九州大学先導物質化学研究所の玉田薫教授、岡本晃一准教授、臼倉英治特任助教(現在名古屋大学)、博士課程1年増田志穂美らの研究グループは、広島大学医師保険学研究科の柳瀬雄輝助教、九州大学先導物質化学研究所の木戸秋悟教授、久保木タッサニーヤー助教らとの共同実験において、細胞が接着した「ナノ界面」の構造を高い時空間分解能で観察できる「局在プラズモンシート」の開発に成功した。

近年、光の回折限界を超える空間分解能を持つ超解像度顕微鏡の開発が世界中で進められている。この技術によって生きた細胞内の分子の観察が初めて可能になったが、観察には複雑で高価な装置が必要だった。

本研究グループでは、金属ナノ粒子が規則配列した単層シートを蛍光観察基盤として用いることで、現在最も「薄い」領域の観察に用いられている全反射傾向顕微鏡の約10分の1の厚みの「ナノ」の領域のイメージングに、世界で初めて成功した。この観察には金属ナノ微粒子の持つ「局在表面プラズモン」の効果を利用している。

蛍光観察領域を示す模式図

上図では左は局在プラズモンシート状(深さ10nm)、右は全反射蛍光顕微鏡(深さ100nm)を示す。

上半分を局在プラズモンシートで覆った基板上でのラット細胞株の全反射蛍光像

また、上図より、局在プラズモンシート上では細胞接着斑が明確に確認できるが、ガラス基板上では細胞内の蛍光が重なり、接着斑が不明瞭であるのがわかる。

この局在プラズモンシートを用いれば、細胞が接着した界面における「接着斑」の高解像度イメージングや、細胞内で動く分子の高速観察を、ほぼ全ての生化学系の研究室が持っている汎用の蛍光顕微鏡下で行うことができる。

ガラス基板と同じ細胞接着条件になるようにSiO2膜で被覆した局在プラズモンシート上で観察したラット細胞株の蛍光像

上図では、深さ方向だけではなく、画内の解像度も大きく向上している。通常の落射蛍光観察条件で観察したもので、露光時間は30.5ms。

超解像度蛍光イメージングを身近なものにしてくれる本技術は、世界の生化学、医学研究者の標準技術となることが期待される。

本研究成果は、国際科学誌Natureの姉妹紙である「Scientific Reports」において、6月16日に公開された。