自宅でできるメラノーマ検査：生検に代わるマイクロニードルパッチ

ミシガン大学の研究者らによると、将来的には、自宅で行われるCOVID-19の検査と同様に、皮膚パッチと2本の線が入った試験紙を使って、自宅でメラノーマの検査ができるようになるかもしれない。

微細な星形の針が付いた新しいシリコンパッチ「ExoPatch」は、マウスの黒色腫と健康な皮膚を区別できるようになった。

このパッチアンドテストは、自宅で迅速に黒色腫を検査するための第一歩であり、生検や採血をせずに、患者が最も悪性の皮膚がんを早期に発見するのに役立つ。

「星型の針は穿刺を容易にし、痛みも軽減しますが、非常に小さいため、皮膚の最上層である表皮にしか刺さらず、血管には刺さりません」とミシガン大学の化学工学教授で、バイオセンサーとバイオエレクトロニクス
誌に掲載された研究論文の共著者であるスニタ・ナグラス氏は述べた。

長さわずか0.6mm、先端の幅が100ナノメートル（0.0001mm）未満のExoPatchマイクロニードルは、表皮の細胞間の空間を満たす間質液からエクソソーム（細胞から分泌される小さな泡）を捕捉するゲルでコーティングされています。

これまで、エクソソームは細胞が廃棄するために排出する単なる「ゴミ」と考えられていました。しかし実際には、細胞がシグナル伝達に用いるDNAとRNAの断片が含まれています。がん細胞のエクソソームは、腫瘍細胞が到達する前に組織が受け入れやすいように準備することで、腫瘍の拡散を助ける可能性があります。これらのエクソソームを検出することで、既存の方法よりも早期にがんを検出できる可能性があります。

ExoPatchを覆うゲルには、アネキシンVと呼ばれるタンパク質が含まれており、これがエクソソームを引き寄せ、マイクロニードルの表面に付着させます。パッチを皮膚から剥がした後、酸に浸すとゲルが溶解し、エクソソームが溶液中に放出されます。次に、テストストリップを溶液に浸します。

• サンプルにメラノーマエクソソームが含まれている場合、2つのバンドが現れます。

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  そうでない場合は、 COVID-19 検査の場合と同様に、ストリップが 1 つあります。

「色白でほくろのある人は、がんかどうかを調べるために6ヶ月ごとに医師の診察を受け、生検を受ける必要があります。
この検査なら自宅で検査でき、すぐに結果が出ます。陽性であれば皮膚科医の診察を受けることができます」と
ナグラス氏は言います。

研究者たちは、この概念を実証する第一歩として、ヒトの皮膚と厚さと組成が類似する豚の組織サンプルでExoPatchを試験した。顕微鏡を用いた観察の結果、マイクロニードルが皮膚に約350～600ナノメートルまで浸透していることがわかった。ちなみに、ヒトの前腕の表皮の厚さは約18,300ナノメートルである。

ExoPatchが皮膚からメラノーマエクソソームを捕捉できるかどうかを検証するため、研究チームはマウスの皮膚サンプルを試験した。サンプルの半分は健康なマウスから、残りの半分はヒトメラノーマ腫瘍の一部を注入したマウスから採取した。塗布後15分後、ExoPatchを高倍率顕微鏡で観察した。

「顕微鏡画像を見たとき、エクソソームがマイクロニードルにしっかりと付着していること、そして予想通り30～150ナノメートルの大きさであることがわかり、嬉しく思いました」と
、ミシガン大学化学工学科の大学院生で、この研究の共著者であるスコット・スミス氏は述べた。

エクソソームがExoPatchに付着していることを確認した後、研究者らはゲルを溶解し、サンプルをテストストリップに通しました。この検査により、メラノーマサンプルと健常組織を区別することに成功しました。2枚目のストリップの強度はメラノーマサンプルで3.5倍も高くなりました。

ExoPatch は、健康な組織と比較して、黒色腫のサンプルから 11.5 倍多くのエクソソームタンパク質を回収し、がんエクソソームを選択的に捕捉する能力があることを実証しました。

次のステップは、ヒトを対象としたパイロットスタディであり、その後、この技術を実用化するための臨床試験が行われます。ExoPatchゲルコーティングは、メラノーマに加えて、肺がん、乳がん、大腸がん、前立腺がん、脳腫瘍など、固形腫瘍に関連する他のがんから分泌されるエクソソームを検出できるように改変することも可能です。

「これは、皮下液から疾患特異的なエクソソームを捕捉するように設計された初のパッチです。
このアプローチの可能性は非常に大きいです」と
ナグラス氏は述べた。