　産業技術総合研究所（産総研）は2018年10月11日、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、褐色脂肪組織内の異常を細胞レベルで検出したと発表した。産総研ナノ材料研究部門首席研究員の片浦弘道氏らが、国立国際医療研究センター研究所、北海道大学と共同で明らかにした。

　生体組織の細胞レベルでの異常を把握する手段として、近赤外蛍光ナノ物質を用いた生体内造影研究が注目を集めている。中でもSWCNTは、退色しにくく、その蛍光は組織の自家発光と波長が異なるため、鮮明なNIRF像が得られる。

　産総研では今回、SWCNTを近赤外蛍光プローブとして用いて、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だ。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、高感度2次元NIR検出器を組み合わせ、空間解像度を数μm程度に上げたNIRF顕微鏡を開発。SWCNTに親水性を持たせ、マクロファージに捕獲されないようにリン脂質ポリエチレングリコール（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。

　これをマウスに投与し、特に褐色脂肪組織（BAT）をNIRF造影装置を用いて撮影したところ、波長1000nm以上の蛍光を検出。正常マウスでは、PLPEG-SWCNTはBATに蓄積せず、NIRF撮影では明るく造影されなかったが、マウスを20時間絶食させると、PLPEG-SWCNTがBATに蓄積され、明るく造影された。

　このメカニズムを明らかにするため、NIRF顕微鏡でPLPEG-SWCNTが蓄積した絶食マウスのBATの組織を観察。波長1100nm以上の蛍光を観察すると、BATの血管からPLPEG-SWCNTが漏れ出て、組織内に拡散していた。絶食によりBATの血管壁透過性が亢進するこの現象は、PLPEG-SWCNTによって初めて捉えられた。

　さらに、BATを鍍銀染色して通常の光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察することで、この現象は、BATで細胞や血管を支えて組織を形作っている結合組織であるコラーゲン線維の脆弱化に起因すると推察された。

　PLPEG-SWCNTは細胞レベルでの異常を検知するのに優れたプローブといえる。これを用いたマウス全身のNIRF造影とNIRF顕微鏡による細胞レベルでの組織観察は、腫瘍や臓器･組織の異常発見とその機序解明に役立ち、薬剤や治療法の開発にもつながると期待されるとしている。

（a）NIRF顕微鏡、（b）プローブに用いたPLPEG-SWCNT 出典：産業技術総合研究所

（a）マウスのBAT部分、（b）NIRF造影装置、（c、d）PLPEGで被覆したSWCNTを尾静脈に投与したマウスのBAT部分のNIRF造影像、（e）絶食マウスのBATのNIRF顕微鏡像出典：産業技術総合研究所

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