核酸抽出は、NGSサンプル調製プロトコルの最初のステップです。核酸は、既知のあらゆる生命体に不可欠な巨大な生体分子です。核酸はヌクレオチドで構成されており、ヌクレオチドは糖、リン酸、窒素塩基の3つの成分からなるモノマーです。核酸には主にDNAとRNAの2つのクラスがあります。RNAの糖はリボースであり、DNAの糖はデオキシリボースです。 RNA（左）とDNA（右）の構造を示す図。RNAではウラシルがアデニンと対をなす塩基であり、DNAではチミンがアデニンと対をなす塩基である。画像提供：Wikipedia 核酸抽出の種類 グアニジニウムチオシアネート-フェノール-クロロホルム抽出 核酸の細胞構造を破壊した後、DNaseとRNaseを用いて細胞内のヌクレアーゼを不活性化します。これにより、目的の核酸を細胞残渣から分離することができます。 フェノールは単独では可燃性、腐食性、毒性のある石炭酸です。しかし、フェノール、クロロホルム、少量のイソアミルを混合することでDNA抽出が可能です。フェノールとクロロホルムをサンプルに加えると、親水性の性質により、DNA層を上部に含むエマルジョンが形成されます。その後、DNAを回収し、遠心分離で沈殿させます。得られたDNAペレットは滅菌水で溶解できます。 フェノール・クロロホルム抽出の手順を示す図。フェノール・クロロホルム混合物を細胞溶解液に加え、遠心分離した後、水で洗浄することで単離DNAを得る。画像提供：エヴァ・メザロス、2021年 グアニジニウムチオシアネート-フェノール-クロロホルム法を用いることで、RNAをワンステップで抽出できます。抽出後、グアニジニウムチオシアネート、酢酸ナトリウム、フェノール、クロロホルムからなる酸性溶液を用いてRNAをDNAから分離します。RNAの回収はイソプロパノール沈殿によって行われます。この沈殿により酸性状態が作られ、RNAは混合物の上部に留まります。 塩化セシウム/臭化エチジウム勾配遠心分離 塩化セシウム/臭化エチジウム勾配遠心分離法は、1950 年以来研究室で使用されてきました。この方法は、セシウムイオンと水の密度の違いと、臭化エチジウムの挿入を利用して、DNA の複製、転写、修復、および組み換えを妨害します。 この勾配遠心分離法は、他の分離プロトコルと比較して複雑で、費用と時間がかかります。大量のサンプルを必要とするため、すべての種類のシーケンシングに適しているわけではありません。また、臭化エチジウムは有害です。そのため、この方法は限界があるため、臨床検査室では使用されていません。 固相抽出 固相核酸精製は、現在市販されているほとんどの抽出キットに含まれています。通常、スピンカラムを用いて遠心力で操作することで、DNAを迅速かつ効率的に精製します。カラムはまずサンプルを吸着させるためのコンディショニングを行う必要があり、これは特定のpHの緩衝液を用いて行うことができます。細胞を破砕した後、目的の核酸は結合溶液のpHによってカラムに吸着されます。その後、競合試薬で洗浄することで夾雑物を除去し、水を加えることで目的の核酸をカラムから遊離させます。 磁気ビーズを用いた精製 磁気分離は現在、核酸精製において簡便かつ効率的な方法とみなされています。これは固相抽出法を改良したものです。ビーズは負の表面電荷を持ち、DNAなどのタンパク質に選択的に結合します。チューブの側面に磁石を当てることで、粒子が壁際に集まり、結合プロセスが促進される場合もあります。細胞残渣や不要な物質を含む残りのサンプルは、その後、注ぎ出すことができます。核酸は緩衝液によって磁性粒子から除去され、残留する不純物は洗い流されます。 磁気ビーズを用いた精製プロトコルを示す図。画像提供：アンドリュー・ゲイン、2019 この方法には確かに利点があります。繰り返しの遠心分離、真空濾過、カラム分離を必要としないため、時間とコスト効率に優れています。市販のキットも数多く販売されており、中には磁気ビーズとシリカゲルなどの他の固相抽出法を組み合わせているメーカーもあります。こうした技術は、少量のサンプルでDNA回収率を向上させることで、科学者の助けとなっています。  

ワクチンがマイナス80℃の悪条件にさらされないようにすることが、ファイザーのワクチンにとって最大の課題となるだろう。 ジョー・ラポートは、PHCコーポレーション・オブ・ノースアメリカのプロジェクトおよび規制担当ディレクターです。コールドチェーン管理と超低温冷凍の分野で30年以上の国際的な経験を有しています。ラボグレード製品に関するENERGY STARステークホルダー委員会の委員を務めた経験があり、現在はワクチン保管に関する新たな米国国家規格の策定を担当するNSF委員会の投票権を持つメンバーを務めています。 Q ：ファイザー社のCOVID-19ワクチンの配布活動における主な課題は何だと思いますか？ A ：課題の一つは、ワクチン接種を行う人々に関連するものだと思います。多くの場合、彼らは2～8℃、あるいは-20℃といった低温での作業には慣れていますが、極低温での作業には慣れていません。-80℃という極端な温度環境下では、ワクチンの取り扱いも異なるため、異なる方法が必要になります。ファイザー社の-80℃ワクチンにとって最大の課題は、ワクチンが悪条件にさらされないようにすることです。 Q ：COVID-19ワクチンの保管における機械式超低温冷凍庫の利点は何ですか？ A : 機械式超低温冷凍庫の利点は、ドライアイスの交換や高温維持の手間がかからないことです。ドライアイスの場合、すぐに使用しない場合は交換する必要があり、そのためにはドライアイスの供給源を確保しておく必要があります。しかし、ウォルマートに行ってもドライアイスが簡単に手に入るわけではないので、入手先を探す必要があります。機械式冷凍庫であれば、ドライアイスなどの消耗品の交換を気にすることなく、無期限に温度を維持できます。また、ドライアイスの昇華プロセスによって、保管容器が密閉された空間に保管されている場合、ドライアイスが置かれている部屋の酸素が置換される可能性があるという懸念もあります。 Q ：超低温フリーザーの需要が最も高いのはどこですか？ A ：当社にとって最大の需要の一つは、臨床試験サンプルの保管に極低温を必要とする既存のコールドチェーン物流部門を持つ流通チャネルからのものです。これらのチャネルは長年事業を展開してきたため、ファイザー社のワクチンを-80℃で取り扱うために、ノウハウと専門知識を拡充する必要がありました。遠隔地で用いられるドライアイス方式ではなく、機械式冷凍機を用いてワクチンを保冷できる設備を備えた流通施設が数多く見られます。 Q : 超低温冷凍庫はどのようにしてファイザー社のワクチンが適切な温度に維持されることを保証するのでしょうか? A : 当社の冷凍庫は重要なサンプルの長期保管を目的として設計されており、業界が-80℃冷凍庫に注目しているのもそのためです。つまり、冷凍庫は保管のために作られているのです。そのため、温度均一性が非常に安定していることが求められます。現在市販されている冷凍庫のほとんどは、チェスト型冷凍庫ではなく縦型冷凍庫ですが、縦型冷凍庫では庫内全体の温度均一性を維持することがより困難です。当社の冷凍庫はすべて、製品が庫内の上下の隅に保管されているかどうかに関係なく、±5℃の均一性を維持できるように設計されています。また、製品を取り出すためにドアを開けた場合でも、冷凍庫は反応し、温度をできるだけ早く-80℃に戻します。 Q ：投与直前にワクチンを 2 ～ 8 ℃ に保つことに関して、何か課題はありますか? A ：これらのワクチンの最終状態は、ファイザー製、モデルナ製、あるいは現在開発中のアストラゼネカ製を問わず、2～8℃です。コールドチェーン配送の要件を満たし、臨床レベルにまで落とし込んだ後、特にワクチンが一般の人々に普及していく際には、2～8℃の間でどの程度厳密に温度を維持する必要があるかという知識が重要になります。

細胞培養が研究において重要性を増すにつれ、細胞培養は進化し、それとともにインキュベーターも進化してきました。 カールはイリノイ大学で分子細胞生物学の学士号を取得し、ノースウェスタン大学のバイオテクノロジー修士課程で修士号を取得しました。PHCNA入社以前は、細胞・分子生物学、微生物学、がん研究、臨床診断アッセイ開発など、様々な生物医学研究分野に携わっていました。ノースウェスタン大学医学部や、イリノイ州のナノバイオテクノロジー企業であるNanosphere（現Luminex）にも勤務していました。 Q : 細胞培養はここ数十年でどのように進化してきましたか? A ：細胞培養は、様々な形で数十年前から存在しています。歴史的には、製薬業界における研究モデルや研究開発に利用されてきました。細胞培養は長年にわたり進化を続けており、特にここ5年ほどで、スキャフォールディングや3D細胞培養といった技術が登場し、組織をより堅牢に模倣できるようになりました。研究において細胞培養の重要性が増し、生検や患者から直接採取した細胞を培養する初代細胞株は繊細な性質を持つため、進化を余儀なくされました。そして、インキュベーターもそれと共に進化してきました。 Q ：臨床研究室で細胞培養を維持するにはどのような環境が必要ですか？ A ：非常に丈夫な細胞には、標準的な5%のCO2濃度と温度、湿度が必要です。一方、臨床的な方法では、温度とガスを厳密に制御する必要があります。そのため、電力、汎用性、そしてCO2濃度、酸素濃度、温度といった精密に制御された環境が、より重要になります。 インキュベーター設計における私たちの基本原則は、細胞の健康状態を最優先にすることです。私はこれを最高の頭脳と神経を組み込むことに喩えています。つまり、すべてを制御する最も賢いマイクロプロセッサの頭脳と、温度、ガス、その他の診断機能のための最高品質のセンサーを備えるということです。インキュベーターのドアを開けると、ガスが噴出し、温度が変化する可能性があるため、細胞にとって最適な環境が崩れてしまいます。私たちが目指すのは、ガスや温度の変動を認識し、それらのパラメータをリアルタイムで通常の環境に戻す、最も反応性の高いシステムです。CO2レベルが適正でないことを認識し、過剰な値にすることなく迅速に調整する必要があります。温度が適正でないことも瞬時に認識し、最も均一な方法で回復する必要があります。これが、私たちのインキュベーターが最新の形態へと進化する中で私たちが組み込んだコンセプトです。インキュベーターパラメータをリアルタイムで監視、制御、そして回復させることで、細胞が由来するヒトや動物の体を適切に模倣できるのです。 Q : どのような臨床応用が最も厳密に精密に制御された細胞環境を必要としますか? A : 一例として、体外受精のための胚移植が挙げられます。また、循環腫瘍および固形腫瘍を標的としたCAR-T細胞療法も挙げられます。これは基本的に、がん患者から血液と免疫細胞を採取し、それらを研究・操作した後、がんと闘うために患者に再注入するものです。インキュベーターはこのプロセスの中心的な役割を果たします。細胞を自然環境から離れた場所で長期間培養し、増殖させる必要があるため、細胞が適切なパラメータに適合していることを確認する必要があります。研究から臨床の領域に移ると、患者からの採取から細胞培養皿とインキュベーターへの移送、そして再び患者に投与されるまでの全過程における細胞の健康状態の重要性は極めて高まります。 Q : 細胞培養の適切なパラメータを維持する以外に、インキュベーターにはどのような機能がありますか? A ：細胞の成長過程におけるパラメータ制御に加え、微生物汚染や交差汚染から細胞を保護するという考え方もあります。微生物は私たちの周りにたくさんいます。彼らは私たちの体表、皮膚、腸内などに生息するように適応しています。私たちは細胞培養にとってこれらの天敵と共存しているため、それらを寄せ付けないインキュベーターが必要なのです。

研究によると、ラテラルフロー検査は実験室ベースのPCR検査と同等の精度でCOVID-19を検出できることが判明した。 ロンドン大学クイーン・メアリー校、オックスフォード大学、ウィーン高等研究所、グラーツ医科大学の研究者による新たな研究によると、ラテラルフロー検査は、感染の初期段階および症状が現れた直後に使用した場合、実験室ベースのPCR検査と同等の精度でCOVID-19を検出できることが判明した。 ラテラルフロー検査は安価で、わずか30分で結果が得られます。これは、PCR検査の結果が出るのに1～3日かかる場合よりもはるかに迅速です。この発見は、パンデミックの次の段階への対応を目指す国家戦略にとって極めて重要となる可能性があります。特に、現在の制限が解除されれば、タイムリーかつ迅速な検査がさらに重要になるからです。 本研究の一環として、2020年10月22日から11月30日にかけて、オーストリアのリーツェン郡（人口79,652人）において、軽度から中等度のインフルエンザ様症状を呈する2,500人以上が一般開業医の診察を受け、ラテラルフローテストを用いてウイルス抗原検査を受けました。COVID-19の疑いのある患者には、PCR検査も実施されました。 ラテラルフロー検査ではPCR検査で見つかった症例の95％以上を検出し、89％の症例を陰性と正しく判定した。 この研究は、ラテラルフロー検査とPCR検査を同一集団で大規模に比較した初の研究です。また、現実世界の様々な状況、すなわち5つの異なるブランドの検査キット、3つの検査機関、そして20の一般開業医診療所で提供される専門的なスワブ検査も考慮に入れました。 研究著者であるロンドン大学クイーン・メアリー校のヴェルナー・レーバー博士は、「これまでの研究では、ラテラルフロー検査はCOVID-19の検出においてPCRよりも感度が低い可能性があることが示唆されており、特に無症状の患者や、ウイルス量が最も少ない感染初期または後期においてはその傾向が顕著です。しかし、新たに症状が出た患者においては、2つの検査法の精度は同程度であることが分かりました」と述べています。 各国は、パンデミックの今後の波に対応するため、ラテラルフロー検査の活用を検討している。私たちの調査結果はこの動きを裏付けるものだが、検査が適切に実施されることを確保することは、あらゆる戦略において不可欠であるべきだ。 オックスフォード大学クイーンズ・カレッジとビッグデータ研究所のジャスミナ・パノフスカ＝グリフィス博士は、次のように付け加えました。「私たちの研究では、症状持続期間の短さとウイルス量の高さは、ラテラルフローテストの陽性反応と有意に関連していました。これは、感染初期にラテラルフローテストによる検査を実施する必要性を浮き彫りにするとともに、新たに症状が出た患者においては、2つの検査方法が同程度の精度を示すことを示しています。」 私たちの研究は、ラテラルフローテストを使用したポイントオブケア抗原検査と症状のある患者の臨床評価を組み合わせることで、プライマリケアでSARS-CoV-2感染を迅速かつ正確に検出できることを実証した初の研究です。」 ウィーン高等研究所のトーマス・チピオンカ博士は、「この研究結果は、プライマリケアにおける将来の封じ込め戦略の基礎となり、パンデミックの制御と予防に重要な貢献を果たす可能性があります。今後、ロックダウン規制が緩和される中で、ワクチン接種に加えて、信頼性の高い検査による感染者の早期発見がCOVID-19の制御に不可欠となるでしょう」と述べました。 グラーツ医科大学総合診療・エビデンスに基づく医療サービス研究研究所のアンドレア・ジーベンホファー博士は、「この試験は、シュタイアーマルク州で初めて、総合診療医が研究プロセスに積極的に関与した試験です。現場から現場へと研究が進められ、COVID-19パンデミック中のケアの最適化に即座に貢献できる結果が得られました」と述べました。 要約すると、この研究は、ラテラルフローテストが、広大な地理的領域にわたる実際のプライマリケアの現場の症状のある患者におけるPCRテストの代替として、SARS-CoV-2感染を正確に検出できるという証拠を示しています。

細胞や培養物をインキュベーターに託すなら、適切に設計され、適切に機能する実験室用インキュベーターが、あなたの不安を軽減します。細胞や培養物は順調に成長し、汚染は少なくなり、メンテナンスもシンプルかつ容易になります。 現在、市場には様々なインキュベーターが販売されており、選択肢は多岐にわたります。そこで、いくつか重要な質問をさせていただきます。 CO2制御は必要ですか？ どのような温度設定点または範囲が必要ですか? どれくらいのスペース（チャンバーサイズ）が必要ですか？ ベンチトップ型、スタッキング型、フロア型のどれがお好みですか? どの程度の温度安定性と均一性が求められますか? 湿度コントロールが必要ですか？ 重力対流は適切ですか、それとも強制空気循環が必要ですか? 他にはどのような機能（除染サイクル、監視、アクセス ポート、内部ガラス ドア、銅製内装）が求められますか、または必要ですか? CO2インキュベーター 直熱式かウォータージャケット式か? 用途を考慮して、直熱式インキュベーターとウォータージャケット式インキュベーターのどちらを選ぶか決めてください。ウォータージャケット式は温度回復が速く、停電時でも温度を長時間維持できますが、高温除染サイクルは提供できません。直熱式インキュベーターは、ボタン操作で滅菌／除染ルーチンを実行できます。 TC センサーか IR センサーか? アプリケーションに最適なCO2センサーをお選びください。従来の赤外線センサーは応答時間が速いものの、価格が高く、頻繁に電球交換が必要になる場合があります。一方、熱電対センサーはより堅牢で、メンテナンスもほとんど必要ありません。 可変O2制御? 細胞を本来の環境または生体内の環境を模倣した環境で成長させる必要がある場合、酸素レベルを制御することで細胞をより速く、より健康的に成長させることができます。 汚染管理？ 最先端の汚染制御技術には、ISO 5 またはクラス 100 の空気を実現する HEPA フィルター、100% 銅製の内装、高温滅菌などがあります。 微生物インキュベーター 温度範囲は？ 室温（30℃）以下の温度が必要な場合は、低温インキュベーターまたは冷蔵インキュベーターを選択してください。30℃以上の温度が必要な場合は、標準インキュベーターまたは微生物インキュベーターで十分です。 重力か強制空気流か? インキュベーターには通常、対流式と空気流式の2種類があります。重力流式インキュベーターにはファンや空気を循環させる機構はなく、物理法則（熱い空気は上昇し、冷たい空気は下降する）に基づいて循環します。強制空気流式インキュベーターは、チャンバー全体の温度均一性を高めますが、時間の経過とともに乾燥効果をもたらす可能性があります。強制空気流式インキュベーターの中には、調整可能なファンを備えているものもあり、どちらの方式による悪影響も軽減できます。重力対流式モデルは、より手頃な価格で提供されています。 低温/冷蔵インキュベーター 冷却タイプは何ですか? 冷却はコンプレッサーまたは熱電素子/ペルチェ素子によって行われます。コンプレッサーを使用すると、ユニットの温度を0℃以下に下げることができます。ペルチェ素子はエネルギー効率がはるかに高く、冷媒も使用しませんが、購入費用が高くなる場合があります。 環境チャンバー 湿度コントロール？ 正確な湿度制御が必要な場合は、非常に特殊な制御環境を提供できる環境チャンバーの購入を検討してください。 その他の機能と考慮事項 内部ドア — 一部のインキュベーターには内部にガラス製のドアがあり、インキュベーターを完全に開けて温度に影響を与えずに内容物を見ることができます。 ポートとコンセント — インキュベーター内部でアクセサリ (撹拌プレートやシェーカーなど) を使用する必要がある場合は、アクセス ポートまたは内部コンセントを備えたユニットを選択してください。 サイズと設置場所 — インキュベーターは1.4立方フィートから40立方フィートまで、幅広い容量のものが揃っています。現在のスペースニーズを把握し、将来の成長や作業負荷の変化を考慮してください。スペースが限られている場合は、インキュベーターを固定式または移動式のベンチ、あるいは床に設置できます。積み重ね可能なユニットも選択肢の一つです。