Development and characterization of FI 7500: a novel near-infrared dye for in vitro and in vivo cell labeling
本論文は、2D/3D培養における細胞形態の可視化、および生体内での腫瘍増殖と転移の追跡において、長期的な安定性と細胞生存能への影響の最小化を伴う、生物発光に代わる汎用的かつ信頼性の高い選択肢となる新規近赤外染料、FI 7500の開発と包括的な特性評価について述べるものである。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
科学者たちは、目に見えないものを見るために、細胞を光る染料で塗るという単純な手法に長年頼ってきました。生きた細胞に蛍光タグを取り付けることで、研究者は顕微鏡の下でその細胞がどのように動き、分裂し、隣接する細胞と相互作用するかを観察することができます。数十年間、これらの「絵の具」は虹の色のような可視光に限られており、生体内部の深部を観察しようとすると、光が散乱しやすいという難点がありました。より深く見るために、科学者たちはスペクトルの異なる部分、すなわち近赤外線へと目を向けました。この目に見えない光は、可視光よりも皮膚や組織を通り抜けやすく、厚い霧の中を照らす懐中電灯のように機能します。しかし、生体内の動物に対してこの光を使用するには、従来、複雑な回避策が必要でした。通常、研究者は細胞が自ら光を生成するように遺伝子操作を行う必要があり、そのプロセスには外来遺伝子の挿入と、写真を撮りたいときごとに動物へ特別な化学基質を投与するという工程が含まれていました。この方法は、費用と時間がかかり、細胞の挙動を変えてしまう可能性もあります。
ある研究チームは、より簡単な方法を見つけ出そうとしました。彼らは、遺伝子操作を必要とせずに近赤外線領域で光る、FI 7500と呼ばれる新しい既製品の染料をテストしたいと考えました。目標は、この染料が細胞に付着し、生体内で明るさを維持し、遺伝子工学や繰り返しの化学物質注入の手間をかけることなく、それらの細胞がどこへ移動したかを追跡できるかどうかを確認することでした。もし成功すれば、皮膚の表面から臓器の深部まで、細胞が体内をどのように移動するかを観察するための、明快な代替手段となるはずです。
研究者たちはまず、ペトリ皿の中での染料の挙動をテストすることから始めました。彼らは染料をさまざまな種類のヒトおよびマウス細胞と混合し、染料が細胞に害を与えないかどうかを注意深く観察しました。その結果、特定の低濃度において、染料は安全であり、30分以内に発光し始めることがわかりました。顕微鏡下では、染料は単に細胞の外側を覆うだけでなく、細胞質内の工場および輸送システムとして機能する管や袋のネットワークである小胞体に特異的に沈着していました。この染料が内部ネットワークを満たしたため、中心にある核を暗いまま残しながら、細胞の長い細い突起を含む細胞全体の形状を照らし出したのです。これにより、細胞構造の詳細な地図が明確に示されました。また、チームは、実際の組織における細胞の集まりを模した、スフェロイドと呼ばれる3次元の細胞塊に対しても染料のテストを行いました。未加工の生のスフェロイドにおいて、染料は内部構造の小さなクラスターを映し出すのに十分な深さまで浸透できました。スフェロイドを固定し、透明化させるための特殊な透明化剤で処理した場合には、染料はさらに深く浸透し、より大きなクラスターの内部までも明らかにしました。
実験室から生きた世界へと移り、チームはマウスに染色された細胞を注入し、その輝きがどの程度持続するかを検証しました。一つの実験では、染色された細胞をマウスの皮下に配置しました。染料は3週間にわたって明るく目に見える状態を維持し、研究者が腫瘍を形成する過程で細胞が増殖していく様子を追跡することを可能にしました。興味深いことに、腫瘍の成長に合わせて光る領域が大きくなることはなく、腫瘍が周囲に拡大していく一方で、光は元の場所に集中したままでした。このことから、この染料は細胞がどこから始まったかを追跡するには非常に優れているものの、光の様子だけを見て腫瘍のサイズを測定する目的には適していないことが科学者たちに示されました。しかし、染料は細胞の増殖を妨げなかったため、動物にとって安全であることが証明されました。
二番目の実験では、チームは細胞がどのように移動するかを追跡するために、染色された細胞をマウスの血流に直接注入しました。これらの細胞は、自然に肺に沈着することが知られている細胞です。数時間以内に、研究者は光る細胞が肺に蓄積していく様子をはっきりと確認でき、染料が細胞に付着し、その旅路を追跡できるほど十分に明るい状態を維持していることが裏付けられました。これは、従来の遺伝子操作を用いた細胞を用いる方法と同様にうまく機能しましたが、複雑な遺伝子改変や化学物質の繰り返し注入を必要としませんでした。研究は、この新しい染料が、生体内で細胞が移動し定着する様子を観察するための信頼できるツールであることを結論づけています。それは、遺伝子工学の障壁を取り除き、細胞がリアルタイムでどのように振る舞うかを、より実用的かつ低侵襲な方法で研究できる手段を提供するものです。
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