産総研ら,CNTでBAT内の異常を細胞レベルで検出

産業技術総合研究所(産総研)と国立国際医療研究センター,北海道大学は共同で,カーボンナノチューブ(CNT)で褐色脂肪組織(BAT)内の異常を細胞レベルで検出した(ニュースリリース)。

生体組織の細胞レベルでの異常(細胞死,がん細胞浸潤など)の把握は,その場で観察できる手法が探索されている。そのなかで近赤外光の生体透過性の高さを生かし,近赤外蛍光ナノ物質を用いた生体内造影研究が近年注目を集めている。中でも単層カーボンナノチューブ(SWCNT)は他の近赤外蛍光ナノ物質と異なり,退色しにくく,毒性も低いため,動物実験を用いた医療関連研究への貢献が期待されている。

今回研究グループは,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造影と,今回開発したNIRF顕微鏡による組織観察を行なった。

SWCNTは直径約1nm,長さ約数十nm~数µmと大きいため,組織内にとどまる時間が長く,解剖後の組織観察により異常を発見しやすいと考えられている。さらにSWCNT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。

研究グループは,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程度にあげたNIRF顕微鏡を開発した。また,疎水性のSWCNTに親水性を持たせることで,マクロファージに捕獲されないように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。このPLPEG-SWCNTは水溶液中でほぼ孤立分散する。

PLPEG-SWCNTをマウスに尾静脈投与し,マウスの全身,特にBATをNIRF造影装置を用いて全身撮影した。この撮影では波長1000nm以上の蛍光を検出した。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,マウスを絶食(20時間)させると,何らかの理由でPLPEG-SWCNTがBATに蓄積され,明るく造影された。このCNTがBATに蓄積される機序についても,PLPEG-SWCNTとNIRF顕微鏡で明らかにすることができた。

PLPEG-SWCNTを用いた体内のNIRF造影と組織のNIRF顕微鏡は,組織内の細胞レベルでの微細な構造変化が検知できるため,未知の生体組織の微細な構造変化の発見や,その生理的意義の解明に貢献できるとしている。

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