理研ら,iPS細胞への過程をラマン散乱で評価

理化学研究所(理研)と広島大学は,培養細胞にレーザー光を照射したときのラマン散乱光を利用し,分化細胞からiPS細胞へのリプログラミング過程にある細胞のリプログラミング状態を非染色・低侵襲的に評価する手法を開発した(ニュースリリース)。

iPS細胞が分化細胞からリプログラミングを経て多能性を獲得する際,生体分子や細胞の挙動などの生体活動に関わる網羅的な情報である,トランスクリプトーム,プロテオーム,メタボロームには大きな変化が生じる。このような変化を観察し記録することは,リプログラミング現象の解明や,最終的なiPS細胞の品質を評価する上で重要な情報となるが,検査に要する手間や時間,コストが課題だった。

細胞はタンパク質,核酸(DNAやRNA),代謝物といったさまざまな分子で構成されているため,単一色の光を当てても,細胞から得られるラマン散乱光はさまざまなスペクトルを持つ。このスペクトルの形状は細胞内部の分子組成を反映しており,分子組成は細胞の状態や種類によって異なる。したがって,細胞に障害を与えない強さのレーザー光を照射したときのスペクトルの形状から,細胞を傷つけずに細胞の状態を判別できると考えられる。

これまで,ES細胞が分化する際のラマン散乱光の変化を捉えた例や体細胞と幹細胞との差を調べた例はあるが,分化した細胞のリプログラミング過程におけるラマン散乱スペクトルの時間変化については,まだ報告されていなかった。

研究グループは先行研究で開発したハイスループットラマン散乱分光装置を用い,マウスES細胞に由来する分化細胞,リプログラミング中の細胞,iPS細胞それぞれのラマン散乱光を解析したところ,ラマン散乱スペクトルには,多能性(ES細胞,リプログラムされた細胞)への傾向を特徴づける波数と,分化(神経細胞)への傾向を特徴づける波数が含まれていることが示され,細胞の分化状態やリプログラミング状態を単細胞精度で判別できることが分かった。

研究グループは,細胞のラマン散乱スペクトルを解析することで,非侵襲かつ簡便に細胞の分化状態やリプログラミング状態を単細胞精度で評価できる可能性を示した。この成果をもとに,判別に必要なスペクトルの帯域を絞り込むことができれば,解析の高速化などさらなる手法の改良も考えられるとしている。

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