東北大学
学際科学フロンティア研究所

3D培養モデル（スフェロイドやオルガノイド）は、より生体に近い環境を再現できる一方で、酸化ストレスなどの酸化還元（レドックス）反応を空間的に可視化することは容易ではありません。特に、細胞周囲で生じる過酸化水素（H₂O₂）などのレドックス分子の動態を、時間と位置の両方の情報として捉える技術が求められています。

 

東北大学学際科学フロンティア研究所の阿部博弥准教授らの研究グループは、同大学工学研究科、医工学研究科、東京科学大学、東京理科大学、University of Electronic Science and Technology of China (中国)、The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen (中国)との共同研究により、ヘマタイト（酸化鉄）を用いた光アドレス電極による新しい光電気化学バイオイメージング手法を提案し、腫瘍スフェロイド周辺に形成されるH₂O₂濃度勾配を可視化できることを示しました。本研究は、光合成のように「光を使って化学反応を動かす」という発想をヒントに、光で電気化学信号を生み出して化学情報を可視化する手法です。本手法は、可視光照射によって電極上にファラデー電流（光電流）を局所的に発生させ、その信号強度と照射位置の関係から化学情報をマッピングします。また、電極作製にフォトリソグラフィ等の複雑なプロセスを必要とせず、比較的簡便な製造工程で実現できる点も特長です。

 

本成果により、3D細胞モデルを対象とした酸化ストレス評価や、レドックス分子の時間依存的な化学マッピングが可能になり、3D培養を用いた薬剤評価・細胞機能解析などへの応用が期待されます。

 
図：ヘマタイト（Fe₂O₃）を用いた光触媒電極に対し、可視光を局所照射することでファラデー光電流を発生させ、その信号強度と照射位置の関係から電気化学イメージを取得する方法を構築。3D細胞モデル（腫瘍スフェロイド）周辺のH2O2などのレドックス分子の分布を空間的にマッピングする光電気化学バイオイメージングに成功。

 

論文情報：
タイトル：Photoelectrochemical Bioimaging of Redox Events for 3D Cultured Cells via Hematite-Based Light-Addressable Electrodes
著者：Tomoyuki Ogawa, Ryo Yamatake, Yusuke Kanno, Takasi Nisisako, Yuvaraj M. Hunge, Kosuke Ino, Shan Liu, Chen-Zhong Li, Tatsuo Yoshinobu, Hitoshi Shiku, Hiroya Abe*
*責任著者：東北大学 学際科学フロンティア研究所 准教授 阿部博弥
掲載誌：Biosensors and Bioelectronics
DOI：10.1016/j.bios.2026.118414
URL：https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118414