東京大学生産技術研究所（東大生研）が、皮膚に貼るだけで抗体検出ができる新しいパッチ型抗体検出デバイスを開発したと発表した。生分解性多孔質マイクロニードルを用いて細胞間質液を無痛で採取し、その後、金ナノ粒子を用いたイムノクロマトアッセイに導入することで、無痛で細胞間質液内に存在するIgM抗体とIgG抗体を同時に検出できるという。新型コロナウイルス感染症の抗体検査としても応用可能だとしている。
皮膚内で分解するマイクロニードルを新開発
「パッチによる抗体検査」の可能性示す
今回の成果を発表したのは、東京大学 生産技術研究所の金 範埈 教授、大学院工学系研究科 精密工学専攻 博士課程3年の鮑 蕾蕾 大学院生らの研究グループ。血液の代わりに、抗体等のさまざまなバイオマーカーを含む皮下の細胞間質液に着目したものだ。
開発したデバイスは、その細胞間質液を採取する生分解性多孔質マイクロニードルと、金コロイドナノ粒子を用いたイムノクロマトバイオセンサーで構成されている。多孔質マイクロニードルが皮膚に刺さると、毛細管現象により、連続した微細孔を通して細胞間質液が採取され，センサーに運ばれる。その後、採取された細胞間質液はサンプルパッドに吸収され，サンプルパッドの上部に位置するコンジュゲートパッドに垂直方向に移動する。細胞間質液中に抗SARS-CoV-2 IgMおよびIgG抗体が存在する場合、コンジュゲートパッド上のSARS-CoV-2スパイクタンパク質受容体結合ドメイン（RBD）標識金コロイドナノ粒子に結合し、抗原－抗体結合体となる。ニトロセルロースメンブレンを通過する間に、IgM結合体はIgMラインに配置された抗ヒトIgM抗体によって捕捉され、IgG結合体はIgGラインに配置された抗ヒトIgG抗体によって捕捉される。抗体が捕捉されると色のついた線で表示されるため目視で読み取ることが可能となる。採取した細胞間質液にSARS-CoV-2に対する特異的抗体が含まれていない場合、結合体は形成されないため、色は変化しない。
なおこのデバイスに組み込んだマイクロニードル自体も、生体分解性のポリ乳酸（PLA）を使用し新しく開発されたものだ。PLAの微小球状粒子をエマルジョン中に分散させた溶液を用い、球と球の隙間を使い連続した微細空孔（空隙）を形成することで多孔質構造を形成した。その後、熱処理により微小球状粒子同士を結合させ、多孔質マイクロニードルとして成形している。マイクロニードルとイムノクロマトアッセイを組み合わせた実験により、採取した細胞間質液がセンサーに導入され、特異抗体を目視で判定できることも確認したた（上図(a)）。実験では、抗SARS-CoV-2 IgMおよびIgG抗体が試験管内で3分以内に同時に検出されたことに加え、IgMおよびIgGの検出限界はそれぞれ3および7 ng/mLであることが確認されている（図４(b)と(c)）。
研究グループは、今回開発したパッチ型抗体検出デバイスは既存のキットに比べ小型、低侵襲であり、SARS-CoV-2以外にもさまざまな感染症の迅速なスクリーニングへの応用に大きな可能性を持つとしており、医療資源の乏しい国や地域で、他の診断検査の有効な補完手段として広く利用されることが期待できるとしている。