全自動の小型体質診断用遺伝子検査チップ

 

開発した遺伝子検査チップの外観写真(画像提供:パナソニック)

パナソニック株式会社は、ベルギーを本拠とするナノエレクトロニクス研究開発に関する世界有数のコンソーシアムimecと共同で、数マイクロリットルの血液から、遺伝子情報の検査を全自動で行なえる小型の遺伝子検査チップを開発した。このチップは微量の血液からDNAを抽出・増幅し、目的のSNP判定を行う機能を一体化したもの。これにより前処理も含め、わずか1時間で遺伝子検査を行えるという。

本開発の遺伝子検査チップは、一般病院などの臨床現場で個人(患者)の体質にあわせた医薬品処方や治療法等を選ぶ「テーラメイド医療」の普及につながるもの。小型の全自動測定システムにより、短時間でSNPを判定できることから、臨床現場において、患者への薬の選択や病気の発症リスクを医師がその場で判断できるようになると期待される。

 

<検査チップの特長>

  1. 専門機関での受託検査(結果が出るまで数日~1週間)に比べ、前処理工程も含め、わずか1時間で検査が可能。
  2. 血液や薬液を送り出す超小型ポンプや、DNA抽出・増幅部、高精度フィルター、高感度センサなどを新規に開発し、小型ワンチップ化に成功(面積 約9平方センチ)。
  3. 微量の血液(数マイクロリットル)をチップにセットするだけで検査完了する全自動検査システム。

 

これまで全自動の遺伝子検査装置は、大型で高価なため臨床現場への本格普及には至らず、専門の検査機関等での解析が主流だった。そのため、判定結果のフィードバックに時間がかかるという課題があった。臨床現場からは簡単な装置で短時間に検査ができることが望まれていた。

 

開発した遺伝子検査チップの外観写真(画像提供:パナソニック)

<最新技術の詳細>

1)導電性ポリマーアクチュエータを用いた超小型高圧ポンプ
シリコン基板上にポリマー薄膜を積層し、積層方向に大きく伸縮するポリマーアクチュエータを開発し、ダイヤフラム(隔壁)を移動させて送液を行うダイアフ ラムポンプを実現している。このポリマーアクチュエータは強力で、最大300気圧を超える圧力を発生させることが可能。DNAを選別する高精度フィルターへの液注入を含むマイクロ流路中での溶液移動が容易となる。しかも、電池駆動が可能な低電圧(1.5V)動作を実現している。

(2)高速PCR技術
遺伝子診断を行うには、DNA上でSNPを含む領域を切り出し、一定の量まで増やす必要があり、一般にはPCRという手法を用いてDNAの増幅が行われる。従来のPCRではDNAの増幅に2時間程度の時間がかかるという課題があった。本開発では熱伝導性の良いシリコン基板を用い、周囲からの熱分離を 最適化し、昇降温の温度追従性を高めつつ、少ない液量でPCR反応が起こる構成とすることで、DNAの増幅にかかる時間を約15分以下と大幅に短縮した。

(3)高精度、高感度な電気化学式センサ
従来、電気的にSNPを識別するには、あらかじめ識別用の人工DNAを電極上に固定させた、高価で特殊な電極が必要だった。本技術は、識別用の人工DNA を電極に固定させることなく、微量(約0.5マイクロリットル)の薬液中に溶解させた状態で、電気的にSNPの識別を可能としている。

 

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