細胞の活動を明るくする色変化染料を開発

February, 29, 2024, Dublin--トリニティ大学の科学者たちは、アイルランド王立外科医協会(RCSI)と共同で、1つの色素のみを使用して複数の異なる生物学的環境を同時に視覚化するために初めて使用できる、特殊な蛍光色変化色素を開発した。
細胞内の「タイムトラベル」を可能にするこの研究は、バイオセンシングとイメージングのアプローチに革命をもたらす可能性がある。この染料は、化学や生物学以外の用途だけでなく、複数の医療用途にも応用できると期待されている。

これらの色素は、COVID-19ワクチンなどの技術で使用されているような送達容器に封入されると、「凝集誘起発光」(AIE)と呼ばれるプロセスを介して「スイッチオン」になり、光を放ちます。細胞に送達されるとすぐに、細胞が色素を細胞の脂質滴にシャトルすると、光が「オフ」になり、再び「スイッチがオン」になる。

細胞内から発せられる光は、送達容器内の同じ色素から発せられる光とは異なる色であり、異なる時間枠内で発生するため、研究者は「蛍光寿命イメージング」(FLIM)と呼ばれる技術を使用して、2つの環境をリアルタイムで区別することができる。

この研究成果は、主要な国際学術誌「Chem」に掲載された。筆頭著者、トリニティ生物医科学研究所(TBSI)を拠点とする化学部の上級研究員、Dr Adam Henwoodは、Ph.D学生であるConnie Sigurvinssonとともにこの設計に取り組んだ。

Dr Henwoodは、「バイオイメージングは、色素が1つの条件下でのみ発光し、それ以外はオフにする「オン/オフ」色素に依存している。これは非常に便利だが、顕微鏡で一度に1つの場所しか見ることができないことを意味する。この研究のエキサイティングな部分は、われわれの色素が特徴的なON/OFF/ON特性を与えるスイートスポットに到達し、重要なことに、これらの異なる「ON」状態を観察して区別できることである。

「したがって、われわれは以前よりも多くのことを見て、よく見えるようになっている。これは、サンプルからの光が顕微鏡に到達するまでにかかる時間を計ることによって行われる:送達容器からの光は、細胞内からの光よりもわずかに時間がかかる。十分な光信号を収集することで、この情報を使用して、2つの異なる色素環境の正確な3D画像を迅速に構築できる。時差は小さく、いずれにしても数十億分の1秒に過ぎないが、われわれの手法はそれを捉えるのに十分な感度を持っている。」

このユニークな品質は、この色素が膨大な用途を持つ可能性があることを意味する。例えば、バイオセンシングやイメージングのアプローチに革命を起こす可能性を秘めている。

これらの色素は、科学者が生細胞内の複雑な構造を高いコントラストと特異性でマッピングするのに役立つため、薬物が細胞によってどのように取り込まれて代謝されるかを明らかにしたり、科学者が細胞の複雑な内部構造とその非常に重要な生化学的機構の理解を深めるための様々な新しい実験を設計および実施したりするのに役立つ。

発表されたジャーナル論文で、科学者たちは、ほとんどの複雑な生物(われわれ人間のような)の生きた細胞を構成する重要な「細胞小器官」の一例である細胞脂質(脂肪)滴を画像化するために色素を使用することに焦点を当てた。

脂質滴は、かつては単純な「脂肪貯蔵庫」と考えられていたが、現在では、細胞代謝を調節し、細胞内での脂質の取り込み、分布、貯蔵、使用を調整する上で重要な役割を果たすと考えられている。その重要性に対する理解が深まり、また、その活性の急激な変化は細胞ストレスを示すことが多いため、色素のテストケースとして有用である。さらなる研究の1つの可能性は、研究チームが他の重要な細胞小器官を色素で標的にできるかどうかを調べることである。

トリニティ大学化学部化学教授でTBSIを拠点とするThorfinnur Gunnlaugssonが、この記事のシニア著者である。
(詳細は、https://www.tcd.ie/)