組織透明化による全身全細胞解析基盤の構築 プレスリリース（研究成果）2017 | 理化学研究所

組織透明化 全身全細胞解析基盤 構築

転移 細胞 見 可能

発表者：

泰己 東京大学大学院 学系研究科 機能生物学専攻 薬理学分 教授 理化学研究所生 研究 ン 合成生物学

兼任

宮園 浩 東京大学大学院 学系研究科 病因 病理学専攻 分子病理学分 教授 井中 一貴 研究当時：東京大学大学院 学系研究科 機能生物学専攻 薬理学分

講師 現所属：新潟大学 脳研究所 特任教授 理化学研究所生 研究 ン 合成生物学 客員研究員

江幡 正悟 東京大学大学院 学系研究科 ノ ョン 養

成 特任准教授

久保 晋 日本学術振興会 特別研究員

高橋 恵生 東京大学大学院 学系研究科 病因 病理学専攻 分子病理学分 特任研究員 西 純 日本学術振興会 特別研究員

森 保幸 東京大学大学院 学系研究科 病因 病理学専攻 人体病理学 病理診断学分 技術職員

発表 ン ：

◆透明化試薬 屈 率 臓器 最適化 組織 透明化技術 向 病理学的 全身観察法 確立 成

◆ 細胞 高い解像度 ン 微 転移 全身 全臓器

解析 可能

◆全身病態 可視化技術 開発 自己免疫疾患 様々 病気 病態 解明や治療法開発 期待

発表概要：

局所 生 後 全身 転移 全身性疾患 取 巻く微 環境 互い 作用 合い 転移 いく 古く 知 い

細胞や 微 環境 個 細胞 高い解像度 全身 全臓器 包括的 観

察 極 困難

東京大学大学院 学系研究科機能生物学専攻 薬理学分 泰己教 授 理化学研究所生 研究 ン 合成生物学

兼任 久保 晋 日本学術振興会特別研究員 病因 病理学専攻分子病理学分 宮園浩 教授 高橋恵生特任研究員 共 研究 開発 い 全身 全脳

ン 解析技術 _CUBIC 注 透明化試薬 屈 率 観点 発展

個体 全身 全臓器 存在 微 転移 細胞 解像度 解析 可能 技術 開発 技術 応用 転移 時空間的解析 行 う 細胞 初期 転移巣 形成機構 解明 剤 治療効果 臓器

や個体 検証 可能

本研究成果 Cell Reports ^{ン ン版 掲載}

発表内容：

＜研究 背 ＞

日本人 死因 第 位 あ 人 人 日本人 生涯 う 一度 罹患

言わ い 患者 死因 最 要 転移 あ

転移 解明 治 目指 必要 可 課題

い 転移 解明 長 多く 研究 い

わ 未 明 い い部分 多く 十分 治療法 開発 い い 現状

転移 研究 細胞 へ移植 転移 生 過程 観察

転移 広く使用 い 転移 解析 従来

使用 い 病理組織 解析や 体 用い 免疫組織化学染色法 え 近 急速 及

生物発 ン 法 注 ン 技術 活用 近 臓器

深部 細胞 増殖 時間 追 観察 可能 い

個 細胞 時間 経 大 転移巣 作 考え い

わ 個 く 少数 細胞 微 転移 動物実験 検出 定 化 方法 確立 転移 研究 い 長 大 課題

本研究 病態 分子 個体 統合的 理解

個体 臓器 細胞 解像度 観察 技術 開発 必要 あ 考え研究 進

2014 ^{本研究 高速 元 影 可能 あ 顕微}

鏡 注 着目 手法 透明 あ 哺乳類 応用 組織透明化 注 いう 期的 手法 開発 組織透明化 従来 病理組織学的 解析や生物発

ン 法 い 従来 解析手法 組 合わ 個体 網羅的 細胞解析 基盤技術へ 発展 図

＜研究手法 成果＞

転移 細胞 解像度 観察 個体 高度 透

明化 必要 ₂₀₁₄ 本研究 血液中 赤色色素 代表 生体色素 脱色 着目 個体 透明化 手法 開発 幼生

全身 ン 成 本研究 透明化手法 開発 目指 屈

率 調整 最適化 行い 結果 脱脂 脱色試薬 _CUBIC-L 屈 率均一化試薬

CUBIC-R ^{作製 成獣 全身 ン 可能 高度 透明化 成}

図

高度 個体 臓器 透明化手法 種類 転移 透

明化手法 応用 可能 _CUBIC- 解析 CUBIC-Cancer analysis ^注

結果 肺や肝臓へ 遠隔転移 腹膜 種 個体 観察可能

細胞 微 転移 高い解像度 定 化 可能 図

結果 _CUBIC- 解析 転移 解析 極 用

見え 細胞 転移 全個体 全臓器 包括的 見 可能 あ 示唆

本研究 _CUBIC- 解析 応用 肺 細胞 皮間葉移行

epithelial-mesenchymal transition^：EMT ^{注 転移へ 寄 関 研究 行い}

EMT ^{原発腫瘍 血管内へ 侵入 過程 血管内侵入 寄 い 報} 告 い 一方 細胞 血行性 遠隔臓器へ到遉 血管外へ脱出 過程 血 管外脱出 け _EMT 役割 未 明 点 多く残 い 肺 細胞

尾静脈 注射 ほ 細胞 肺 転移巣 形成 く細胞死 起 多く 細胞 遠隔臓器 到遉 ほ 死 い 転移巣 作 稀 あ いう 従来 考え方 合致 結果 一方 _EMT 起 肺 細胞 尾静脈 注射 多く 細胞 細胞死 免 血管外へ 脱出 転移巣 形成

わ 図 結果 _EMT 細胞 血管外脱出 過程

深く関 い 可能性 示

乳 細胞 用い 転移 剤 治療効果 臓器

細胞 評価 系 樹立 細胞 剤 耐性 解明

剤耐性 獲得 細胞 検出 必須 あ 従来 方法 比較

高感度 検出技術 可 _CUBIC- 解析 う 応え 細胞

剤投 後 残存 い 様子 細胞 観察 成 剤

投 細胞 消え う 見え わ 数 細胞 残存 い

再発 く 可能性 あ 効 剤 開発

CUBIC- ^{解析 効 あ 期待}

本研究 研究 使用 い 生物発 ン 法や病理組織学的解析

従来 方法 橋渡 新 基盤技術 _CUBIC- 解析 用性 示

全身 細胞解析 自己免疫疾患 全身性疾患 病因解明や治療 法 開発 貢献 期待

本研究 日本 療研究開発機構 革新的 薬品創出基盤技術開発事業 日本 療研 究開発機構 革新的 療実用化研究事業 科学研究費補助金 基盤研究_S 日本学術振興 会特別研究員奨励費 支援 得 行わ

発表雑誌：

雑誌 ： Cell Reports 2017 7 5^{日 ン ン版 米国東部夏時間}

論文 ：Whole-Body Profiling of Cancer Metastasis with Single-Cell Resolution

著者：Shimpei I. Kubota*, Kei Takahashi*, Jun Nishida, Yasuyuki Morishita, Shogo Ehata, Kazuki Tainaka, Kohei Miyazono**, and Hiroki R. Ueda** *^{共 第一著者} **^責任著者

DOI^番号：10.1016/j.celrep.2017.06.010

URL^：http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2017.06.010

問い合わ ： 研究 関 問い合わ

東京大学大学院 学系研究科 機能生物学専攻 薬理学分 教授 泰己 うえ

113-0033 ^{東京都文京 本郷} Tel^：03-5841-3415

E-mail^：[email protected]

東京大学大学院 学系研究科 病因 病理学専攻 分子病理学分 教授 宮園 浩 や うへい

113-0033 ^{東京都文京 本郷}

Tel^：03-5841-3356

E-mail^：[email protected]

事業 関 問い合わ

国立研究開発法人 日本 療研究開発機構 _AMED 創薬戦略部 薬品研究課

100-0004 ^{東京都千代 大手 売新聞ビ}

Tel^：03-6870-2219 FAX^：03-6870-2244 Email^：[email protected]

国立研究開発法人 日本 療研究開発機構 _AMED 戦略推進部 研究課

100-0004 ^{東京都千代 大手 売新聞ビ}

Tel^：03-6870-2221

報遈 関 問い合わ

東京大学大学院 学系研究科 総務係

113-0033 ^{東京都文京 本郷}

TEL^：03-5841-3304 FAX^：03-5841-8585 E-mail^：[email protected]

独立行政法人 理化学研究所 広報室 報遈担当

351-0198 ^{埼玉県和 市広沢}

Tel^：048-467-9272 FAX^：048-462-4715

用語解 ：

注 CUBIC; Clear, Unobstructed Brain/Body Imaging Cocktails and Computational analysis 全身 全脳 ン 解析 ッ _{2014 4} 理研 泰己

洲崎悦生 元基礎科学特別研究員 井中一貴 客員研究員 Dimitri Perrin

ン 元国際特別研究員 脳透明化試薬 全脳 ン 解

析手法 Clear, Unobstructed Brain Imaging Cocktails and Computational analysis CUBIC ^発表 脳透明化試薬 持 血液脱色作用 着目 東京大学 井中一貴 元講師 日本 学術振興会 特別研究員 久保 晋 全身透明化及 幼生 全身 ン

遉成

2014 4 18^{日 生体 脳 透明化} 1^{細胞解像度 観察 新技術 開} 発

http://www.riken.jp/pr/press/2014/20140418_1/

2014 11 7^{日 丸 透明化} 1^{細胞解像度 観察 新技術} http://www.riken.jp/pr/press/2014/20141107_1/

注 生物発 ン 法

来 遺伝子 発現 細胞 移植 細胞

発 観察 経時的 細胞 増殖 観察 可能

注 顕微鏡 light sheet fluorescence microscopy^：LSFM

状 左右 照射 ン 内 蛍 部 設置 い

ン 検出 顕微鏡 あ 状 最薄部 _{10 m} 設置 学 ョ ン 行う 透明 ン 高速 元 影 可能

注 組織透明化

生体組織 屈 率 異 様々 物質 存在 い 中 高屈 率 示 脂質

除去 散乱 抑え 可能 生体組織 存在 吸収

色素 除去 吸収 抑え 散乱 吸収 コン

組織 透明化 可能

注 _CUBIC- 解析 CUBIC-Cancer analysis

CUBIC-based cancer analysis ^略 CUBIC ^{組織屈 率 観点 発展}

成獣 全身 ン 担 全身 局在 微 転移 一細胞

解像度 観察 観察 像 用い 時空間的 解析 行う 臓器 剤 治療効果検証 可能

注 皮間葉移行 epithelial-mesenchymal transition^：EMT

互い 接着 安定 い 皮細胞 細胞間 接着 消失 運動能 浸潤能 間葉 細胞 性質 示 う あ う 変化 皮間葉移行 _EMT

現象 あ 細胞 浸潤 え 発生 過程 胚形成や 創傷治癒 関 い 考え い _EMT 誘 代表的 ン _TGF- 知 い

添付資料：

図 . 個体 網羅的細胞解析基盤技術

従来 病理組織学的解析や生物発 ン 法 間 あ 溝 細胞解像度 全

身 全臓器 ン 埋 可能 あ 全身 ン 全身 存在

微 転移 ン 全臓器 ン 時空間的

ン 可能

図 . 成獣 全身 全臓器 高度 透明化

透明化試薬 屈 率 臓器毎 最適化 全身 全臓器 高度 透明 化 遉成

図 . 細胞解像度 担 ン -腎臓 例

蛍 ン 質 赤色_{: mCherry} 発現 い 腎 細胞 腎臓 移植

全身 転移 誘 成獣 細胞 染 蛍 色素 青色_{: RedDot2} 染色

い 原発巣 あ 腎臓 胸部 腹部へ 遠隔転移 い 観察 全

身 点在 一 一 転移巣 ン 可能 あ

TGF- _b

浸潤

TGF- _b

図 . 細胞解像度 担 ン -肺 例

図 蛍 ン 質 赤色_{: mCherry} 発現 い 肺 細胞 尾静脈投

肺 転移 誘 _TGF- いう ン 質 刺激 行 肺 細胞 移植 日後 時点 細胞死 起 血管外へ脱出 転移巣形成 明

図 転移 際 細胞 血管内へ侵入 遠隔 臓器 到遉 血管 外へ脱出 転移巣 形成 本研究 _TGF- いう ン 質 皮間葉移行 _EMT

起 細胞 血管内へ侵入 や い け く 血管外へ脱出 や い傾向 持 明