分光学

生体医学への応用に向けて進展する
ラマン分光法マリネッラ・G・サンドロス、フラン・アダル
ラマン分光法は、ラベルフリーで非破壊的に、生化学的特性をサブミクロンの空間分解能で評価できる。この性能は、生命科学に広く応用できる優れた解析能力をもたらす。
基礎または臨床研究にいる生命科学

時に、異なる液滴の大きさ、起源、組別するときに有用である。例えば全身者は、多くの理由からラマン分光法に成も決定できたと研究チームは報告し性炎症反応症候群（ SIRS ）は、血液に魅力を感じている。この技術は水分のた。ラマン分光法は「 LD の生理学的細菌や他の病原体が感染することで起寄与がほとんどなく、ラベルフリーなあるいは病理学的な機能を研究するにきるのが一般的にほとんどであるが（こ計測や生物学的試料のイメージングおあたり有益なツール」の可能性があるの場合は敗血症と呼ばれる）、重篤なよび同定が可能である。10 年以上の時とチームは結論付けた。

トラウマや侵襲的な外科手術など非感をへて、ラマン分光法が新たなに進歩したことで、医療診断、細胞選別法、バイオ治療の開発など、多くの優れた生体医学分野で活用されている。

染状況で起きる場合もある。患者を同異なるものを区別する

定、階層化することは、タイムリーに

ラマン分光法は、目視では違いがわ

適切な治療を行うために必要だが、こからない、さまざまな疾患と細菌を区

れら 2 つの病因を区別するバイオマー

液滴形成プロセスを明らかにする
アテローム性動脈硬化、心臓病、糖C尿病、高血圧、肝臓病などの生活習慣感受性病に関する知見を得るためにデザイン2.5の有用性が証明されている（ 1 ）。これらの疾患ではしばしば、内皮細胞（動脈の内側の露出層）の機能障害や、大きさが 20 〜 100nm の脂肪滴（ LD ）が関与しており、これらは炎症性疾患を示唆するものである。研究者は、肝臓の状態を3つに分けたとき（健常、硬化症、バンコマイシン効果スコアされたマウス研究では、ラマン分光法

0.0−2.5糖尿病）における細胞内の脂肪分布を特徴付けるためにラマン分光法を使用し、肝臓の脂肪組成は食事に反映されること、例えば高脂質の食餌を薬剤（メトホルミンとペリンドプリル）を摂取したマウスでは LD が飽和することを発見した。
ラマン分光法によって、内皮細胞におけるLD 形成の初めての 3D 検出と同382016.11 Laser Focus World Japan

抵抗性
0306090120

時間〔分〕

図 1 VRE を同定する分光法では、バンコマイシンを含む細菌懸濁液を処理し、0、30、60、90、120 分後の試料を複合誘電泳動ラマン設定を用いて解析する。チップのマイクロメートルサイズのエリアで誘電泳動的に捕捉された細菌は、ラマン分光法によって解析される。統計モデルに投影されたスペクトルによって、病原体がバンコマイシンに対して感受性（正のバンコマイシン効果スコア）か、抵抗性（負のバンコマイシン効果スコア）か、判明する。（提供 : U・C・シュレーダー氏ら（ 3 ））

カーで信頼できるものは現在ない。

異なるかどうかについては知られてい70 名の患者（それぞれの疾患のタイなかった。実際には、細胞内細菌と細プが約半分ずつ）を対象にした研究で胞外細菌は多くの点において区別できは、CaF2 スライド上で乾燥させた血る。これは、遺伝子発現における違いしょう 5μL の平均ラマンスペクトルのに由来すると思われる。これを応用し直接的な目視検査においては、敗血症て、感染した白血球と非感染白血球とと非感染的 SIRS を区別できなかった。

明確に区別できることが示された。

しかしながら、ラマンデータを多変量解析すると区別できた（ 2 ）。

細胞選別の進展診断におけるもう一つの課題は、腸驚くべき新たなツールであるラマン球菌（腸内フローラ）のうち、バンコマ活性化細胞選別（ RACS ）によって、生イシン（細菌感染などを治療するとき物学者は細胞の表現型の変化を研究でによく用いられる抗生物質）に感受性きるようになり、将来的には in situ でがあるものと抵抗性があるものを区別（その場で）可能になるだろう。ラベルすることである。効果的な治療と感染フリーなアプローチは、蛍光ラベルがの封じ込めには、バンコマイシン耐性必要な従来法である蛍光活性化細胞選腸球菌（ VRE ）を同定することが欠か別（ FACS ）を補完する技術として役立せない。耐性菌は、細胞壁に存在するち、さらに個々の細胞の生化学的またタンパク質の末端アミノ酸であるアラは代謝の性質に関する全体的な情報がニンが乳酸塩（糖）に変化しており、こ加わるだろう（ 4 ）。RACS による一細胞の変化によってバンコマイシンが結合解析は、溶液中におけるラマンピンセできない。近年の研究では、抗生物質

ットと、フローにおけるマイクロ流体の有無で分けた希薄懸濁液で、誘電泳工学または表面におけるラマン活性化動を行って細菌を捕捉し、2 時間にわ細胞排出（ RACE、図 2 ）が統合するこたって分析するためにラマン分光法がとで実現しうるだろう（ 5 ）。誘導ラマン用いられた。研究者は、感受性と抵抗散乱やプレスクリーニングなどの進展性の細菌の分子的反応における特性のによって RACS 選別スピードが向上す違いを記録し、「バンコマイシンスコア」ることが証明されている。さらに、パを算 出 する情 報 として 1250、1500、ターン認識法によって一細胞ラマンス

2850cmにおけるスペクトル差異をペクトルを評価することが容易になり、使用した（ 3 ）。時間を関数としてバンコRACSにおいてバイオマーカーとなる特マイシンスコアをプロットした研究で定のラマンバンドを抽出できるだろは、2 時間以内で耐性菌はスコアが低う。マイクロ流体力学や RACE に基づ下し、一方で感受性菌はスコアが高い

いた細胞選別の進展によって、複雑なまま維持した（図1）。この方法は、あま試料における細胞選別の正確性や信頼りモデル開発されていない菌の状態同性が向上することが示されている。

−1定にも利用できると研究者は言及する。

自然発生するラマンシグナルという他の研究では、黄色ブドウ球菌に感固有の弱点によって、ハイスピードフ染した細胞のスペクトルが計測されローにおいて一細胞を同定する RACSた。慢性感染症では、これらの細菌はの性能は制限されるが、代わりに停止感染細胞に隔離されている。しかしな選別の RACS のマイクロ流体システム

がら、隔離された細菌が細胞外細菌とが新たに研究されている。装置は、正Laser Focus World Japan 2016.1139

分光学

は、溶液中におけるタンパク質の安定吸引性をモニターするための高感度ツールとしてラマン分光法を見ている。タン
パク質凝集を明らかにするために、ラマン分光法と二次元の摂動相関移動窓（ PCMW ）顕微鏡を組み合わせたもの

ラマン分光は、抗体工学では欠かせない（ 10 ）。研
究者はタンパク質試料を 56 〜 78℃に加熱し、ラマンスペクトルを取得するために 532nm の励起波長を用いて、5電極種類の抗体を凝集傾向の変化で比較し細胞た。
「最初の主成分分析によって、5 種類全ての試料に対して、観察されたスペクトル変化と温度上昇の動向が確かめられた」と研究者は報告した。
「スペ図 2 ラマン活性化細胞選別（ RACS ）を実現しうる 3 種類の技術のうちの 1 つがマイクロ流体力学である。他の 2 つはラマンピンセット RACS とラマン活性化細胞排出（ RACE ）である。（提供 :P・ツァン氏（ 6 ））クトル変化が温度と直接関連すれば、タンパク質の安定性に関連して試料間の構造変化の明確な違いが決定できることが、PCMWを用いる解析によっての誘電泳動（ pDEP、一細胞の捕捉と放散乱を組み合わせた先端増強ラマン散明らかになった」として、凝集のメカ出のため）と、ソレノイド弁吸引をベ乱（ TERS ）は、多くの細胞小器官の空ニズムをより深く理解できるとした。

ースにしたスイッチ（細胞選別のため）

間スケールに関する情報を得るのに有ラマン分光法に基づいたシステムやを組み合わせることで、個々の細胞の用であることが判明している。例えば、最新の解析ソフトウエアの大きな発展

捕捉、ラマン同定、自動選別を統合す

TERS を用いると、いくつかのタンパによって、生物学のツールボックスはる。研究チームは、細胞を個々に捕捉、ク質における天然とグリコシル化の状拡大している。細胞や組織などの複雑整理、配置するために周期的な pDEP

（9）態の違いを見分けることができる。

な試料を解析するため、ラマン分光法場を機能させることで、サブ秒レベル現在は、一タンパク質のグリコシル化の優れた可能性を多くの科学者が実感でラマン測定を可能にした。このようをフォローできるようこの技術を発展すれば、生態医療分野において大きななラマンベースの技術がハイスループさせることに注目が高まっている。

発見と進展がより早い速度で起きるだ

ットな選別技術と組み合わさることで、特定の表現型をもつ細胞を選別して、下流で一細胞を配列できるのは間近だ（ 6 ）。
多変量解析を組み合わせたラマン分光法の多用途性のもう一つの例は、治療薬の特性評価である。一細胞のラマン特性は毒物の存在下で大きく変化するため、製薬の初期段階でリアルタイムに薬剤の分布や細胞の反応をモニターしたり、細胞の様子を評価したりするためにラマン分光が用いられる。

（7）
、
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原子間力顕微鏡法と表面増強ラマン

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最後に、抗体開発に取り組む科学者

ろうとわれわれは期待する。

参考文献（ 1 ）K. Majzner, Anal. Chem., 86, 13, 6666−6674（ 2014 ）.
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（ 10 ）R. De La Cuesta, Anal. Chem., 86, 11133−11140（ 2014 ）.
著者紹介
マリネッラ・G・サンドロスは米ホリバ・サイエンティフィック社（ Horiba Scientific ）の生命科学向け事業開発マネージャーおよび SPRi 製品マネージャー、フラン・アダルは同社の世界的ラマンアプリケーションマネージャー。e-mail: marinella.sandros@horiba.com URL: www.horiba.com

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