大阪大学产业科学研究所山口哲志教授（生物功能化学专业）率领的研究团队，成功开发出了一项能够通过光照逐一将活细胞实时准确地附着至所需位置的技术。借助该技术，研究人员可实时观察免疫细胞攻击癌细胞的情况。据称，该技术有望在包括癌症等疾病治疗、工业生产在内的广泛领域得到应用。
将红色染色细胞与蓝色染色细胞排列作成大阪･关西世博会官方形象 “脉脉”（东京大学工学系研究科博士课程2年级学生梅田侑生制作）
此前的方法是将单细胞封入微孔或喷射细胞
抗癌药物治疗后癌症复发的原因之一是癌细胞的异质性。抗癌药物的治疗效果因癌细胞而异，因此部分癌细胞会产生耐药性，从而存活下来。为了准确检测异质细胞群中的药物疗效，最理想的情况是能有一种能够逐一观察细胞的“单细胞分析”技术。
在单细胞分析的技术中，有用微小空洞（微孔）或置于通道内的结构物（微流体）将细胞封入狭窄空间的方法，但这些方法无法观察到细胞的形状变化。而通过电极捕获细胞的方法（介电电泳法），或逐一喷射细胞的方法（喷射法），如果细胞能附着在基板上，则可进行观察，但若是血液中的白细胞等浮游细胞，则会在观察过程中因为流动而超出视窗而无法观测。
耗时20年成功实现细胞附着的开关功能
山口教授自2005年左右开始探索能否利用光响应基板进行单细胞分析。2010年前后，他在东京大学任职期间，成功合成了一种在玻璃上涂覆PEG脂质的基板（第一代）。该基板使用的PEG脂质由易溶于水的高分子聚乙二醇（PEG）、疏水性脂质以及夹在两者之间的光分解性连结分子（连接子）构成。研究证实，以脂质双层形式存在的细胞膜与基板上PEG脂质相互作用并附着在一起，而光照的部分的连接子分解脱落，性质上不易附着细胞的PEG部分暴露于表层，从而导致细胞从基板脱离。
光照下促使细胞脱离的聚乙二醇（PEG）脂质结构式和模式图。绿线表示PEG，红线表示脂质，蓝色六边形表示光分解性连接子（供图：大阪大学山口哲志教授）
自2015年左右开始，山口教授与他的学生——京都大学生命科学研究科的山平真也特定讲师等人将PEG脂质的脂质部分改成了两种。他们在其中一种皮脂上添加了连接子，由此产生了与此前不同的光照后一种脂质消失而剩下的另一种脂质仍能使细胞附着的PEG脂质（第二代）。
2020年前后，他们将置于PEG和脂质之间的光分解性的连接子改为了其亲水性和疏水性能够根据光的种类变化而变化的连接子，从而创造了能使细胞在可见光下脱离，在紫外光下附着的具有开关功能的PEG脂质（第三代）。
山口教授等开发的三种PEG脂质的模式图（供图：大阪大学的山口哲志教授）
同时观察癌细胞与免疫细胞，掌握治疗效果
使用第二代PEG脂质，可以将通常在血管内浮游的细胞附着至光照位置。
为了研究癌细胞的异质性，研究人员将具有免疫功能的自然杀伤细胞（NK细胞）和癌细胞在阵列上逐一排列，观察其相互作用，并成功确认了NK细胞杀死癌细胞的过程和即便未杀死癌细胞也吞噬掉其中一部分的过程。这将有望为癌症治疗的进步做出贡献。
可观察到相邻细胞的自然杀伤细胞（NK细胞）杀死发绿光的癌细胞的过程（红框），以及即便未杀死癌细胞也将其中一部分吞噬掉的过程（蓝框）（供图：大阪大学的山口哲志教授）
期待成为细胞分析的平台
此次开发的技术除了应用于医疗领域外，让昆虫的嗅觉受体细胞可以在任意位置附着和分离，就可以制造出对特定气味具有高灵敏度的传感器。山口教授自信地表示：“我们希望这项技术能够成为不局限于特定领域的，不论是对需要观察细胞表型的研究，还是对需要对细胞进行某种操作并回收部分细胞的研究，甚至是对工业都有用处的一种平台技术。”
在信息产业中，由5家IT巨头组成的“GAFAM”作为平台供应商发挥着重要作用，单细胞分析技术则作为支撑生物研究的平台技术，其未来发展也被寄予厚望。
原文：长崎绿子／JST Science Portal 编辑部
翻译：JST客观日本编辑部
【相关链接】
• 大阪大学新闻稿“可在所需位置排列并研究细胞的光响应培养基材料的开发”
• 东京大学工学部新闻稿“开发用于单细胞分析细胞间相互作用的光响应表面”
• 东京大学工学部新闻稿“瞬间将任意细胞附着至所需位置的‘光活性细胞附着剂’的开发”
