蛍光分子を1個ずつ検出し、究極の速度で撮像するカメラを開発：医療技術ニュース

京都大学アイセムスは、蛍光分子1個の感度を持ち、究極の速度で撮像できる顕微鏡用カメラを開発した。細胞膜上の分子が動き回る様子や、生きている細胞内の構造を超解像の精度で観察できる。

[MONOist]

　京都大学アイセムスは2023年5月25日、蛍光分子1個の感度を持ち、究極の速度で撮像できる顕微鏡用カメラを開発したと発表した。細胞膜上の分子が動き回る様子や、生きている細胞内の構造を超解像の精度で観察できる。沖縄科学技術大学院大学、フォトロンとの共同研究による成果だ。

　同カメラは、撮像速度は速いがノイズの大きいカメラを使用し、ノイズが1分子の検出に影響を与えないように工夫して開発した。撮像速度は1秒間に3万コマで、これまで観察に用いられていた通常ビデオの1000倍の速度に相当する。

　細胞膜の分子を同カメラを用いて観察したところ、分子が動き回る様子を捉えることができた。細胞膜分子は細胞膜全体を乱雑に動き回っていると考えられていたが、実際は線維状高分子のアクチンで仕切られた区画内で激しく動き回りつつ、時々、隣の区画に移動することが分かった。この区画があることで、細胞膜の各所で異なる機能を有することが示唆された。

（左）1秒間に1万コマの速度で観察した細胞膜を作るリン脂質の1分子運動（蛍光標識）。軌跡は区画ごとに色分けした。（右）細胞膜分子運動制御の基本モデル［クリックで拡大］ 出所：京都大学アイセムス

　次に、ガン細胞の転移を担う接着斑の構造とそこでの分子の集まり方や動き方について観察した。その結果、通常の蛍光顕微鏡画像では大陸のように見えていた接着斑が、実は多数の小島が集合した群島構造であることが示された。

ほぼ細胞全体にわたって細胞膜を撮影した画像（左端）。接着斑の部分を順次拡大（中、右）。上段は、通常分解能の画像。下段は点描法による超解像PALM画像。見ている分子は、接着斑を構成するパキシリン。下段の右端は、すぐ左の画像を定量解析したもの。緑が島の輪郭。赤が接着斑全体の輪郭［クリックで拡大］ 出所：京都大学アイセムス

　また、超高速点描法により、生きている細胞にある構造体の変化を観察。超解像の精度で、接着斑にある小島が1分間のうちに大きく変化する様子を確認できた。小島は単体で働くのではなく、直径320nmほどの小さな集合体を形成し、これが機能ユニットとして働いていることが明らかとなった。

接着斑のパキシリン分子を超解像点描法で1分間にわたって観察したムービー（スチール画像）［クリックで拡大］ 出所：京都大学アイセムス

　小島の隙間には液体状の細胞膜があり、これも区画に分かれていた。小島の隙間にある細胞膜には、接着斑に関係ない分子も自由に出入りしており、接着斑の内外でホップ拡散していた。

（左）トランスフェリン受容体（細胞膜タンパク質）の1分子運動。（右）研究で明らかになった接着斑の微細構造モデル［クリックで拡大］ 出所：京都大学アイセムス

　接着斑は、ガン細胞の転移や増殖を担う構造だ。それが変化する様子や分子の群舞の様子を確認できたことで、ガン細胞の転移を阻止する薬剤の開発が期待される。