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2026-03-12 14:23:00
生きた脳内の神経活動を直接観察することは、神経科学の大きな課題の 1 つです。研究者らによって説明された新しい方法では、脳組織の機能を変えることなく透明性を高めることができ、脳の深部に位置するニューロンを視覚化することが可能になります。
日本の九州大学の研究者らは、生物学的機能を変えることなく脳組織を透明にし、活動中のニューロンのより深く鮮明な画像を可能にする新しい試薬を開発した。
この方法は木曜日にジャーナルに掲載された研究で説明されています ネイチャーメソッド。
SeeDB-Liveと呼ばれるこの物質は、血清中に豊富に含まれるタンパク質であるアルブミンを使用して、正常な細胞機能を維持しながら脳組織の透明性を高めます。
この技術により、実験室で培養されたサンプルと生きたマウスの脳の両方の深部にある神経構造の観察が可能になります。
著者らによれば、これは細胞の生物学的機能を変えることなく画像化のために組織を透明にする最初の方法である。
記憶や思考などの複雑な脳活動は、脳の異なる領域にある細胞間の継続的なコミュニケーションに依存しています。これらのプロセスを理解するには、研究者は生きた脳の神経活動を観察する必要があります。解決策の 1 つは、イメージング技術中に光がより深くまで浸透できるように脳組織の透明度を高めることです。
この現象は材料の光学特性に基づいています。光は、屈折率の異なる媒体間を通過するときに屈折および散乱します。脳組織には、微視的な屈折率の差を生み出す脂質やその他の細胞成分が含まれており、これらが光を散乱させ、深部構造の可視化を制限します。これらの差を減らすことで、光がより均一に伝播できるようになります。
実験では、細胞外溶液の屈折率が1.36から1.37の間の値に調整されると、生きた細胞がより透明になることを研究チームは発見した。浸透圧の変化により細胞が膨張したり脱水したりする可能性があるため、研究者らは細胞の浸透圧バランスに影響を与えることなくこれらの値を達成する方法を模索しました。
当初、彼らは砂糖などの天然物質をテストしましたが、必要な濃度が高すぎて細胞の脱水を引き起こしました。この問題を回避するために、必要な分子数が少なくても浸透圧を過度に上昇させることなく屈折率を変化させることができるため、チームは大きなポリマーを検討しました。ほぼ100の化合物をテストした後でも、研究者たちは解決策を見つけられませんでした。
HeLa 細胞スフェロイド (実験室で培養された HeLa 細胞の小さな三次元集合体) は、培地を SeeDB-Live ソリューションに置き換えるとすぐに透明になりました (位相差画像)。このようなスフェロイドは、平らな細胞培養よりも実際の組織の構造をよりよく模倣するために使用されます。。 HeLa は生物学において有名な細胞株です。これは、生物医学研究で最もよく使用されるヒト細胞の 1 つです。 HeLa細胞は、1951年にヘンリエッタ・ラックスというアメリカ人患者から採取された子宮頸部腫瘍に由来する。彼女の姓と名の最初の 2 文字が細胞株の名前、HeLa の由来となりました。これらの細胞を特別なものにしているのは、これらの細胞が実験室で無限に分裂し続けることができるという事実です。ほとんどのヒト細胞は、限られたサイクル数の後に分裂を停止しますが、HeLa 細胞は「不死」です。つまり、培養条件下で継続的に増殖します。このため、それらは研究における標準ツールとなっています。これらは、ポリオワクチン開発、がん研究、遺伝学および細胞生物学の研究、薬物試験、ウイルス研究など、何千もの研究で使用されています。クレジット： 九州大学2026 年 3 月 12 日
研究チームが研究室で一般的に使用されるタンパク質であるウシ血清アルブミン (BSA) をテストしたときに、予期せぬ進歩が起こりました。
驚くべきことに、このタンパク質は、所望の屈折率で最も低い浸透圧を生成しました。研究者らは、培地にアルブミンを添加して屈折率を細胞内部の屈折率に近づけることで、生体組織を透明にする溶液を得た。これをSeeDB-Liveと名付けた。
マウスの脳サンプルで行われた実験では、溶液に浸してから約1時間以内に組織が透明になりました。
マウス脳サンプル (生後 5 日、厚さ 300 μm) を SeeDB-Live で透明化しました。培地を人工脳脊髄液（ACSF）からSeeDB-Live/ACSFに変更しました。 クレジット： 九州大学2026 年 3 月 12 日
この方法をカルシウムインジケーターと組み合わせると、深部組織領域の正常な神経活動を透明な脳内で観察することができました。
この技術を生きたマウスの脳に適用すると、深部に位置するニューロンから発せられる蛍光シグナルの強度が 3 倍増加しました。
この方法により、情報の処理と神経活動の行動への変換に関与する高度に分岐したニューロンを特徴とする領域である大脳皮質の第 5 層のニューロンを明確に視覚化することができました。
この試薬が開発されるまで、既存の方法ではこの深さで鮮明な画像を取得することは困難でした。
組織の透明度は可逆的です。細胞外液は数時間で溶液を除去し、組織は元の状態に戻ります。この方法では永続的な変化が生じないため、同じ動物を繰り返し検査して、その脳活動を経時的に追跡することができます。
組織の透明性を高めるために SeeDB-Live ソリューションを適用する前後の、Thy1-YFP-H トランスジェニック マウスの大脳皮質の蛍光画像。二光子顕微鏡法によって得られた連続的な xy 画像が表示されます。 クレジット： 九州大学2026 年 3 月 12 日
この研究の著者らは、アルブミンは血液中に豊富に存在し、非常に溶解しやすく、組織の光学的透明性を高めるのに適しているという特徴を強調している。
ただし、この方法には限界もあります。これは脳組織では効率的に機能しますが、生物学的障壁により他の臓器への溶液の送達が制限されており、脳へのアクセスには依然として外科的窓の作成が必要ですが、この手順はストレスを引き起こし、実験の効率を低下させる可能性があります。
研究者らは、この方法により組織の深部のより鮮明な蛍光画像が得られる可能性があり、脳の異なる領域がどのように連携するかを研究するのに役立つ可能性があると考えている。
この方法は、創薬研究における三次元組織や脳オルガノイドの評価にも使用できます。
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