ウエストナイルウイルスに感染しても、生命を脅かす感染症を発症する人がいる一方で、蚊に刺された以上のことが起きたとは知らずに過ごす人もいるのはなぜでしょうか。この医学上の謎は、イェール大学医学部の医学准教授ルース・モンゴメリーが、トランスレーショナル・リサーチのための革新的なツールを用いて探究しようとしている問いの一つにすぎません。
そのツールはCyTOFと呼ばれ、飛行時間型細胞測定法を意味します。免疫細胞の複雑な仕組みについて、研究者にこれまで以上の洞察をもたらします。昨年イェール大学に導入されたCyTOFは、世界中の研究者や製薬会社が使用していると推定される約90台のうちの一つです。
「実にいくつかの利点があります」と、イェール大学医学部でCyTOF施設を運営するモンゴメリーは述べます。「発見を前進させたい研究者は、利用可能な最良の技術を使いたいと思うでしょう。」
この技術により、ウエストナイル熱、多発性硬化症、糖尿病、がんなど、さまざまな病態を研究する研究者は、比較的少量のサンプルから、細胞について前例のないほど詳細なデータを得ることができます。そのデータは、これまで検出されていなかった細胞サブセットの特定に役立ち、細胞生物学やヒトの疾患への理解を深めます
細胞データをさらに深く読み解く
2009年にCyTOFが登場する以前、科学者はフローサイトメトリーと呼ばれる旧来の技術で細胞の特性に関するデータを収集していました。フローサイトメトリーでは、研究者は抗体に結合した蛍光プローブを使って、表面マーカーやタンパク質などの細胞成分に標識を付け、その細胞にレーザーを照射します。レーザーが当たると蛍光プローブは異なる波長の光を放出し、サイトメーターがそれを検出して、読み取り可能なデータに変換します。
フローサイトメトリーでは、研究者は通常、抗体などの蛍光標識を付けたマーカーを8～10種類使い、細胞の主要な特徴に関するデータを取得します。一方、CyTOFは質量分析と希土類金属を用い、蛍光化合物は使わないため、科学者は約40種類のマーカー（将来的には最大100種類）を使用できます。つまり、得られる情報量は4～5倍になります。
イェール大学神経学部長のデービッド・ハフラー博士によれば、これは標準的な望遠鏡で星を見るのと、天文台品質の屈折望遠鏡で見ることの違いに似ています。ハフラーはモンゴメリーとともにCyTOFのイェール大学への導入に取り組みました。「細胞表面に何があるかを見る段階から、細胞内の機能を非常に深く特定する段階へと進めます」と彼は述べました。
CyTOF技術が単一サンプルから検出できる、免疫細胞および非免疫細胞の複数のサブセットを示すSPADE解析。（画像：イー・ヤオ博士）
細胞の手がかりを探る
モンゴメリーは、自身が運営するCyTOF施設で、この技術を用いて、加齢が感染症や自己免疫疾患に対する免疫応答に及ぼす影響を研究しています。イェール大学の内科学および免疫生物学の同僚とともに執筆した 論文 は2014年にJournal of Immunological Methodsに掲載され、わずか1,000～10,000個の細胞からなるサンプルでも、複数のシグナルを検出できるこの技術の能力を示しました。
具体的には、モンゴメリーはウエストナイルウイルスに対する免疫応答におけるナチュラルキラー（NK）細胞の役割を探るため、CyTOFを使用しています。「現在、非常に重症のウエストナイルウイルス感染症を経験した患者と、自分が感染していたことに気づかなかった患者のNK細胞を調べ、その特徴を明らかにしています」と彼女は説明します。40種類のマーカーパネルを用いて、モンゴメリーと同僚はすでに、2つの患者群に由来するNK細胞の違いを識別できています。この研究は、感染に対する免疫応答の違いを説明し、病気による被害が最も大きい人々に役立つ可能性があると、モンゴメリーは述べています。
同様に、ハフラーは自身の研究室で、多発性硬化症やがんなどの疾患の根底にある細胞の複雑性を研究するため、CyTOFを活用しています。現在進行中のプロジェクトの一つでは、脳腫瘍から採取した特定の種類の免疫細胞を調べています。「脳腫瘍からT細胞を分離しています」と彼は説明します。「T細胞表面にある35種類を超える機能分子を調べ、その機能を特定できます。」
単一細胞内で複数の分子が同時にどのように機能するかを理解すれば、T細胞が存在するにもかかわらず脳腫瘍が生き延び、増殖できる仕組みの手がかりが得られるかもしれないと、彼は述べました。「腫瘍が免疫系をどのように回避しているかを特定できればできるほど、治療をより具体的にできます。複数のマーカーを調べることで、今後の治療法をより正確に定義できます。」
免疫療法と予防に注目
免疫学教授のケバン・ヘロルド博士は、自己免疫疾患である1型糖尿病に関する重要な問いを探るため、自身の研究室でこの技術を活用してきました。CyTOFは、通常は小児期に発症する1型糖尿病に特異的な、限られた種類の細胞について、研究チームがより多くのデータを得るのに役立っています。
「糖尿病を引き起こす細胞の標的を理解したいのです」と彼は述べます。「何がそれらを活性化するのでしょうか。何が不活性化するのでしょうか。治療の標的にできる経路が関与しているのでしょうか。私たちが関心を寄せているのは、そうした問いです。」
目標は1型糖尿病を治療する免疫療法の開発だけでなく、得られたデータを予防に活用することでもあります。「1型糖尿病のリスクがある人には、抗原反応性T細胞が見られます」とヘロルドは述べます。「そのうち糖尿病を発症する人もいれば、発症しない人もいます。私たちが目指すのは、糖尿病を発症する人を見極め、予防することです。」たとえば患者のタイプを区別するマーカーを特定できれば、その発見が予防戦略の標的を示す可能性があると、ヘロルドは指摘します。
モンゴメリー、ハフラー、ヘロルドの研究は、氷山の一角にすぎないかもしれません。細胞を分析するこの強力なツールにより、イェール大学の科学者は、がんやその他の複雑な疾患の研究に向けて、免疫細胞集団全体を詳細に分析し、プロファイリングできるようになりました。彼らの発見は、CyTOFを用いた査読済み研究の増加と、そこから生まれる免疫療法に貢献するでしょう。
「私たちは細胞の分析を一次元または二次元で捉えがちです。今やこれは40次元です」とヘロルドは述べます。「多くのパラメーターを用いるこのアプローチは、おそらくT細胞集団の定義を一新するでしょう。免疫レパートリーの見方を向上させます。」
本記事は、 Yale Newsとの協力により掲載されています。 掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：ジバ・カシェフは、企業や組織の戦略目標達成を支援するシニアライター、編集者、コミュニケーション・コンサルタントです。
画像：蛍光顕微鏡で強調表示されたインフルエンザウイルス細胞が、検査中に特定される。REUTERS/Adrees Latif。
