ナノゴールドが15分で病気を検知：NasREDが血液一滴中の数百の分子を読み取る

ACS Nano誌は、NasRED（ナノ粒子支援型迅速電子検出）と呼ばれる携帯型診断検査について発表しました。この検査は、金ナノ粒子と電気光学的読み取りを用いて、サブフェムトモル/アトモルレベルという超低濃度の感染抗原と抗体を検出します。COVID-19の検査では、他の感染症との正確な識別が示され、応答時間は約15分、検査費用は約2ドルでした。著者らによると、感度はELISAの約3000倍高く、必要なサンプル量は16分の1、結果が出るまでの時間は30倍です。

背景

• なぜPoC診断が再び重要になり、その成功をどのように測定するのか。実際の現場では、 ASSURED/REASSURED基準を満たすPOC検査（オンサイト、迅速、安価）が求められています。ASSURED/REASSURED基準とは、手頃な価格、高感度、特異性、ユーザーフレンドリー、迅速/堅牢、機器不要/シンプル、デリバリーに加え、リアルタイム接続とサンプル採取の容易さです。ほとんどの「家庭用」検査は、これらの基準、特に「S」、つまり感度を全て網羅しているわけではありません。そのため、検査室を必要とせずに検査室レベルの感度を提供する方法の開発が急務となっています。
• 古典が行き詰まるところ。
  • LAT ストリップ (抗原検査) は迅速で安価ですが、PCR に対する感度は中程度で、ウイルス量や病気の期間に大きく依存します。最も優れたキットでも、「検査室」の感度に達しないことがよくあります。
  • ELISAは正確ですが、試薬、洗浄機／リーダー、インキュベーション（数時間と実験室での作業）が必要です。既存の「強化版」は閾値を下げていますが、プロトコルが複雑になるという欠点があります。現場でのスクリーニングにおいては、これらが障壁となります。
• なぜ金ナノ粒子なのか？ AuNPはバイオセンサーの主力製品です。顕著なプラズモニック応答（凝集時または環境変化時に吸収／散乱が変化）、タンパク質／アプタマー結合に適した表面化学特性、そして優れた安定性を備えています。これにより、「分析対象分子 ↔ ナノ粒子」のリンクを複雑な光学系を必要とせずに光／電子信号に変換する検査の構築が可能になります。
• 電気／光電子的読み出しによる前進。PoCの鍵は検出の簡素化です。大型の分光光度計の代わりに、LEDとシンプルな光センサー／電子回路を用い、標的への結合に伴う官能化ナノ粒子の透明度／散乱、あるいは「沈降」の変化を読み取ります。このような手法は、低い検出限界を維持しながら、広いダイナミックレンジと高速応答時間を実現します。NasREDはまさにこの点に当てはまります。
• 抗原と抗体の両方を観察できることがなぜ重要なのでしょうか？感染の段階によって、標的によって得られる情報が異なることがあります。例えば、初期の活動性感染には抗原、過去または現在の感染とセロコンバージョン、あるいは免疫応答の評価には抗体が有用です。抗原から抗体へ（そしてその逆へ）モジュール式に「再評価」できるプラットフォームは、新たな病原体やタスクへの対応をより迅速にスケールアップできます。
• この記事の文脈。SARS-CoV-2のデモンストレーションにおいて、NasREDは微量（約6µl）からフェムトモル濃度未満の抗原／抗体を約15分で検出し、COVID-19を他の感染症と正確に識別できることを実証しました。このプラットフォームは、毒素や腫瘍マーカーなどにも適応可能であるとされています。これにより、「ストリップ」と実験室での感度と速度のギャップが埋まります。その結果、低有病率および低資源環境における早期検出の可能性が生まれます。
• しかし、過敏症にはリスクも伴います。閾値が低いほど、純度、交差反応の制御、偽陽性の管理に対する要件は厳しくなります。そのため、プラットフォーム上の新たな「ターゲット」ごとに、マトリックス効果（血液、唾液、鼻咽頭）に関する個別の臨床検証とストレステスト、そして実際のサプライチェーンにおける消耗品の安定性試験が必要となります。
• なぜこれが検査の進化における論理的な方向性なのか。この分野では既にピコモル単位の障壁を「突破」する方法（デジタルELISA、拡張LFフォーマット）が確立されているが、多くの場合、高価な機器や複雑なプロトコルを犠牲にしてきた。シンプルな電子読み取り機能を備えたAuNPプラットフォームは、超高感度と安価なハードウェアの融合を目指しており、まさにASSURED/REASSURED基準が求めるものと言える。

これはどのように作動しますか

• 金ナノ粒子に認識分子をコーティングし、ウイルスタンパク質の探索には抗体、患者の抗体を捕捉するにはウイルス抗原を使用します。
• これらの粒子を微量のサンプル（血液／唾液／鼻水一滴）に加えます。サンプルに標的物質が含まれている場合、ナノ粒子のほとんどは凝集してチューブの底に沈みます。標的物質が含まれていない場合、懸濁液は濁ったままです。
• この装置はLEDビームを液体の上部に照射し、電子センサーが透過光量を測定し、光量が多いほど粒子が「落下」したと判断、つまりターゲットが存在すると判断する。かさばる光学系や複雑なサンプル準備は一切不要だ。

新作では具体的に何が示されたのか

• COVID-19：NasREDは、標準検査では検出できないレベルのSARS-CoV-2抗原および抗体を確実に検出し、COVID-19を他の感染症と鑑別しました。コロナウイルス粒子全体を用いたウェットテストでは、感度はAbbott ID NOW（一般的な分子検査）と同等でしたが、スピードと簡便性において優位性がありました。
• 検出閾値：研究チームは感度をアトモルレベルまで押し上げました（プレスリリースの例：「オリンピック用プール20個分のインク一滴」）。記事のタイトルはサブフェムトモルレベルを強調しています。
• モジュール性: 同じ「空の」ナノプラットフォームを、大腸菌 (志賀毒素) から腫瘍マーカー、アルツハイマー病のタンパク質まで、他のターゲット向けに素早く再プログラムすることができます。この技術のプロトタイプは、以前に微量の血液からエボラウイルスを検出しました。

なぜこれが重要なのでしょうか?

• ラボグレードの検査を、ラボなしで実現。医療現場における喫緊のニーズは、迅速、正確、かつ低コストなPOC（ポイントオブケア）検査です。NasREDは、迅速ストリップ検査と「重厚な」ラボ検査の間のギャップを埋める技術です。検査1回あたり約2ドル、検査時間は約15分、機器とトレーニングは最小限で済みます。これは、現場の状況やリソースが限られた地域にとって非常に重要です。
• 低罹患率での早期発見。症例数が少ない場合（初期のアウトブレイク、HIV/HCVリスクグループ、ボレリア症など）、検査チェーンを立ち上げても採算が取れず、患者は検査を受けられません。超高感度PoC検査は、干し草の山から針を探すような、まさにその場での検査を可能にします。

これはどれくらい「標準より優れている」のでしょうか?

著者らは、ELISA法の約3000倍の感度、16分の1のサンプル量、30倍の応答時間という比較結果を示しています。絶対濃度では、サブマイクロリットルの数百分子を測定でき、「標準的な臨床検査法の約10万倍の感度」（研究機関発表による推定値）です。これらの数値は研究条件下でのベンチマーク値であり、外部検証が必要です。

「問題点」についてすでに明らかになっていること

• 現時点では、サンプルの準備には卓上型の小型遠心分離機/ミキサーが必要ですが、チームは小型化と自動化に取り組んでおり、完全にポケットサイズのフォーマットと、将来的には家庭でのテストを目標としています。
• 述べられている普遍性（さまざまな疾患用のモジュール）は理論上は優れていますが、臨床においては、交差反応、試薬の安定性、サプライ チェーンの品質をテストした分析対象（HIV、HCV、ボレリア症など）ごとに個別の臨床試験が必要です。

これはどこに行けばいいのでしょうか?

近い将来、NasREDはプラットフォームとなる見込みです。つまり、1つのデバイスと、目的のマーカーに対応する交換可能なセンサー「アタッチメント」を組み合わせたものです。モジュール化が実現すれば、このアプローチにより、新たなアウトブレイクへの検査導入が加速し、診療所、救急外来、移動拠点、さらにはアクセスが困難な集団を対象とした移動チームにおけるPoC診断の拡大が期待されます。

出典：Choi Y. et al.ナノ粒子を用いたサブフェムトモルレベルでのSARS-CoV-2抗体および抗原の迅速電子検出。ACS Nano、2025年8月11日発行。https ://doi.org/10.1021/acsnano.5c12083