大阪大学大学院工学研究科の後藤祐児特任研究員、山口圭一特任准教授（常勤）、荻博次教授、同産業科学研究所の和沢鉄一特任准教授、永井健治教授、新潟大学大学院医歯保健学研究科の山本卓教授らの研究グループは、蛍光顕微鏡で可視化できるペリスタルティック・ポンプのシステムを用い、アミロイド生成の現場をリアルタイム観察することに成功しました。

アルツハイマー病、パーキンソン病、透析アミロイドーシスなどのアミロイドーシスと総称される疾患では、それぞれの原因タンパク質がアミロイド線維を形成することで発症します。同グループでは、既に送液に用いるペリスタルティック・ポンプ（peristaltic pump）が引き起こすせん断ストレスがトリガーとなって、アミロイド線維を作り出すことを報告し、生体内でも類似の機構が働いていることを示唆していましたが(npj Biosensing, 2025/2/25: ResOU)、ペリスタルティック・ポンプのどこで、どのようにアミロイド線維が形成するのかについては明らかになっていませんでした。

今回、同グループは内部が蛍光顕微鏡で可視化できるペリスタルティック・ポンプのシステムを用いた研究によって、VLドメインのアミロイド線維は、ペリスタルティック・ポンプが引き起こすせん断ストレスと、狭い流路という2つの要素が重なったときに発生することを明らかにしました。用いたタンパク質は、前回対象としなかったALアミロイドーシスの原因タンパク質である抗体L鎖の可変領域VLドメインです。発生したアミロイド線維は、流路の曲がり角に優先的に沈着し、更には流路を閉塞させていくことが分かりました。これらは、生体内の細い血管などで血栓ができる様子と似ており、アミロイド沈着の初期リスクが、生体内流路の閉塞、それによる虚血や組織の障害にあることを示唆し、アミロイド線維化リスクの評価、新たな予防や治療法の開発にもつながると期待されます。

本研究成果は、FEBS Journalオンライン版に８月２５日（火）（欧州時間）に掲載されました。

図1. ペリスタルティック・ポンプを用いたアミロイド形成装置の概要と、異なる手法によるアミロイド生成と沈着解析。

アルツハイマー病、パーキンソン病、透析アミロイドーシスなどのアミロイドーシスと総称される疾患は、それぞれの原因タンパク質がアミロイド線維を形成することで発症します。原因蛋白質には30種類以上あることが知られています。アミロイドーシスは遺伝性と高齢化に伴って発症する孤発性に分類され、共に高齢化社会の深刻な問題となっています。

近年、クライオ電子顕微鏡の発展によってアミロイド線維の原子構造が次々と明らかになっており、タンパク質の物性研究から、アミロイド線維の形成は、原因となる変性タンパク質が過飽和状態を経て、溶液から結晶相へ相転移することが原因であるとされています。つまり、試験管内では撹拌や超音波によって過飽和を解消すると、アミロイド線維が析出されることが分かっています。

しかし、生体内で過飽和を解消するトリガーは不明でした。また、本研究グループは、送液に用いるペリスタルティック・ポンプを通すと、さまざまなタンパク質のアミロイド線維が極めて容易に形成されることを既に報告していますが、ポンプのどこで、どのようにアミロイド線維が形成するのかについては不明でした。

本研究では、ペリスタルティック・ポンプの内部やアミロイド沈着の初期過程が蛍光顕微鏡で可視化できるシステムを構築しました（図１）。用いたタンパク質は、前回対象としなかったALアミロイドーシスの原因タンパク質である抗体L鎖の可変領域VLドメインです。ALアミロイドーシスの国内患者数は約数千人と推定されます。

まず、流路の片面が透明で流路直径が１ｃｍのペリスタルティック・ポンプを用いることにより、ポンプの中でアミロイドが発生していく様子を動画撮影しました（図２）。アミロイドの観察は、これに結合して蛍光を発するチオフラビンTを、あらかじめ溶液に添加することによって行いました。アミロイドはせん断ストレスを強く受ける流路周辺で優先的に発生しました。発生したアミロイドは流路周辺を流れ、流路の曲がり角の外側に沈着しました。これは、河川でがれきが堆積する様子と似ています。

図 2. ミニ・ペリスタルティック・ポンプを⽤いたアミロイド形成。A. ポンプの概要。B. アミロイド形成の映像。C.拡⼤画像。初期に現われたアミロイドを⽮印でしめす。D.⽣成したアミロイド線維の電顕画像。

次に心臓微細動脈を模した格子状マイクロ流路を作製して実験を行いました（図3）。外に設置したペリスタルティック・ポンプで発生したアミロイド線維は、マイクロ流路に流入・流出を繰り返します。アミロイド線維は流路の曲がり角に優先的に沈着し、更には流路を閉塞させていきました。これらは、生体内の細い血管などで血栓ができる様子と似ており、アミロイド沈着の初期リスクが、生体内流路の閉塞、それによる虚血や組織の障害にあることが考えられます。

図3. 格⼦状の流路を⽤いたアミロイドの流れと沈着の観察 A. 流路の概要。 B. 外に設置したポンプで⽣成したアミロイドが流れていく様⼦。 C. ⽣成したアミロイド線維の電顕画像。

動画1. 格⼦状の流路を⽤いたアミロイドの流れと沈着の観察

生体内には心臓の微細血管だけでなく、各組織の微細血管、リンパ毛細管、腎尿細管、脳脊髄液の経路などのさまざまな微小管網が存在します。他のさまざまなアミロイドーシスにおいても、これらの流路のぜん動運動や、打撲や圧迫などの力学的な刺激によってせん断ストレスが生じ、アミロイド線維の発生していることが考えられます。

アミロイド線維発症の現場をリアルタイムで示した本研究により、生体におけるアミロイド発症機構の理解が大きく進み、アミロイド線維化リスクの評価、新たな予防や治療法の開発にもつながると期待されます。

本研究成果は、2026年８月２５日（火）（欧州時間）に欧州科学誌「FEBS Journal」（オンライン）（The FEBS Journal: Early View）に掲載されました。

タイトル：“Constrictions and shear stress are key determinants of amyloidogenic light chain (AL) amyloidosis”
著者名：Yuji Goto, Keiichi Yamaguchi, Kichitaro Nakajima, Ikuko Yumen, Ruiming He, Hirokazu Matsuda, Tetsuichi Wazawa, Takeharu Nagai, Nobuhiro Tsukada, Suguru Yamamoto, Johannes Buchner, and Hirotsugu Ogi
ＤＯＩ：https://doi.org/10.1111/febs.70691

なお、本研究は、株式会社ダイセルの出資により設立されたマイクロソノケミストリー共同研究講座（2022年6月－2027年3月）の成果であり、大阪大学蛋白質研究所共同研究(CR-24-02)、科学研究費助成事業(22H02584, 20K06580)の一環として行われました。また、日本赤十字社医療センター　血液内科　塚田信弘部長、ドイツ・ミュンヘン工科大学Johannes Buchner教授の協力を得て行われました。

後藤祐児 特任研究員 研究者総覧
https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/4cc38461e3f42b32.html

後藤祐児 特任研究員　HP
https://supersaturation.sakura.ne.jp/

荻博次 教授 研究者総覧
https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/b9973cefea8ff4b2.html

工学研究科物理学系専攻・精密工学コース・量子計測領域（荻研究室）　HP
https://prec.eng.osaka-u.ac.jp/03

マイクロソノケミストリー共同研究講座　研究室総覧
https://www.eng.osaka-u.ac.jp/department/4610/

産業科学研究所 生体分子機能科学分野 （永井研究室）　HP
https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bse/index.html

山本卓　教授　研究者総覧
https://researchers.adm.niigata-u.ac.jp/html/100000529_ja.html

新潟大学医歯学総合病院 腎・膠原病内科HP
https://www.med.niigata-u.ac.jp/nephrol/index.html