ナノ粒子が分解・溶解する過程を蛍光色の変化で可視化 ―東北大発「キャリアフリーナノ医薬品」の実用化に向けた新たな解析技術―

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2026-09-10 東北大学

本研究は、ナノ粒子が細胞内で分解・溶解する過程を、蛍光色の変化としてリアルタイムかつ定量的に可視化する新技術を開発したものです。FRET(蛍光共鳴エネルギー移動)を利用した二状態発光型ナノプローブを用い、ナノ粒子の構造変化に伴う発光ピークのシフトを指標として、細胞内での「溶けた割合」を追跡できるようにしました。これにより、薬物自体をナノ粒子化し、担体を必要としない「キャリアフリーナノ医薬品」が、細胞内でいつ、どのように分解・溶解して作用するかを直接解析できます。従来困難だった細胞内ナノ粒子の動態を定量評価できるため、有効性と安全性を両立した次世代ナノ抗がん剤の設計・開発への応用が期待されます。

ナノ粒子が分解・溶解する過程を蛍光色の変化で可視化 ―東北大発「キャリアフリーナノ医薬品」の実用化に向けた新たな解析技術―
図1. 光の色の変化でナノ粒子が細胞内で溶けた割合を測る仕組み

<関連情報>

ピークシフト型デュアルステート発光FRETナノプローブを用いた細胞内ナノ代謝の定量的可視化 Quantitative Visualization of Intracellular Nanometabolism Using Peak-Shifted Dual-State Emissive FRET Nanoprobes

Farsai Taemaitree, Jinwoo Sung, Yutaro Miki, Ryuju Suzuki, Yoshitaka Koseki, Kunikazu Ishii, Minsang Kim, Keita Tanita, Kota Sato, Toru Nakazawa, Satoshi Katsube, Daisuke Unabara, …
Advanced Science  Published: 06 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.77509

ABSTRACT

Many nanoscale materials, ranging from environmental particulates to carrier-free nanomedicine platforms, enter the human body, yet their metabolic fates remain poorly understood. This process involves complex physical changes and molecular transformations within lysosomes; however, the particle-to-molecule transition–defined here as “nanometabolism”–has remained difficult to quantify due to intrinsic limitations of nanoscale bioimaging. To circumvent the fluorescence quenching of conventional fluorophores and the challenges of observing nanoscale dynamics, peak-shifted, dual-state emissive nanoprobes composed entirely of donor–acceptor bithiophene dyes are introduced here. This approach establishes a highly adaptable design strategy for constructing heterogeneous organic nanoparticles templated by these molecular metrics. These molecular probes generate bright, ratiometric spectral shifts that directly encode nanoparticle disassembly, enabling robust optical monitoring of intracellular nanometabolism with cell-type- and particle-size-resolution. Time-resolved imaging identifies protonation-induced lysosomal membrane destabilization as the primary driver of nanoparticle breakdown within 6–12 h. Supported by cryogenic correlative imaging and tissue-level tracking, this platform provides a promising optical framework for monitoring nanometabolism in living systems. It serves as a pivotal breakthrough in elucidating the mechanistic design rules required for the future development of carrier-free nanomedicines with predictable intracellular behavior.

有機化学・薬学
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