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DNA標準プレートの製造

バイオプリンティングでDNAを1分子単位で制御し、遺伝子検査の正確な「ものさし」を作る

背景

遺伝子検査の際に広く用いられる手法の一つPCRは、DNA分子1個レベルから増幅を行って検出できると言われており、遺伝子組換え食品、がん・感染症の検査などに幅広く用いられています。このような検査の一部では、検査対象となる特定のDNA配列(ターゲット遺伝子)の見逃しが許されず、検査機関において検査機器、試薬および検出手法の全体が正しく精度管理されていることが重要です。

これまでもDNAの種類と濃度が規定された標準物質がいくつかの企業や研究機関から提供されていますが、DNA分子数がモル(1モルはDNA分子6.02×1023個に相当)で規定されたもので、100個以下での検査精度を確認するためには、標準物質を希釈して使う方法が一般的でした。ところが、希釈を繰り返すうちに配分される分子数に誤差が積み上がり、低濃度領域(特に分子数個レベル)に到達する頃には、想定したDNA分子数と実際の分子数の間に大きな差が生まれ、分子が多かったり入っていなかったりする問題がありました。

※PCR(Polymerase Chain Reaction):特定の配列を有するDNA分子を酵素により増やす手法

画像:図1

こんな事を解決

遺伝子検査の「ものさし」となる標準を提供

遺伝子検査が正しく行われているか、また、装置や試薬に問題無いかを高精度で確認するためには、DNA分子が数分子レベルで規定された標準、いわゆる「ものさし」に相当するものが必要となります。リコーは共同研究を通じて、DNA分子数が決まった数入っている容器、(DNA標準プレート)を製造する技術を開発しました。DNA分子数が個数単位で厳密に規定されているため、遺伝子検査装置、試薬、遺伝子検査手法の精度管理をより厳密に行うことが可能となり、遺伝子検査をより確実なものとすることができます。これは遺伝子組換え食品や感染症の見逃しを防ぐことに繋がると期待できます。

※共同研究機関:国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構、株式会社ファスマック

技術の特徴

1. DNA標準プレートの製造プロセス

今回開発したDNA標準プレートの製造プロセスでは、ターゲット配列を含むDNA分子数をカウントするため、遺伝子組換えによってターゲット配列を挿入した細胞を用います。この細胞をバイオプリンティング用のインクジェットヘッドによって細胞数をカウントしながらウェルプレートに吐出を行い、各ウェルに決まった個数の細胞が入るようにします。最後に細胞壁を破壊してDNAを取り出す処理を加えることによって、各ウェルに決まった数のDNA分子が入ったDNA標準プレートを製造することができます。また、本技術では、インクジェットの液滴高速吐出性を活かし、DNA分子数を高精度に制御した標準物質を高い生産性で製造することが可能です。

2. 細胞吐出用のインクジェットヘッドおよび飛翔液的中の細胞数カウント技術

細胞は10µm程度の大きさを有しており沈降やノズル詰まりが発生することから、インクジェットで安定的に吐出することが容易ではありませんでした。リコーはバイオプリンティング用に細胞吐出に特化したインクジェットヘッドを開発しており、流路の無いシンプルな構成でありながら少量の溶液で液を吐出することを実現しています。更に、吐出後の液滴に対して、パルスレーザー光を液滴の吐出に同期して照射することで細胞からの蛍光を観測し、液滴内の細胞数をカウントする技術を新たに開発しました。これによって、細胞数を数えながら液滴をウェル中に安定的に分注し、細胞数を厳密に制御することが可能となりました。

3. DNA標準プレートの評価

リアルタイムPCR装置を用いてDNA数が1~1000個のCq値(リアルタイムPCR装置の出力値であり、何回増幅を行えば検出できたかを示す値)を評価したところ、これまで十分に評価することができなかった100個以下の領域においても直線性が保たれ、少ない分子数からでも正しくDNA分子が検出されていることを確認することができました。このDNA標準プレートを使うと、リアルタイムPCR装置における高精度の「ものさし」を作ることができると考えます。

図5

リコーの想い

リコーはプリンティング技術の可能性を追求し、新たな顧客基盤での可能性を目指しています。バイオメディカル分野においてはバイオプリンティング技術を核として、オープンイノベーションにより外部の機関、企業と共創することで新しい価値を実現し、社会課題の解決に貢献することを目指しています。