2026/02/05 21:18
**拡張顕微鏡法が細胞世界の観察方法を変革した**
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要約▶
Japanese Translation:
拡張顕微鏡法は、紙おむつに含まれる日常的な水分吸収材であるナトリウムアクリレート水凝固体を利用して、生物サンプルを膨らませることで細胞内構造の高解像度画像化を実現します。2015年にMITマッコーヴァン研究所のエド・ボーデンによって開発されたこのゲルは、重量の数百倍もの水分を吸収しつつも細胞構造を保持できます。タンパク質がネットワークに結合しており、ゲルが膨張するとアンカー間の距離が増加するため、以前は隠れていた詳細（例：有糸分裂中の細胞骨格構造）が可視化されます。
ジュネーブ大学のオマヤ・ドゥディンは、硬い細胞に抗体を届けることに6年間苦戦した後、拡張顕微鏡法が破壊的なプロトコルなしで鮮明な染色と画像化を可能にしたと報告しました。ヘルツシュタインのEMBLに所属するガウタム・デイは、有糸分裂研究でも同様の利点を観察し、細胞骨格構造の前例のない詳細さを達成しました。この2つのグループは現在、この技術を用いて種間で未可視化の細胞骨格多様性をマッピングするために協力しています。
この方法は安価で学習が容易、基本的な蛍光顕微鏡と互換性があるため、世界中の研究室に高解像度細胞イメージングを民主化することを約束します。
本文
ダイエーパーに使われる水分吸収成分を利用して物体を拡大する技術は、微生物界を前例のないほど鮮明に観察できるようになりました。
顕微鏡でスライドを覗くと、ガラスレンズの組み合わせが対象（たとえば微生物）を拡大します。しかし、従来の複合光学系でも最大倍率でさえも細部が不明瞭になりやすく、硬い細胞壁がある場合は構造を特定するための染色剤を注入しにくくなります。
そのような状況下で、一部の科学者たちは「拡張顕微鏡法（expansion microscopy）」と呼ばれる代替手段を採用しています。これは、ベビードライザーに使われる水分吸収素材であるナトリウムアクリレート（Sodium Acrylate）を含むハイドロゲルでサンプルを膨張させる方法です。「安価で学びやすく、安価な顕微鏡でもより良い画像が得られる」とジュネーブ大学の細胞生物学者オマヤ・ドゥディン（Omaya Dudin）氏は語ります。
拡張顕微鏡法は2015年にMITのMcGovern Institute for Brain ResearchでEd Boyden 先生によって開発されました。Boyden とその仲間たちは、ナトリウムアクリレートを主成分とするハイドロゲルに生物サンプルを注入し、数百倍もの水分を吸収させつつ全体構造を保ったまま拡張に成功しました。
この方法では、タンパク質などの特定バイオマテリアルがハイドロゲルに固定されます。水分が増えるとゲルの網目状ネットワークが膨張し、アンカー点間の距離が広がります。理想的には全体構造は崩れず、微小な解剖学的構造や硬い壁を持つ細胞内部まで観察できるようになります。
ドゥディン氏は、抗体を使って対象細胞の頑丈な壁に特定タンパク質を結合させ、内部構造を可視化しようと 6 年間苦闘していました。彼が成功したのは、ほぼ破壊的な凍結・解凍プロトコルを通じてで、最終製品の大部分を失ってしまうものでした。絶望の中、隣接するラボと Covid 時代に協力関係を築き、拡張顕微鏡法を導入しました。「その瞬間はまるで魔法のようでした」とドゥディン氏は語ります。「すべての細胞が膨張し、染色も完了したので、何が起こっているかが一目瞭然でした。この手法で天に向かうべきだと急速に認識しました。」
ハイデルベルクの欧州分子生物学研究所（EMBL）で有糸分裂を研究している細胞生物学者ガウタム・デイ（Gautam Dey）は、同じ方法が自らのラボでもうまく機能することを確認しました。サンプルはよりクリアになり、染色剤や抗体が細胞内により効率的に浸透したため、二つの研究所は未曾有の種を可視化する協力関係を築きました。彼らは細胞骨格多様性のランドスケープを描くべく、これまで見たことのない複雑な細胞骨格構造を詳細に観察しています。
おそらく最も重要なのは、拡張顕微鏡法が基本的な顕微鏡とハイドロゲルさえあればどんな研究室でも実行できるという点です。「以前から顕微鏡の民主化について語っていましたが、これがその実現です」とデイ氏は述べます。「世界中の細胞生物学ラボでこの手法が採用されるまでには時間の問題だと考えています。基本的な蛍光顕微鏡さえあれば、誰でも利用できるようになるでしょう。」