理研、シナプスの微細構造を捉える超解像イメージングが可能な試薬を開発

理化学研究所(理研)は3月11日、生体組織深部の超解像イメージングを可能とする組織透明化試薬「SeeDB2」を開発したと発表した。

同成果は、理研 多細胞システム形成研究センター 感覚神経回路形成研究チーム 今井猛 チームリーダー、柯孟岑 国際特別研究員、金沢大学 新学術創成研究機構 佐藤純 教授らの研究グループによるもので、3月22日付けの米国科学誌「Cell Reports」に掲載されるのに先立ち、3月10日付けのオンライン先行版に掲載された。

2013年に理研 感覚神経回路形成チームは、フルクトース(果糖)を用いて生体組織の微細な構造を保ったまま透明化する試薬「SeeDB」を開発している。SeeDBで試料を処理すると、光学顕微鏡で神経回路を3次元的に観察できるが、光学顕微鏡には回折限界という制約があり、約200nm、深さ約500nmより細かい構造は観察できなかった。

今回、同研究グループは、X線造影剤の成分として知られる「イオヘキソール」を用いることでこの方法を改良。高解像イメージングのための透明化試薬「SeeDB2」を開発した。同試薬を用いて、深部における分解能を計測したところ、100μm以上の深さにおいても一定の分解能を保っており、たとえば、STED顕微鏡では深部でも水平方向で50nmの分解能、Airyscan顕微鏡では、水平方向の分解能で150nm、深部方向で350nmの分解能が得られたという。

実際に同試薬で処理したマウス脳やショウジョウバエ脳、マウス卵母細胞、培養細胞など、さまざまな試料を共焦点顕微鏡や超解像顕微鏡を用いて観察したところ、100μmを超える深部まで高解像度の画像が得られており、また、従来観察することが難しかったマウス大脳皮質の神経細胞におけるシナプスの微細構造を大規模かつ3次元的に捉え、定量解析することにも成功している。

同研究グループは同手法について、脳の神経回路図をシナプスレベルで解明する研究に役立つことが期待できるとしており、また、多くの精神疾患は神経細胞のシナプス構造に異常があるといわれているため、将来的には精神疾患の病態やメカニズムの解明にも貢献することが期待できるという。

SeeDB2を用いたショウジョウバエ脳のイメージング 左:上段が3次元再構成で、下が各水平断面における蛍光画像 右:視覚中枢のメダラ神経節にあるMi1と呼ばれる神経細胞。メダラ神経節は層構造をとるが、Mi1はM1層とM5層で樹状突起を形成し、M9-10層に軸索を伸ばす(黄色矢印)。軸索終末はヘアピン状の構造を取り、その先端は3つ又に分かれている(赤矢印)。3つ又部分でシナプスを形成する

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