GenesInkチーム

英国の研究者らは、遺伝子治療を施した細胞に磁性ナノ粒子を組み込むことで、それらを腫瘍へと誘導することに成功した。まだ開発途上にあるこの治療法の有効性は、大幅に高まっている。

シェフィールド大学の研究者であるクレア・ルイス氏とムニッタ・ムタナ氏は、同僚たちとともに素晴らしいアイデアを思いつきました。『Gene Therapy』誌で彼らが説明しているように、彼らは単球に磁性ナノ粒子を注入しました。意外に思われるかもしれませんが、このような粒子は一部の細菌にも存在しており、これらの生物によって完全に許容されています。

出典：https://www.nature.com/articles/gt200857

20年前、遺伝子治療は大きな希望をもたらしました。紛れもない成功例があったにもかかわらず、少し冷静に考える必要があり、事態は生物学者や医師が想像していたよりも複雑であることがわかりました。では、遺伝子治療とは一体何なのでしょうか？
遺伝子の欠如や構造の欠陥は、細胞が産生するタンパク質の組成を変化させることがあります。この欠陥が、遺伝性（嚢胞性線維症、筋疾患）あるいは非遺伝性（がん）の特定の疾患の原因となります。 遺伝子治療の考え方は、欠陥のある細胞に正常な遺伝子を導入するだけで、タンパク質の異常な産生を修正または補うことができるというものです。タンパク質の活性や細胞機能に影響を与える医薬品とは異なり、遺伝子治療は機能不全の根源に働きかけることを目指しています。
病んだ生体に正常な遺伝子を導入する一つの方法は、まず白血球の一種である単球（マクロファージへと分化していく）にその遺伝子を導入し、その後、それらを血流に注入することです。この種の試みは特定のがんの治療に行われてきましたが、その有効性は、治療用遺伝子を運ぶ単球が腫瘍内に浸透する数に一部依存しています。一般的に、この数は残念ながら少ないのが現状です。

腫瘍への磁気的引力

シェフィールド大学の研究者であるクレア・ルイス氏とムニッタ・ムタナ氏は、同僚たちと共に素晴らしいアイデアを思いつきました。『Gene Therapy』誌で彼らが説明しているように、彼らは単球に磁性ナノ粒子を注入しました。意外に思われるかもしれませんが、このような粒子は一部の細菌にも存在しており、これらの生物によって完全に許容されています。
これらのナノ粒子を単球にうまく導入し、その単球を疾患を持つマウスに注入した後、研究者たちは磁場を用いて処理された細胞を腫瘍に引き寄せた。その結果、遺伝子治療を担う単球のうち、腫瘍内に侵入した細胞の数が増加していることが確認された。
ルイス氏は、この新しい技術が遺伝子治療において、がんだけでなく大きな可能性を秘めていると考えている。例えば、変形性関節症や、心臓疾患を引き起こす心筋虚血などの問題も挙げている。

近年、光電変換デバイスとしてのペロブスカイト太陽電池（PSC）は、優れた電力変換効率（PCE）と低い製造コストを誇り、従来のシリコン系太陽電池に取って代わり、現在差し迫ったエネルギー問題に対処するための最も有望なデバイスの一つとなっている。

中でも、フレキシブルPSCは特に幅広い用途への応用が可能であり、ウェアラブルエレクトロニクスの急速な発展を後押しし、民生用電子機器に大きなパラダイムシフトをもたらす可能性がある。現在のフレキシブルPSCは、生分解性のない石油由来のポリマー基板を使用しており、その廃棄は「ホワイト汚染」を悪化させることになる。したがって、環境に優しく、生分解性があり、低コストなフレキシブル基板の開発は、フレキシブルPSCにとって優れた代替手段となるだろう。

改質ナノセルロース紙は、フレキシブルペロブスカイト太陽電池や、将来的にはその他の環境に優しいフレキシブルデバイスにとっても、優れた生分解性基板であることが示されている。

南京科技大学先端材料研究所の黄偉教授が率いる中国の科学者チームは、透明なナノセルロース紙上にフレキシブルなペロブスカイト太陽電池を作製した。これは、純粋なナノセルロース紙の機械的特性、光学特性、および耐水性を向上させるための処理法を開発して初めて実現可能となったものである。

改良された基板上に形成されたフレキシブル太陽電池は、0.^{56 W g⁻¹という}高い比出力を示し、優れた安定性と機械的耐久性を備えている。ナノセルロース紙のもう一つの大きな利点は、生分解性にある。この特性により、次世代の環境に優しいフレキシブルエレクトロニクスにおいて、PENやPETに比べ優れた基板となっている。 

出典：Nature.com

https://www.nature.com/articles/s41528-019-0048-2

GenesInkは、2018年1月より、欧州連合（EU）の研究・イノベーションプログラム「ホライズン2020」の助成契約番号761000に基づき資金提供を受けているGREENSENSEプロジェクトの一環です。 GREENSENSEプロジェクトの目的は、乱用薬物（DoA）を検出するための多パラメータ型ハイブリッド印刷バイオセンシング・プラットフォームに最終的に統合される、ナノセルロース（NC）ベースのプリンテッドエレクトロニクスを開発することです。NCベースの材料（基板やインクなど）は、プリンテッドエレクトロニクスの分野において、紙に比べて優れた印刷性と性能を発揮します。 さらに、NCはポリマーと比較して、技術的および環境的な利点（高い機能化度およびリサイクル可能性）があることで知られています。本プロジェクトは、バイオメディカル産業における有望なイノベーションの源泉となります。プロジェクト期間は4年間で、総予算は8 M€です。

1. プロジェクトの目標

プリンテッドエレクトロニクス（PE）は、世界で最も急速に成長している技術の一つです。PEは、消費財、モノのインターネット（IoT）、ヘルスケア、航空宇宙、エレクトロニクス、メディア、輸送など、さまざまな応用分野で注目されています。紙やプラスチックは、将来のフレキシブル電子デバイスの開発において重要な基板と見なされています。 ポリマー基板とは異なり、紙やセルロースをベースとしたエレクトロニクスはコスト効率に優れ、リサイクルも可能であり、「電子廃棄物」による環境負荷の低減に大きな効果をもたらすと期待されています。しかし、残念ながら、従来の紙の表面特性（多孔性や表面粗さ）は、プリンテッドエレクトロニクスには適していません。従来の紙で生じるこれらの課題を克服するため、機械的強度、透明性、低多孔性、滑らかな表面粗さを備えたNC（ナノ複合）フィルムが、有望な代替材料として注目されています。

したがって、GREENSENSEプロジェクトは、薬物（DoA：Drug-of-Abuse）の定量分析のための、持続可能で、ワイヤレスかつ自律型のNC（ナノセルロース）ベースのバイオセンシングプラットフォームの開発を目指しています。ナノセルロースを活用することで、さまざまなプリント電子部品（近距離無線通信（NFC）アンテナ、エネルギー貯蔵（E. storage）デバイス、ディスプレイ）を、新たに開発されたプリントバイオセンサーおよびマイクロチップと統合します。そして、ナノセルロースは以下の用途に活用されます：

• プリントエレクトロニクスの基板として、
• 最終的なデバイスの封入については、
• また、機能性インクの配合における有効成分としても用いられます。

必要に応じて、ナノセルロースの表面処理を行い、印刷適性や機能性インクとの相性を向上させる。

2. 見通し

GREENSENSEプロジェクトの一環として、薬物乱用分析のための、ナノセルロースを基盤とした持続可能なバイオセンシングプラットフォームが開発される。このプラットフォームは、アンテナ、ディスプレイ、スーパーキャパシタ、バッテリーといった高付加価値のプリント電子部品と、専用シリコンマイクロチップを搭載したバイオセンサーを統合したものである。

高スループットかつ高精度なスクリーン印刷およびインクジェット印刷技術を用いて、部品を大規模に製造します。最終的に完成する柔軟でリサイクル可能なバイオセンシング・プラットフォームは、超低消費電力で量産が可能となるため、費用対効果が高く、持続可能かつ環境に優しいものとなります。

3. コンソーシアム

このプロジェクトは2018年1月¹日に開始されました。13のパートナー機関が協力し、持続可能なNCベースのバイオセンシングプラットフォームの開発というプロジェクト目標の達成に向けて取り組んでいます。

• Leitat：産業イノベーションプロセスに関する専門技術機関。GREENSENSEはLeitatが統括しており、同社はNCの機能化およびNCをベースとしたインクの配合開発にも参画している。
• AIT（オーストリア技術研究所）は、バイオセンシング・プラットフォームに組み込まれる予定のプリント型バイオセンサーの開発に参加している。
• セルロースナノ結晶の抽出技術に精通するMelodea社は、パイロット規模での結晶性ナノセルロース（CNC）およびCNCベースのフィルムの製造と機能化に携わっている。
• RISE Acreo ABは、革新的かつ付加価値の高いICTソリューションを提供する企業です。Acreoは、インクの開発、印刷プロセスの最適化、エレクトロクロミックディスプレイの開発に携わるとともに、印刷とピック＆プレースを組み合わせたハイブリッド化技術を用いて、GREENSENSEバイオセンシングプラットフォームの製造を担当しています。
• 半導体メーカーのインフィニオンは、マイクロチップの開発に携わっている。
• 高品質な診断用試薬およびキットの製造・供給を行うアトラス・メディカルは、体外診断用医療機器に関する知見と、バイオセンシング・プラットフォームの最終検証を通じて本プロジェクトに参加しています。
• GenesInkは、導電性および半導電性のナノインクを製造・供給する企業です。GenesInkは、GREENSENSEプロジェクトの一環として、NCをベースとしたAg導電性ナノインクの開発を進めています。
• モバイル通信向け新製品の研究開発をリードするIMSTは、プリント型NFCシステムの開発およびスマートフォンとの通信機能の実現に参画している。
• イノベーションマネジメントや基幹基盤技術（KETs）などの分野でサービスを提供する、先見性があり、知識を基盤とする企業。
• Prelonic Technologies社は、2007年より、電池、ディスプレイ、ロジックなどからなるプリンテッドエレクトロニクス素子の開発を行ってきました。同社は今後、Zn/MnO2一次電池やスーパーキャパシタといったプリンテッドエネルギー貯蔵システムの開発を進める予定です。
• 材料科学・研究機関であるEMPAは、GREENSENSEの枠組みにおいて、持続可能性評価に取り組んでいる。
• スウェーデン研究機関RISE（RISE Research Institute of Sweden）の一部門であるRISE Bioeconomy（INNVENTIA AB）は、パイロット規模でのセルロースナノファイバー（CNF）およびCNFベースのフィルムの製造と機能化に取り組んでいます。
• Coatemaは、高品質なコーティング、ラミネート、印刷プラントのエンジニアリングの専門企業です。Coatemaは、R2Rパイロットラインを用いたNCベースの基材の開発に携わっています。

[1]V. Beni ほか，『ECS Journal of Solid State Science and Technology』，4 (10) S3001-S3005；2015年

『Science and Technology of Advanced Materials』誌に掲載された総説によると、伸縮性エレクトロニクスは、次世代のウェアラブルデバイスに向けた有望な新技術として注目を集めている。

この技術は、医療、エネルギー、軍事の分野で多くの応用可能性を秘めている。しかし、適切な材料や製造方法を見つけるには、いくつかの課題がある。中国の武漢大学の材料科学者であり、本総説の著者であるウェイ・ウー氏によると、伸縮性エレクトロニクスを製造する上での最大の課題は、各部品が、性能を維持したまま、圧縮やねじれに耐え、凹凸のある表面に貼り付けられることに耐えなければならない点にあるという。

https://www.printedelectronicsworld.com/articles/16846/the-future-of-stretchable-electronics

出典およびトップ画像：NIMS