昆虫の嗅覚を利用し、尿の“におい成分”を細胞で読み取る ~がん関連揮発性物質候補を検出するバイオハイブリッド型匂いセンサーを開発~

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2026-06-09 神奈川県立産業技術総合研究所

神奈川県立産業技術総合研究所、東京大学、住友化学の共同研究グループは、昆虫の嗅覚機構を利用したバイオハイブリッド型匂いセンサを開発し、尿中に含まれるがん関連揮発性有機化合物(VOC)候補の検出に成功した。研究では、昆虫由来の嗅覚受容体を発現する複数種類の培養細胞をハイドロゲル内に高密度集積し、独自のマイクロウェル構造上に配置したマルチセンサアレイを構築した。これにより、従来課題であった細胞応答のばらつきや信号の弱さを低減し、安定した蛍光応答を実現した。さらに、尿からヘキサン抽出した揮発性成分を気化して細胞に曝露する手法を開発し、がん関連VOC候補として知られるアセトフェノンの検出を実証した。本技術は、生体が持つ高い分子認識能力を活用しながら、侵襲性の低い尿検査による疾患スクリーニングを可能にするものであり、将来的にはがんの早期発見や簡便なバイオマーカー検査への応用が期待される。

昆虫の嗅覚を利用し、尿の“におい成分”を細胞で読み取る ~がん関連揮発性物質候補を検出するバイオハイブリッド型匂いセンサーを開発~

<関連情報>

ヒト尿中の癌関連化合物の気相検出のための細胞ベースマルチセンサーアレイ Cell-Based Multisensor Array for Vapor-Phase Detection of Cancer-Related Compounds in Human Urine

Hisatoshi Mimura,Toshihisa Osaki,Haruka Oda,Sho Takamori,Yuki Kodama,Norio Sasaoka,Yasuhiko Takahashi,and Shoji Takeuchi
ACS Sensors  Published: June 10, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acssensors.5c04942

Abstract

Detecting volatile biomarker candidates in complex biological samples is a key challenge in sensor science, particularly for noninvasive disease screening applications. Biohybrid sensors based on olfactory receptor-expressing cells offer high molecular selectivity; however, their use with physiological samples is often limited by weak fluorescence signals and variability in cellular responses. Here, we present a cell-based multisensor platform in which insect olfactory receptor-expressing cells are encapsulated in hydrogel and immobilized within slit-integrated microwells. This microstructural design enables dense three- dimensional cell loading and rapid, uniform exposure to target molecules, thereby enhancing fluorescence response sensitivity and reducing signal variability. The microwell architecture further allows simple and reproducible fabrication of multisensor arrays. Using this platform, multiple types of sensor cells on a single array enabled the selective and simultaneous detection of potential cancer-related volatile molecules, including acetophenone, phenol, and 6-methyl-5-hepten-2-one. By combining hexane extraction with vapor-phase exposure, we demonstrated reliable detection of acetophenone introduced into human urine samples at micromolar concentrations. The platform offers a compact, reproducible, and scalable strategy for cell-based detection of volatile molecules in complex biological samples.

医療・健康
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