無害な光を用いたイメージングによる細胞内DNA・RNAの同時検出

細胞老化や細胞死に至る細胞のダメージを早期に発見することは、さまざまな病気の治療戦略開発の鍵となります。そのためには、発症から終末までの細胞の変化を観察する(細胞イメージング)ことが不可欠です。現行手法の多くが、可視光や紫外光などの細胞に有害な光を用いていること、複数の損傷状態を同時に検出する感度や能力に欠けることなどの問題を抱えています。このため、しばしば、疾病の発見が遅れたり、治療後の細胞運命の全体像が不完全になったり、治療効果に誤った結論が導かれたりします。それらの問題を解決するために、細胞に無害な赤外光〜近赤外光励起を用いて、細胞状態を完全に把握する汎用的かつ高感度なイメージング方法の開発が望まれています。

今回、研究チームは、DNAとRNAに対して異なる結合様式を示す蛍光色素プローブ(N-ヘテロアセン色素)を用いて、細胞に無害な二種類の光を同時に照射し、その蛍光を観測することで細胞内のDNAとRNAの両方を安全かつ同時に可視化することに成功しました。DNAイメージングによる持続的な細胞損傷評価に加えて、RNAイメージングが細胞損傷や細胞老化の初期予測においてより高い感度を提供することを明らかにしました。このDNA・RNAの同時イメージングによって、細胞損傷の初期評価と細胞死の全四段階の高精度検出が可能になりました。これらの知見は、単一細胞の状態遷移を可視化する戦略として、現在利用可能なあらゆるイメージングシステムの限界を超える方法になります。細胞の損傷や老化を超早期に発見することが可能となり、細胞毒性を最小限に抑えたイメージングワークフローを通して、生細胞の検査による疾病の発見やハイスループット創薬スクリーニングへの応用が期待されます。

今後、この手法の実際の生物への応用も検証していきたいと考えています。疾患の早期発見、細胞ストレスのモニタリング、精密医療戦略を可能にする道筋を拓くことを目指しています。“未病(健康な状態と病気の間にある、健康から離れつつある状態)にあることが細胞を見ればわかる”ような技術の開発を目標としています。

• 本研究は、NIMS若手国際研究センターのリナワティ・ストリスノ(ICYS 研究員)、NIMS ナノアーキテクトニクス材料研究センターのゲイリー・J・リチャーズ(博士研究員)、松本 道生(研究員)、ジョナサン・P・ヒル(グループリーダー)、有賀 克彦(特命研究員)、NIMS 高分子・バイオ材料研究センターの宇都 甲一郎(主幹研究員)、材料創製・評価プラットフォーム バイオ分析ユニットの李 香蘭(NIMSエンジニア)、アデレード大学のジャック・D・エヴァンス(研究員)、岐阜大学の多喜 正泰(教授)、名古屋大学の山口 茂弘(教授)からなる研究チームによって行われました。
• 本研究成果は、2025年10月23日にオープンアクセス誌Science Advancesのオンライン版に掲載されました。