主要成果
研究チームは、テラヘルツ波を用いたデュアルチャネル・バイオセンサにより、大腸がんに関連する線維芽細胞（CAF）のサブタイプを光学応答に基づいて識別することに成功した。培養細胞を用いた実験において、腫瘍促進的なmyCAF（筋線維芽細胞様CAF）は顕著なレッドシフト（低周波数側への移動）を示し、一方で抗腫瘍的なapCAF（抗原提示CAF）はブルーシフト（高周波数側への移動）を示すことが確認された。また、正常な腸線維芽細胞はこれらの中間的な応答を示した。本成果は、細胞周囲の局所的な誘電環境の変化を通じて、分離されたCAFサブタイプを識別できることを示すラボレベルの概念実証である。
技術・詳細
センサは、非対称なダブルアーム・スプリットリング共振器で構成されるメタサーフェスとして設計されており、変位パラメータを20.5マイクロメートルに設定して最適化されている。このデバイスは、偏光方向によって異なる2つの動作モードを持つ。
- q-BICチャネル（x偏光）： 0.92テラヘルツ付近に鋭い準束縛状態（q-BIC）共振を持つ。コントロール（細胞なし）に対し、正常線維芽細胞は0.91テラヘルツ（10ギガヘルツのレッドシフト）、myCAFは0.86テラヘルツ（60ギガヘルツのレッドシフト）、apCAFは0.94テラヘルツ（20ギガヘルツのブルーシフト）へと移動した。
- EITチャネル（y偏光）： 0.82テラヘルツ付近に電磁誘起透明化（EIT）ウィンドウを持つ。正常線維芽細胞は0.79テラヘルツ、myCAFは0.76テラヘルツ、apCAFは0.81テラヘルツへとシフトした。また、グループ遅延においても、正常線維芽細胞（1.57ピコ秒）、myCAF（1.65ピコ秒）、apCAF（1.80ピコ秒）と差異が見られた。
これらのシフトは、共振器周囲の複素誘電率の変化に起因する。研究チームは、細胞密度を100万個/mlで一定に保つことで、細胞数による影響を排除し、サブタイプ間の生化学的な組成や細胞外マトリックスの違いが主因であることを明らかにした。
背景・業界の文脈
がん関連線維芽細胞（CAF）は腫瘍微小環境の最大70%を占めることがあり、細胞外マトリックスの再構築やサイトカインの分泌を通じて腫瘍の成長に影響を与える。特にmyCAFは腫瘍促進的である一方、apCAFはT細胞の活性化や抗腫瘍免疫に関連する抗腫瘍的な性質を持つ。従来、これらのサブタイプ識別にはフローサイトメトリーや遺伝子発現プロファイリングが用いられてきたが、これらの手法は時間とコストがかかり、識別基準の統一性に欠けるという課題があった。
今後の展望
本研究で示されたラベルフリーの物理的測定手法は、従来の生化学的な分析手法を補完する新たな識別手段となる可能性がある。現在は培養細胞を用いた概念実証段階であり、今後は実際の患者組織における臨床診断テストへの応用などが検討されると考えられる。
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