小さな磁気ビーズが光信号を生成し、病原体を迅速に検出するために使用できる

Jul 07, 2023

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血液検査の結果が得られるまでには、検査の対象に応じて 1 日から 1 週間ほどかかります。 水質汚染や食品汚染の検査も同様です。 そしてほとんどの場合、待ち時間はサンプルの処理と分析における時間のかかるステップに関係しています。

今回、MITのエンジニアは、広く使用されている種類の磁気ビーズの新しい光学的特徴を特定しました。これは、さまざまな診断テストで汚染物質を迅速に検出するために使用できる可能性があります。 たとえば、研究チームは、このシグネチャを食品汚染物質であるサルモネラ菌の兆候を検出するために使用できることを示しました。

いわゆる Dynabeads は、特定の病原体などの標的分子に結合する抗体でコーティングできる微細な磁気ビーズです。 Dynabead は通常、目的の分子を捕捉するために溶液に混合する実験で使用されます。 しかし、そこから科学者は、分子が実際に存在し、ビーズに結合していることを確認するために、時間のかかる追加の手順を実行する必要があります。

MIT チームは、光学、特にラマン分光法を使用して、Dynabead に結合した病原体の存在をより迅速に確認する方法を発見しました。 この光学技術は、「ラマン シグネチャ」、つまり分子が光を散乱する独特の方法に基づいて特定の分子を識別します。

研究者らは、Dynabeads が蛍光タグと同様に、簡単に検出できる異常に強いラマン シグネチャを持っていることを発見しました。 彼らは、この署名が「レポーター」として機能できることを発見しました。 信号が検出されると、標的病原体が特定のサンプル中に実際に存在することを 1 秒以内に迅速に確認できます。 研究チームは現在、さまざまな細菌性病原体を迅速に検出するためのポータブルデバイスの開発に取り組んでおり、その結果はJournal of Raman SpectroscopyのEmerging Investigators特別号に掲載される予定です。

「この技術は、医師が抗生物質の処方をより適切に知らせるために感染源を絞り込もうとしている状況や、食品や水中の既知の病原体の検出に役立つだろう」と研究の共著者は述べている。マリッサ・マクドナルドさん、ハーバード大学 MIT 健康科学・技術プログラムの大学院生。 「さらに、このアプローチにより、最終的にはリソースが限られた環境でも高度な診断へのアクセスが拡大されることを期待しています。」

MIT の研究の共著者には、博士研究員の Jongwan Lee 氏が含まれます。 客員学者ニキウェ・ムランガ氏。 研究員 Jeon Wong Kang; タタ教授のロヒット・カルニク氏は、アブドゥル・ラティフ・ジャミール水・食品システム研究所の副所長でもある。 機械工学科のロザ・タデッセ助教授。

油と水

体液サンプルから病気の細胞や病原体を探すのは忍耐のいる作業です。

「これは干し草の山に針を刺すような問題です」とタデッセ氏は言う。

存在する数は非常に少ないため、管理された環境で十分な数まで増殖させ、その培養物を染色して顕微鏡で研究する必要があります。 プロセス全体で、確実な陽性または陰性の結果が得られるまでに数日から 1 週間かかる場合があります。

Karnik 氏と Tadesse 氏の両研究所は、Dynabeads を使用して、病原体検査プロセスのさまざまな部分を高速化し、プロセスを移植可能にする技術を独自に開発してきました。

Dynabeads は、磁性鉄コアと抗体でコーティングできるポリマーシェルで作られた市販の微細ビーズです。 表面抗体は、特定の標的分子に結合するフックとして機能します。 血液や水の入ったバイアルなどの液体と混合すると、存在する分子が Dynabeads 上で光ります。 磁石を使用すると、科学者はビーズをバイアルの底にそっと引き寄せ、溶液からろ過することができます。 カルニク氏の研究室は、ビーズを標的分子に結合したものとそうでないものにさらに分離する方法を研究している。 「それでも課題は、探しているものがあるかどうかをどうやって知るかということです。」 タデッセさんは言う。