現代医学における最大の課題の一つは診断である。これは、がんにおいて特に重要であり、早期発見によって生存率が大幅に向上しうる。
利用可能な設備の整った研究室と信頼性の高い技術があっても、診断は十分に困難である。しかし、冷蔵設備といった基本的なインフラさえ利用できない可能性がある発展途上国では、どうなるのだろうか。
平均すると、 発展途上国の70%の人々は 治療がもはや効果を持たなくなる段階に至るまで診断を受けられていない。その結果、簡便で正確な診断技術を開発しようとする大規模な国際的な取り組みが進められている。
初期のがん診断に関する研究の多くは、 バイオマーカーに焦点を当ててきた。これらは分子、細胞、あるいはその他の測定可能な生物学的特徴であり、疾患を検出する客観的な方法として利用できる。バイオマーカーは、患者が自覚する症状に依存しないため特に有用である。その症状は曖昧であったり、病気がかなり進行するまで現れなかったりする場合がある。
糖タンパク質
がん（そして実際には他の多くの疾患）を検出するうえで、有用なバイオマーカーの一群は、 糖タンパク質である。これらの分子は、一つ以上の炭水化物鎖（糖鎖）に結合したタンパク質である。血液、粘液、唾液、さらには精子にも存在し、疾患の兆候となりうる。適切な検出装置が開発されれば、たとえば血液や尿といった簡単な検体だけで、がんを初期段階で検出できる可能性がある。
重要なことに、糖タンパク質の生物学的機能はその化学構造に依存する。疾患診断においてさらに重要なのは、糖タンパク質の化学構造が疾患によって変化しうるという点である。このため、特定の疾患を正確に検出するための標的として理想的である。
この有望性にもかかわらず、現在、糖タンパク質を用いたがん診断には大きな問題が2つある。1つ目は技術面の問題である。既存の方法は、抗体を用いて 糖タンパク質を検出している。抗体は免疫系によって作られる大型のタンパク質である。機器に使用するために抗体を作製することは可能だが、困難を伴う。また、一般に冷蔵保存が必要であり、紫外線によって容易に分解される。
2つ目の問題は精度である。現在の検出方法は、がん患者の多くが高いレベルの糖タンパク質を産生するという事実に依存している。しかし、健康な人の中にも、特定の糖タンパク質を自然に高いレベルで持つ人がいることは考慮されていない。また、一部のがん患者では、糖タンパク質のレベルが異常に低い場合もある。したがって、抗体を用いた糖タンパク質レベルの検出は、多数の偽陽性および偽陰性の結果を招きかねない。これは患者にとって心理的負担となるうえ、健康な人がさらなる検査や不要な治療に回された場合、重要な資源の浪費にもつながりうる。
がん早期診断を世界中で利用可能にするためには、輸送および保存が容易な新技術が必要である。また、正確性の大幅な向上も必要である。
バーミンガム大学の研究者たちは 、 これら両方の問題を解決しうる巧妙な化学的手法を考案している。チームは問題に別の角度からアプローチした。単に糖タンパク質のレベルを検出するのではなく、特定の疾患に対応する特定の糖タンパク質を同定できる方法を開発した。その際、糖タンパク質の形状と、特有の化学的な「指紋」の両方を検出している。
錠と鍵
この手法は、疾患バイオマーカー（ここでは前立腺がんに関連する糖タンパク質）を取り上げ、それを本質的に型取りするものである。前立腺がんの糖タンパク質は表面に固定され、その周囲に検出用分子が組み上げられる。糖タンパク質が取り除かれると、完全な化学的な「鋳型」が残る。研究グループは本質的に錠前を作製したことになり、適合する唯一の鍵は前立腺がんの特定の糖タンパク質である。他の糖タンパク質もサイズは適合するかもしれないが、錠の内部にある非常に特異的な分子には結合できない。
この新たな研究は、迅速かつ正確ながん診断への道を開く可能性がある。特に注目すべきは、本手法が抗体に依存しないことである。つまり特別な保存条件が不要であり、途上国における早期がん診断に大きな違いをもたらしうる。
本研究のもう一つの注目点は、他の疾患を診断する可能性である。研究チームが用いた前立腺がんの糖タンパク質は、単なる鋳型にすぎない。理論上は、どの糖タンパク質を用いても装置を作製できるはずである。これにより、がんだけでなく、免疫不全、神経変性疾患、心血管疾患など、検出したい疾患に応じて技術を適応させることが可能になる。
本記事はもともと The Conversationに掲載されたものです。原文は 原記事でご覧いただけます。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持していることを意味するものではありません。
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著者： Zoe Schnepp は、化学分野のリサーチフェローで、所属は バーミンガム大学。
画像：研究者がタンパク質サンプルを抽出している様子。REUTERS/Francois Lenoir.
