科学者らは、生きた動物の全身で細胞同士の会話をリアルタイムに観察する新たなイメージング技術を開発した。この手法により、個体レベルと細胞レベルのギャップが埋まり、生理学や神経科学など多様な分野をつなぐ新たな研究が可能になると、専門誌で発表された。
透明なモデル生物を用いたリアルタイムイメージングの仕組み
カルシウムは、細胞が互いに通信するために使用するほぼ普遍的なシグナルであり、筋肉の収縮やシナプスの発火、生命の始まりである生殖細胞の受精、さらには細胞の死に至るまで、あらゆる生物学的プロセスに関与している。
米国ハワード・ヒューズ医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）のチームと共にこの技術を開発した計算神経科学者のヴァージニー・リュッテン（Virginie Ruetten）は、この手法を「WHOLISTIC（WHole-Organism Live-Imaging System for recording Tissue and IntraCellular activity）」と名付けた。この技術は、遺伝子工学を用いて体内のほぼすべての細胞に蛍光カルシウムセンサーを発現させ、カルシウムレベルが変動した際に細胞を光らせることで、全身の細胞活動を秒単位で捉えるものである。リュッテンは、この研究について「This work bridges two fundamental scales of biology – the cell and the organism – such that we can now fill that observability gap」と述べており、これまでスケールでの細胞反応の観察が困難であったため、欠落していた基本的な特性が存在していたと指摘している。
研究チームは、この技術を自然に透明な動物である、まずゼブラフィッシュの幼魚に、次いで成体になっても透明なままである淡水魚のダニオネラ・セレブルム（Danionella cerebrum）に使用した。これらはいずれも科学研究における重要なモデル生物である。
研究室を主宰する神経科学者のミシャ・アレンス（Misha Ahrens）は、進化は意思決定が脳の前頭前皮質で実装されるか、あるいは脳幹と膀胱の間の接続で実装されるかを区別しなかったと述べ、次のように指摘している。
これにより、生理学、神経科学、行動学、細胞生物学といったあらゆる分野が結びつき、同一の個体内でそれらすべてを研究することが可能になったとのことだ。
全身規模の観察で明らかになった新たな筋肉と臓器の相互作用
この全身イメージングアプローチの導入により、すでにいくつかの予期せぬ発見が得られている。科学者らは、魚の軟骨を形成する主要な細胞である軟骨細胞（chondrocytes）のカルシウムセンサーが寒さに反応して発光することを確認した。さらに、脳の神経だけでなく、脳を保護する組織層である髄膜（meninges）もケタミンに対して反応することに驚かされたという。
視野を広げると、身体のリズムがかつてないほど鮮明に照らし出された。論文の著者らは、多臓器スケールにおいて「unknown muscle synergies and muscle–organ interactions（未知の筋肉の相乗効果と筋肉と臓器の相互作用）」が明らかになったと報告している。
個体レベルのスケールにおいて、この手法は脳幹によって制御される全身の血流再分配を捉えたという。
JANELIA研究キャンパスにおける実験モデルと厳格な飼育管理
詳細な実験において、研究チームはジャネリア研究キャンパス（Janelia Research Campus）の施設動物ケア・使用委員会（Institutional Animal Care and Use Committee）が承認したプロトコルに従い、慎重に管理された環境下で動物を飼育した。
ゼブラフィッシュは28.5 °Cで、14時間明期・10時間暗期のサイクルで飼育された。水質は導電率1,000 μS（Instant Ocean Sea Saltで調整）、pH 7.0（重炭酸ナトリウムで調整）に維持され、受精後5日から14日の個体にロティファーが与えられた。また、CasperまたはNacreの背景を持つトランスジェニック・ゼブラフィッシュが使用され、Tol2システムを用いて系統が構築された。
ダニオネラ・セレブルム（Danionella cerebrum）は26.5 °C、14時間明期・10時間暗期のサイクル（導電率450 μS、pH 7.5）で飼育された。餌は年齢に応じて調整され、受精後5〜28日にはロティファーを1日1回、16〜28日にはロティファーに加えてGEMMA 75を1日2回、29日以降はGEMMA 75を1日2回とアルテミアを1日1回与えた。成魚は3.5リットルのタンクに約45匹の密度で群飼育された。
研究チームは、世界中の科学者がこの手法を自身の研究に採用し、生物全体に関する前例のない洞察を得られるようになることを期待している。研究はNatureに掲載されている（Ruetten et al., Nature, 2026）。
本記事の内容は研究報告であり、医学的なアドバイスではありません。具体的な臨床的適用や詳細については、資格を持つ専門家にご相談ください。