生体内マウス脊髄深部の血流、神経構造、炎症反応を可視化する三光子励起蛍光顕微鏡

Core Concepts

三光子励起蛍光顕微鏡を用いることで、マウス脊髄深部の血流、神経構造、炎症反応を高コントラストで可視化できる。

Abstract

本研究では、三光子励起蛍光顕微鏡を用いて、マウス脊髄深部の血流、神経構造、炎症反応を高コントラストで可視化することを示した。
まず、二光子励起蛍光顕微鏡と比較して、三光子励起蛍光顕微鏡では脊髄深部まで高コントラストで撮像できることを明らかにした。この手法を用いて、脊髄の血管アーキテクチャーを詳細に描出し、血流速度を定量化した。
次に、表面の静脈閉塞モデルを作製し、神経突起の変性と微小グリア細胞の反応を深部まで観察した。神経突起は閉塞部位の周辺で急速に変性し、深部ほどその変性が顕著であった。また、微小グリア細胞は閉塞した血管に向かって遊走し、一部は血管内腔に侵入して血液脊髄関門の破綻を引き起こすことが分かった。
以上より、三光子励起蛍光顕微鏡は、マウス脊髄深部の生理学的プロセスや病態メカニズムの解明に有用な手法であることが示された。

Stats

脊髄表層から550 μmの深部まで高コントラストな三光子励起蛍光イメージングが可能
二光子励起蛍光顕微鏡では150 μm以深の撮像が困難
静脈閉塞後、神経突起は深部ほど早期に変性が進行
微小グリア細胞は閉塞血管に向かって遊走し、一部は血管内腔に侵入して血液脊髄関門を破綻させる

Quotes

「三光子励起蛍光顕微鏡を用いることで、マウス脊髄深部の血流、神経構造、炎症反応を高コントラストで可視化できる」
「神経突起は閉塞部位の周辺で急速に変性し、深部ほどその変性が顕著であった」
「微小グリア細胞は閉塞した血管に向かって遊走し、一部は血管内腔に侵入して血液脊髄関門の破綻を引き起こす」

Key Insights Distilled From

Three-photon excited fluorescence microscopy enables imaging of blood flow, neural structure and inflammatory response deep into mouse spinal cord in vivo

by Cheng,Y.-T.,... at www.biorxiv.org 04-06-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.04.588110v1

Deeper Inquiries

三光子励起蛍光顕微鏡を用いて、脊髄損傷や神経変性疾患の病態メカニズムをさらに詳細に解明できるか?

三光子励起蛍光顕微鏡は、従来の二光子励起蛍光顕微鏡よりも深い組織内部への画像取得を可能にするため、脊髄損傷や神経変性疾患の病態メカニズムの解明に重要な役割を果たす可能性があります。この技術を用いることで、生体内での細胞レベルでの観察が可能となり、血流速度や神経変性の進行、炎症反応などをリアルタイムで観察することができます。特に、脊髄の深部における細胞間相互作用や機能動態の解析において、三光子励起蛍光顕微鏡は新たな知見をもたらす可能性があります。

三光子励起蛍光顕微鏡の応用範囲は脊髄以外の中枢神経系にも広がるのか?

三光子励起蛍光顕微鏡は、脊髄だけでなく中枢神経系全般においても応用範囲が広がる可能性があります。この技術を用いることで、脳や他の神経組織における細胞の機能や相互作用を詳細に観察することができます。例えば、脳内の神経回路や血管系、炎症反応などをリアルタイムで観察し、疾患のメカニズムや治療法の開発に貢献することが期待されます。

三光子励起蛍光顕微鏡の技術的な限界はどこにあり、今後の改善点は何か?

三光子励起蛍光顕微鏡の技術的な限界の一つは、深部組織への光の到達深度や分解能の向上が挙げられます。特に、組織内の光散乱や吸収による信号の減衰を最小限に抑えるためには、さらなる光学系の最適化や補正が必要とされます。また、高速でリアルタイムな画像取得やデータ解析のための効率的なソフトウェア開発も重要です。さらに、光毒性や組織への影響を最小限に抑えながら、より長時間の観察を可能にするための技術的な改善も求められています。これらの課題に取り組むことで、三光子励起蛍光顕微鏡の性能向上とさらなる応用範囲の拡大が期待されます。