顕微鏡

WIDE-MIP 顕微鏡による次のレベルのウイルス検出
ジャスティン・マーフィー
ウイルスを迅速かつ正確に検出することは、文字通り生死を分けることになる。
研究者はこれを念頭に置き、サンプル調整と緊急対応を支援するための中赤外光熱顕微鏡システムを開発した。
米ボストン大（ Boston University ）のクス・光電子工学のムスターカス主席

ンズの焦点距離を微調整することで、研究チームは、生体ナノ粒子のフィン教授であるジーシン・チェン氏（ Ji-Xin

デフォーカス干渉イメージングは MIP

ガープリント分析を行う広視野干渉デCheng ）は、「赤外波数を調整するだけコントラストを大幅に改善できること

フォーカス強調中赤外（ mid-IR ）光熱で、ハイパースペクトル画像から単一を見いだした」と話す。

（WIDE-MIP）
顕微鏡を開発した（図 1）。のウイルスの WIDE-MIP スペクトルを研究者らが考えた論理的な枠組みは、取得できる」と話す。

課題に正面から向き合うさまざまなサイズの単一ナノ粒子の焦光熱シグナルは可視光ビーム強度のチェン氏は、彼のチームによる長年点を外した干渉光熱画像を計算し、粒変調であるため、明るい光のコントラの研究プロジェクトの動機を引き合い子の公称焦点位置に対する最適な中赤ストを最大化すれば理想的な中赤外光に出し、「迅速かつ正確にウイルスを外光熱検出焦点位置を提供するという熱コントラストを得られると広く信じ検出するツールの開発が急務だ」と述ものである。

されている。しかし、干渉中赤外光熱べる。「我々は長い歴史の中で、イン本システムは 100nm のポリメチルメ顕微鏡では当てはまらないと、チェンフルエンザ、SARS、黄熱病など、あタクリレート粒子の振動検出が従来の氏は述べる。この場合、シグナルは、らゆる種類のウイルスのパンデミック走査法と同程度の S/N 比で、しかも従粒子によって散乱する光子と、基板にに苦しんできた。そして、COVID-19

来法より 3 ケタ高いスループットであ反射する参照視野との相対位相に強くパンデミックの最中である 2022 年初ることが実証された。

依存する。

頭には、新たな世界的脅威としてサル本研究を率いたボストン大フォトニチェン氏は、「その代わり、対物レ痘（エムポックス）が出現した」。
現在使われているウイルス診断検査

図 １ WIDEMIP 顕 微 鏡 の概要と原理

は、一般的に核酸または表面タンパク質の検出を原理としている。この課題をより困難なものにしている理由として、ウイルス粒子が非常に小さいというだけでなく、チェン氏によれば、「化学成分の存在量が少ないことも挙げられる。例えば、1 個の水疱性口内炎ウイルスがもつタンパク質は約 5000 個しかない」という。
通常、1 個のウイルス粒子に含まれるウイルス核酸の量は、ウイルスタンパク質の量よりも少ない。ウイルス核酸の検出は、ポリメラーゼ連鎖反応（ PCR ）のようなシグナル増幅技術がな

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その後、ボストン大の研究者らは、注目すべき改良に成功している。
強化された WIDE-MIP 顕微鏡は新
たな主要機能である高度な組成検出、つまり単一のウイルス中のウイルス核酸とタンパク質の組成を同定する性能を特長としている。新たな顕微鏡は、
サ ン プ ル の 吸 収 ピ ー ク を 識 別 し、DNA・RNA ウイルス内のウイルスタンパク質や核酸に関する特定の情報を明らかにする。また、ウイルスの構造成分や化学組成に関する重要な詳細も明らかにできる。
チェン氏は、「 WIDE-MIP は、DNAウイルスと RNA ウイルスの識別が可能である」と話す。
「これにより、ウイルスベクターを理解したり、ウイルス性疾患をスクリーニングしたりするための新たな道をもたらすだろう」。
研究チームによると、WIDE-MIP イメージングがもたらすもう 1 つの道は、タンパク質がどのように機能するかという知見だという（図 2 ）。ウイルスの
図２

個々の牛痘（ VACL ）と水疱性口内炎ウイルス（ VSV ）のフィンガープリント検出

構造組成に関する重要な詳細を明らかにすることができる。例えば、水痘や臨床への応用の実証に用いられている

帯状疱疹の原因である水痘帯状ヘルペ

チェン氏は、「核酸増幅検査や抗原ものに干渉顕微鏡がある。しかし、こスウイルスのタンパク質は、いくつか迅速診断検査（ RDT ）は正確な検査結れらの方法にはウイルスの分子情報がの骨格水素結合が横方向に連結してい果を提供できるものの、大量のウイル欠けている。ウイルスの構造や機能にるβシート―β鎖が豊富にあり、全体ス粒子の前処理、注出、タグ付けを必は化学的な要素が重要なのだ。ウイル的にねじれて折り目のあるβシートを要とするため、時間がかかってしまう」

ス感染を確認して誤診を減らすために形成している。と説明する。「注目すべきは、患者がは、構造を保ったままの無傷なウイル

チェン氏は、「この情報は、ウイル回復したり培養できないウイルスであスを同定できる、新たな補完的手法がス粒子の組み立てやウイルス活性におったりしても、患者検体からの残存ウ不可欠となる。

けるタンパク質の機能を解明するのにければ難しい。

役立つ可能性がある」と話す。

イルス RNA を検出可能であることだ。

数年前、チェン氏らのチームは超高

このように、PCR と RDT は初期段階

速化学イメージング用の広視野中赤外WIDE-MIP 技術はハイスループット

では非常に有効かもしれないが、最終光熱顕微鏡を開発した。しかし、検出分析を可能にする。研究者は、既存の的にはコインの裏表のようなものだ」。

感度には限界がある。チェン氏は、「既手法と比較してスループットが「飛躍従来の光学的検出法も、臨床診断の存の広視野中赤外光熱顕微鏡では、単的に向上している」ことを発見したと、価値がある可能性を示している。単一一のウイルスナノ粒子を検出して精密

チェン氏は走査 MIP システムを引き合ウイルスの追跡やウイルス感染研究、なスペクトル分析を行うための要件をいに出して述べる。WIDE-MIP 顕微鏡
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図３

単一の痘帯状ヘルペスウイルス（ VZV ）のタンパク質の 2 次構造の同定の帯域幅は従来のものより 3 ケタ広く、への適応などがある。

このような限界に対処するため、高ウイルス研究において臨床と研究の両チェン氏は、「我々の技術は非常にエネルギーをもつより強力な IR レーザ方に応用できる強力なツールとなる有望であり、すでにウイルス分析におと、より長い焦点距離をもつ IR 集光（図 3 ）。

いて大きな進歩を示している」と話す。

光学系を用いることで、視野を拡大で「しかし、実際の製品になるまでにはきることをチームは発見した。

準備に向けた鍵時間がかかるかもしれない」。

チェン氏は、「 WIDE-MIP の今後のWIDE-MIP システムは開発当初から

現在、研究者らは、複雑な臨床サン改良点は、液体状態でのウイルスやエ大きく進歩しているが、ボストン大のプル、マイクロ流体工学、そして血清クソソームのフィンガープリントにもチームには、リアルワールドの現場でのような複雑な媒質中に含まれる特定焦点を当て、生体ナノ粒子サンプルを使われるようになるまでに取り組むべのウイルスを固定化するための抗体修自然な状態で検出できるようにするこきことがある。

飾基質に関する懸念事項に取り組んでとだ」と話す。そして、ウイルスを捕ウイルスを検出・分析する WIDE-いる。橋渡し応用では、臨床サンプル獲して液体測定における画像コントラ

MIP 顕微鏡は、現在まだ研究開発段を扱う場合、より広い視野が望まれる。

ストを向上するために設計された基板階にある。チェン氏は、商業化に向け現在の WIDE-MIP の構成では、IR ポとマイクロ流体システムを統合するこて研究チームは道を模索していると述

ンプビームの焦点が緩く、IR 出力密度とで達成できるだろうと付け加える。

べる。例えば、本技術の信頼性や堅牢の制限によって有効なイメージング視「これにより、リアルワールドの応用に性のさらなる検証、製造と流通のスケ野（～ 50μm ）が得られないと、チェン

向けて WIDE-MIP の可能性が広がるールアップ、実用的な臨床・診断用途

氏は説明する。

だろう」
。

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