信じられない！わずか25ステップで、チップは皮膚を血管や神経細胞に変えることができる

チップを使って皮膚組織を瞬時に血管や神経細胞に変えるというのは、あまりにもSF的に聞こえます。しかし、インディアナ大学とオハイオ大学の研究者たちは、それを実現しただけでなく、チップ製造技術をすべてオープンソース化しました。つまり、必要な医学的知識があれば、指示に従って 5 ～ 6 日以内にお好みの VIP 組織変換チップを作成できます。

ネイチャー・プロトコルズ誌に掲載された「マウスの生体組織への組織ナノトランスフェクションを実現するためのシリコン中空針アレイの製造と使用」と題する論文の中で、インディアナ大学の科学者らは、この非侵襲的で無害なブラックテクノロジーについて詳細に説明した。エレクトロポレーション技術を使用すると、プラスミド DNA をマウス（または自分自身）の皮膚の特定の深さに数ミリ秒以内に直接導入し、皮膚の血管や神経細胞に遺伝子導入することができます。

ナノトランスフェクションの概略図 |出典: インディアナ大学

著者らは、この「組織ナノトランスフェクション技術」（TNT）に必要な装置は標準化され、大量生産できると述べている。 「組織ナノトランスフェクション技術」の最大の利点は、ベクターとしてウイルスを使用する必要がないため、炎症反応や細胞死のリスクを最小限に抑えられることです。

「この論文により、再生医療に関心を持つ人が増えるだろう」と、この技術を発明したインディアナ再生医療工学センターのチャンダ・セン所長は語った。

中空マイクロニードルアレイの作製

「ナノトランスフェクション」の取扱説明書によると、組織機能の変更は、中空マイクロニードルアレイの準備、TNTデバイスの準備、細胞のトランスフェクションの3つのステップ（合計25の具体的な操作リンク）に分かれています。最初に考慮すべきことは、どのマイクロニードルアレイを使用するかということです。お客様のニーズに合わせて、さまざまなマイクロニードルアレイをご用意しております。プラスミド DNA の局所皮膚送達には、先端が平らなマイクロニードルの使用を推奨しています (図 1A を参照)。深部組織への送達の場合、著者らは組織への浸透を容易にするために鋭い先端を持つマイクロニードルの使用を推奨しています (図 1B または 1C を参照)。

各種マイクロニードル |出典：論文

スタイルを選んだら、手作りを始めます。

まず、両面研磨された 4 インチ シリコン (Si100) ウェハにフォトレジスト層を塗布し、次に Bosch プロセスを使用してウェハを深掘り反応性イオンエッチング (DRIE) します。トランスフェクションのニーズに応じて、先端が平らなタイプ I (図 1E、タイプ I)、先端が突出しているタイプ II (タイプ II)、または偏心穴があるタイプ III (図 1F、g) の 3 種類の中空シリコン マイクロニードルを準備できます。後者の 2 種類のマイクロニードル アレイは先端が鋭く、組織への浸透性が高くなります。

針のナノチャネルの直径が小さくなると、針が生体分子を出力する速度もそれに応じて増加します。ただし、これにより、針を通過できる分子の総量も制限される可能性があります。ナノチャネルの直径が小さいほど（250 V）、駆動力が高まり、細胞膜に大きな孔が形成され、プラスミドの送達が容易になります。しかし、電圧が高すぎると細胞に有毒になります。

著者らは、シリコン中空マイクロニードルアレイを備えたこの TNT チップの最終的な目標は組織を再プログラムすることだと述べています。このチップのおかげで、実験マウスは後肢の組織壊死を回避し、脳に移植された神経細胞によって脳卒中マウスの神経機能も改善されました。

現在、科学者は人間を対象とした大規模な臨床試験を行っていません。しかし、ナノチップの製造方法がオープンソースになれば、多くのバイオハッカーの関心を引くことは間違いないだろう。

その時、どんな魔法のような発見がなされるか、楽しみに待ちましょう。

参考文献:

https://www.nature.com/articles/s41596-021-00631-0

執筆者: 劉芳

編集者: HS

レイアウト: 李雪偉

出典: アカデミックヘッドライン