2026: Isothermal Exponential Amplification of microRNA Triggered by Liposome Fusion
Triggering Isothermal Exponential Amplification of microRNA via Liposome FusionBiological cells precisely coordinate metabolic and signaling pathways through the dynamic fusion and remodeling of lipid membrane vesicles. Reconstructing these controlled membrane processes in vitro is key to advancing biomimetic platforms and artificial cell technologies. In this study, we developed a system where the controlled fusion of giant unilamellar vesicles (GUVs) acts as a deterministic switch to initiate the highly sensitive detection of microRNA (miRNA) biomarkers.To mitigate the risk of membrane leakage or rupture caused by the thermal cycling of conventional PCR, we integrated an isothermal chemistry known as the exponential amplification reaction (EXPAR), which operates at a constant temperature ($55^\circ\text{C}$). By partitioning the EXPAR molecular machinery and the target miRNA into separate GUV populations, the amplification cascade remains strictly “OFF.” Upon applying precise electrical pulses within our custom-fabricated microfluidic chamber device, the distinct vesicles undergo membrane fusion, mixing their internal aqueous phases and instantly flipping the reaction switch to “ON.”The progression of the intra-vesicle amplification was successfully monitored in situ via real-time confocal fluorescence microscopy, as evidenced by a sharp increase in green fluorescence from the dsDNA-binding dye. This platform provides a robust proof-of-concept for detecting encapsulated nucleic acids within membrane-bound compartments, offering promising future applications for the direct, extraction-free analysis of naturally occurring extracellular vesicles such as exosomes.
脂質膜構造の融合を契機とするマイクロRNAの等温指数関数増幅
生体内において、細胞は脂質二重膜のカプセル（小胞）を融合させることで、物質の輸送や情報の伝達を精密に制御しています。このような動的な膜プロセスを試験管内で再構成することは、人工細胞システムの構築や次世代のバイオテクノロジー開発において極めて重要です。
本研究では、病気のバイオマーカーとして注目されている微量な「マイクロRNA（miRNA）」を標的とし、細胞サイズの人工脂質小胞（GUV）の融合を「開始スイッチ」とする新しい核酸検出システムを開発しました。
従来の遺伝子増幅法（PCR法など）は周期的な加熱・冷却を必要とするため、熱によってデリケートな脂質膜が破壊される課題がありました。そこで本システムでは、一定温度（55°C）でRNAを爆発的に増やす等温指数関数増幅反応（EXPAR）を採用しました。「反応酵素群を封入した小胞」と「標的miRNAを封入した小胞」をそれぞれ用意し、独自に開発したマイクロ流体デバイス内で微弱な電気パルスを印加することで、狙った小胞同士を融合させることに成功しました。
小胞が融合して内部の液が混合した瞬間、シグナル増幅反応がスタートし、増幅産物と結合した蛍光試薬によって小胞内部が鮮やかに発光します。本成果は、カプセルに包まれたままの核酸バイオマーカー（外分泌小胞やエクソソームなど）を、事前の抽出作業なしにその場でダイレクトに検出・分析する、新たなナノ診断プラットフォームの基礎技術として期待されます。
M. Tsugane, K. Kato, K. Shinohara, T. Okita, R. Sato, H. Suzuki, “Triggering isothermal exponential amplification of microRNA via liposome fusion,” Analyst, 151, 842-850, 2026.
