In vivo nanoparticle imaging: organelle encapsulation into bacterial membrane vesicles

細菌から細胞外に放出される直径約100 nmの微粒子である膜小胞は、宿主細胞へ病原因子を運搬する機能を有しており、多くの重篤感染症において重要な役割を担っている。膜小胞と疾病との関連性を理解するためには、細菌から放出された膜小胞を非侵襲で生体深部まで可視化する技術の確立が必要である。また、膜小胞は抗原や免疫誘発因子を細胞に送達する機能を有することから、生産性・安全性・安定性に優れたワクチン担体としても注目を浴びている。ワクチンの安全性評価・免疫獲得機構解明、さらにはドラッグデリバリー媒体の有用性評価においても、接種後における膜小胞の生体内動態の理解は非常に重要な情報となり得る。以上の背景から、生体深部に存在する膜小胞を非侵襲で可視化する技術構築を本研究の目的とした。その達成に向け、超音波と蛍光検出を併用した生体内での膜小胞イメージング技術の創出を目指した。細菌のオルガネラであるガス小胞は、疎水性タンパク質で構成され、内部には細胞質に溶解している気体が充填されている。ガス小胞は超音波共鳴効果を有しており、超音波画像法の造影剤として有用である。さらに発光タンパク質と蛍光タンパク質複合体の発光共鳴エネルギー移動(BRET)により、基質添加で生体透過性の高い長波長光を発することが可能である。初年度では、膜小胞内へのガス小胞と発光タンパク質封入の検討を行った。大腸菌にガス小胞を形成させることは可能であったものの、膜小胞内への封入にはさらなる検討が必要であった。一方、発光検出用の膜小胞作製においては、大腸菌の主要外膜タンパク質であるOmpAに発光タンパク質と蛍光タンパク質を連結させ、長波長光を発する膜小胞を取得した。

細菌から細胞外に放出される直径約100 nmの微粒子である膜小胞は、宿主細胞へ病原因子を運搬する機能を有しており、多くの重篤感染症において重要な役割を担っている。膜小胞と疾病との関連性を理解するためには、細菌から放出された膜小胞を非侵襲で生体深部まで可視化する技術の確立が必要である。また、膜小胞は抗原や免疫誘発因子を細胞に送達する機能を有することから、生産性・安全性・安定性に優れたワクチン担体としても注目を浴びている。ワクチンの安全性評価・免疫獲得機構解明、さらにはドラッグデリバリー媒体の有用性評価においても、接種後における膜小胞の生体内動態の理解は非常に重要な情報となり得る。以上の背景から、生体深部に存在する膜小胞を非侵襲で可視化する技術構築を本研究の目的とした。その達成に向け、超音波と蛍光検出を併用した生体内での膜小胞イメージング技術の創出を目指した。細菌のオルガネラであるガス小胞は、疎水性タンパク質で構成され、内部には細胞質に溶解している気体が充填されている。ガス小胞は超音波共鳴効果を有しており、超音波画像法の造影剤として有用である。さらに発光タンパク質と蛍光タンパク質複合体の発光共鳴エネルギー移動(BRET)により、基質添加で生体透過性の高い長波長光を発することが可能である。初年度では、膜小胞内へのガス小胞と発光タンパク質封入の検討を行った。大腸菌にガス小胞を形成させることは可能であったものの、膜小胞内への封入にはさらなる検討が必要であった。一方、発光検出用の膜小胞作製においては、大腸菌の主要外膜タンパク質であるOmpAに発光タンパク質と蛍光タンパク質を連結させ、長波長光を発する膜小胞を取得した。