シャーレで培養された細胞の生理的特性、そして最終的には品質を、細胞を傷つけることなく効果的に測定する方法は、再生医療ならびに医薬品のスクリーニングにとって重要である。とりわけpHや酸素といった代謝パラメータの正確な測定は、これら細胞の臨床応用にとって重要である。
今回、東京大学の一木隆範准教授らは、シャーレで培養された細胞および組織の酸素代謝を、細胞を傷つけずに計測できるシート型センサの開発に成功した。培養シャーレ中で細胞や組織に同センサを直接被せ、自動光学計測システムと組み合わせて使うことにより、絶えず変化する細胞の酸素消費量を迅速かつ正確にモニタリングできるのだ。
本センサは、透明なEVOH／PDMSポリマーシートの表面にマイクロチャンバーとよばれる小さなへこみが形成されており、その中に酸素濃度によって発光応答が変わるリン光発光性金属錯体のセンサを備えている。今回、シャーレ中のMCF7乳がん細胞を対象に、本センサを使った酸素代謝量の計測が行われた。
マイクロチャンバー内の酸素濃度は、リン光発光性金属錯体の発光寿命と共に直線的に変化することが知られている。したがって、リン光発光強度の時間依存性を光学的に計測することで酸素濃度の変化が算出された。このような方法を用いて計測されたMCF7乳がん細胞の酸素消費速度は0.72 fmol/min/cellと、これまでの報告を裏づける結果となった。
さらに研究グループは、ラット脳切片の酸素消費速度をリアルタイムで計測し、同センサを神経科学分野に応用できる可能性を示した。
センサ層に組み込む適切なリン光プローブの開発によって、本センサは、医薬品スクリーニングおよび細胞培養に関する研究用の多目的分析ツールとなることが期待される。
Reference and affiliation
Mari Kojima1, Hiroaki Takehara1, Takanori Akagi1, Hirofumi Shiono2, Takanori Ichiki1*
Flexible Sheet-Type Sensor for Noninvasive Measurement of Cellular Oxygen Metabolism on a Culture Dish, PLoSONE10(12): e0143774. doi:10.1371/journal.pone.0143774
- Department of Bioengineering, School of Engineering, The University of Tokyo, 2-11-16, Yayoi, Bunkyoku, Tokyo, Japan
- Nikon Corporation, 2-15-3, Konan, Minato-Ku, Tokyo, Japan
*corresponding author email address: ichiki@bioeng.t.u-tokyo.ac.jp
Figure:
表面に小さなへこみを形成したシート型センサをシャーレ中の細胞の上に被せ、細胞周囲に小さな閉鎖空間を形成した。シャーレの下に配された光学システムを使って、センサ層から発せられるリン光発光を検出し、へこみ内部の酸素濃度を算出した。