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長時間蛍光イメージングを可能にする近赤外蛍光標識剤を開発 ~蛍光1分子追跡から生体深部イメージングまで生命科学・医療分野に幅広く応用可能~

 名古屋大学と国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)は2018年7月9日,同大学トランスフォーマティブ生命分子研究所の山口 茂弘 教授,多喜 正泰 特任准教授,ガージボウスキー・マレク研究員らの研究チームが,理化学研究所 生命機能科学研究センターの岡田 康志 チームリーダーおよび愛媛大学大学院 医学研究科の今村 健志 教授,川上 良介 准教授らと共同で,蛍光イメージング技術において近赤外領域で長時間にわたって安定して光り続けることができる蛍光標識剤の開発に成功したと共同発表した.本研究は,JST戦略的創造研究推進事業さきがけ「統合1細胞解析のための革新的技術基盤」および文部科学省世界トップレベル研究拠点プログラム,他の支援のもとで行われた.本成果は,ドイツの化学誌Angewandte Chemie International Editionにて発表された(注).

 蛍光イメージングは,特定のタンパク質や細胞器官に蛍光の目印をつけて,顕微鏡によって観察する生体等の観察手段である.従来の蛍光標識剤は可視光を利用するもので,青色や緑色の光による観察対象のダメージ,試料の自家蛍光による画質劣化等の問題があった.また,可視光は体内の深い部位にある血管や臓器などまでは届かない.これらの問題は近赤外光を用いた蛍光イメージングで回避できるが,これまで用いられているシアニン色素を骨格とした蛍光標識剤は安定性が乏しく,長時間観察が難しかった.

 本研究チームは,ローダミン蛍光色素骨格にリン(P)元素を含む電子受容性の官能基(ホスフィンオキシド,P=O)を導入することにより,光安定性に優れた近赤外蛍光標識剤「PREX 710」の開発に成功した.開発した標識剤は,生体分子との結合部位を持ち,官能基が近赤外励起光を吸収して長波長シフトした蛍光を発する.実際に開発した標識剤を用いてアビジンに対する1分子蛍光イメージングを行った結果,従来の標識剤では20秒で蛍光信号が半減するのに対し,120秒後でも20%の低減に止まった.また,PREX 710は可視光の蛍光性色素との重なりがほとんどないため,発色が異なる複数の蛍光分子を細胞に導入して種々の構造体を同時に可視化する生細胞マルチカラーイメージングができ,細胞膜,核,ミトコンドリアを色別に観察できた.さらに,多糖類の一種であるデキストランをPREX 710で標識し,これをマウスの静脈に投与することによって,脳血管の深部イメージングを行い,蛍光断層撮影によって脳血管の3次元画像を構築することに成功した.

 今回開発した安定性に優れた近赤外蛍光色素は,細胞内のタンパク質輸送から組織深部における1細胞動態の追跡まで,生命科学や基礎医学分野で幅広い応用が期待される.

(注)Marek Grzybowski, Masayasu Taki, Kieko Senda, Yoshikatsu Sato, Tetsuro Ariyoshi, Yasushi Okada, Ryosuke Kawakami, Takeshi Imamura, and Shigehiro Yamaguchi, "A Highly Photostable Near-infrared Labeling Agent Based on a Phospha-rhodamine Enables Long-term and Deep Imaging", Angewandte Chemie International Edition, Accepted Articles, published: 08 July 2018; doi: 10.1002/anie.201804731