主要成果
ウプサラ大学の研究チームは、がん細胞を3次元的なスフェロイド（球状凝集塊）として育成し、高コンテンツイメージングと単一細胞解析を組み合わせた「3D Cell Painting」を開発した。この手法を用いて52種類の化合物をテストしたところ、従来の2D培養スクリーニングではほぼ区別がつかなかった2つの薬剤、化学療法剤の「5-fluorouracil」とPARP阻害剤の「olaparib」の間で、顕著な作用の違いが明らかになった。
技術・詳細
Cell Paintingは、蛍光染料を用いて核、ミトコンドリア、細胞骨格などの細胞構造を可視化し、化合物投与後の形態変化を測定するイメージング技術である。本研究では、この手法を3Dモデルに適用するため、糖とグリセロールを含む透明化溶液を使用し、スフェロイド内部の個々の細胞をイメージング可能にした。これにより、3Dサンプルで通常失われがちな詳細情報を保持したまま、数千もの形態学的特徴を抽出することに成功した。
具体的に5-fluorouracilとolaparibを比較したところ、3Dスフェロイドの単一細胞レベルの解析において明確な差異が検出された。詳細な分析の結果、5-fluorouracilはolaparibよりもDNA損傷は少なかったが、細胞分裂の抑制効果はより高く、これがストレスやDNA損傷への応答を制御するp53経路の強力な活性化に関連していることが遺伝子発現解析によって示された。なお、これらの差異はスフェロイド全体の平均値では検出できず、単一細胞レベルの解析で初めて明らかになったものである。
背景・業界の文脈
従来のハイコンテンツスクリーニング（HCS）で用いられてきた2D培養は、細胞が平面状に配置されるため、実際の生体組織における細胞組織化を十分に再現できないという課題があった。また、既存の3Dスクリーニングの多くは、サンプル全体を1枚の画像に圧縮して解析するため、個々の細胞の詳細な挙動が失われる傾向にあった。本手法は、3D構造を維持しながら単一細胞のディテールを保持し、かつ多数の薬剤を同時にテストできる点に技術的な優位性がある。
今後の展望
本研究チームは、アストラゼネカ（AstraZeneca）との共同研究を通じて、開発した手法が外部の環境でも再現可能であることを確認した。今後は、2つの研究用がん細胞株を用いた今回の成果をさらに発展させ、患者由来オルガノイドなどのより複雑なモデルへの適用を目指す。これにより、従来のスクリーニングでは類似の反応を示す化合物であっても、その活性や作用機序の細かな違いを特定できることが期待される。
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