와세다대학의 미야케 나오오 교수 등과 이화학연구소 미카와무 전임 연구원들은 여러 단백질을 세포 내에 고효율·고생존율로 도입할 수 있는 나노주사기를 개발했다.
본 연구그룹은 지금까지 도전성 고분자와 금속으로 이루어진 복합 나노튜브 시트를 개발하고, 이 나노튜브를 세포에 침입함으로써 물질을 세포에 전달할 수 있는 "나노주사기"를 개발해 왔다.
이번 연구에서는 이 나노주사기를 개량함으로써 지금까지 세포 내에 전달하기 어려웠던 단백질을 세포 내에 고효율·고생존율로 도입할 수 있도록 하였다.
개발한 기술을 이용하여, 락트산옥시다아제 효소(LOx)를 정상세포와 암세포에 도입하는 실험을 실시하였다. 도입 효율은 모두 95% 이상을 나타냈다. 정상세포에서는 100% 이상의 생존율을 보이는 한편, 암세포내는 젖산농도가 정상세포의 10배 정도 높기 때문에 LOx를 도입하면 효소반응에 의해 과산화수소(강력한 산화제)가 생성된다. , 암세포는 사멸하는 것을 확인했다. LOx를 세포내에 전달하지 않는 조건에서는 24시간 후에 암세포는 33% 남아 있지만, LOx가 세포내로 전달된 경우에는 3%까지 사멸했다고 한다.
또한, 나노주사기를 이용하여 안정동위체 표지 단백질(유비퀴틴)을 세포내 도입하고, 핵자기공명분광측정법(NMR법)을 이용한 NMR 해석도 시도했다. NMR 해석에는 고농도의 단백질이 도입된 세포가 107개(1,000만개) 정도 필요하지만, 나노주사기 시스템에 의해 그 이상의 1.8×107 XNUMX 개의 세포에 유비퀴틴을 도입하여 NMR 해석 에의 응용이 가능하다는 것을 실증했다고 한다.
이와 같이, 본 기술에서는 재생의료 분야에서 취급하는데 필요한 세포수인 1,000만개 이상의 세포에 대해서 도입 효율 89.9%, 세포 생존율 97.1%로 임의의 기능성 단백질을 도입 가능하다 확실했다고 한다.
앞으로는 이 기술을 이용하여 세포기능변형(다이렉트리프로그래밍) 혹은 살아있는 세포 중의 생체분자를 해석하는 수법인 세포내 기능해석(In-cell NMR)의 개발에 임할 것 외에 동물성 세포 이외의 세포(식물, 효모, 유산균 등)로의 전개도 예상하고 있다고 한다.
