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[交流] 用胶体金微粒子进行前列腺癌检测，通过纳米技术改进检测方法已有1人参与

用胶体金微粒子进行前列腺癌检测，通过纳米技术改进检测方法

2011/06/28 00:00

　　人体内的癌细胞一旦恶化，就会释放出许多被称为“肿瘤标志物”的特定物质。调查这种肿瘤标志物的浓度后，有助于判断癌症是否恶化以及恶化的程度。大型引线键合厂商田中贵金属工业利用金（Au）微粒子的制造及表面处理技术，开发出了仅用15分钟即能判断出结果的高精度前列腺癌诊断试剂盒。

　　田中贵金属工业（总部：东京）2010年9月宣布，开发出了使用直径约60nm的金（Au）微粒子的“前列腺癌诊断试剂盒”。该公司近几年为进军诊断试剂领域一直在推进研发。此前已经开发出过流感病毒诊断试剂盒等，该公司技术开发部门平塚科技中心医疗部总经理兼开发小组负责人岩本久彦神情豪迈地表示，“此次的产品是有望全面改进以往检测方法的新技术”。

　　此次开发的技术的关键是使纳米级Au微粒子分散到胶体（＊1 胶体金）中的制造及表面处理技术（图1）。田中贵金属工业是全球最大的Au引线键合厂商，在使用Au的技术方面积累了众多技术。贵金属胶体的制造及表面处理技术是制造各种催化剂及金膏时所需的核心技术。对此，岩本自信地表示，“在全球一直处于领先地位”。

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[/td][/tr][tr][td]图1：制造大小及形状均匀的Au微粒子
图像中的Au微粒子直径分别为5nm、20nm、40nm及60nm，均可在5n～150nm范围内分别制造。左下方比例尺的长度均为50nm。[/td][/tr][/table]＊1 胶体是指微粒子及细小液滴等分散到液体及气体中的状态。利用胶体制造的Au微粒子大多被称为胶体金。

可简便地检测

　　田中贵金属工业开发的诊断试剂盒采用了名为“免疫层析法”的方法，这并不是新方法。比如，目前市面上销售的利用尿液检测是否怀孕的怀孕检查药物就使用了该方法。但用于检测前列腺癌时，其灵敏度较低，在初筛诊断等中，只有极少一部分使用了该方法。目前的主流方法是专家使用专用装置进行检测的“ELISA法”。

　　免疫层析法与ELISA法均通过测量肿瘤标志物的浓度来诊断是否患有前列腺癌。如果患有前列腺癌，血液中的PSA（Prostate Specific Antigen，前列腺特异性抗原）会增加。能够检测出肿瘤标志物PSA，就有助于诊断是否患有前列腺癌＊2。

＊2 通过PSA进行的肿瘤标志物检查，主要要求2种灵敏度。即使健康的人前列腺也会释放PSA，因此在诊断等筛查时会出现4～10ng/mL的诊断灰区（Gray Zone）。如果利用此前的免疫层析法，检测范围限制在4ng/mL左右。另一方面，动过前列腺癌手术摘除前列腺的患者因为PSA释放量减少，所以即使是0.2ng/mL也存在癌症复发的危险性。此次的开发技术还支持需要检测更低浓度的复发检查。

两种方法的检测时间比较如下表所示。ELISA法是免疫检测中比较简单的方法，但要使用专用装置，因此需要接受过专业教育及训练的操作者才能进行。由于可同时进行大量血样检测，因此该方法主要面向血液检测中心及大型医院。不过，检测时间需要3小时左右，如果接受检测的人较多时，患者为了接受检测和听取检测结果，必须去两次医院。

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　　免疫层析法只需在诊断试剂盒中滴入血液和显影剂，无需特殊的技能（图2）。普通的开业医师和护士就可进行诊断。并且只需15分钟就能知道结果，因此诊断一次就能知晓检测结果。如果法律上允许，患者也可在家中自我检测。这样还可以大幅降低检测成本。不过，如上所述，其灵敏度较低。因此，Au微粒子的制造及表面处理技术在此就派上了用场。这是因为灵活运用Au微粒子，可大幅提高免疫层析法的灵敏度。

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[/td][/tr][tr][td]图2：滴入血液及血清检测
只需滴入含有PSA的血样（血液、血浆及血清）及显影剂便可检测。照片为滴入掺有血清和显影剂的样本时的情景。也可不掺杂依次滴入。[/td][/tr][/table]均一的Au微粒子不可或缺

　　诊断试剂盒在特定场所滴入血样（血液、血浆及血清）等之后，这些血样会利用毛细管现象渐渐进入多孔膜中。血样中如果含有0.2ng/mL以上的PSA，检测线（最初的线）会变成红色，这样便可确诊（图3，4）。

　　PSA如同前列腺特异性抗原这个名字所表述的那样，是抗原的一种，因此会与特定的抗体结合（抗原抗体反应）。Au微粒子的第一个作用是固定与PSA结合的抗体（在此以抗体A表示）。如果PSA与抗体A完全结合，PSA的浓度即使很低也可确切检测出来。因此，让众多的抗体固化在Au微粒子表面对提高灵敏度是不可或缺的。

　　为此，首先必须不掺杂无法与抗体固化的小直径Au微粒子。具体指Au微粒子的直径需要达到20nm以上。

　　Au微粒子可在水溶液中还原Au化合物，在保持胶体状态稳定的同时进行制造，并在胶体状态下提供使用。田中贵金属工业拥有在直径一致的状态下制造直径5n～150nm的Au微粒子的技术。用于此次诊断试剂盒的Au微粒子的直径约为60nm，几乎不含20nm以下的Au微粒子。

　另外，通过化学处理Au微粒子的表面，出现了一种类似“胡须”的物质。因为抗体的反应位置是发生在Y字状的二个分叉部分，因此该部分朝向外侧容易发生反应。而胡须的根部为Y字状，并可使两个分叉朝向外侧。在这一化学表面处理中，除了田中贵金属工业拥有的Au微粒子制造技术之外，还新追加了生物化学方面的知识。此次的新前列腺癌诊断试剂盒开发成功关键在于，在该公司于工业领域积累的Au微粒子技术中追加了生物化学技术。

图3：显示红色后通知
PSA浓度较高时，会出现2条红线（里面）。靠近右下方滴入口的浅红色线被称为检测线，可利用该线检测出PSA。离滴入口较远的线名为对照线，在进行正常检查时，通常会变成深红色。
　　这些PSA与抗体A及Au微粒子结合形成的复合体会进入多孔膜中，最终到达检测线（图4）。检测线上已事先固定了抗体B。因该抗体B也会与PSA反应进行结合，所以PSA、抗体A及Au微粒子的复合体会被抗体B固定在检测线上。

　　Au微粒子此时会发挥其第二个作用。利用等离子体效果显示颜色。该效果是指Au及银（Ag）纳米级微粒子中的自由电子与光产生共振来吸收特定波长光的现象。Au的纳米微粒子会吸收绿色的光，因此会看到它的补色——红色。吸收的波长根据粒子的形状而改变，因此Au微粒子的形状几乎呈圆球状，这样可使红色更加鲜亮。鲜亮的红色对比度较高，因此可进一步提高灵敏度。

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[/td][/tr][tr][td]图4：PSA检测的运行机制
滴入的抗原（PSA）与固定抗体的Au微粒子结合后，进入多孔膜中，测试线会因此变成红色。未与抗原结合的抗体固定Au微粒子会进一步进入，在对照线处与抗体C结合，从而变成红色。利用对照线变色可确认此次检测是否正确。[/td][/tr][/table]

　　关于高效发挥Au微粒子等离子体效果的方法，田中贵金属工业得到了大阪大学研究生院工学研究科教授民谷荣一的协助。

可用血液检查

此次开发的诊断试剂盒的另一个特点是，可直接使用血液作为血样。在其他检测中已实现实用化的免疫层析法基本上都是使用血清作为血样进行检查（诊断流感病毒时还使用鼻涕等）。使用血清需要进行前处理，在没有相关设备的诊疗所及家中等地就无法进行检测＊3。

＊3 如果是血液，因备有可简单采集血液的器具，如果法律上允许，便可在家中进行检测。

　　新开发的诊断试剂盒可使用血液是因为该产品控制了红血球的破裂。利用免疫层析法检查时，为了使血样顺利移动到多孔膜中，在显影剂中添加了表面活性剂。表面活性剂具有溶解红血球细胞膜的作用，因此血红蛋白就会溶解出来后，整个诊断试剂盒会呈鲜红色（图5）。这样就无法进行检测，因此要使用除去红血球的血清。

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[/td][/tr][tr][td]图5：红血球破裂成问题所在
如果以血液作为血样，使用普通的显影剂，红血球就会破裂，无法进行检测。Au微粒子保持部利用Au微粒子的等离子体效果，看上去呈浅粉色。[/td][/tr][/table]

　　开发部结合使用两项技术解决了这一问题。首先，找到了一种不易使红血球细胞膜溶解的特殊表面活性剂。另外还结合使用了甘露醇。甘露醇是一种用于瘦身甜调味料等的糖醇，具有包住并保护红血球的作用。通过采取这两项对策，可最大限度控制红血球的破裂现象，因此可利用血液作为血样进行检测。

与合作伙伴联手开展业务

　　此次的技术如果更改抗体的话，还可用于检测其他癌症的肿瘤标志物。比如除了前列腺癌，还可用于诊断食道癌、肺癌、乳腺癌、肝癌、胃癌及大肠癌等各种癌症。其中，田中贵金属工业最初选用前列腺癌是有理由的。这是因为前列腺癌的肿瘤标志物准确度最高。

　　“关于前列腺癌的诊断，最重要的便是名为PSA的肿瘤标志物的采血。PSA是十分敏感的肿瘤标志物，基本上只能检测出前列腺是否异常”（源自国立癌症研究中心运营的“癌症信息服务”Web网站）。

　　而肺癌主要使用5种肿瘤标志物，反应为癌症的比率（阳性率）仅为17～58％1）。其中的CEA（Carcinoembryonicantigen，癌胚抗原）不仅肺癌，如果患者的大肠及胃等消化器官部分的癌症，也会大幅增加，因此很难诊断出是哪里得了癌症。而PSA只对患有前列腺癌出现反应。

　　对于田中贵金属工业来说，其实这并不是该公司首次在医疗领域开展业务。大约10年前，该公司就将铂（Pt）微粒子作为抗癌药的原料提供给制药厂商。但仅靠单一供应原料，利润几乎不增加。而此次的前列腺癌诊断试剂盒则成功地进入医疗的下游领域。

　　田中贵金属工业为了使该前列腺癌诊断试剂盒实现商品化，正在寻找在医疗器械等领域拥有销路的合作伙伴。该公司在技术方面已没有问题，目前正在向如何构建业务体制方面转移工作重点。（记者：高田宪一）

■日文原文：Auコロイドでがんを見つける、ナノ粒子の技術で検査法を革新へ

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