高感度・高速で複数の分子を読み分ける、染色不要の分子イメージング法を開発 ー生命のエネルギー産生を支える分子の分布と変化を、染色せず高速に捉えることに成功ー

2026-08-03 筑波⼤学

九州大学、筑波大学、慶應義塾大学の共同研究グループは、電子共鳴効果と広帯域ラマン分光を組み合わせた新しい分子イメージング技術「BER-CARS/CSRS顕微鏡」を開発した。従来のコヒーレントラマンイメージングでは困難だった低濃度分子の検出感度を1000倍以上向上させるとともに、複数分子を高精度に識別できるようにした。これにより、細胞のエネルギー代謝に重要なシトクロムを、生細胞やマウスの脳・肝臓組織で染色や蛍光標識を用いずに可視化することに成功した。また、核酸、脂質、タンパク質との同時観察や、細胞死に伴う分子分布の変化をリアルタイムで追跡できることも実証した。本技術は、生体をできるだけ自然な状態で観察しながら代謝や細胞機能を解析できるため、がん、神経疾患、肝疾患などの病態解明や創薬、病理診断、治療効果評価への応用が期待される。研究成果は2026年8月1日に「Science Advances」に掲載された。

高感度・高速で複数の分子を読み分ける、染色不要の分子イメージング法を開発 ー生命のエネルギー産生を支える分子の分布と変化を、染色せず高速に捉えることに成功ー
図1 BER-CARS/CSRS顕微鏡の概要。(左)BER-CARS/CSRSの概念図。(右)構築したBER-CARS/CSRS顕微鏡の外観。

<関連情報>

広帯域電子共鳴コヒーレント反ストークス/ストークスラマン散乱顕微鏡 Broadband electronic resonance coherent anti-Stokes/Stokes Raman scattering microscopy

Yusuke Murakami, Minori Masaki, Norihide Sagami, Ikuto Eshima, […] , and Kotaro Hiramatsu
Science Advances  Published:31 Jul 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aec4772

Abstract

Coherent Raman imaging (CRI) enables label-free chemical imaging based on intrinsic molecular vibrations, but its applicability is often limited by low sensitivity, hindering the detection of low-abundance biomolecules. Although electronic resonance enhances sensitivity, most resonance CRI implementations rely on narrowband excitation and/or detection, which limits spectral coverage and complicates the differentiation of target molecules from complex backgrounds. Here, we address these challenges by developing broadband electronic resonance coherent anti-Stokes/Stokes Raman scattering (BER-CARS/CSRS) microscopy. We show that BER-CARS/CSRS enables highly sensitive, label-free imaging of endogenous chromophores with broad spectral coverage of the entire fingerprint region. Specifically, we captured time-lapse images, visualizing low-abundance cytochromes alongside abundant biomolecules (lipids, proteins, and nucleic acids) in living human embryonic kidney (HEK) 293 cells. Furthermore, we applied the method to mouse tissues, highlighting characteristic localizations of cytochromes in the brain cortex, the cerebral ventricle wall, and the liver. Our results demonstrate that BER-CARS/CSRS provides highly sensitive, label-free chemical imaging from organelle dynamics to tissue mapping, enabling quantitative phenotyping and slide-scale histopathology.

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