細胞を生きたまま染色する新しい蛍光色素

細胞を生きたまま染色する新しい蛍光色素

理想的な蛍光色素を求めて

細胞や組織、動物が生きている状態で分子の動態を観察できる蛍光生体イメージング。観察する細胞や分子などを標識する蛍光色素の開発は、2008年に下村脩(おさむ)博士らがノーベル化学賞を受賞した緑色蛍光タンパク質(GFP)の発見から始まりました。

生きた細胞内で分子の動態を続けて観察するためには、分子特異性が高く狙った分子を色分けして染色でき、さらに細胞への毒性が小さい蛍光色素が必要です。また、蛍光寿命が長く、輝度が強く、耐光性に優れていることなども求められます。

このような条件を満たす蛍光色素が日々開発され、現在では赤・青・黄などさまざまな色に発光し、細胞への毒性が小さい蛍光色素が開発されています。この記事では、代表的なPKH蛍光色素と新たに開発されたLuminiCell Tracker(ルミニセルトラッカー)について紹介します。

よく使われているのはPKH蛍光色素

生きた細胞を染めてトラッキングするためにさまざまな色素が開発されていますが、現在よく使用されているのが、PKH蛍光色素です。

PKHは、蛍光分子と脂質親和性分子(リンカー部位)が結合しています。この脂質親和性分子は長く、細胞膜に侵入することで細胞膜の外側に蛍光分子を留まらせ、細胞膜を標識します(図1)。このように、蛍光分子が細胞膜に安定するため長時間のモニタリングが可能です。また、細胞が分裂するとそれに応じて分配され、希釈されていきますが、輝度が強いため10世代まで測定可能です。

PKH蛍光色素は幅広い用途があり、フローサイトメトリー、細胞増殖研究、in vivoでの移植細胞のトラッキングなどに利用されています。

問題点を克服したLuminiCell Tracker

ところで、従来の蛍光色素は、色素分子同士が凝集して発光効率、発色性、光感受性や光増感性などの機能が著しく低下し、色素本来の特性を制限してしまうことが大きな問題となっていました。

新しい蛍光色素であるLuminiCell Trackerではこのような問題点を解決するため、凝集に伴って蛍光が増大するAIE(aggregation-induced emission)色素を使用しています。AIE色素は、従来の色素とは全く逆に、凝集すると蛍光が増大するため、従来の色素に比べ寿命が約3倍長く、輝度が約10倍強くなっています。

LuminiCell Trackerの特徴と使用用途

LuminiCell Trackerは、AIE色素にTATペプチド配列を結合しています。TAT配列は、HIV-1ウイルスのTAT(Trans-Activator of Transcription)タンパク質の一部のペプチド配列で、細胞膜を透過する機能を持ちます。そのため、蛍光色素が細胞内に入り、細胞質全体が標識されます。また、パーティクルサイズは、直径およそ35nm程度と小さいながら、高い輝度を有しています。毒性はありません。

使用用途としては、in vitroではほかの細胞と混合培養後にフローサイトメーターで解析することができ、in vivoではマウスなどの細胞イメージングが可能です。細胞が分裂するとそれに応じて分配され希釈されていきますが、培養細胞では10世代以上、in vivoでは21日以上追跡できたという実績があります(図2)。

色素は540nmの緑色蛍光(SCT010 LuminiCell Tracker 540- Cell Labeling Kit SCT011)と670nmの赤色蛍光(LuminiCell Tracker 670- Cell Labeling Kit)の二種があります。

TAT配列が結合されていないタイプ(SCT012 LuminiCell Tracker 540- Vascular Labeling KitSCT013 LuminiCell Tracker 670- Vascular Labeling Kit)もあり、細胞膜を透過しないため血管のイメージングに利用できます。血管に注入すると血管のイメージングや漏れの検出などができます(図3)。

生命科学分野の研究になくてはならない生体蛍光イメージング。欧米では巨額を投じた開発プロジェクトが進んでおり、今後ますます発展していきそうですね。