細胞生物学

細胞生物学は、生命の根本的なプロセスに焦点を当てたライフサイエンスの研究分野です。アポトーシス、細胞周期や細胞分裂、DNA損傷、植物細胞生物学、小胞輸送、in vitro研究など、幅広い研究領域と応用分野を包含しています。研究対象となるモデル生物も、最も単純な原核生物（細菌）から、単細胞真核生物（酵母や菌類）、さらには多細胞生物に至るまで多岐にわたります。
Andor Technologyは、細胞生物学者や発生生物学者が直面するさまざまな研究課題に取り組むための技術的ソリューションを提供しています。

統合型マルチモード共焦点顕微鏡
超高感度・高速イメージング検出器
光刺激ソリューション
専用イメージング・解析ソフトウェア

アプリケーション

細胞移動

細胞移動の研究には、移動中の細胞における細胞骨格の動態や膜形態の解析が含まれます。これらを解析するためには、光毒性や光退色を最小限に抑えながら、高解像度かつ高感度でイメージングすることが求められます。

単一細胞や組織切片など、極めて光感受性の高い薄層サンプルには、Andorベンチトップ型共焦点顕微鏡と Andor Dragonflyの広視野イメージングモードが理想的な選択肢です。Dragonflyを用いることで、繊毛イメージング（50 fps以上）に代表される超高速な動的イベントの撮像も可能です。また、TIRFモードは、高解像度での膜‐基質相互作用（接着研究）に利用できます。これらの共焦点システムはいずれも、厚みがありS/N比の低いサンプルの撮像に対応しています。

さらに、細胞運動イベントの解析においては、EMCCDの高感度を活かした微弱光イメージングや、sCMOS技術による繊毛運動などの高速動的イベントの捕捉が可能です。

Andor Mosaicは光遺伝学装置として、運動性細胞における細胞骨格動態の研究に活用できます。また、トラッキング用Imarisは時間経過に伴う移動体の自動解析に最適なソリューションです。

有糸分裂と減数分裂

有糸分裂と減数分裂は、細胞分裂を規定する基本的なプロセスです。有糸分裂は体細胞の分裂であり、減数分裂は生殖細胞が分裂して配偶子を形成する過程を指します。いずれも動的な現象であり、生体観察および固定標本の両方による解析が可能です。

Andorベンチトップ型共焦点顕微鏡と Andor Dragonflyの広視野モードを併用することで、単層細胞における有糸分裂を、極めて微弱な光条件下でも可視化できます。厚みのあるサンプル（例：C. elegans）の観察には共焦点顕微鏡が適しており、広範な組織領域における細胞分裂のイメージングには、sCMOsの広視野特性が有効です。さらに、動原体と微小管の相互作用など、生体超解像イメージングを必要とする応用には、EMCCDとSRRF-Streamライセンスを搭載したDragonflyが最適です。

Andor Mosaicは、有糸分裂の進行中に、特定の染色体群、動原体、微小管を標的として選択的に活性化することを可能にします。また、中心体や動原体といった分裂関連構造をレーザーアブレーションする用途には、MicroPointが最適なソリューションです。

Imaris for Cell Biologistsでは、分裂過程の3Dレンダリング作成に加え、染色体集合や中期から後期への移行タイミングといったイベントの解析結果を可視化・プロットするなど、多彩な解析ツールを利用できます。

オルガネラの生物学

オルガネラは、膜によって区切られた細胞内小器官であり、真核細胞内でそれぞれ特定の機能を担っています。核、ミトコンドリア、小胞体、葉緑体などが代表的なオルガネラです。

Andor Dragonflyと高感度カメラであるiXon EMCCDは、ミトコンドリアやリソソームの移動など、オルガネラの双方向運動を研究するのに理想的なソリューションです。小胞輸送や融合イベントの解析には、Andor Dragonflyに小型画素サイズのSonaとSRRFStreamライセンスを組み合わせることで、これらの実験に必要な高い解像度を実現できます。カルシウム波の高速イメージングはAndorベンチトップ型共焦点顕微鏡で取得可能であり、小胞体カルシウムシグナルの超高速イメージングは、DragonflyとSona/Zyla sCMOsカメラの組み合わせで実現します。

さらに、ミトコンドリアなどの3Dオルガネラの詳細な構造解析には、3D-dSTORMソリューションを用いたAndor Dragonflyと、Sona 6.5µmピクセルカメラによるイメージングが有効です。

Mosaicを用いたゴルジ体小胞の光活性化により、標的イベントにおける小胞輸送を追跡することが可能です。また、核DNA損傷の研究にはMicroPointが最適な選択肢となります。

データ解析には、Imaris for Cell Biologistsを用いることで、オルガネラの双方向移動やオルガネラ間距離の定量化が可能となり、さらに鮮明な3Dレンダリングや動画の作成も行えます。

植物細胞生物学

植物細胞生物学は、モデル生物として植物または植物細胞を用いる広範な研究領域に焦点を当てています。この領域は、細胞構造と機能、分子・細胞メカニズム、オルガネラ間コミュニケーション、細胞内シグナル伝達など、様々な主題を包含しています。

Andorは植物細胞生物学者向けに幅広いソリューションを提供しています。Andorベンチトップ共焦点顕微鏡は、生細胞イメージングや固定組織サンプル解析といった一般的なイメージング用途に最適な選択肢です。高バックグラウンドの植物サンプルを撮像する場合、研究者は励起波長750nmまでの広スペクトル範囲を実現するAndor Dragonflyを活用できます。TIRFイメージングは植物組織に伴う高バックグラウンド（高オートフルオレスセンス）を最小化するのに理想的であり、植物細胞における膜融合イベントの解析に強力な手段となります。植物根における皮質微小管の詳細な構造組織はdSTORMで可視化可能です。エンドソームや細胞膜動態の生細胞超解像には、SRRF Streamライセンス付きSona 6,5を搭載したAndor Dragonflyが最適なソリューションです。iKon-M CCDカメラとiXon EMCCDカメラは、概日時計制御転写などの植物生物発光応用において優れた結果を提供します。

Imaris Essentialsによるイメージング解析により、研究者は3Dスナップショットやタイムラプス画像のインタラクティブな可視化が可能となり、顕微鏡データから定量的な情報を生成できます。

幹細胞

幹細胞生物学には、多能性幹細胞からオルガノイド、神経幹細胞、さらにはがん幹細胞に至るまで、数多くの研究領域があります。

高い背景除去性能により、Andorのベンチトップ型共焦点顕微鏡およびDragonflyカメラを用いることで、幹細胞由来オルガノイドの深部イメージングが可能になります。さらに、Andor共焦点顕微鏡が提供する広い視野により、データ取得の生産性を大幅に向上させることができます。

さらに、DragonflyはsCMOsカメラと組み合わせることで、オルガノイド内部における細胞内輸送など、高度に動的なプロセスのイメージングにも対応します。

がん胚性幹細胞においても、オルガノイド幹細胞と同様に、深部への光学的浸透性が大きな課題となります。DragonflyのNIRレーザーと、NIR感応型カメラ（EMCCDまたはsCMOs）を使用することで、バックグラウンドを最小限に抑えながら光学的浸透性を大幅に向上させることが可能です。

Andor Mosaicは、光活性化オプシンを発現する改変幹細胞の追跡に適したツールであり、神経幹細胞の分化過程を追跡することを可能にします。

画像解析とデータ提示においては、Imaris for Cancer Researchががん幹細胞の系統追跡を可能にし、Imaris for Neuroscientistsは神経幹細胞内のフィラメント追跡を実現します。さらに、Imaris for Cell Biologistsを用いることで、細胞およびさまざまな細胞内コンパートメントのセグメンテーションが可能です。

小胞輸送

小胞輸送は、細胞生物学における重要な研究分野の一つであり、細胞膜から細胞小器官に至るまで、細胞と外部環境とのコミュニケーションを担っています。

Andorは、小胞輸送研究におけるさまざまな課題に対応する幅広いソリューションを提供しています。エンドサイトーシスおよびエキソサイトーシスといった細胞表面で起こるイベントの解析には、Sona 6,5 sCMOsカメラと組み合わせたTIRFモードのAndor Dragonflyを使用することで、最高レベルの解像度を実現できます。さらに、デュアルカメラによる同時撮像オプションを活用することで、エンドサイトーシスに関与する複数の因子（クラトリン被覆小胞の構成要素であるダイナミン、AP-2、アクチン線維など）を同時に観察することが可能です。膜融合から細胞内での後期リソソーム形成に至るエンドサイトーシス過程を、高い時間分解能・空間分解能で追跡するためには、Dragonfly SpeedとSRRF Streamを組み合わせた生細胞超解像イメージングが有効です。また、iXon EMCCDカメラの極めて高い感度により、微弱光下でのイメージングが可能となり、光毒性を大幅に低減できます。

Imaris for Cell Biologistsを用いることで、時間経過に伴う3D空間内での小胞の自動検出および定量解析が可能になります。

技法

共焦点顕微鏡

共焦点スピニングディスク顕微鏡は、細胞生物学の多様な応用分野に最適です。有糸分裂などの生細胞実験において、細胞に負担をかけないイメージングを実現します。幹細胞由来オルガノイドなどの試料に対し、高速3Dスキャンを可能にします。

スピニングディスク共焦点顕微鏡を用いれば、固定細胞や生細胞の画像を取得でき、研究者は細胞小器官の3次元空間配置に関する知見を得ることができる。

多重イメージング

細胞生物学における空間トランスクリプトミクス（またはマルチプレクシング）とは、複数の（^Xn）RNAをその2次元または3次元の生物学的文脈において解明する手法である。空間トランスクリプトミクスの利点は、複数の遺伝子産物において、遺伝子がどこで発現しているか、そしてその周囲の環境を理解できる点にある。

メカニズムとしては、蛍光プローブがハイブリダイズされたRNA分子を標識し、画像データが取得される（通常は体積モンタージュがスキャンされる）。その後、プローブは洗浄で除去される。各画像データセット取得後、「ストリップ・アンド・ウォッシュ」工程を経て、次のハイブリダイゼーションラウンドを実施する。この手順をN回繰り返し、大量の符号化画像データを生成する。マルチプレックスイメージングには、高感度スピニングディスク顕微鏡と広視野カメラが最適であり、これらは画像領域全体に均一な照明を提供する。

拡張顕微鏡法

拡張顕微鏡法（ExM）は、分析対象試料の超解像情報を提供するイメージングプロトコルである。この手法では、光の回折限界（<200 nm）を光学的に突破する代わりに、試料を等方的に拡張することで超解像を実現する。これにより従来型光学顕微鏡では識別不可能だった回折限界以下の微細構造や高密度構造を可視化できる。

拡張された試料はかなり大きくなるため、生産性を高めるには広い視野を持つ顕微鏡が理想的である。拡張顕微鏡画像では、Borealis均一照明による全タイルのシームレスな結合と高感度EMCCD検出器の活用も有効である。ミトコンドリア、中心小体、ペルオキシソーム、核といった細胞小器官の超微細構造は、拡張顕微鏡を用いて画像化が可能である。

SRRF Stream

SRRF Streamは超解像技術への代替アプローチである。SRRF Streamはあらゆるイメージング法（例：広視野、TIRF、共焦点）と組み合わせ可能であり、最終的な解像度は取得データセットの特性に依存する。 SRRF Streamを用いることで、研究者はXY方向で最大50nmの解像度を達成できます。SRRFは生細胞イメージングに対応した超解像技術であり、特別な試料前処理を必要とせず、取得デバイスに依存しますが、最大毎秒10フレームの高速でリアルタイムに超解像画像を提供します。

ミトコンドリアの可視化や、TIRFと組み合わせて膜融合イベントの解像度向上を図る場合、SRRFは回折限界を超える解像度を実現します。重要な点として、SRRF Streamは共焦点イメージングと互換性があり、Dragonflyスピニングディスク共焦点イメージングと組み合わせることで、細胞や組織の深部における超解像画像を提供可能です。

After

Before

F-actin of BPAE cells labelled with Alexa Fluor 488 Phalloidin imaged on a Nikon Ti2 microscope at 60x and Sona 4.2B-11. The image taken from the average of 100 frames compared against the SRRF-Stream+ image. Images courtesy of Motosuke Tsutsumi, Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University and National Institutes for Physiological Sciences, Aichi, Japan.

TIRF顕微鏡法

全反射蛍光顕微鏡（TIRF）は、細胞表面の物体の非常に詳細な画像を取得することを可能にする。TIRFは、試料が挿入された媒体の屈折率とガラススライドの屈折率の差を利用している。

この種の照明法では、異なる2つの媒質の界面における極めて薄い境界領域でのみ画像取得が可能となるという特性があります。 TIRFでは、試料内部最大100～200ナノメートルまでのイメージングが可能です。したがって、TIRFは細胞膜境界における生細胞イベント（膜ダイナミクス、小胞輸送、エンドサイトーシス、エキソサイトーシス、その他の細胞表面イベントなど）の解析に理想的なソリューションです。さらに、TIRFシステムが提供する高解像度は、単一分子イメージングにおいても貴重な技術となっています。

単一分子局在顕微鏡法

超解像顕微鏡技術により、細胞のより深い理解が可能となった。SMLM（単一分子局在顕微鏡法）は横方向に最大20nmの解像度を実現する。非点収差レンズを用いることで、PSF（点拡がり関数）に校正された歪みを生じさせ、軸方向（Z方向）情報を得ることができ、3D単一分子局在化を実現する。

dSTORMは、ON/OFF状態を切り替える蛍光体の画像取得に依存する。一方、DNA-PAINTは光退色を必要とせず、蛍光体の過渡的固定化による信号発光に依存する。この固定化はDNA鎖のハイブリダイゼーションによって達成される。DNA-PAINTを用いたSMLM顕微鏡は、背景を低減するためTIRFモードでの画像取得が有効である。