尿中DNA変異検出による神経膠腫(グリオーマ)検知～DNAのキャッチ&リリース技術を開発～

2023-05-30

2023-05-30 名古屋大学

国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学大学院工学研究科の馬場嘉信教授、安井隆雄客員教授らの研究グループは、名古屋大学未来社会創造機構の夏目敦至特任教授、東京大学大学院工学系研究科の柳田剛教授、モンクット王工科大学ラートクラバン校(タイ王国)のサーコン・ラホング准教授との共同研究で、ナノワイヤ表面での尿中cfDNAのキャッチ&リリース技術を開発し、尿中cfDNAから、グリオーマにおける遺伝子変異であるIDH1変異の検出に成功しました。
本研究では、ナノワイヤ表面とcfDNAの水素結合に着目し、水素結合を介したcfDNAの「キャッチ」、競合的に結合可能な分子の導入によるcfDNAの「リリース」のメカニズムを解明し、尿中cfDNAのキャッチ&リリース技術を開発しました。本技術を展開することで、従来法では分離できなかった他のがん種の尿中cfDNAの変異検出への発展が期待されます。
本研究成果は、2023年5月30日付Elsevier雑誌「Biosensors and Bioelectronics」に掲載されました。

【ポイント】

・脳腫瘍は手足の麻痺等の症状が出現して初めて発見されることが多く、手術で完全に取り除くことが難しいくらい進行していることが多くある。脳腫瘍の生存率上昇には脳腫瘍の早期発見が必要。
・無細胞DNA(cell-free DNA:以下cfDNA)^注1)は、非侵襲的ながんバイオマーカー^注2)として、米国食品医薬品局(以下FDA)から血液検体を用いたGuardant360 CDxテスト^注3)やFoundationOne Liquid CDx^注4)の形で承認されており、その臨床的意義については現在も注目されている。
・尿中cfDNAは、がんのスクリーニング、診断、予後、がんの進行や治療効果のモニタリングのための真の非侵襲的バイオマーカーとして認識されている。
・ナノワイヤ^注5)上での尿中cfDNAのキャッチ&リリースを提唱・実証し、尿中の微量なcfDNAから、神経膠腫(グリオーマ)^注6)における遺伝子変異であるイソクエン酸デヒドロゲナーゼ1(IDH1)^注7)変異の検出に成功した。
・尿による簡易検査でがんの早期診断を行う分析ツールへの応用が期待される。

◆詳細(プレスリリース本文)はこちら

【用語説明】

注1)無細胞DNA(cell-free DNA):
破壊、あるいは死滅した細胞に由来する体液中のDNAのこと。

注2)バイオマーカー:
ある疾患の有無や、進行状態を示す目安となる生理学的指標。

注3)Guardant360 CDxテスト:
固形がん患者の全血検体から抽出したcfDNA中のがん関連遺伝子を網羅的に解析するDNAシークエンシング診断システムを用いた検査。

注4)FoundationOne Liquid CDx:
固形がん患者のがん組織から血中に漏出する循環腫瘍DNAを含むcfDNAをもとに複数のがん関連遺伝子の解析を行うがん遺伝子パネル検査。

注5)ナノワイヤ:
直径が数10～100nmの細線構造のナノ構造体。

注6)神経膠腫(グリオーマ):
悪性の脳腫瘍の1つ。

注7)イソクエン酸デヒドロゲナーゼ1(IDH1):
細胞内での基本的な代謝経路の1つとなっている酵素で、イソクエン酸からα-ケトグルタル酸を作る反応を司っており、細胞の生存に重要な代謝物質を作っている。

【論文情報】

雑誌名:Biosensors and Bioelectronics
論文タイトル:Mutation detection of urinary cell-free DNA via catch-and-release isolation on nanowires for liquid biopsy
著者:Hiromi Takahashi^1,2*, Takao Yasui^1,3,4*, Masaki Hirano⁵, Keiko Shinjo⁶, Yusuke Miyazaki⁷, Wataru Shinoda⁷, Takeshi Hasegawa⁸, Atsushi Natsume⁴, Yotaro Kitano⁹, Mikiko Ida¹, Min Zhang¹, Taisuke Shimada¹, Piyawan Paisrisarn¹, Zetao Zhu¹, Fumiharu Ohka⁹, Kosuke Aoki⁴, Sakon Rahong¹⁰, Kazuki Nagashima^3,11, Takeshi Yanagida^11-13 and Yoshinobu Baba^1,4,14*
¹Department of Biomolecular Engineering, Graduate School of Engineering, Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8603, Japan.
²School of Mechanical and Aerospace Engineering, Nanyang Technological University, 50 Nanyang Avenue, Blk N3, Level 2, Room 86 (N3-02c-86), 639798, Singapore.
³Japan Science and Technology Agency (JST), PRESTO, 4-1-8 Honcho, Kawaguchi, Saitama 332-0012, Japan.
⁴Institute of Nano-Life-Systems, Institutes of Innovation for Future Society, Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8603, Japan.
⁵Division of Molecular Oncology, Aichi Cancer Center Research Institute, Kanokoden, Chikusa-ku, Nagoya 464-0021, Japan.
⁶Division of Cancer Biology, Graduate School of Medicine, Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8603, Japan.
⁷Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama University, Okayama 700-8530, Japan
⁸Institute for Chemical Research, Kyoto University, Uji, Kyoto 611-0011, Japan.
^9Department of Neurosurgery, Graduate School of Medicine, Nagoya University, Tsurumai-cho 65, Showa-ku, Nagoya 466-8550, Japan.
¹⁰College of Nanotechnology, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Chalongkrung Rd., Ladkrabang, Bangkok 10520, Thailand.
¹¹Department of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656, Japan.
¹²The Institute of Scientific and Industrial Research, Osaka University, 8-1 Mihogaoka-cho, Ibaraki, Osaka 567-0047, Japan.
¹³Institute for Materials Chemistry and Engineering, Kyushu University, 6-1 Kasuga-Koen, Kasuga, Fukuoka 816-8580, Japan.
¹⁴Institute for Quantum Life Science, National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology, Anagawa 4-9-1, Inage-ku, Chiba 263-8555, Japan.