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、化学抗体とも呼ばれ、リガンド指数関数的濃縮システム進化（SELEX）法を用いたin vitro selex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塩基で構成されています。

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、合成が簡単で、修飾が容易であり、合成と応用の面で一般的に使用され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、さまざまな力を介して標的に特異的に結合することができ、一般的に、水素結合、静電気力、疎水性相互作用などを介して、さまざまな立体配座（ヘアピン、凹凸、擬似ねじれなど）に基づく小分子と相互作用します。核酸アプタマーには、標的に応じて、DNAアプタマー、RNAアプタマー、タンパク質アプタマー、および細胞膜アプタマーが含まれます。

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、およびアプタマー識別分析サービスで構成されます。

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体外で化学的に合成し、標的物質と混合し、混合物中に標的物質と核酸の複合体を存在させ、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単離し、その核酸分子を鋳型として次のスクリーニングのためのPCR増幅を行うというものである。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して低親和性または中程度の親和性を持つDNAまたはRNA分子が洗い流され、標的物質に対して高親和性を持つ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、SELEXプロセスとともに純度が高まり、最終的にライブラリーの大部分を占めるようになる。

技術プロセスの要点

核酸アプタマーのSelexスクリーニングプロセスは、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は、ライブラリ容量が大きく、その大きな利点は多様性です。理論上、オリゴヌクレオチド内のランダム配列がn塩基の場合、ライブラリ容量は4nとなります。人工的に改変されたライブラリを考慮すると、ランダム配列の多様性はさらに高まります。現在、SELEX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、ライブラリ容量は最大10^18に達します。ライブラリ容量は、高親和性リガンドのSelexスクリーニングにおいて非常に重要です。しかし、合成ライブラリ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内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Selexスクリーニングの確率が低下します。一般的に、Selexスクリーニングの第1ラウンドにおけるライブラリ容量は10^13～10^15程度で、実用的なニーズを満たすことができます。

図1 SELEX技術プロセス

核酸アプタマーの利点

利点	詳細
直接	従来の動物実験のプロセスを回避し、in vitro ライブラリから直接選択することで、非免疫原性、低免疫原性、さらには毒性のあるターゲット分子のアプタマーをセレックススクリーニングします。
幅広い用途	対象となる分子としては、有機染料、アミノ酸、タンパク質、抗生物質、ペプチド、ビタミン、薬物、さらには細胞、病原体、ウイルス、組織などが挙げられます。
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します。
安定性	アプタマーはサイズが小さく、入手しやすく、合成再現性が高く、化学合成や修飾によって安定性を高めることができます。アプタマーは化学的に安定しており、保存期間が長く、室温で輸送可能です。

// 核酸アプタマーの応用 //

01/

臨床医学：標的腫瘍治療、癌診断技術

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02/

分析試験分野：有機汚染物質の検出、小分子薬物の検出、食品媒介性病原体の検出

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識別し、次に核酸アプタマーに結合させて特性評価した後、結合パッドにスプレーします。次に、検出する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使用してテストストリップを調製し、陰性実験と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、アプタマーを認識素子として用い、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。信号変換は、電気化学、光学、温度、圧電、磁気、マイクロメカニカル、あるいはこれらの技術の組み合わせによって行われます。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、感度に優れています。これらの利点により、実際のサンプルへの適用が容易になり、開発の見通しも良好です。