大阪大學產業科學研究所山口哲志教授（生物功能化學專業）率領的研究團隊，成功開發出了一項能夠透過光照逐一將活細胞即時準確地附着至所需位置的技術。藉助該技術，研究人員可即時觀察免疫細胞攻擊癌細胞的情況。據稱，該技術有望在包括癌症等疾病冶癒、工業生產在内的廣泛領域得到應用。
將紅色染色細胞與藍色染色細胞排列作成大阪･關西世博會官方形象 「脈脈」（東京大學工學系研究科博士課程2年級學生梅田侑生製作）
此前的方法是將單細胞封入微孔或噴射細胞
抗癌藥物冶癒後癌症復發的終極因數之一是癌細胞的異質性。抗癌藥物的冶癒效果因癌細胞而異，因此部分癌細胞會產生抗藥性，從而存活下來。爲了準確檢測異質細胞羣中的藥物療效，最理想的情況是能有一種能夠逐一觀察細胞的「單細胞分析」技術。
在單細胞分析的技術中，有用微小空洞（微孔）或置於通道内的結構物（微流體）將細胞封入狹窄空間的方法，但這些方法無法觀察到細胞的形狀變化。而透過電極擷取細胞的方法（介電電泳法），或逐一噴射細胞的方法（噴射法），如果細胞能附着在基底層上，則可進行觀察，但若是血液中的白血球等浮游細胞，則會在觀察程序中因爲流動而超出視窗而無法觀測。
耗時20年成功實施細胞附着的開關功能
山口教授自2005年左右開始探索能否利用光響應基底層進行單細胞分析。2010年前後，他在東京大學任職期間，成功合成了一種在玻璃上塗覆PEG脂質的基底層（第一代）。該基底層使用的PEG脂質由易溶於水的聚合物聚乙二醇（PEG）、疏水性脂質以及夾在兩者之間的光分解性連結分子（連接子）構成。研究證實，以脂質雙層形式存在的細胞膜與基底層上PEG脂質相輔作用並附着在一起，而光照的部分的連接子分解脫落，性質上不易附着細胞的PEG部分暴露於表層，從而導致細胞從基底層脫離。
光照下促使細胞脫離的聚乙二醇（PEG）脂質結構式和模式圖。綠線表示PEG，紅線表示脂質，藍色六邊形表示光分解性連接子（供圖：大阪大學山口哲志教授）
自2015年左右開始，山口教授與他的學生——京都大學生命科學研究科的山平真也特定講師等人將PEG脂質的脂質部分改成了兩種。他們在其中一種皮脂上添加了連接子，由此產生了與此前不同的光照後一種脂質消失而剩下的另一種脂質仍能使細胞附着的PEG脂質（第二代）。
2020年前後，他們將置於PEG和脂質之間的光分解性的連接子改爲了其親水性和疏水性能夠根據光的種類變化而變化的連接子，從而創造了能使細胞在可見光下脫離，在紫外光下附着的具有開關功能的PEG脂質（第三代）。
山口教授等開發的三種PEG脂質的模式圖（供圖：大阪大學的山口哲志教授）
同時觀察癌細胞與免疫細胞，掌握冶癒效果
使用第二代PEG脂質，可以將通常在血管内浮游的細胞附着至光照位置。
爲了研究癌細胞的異質性，研究人員將具有免疫功能的自然殺手細胞（NK細胞）和癌細胞在陣列上逐一排列，觀察其相輔作用，併成功應答了NK細胞殺死癌細胞的程序和即便未殺死癌細胞也吞噬掉其中一部分的程序。這將有望爲癌症冶癒的進步做出貢獻。
可觀察到相鄰細胞的自然殺手細胞（NK細胞）殺死發綠光的癌細胞的程序（紅框），以及即便未殺死癌細胞也將其中一部分吞噬掉的程序（藍框）（供圖：大阪大學的山口哲志教授）
期待成爲細胞分析的平台
此次開發的技術除了應用於醫療領域外，讓昆蟲的嗅覺受體細胞可以在任意位置附着和分離，就可以製造出對特定氣味具有高靈敏度的感測器。山口教授自信地表示：「我們希望這項技術能夠成爲不侷限於特定領域的，不論是對需要觀察細胞表型的研究，還是對需要對細胞進行某種操作並回收部分細胞的研究，甚至是對工業都有用處的一種平台技術。」
在資訊工業中，由5家IT巨頭組成的「GAFAM」作爲平台供應商發揮着重要作用，單細胞分析技術則作爲支撐生物研究的平台技術，其未來隊形變換也被寄予厚望。
原文：長崎綠子／JST Science Portal 編輯部
翻譯：JST客觀日本編輯部
【相關鏈結】
• 大阪大學新聞稿「可在所需位置排列並研究細胞的光響應培養基材料的開發」
• 東京大學工學部新聞稿「開發用於單細胞分析細胞間相輔作用的光響應表面」
• 東京大學工學部新聞稿「瞬間將任意細胞附着至所需位置的‘光活性細胞附着劑’的開發」
