神経科学のための画像取得・解析ソリューション

軸索輸送

軸索輸送は、細胞小器官、小胞、脂質、タンパク質を神経細胞の細胞体から軸索の細胞質を通って往復させる細胞プロセスです。軸索の長さゆえに、この輸送は拡散に依存できず、微小管に沿って移動する特殊なモータータンパク質に基づいています。 これらのモータータンパク質であるダイニンとキネシンの遺伝子変異は、一部の神経発達障害や神経変性疾患と関連しています。蛍光標識技術は、生きた神経細胞において、生理的あるいは病理的状態における軸索輸送を研究・可視化するために極めて重要です。このような輸送現象は非常に高速であり、蛍光シグナルの強度はしばしば極めて低くなります。

したがって、sCMOsを搭載したDragonflyのような高速かつ高感度のイメージング技術は、生きたニューロンにおける軸索輸送の研究に不可欠です。タイムラプス動画は、最先端の画像解析ソフトウェアであるImaris for Cell BiologistsまたはImaris for Neuroscientistsを用いて解析できる。

全脳スライス

神経科学において、完全な脳または脳切片の三次元可視化は困難ながら極めて望ましい課題です。組織透明化と光学顕微鏡の応用により、マイクロメートル解像度での大体積解析が可能となりました。光シート顕微鏡は脳全体を観察する利点を持ちますが、透明化または生体脳切片を高解像度で取得するには共焦点顕微鏡が好ましい手法です。

Dragonflyスピニングディスク共焦点顕微鏡に広視野sCMOsカメラを装備し、Fusion（Imaris Stitcherアルゴリズム）で顕微鏡タイルを直接スティッチングすることで、脳切片の撮像において解像度と撮像サンプルサイズの完璧なバランスを実現します。神経科学者向け画像解析ソフトウェアImarisが、データ可視化から計数、ニューロン追跡に至るまでの残りの作業を処理します。

オプトジェネティクス

オプトジェネティクスは、光を用いて遺伝子改変された個々のニューロンの活動を、極めて高い精度で制御・調節・観察することができる生物学的手法です。その中核となるのは、光受容体として機能するオプシン遺伝子を導入した神経イオンチャネルです。特定の波長の光を照射することで、単一ニューロンのイオンチャネルを開き、電気信号を発火させることが可能になります。

この技術の確立には、さまざまな補助技術が重要な役割を果たしています。例えば、オプシンを発現した細胞に対して、特定の波長の光を正確なタイミングで照射する技術や、Mosaicなどの装置による精密な照明制御が挙げられます。また、カルシウムイメージングのように高フレームレートでの撮像が求められる実験では、sCMOsカメラが最適な検出器ソリューションとなるケースが多くあります。

光遺伝学は、記憶形成や依存症の研究、深部脳刺激を用いたパーキンソン病における振戦管理の改善、さらには視覚機能の回復など、幅広い分野で応用されています。

拡張顕微鏡法

顕微鏡の光学分解能を高める代わりに、拡張顕微鏡法では試料を等方的に「拡張」します。拡張プロトコルの各工程で蛍光シグナルが減少するため、拡張試料の撮像には、微弱な光信号を検出できる高感度な装置が必要となります。さらに、非常に広い視野での撮像や、試料深部へのイメージングも課題となりますが、これらの要件は従来型の顕微鏡では実現が困難です。では、試料深部の撮像に最適化されたピンホール間隔を備えたiXon Ultra 888バックイルミネーションEMCCDカメラ、またはZyla 4.2P sCMOsカメラを搭載したDragonfly共焦点顕微鏡を推奨しています。さらに、視野全体にわたって均一な照明を実現するBorealisの使用も推奨されます。

大規模なデータセットは、Imaris Stitcherアルゴリズムを用いてシステム上で直接スティッチングでき、その後Imaris for Neuroscientistsを使用して、ニューロンやスパインの検出を含むデータの可視化および解析を行うことが可能です。

カルシウムイメージング

カルシウム（Ca2+）は重要なイオンであり、筋細胞（筋細胞）からニューロンに至るまで、多くの細胞の活動状態を迅速に指標化するのに利用できます。カルシウム指標（Ca2+指標）は、細胞生物学の基礎的理解を深め続けるとともに、様々な疾患状態下での細胞の反応や治療薬への応答メカニズムの解明にも貢献しています。 細胞生理学を最も正確に測定するには、最低限の照明強度と可能な限り低濃度の指標色素を使用すべきです。これは本質的に低光子放出を意味するため、高感度検出器が極めて重要となります。Ca2+イメージング実験に用いられる主要なカメラ技術はsCMOsとEMCCDの2種類です。一般的に、sCMOsカメラ（特にAndor Zyla sCMOSカメラ）がCa2+イメージング実験で最も広く使用されてきました。新開発のSonaバックイルミネーションシリーズは、Zylaモデルの性能を継承し、重要な高速性、高解像度、クラス最高の定量精度を維持しています。