産業技術総合研究所(産総研)は10月11日、リン脂質ポリエチレングリコール(PLPEG)で表面を被覆した単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を、近赤外蛍光(NIRF)プローブとして用いてマウス全身のNIRF造影に成功したこと、今回開発したNIRF顕微鏡による組織観察を行ったことを発表した。

同成果は、産総研 ナノ材料研究部門の湯田坂雅子 招聘研究員と片浦弘道 首席研究員、国立国際医療研究センター研究所 疾患制御研究部幹細胞治療開発研究室の佐伯久美子 室長、北海道大学大学院獣医学研究院 基礎獣医科学分野の岡松優子 講師らの共同研究によるもの。詳細は、科学誌「Scientific Reports」に掲載された。

一般的に、生体組織の細胞レベルでの異常の把握は疫病治療法の研究開発にとって重要であるとされるが、従来の造影剤では困難な点が多く、血管や臓器などの比較的大きな部位での応用にとどまっていた。そこで研究グループは、生体透過性の高さはもちろん、退色しにくく毒性が低いという特長を持つSWCNTによる、細胞レベルでの微視的情報を得る技術の開発に取り組んできた。

  • NIRF顕微鏡とPLPEG-SWCNT

    今回開発された(a)NIRF顕微鏡と、(b)プローブに用いられたPLPEG-SWCNT(出所:産総研Webサイト)

まず、近赤外対応対物レンズとCNT励起・観察用ダイクロイックミラー、そして高感度2次元NIR検出器を組み合わせ、空間解像度を数μm程度にあげた近赤外光に対応した光学素子を用いたNIRF顕微鏡を開発。また、疎水性のSWCNTがマイクロファイバーに捕獲されないよう、PLPEGで表面を被覆したSWCNT(PLPEG-SWCNT)を近赤外蛍光プローブに用いた。

  • マウスのBAT部分とNIRF造影装置、撮影されたNIRF像およびNIRF顕微鏡像

    (a)マウスのBAT部分、(b)NIRF造影装置、(c、d)撮影したNIRF像、(e)撮影したNIRF顕微鏡像。(出所:産総研Webサイト)

次に、PLPEG-SWCNTをマウスに尾静脈投与し、全身および褐色脂肪組織(BAT)をNIRF造影装置(産総研が2016年に開発)で撮影した。正常なマウスと、20時間絶食させたマウスでこれを行ったところ、絶食したマウスではBATが明るく造影され、PLPEG-SWCNTの蓄積が示唆されたという。この機序を明らかにするため、絶食したマウスのBATの組織をNIRF顕微鏡で観察したところ、BATの血管からPLPEG-SWCNTが漏れ出て、組織内に拡散していることが確認された。

産総研では今後、NIRF顕微鏡の改良を通してPLPEG-SWCNTの微細分布解明の精度を高めていくとしている。また、がん治療研究への応用を見込んで、今回の技術を腫瘍構造の細胞レベルでの解明に適用する予定とのことだ。