ウェスタンブロットイメージングシステム：ウェスタンブロットに使用される機械とは？

前書き。

ウェスタンブロットイメージングシステムは、様々な科学分野、特に分子生物学や臨床診断において不可欠なツールとなっている。 このシステムは、高度なイメージング技術を駆使してサンプル内の特定のタンパク質を検出・分析する上で重要な役割を果たしている。

研究室からバイオテクノロジー、臨床に至るまで、ウェスタンブロッティングはタンパク質の発現、修飾、相互作用を理解するための最も強力なテクニックの一つである。 正確さと効率への要求が高まる中、適切なウェスタンブロットイメージングシステムを選択することは、信頼できる結果を得るために極めて重要である。

この記事では、ウェスタンブロッティングプロセスの様々な構成要素、ウェスタンブロッティングで使用される機械、そして特定のニーズに最適なイメージングソリューションの選び方についてご紹介します。

この記事は以下のトピックを含む：

1. 1. ウェスタンブロットイメージングシステムとは？
   2. ウェスタンブロット・システムとは？
   3. ウェスタンブロットに使用される機械は？
   4. ウェスタンブロットイメージングシステムの用途
   5. 最適なウェスタンブロットイメージングシステムを選ぶには？
   6. ウェスタンブロット・イメージング・システムを比較する
   7. ウェスタンブロットイメージングソリューション

ウェスタンブロットイメージングシステムとは？

ウェスタンブロットとは？

ウェスタンブロッティングは、分子生物学および生化学において、試料中の特定のタンパク質を検出するために広く用いられている技術である。 このプロセスには、タンパク質の分離、メンブレンへの移し替え、検出など、いくつかのステップが含まれる。

ここでは、その重要なステップの内訳を説明する：

1.タンパク質の分離（ゲル電気泳動）：

タンパク質はまず、ゲル電気泳動で大きさ別に分離される。 この技術では、通常ポリアクリルアミドでできたゲルマトリックスに電界をかけることで、タンパク質がゲル中を移動する。 小さいタンパク質ほど速く移動し、大きいタンパク質ほどゆっくり移動する。

画像出典：wiki.org

2.タンパク質の移動：

タンパク質が分離された後、ゲルからメンブレン（通常はニトロセルロースまたはPVDF）に移される。 このステップは、タンパク質を検出に使用する抗体と結合しやすくするために非常に重要である。

画像出典：wiki.org

3.タンパク質の移動：

メンブレンは、目的のタンパク質に特異的に結合する抗体とインキュベートされる。 抗体が標的タンパク質に結合したら、タンパク質を可視化するために検出法が用いられる。 最も一般的な検出方法は、化学発光、蛍光、近赤外（NIR）イメージングである。

画像出典：wiki.org

ウェスタンブロッティングの全過程は、タンパク質を同定し、その機能、相互作用、修飾を研究するのに役立つ。 しかし、その成功の鍵は、最終的な検出シグナルを捉え、定量的・定性的分析を可能にするウェスタンブロット・イメージング・システムにある。

ウェスタンブロット・システムとは？

ウェスタンブロットシステムとは、ウェスタンブロッティングを行うための機器や試薬を集めたものである。 その内容は以下の通りだ：

1. 電気泳動装置：
   これは電界を利用してタンパク質をサイズ別に分離するのに使われる。 ゲルキャストシステム、ランニングバッファー、電源で構成されている。
2. 移籍システム：
   トランスファーシステムは、タンパク質をゲルからメンブレンに移し、さらに分析する。 このシステムは、ウェットまたはセミドライの転写技術を使用することができる。
3. 画像システム：
   イメージング・システムは、検出試薬（化学発光基質や蛍光色素など）が発するシグナルを捉える重要なコンポーネントである。 撮影された画像は、専用のソフトウェアを使って解析される。

画像出典：wiki.org

これらのシステムを組み合わせることで、タンパク質の詳細な解析が可能になり、その発現、修飾、相互作用に関する貴重な知見が得られる。

ウェスタンブロットイメージングシステムは、光源、検出器、ソフトウェアを組み合わせて使用し、生化学的シグナルを読み取り可能なデータに変換する役割を果たす。

ウェスタンブロットに使用される機械は？

ウェスタンブロッティングの主要機器

1.ウェスタンブロットイメージングシステム：

この装置は、膜上のタンパク質を可視化・定量化する上で最も重要な装置である。 イメージングシステムは、検出試薬から放出された光を捕らえ、分析可能な画像を作成する。 イメージングシステムにはいくつかの種類があり、それぞれ異なる検出方法に適している。

2.電気泳動システム：

このシステムは、タンパク質をそのサイズに基づいて分離する役割を担っている。 最もよく使われる方法は、SDS-PAGE（ドデシル硫酸ナトリウム-ポリアクリルアミドゲル電気泳動）である。 システムには以下が含まれる：

• • ゲル・キャスティング器具：
    電気泳動用のゲルマトリックスを調製するために使用する。
  • 電気泳動チャンバー：
    ゲルにタンパク質サンプルをロードし、電界にかける。
  • 電源：
    電気泳動プロセスに必要な電圧を供給する。

3.転送システム：

電気泳動後、タンパク質はゲルから膜に移されなければならない。 これは、以下の方法で行うことができる：

• • ウェット・トランスファー：
    緩衝液中で電流を流すことにより、タンパク質はゲルからメンブレンに移動する。
  • セミドライ・トランスファー：
    ゲルとメンブレンをブロッティングペーパーで挟み、転写バッファーに入れるより速い方法。

4.検出試薬：

これらは、膜上のタンパク質と反応して検出可能なシグナルを生成する化学物質である。 最も一般的な検出方法は以下の通りである：

• • 化学発光：
    目的のタンパク質が特定の基質と反応して光を発生する発光化学反応。
  • 蛍光：
    タンパク質は蛍光色素で標識され、放出された光は専用のセンサーで検出される。
  • 近赤外線（NIR）：
    タンパク質はNIR色素で標識され、NIRイメージング・システムを使って検出できる。 NIRイメージングには、バックグラウンドノイズの影響を受けにくいという利点がある。

これらの各要素は、ウェスタンブロット実験の成功に不可欠な役割を果たしている。 しかし、イメージング・システムは、化学的または光ベースの信号を分析用のデジタル画像に変換するプロセスの最終段階である。

ウェスタンブロットイメージングシステムの用途

ウェスタンブロットイメージングシステムは、以下のような様々な分野で使用されている：

1.生物医学研究：

ウェスタンブロッティングは、様々な生体系におけるタンパク質の発現や機能を研究するために不可欠なツールである。 研究者はウェスタンブロットイメージングシステムを使って、細胞内シグナル伝達、タンパク質間相互作用、タンパク質の修飾（リン酸化やアセチル化など）を調べる。

2.がん研究：

ウェスタンブロッティングは、がんに関連するバイオマーカーを同定するために、がん研究においてしばしば用いられる。 このイメージング・システムにより、研究者は癌関連タンパク質の発現を追跡し、これらのタンパク質に対する潜在的な治療効果を研究することができる。

3.製薬研究と医薬品開発：

バイオテクノロジーや製薬会社は、薬物標的の研究や、タンパク質発現に対する薬物の効果をモニターするためにウェスタンブロッティングを使用している。 ウェスタンブロット・イメージング・システムは、治療薬開発の潜在的候補を同定するのに役立つ。

4.臨床診断学

ウェスタンブロッティングは、臨床診断において、特定のタンパク質に関連する疾患を検出・同定するために広く用いられている。 例えば、HIV、ライム病、様々な自己免疫疾患の診断確定に用いられる。

5.免疫学とワクチン開発

ウェスタンブロットイメージングシステムは、免疫応答の研究において極めて重要である。 抗体やサイトカインなどの免疫タンパク質を同定するために使用され、ワクチン開発や自己免疫疾患の研究に不可欠である。

画像出典：wiki.org

最適なウェスタンブロットイメージングシステムを選ぶには？

システムを選択する際に考慮すべき要素

正確で再現性のある結果を得るためには、適切なウェスタンブロットイメージングシステムを選択することが不可欠です。 以下は、考慮すべき重要な要素である：

1. 感度：
   高感度は、特に組織溶解液や血清のような複雑なサンプルを扱う場合、低存在タンパク質を検出するために不可欠である。 微弱な信号を検出するために、S/N比の高いシステムを選ぶ。

    

    

2. 解決：
   イメージングシステムは、間隔の近いタンパク質バンドを区別するために、高い解像度を持つ必要がある。 これは、同じような大きさのタンパク質を分析する場合に特に重要である。
3. 定量化能力：
   多くの実験では、タンパク質の量を定量する必要がある。 理想的には、標準曲線作成とバックグラウンド減算をサポートするソフトウェアを使用して、正確な定量が可能なシステムを探す。
4. 使いやすさ：
   複数の実験を効率的に行う必要のある研究者にとって、ユーザーフレンドリーなインターフェースは極めて重要である。 直感的に操作でき、解析やデータ解釈が容易なソフトウェアを搭載したイメージングシステムをお選びください。
5. コストと予算：
   画像処理システムのコストは、予算と検査室の特定のニーズに合わせるべきである。 より高度なシステムは高価になる可能性があるが、多重化や高度な定量化などの追加機能を提供することが多い。

化学発光 vs 蛍光 vs 近赤外：どちらを選ぶべきか？

化学発光：

これはウェスタンブロッティングで最も使用される検出法である。 化学反応によって光が生成され、その光が画像システムに取り込まれる。 感度は高いが、通常、一度に1つの標的タンパク質しか検出できない。

医薬品分析における免疫測定法とその応用：
基本的な方法論と最近の進歩。 Int J Biomed Sci. 2006 Sep; 2(3)：217-235. PMID: 23674985
image source:Darwish (2006).

蛍光：

蛍光ベースの検出は、複数のタンパク質を同時に検出する必要がある実験に理想的である。 蛍光色素は特定の波長で励起されると発光するため、1つのサンプルから複数のタンパク質を検出することができる。

図： 間接蛍光検出。

• A.蛍光色素標識二次抗体は、目的のタンパク質に対する一次抗体を検出する。
• B.光で蛍光体を励起波長で励起する。
• C.励起された蛍光色素はその発光波長で発光し、デジタルイメージャーで検出され、目的のタンパク質を可視化することができる。

近赤外線：

NIR検出は高感度でダイナミックレンジが広いため、定量的なアプリケーションに適している。 NIRイメージングはバックグラウンド信号の影響を受けにくく、干渉の少ない多重化に使用できる。

リーシュマニア・メジャー抽出液に抗リポ酸一次抗体とIR色素標識二次抗体を用いたウェスタンブロット。
(出典:wikimedia.org)

具体的なニーズに基づく提案

• 研究所：
  基礎研究の場合は、化学発光システムで十分なことが多い。 多重化が必要な場合は、蛍光ベースのシステムがより適している。
• バイオテクノロジーと製薬会社
  創薬やハイスループットスクリーニングにおいて、近赤外や蛍光ベースのイメージングシステムは、複数のアッセイを同時に高い感度で実行する能力を提供します。
• 臨床診断学：
  臨床検査室は正確さと信頼性を要求する。 定量と再現性のためには、近赤外検出を用いたシステムが理想的である。

ウェスタンブロット・イメージング・システムを比較する

ウェスタンブロットイメージングシステムは、基本的な化学発光システムから先進的なマルチモーダルおよび近赤外（NIR）イメージングプラットフォームまで、その機能はさまざまである。 新しい技術には付加的な機能があるが、標準的な化学発光イメージング・システムは、その信頼性、費用対効果、研究室での広範な採用により、タンパク質検出の要であり続けている。

1. 標準的な化学発光イメージング・システム：
   標準的な単一タンパク質の検出に適した基本的な化学発光システム。 シンプルで信頼性が高く、費用対効果が高い。
2. マルチモーダルイメージングシステム：
   化学発光と蛍光の両方の機能を持つハイブリッドシステム。 1回の実験で複数のタンパク質を検出する必要があるラボに最適。
3. 近赤外線（NIR）イメージングシステム：
   近赤外線イメージングシステム。 臨床および製薬用途に最適。

ウェスタンブロットイメージングシステムの比較表

標準的な化学発光イメージング・システムが不可欠であり続ける理由
(出典:wikimedia.org)

スタンダード化学発光イメージング・システムは、ライフサイエンス研究において重要なツールであり続けている。 この方法は、タンパク質検出のための最も広く使用され、検証された方法であり、世界中のラボのゴールドスタンダードとなっている。

新しいイメージング技術がさらなる機能性を提供する一方で、化学発光はウェスタンブロットイメージングの基礎であり続けている：

• 卓越した感度： 低存在タンパク質を高い特異性で検出。
• 費用対効果：蛍光やNIRベースのシステムと比べて手頃な価格であるため、アカデミックラボや小規模の研究機関では利用しやすい。
• 幅広い互換性：確立されたプロトコール、試薬、ワークフローにより、既存の研究セットアップへの統合が容易。

規制および業界の承認：規制された環境で頻繁に使用され、データの再現性と科学的標準への準拠を保証します。

正しいシステムの選択

日常的にウェスタンブロッティングを行う研究室では、信頼性と入手のしやすさから、Standard Chemiluminescent Imaging Systemがしばしば最良の選択となる。 しかし、マルチプレキシングや高度な定量化を必要とする研究においては、マルチモーダルまたは近赤外イメージングシステムがさらなるメリットをもたらす可能性があります。

その選択は、研究目的、予算、タンパク質分析に必要な複雑さのレベルによって決まる。

ウェスタンブロットイメージングソリューション – UPRtekを選ぶ理由

ウェスタンブロットイメージングへのUPRtekの革新的アプローチ

ウェスタンブロッティングを実施する際、多くの検査室が、高コスト、複雑なデータ解析、高感度の必要性などの課題に直面している。

適切なイメージング・システムは、研究者のニーズに合わせた一貫性のある正確で効率的な結果を提供することで、これらの問題に対処することができる。

UPRtekの技術的専門知識とカスタマイズ能力

UPRtek社は、高性能ウェスタンブロットイメージングソリューションに特化し、スタンドアロンユニットとして動作する、特許取得済みの費用対効果に優れたフレキシブルな化学発光システムを提供しています。使いやすさとアクセスしやすさを追求した設計により、研究、バイオテクノロジー、臨床ラボに、基本的なウェスタンブロッティングのニーズに対応する合理的で信頼性の高いイメージングソリューションを提供します。

UPRtekが現在提供している製品は化学発光が中心ですが、グローバルなプロジェクト開発で実績があるため、蛍光や近赤外イメージングを含む高度なシステムを顧客の要求に基づいて迅速に革新し、カスタマイズすることができます。

光学システム・エンジニアリングと精密測定における豊富な経験を持つUPRtekは、科学の進歩や研究室の需要に合わせて進化する、オーダーメイドのソリューションを提供することができます。

UPRtekは、技術的専門知識、革新的なエンジニアリング、カスタマイズへのコミットメントを組み合わせることで、将来の進歩に柔軟に対応しながら、高品質のイメージングとデータ精度を達成するための適切なツールをラボに確実に提供します。

結論

ウェスタンブロット・イメージング・システムは、タンパク質の検出と分析において基本的な役割を果たし、分子生物学、バイオテクノロジー、臨床診断などの分野における重要な研究をサポートしています。

しかし、ウェスタンブロットイメージングの核となる技術は、広く使われているにもかかわらず、その進歩は比較的遅い。 従来のイメージング・システムは、感度と解像度の漸進的な向上のみに焦点が当てられることが多かったが、自動化、統合化、使いやすさにおける画期的な革新には欠けていた。

この領域における光学イメージングの進化は緩やかで、ワークフローの効率化、アクセシビリティの向上、コスト削減の進展は限定的であった。

これこそがUPRtekの得意とするところである。 UPRtekは、光学工学、精密測定、システム統合の専門知識を活用することで、より柔軟でコスト効率に優れたスタンドアローンのソリューションでウェスタンブロット・イメージング・システムを再定義し、研究者の基本的なニーズを満たすと同時に、将来的な機能強化の基礎を築きました。

UPRtekは特許取得済みの光学技術と技術革新へのコミットメントにより、従来のウェスタンブロットイメージングと現代の科学的要求とのギャップを埋める独自の地位を確立している。

さらに、業界がよりスマートで効率的な検査室ワークフローへと徐々に移行するにつれて、AI支援分析、自動露光制御、強化されたイメージング・ソフトウェアなどの技術がますます不可欠になっている。

多くの既存システムがこれらの進歩を統合するのに苦労している中、UPRtekはこれらの限界を押し広げる技術的専門知識とグローバルな開発経験を有している。 現在の製品ラインは化学発光ベースのイメージングが中心だが、UPRtekは市場の需要に基づき、蛍光や近赤外イメージングを含む高度なソリューションを迅速に開発し、カスタマイズする能力を持っている。

技術革新が遅れているこの分野で、UPRtekはウェスタンブロットイメージングに新たな可能性を導入し、長年ほとんど変わっていない技術に新たな視点をもたらすことで、先頭を走っている。

UPRtekは、柔軟性、正確性、そして科学の進歩に合わせて進化する能力を提供することで、ウェスタンブロットイメージングの新たなスタンダードを確立し、研究者やラボが現在も将来も、高精度で信頼性の高い結果を得るための適切なツールを確実に手に入れることができるようにしています。