昆虫の嗅覚を利用し、尿の“におい成分”を細胞で読み取る

神奈川県立産業技術総合研究所の三村 久敏 研究員、大崎 寿久 サブリーダー、東京大学 大学院情報理工学系研究科の竹内 昌治 教授（同大学 生産技術研究所 学内クロスアポイント特任教授）、住友化学株式会社の高橋 康彦 統括研究員らの共同研究グループは、昆虫が匂いを感じる仕組みを利用し、尿に含まれる揮発性の“におい成分”を細胞で検出するバイオハイブリッド型匂いセンサーを開発しました。本研究では、尿中に添加したがん関連揮発性物質候補を、ヘキサン抽出と気相曝露（ばくろ）を組み合わせて検出できることを示しました。

尿は体への負担が少なく簡便に採取できるため、疾患バイオマーカー検査の対象として注目されています。近年、尿中に含まれる揮発性有機化合物（VOC）が、がんなどの疾患バイオマーカー候補として報告されています。しかし、尿のような複雑な生体試料中から特定の揮発性物質を高感度かつ選択的に検出することは容易ではありません。また、従来研究が行われてきた細胞型匂いセンサーでは、細胞ごとの応答のばらつきや信号の弱さが課題でした。

共同研究グループは今回、昆虫由来の嗅覚受容体を発現した複数種類の培養細胞をハイドロゲル中に高密度に封入し、独自開発したマイクロウェルプレート上に配置することで、細胞型マルチセンサーアレイを開発しました。この構造により、従来課題であった細胞応答のばらつきや信号の弱さを抑え、安定した蛍光応答を得ることが可能になりました。さらに、ヘキサンを用いて尿中の揮発性成分を抽出し、抽出した成分を気化させ、センサー細胞に曝露することで、尿中に添加した、がん関連揮発性物質候補として報告されているアセトフェノンの検出に成功しました。本技術は、生体の優れた分子認識能力を利用したバイオハイブリッド型匂いセンサーとして、将来的に体への負担が少ないバイオマーカー検査技術への応用が期待されます。

本研究成果は、2026年6月9日（日本時間）にアメリカ化学会の学術誌「ACS Sensors」にオンライン掲載されました。