東京科学大学生命理工学院（研究委託機関:名古屋大学）・日本学術振興会特別研究員（DC）の川口 彰太 氏、名古屋大学大学院工学研究科の阿尻 大雅 助教、安井 隆雄 教授らの研究グループは、大阪大学産業科学研究所の古賀 大尚 准教授、北海道大学大学院工学研究院の渡慶次 学 教授、神戸薬科大学生命分析化学研究室の神谷 由紀子 教授らとの共同研究により、細胞外小胞（EV）1粒子ごとに、膜表面のタンパク質と内部のmicroRNAを同時に検出する新たな解析技術を開発しました。

EVは細胞から分泌される微小な粒子で、血液や尿などの体液中に存在しています。EVには、由来する組織や細胞の状態を反映するさまざまな分子が含まれていることから、疾患を非侵襲に評価するための新たなバイオマーカーとして注目されています。しかし、従来は多数のEVをまとめて測定する方法が中心であり、個々のEVが「どの組織に由来し、どのような状態を反映しているのか」を同時に捉えることは困難でした。

本研究では、セルロースナノファイバシートを利用した膜融合技術により、EVを破壊することなく内部に検出プローブを導入し、膜表面の膜タンパク質と内部のmicroRNAを同一粒子上で同時に解析することを可能にしました。この技術により、微量な尿から、どこで、どのような炎症が起きているかを検出できる可能性を示すことができました。

将来的には、血液や尿などを用いて体内の局所的な炎症状態を非侵襲に評価する、新たな診断・モニタリング技術への応用が期待されます。

本研究成果は、2026年10月17日に国際学術雑誌『Cell Reports Physical Science』にオンライン掲載されました（2026年11月18日号掲載）。

慢性炎症は、がん、神経変性疾患、自己免疫疾患、心血管疾患など、さまざまな疾患の発症や進行に関与しています。慢性炎症を早期に捉えるため、血液や尿などから疾患に関連する情報を得るリキッドバイオプシーが注目されています。しかし、従来用いられてきた炎症関連分子の多くは全身の炎症状態を反映するため、炎症がどの組織に関連しているのかを捉えることは困難でした。

そこで本研究グループは、細胞から分泌される微小な粒子である細胞外小胞（EV）に着目しました。EVの膜表面には由来する細胞や組織に関連するタンパク質が存在し、内部には細胞の状態を反映するmicroRNAなどが含まれています。一方、血液や尿にはさまざまな組織から放出されたEVが混在しているため、多数のEVをまとめて解析する従来法では、疾患に関連する少数のEVの情報が埋もれてしまうという課題があります。また、近年発展している1粒子解析でも、主にEV表面の分子が解析対象であり、同一EVの内部に存在するmicroRNAを併せて解析することは困難でした。

本研究では、セルロースナノファイバシート上で生じる膜融合を利用し、EVを破壊することなく内部へ検出プローブを導入する手法を開発しました（図1）。これにより、EV膜表面のタンパク質と内部のmicroRNAを同一粒子上で検出し、EVの由来組織と細胞状態に関する情報を1粒子レベルで組み合わせて解析することが可能になりました。

図1. セルロースナノファイバシートを用いた膜融合によるEVの1粒子解析

炎症刺激を与えた細胞から分泌されたEVを解析したところ、炎症に伴ってEVに含まれる膜タンパク質やmicroRNAの構成が変化することを確認し、炎症マーカー候補を同定しました。この結果をもとに、組織に関連する膜タンパク質と炎症に関連するmicroRNAを組み合わせ、炎症関連EVを1粒子レベルで解析しました。

本技術を、慢性活動性抗体関連型拒絶反応を示す腎移植患者の尿検体に応用したところ、腎臓に関連する膜タンパク質と炎症に関連するmicroRNAを同時に持つEV集団が認められました。さらに、腎臓以外を主な病変とする自己免疫疾患(Non-renal)との比較から、疾患に関連するEV集団を識別できる可能性が示されました（図2）。これらの結果から、EVの表面と内部の分子情報を1粒子レベルで組み合わせることで、体液中に混在するEVの中から、特定の組織と炎症状態に関連するEV集団を識別できる可能性が示されました。

図2. 腎移植患者の尿中における疾患関連EV集団の検出

本研究では、EVの膜表面と内部の分子情報を1粒子レベルで組み合わせて解析する新たな技術を開発しました。これにより、体液中に存在するEVについて、由来する組織と細胞の状態を同時に捉えられる可能性が示されました。今後、解析できる膜タンパク質やmicroRNAの種類を拡張することで、さまざまな疾患に関連するEV集団の識別への応用が期待されます。また、血液や尿などの採取しやすい体液を用いることから、疾患の低侵襲な診断や病態評価、治療効果のモニタリングにつながる可能性があります。