技術の基盤となる生物組織を透明化する試薬は2011年に開発した「Scale(スケール)」を元にしている
理化学研究所(理研)は、成体のマウスと小型のサルの脳を透明化して1細胞解像度で観察することに成功した。
より高度な脳透明化のための化合物スクリーニングによってアミノアルコール試薬を開発
脳内遺伝子の機能や神経ネットワークの網羅的な解析を行うための一連の基盤技術開発を目指した研究。「CUBIC(キュービック)」技術と名付けられており、これにより遺伝子の働きや脳のネットワーク構造を3次元データとして取得、サンプル間で定量的に比較することが可能となる。
シート照明顕微鏡によって全域を観察可能となった
開発にあたっては、新たに開発された化合物スクリーニング法によって40種類の化合物を探索し、アミノアルコールによって生体脳を高度に透明化する試薬を作成。シート照明顕微鏡を使うことにより、1細胞解像度でマウス全脳イメージを1時間ほどで取得可能とした。
シート照明顕微鏡を用いた成体マウス脳の3次元イメージング
さらに脳全体の解剖学的な構造を取得するための染色方法、情報科学的手法で解剖学的な構造情報から定量的な比較解析する手法を開発した。これら一連のCUBIC技術はマウス脳だけでなく小型のサルの脳にも適用でき、遺伝学的に組み込んだ蛍光タンパク質を検出できるだけでなく免疫組織化学的な解析にも適応できるという。
情報科学による全脳イメージの比較解析
CUBICの応用によって、研究グループは異なる条件における脳の活動状態を比較できるかどうかをテストを実施。暗闇の中で2日間飼育したあと、急に光を当てたマウスと当てていないマウスを準備し、脳全体の神経活動が光刺激によってどのように変化しているかを比較し、光によって活動する脳領域を全脳レベルで網羅して同定することに成功している。
小型のサル(マーモセット)脳の3次元イメージング
この技術とその発展により、個体レベルの生命現象とその動作原理を対象とする「個体レベルのシステム生物学」の実現に1歩近づき、生物学のみならず、医学分野においても大きく貢献すると期待される。
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