単一細胞解析に向けた方向性結合器型バイオフォトニックセンサの開発

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１細胞解析に関して、細胞分泌物の一種であるエクソソームの１粒子解析へと目標を定め、１粒子エクソソーム解析に向けたナノアレイチップの開発に取り組んだ。エクソソームは、脂質二重膜から形成される直径30-150 nmのナノ粒子であり、内包するmRNAはがんの早期診断用バイオマーカー利用が期待されており、ハイスループットかつ網羅的な解析技術の確立が求められている。マイクロアレイ技術に着想を得たエクソソーム・ナノアレイ基板の開発を目標と定め、トップダウン技術（微細加工）とボトムアップ技術（選択的表面修飾）の融合によりナノアレイ基板を設計・作製・評価をした。エクソソーム解析プラットフォームの確立に向けて、エクソソーム1粒子毎の分離・固定を可能とするTetheringアレイチップを作製した。電子線描画・選択的化学修飾・リフトオフを組み合わせた微細加工技術によりポリエチレングリコール（PEG）脂質誘導体から構成される直径40-200 nmのナノドットパターンがSi基板上に形成された。PEG脂質誘導体末端のオレイル基の脂質二重膜に対するtethering機能によりエクソソームを基板表面に固定化する。HL60細胞由来のエクソソーム懸濁液をマイクロ流路と統合したアレイチップ表面に暴露させた後、原子間力顕微鏡を用いた吸着エクソソーム観察に基づくデバイス動作検証を行った。 固定されたエクソソーム形状変化の測定値とCoarse-grainedモデルに基づく理論値との比較より、PEG脂質誘導体＝脂質二重膜間の疎水性相互作用によるエクソソームの形状変化が確認された。今回用いた1粒子エクソソーム固定・分離チップ上において、超解像顕微鏡による膜発現タンパクの多点測定、個別粒子の膜破砕と表面増強ラマン分光を組み合わせた分析による内容物の同定、等の応用に向けて更に改良を進めてゆきたい。