人工バイオセンサ、体内の主要ストレスホルモンをより正確に測定

November, 14, 2025, Santa Cruz--コルチゾールは、血圧や代謝などの多くの重要な身体機能を調節する重要なホルモンであり、このストレスホルモンの不均衡は健康上の問題を引き起こす可能性がある。

従来、コルチゾールレベルは診療所またはその他の臨床現場で測定されなければならなかった。しかし、人工バイオセンサの設計における新たな進歩により、現在利用可能なよりもはるかに高い精度でポイントオブケア(POC)の検査と診断への道が開かれた。

カリフォルニア大学サンタクルーズ校(UC Santa Cruz)の生体分子工学助教授Andy Yehは、血液や尿中のコルチゾールと結合し、光を発して体内のストレスホルモンのレベルを示す人工発光センサを発明した。Journal of the American Chemical Societyに掲載された新しい研究は、この技術が人間の健康に関連するあらゆるレベルでコルチゾールを検出できることを示している。

Yehは、このバイオセンサをスマートフォンのカメラと組み合わせて使用することで、自宅や診療所で高レベルの感度で、高価な検査室の機器を必要とせずにコルチゾールレベルを測定できるようになり、この重要な健康指標の正確な測定へのアクセスが大幅に拡大できることを実証した。

ゼロから設計
Yehは、AI誘導計算(AI-guided computation)を使用してタンパク質を完全にゼロから設計する技術である人工タンパク質設計の専門家である。これは、自然界に見られるタンパク質を改変する従来のアプローチとは異なる。

コルチゾールの新しい検出システムを作成するために、Yehは、ストレスホルモンが設計された2つのタンパク質を分子レベルで互いに近づけるタンパク質ベースのバイオセンサを設計した。このプロセスにより発光が発生し、光が多いほどコルチゾールが多いことを示す。

Yehの知る限り、これは、低分子分析物を検出するためにこれほど高い感度とダイナミックレンジで機能できる、完全に計算的に設計されたバイオセンサの最初の例である。カメラを使用して放出される光の量と色を測定することで、現在のテストよりも高い感度でコルチゾールレベルを読み取ることができる。

ポイントオブケア
この新しい診断ツールは、Covid-19鼻腔スワブ迅速検査で使用される技術と同様の「ミックスアンドリード」“mix and read”形式になる。この検査に必要なのは、バイオセンサを含む溶液と混合した血液または尿を一滴だけである。次に、スマートフォンのカメラとアプリが、放出された光をコルチゾールレベルの直接測定に変換できる。

「信号を直接読み取ることができる。センサの出力は光放射であるため、基本的にはスマートフォンでテストの写真を撮るだけである。理想的には、それは本当に現場と互換性がある」(Yeh)。

動的な結果
この検査の感度は、コルチゾールの正常範囲外では通常、十分な定量的な結果が得られない従来の検査に比べて大幅に改善されている。Yehのソリューションは、より広いダイナミックレンジをカバーし、コルチゾールの健康レベル、低すぎるコルチゾールレベル、および上昇レベルの定量的な結果を提供する。

「このセンサは、病院で使用されている現在の標準的な方法と比較して、非常に感度が高い。ダイナミックレンジは、従来のアッセイと比較して巨大である」(Yeh)。

将来的には、この技術が医薬品開発や診断の現場でも使用され、コルチゾールの欠乏や過剰から生じる健康問題をよりよく理解し、治療できる可能性があるとYehは想定している。