酵素-高分子電解質複合体を利用する腫瘍信号のパターン認識系構築とがん診断への応用

利用酶-聚电解质复合物构建肿瘤信号模式识别系统及其在癌症诊断中的应用

基本信息

批准号：
12J08921
负责人：
冨田峻介
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2014-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

酵素-高分子電解質複合体ライブラリをマイクロプレート内に集積させたセンサーアレイを構築し、これを用いる簡易かつ迅速ながん診断を実現することを目的として研究を遂行した。本年度は、まず前年度に開発した「酵素の構造多様性を利用して構築したセンサーアレイ」を高機能化するために、複合体ライブラリに対して人工の構造多様性を新たに導入した。続いて、がん診断のモデル系として、高性能化したセンサーアレイによる細胞および血清の判別を試みた。(1)官能基の性質や分子量などが異なるカチオン性高分子電解質5種類を調製した。得られた高分子電解質をアニオン性のβ-ガラクトシダーゼと複合体化することで、人工の構造多様性を導入した複合体ライブラリを作製した。このライブラリを加えたセンサーアレイに、5μg/mLの血漿タンパク質5種類を添加したところ、各タンパク質に対する酵素活性変化パターンが得られた。線形判別分析法によってパターンを解析した結果、100%の精度でタンパク質の種類を判別できることが明らかになった。さらに、同センサーアレイを用いることで、物性がほとんど同一のアルブミンホモログ4種類(5μg/mL)の判別も実現した。(2)「高分子電解質の人工の構造多様性」と「酵素の天然の構造多様性」を組み合わせることで6種類の複合体を調製し、それらを集積したセンサーアレイを構築した。このセンサーアレイを用いて、複雑なタンパク質組成を有する生体サンプルの判別を試みた。その結果、(i)ヒト肺由来の線維芽細胞(MHLFとWI38)とがん細胞(A549)、および(ii)異なる哺乳類由来の血清5種類の判別に成功した。これらの成果は、患者から抽出した生体サンプルをセンサーアレイで分析すれば、がんが診断可能であることを示唆するため、センサーアレイによるがん診断法を確立するうえで重要な一歩であるといえる。

我们构建了一种将酶-聚电解质复合物库集成在微孔板中的传感器阵列，并进行了研究，目的是使用该传感器阵列实现简单快速的癌症诊断。今年，我们首次在复杂库中引入了人工结构多样性，以提高前一年开发的“利用酶结构多样性构建的传感器阵列”的功能。接下来，我们尝试使用高性能传感器阵列作为癌症诊断的模型系统来区分细胞和血清。 (1)制备了五种不同官能团性质和分子量的阳离子聚合物电解质。通过将获得的聚电解质与阴离子β-半乳糖苷酶复合，我们创建了一个引入人工结构多样性的复杂库。当将五种血浆蛋白以 5 μg/mL 添加到包含该文库的传感器阵列中时，获得了每种蛋白的酶活性变化模式。使用线性判别分析对模式进行分析表明，可以 100% 准确度识别蛋白质类型。此外，通过使用相同的传感器阵列，他们能够区分四种类型的白蛋白同系物（5 μg/mL），它们具有几乎相同的物理特性。 (2)通过结合“聚电解质的人工结构多样性”和“酶的天然结构多样性”，我们制备了六种类型的复合物，并构建了将它们集成的传感器阵列。使用这种传感器阵列，我们尝试区分具有复杂蛋白质成分的生物样品。结果，我们成功区分了（i）人肺源性成纤维细胞（MHLF 和 WI38）和癌细胞（A549），以及（ii）来自不同哺乳动物的五种血清。这些结果表明，可以通过使用传感器阵列分析从患者身上提取的生物样本来诊断癌症，因此可以说这是建立使用传感器阵列的癌症诊断方法的重要一步。