国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院工学研究科／金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）の高橋康史教授，WPI-NanoLSIの華山力成教授，福間剛士教授，および海外主任研究者（PI）で英国・インペリアル・カレッジ・ロンドンのユリ・コルチェフ教授らの共同研究グループは，生細胞表面の構造をナノスケールのレベルで可視化する技術を確立し，細胞外物質の取り込み過程や，細胞間コミュニケーションに関与するエクソソーム^（※1）の可視化に成功しました。
ウィルスの細胞内への侵入や，細胞内外との物質のやり取りを観察するためには，現状の顕微鏡技術の空間分解能では不十分です。そのため，超解像度顕微鏡^{（※2）な}ど高分解能化が進められていますが，依然として空間分解能に課題を抱えています。細胞を生きたまま直接可視化するライブセルイメージングは，細胞のダイナミックな動きを理解することのできる方法です。走査型イオンコンダクタンス顕微鏡（SICM）^（※3）は，細胞のナノ構造を侵襲することなく生きた状態でライブイメージングを行うことができます。しかしながら，SICMの解像度向上に不可欠なガラスナノピペット^（※4）の微細化が困難なため，これまではその高度な技術を持つ限られた研究グループのみが超解像度のイメージングを達成してきました。本研究では，このような細胞表面のナノスケールの構造変化を再現性良く観察するため，キーとなる微細なガラスナノピペットの作製法を確立しました。さらに，高解像度SICMにより，細胞外の物質を取り込む過程の1つであるエンドサイトーシスを連続的に可視化することや，細胞外へ放出されるエクソソームの動きを捉えることに成功しました。
本研究成果は，2023年8月20日付（米国東部時間）でアメリカ化学雑誌「Analytical Chemistry」のオンライン版に掲載されました。

【ポイント】

●　生きた細胞のダイナミックな構造変化をナノスケールで可視化。
●　イメージングの再現性を大幅に向上させるプローブ作製方法を確立。
●　細胞外物質の取り込み過程を可視化。
●　細胞が放出したエクソソームを直接可視化。
●　細胞間コミュニケーションの理解への貢献が期待。
　

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【用語解説】

※1　エクソソーム
細胞から分泌される直径50-150 ナノメートル（nm：10億分の1メートル）の顆粒状の物質。その表面は細胞膜由来の脂質，タンパク質を含み，内部には核酸（マイクロRNA，メッセンジャーRNA，DNAなど）やタンパク質など細胞内の物質を含む。

※2　超解像度顕微鏡
蛍光分子の特徴を巧みに利用することで，回折限界を超えた高い空間分解能を達成する手法。時空間分解能はトレードオフであり，さまざまな手法が開発されている。

※3　走査型イオンコンダクタンス顕微鏡（SICM）
ガラスナノピペットをプローブに用いて，溶液中でイオン電流をフィードバックシグナル
として利用し，ガラスナノピペットと試料との距離を制御しながら，試料表面の形状を計
測する手法。

※4　ガラスナノピペット
ガラスキャピラリー（毛細管）を，専用の伸長装置を使って，加熱しながら引っ張ることで作製した尖った先端部にナノスケールの開口を有する中空のガラスピペット。

【論文情報】

雑誌名：Analytical Chemistry

論文名：Nanopipette Fabrication Guidelines for SICM Nanoscale Imaging
（走査型イオンコンダクタンス顕微鏡を用いたナノスケールのイメージングのためのガラスナノピペットの作製方法のガイドライン）

著者名：Yasufumi Takahashi^1,2*, Yuya Sasaki³, Takeshi Yoshida¹, Honda Kota², Yuanshu Zhou¹, Takafumi Miyamoto³, Tomoko Motoo¹, Hiroki Higashi³, Andrew Shevchuk⁴, Yuri Korchev^1,4, Hiroki Ida², Rikinari Hanayama¹, Takeshi Fukuma¹
（髙橋康史，佐々木祐哉，吉田孟史，本田航大，周縁殊，宮本貴史，元尾朋子，東宏樹，アンドリュー・シェブチェック，ユリ・コルチェフ，井田大貴，華山力成，福間剛士）

1. 金沢大学ナノ生命科学研究所
2. 名古屋大学大学院工学研究科
3. 金沢大学大学院自然科学研究科
4. 英国 インペリアル・カレッジ・ロンドン

掲載日時：2023年8月20日（米国東部時間）にオンライン版に掲載

DOI：10.1021/acs.analchem.3c01010
URL：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01010

【研究代表者】

大学院工学研究科／金沢大学ナノ生命科学研究所　高橋 康史　教授