推出單細胞微量元素分析服務

東麗研究中心股份有限公司（地址：東京都中央區日本橋本町一丁目７番２號；社長：真壁芳樹；以下簡稱「TRC」）已成功開發出新的細胞導入技術並優化了測量條件，用於其高靈敏度的「單細胞感應耦合電漿質譜儀（single cell Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，簡稱「scICP-MS」）※1」分析技術，該技術用於測量單細胞中的微量元素。為此，TRC 正推出一項委託分析服務，這是日本委託分析公司中的首創，能夠以飛克（fg，即 1 千兆分之一克）等級定量單細胞中的微量元素。此服務可實現單細胞層級的元素量直接測量，而過去僅能從大量細胞中獲得平均值評估。

因此，這項服務能夠定量掌握細胞間的差異性（異質性），並預期在醫藥、生物技術、食品及環境領域找到應用，用於評估藥物作用、細胞功能、微量元素吸收及毒性。此外，透過將元素量作為分佈而非平均值進行分析，將能評估異常細胞的特徵性元素偏差以及藥物吸收的細胞選擇性。

TRC 運用其多年累積的先進無機元素分析技術與專業知識，以支援客戶加速研究與技術開發。

【背景】

細胞中存在的微量元素（如鎂 Mg、磷 P、硫 S、鐵 Fe、鋅 Zn 等）在生命活動中扮演著不可或缺的角色，包括酵素活性和細胞間訊號傳遞。近年來，人們日益關注同一細胞群體中，因元素含量或病變狀態不同而產生的細胞間異質性，如何深刻影響藥效變異、毒性表現及功能分化。捕捉這些細胞間的差異，是新藥開發和作用機轉闡明的重要課題。

一般而言，感應耦合電漿質譜儀（ICP-MS）因其最高的元素測量靈敏度，通常用於評估細胞等微小目標的元素含量。然而，傳統的 ICP-MS 分析需要將細胞一併裂解後進行測量。因此，所獲得的元素資訊僅限於平均值，難以直接評估個別細胞間的差異。此外，細胞清洗等測量前步驟中的樣本損失以及細胞計數誤差，也會影響準確性。

【技術概述】

相對地，scICP-MS 是一種將分散的細胞逐一導入 ICP-MS 儀器中，直接測量單細胞層級元素含量的技術。為實現對細胞損傷最小化的高精度測量，TRC 結合了微滴生成器（μDG）※2 作為細胞導入裝置，能夠抑制細胞的破壞或損傷（圖 1）。此外，透過優化偵測條件，TRC 實現了高靈敏度且可重複的單細胞分析。

圖 1：scICP-MS 的示意圖，並與涉及消化（化學預處理）的傳統 ICP-MS 分析進行比較。

【分析案例】

作為模型案例，我們評估了最簡單的真核細胞※3 酵母細胞中，主要礦物質之一鎂（Mg）含量的單細胞分佈（圖 2）。污染和儀器靈敏度不足會嚴重影響結果，溶液中的微量雜質或儀器背景訊號會偏移，淹沒細胞訊號峰，導致分析困難。透過清洗細胞和容器以去除污染，成功分離了測量背景與細胞訊號峰，從而實現了單細胞分析。

鎂是參與多種細胞功能的重要必需元素，評估其分佈是理解細胞狀態差異的指標之一。本次分析結果顯示，平均鎂含量約為每細胞 2.0 fg，同時確認了細胞間存在分佈的擴展。

圖 2：酵母細胞中鎂含量分佈分析。

此類分析可獲得以下見解：

- 細胞間代謝狀態的差異

- 壓力反應或營養狀態變異性的評估

- 品質（均質性）的指標化

酵母是最基礎的細胞研究模式生物之一，此結果證明了該技術從基礎研究到應用領域的廣泛適用性。

【未來展望】

此技術使得過去難以實現的單細胞層級微量元素評估成為可能，預期將在以下領域找到應用：

- 醫藥領域：細胞內藥物分佈與作用機轉研究

- 生物技術領域：細胞功能與分化調控研究

- 食品領域：細胞對元素的吸收與累積評估

- 環境領域：有害元素對細胞的影響與累積評估

以這些領域為例，透過單細胞分析細胞內元素含量，預期能應用於研究異常細胞特有的元素偏高/偏低現象，以及藥物吸收的細胞選擇性等。

TRC 將持續透過單細胞分析等尖端分析技術的開發與精進，支援客戶的研究與技術開發，為社會做出貢獻。

【術語解釋】

※1 單細胞感應耦合電漿質譜儀（scICP-MS）

將分散於液體中的細胞逐一導入對無機元素靈敏度最高的 ICP-MS 儀器中，直接定量細胞內極少量元素含量的分析方法。

ICP-MS 是一種利用高溫電漿將元素離子化，再由質譜儀進行偵測的方法。由於電漿具有高離子化效率，因此即使是極微量的元素，也能以極高的靈敏度進行偵測與測量。

※2 微滴生成器（μDG）

透過電壓控制噴嘴，生成約數十微米大小微小液滴的裝置。能夠以對細胞損傷最小化的方式導入。

※3 真核細胞

具有被核膜包圍的細胞核以及粒線體等細胞器的細胞，構成人類、動物、植物、真菌等生物的細胞。由於其基本結構與動物細胞、植物細胞相同，因此在 scICP-MS 分析中，從酵母細胞找到的細胞導入條件和測量條件較易於應用。