不可能だと思われた分光技術で50年の挫折を突破する

ラマン分光法は、歴史的に光学測定中に生きたタンパク質を損傷し、一貫性のない結果をもたらしました。 テキサスA&M大学とTEESの研究者たちは、TRIP(thermostable-Raman-interaction-profiling)という新しいアプローチを導入し、関連条件でタンパク質-リガンド相互作用に対する低濃度、低線量スクリーニングを可能にし、ラベルフリー、高度の安定性を確保します。 迅速で費用対効果の高い薬物、ワクチン、ウイルステスト、DNA分析に再現可能な測定と潜在的なアプリケーションが可能です。

試料に単色光を投射し、出てくる散乱光を観察して化学物質を分析する技術であるラマン分光法は、50年以上にわたり生医学研究者たちに挫折の原因となってきました。 光によって発生した熱は、光学測定中に生きているタンパク質をほとんど破壊し、結果が減り、繰り返すことができなくなります。 しかし、最近では、そのようなイライラは、過去の仕事になることができます。

テキサスA&M大学の量子科学・工学研究所とテキサスA&Mエンジニアリング実験ステーション(TEES)の研究者グループは、生理学的にタンパク質-リガンド相互作用を低濃度と低線量にスクリーニングできる新しい技術を開発しました。 関連条件 TRIP（Thermostable-Raman-interaction-profiling）というタイトルのこの新しいアプローチは、ラベルなしで再現性の高いラマン分光測定を提供する長い問題に対するパラダイム変換の答えです。

「タンパク質は非常に脆弱な生物学的分子であるため、特別な管理が必要です。」 Narangerel Altangerelは言った。 「表面や基質を冷却すると、タンパク質を幸せにすることができます。 レーザーで刺して必要な情報を出力できます。」

研究されたタンパク質は分子レベルにありますが、これらの発見の意味は膨大です。 ロックとキーのように、タンパク質 – リガンド相互作用は、シグナル伝達、免疫応答、遺伝子調節などのプロセスの最初のステップです。 タンパク質 – リガンド相互作用をリアルタイムで検出するTRIPの能力により、薬物およびワクチン試験のスケジュールが短縮される可能性があります。 別のアプリケーションは臨床的である可能性があり、長いテストで以下を検出できます。 ウイルス 正確な結果に基づいて、当日の処理が可能です。

「分光法の全体的なアイデアは、サンプルを準備するために最低限または全く必要ないので、すぐに診療所に移ることができるということです」と共同著者であり、生医学工学科大学教授のVladislav Yakovlev博士は言いました。 「臨床医と患者は数日から数週間の間に分析を待つ必要はありません。 このすべての答えはほぼすぐに得られます。」

TRIP技術のもう一つの利点は、テストを実行するのに必要なサンプルサイズがはるかに小さく、より低いタンパク質濃度が必要であることである。 これはテストのためのより費用対効果の高いプロセスを意味します。

Altangerelは、「私は100マイクロリットルのサンプルを3,500ドルで購入しました。その後、このサンプルを複数の人と共有する必要があり、結果として20〜30マイクロリットルのサンプルのみが残りました。」 「低濃度のサンプルを使用するとプロセスが弱くなるため、Ramanを実行するのが難しくなる小さなサンプルを使用する必要がありました。 そうしたら様々なことに挑戦することになりました」

画期的な進歩にもかかわらず、チームはTRIP方法が役に立つ可能性がある他の側面を探しています。

「後の記事では、この技術を使用してタンパク質の化学組成を特定しようとしており、それを関連するアイデアに適用できます。 DNA 分析や他の生物学的分子」とYakovlevは言った。 「通常はシーケンシングが必要ですが、TRIPを利用しているため、サンプルの準備は不要です」

「長い間、人々はこれが不可能だと思いました」とYakovlev博士は言いました。

参考文献：Narangerel Altangerel、Benjamin W. Neuman、Philip R. Hemmer、Vladislav V. Yakovlev、Navid Rajil、Zhenhuan Yi、Alexei V. Sokolov、およびMarlan O. Scullyによる「ラマン顕微鏡による標識なしの薬物相互作用スクリーニング」、 7月18日2023年、 国立科学院（National Academy of Sciences）の出版物。
DOI: 10.1073/pnas.2218826120

このプロジェクトは空軍科学研究室（AFOSR）、海軍研究室、ロバートA.ウェルチ財団、TEES、 国立保健院 テキサスA&M大学X助成プログラム。

支援チームは、量子科学と工学研究所に所属する教員と学生で構成されています。 その他の著者としては、生物学科のベンジャミン・ニューマン博士、電気工学およびコンピュータ工学科のフィリップ・ヘマー博士、ナビッド・ラジル、鎮huan Yi博士、アレクセイ・ソコロフ博士、研究所の上級研究者であるMarlan Scully博士がある。 量子科学と工学。 Sofi Bin-Salamon博士はAFOSRのプログラムディレクターとして働いていました。