研究員、野地博行教授らの研究グループで、内閣府の革新的研究開発プログラム「ImPACT」における研究の一環。研究グループにも加わっている野地博行東京大学大学院工学系研究科教授は、ImPACTの「豊かで安全な社会と新しいバイオものづくりを実現する人工細胞リアクタ」プログラムのマネージャーを務めている。
研究グループは、インフルエンザウイルスの高感度検出を達成するため、1分子デジタル計測法の応用に着目した。この方法は、酵素1分子を蛍光基質とともに数fL(フェムトリットル:10-15リットル)から数十fLの容器の中に閉じ込めて反応させ、その蛍光を計測することで酵素1分子を検出する方法。蛍光している微小容器を1、発していないものを0とすれば、信号をデジタル化して計測結果を取り扱うことができるようになるため、この計測法を研究グループではデジタルアッセイと名付けている。他方、インフルエンザウイルスはその表面にノイラミニダーゼという突出した形の酵素を持っており、このノイラミニダーゼによって分解されると蛍光する物質を微小容器に閉じ込めれば、その容器は蛍光することになり、これを観測すればインフルエンザウイルス1個を検出することが可能となる。
研究グループは、1㎠に17fLの体積を持つ、微小容器が60万個配置された微小容器のアレイを微細加工技術によって作成。この微小容器アレイにインフルエンザウイルスと蛍光基質を混ぜた溶液を導入して封入したところ、仮説通りにインフルエンザウイルス1個が微小容器内に閉じ込められ蛍光する様子が観察できた。そこで、この計測法におけるインフルエンザウイルスの検出限界とインフルエンザの診断に使われるイムノクロマト法注1の検出限界を比較すると、デジタルインフルエンザアッセイの方が10,000倍高感度であることが分かった。
デジタルインフルエンザ検出法では１０３ＰＦＵ／ｍｌの濃度までインフルエンザウイルスを検出できている。一方、市販のイムノクロマトキットを用いた場合はおよそ１０７ＰＦＵ／ｍｌ程度までしか検出できない（赤点線）。
また、実際の検査で使用される鼻腔拭い液より侵襲度の低いサンプルからウイルスの検出が可能か確かめるために、インフルエンザ患者のうがい液を用いて検出を試みたところ、イムノクロマト法では検出できないサンプルからもウイルスの検出に成功。この検査法は患者検体からの検出にも有効であることを示した。
ImPACTの野地プログラム・マネージャーは「今回開発に成功したデジタルインフルエンザウイルス検出法は、ウイルス濃度の低い検体からの検出が可能であり、低侵襲での検体採取を選択できることから、現在のインフルエンザ治療に転機をもたらしパンデミック対策に寄与するものと期待できる」とコメントしている。
注1） イムノクロマト法
抗原抗体反応を利用した迅速検査手法の1つ。インフルエンザや、ノロウイルス、アデノウイルス、妊娠検査などさまざまな検査法として利用されている。本方法の原理は、検出用のマーカーが結合した抗体と検査したいサンプルを混ぜ、サンプル中に含まれる抗原と検出用の抗体が結合する。その溶液をセルロース膜に滴下し、毛細管現象で溶液を展開する。セルロース膜の一部に検出部が設けられており、その部分にも抗原に対する抗体が固定化されている。検出部まで溶液が到達すると検出用抗体と結合した抗体が検出部分にトラップされ濃縮される。その結果、検出用のマーカーがその部分に集まり目視で抗原が存在するかどうかが判定できる。