東京大学の研究者らが、染料を使わずに生きた細胞内のマイクロスケールおよびナノスケールの活動を捉える双方向のラベルフリー顕微鏡を開発した。「Great Unified Microscope」とあだ名されたこのシステムは、前方散乱光と後方散乱光の検出を組み合わせ、細胞内の科学者が見ることができる範囲を広げ、細胞死中の変化や粒子サイズと屈折率の推定を含む。
東京大学は、生きた細胞からの前方散乱光と後方散乱光を同時に記録する顕微鏡を公開し、研究者が大きな細胞構造と高速で動くナノスケール粒子を単一のビューで可視化できるようにした。彼らの査読済み論文では、この手法を双方向定量散乱顕微鏡（BiQSM）と呼んでいる。「Great Unified Microscope」というあだ名は、大学のプレス資料および関連報道に登場する。
仕組み
- 従来の定量位相顕微鏡（QPM）は前方散乱光を測定し、本研究で約100ナノメートル以上の特徴として定義されるマイクロスケール構造の可視化に適しているが、非常に小さく高速で動く物体には苦戦する。
- 干渉散乱顕微鏡（iSCAT）は後方散乱光を測定し、単一のタンパク質を含むナノスケールターゲットを検出できるが、QPMが提供する広範な文脈的視野を欠く。
- 両方向からの光を同時に捉えることで、新しいシステムはこれらの能力を橋渡しする。Nature Communications（2025年11月14日掲載）で、チームは実験でQPMの14倍のダイナミックレンジを報告し、蛍光ラベルなしでナノスケールダイナミクスとマイクロスケール構造の同時イメージングを可能にした。
研究者が行ったことと発見
- この機器は、東京大学のKohki Horie、Keiichiro Toda、Takuma Nakamura、Takuro Ideguchiによって開発された。HorieとTodaは共同筆頭著者。
- セットアップを検証するため、グループは細胞が死に向かう過程を監視し、1フレームに前方および後方散乱信号の両方を含む画像データを記録した。「非侵襲的な方法で生きた細胞内のダイナミックプロセスを理解したい」とHorieは述べた。「私たちの最大の課題は」とTodaは付け加え、「単一の画像から2種類の信号をクリーンに分離しつつ、ノイズを低く保ち、混在を避けることだった」と、東京大学のプレスリリースによると。
- 前方および後方散乱信号のパターンを比較することで、チームは大きな細胞構造の動きをはるかに小さい粒子とともに追跡でき、大学によると、各粒子のサイズと屈折率を推定できた。
なぜ重要か
- この技術はラベルフリーで細胞に優しいため、長期間の観察や、医薬品およびバイオテクノロジー分野でのテストや品質管理などのアプリケーションに有用である可能性があると大学は指摘。
次なるステップ
- 「エクソソームやウイルスなどのさらに小さな粒子を研究し、異なるサンプルでのサイズと屈折率を推定する予定です」とTodaは述べた。著者らはまた、細胞状態を制御し、他の方法で結果を照合することで、細胞が死に向かう過程をよりよく記述することを目指す。
出版詳細
- 研究「Bidirectional quantitative scattering microscopy」は、2025年11月14日にNature Communicationsに掲載され、東京大学のHorie、Toda、Nakamura、Ideguchiによる。
