課題番号 ：S-17-NU-0033
利用形態 ：共同研究
利用課題名（日本語） ：ナノワイヤを用いた尿中細胞外小胞体捕捉
Program Title (English) ：Urinary extracellular vesicle capture using nanowires
利用者名（日本語） ：柳田剛
Username (English) ：T. Yanagida
所属名（日本語） ：九州大学先導物質化学研究所
Affiliation (English) ：Kyushu University

１．概要（Summary ）
がん診断への応用が期待されながら実現されていなかった尿中の細胞外小胞体を捕捉できるナノワイヤ合成および細胞外小胞体内のマイクロRNAの高効率抽出用ナノワイヤデバイス開発を目的とする。デバイス内に細胞外小胞体を捕捉できるナノワイヤを合成し、尿から細胞外小胞体の高効率捕捉とマイクロRNAの高効率抽出を達成し、尿解析によるがん診断を実現する。

２．実験（Experimental）
細胞外小胞体を分離するための酸化物ナノワイヤは、水熱合成法によって作製した。シリコン基板上へクロム層をスパッタリングし、400℃で2時間焼成することでクロム層を酸化させた後、水熱合成法によってZnOナノワイヤを結晶成長させた。細胞外小胞体分離には、成長溶液濃度15 mM, 成長時間3 hの条件で結晶成長を行ったZnOナノワイヤを用いた。

３．結果と考察（Results and Discussion）
九大・阪大の半導体ナノワイヤ技術に基づいて、名大・九大共同でバイオ応用可能な水中で機能する金属酸化物ナノワイヤを合成した。さらに、名大が、尿中の細胞外小胞体を捕捉できるナノワイヤの合成支援とナノワイヤをプラスチック基板上に強固に固定することで、尿を高速処理可能な新規デバイス構築技術を創出し、マイクロ流体ナノワイヤデバイスの開発支援を行った。本デバイスにより、尿中細胞外小胞体を99%以上捕捉できることを実証した(図1)。さらに、尿中細胞外小胞体内部のマイクロRNAの高効率抽出を実現し、従来は尿中から300種類しか検出できなかったマイクロRNAを1000種類以上検出できることを世界で初めて実証した。さらに、国立がん研セと共同でがん患者の尿解析を行い、肺、肝臓、膀胱、前立腺、膵がん患者で特異的に発現しているマイクロRNAを同定し、採血より低侵襲に1 mLの尿があれば5種類のがんが診断できることを実証した。

図1：マイクロ流体ナノワイヤデバイスの合成・開発による尿中細胞外小胞体捕捉とマイクロRNA抽出

４．その他・特記事項（Others）
本成果は、ナノワイヤの合成から5年以上の支援を行った結果であり、Science Advances (T. Yasui, T. Yanagida, et al., Science Advances, 3, e1701133 (2017)) に掲載されるとともに、朝日、読売、毎日、日経新聞など30紙の新聞、国内外の30件以上のWebニュース等で報道されるなど社会的注目を集めた。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) T. Yasui, T. Yanagida, S. Ito, Y. Konakade, D. Takeshita, T. Naganawa, K. Nagashima, T. Shimada, N. Kaji, Y. Nakamura, I. A. Thiodorus, Y. He, S. Rahong, M. Kanai, H. Yukawa, T. Ochiya, T. Kawai, Y. Baba, Unveiling massive numbers of cancer-related urinary-microRNA candidates via nanowires. Science Advances 3, e1701133 (2017).

６．関連特許（Patent）
なし