上接本站報導：用光檢測癌細胞分泌的奈米微粒，將作爲癌症診斷和冶癒的高效檢測手法（上）
成功摧毀目標癌細胞
無副作用且成本低是優點
飯田教授等研究人員闡明瞭「光濃縮」的原理，目前正在推進「光誘導加速系統（Lightinduced Acceleration System；LAC-SYS）」的研究，實施遠程、非破壞測量和控制蛋白質、DNA、微生物、細胞等極微量生物樣本。LAC-SYS專案於2016年6月被合併前的大阪府立大學確立爲「大阪府立大學重點專案」，並於2017年5月成立了LAC-SYS研究所。該研究所正在推進LAC-SYS研發，解決食品檢查、臨牀檢查、醫藥開發、環境技術和能源轉換等21世紀的多種社會問題。
作爲此項技術的實用化舉措之一，LAC-SYS研究所與愛知縣癌症中心的田口步主任共同研究了只需雷射照射就能便捷地檢測出微量生物標誌物的光濃縮檢查技術。從2021年開始，以飯田教授爲研究代表的「微創高通量光濃縮系統的開發」被採納爲未來社會創造專案「共同基礎」領域的正式課題，並與牀波先生、中瀨先生、田口先生一起開始了研究。其成果之一就是本文開篇介紹的高效檢測癌細胞中奈米微粒的技術。
飯田教授等還利用光濃縮技術成功摧毀了目標癌細胞。爲滅絕癌細胞，需要提高誘發細胞死亡的「程式性細胞死亡」分子導入細胞内的效率。爲了高效地將這種分子導入細胞内，就需要高濃度分子。飯田教授等人選擇性地將低濃度粒線體檢測試劑導入到胞器，並證明了這種方法即使濃度低至既往方法的100～1000分之一，也能透過產生光激發對流將分子輸送並濃縮到細胞表面，從而高效地導入細胞内。
研究團隊還將只有既往方法百分之一的低濃度抗癌活性肽（R8-PAD）濃縮導入到癌細胞中，成功誘發了目標細胞羣的凋亡。此次開發的方法只需要將必要量的生物功能分子導入到目標細胞中，即使是極低的濃度，也能表達其功能，因此在藥物發現程序中，有望獲得包括更高效且低成本地評估藥物對細胞效果以及減量副作用等相關新見解。
主導研究的中瀨教授表示，在冶癒方面期待藥效的同時，考慮到副作用不希望過量用藥。因爲光是無毒的，光濃縮原理可以實施這一點。中瀨先生表達了對該技術應用的期待:「採用光濃縮技術可以將藥物微量地運送到目標細胞中，具有很明顯的低成本優勢。雖然在實用化方面還有很多課題需要克服，但如果能夠實施的話，將會產生巨大的影響」。
實用化目標廣泛
檢查、診斷和健康管理都變得輕鬆
圖3使用光濃縮技術的小型醫療和健康器件的未來前景
未來，研究人員設想能開發出一種根據細胞等活體樣本的特徵而設計的低成本且便捷的系統。飯田教授展望道:「我們的目標是未來透過將該系統與智慧型手機等鏈結的物聯網（IoT）技術相結合，實施輕鬆的檢查、診斷以及針對病徵早期的健康管理。」（圖3）。此外，飯田教授等還希望將其應用於以下領域：製藥程序中的異物檢查和藥效評估的效率化；在食品行業對出貨前的食品以及零售店、餐飲店等的現場檢查；在環境領域，對水和大氣等的環境測量和監測等廣泛領域。
爲了將該技術實際應用到更廣泛的領域，牀波副教授等成功主導開發出了可在幾分鐘内低傷害且高密度地整合數萬個活菌的光濃縮用生物晶片。這一系列成果的取得得益於物理可用能、化學、生物學、醫學等不同領域專家的共同努力。超越學科界限、跨領域融合是成功的關鍵。飯田教授回顧道：「與化學專業的牀波老師進行的聯合實驗證明瞭物理可用能學專業的我建立的光濃縮的基礎理論。而將藥物濃縮導入細胞内的研究，正因爲有藥學專業的中瀨老師的協助，研究才得以實施」。
牀波副教授表示，與來自不同領域的專家開展研究也碰到過問題。因爲物理可用能和化學從專業術語到思考、研究的推進方式等都完全不同。「因此，一開始爲了加深理解，我們進行了反復討論。飯田老師在白板上寫滿了物理可用能公式來做說明，但我完全不能理解，我們大概花了兩年時間才真正明白對方在說什麼。」
中瀨教授主要研究向細胞内側運送藥物的程序。之所以參加此次研究，是因爲考慮到如果將光濃縮技術和膜透過性肽的研究中所獲得的知識結合起來，或許可以成爲難以穿過細胞膜的蛋白質和藥物通透的引爆劑。「估計在藥學領域使用光濃縮進行研究的大概只有我們吧。透過這樣與不同領域合作開展研究，會在意想不到的地方取得突破，因此我對未來充滿期待」。
研究團隊的最終目標之一是實施可在醫院使用的多重檢查器件。研究團隊還在開發融入了最新研究成果的光濃縮單元實體模型，以實施用較少的樣本在短時間内同時進行多項檢查。「我們的目標是在保持高靈敏度和快捷性的同時，實施同時檢測4個樣本的系統。未來，同時檢測1000個樣本、1萬個樣本也將不再是夢想。」目前，不僅在癌症領域，在癡呆症和糖尿病等多個領域都在推進高靈敏度檢測疾病標誌物以及闡明病理的研究，期待在不久的將來能夠實施社會的實際應用。（全文完）（TEXT：伊藤左知子；PHOTO：石原秀樹）
原文：JSTnews 2024年7月號
翻譯：JST客觀日本編輯部
