無 痛 針 に よ る 採 血 に よ っ て 在 宅 で 肝 機 能 を 診 断 で き る チ ッ プ を 開 発
平 成 15 年 ６ 月 ５ 日 独 立 行 政 法 人 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 ロ ー ム 株 式 会 社 【 概 要 】 独 立 行 政 法 人 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 （ 理 事 長 ： 岸 輝 雄 ） 生 体 材 料 研 究 セ ン タ ー(センター長：田中順三)と ロ ー ム 株 式 会 社 (代 表 取 締 役 社 長：佐藤研一郎)は 、 生 体 材 料 研 究 セ ン タ ー の 研 究 課 題 「 種 々 の 診 断 用 バ イ オ チ ッ プ 開 発 」（ 研 究 代 表 者 ： 堀 池 靖 浩 ） の 一 環 と し て、無 痛 針 を 用 い た 採 血 に よ っ て 在 宅 で 肝 機 能 を 診 断 で き る チ ッ プ を 開 発 し た 。 現 在 、 ア ル コ ー ル 性 肝 障 害 や 肝 癌 な ど 肝 機 能 に 関 す る 検 査 は 自 動 分 析 装 置 を 用 い て 行 わ れ て い る が 、 結 果 が で る ま で に 数 時 間 か ら 数 週 間 を 要 し 、 素 早 い 対 応 の 妨 げ と な っ て い る 。 ま た 、 注 射 器 に よ る 採 血 が 必 要 で あ る た め 日 常 的 な 検 査 に は 用 い ら れ ず 、 健 康 管 理 と 病 気 の 早 期 発 見 に は 適 し て い な い 。 そ の た め 問 診 中 に 即 座 に 検 査 で き 、 だ れ も が 在 宅 で 簡 単 に 使 用 で き る デ バ イ ス の 開 発 が 求 め ら れ て い る 。 今 回 開 発 し た 肝 機 能 チ ッ プ は 、 ア レ ー 状 に 配 し た シ リ コ ン の 無 痛 針 に よ っ て 極 微 少 量 の 血 液 を 採 取 し 、 チ ッ プ 内 で こ の 血 液 を 遠 心 分 離 し 得 ら れ た 血 漿注 １ ） 中 の 酵 素 活 性 を 比 色 法注 ２ ）に よ り 検 出 す る 。検 査 に 要 す る 時 間 は 数 分 程 度 で 、 チ ッ プ の 大 き さ は ２ セ ン チ 四 方 、 基 板 材 料 に PET（ ポ リ エ チ レ ン テ レ フ タ ラ ー ト ） を 用 い て い る た め 安 価 で 使 い 捨 て 可 能 で あ る 本 チ ッ プ で は 、 採 血 時 の 痛 み に よ る ス ト レ ス を 無 く し 、 検 査 時 間 を 大 幅 に 短 縮 す る こ と で 、 手 軽 な 検 査 が 可 能 に な っ た 。 こ れ に よ り そ の 場 で の 病 状 把 握 が 可 能 に な り 、 問 診 の ス ピ ー ド 化 が 期 待 で き る 。 ま た 、 在 宅 治 療 が 促 進 さ れ 、 病 気 の 予 防 、 早 期 発 見 に 大 き な 効 果 が 期 待 で き る 。１ 、 従 来 技 術 の 問 題 点 現 在 用 い ら れ て い る 自 動 分 析 装 置 に は 以 下 の よ う な 問 題 点 が あ る 。 ○ 採 血 ： 注 射 器 に よ る 採 血 は 、 有 資 格 者で な け れ ば 行 う こ と は で き ず 、 痛 み が と も な う た め 被 検 査 者 の ス ト レ ス の 原 因 で あ る 。 そ の た め 日 常 的 な 健 康 管 理 に 自 動 分 析 装 置 を 使 う こ と は で き ず 、 頻 繁 に 採 血 を 行 う 場 合 に は 皮 膚 の 硬 化 を 引 き 起 こ す 問 題 が あ る 。 ま た 、 従 来 の 自 動 分 析 装 置 で は 多 量 の 血 液 が 必 要 で あ る 。 ○ 検 査 時 間 ： 自 動 分 析 装 置 は 高 価 で 、 中 小 の 病 院 で は 検 査 を 他 機 関 に 依 頼 し な け れ ば な ら ず 、 検 査 に は 数 週 間 を 要 す る 。 ま た 自 動 分 析 装 置 を 所 有 し て い る 病 院 で も 、 検 査 は 専 用 の 臨 床 検 査 室 で 行 わ な け れ ば な ら ず 、 問 診 中 に 採 血 し た 血 液 を そ の 場 で 検 査 す る こ と は で き な い 。 ２ 、 本 技 術 の 新 規 性 本 技 術 に は 以 下 の よ う な 新 規 性 が あ る 。 ○ 無 痛 針 に よ る 採 血 シ ス テ ム の 構 築 ： シ リ コ ン 基 板 の 異 方 性 エ ッ チ ン グ に よ っ て 作 成 し た 鋭 い 針 と 血 液 収 集 の た め の 細 か い 穴 を 持 つ ア レ ー 状 無 痛 針 （ 図 1、 2） を 、 PET 製 の U 字 キ ャ ピ ラ リ ー チ ッ プ （ 図 3 ） に 取 り 付 け 、 専 用 の 治 具 （ 図 4） で 採 血 を 行 っ た （ 図 5）。 こ れ に よ り 採 血 し た 血 液 を 遠 心 分 離 し て 血 漿 を 得 る ま で の 一 連 の 操 作 を チ ッ プ 内 で 連 続 し て 行 う こ と が で き る 。 ○ マ イ ク ロ ミ キ サ ー の 開 発 ： 上 記 方 法 で 得 た 血 漿 を 検 査 試 薬 と 混 ぜ 合 わ せ る マ イ ク ロ ミ キ サ ー （ 図 7、8） を 開 発 し た 。 こ れ は マ イ ク ロ メ ー ト ル オ ーダ ー の 溝 を 掘 っ た ２ 枚 のPET 基 板 を 貼 り 合 わ せ て 作 成 し た も の で 、層 流注 ３ ） 状 態 の 流 体 を 効 率 よ く 混 合 す る 。 こ れ に よ り 従 来 専 用 の 試 験 管 で 行 っ て い た 検 査 を ２ セ ン チ 四 方 の 肝 機 能 チ ッ プ（ 図 7）で 行 う こ と が 可 能 に な っ た 。 ３ 、 肝 機 能 チ ッ プ の 特 徴 新 規 肝 機 能 チ ッ プ は 以 下 の よ う な 特 徴 を 持 っ て い る 。 ○ そ の 場 診 断 ： 小 型 で 一 連 の 操 作 を チ ッ プ 内 で 行 う た め 短 時 間 で 検 査 が 可 能 で あ り 、 問 診 の 間 に そ の 場 で 検 査 結 果 を 得 る こ と が で き る 。
○ 微 少 量 血 液 検 査 ： チ ッ プ 内 の 流 路 は マ イ ク ロ メ ー タ ー オ ー ダ ー で あ り 、 そ れ ぞ れ の 検 査 に 必 要 な 血 漿 は 約 0.1μ l と 自 動 分 析 装 置 と 比 較 し て 1/50∼ 1/100 程 度 で よ い 。 そ の た め 図 5 の よ う な 少 量 の 血 液 で 十 分 で あ り 、 注 射 器 で 採 血 す る 必 要 が な く 、 気 軽 に 検 査 で き る 。 同 様 に 検 査 試 薬 の 量 も 少 な く て よ い た め 、 安 価 で 済 む 。 ○ 使 い 捨 て 可 能 ： 基 板 材 料 に 安 価 な PET を 用 い て お り 、 流 路 の 加 工 が 容 易 で あ る た め 、 製 造 コ ス ト を 非 常 に 低 く 抑 え る こ と が で き る 。 こ の た め 従 来 の よ う に 容 器 を 洗 浄 し て 繰 り 返 し 使 う 必 要 が な く 、 使 い 捨 て 可 能 で 、 安 心 し て 使 用 す る こ と が で き る 。 今 後 、 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 と ロ ー ム 株 式 会 社 は 協 力 し て 、 医 療 現 場 ・ 在 宅 で の 実 用 化 を 図 る た め 、 測 定 精 度 の 向 上 、 安 全 性 試 験 、 厚 生 労 働 省 の 承 認 取 得 を 目 指 す 。 用 語 説 明 注 １ ） 血 漿 ： 注 射 器 で 採 血 し た 血 液 （ 全 血 と 呼 ぶ ） を 専 用 の サ ン プ ル 管 に 入 れ 、 す ぐ に 3000rpm で 10 か ら 15 分 間 遠 心 分 離 す る と 、Fig.6 の よ う に 赤 血 球 ､ 白 血 球 ､ 血 小 板 か ら な る 血 球 と タ ン パ ク 質 ､ ビ タ ミ ン ､ ミ ネ ラ ル ､ 老 廃 物 な ど を 含 む 血 漿 に 分 離 す る 。 血 漿 中 の 酵 素 ・ 脂 質 ・ 蛋 白 な ど の 濃 度 を 測 定 す る こ と で 病 態 や 病 因 の 解 明 、 疾 患 の 診 断 や 治 療 、 健 康 状 態 の 管 理 を 行 う 。 注 ２ ） 比 色 法 ： 比 色 法 は 、 あ る 物 質 が 特 定 波 長 の 光 を 特 異 的 に 吸 収 す る 性 質 を 利 用 し て 、 物 質 の 濃 度 を 得 る 方 法 で あ る 。 例 え ば 肝 機 能 検 査 項 目 の 1 つ で あ るγ -GTP 検 査 の 場 合 、 血 漿 と 試 薬 の 混 合 液 中 で 血 漿 に 含 ま れ て い た γ-GTP の 働 き に よ り 5-ア ミ ノ -2 ニ ト ロ 安 息 香 酸 が 生 じ る 。 5-ア ミ ノ -2 ニ ト ロ安 息 香 酸 は 波 長 405nm の 光 を 特 異 的 に 吸 収 す る の で 、 混 合 液 の 405nm の 光 の 吸 収 量 を 測 定 す る こ と で 5-ア ミ ノ -2 ニ ト ロ 安 息 香 酸 の 濃 度 を 得 る こ と が で き る 。 ま た 、5-ア ミ
ノ-2 ニ ト ロ 安 息 香 酸 の 濃 度 と γ -GTP 活 性 値 に は 相 関 関 係 が あ る の で 、 5-ア ミ ノ -2 ニ ト ロ 安 息 香 酸 の 濃 度 か ら 血 漿 中 の γ -GTP 活 性 値 を 得 る こ と が で き る 。 注 ３ ） 層 流 ： 通 常 マ ク ロ 空 間 の 流 体 は 、 大 小 の 渦 を 含 む よ う な 不 規 則 な 流 れ （ 乱 流 ） で あ る 。 こ の た め 管 内 の 複 数 の 流 体 は 容 易 に 混 合 さ れ る 。 し か し 、 微 小 領 域 を 流 れ る 流 体 で は 、 こ の よ う な 不 規 則 な 流 れ は 生 じ ず 、 各 流 体 は 管 軸 と 平 行 な 層 状 の 流 れ を な す 。 層 流 状 態 で の 混 合 は 、 分 子 拡 散 が 主 な 原 因 と な る た め 、 隣 り 合 う 流 体 の 混 合 は ほ と ん ど 起 こ ら な い 。 【 問 い 合 せ 先 】 ○ 独 立 行 政 法 人 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 広 報 室 〒305-0047 つ く ば 市 千 現 1-2-1 （TEL:029-859-2026 FAX： 029-859-2017） ○ ロ ー ム 株 式 会 社 広 報 Ｉ Ｒ 室 〒615-8585 京 都 市 右 京 区 西 院 溝 崎 町 21 （TEL： 075-311-2121 FAX： 075-311-0358） 【 研 究 に 関 す る 問 い 合 わ せ 先 】 ○ 独 立 行 政 法 人 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 生 体 材 料 研 究 セ ン タ ー セ ン タ ー 長 田 中 順 三 〒305-0044 つ く ば 市 並 木 1-1 （ TEL： 029-860-4673） ○ 独 立 行 政 法 人 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 生 体 材 料 研 究 セ ン タ ー 産 学 独 グ ル ー プ 長 堀 池 靖 浩 〒305-0044 つ く ば 市 並 木 1-1 （ TEL： 029-860-4668）
Fig. 1 ： ア レ ー 状 無 痛 針
Fig. 5 ： 無 痛 針 に よ る 採 血 の 様 子
Fig. 2 ： ア レ ー 状 無 痛 針 の 拡 大 写 真
500µm
100µm
Fig. 3
：
PET製のU字キャピラリーチップ
ア レ ー 状 無 痛 針
PETチップ
血 球
血 漿
6 mm
Fig. 4 ： 採 血 用 治 具
ポンプへ
バ ネ
皮 膚 へ
PETチ ッ プ
無 痛 針
ステージ
Fig. 6 ： 遠 心 分 離 後 の 血 漿 と 血 球
血 漿
血 球
Fig.7 ：肝機能チップの全容 光ファイバ マイクロミキサ 検出流路 血漿 試薬 排出口 光ファイバ マイクロミキサ 検出流路 血漿 試薬 排出口 急激な方向転換 狭い流路で の分子拡散 壁との衝突 Fig.8 ： マイクロミキサーに蛍光物質を流したときの混合の様子 蛍光物質FITC PBS バッファ
