ヒト血液中の血小板凝集塊を迅速・高精度に検出する技術を確立

ポイント

• 高速に多数の細胞を撮影する「ＯＴＳ（Ｏｐｔｏｆｌｕｉｄｉｃ　Ｔｉｍｅ－Ｓｔｒｅｔｃｈ）顕微鏡」と機械学習による細胞分類を用いて、ヒト血液中における血小板凝集塊の高精度検出に成功した。
• 従来の顕微鏡に比べて非常に高速に血小板凝集塊を無標識検出できるため、これまでの研究で示されている各種疾患と血小板凝集塊との関連性をより詳しく調べることが可能になった。
• 血小板凝集塊の存在はアテローム血栓症と関連があることから、本技術は血栓性疾患研究を加速し、人工知能を用いた画像解析による高齢者予防医療へと応用展開されることが期待される。

＜合田 圭介　プログラム・マネージャーのコメント＞

本成果は、内閣府 革新的研究開発推進プログラム（ＩｍＰＡＣＴ）「セレンディピティの計画的創出による新価値創造」に参画する、光学、流体力学、医学、生物学など異分野研究者の協力によるものです。今回開発した血小板凝集塊の高精度無標識検出技術は、血液中の様々な細胞の低刺激高速検出に応用することが可能です。本プログラムでは、最先端の異分野技術を組み合わせて、膨大な数の多種多様な細胞集団の細胞一つ一つを網羅的に調べ上げる細胞分析装置「セレンディピター」を開発しています。本研究成果は、セレンディピターの実現とライフイノベーション領域への展開に向けた大きな一歩であると考えています。

＜研究の背景と経緯＞

世界保健機関（ＷＨＯ）によると、世界で毎年新たに約１，０００万例の血栓性疾患が診断されています。血栓性疾患のうち、冠動脈疾患、脳血管疾患および末梢血管疾患などのアテローム血栓症は、欧米、さらには我が国における主な死亡原因の一つです。また、寝たきりなど生活の質（ＱＯＬ）を落とす重要な原因です。アテローム血栓症は、動脈硬化部位で活性化し凝集した血小板が血栓を形成し、血管が詰まることによって引き起こされます。そのため、この治療には、血小板の凝集を抑制する抗血小板薬が広く使用されています。また血液中における活性化血小板の存在はアテローム血栓症と関連があることが示されており、この疾患の存在や進行度を測る潜在的な指標となると期待されます。しかし、従来の技術では、標識や検出に長時間を要し、またサンプル処理の操作に依存して結果がばらつくなどしたため、血液中の活性化血小板を正確かつ安定的に測定することは困難でした。

＜研究の内容＞

本研究では、活性化して凝集塊を形成した血小板をヒト血液中から高速・高精度に検出する技術を確立しました。本技術の原理検証のために、まず、健常者ヒト全血サンプルを調整し、試験管内で、血小板刺激物質のコラーゲンを添加して血小板凝集塊を作製しました。また、コラーゲンを加えていないサンプルを対照とし、密度勾配法を用いて赤血球を分離後、実験に用いました（図１）。そして、マイクロ流体チップを用いてサンプルを高速に流しＯＴＳ顕微鏡（図１）を用いて毎秒１０，０００細胞の高スループットで全細胞を撮影し、機械学習により短時間で形態学的に分類したところ、血小板凝集塊を単一の血小板と白血球から９６．６％の高い特異性と感度で区別しました（図２）。このように、本研究で開発されたＯＴＳ顕微鏡と、それから得られるビッグデータを機械学習することにより、ヒト血液中の血小板凝集塊を高精度に無標識検出できる事が示されました。

＜今後の展開＞

本技術では従来の顕微鏡による観察に比べて非常に高速かつ無標識で血小板凝集塊を検出できるため、これまでの研究で示されている各種疾患と血小板凝集塊との関連性をより詳しく調べることに役立ち、血栓性疾患の研究の進展に貢献すると期待されます。また、さらなる研究および技術開発の進展により、将来的には診断や治療モニタリングなど臨床応用への展開も想定されます。

＜参考図＞

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