第一次世界大戦中のインフルエンザの流行、2010年代の中東呼吸器症候群コロナウイルス（MERS-CoV）の流行、そして近年のCOVID-19パンデミックは、伝染性のあるウイルス性呼吸器疾患が人類の歴史の中で頻繁に出現することを明らかにしました。人口密度の増加、交通機関での密接な接触、およびコネクティビティの向上により、このようなウイルス感染の拡散率が著しく増加しています。ウイルスの伝播と大規模な感染を最小限に抑えるためには、ウイルスを検出し、特定することができる迅速な診断テストが感染した患者の効果的な隔離と治療に不可欠です。
近年、ウイルス検出の診断ツールとして蛍光ラテラルフローイムノアッセイ（fluorescence-based lateral flow immunoassay : LFI）が人気を集めています。これは、ウイルス量が存在する特殊な照明条件下で発光する分子を使用する迅速なウイルス検出プラットフォームです。しかし、検出感度に関連するいくつかの問題により、この検出プラットフォームの性能は限定されています。最近の研究では、韓国の光州科学技術院（GIST）の化学科のミンゴン・キム教授（Min-Gon Kim）が率いる研究チームが、複雑な診断用ラボ機器を必要とせずに、インフルエンザウイルスタンパク質を正確かつ迅速に検出できる金ナノロッド（GNR）ベースのプローブで強化されたこれらの蛍光ベースのLFIsを実証しました。
この研究は、2023年9月12日にACS Nano誌に掲載されました。この論文のタイトルは「金ナノロッドでコーティングされた中孔性シリカの蛍光増強プラズモニックアプローチによるインフルエンザAウイルス検出のための高感度側流免疫センサー（Plasmonic Approach to Fluorescence Enhancement of Mesoporous Silica-Coated Gold Nanorods for Highly Sensitive Influenza A Virus Detection Using Lateral Flow Immunosensor）」です。
この目的のために、チームはLFIプラットフォーム用のCy5-mSiO2@GNRプローブを開発しました。これらのプローブは、GNRコア、中孔性シリカシェル（mSiO2）、そして蛍光分子シアニン5（Cy5）から構成されています。この新しいバイオセンシングシステムは、蛍光ベースのLFIに関連する一般的な問題、例えばフルオロフォアの光漂白や低い量子収率などを、金属増強蛍光（MEF）を利用することで克服します。
「我々が開発したプラットフォームは、金属ナノ粒子の近傍での光-物質相互作用がプラズモン効果を生じさせ、強い蛍光を生み出す現象を利用しています。この効果を決定する主要な要因は、MEFシステム内の金属と蛍光体の距離とスペクトルオーバーラップです」とキム教授は説明します。
チームは次に、Cy5-mSiO2@GNRプローブを一連の理論的および実験的テストにかけ、mSiO2シェルの厚さを調整することでGNRとCy5の間の距離に基づく蛍光の挙動を調査しました。彼らは、シェルの最適な厚さとして10.3 nmを見出し、それに応じてMEFシステムの形態条件を設定し、強化された蛍光効果を達成しました。
さらに、インフルエンザAウイルス（IAV）の検出のためにMEFプローブをLFIプラットフォームに組み込むことにより、その適用可能性を実証しました。改善された蛍光のおかげで、MEF-LFIシステムは非常に低い濃度の1.85 pfu mL-1でIAVを20分以内に検出することができました。また、MERS-CoVやCOVID-19ウイルスなど他のウイルスが存在しても、IAVに対して高い特異性を示しました。さらに、このバイオセンシングシステムは、99％以上の驚異的な精度で臨床患者サンプルからIAVを同定することができました。
キム教授は、このプラットフォームの将来的な可能性を強調し、「この研究の発見は、ヘルスケアにおける迅速な検査を変革するだけでなく、その範囲を他の生物分子診断にも拡大することができ、最終的には人々の生活の質を向上させることを目的としています」と付け加えました。
新しいCy5-mSiO2@GNRベースのLFIプラットフォームは、確かにIAVや他のウイルスの早期検出およびスクリーニングにおいて強力なポイントオブケア診断ツールとなることができます。緊急時でも使用可能です。
光州科学技術院（GIST）について
光州科学技術院（GIST）は、韓国の光州に位置する研究指向型の大学です。1993年に設立されたGISTは、韓国で最も名門の学校の一つとなっています。この大学は、科学技術の進歩を促進し、国際的および国内的な研究プログラム間の協力を促進するための強力な研究環境を作り出すことを目指しています。"A Proud Creator of Future Science and Technology"（未来の科学技術の誇り高き創造者）というモットーのもと、GISTは韓国で一貫して最高の大学ランキングを受けています。
ミンゴン・キム教授について
ミンゴン・キム教授（Min-Gon Kim）は、GISTの化学科の教授です。彼の研究は現在、早期疾患診断とモニタリングにおいて感度が高く正確な検出性能を示す次世代バイオセンサーの開発に焦点を当てています。キム教授と彼のチームは、免疫アッセイと分子診断に基づく新しい検出プラットフォームの設計と、バイオセンシングアプリケーション用の効果的なターゲットプローブの合成に取り組んでいます。
