化学固定剤を使わない「水凍結乾燥法」による生物試料のSEM観察に成功 従来の常識を覆す、シンプルかつ高精度な電子顕微鏡試料調製法を開発

島根大学大学院自然科学研究科の石田秀樹准教授らの国際共同研究グループは、走査電子顕微鏡（SEM）観察において、化学固定剤を一切使用せず、水のみを用いた凍結乾燥法によって微細構造を良好に保存した生物試料を観察可能にする新手法を開発し、2025年12月10日に国際学術誌『Scientific Reports』に論文が掲載されました。

本学からは、理学研究科の青沼仁志教授、武石明佳講師、洲崎敏伸学術研究員、菊池匠十大学院生、農学研究科の池田健一准教授、保健学研究科の入子英幸准教授、Liudmyla Gaponova神戸大学招へい教授、およびAndrii Kolosiuk神戸大学招へい教授が本研究に参加し、様々な生物・組織・細胞への水凍結乾燥法の応用および本法の理論的解析についての検討を通して本成果に貢献しています。

研究の背景：従来の試料作製が抱える課題

走査型電子顕微鏡（SEM）は、生物の外部形態を高解像度で観察するための不可欠なツールです。しかし、ゾウリムシ（原生動物）などのデリケートで軟らかい細胞を観察する場合、試料作製に大きな問題がありました。

従来の作製法、特に化学固定やアルコール脱水は、細胞を萎縮させたり、微細な構造（繊毛など）を破壊したりする人工的な構造変化（アーティファクト）を引き起こします。また、水をそのまま凍結乾燥する手法は、氷晶による細胞構造損傷の可能性があるため、一般的に不適切とされてきました。

研究成果：低コスト・高精度を実現した新プロトコル

本研究では、従来の常識を覆し、「水凍結乾燥」の凍結プロセスを大幅に最適化しました。

・急速凍結の標準化： 生きた細胞の懸濁液を、-80℃に冷却した銅ブロックにPVCガイドチューブを介して正確に接触させ、急速凍結する手順を標準化しました。

・成功率と時間効率の飛躍的向上：アーティファクトのない試料を得る成功率は、従来の約10%から大幅に向上しました。さらに、凍結から乾燥完了までの所要時間がわずか2〜3時間に短縮されました。

これにより、特殊なクライオ設備がなくても、ドライアイスと汎用真空ポンプを使うことで低コストかつ迅速に、極めて正確な外部形態の観察が可能となりました。

今後の展望

本手法は、特別なクライオ設備を持たない研究室でも利用可能であり、形態学研究における試料作製時間を短縮し、観察の精度を飛躍的に向上させ、細胞生物学や分類学などの幅広い生命科学分野に貢献すると期待されます。

論文情報

タイトル

"Artifact-free preparation of biological samples for SEM by optimized water freeze-drying"

DOI

10.1038/s41598-025-30335-4

著者： Hideki Ishida¹ , Naoya Fukuda¹, Maho Shimada¹, Kousei Yamamoto¹, Liudmyla Gaponova^2,3, Rina Higuchi⁴, Andrii Kolosiuk^2,5, Ryo Hoshina⁶, Mikihiko Arikawa⁷, Yasuhiro Fukuda⁸, MD Shafiq Islam⁹, Terue Harumoto¹⁰, Yumeng Wan^11,12, Toshiki Itoh^12,13, Yoko Inai¹⁴, Asuka Takeishi^2, Hitoshi Aonuma², Takuto Kikuchi², Shijo Nishigori¹⁵, Tadashi Maruyama¹⁶, Kenichi Ikeda¹⁷, Hideyuki Iriko¹⁸, Toshinobu Suzaki²

¹島根大学大学院自然科学研究科　²神戸大学大学院理学研究科　³Laboratory of Preservation and Renewal of Biodiversity, Institute for Evolutionary Ecology of the National Academy of Sciences of Ukraine　⁴甲南大学理工学部　⁵Laboratory of Radiation Technology, Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, ⁶長浜バイオ大学, ⁷高知大学理工学部，⁸東北大学大学院農学研究科，⁹Ansar/VDP Training Center, Dhaka, Bangladesh, ¹⁰奈良女子大学，¹¹神戸大学大学院医学研究科，¹²Xiangya School of Basic Medical Sciences, Central South University, China, ¹³神戸大学バイオシグナル総合研究センター，¹⁴和歌山県立医科大学，¹⁵島根大学総合科学研究支援センター，¹⁶北里大学海洋生命科学部，¹⁷神戸大学大学院農学研究科，¹⁸神戸大学大学院保健学研究科

掲載誌

Scientific Reports

報道問い合わせ先

神戸大学総務部広報課
E-Mail：ppr-kouhoushitsu[at]office.kobe-u.ac.jp(※ [at] を @ に変更してください)