アプタマー合成プラットフォーム

核酸アプタマー入門

核酸アプタマーは、アプタマー複合体や化学抗体とも呼ばれ、リガンド指数濃縮システム進化（SELEX）法を用いたin vitroセレックススクリーニングによって得られます。これは、標的分子に特異的かつ効率的に結合する一本鎖デオキシリボ核酸（ssDNA）またはリボ核酸（RNA）であり、通常20～80塩基から構成されます。

試験管内スクリーニングによって得られる核酸アプタマーは、構造的に安定しており、合成が容易で、修飾も容易であり、合成と応用の面で一般的に使用されている生物由来の抗体よりも優れています。さらに、核酸アプタマーは、さまざまな力によって標的に特異的に結合することができ、一般的には、水素結合、静電相互作用、疎水性相互作用などを介して、幅広い立体構造（例えば、ヘアピン、凹凸、擬似ねじれなど）を持つ小分子と相互作用します。標的に応じて、核酸アプタマーには、DNAアプタマー、RNAアプタマー、タンパク質アプタマー、細胞膜アプタマーなどがあります。

Alpha Lifetechのアプタマー合成プラットフォームは、主にSELEXアプタマーライブラリー合成サービスとアプタマー（DNA、RNA、またはXNA）開発サービス、および下流のアプタマースクリーニング、アプタマー最適化、アプタマー同定分析サービスから構成されています。

アプタマー合成の技術的プロセス

基本原理と技術プロセス

核酸アプタマー合成技術のプロセスは、一本鎖オリゴヌクレオチドのライブラリーを試験管内で化学合成し、標的物質と混合して、標的物質と核酸の複合体を形成させ、標的物質に結合しない核酸を洗い流し、標的物質に結合する核酸分子を分離し、これらの核酸分子を鋳型としてPCR増幅を行い、次のスクリーニングラウンドを実施するというものです。SELEXスクリーニングと増幅を繰り返すことで、標的物質に結合しない、または標的物質に対する親和性が低い、あるいは中程度のDNAまたはRNA分子が洗い流され、標的物質に対する親和性が高いDNAまたはRNAであるアプタマーが、非常に大きなランダムライブラリーから分離されます。SELEXプロセスが進むにつれてアプタマーの純度は向上し、最終的にはライブラリーの大部分を占めるようになります。

技術プロセスの要点

核酸アプタマーのセレックススクリーニングのプロセスは、化学合成されたランダムオリゴヌクレオチドライブラリーの構築から始まります。ランダムオリゴヌクレオチドライブラリーは、ライブラリー容量が大きく、多様性が高いことが大きな利点です。理論的には、オリゴヌクレオチドのランダム配列がn塩基から構成される場合、ライブラリー容量は4nとなります。人工修飾ライブラリーを考慮すると、ランダム配列の多様性がさらに高まります。現在、セレックス実験で一般的に使用されるオリゴヌクレオチドのランダム配列の長さは一般的に30塩基であり、ライブラリー容量は10^18にも達します。ライブラリー容量は、高親和性リガンドのセレックススクリーニングにとって非常に重要です。しかし、合成ライブラリーの濃度は一定であるため、ランダム配列が長すぎると、ライブラリー中の各オリゴヌクレオチドの存在量が減少し、特定のアプタマーのセレックススクリーニングの確率が低下します。一般的に、セレックススクリーニングの第1ラウンドでは、10^13～10^15のライブラリー容量で実用上のニーズを満たすことができます。

図1 SELEXの技術プロセス

核酸アプタマーの利点

利点	詳細
直接	従来の動物実験という手法を避け、試験管内ライブラリーから直接選択する。非免疫原性、低免疫原性、あるいは毒性のある標的分子のアプタマーをセレックススクリーニングによって探索する。
幅広い用途	標的分子としては、有機色素、アミノ酸、タンパク質、抗生物質、ペプチド、ビタミン、医薬品、さらには細胞、病原体、ウイルス、組織などが挙げられる。
強い親和性	アプタマーは、標的分子のin vitroスクリーニングにおいて高い特異性と親和性を示す。
安定性	アプタマーはサイズが小さく、入手が容易で、合成の再現性が高く、化学合成や修飾によって安定性を向上させることができます。アプタマーは化学的に安定しており、長期保存が可能で、室温で輸送できます。

// 核酸アプタマーの応用 //

01/

臨床医学：標的腫瘍療法、がん診断技術

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02/

分析試験分野：有機汚染物質の検出、低分子医薬品の検出、食中毒菌の検出

この分野では、核酸アプタマー合成技術をコロイド金免疫クロマトグラフィーと組み合わせて使用します。まずコロイド金を調製して品質を確認し、次に核酸アプタマーに結合させて特性評価を行い、結合パッドに噴霧します。そして、検出対象のポリクローナル抗体を検出ラインとして、核酸アプタマーの相補配列を品質管理ラインとして用いてテストストリップを作成し、陰性および陽性実験の結果に基づいて標的物質の存在を分析します。

03/

生物学分野：バイオセンサーの開発

核酸アプタマーセンサーは、アプタマーを認識要素として用い、標的物質を認識し、その認識結果を測定可能な信号に変換します。信号変換には、電気化学的、光学的、温度的、圧電的、磁気的、マイクロメカニカルな手法、またはこれらの技術の組み合わせが用いられます。既存の検出方法と比較して、核酸アプタマーベースのセンサーは一般的に操作が容易で、特異性、応答性、感度に優れており、これらの利点により実試料への適用が容易で、今後の発展が期待されます。