拡張ナノ空間における単一細胞分析のための流体インターフェースの開発と応用

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近年の医学・生物学では、個々の細胞の活動を把握し理解するため、タンパク質を単一細胞レベルで調べる研究ツールの開発が求められている。高選択的なタンパク質分析法として免疫分析法が普及しているが、既存手法の分析場体積は細胞体積よりも桁違いに大きいため、単一分子・単一細胞分析は困難であった。一方、筆者の所属研究室ではガラス基板上に作製した拡張ナノ空間(10-1000nm)を用いた分析手法の研究を進めている。拡張ナノ空間は体積がfL-aLと細胞体積(pL)よりも3桁以上小さく極微量分析に適した空間であるため、単一細胞レベルの分析が実現できる。今年度は、第1年目に開発した拡張ナノ流路内の抗体部分修飾法および第2年目に実証した高効率分子捕捉を総合的に応用して、酵素による化学増幅および微分干渉熱レンズ顕微鏡による超高感度定量を組み合わせ、単一分子・可算個分子分析を実現する免疫分析拡張ナノ流体デバイスを開発した。まず、単一分子を検出できるよう流路サイズと酵素反応条件を設計した。酵素反応系として高い化学増幅効果が期待できる西洋ワサビペルオキシダーゼとテトラメチルベンジジンを用いた。次に、抗体を部分的に固相化したナノ流路で目的分子に対してサンドイッチ複合体を形成し、酵素反応後に蓄積した発色基質を微分干渉熱レンズ顕微鏡で検出したところ、信号が得られた。得られた信号と試料導入時に発生するサンプリングノイズ(ポアッソン分布)を比較したところ、確率的に起こりやすい分子数に相当する信号が得られたことから、本デバイスが単一分子・可算個分子を分析できる性能を有していることを実証できた。本研究により、分析化学において濃度定量から可算個分子の定量への変革をもたらし、極限の分析化学を実現した。