近年、イメージングにおける画期的な進歩により、脳を研究する能力が変化し、さまざまな解像度、透過性、感度を備えたさまざまなモダリティが提供されています。神経薬理学では、生体モデルにおける分子標的と全脳機能結果との間のギャップを埋めるために、イメージングの向上が不可欠です。
fMRI や PET などの技術は、最小限の侵襲性で優れた透過性とカバー率を提供しますが、特に神経科学で最も一般的に使用されるモデルである小型げっ歯類の脳を調査するために必要な時空間分解能や感度が欠けている場合があります。
光学イメージングなどの他の技術は、比較的限られた透過性と引き換えに非常に高い時空間分解能を提供し、皮質の最初の層の研究のみを可能にし、皮質下ネットワークの研究に明らかに影響を与えます。
ドップラー超音波は、優れた時空間分解能と優れた透過能力を兼ね備えていますが、感度が低いために使用が制限されてきました。
超高速機能的超音波検査は、ドップラー イメージング特性と大幅に向上した感度を組み合わせることでこの問題に対処し、健康な脳と病気の脳の両方の回路を研究するための強力なツールを生み出します。
画像クレジット: アイコネウス
機能的超音波イメージング (fUSI) は、従来のドップラー超音波と同様、神経血管結合に基づいています。ニューロンが活動すると、局所の血管が拡張し、脳血液量 (CBV) が増加します。
超高速ドップラー シーケンスは CBV の変化を高感度で検出します。ただし、組織を順番にスキャンする従来のドップラーとは異なり、fUSI は 1 秒あたり数千フレームで平面全体を画像化します (Mace 他。2011年、 Natメソッド）。
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この戦略により、以下が生成されます。
- 高い空間分解能 (100 µm) と時間分解能 (100 ～ 400 ms)。
- ベースラインからわずか 2% の CBV 変動を検出。
- 信号対雑音比は、詳細な血管動態をマッピングするのに十分です。わずか 1 mm/s の速度で血液動脈 (細動脈) を捕捉します。
これらの特性により、fUSI は前臨床モデルで脳全体にわたる薬物誘発効果を研究するのに理想的に適しています。
前臨床応用: モデル検証から治療モニタリングまでの fUS の使用
疾患モデルの検証は前臨床研究において重要な段階ですが、治療法の評価において有用であるにもかかわらず、見落とされることがあります。
機能的超音波画像診断 (ファス) は、感度、時空間分解能、および脳全体の適用範囲に起因する、神経および血行力学的反応、機能的接続の変化、および血管構造の変化を観察することにより、モデルを相互検証するための効果的な方法です。
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Beliardら(Imaging Neuroscience、2025)は、fUSを使用してクプリゾン誘発性多発性硬化症モデルを定義することにより明確な実証を行った。
研究者らはさらに、CBVの増加は脱髄のみではなく皮質血管異常を表しており、これらの変化は皮質下領域またはリゾレシチン誘発の局所病変では欠落していることを実証し、希突起膠細胞の減少に関連する皮質特異的メカニズムを示した。
fUS は、モデルの検証を超えて、神経疾患および神経精神疾患の機能的および血管的特徴の特性評価に理想的に適合しており、疾患のプロセスが脳の活動とネットワークのダイナミクスをどのように変化させるかを明らかにします。これは、標的治療法の開発に重要です。
静止状態の機能的接続性（FC）の変化は、さまざまな状況に共通する形質であり、その種間保存性によりトランスレーショナル研究における重要な知見となります。
Rahalらは、変形性関節症のラットモデルで、fUSを使用して、体性感覚ネットワークと海馬ネットワーク全体の接続性の広範な低下を検出した。
動的FC分析により、関節炎を患った動物は、感覚皮質領域が残りの体性感覚ネットワークから切り離された状態でより多くの時間を費やしていることが明らかになった。
これらの関連性指標が行動痛スコアと関連付けられると、著者らは予測バイオマーカーとして機能する一連の領域を特定し、健康な動物と関節炎のある動物を高精度に区別できるようになりました。
これらの発見は、ネットワークの可塑性を追跡し、治療介入に関連する機能的特徴を特定するfUSの可能性を強調しています。
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モデルが検証され、誤動作している回路が発見されると、fUS は薬理効果をスクリーニングおよびモニタリングするための信頼できるプラットフォームを提供します。
最近の研究では、fUS が薬物特有の「ネットワーク フィンガープリント」を検出できることが実証され、たとえば、オピオイドによる脳接続の変化の評価において、治療作用と副作用を区別できることが実証されました (Mariani 他。2024年）。
もう一つの重要な例はラブトから来ています 他。 (NeuroImage、2020) は、頭蓋骨全体のイメージングを使用して覚醒マウスの急性薬理効果を測定する pharmaco-fUS の概念を開発しました。
彼らは、機械学習由来の薬理学的スコアを使用して、スコポラミン療法をベースラインから正確に区別し、海馬皮質結合の用量依存的な変化を発見した。
重要なことに、これらの効果は全体的な灌流変化とは無関係であり、薬理学的研究における fUS の特異性と感度が実証されました。
これらの例は、fUS が、CBV、活性化マッピング、および接続性に基づく定量的バイオマーカーを使用した疾患モデル開発から回路機能不全分析および治療反応モニタリングに至るまで、包括的な前臨床ワークフローをどのように提供するかを示しています。
トランスレーショナルの可能性と臨床的展望
fUS イメージングは前臨床神経科学における有用性が十分に確立されているにもかかわらず、いくつかの最近の研究でヒトにおけるそのトランスレーショナルな有用性が実証されています。
これらの初期の応用は、fMRI や電気生理学との驚くべき類似点を示しており、前臨床の所見を患者に応用できる可能性を強調しています。
臨床応用はまだ初期段階にあるにもかかわらず、これらの発見は、前臨床モデルと人間の生理機能を結びつけるモダリティとしての fUS の重要性を強調し、それによって治療法開発におけるその有用性を高めます。
神経薬理学研究のためのIconeusソリューション
高品質の神経薬理学研究には、単なる感度以上のものが必要です。また、正確な取得、薬物効果の厳密な定量化、および完全に再現可能な分析を可能にする統合機器も必要です。 Iconeus は、前臨床薬開発と脳標的療法のために特別に設計された包括的な方法論を提供します。
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ハードウェア
- の アイコネウス ワン システム は、超高速平面波テクノロジーと完全に統合されたワークステーションを備えたポータブル イメージング ステーションです。高さ調節可能なキーボードとモニターは快適な操作を提供し、4 軸電動スキャン プラットフォームは頭部を固定した動物において安定した再現性のあるイメージングを可能にします。
- マルチアレイ プローブは 4 つの平面を同時にキャプチャし、2.4 秒で全脳マウスをカバーし、薬物誘発性の血行力学的変化を迅速に評価できます。経頭蓋的または開頭術とともに使用できます。
- RCA プローブの行列技術により、8 × 8 × 20 mm の脳容積の高速容積イメージングが 400 ミリ秒で可能となり、薬物に対する急速な脳血管反応を捉えるのに最適です。
ソフトウェア
- アイコスキャン fUSI 薬物調査用に設計されたユーザーフレンドリーな取得ツールで、安定したベースライン、投与パラダイム、および血行動態反応のリアルタイムモニタリングを提供します。
- IcoStudio は、相対的な CBV 測定、活性化マップ、薬物反応ダイナミクス、機能的接続性分析などの神経薬理学的手順をサポートする高度な分析環境です。
- IcoLab は、コホートおよび投与量設定全体での再現性を促進するバッチおよびグループレベルの処理ツールです。フィルタリングとアーティファクト除去手順が組み込まれており、概要レポート (PowerPoint で) とさらなる統計分析用のエクスポート可能なデータセットが生成されます。
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これらのツールを組み合わせることで、取得から出版準備が整った結果へのスムーズな移行が可能になり、fUSI が脳全体にわたる薬物誘発効果を研究するための堅牢でアクセス可能なプラットフォームに変わります。
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イコネウスについて
イコネウス はパリに本拠を置く会社で、脳血流と微小血管系を画像化するための使いやすい機能的超音波システムを発明した機能的超音波の発明者によって設立されました。感度、速度、高分解能のユニークな組み合わせにより、覚醒した動物に対する前臨床研究の分野をリードすることができ、現在では臨床研究への応用も提案されています。
アイコネウスは、機能的超音波ニューロイメージングを導入しています。これは、超高感度の血流イメージングに基づいた脳活動モニタリングのための画期的なイメージングモダリティです。
前臨床研究の場合、同社のテクノロジーの可搬性と高い汎用性により、これまでにない規模で、覚醒状態、行動状態、自由に移動している状態、安静状態、睡眠状態などのさまざまな被験者状態での脳活動の研究が可能になります。
Iconeus の技術は、FMRI と組み合わせるのが本質的に難しい EEG ヘッドステージや光遺伝学などの他の補完的なモダリティと簡単に組み合わせることができます。 Iconeus は、脳構造間の機能接続性評価 (コネクトミクス) や脳卒中 4D モニタリングなどの重要なアプリケーションも提供します。彼らは長年にわたる前臨床の専門知識と研究に基づいて、現在、刺激的な新しい臨床応用に投資し、サポートしています。
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#機能的超音波を用いた全脳ネットワークイメージング
2026-02-09 14:38:00