ナノメートルサイズのセンサー粒子が細胞間のコミュニケーションを見える化~細胞間のやり取りを利用して時間的・空間的な細胞情報の推移を取り出すことに成功~

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2025-06-12 東京農工大学

ナノメートルサイズのセンサー粒子が細胞間のコミュニケーションを見える化~細胞間のやり取りを利用して時間的・空間的な細胞情報の推移を取り出すことに成功~

東京農工大学の木村笑准教授らと九州大学のグループは、マイクロ流体チップで作製したナノ粒子センサー(Cytotransducer)を好中球に搭載し、これを介して細胞間の通信をリアルタイムで可視化することに成功しました。センサー粒子は蛍光ナノダイヤモンドとpH応答蛍光分子で構成され、好中球がマクロファージや老齢細胞と接触すると粒子が局所的に移行し、細胞内pHの変化も検出できました。一方、間葉系幹細胞とは送達が抑制される特異的挙動も確認され、細胞の生きた状態を維持しつつ、細胞選択的なシグナル可視化が可能です。この手法は、細胞医薬品の開発や物質輸送を利用した細胞間コミュニケーションの設計に寄与する画期的技術です。成果は学術誌『Small』に掲載されています。

<関連情報>

時空間細胞間コミュニケーションを可視化するサイトトランスデューサー Cytotransducers for Visualization of Spatiotemporal Intercellular Communication

Niko Kimura, Yoko Yamanishi, Shinya Sakuma
Small  Published: 09 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.202503749

Abstract

Visualization of intercellular communication provides a means for understanding and leveraging complicated multicellular organizations. Various nanometer-sized artifacts (nano-artifacts) can be employed as small tracers for visualization, achieving spatially and temporally controlled intervention of these small tracers in the interactions remains challenging due to their diffusion-based transportation. To achieve spatiotemporally controlled visualization, cytotransducers are conceptualized that convert veiled intra/intercellular information into visible information. A 110-mm cytotransducer is presented, composed of a lipid layer and a fluorescent nanodiamond. The designed lipid layer allows effective uptake of the cytotransducer by neutrophils, and the fluorescent nanodiamond is labeled with the pH-responsive chemical fluorescein isothiocyanate to visualize the intracellular local pH at the single-cell level. Utilizing cytotransducers, cross-scale visualization of intercellular communication between neutrophils and three types of cells: macrophages, aged cells, and mesenchymal stem cells is demonstrated. Intracellular pH maps are obtained before and during the interactions, achieving spatiotemporally controlled visualization of intercellular communication based on the localized release of cytotransducers by programmed cell death (NETosis). A well-designed cytotransducer allows the simultaneous visualization of intra/intercellular information under spatiotemporally controlled conditions.

生物化学工学
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