研究者たちは小さなトリックを使って、たった一つの細胞から貴重なタンパク質データを抽出する
アラン・ボイル著
科学者たちは、単一の人間の細胞から採取した液体を分析してタンパク質を特定する技術を開発した。これは、細胞一つ一つにおける癌の進行を追跡する道を開く可能性がある。
この方法はNanoPOTS（ナノ液滴処理、ワンポット、トレースサンプル用）として知られています。米国エネルギー省パシフィック・ノースウェスト国立研究所の科学者によって開発され、ドイツの学術誌「アンゲヴァンテ・ケミー」に掲載された研究で詳細が説明されています。
「NanoPOTSは分子顕微鏡のようなもので、これまで見ることができたものの500分の1の大きさのサンプルを分析することができます」と、本研究の主任著者であるPNNLの分析化学者ライアン・ケリー氏はニュースリリースで述べています。「これまで数百個の細胞群から特定できていたタンパク質を、1個の細胞から特定できるようになります。」
フォローアップの電子メールで、ケリー氏はGeekWireに対し、NanoPOTSは診断だけでなく研究にも使用できると語った。
「研究ツールとして、数百、数千のタンパク質を高い空間解像度（単一細胞にまで及ぶ）で識別し、定量化する能力は、がんの進行や治療に対する反応に関する豊富な情報を提供するだろう」とケリー氏は書いている。
この技術は、低侵襲性の細針吸引生検で抽出できる微量の生物学的物質を調べることによって、あるいは血液サンプル中の循環腫瘍細胞を調べることによって、腫瘍内部のタンパク質のプロファイルを作成することもできる。
「これは最終的には日常的な血液検査に組み込まれる可能性がある」とケリー氏は語った。
ケリー氏のチームには属していないPNNLの生物学者カリン・ロドランド氏は、ナノスケールのタンパク質分析をDNA分析と組み合わせることで、がん診断の新たな領域を切り開くことができるかもしれないと語った。
「主に、腫瘍細胞内の治療標的を特定することで医療に貢献できるでしょう」と彼女はメールで説明した。「標的療法があり、タンパク質がその薬剤に反応する腫瘍細胞を検出すれば、腫瘍がどこにあるかを知る必要はありません。」
NanoPOTS の鍵となるのは、1 つのサンプルに数百または数千の細胞をまとめてプールするのではなく、単一の細胞内のタンパク質を識別できる能力です。
サンプル量が多いほど、干し草の山からプロテオームの針を見つけるのは難しくなります。また、サンプル量が少ない場合も同様に課題が生じます。サンプルを移すたびに、貴重なタンパク質が失われる可能性が高くなります。
損失を最小限に抑えるために、NanoPOTS は自動化プラットフォームを使用して、0.15 ナノグラム (小さじ 1 杯の 10,000 分の 1 未満) ほどの小さな液滴を捕捉してテストします。
ロボットがマイクロメートル単位の精度で液滴を小さなウェル間を移動させ、タンパク質が漏れ出す機会を最小限に抑えます。その後、試料は質量分析計に送られ、個々のタンパク質を分離・測定します。
PNNLとロチェスター大学医療センターの研究者らがNanoPOTSを用いてヒト肺細胞1個を解析したところ、細胞1個あたり650種類以上のタンパク質が同定されました。他の技術と比較して、サンプルの損失は99%以上削減されました。
医療への応用はすでに進行中です。研究者たちはNanoPOTSを用いて、膵臓における1型糖尿病に関与するタンパク質を詳しく調べています。彼らは、国立がん研究所のボー・バイデンがんムーンショット・イニシアチブの資金提供を受け、がん性腫瘍のタンパク質マップを作成中です。また、オレゴン健康科学大学の協力者と協力し、循環腫瘍細胞の血液検査にも取り組んでいます。
PNNL の化学者 Ying Zhu 氏は、Angewandte Chemie 誌に発表された「マイクロ流体ナノ液滴サンプル調製と超高感度ナノ LC-MS による単一哺乳類細胞のプロテオーム解析」と題する論文の筆頭著者です。
PNNLからは、Zhu氏とKelly氏に加え、Geremy Clair氏、Charles Ansong氏、William Chrisler氏、Yufeng Shen氏、Rui Zhao氏、Anil Shukla氏、Ronald Moore氏、Richard Smith氏が著者として参加しています。ロチェスター大学のRavi Misra氏とGloria Pryhuber氏も著者に名を連ねています。
両機関のチームは、妊娠後期から幼児期にかけて発達する人間の肺の分子アトラスを作成することを目的としたLungMAPプロジェクトとして知られる国家研究イニシアチブに参加している。
