がん細胞を生体内の深部までリアルタイムに可視化~新しいがん治療評価系やがん診断法への展開に期待~

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2025-06-05 神戸大学

神戸大学大学院科学技術イノベーション研究科の片岡洋祐特命教授(研究当時:理化学研究所生命機能科学研究センター 客員主管研究員)、後藤俊志特命助教(研究当時:理化学研究所生命機能科学研究センター客員研究員、現:甲南大学フロンティアサイエンス学部 客員研究員)らの研究グループは、がん細胞を生体内の深部までリアルタイムに可視化する技術を開発しました。この技術は、改良された顕微内視鏡と理化学研究所が開発したFucciシステム(Fucci(SA)5)を組み合わせ、直径1cmの腫瘍内のがん細胞を端から端まで可視化することに成功しました。また、同一個体での長期観察により、抗がん剤に対するがん細胞の応答や抵抗性獲得のメカニズムも明らかにしました。この成果は、がん治療の評価法や新たな診断法の開発に貢献することが期待され、2025年6月5日付で『Cell Reports Methods』誌に掲載されました。

がん細胞を生体内の深部までリアルタイムに可視化~新しいがん治療評価系やがん診断法への展開に期待~
図1. 本研究で開発した顕微内視鏡イメージングシステムの概略図
左上の写真は、内視鏡プローブとして用いる光ファイバーを示している。スケールバー=0.2 mm。内視鏡プローブを、がんの表面から刺入し、撮像しながら一定速度で反対側の端まで進めることで、がんの端から端まで撮像することが可能である。

<関連情報>

微小内視鏡によるがん細胞のエンド・ツー・エンド定期的腫瘍イメージング Microendoscopy for periodic intravital end-to-end tumor imaging of cancer cells

Toshiyuki Goto ∙ Masayuki Nakano ∙ Sally Danno ∙ … ∙ Kei Mizuno ∙ Yosky Kataoka ∙ Kazuo Funabiki
Cell Reports methods  Published:June 4, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2025.101056

Motivation

The heterogeneity in cancer cell behaviors in tumor is considered the main reason for the difficulty in achieving complete remission. To determine the efficacy of anticancer treatments, the behavior of cancer cells should be investigated at a cellular resolution in all the different micro- and macroenvironments within each tumor. However, current intravital imaging methods do not realize that. Thus, we developed an optical-fiber-bundle-based microendoscopy with a fluorescent ubiquitination-based cell- cycle indicator (Fucci) system to achieve the intravital, periodic, and multicolor end-to-end tumor imaging of the proliferative activity of cancer cells at a cellular-level resolution.

Highlights

  • We present a microendoscopy method for intravital imaging of cancer cells
  • We demonstrate live imaging of Fucci-reporter cancer cells in tumor-bearing mice
  • Proliferation and nuclear enlargement of the cells are spatiotemporally visualized
  • We report complex temporal changes in these cell states in response to anticancer drugs

Summary

The spatiotemporal heterogeneity in intratumor proliferative behavior of cancer cells deeply affects tumor environment characteristics and the efficacy of anticancer treatments. Thus, intravital imaging with unlimited imaging depth and cellular-level resolution is greatly desired. We developed an optical-fiber-bundle-based microendoscope with a genetically encoded fluorescent ubiquitination-based cell-cycle indicator (Fucci) system to achieve the intravital, periodic, and multicolor end-to-end imaging of the proliferative activity of cancer cells at a cellular-level resolution. This technique enabled the periodic visualization of spatiotemporal cellular responses, including cell-cycle arrest and resumption, and nuclear enlargement following the administration of anticancer drugs in living mice. It was suggested that proliferating cell ratio and nuclear enlargement in cancer cells at the surface region of tumor characterized by abundant vascular invasion contribute to aggressive tumor regrowth after chemotherapy. The application of this technique can accelerate innovation in cancer biology and therapeutics.

医療・健康
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