ヒト脳組織特異的染色による先進的3D神経病理学の確立

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02105
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 田井中 一貴 新潟大学, 脳研究所, 教授 (80506113)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 透明化 / 3Dイメージング / 神経病理 / ケミカルプローブ

研究実績の概要

本研究では、組織透明化に適した種々の染色手法を確立することで、次世代の3次元神経病理学を実現することを目的としている。特異的染色技術による3次元神経病理学を確立するためのアプローチとして、免疫組織化学的染色法と低分子蛍光プローブによる染色手法が挙げられる。後者は抗体に比べて拡散係数も高く、有機合成化学による機能化も容易であることから、比較的大きなヒト脳組織への拡張性が期待できる。しかしながら、現在までに開発された全ての透明化手法において、蛍光プローブの応用性は極めて限定的であり、未だに核染色剤や一部の蛍光色素しか適用できていない。以下にヒト組織と蛍光プローブの課題を示す。
課題１：現行の透明化手法で生じるヒト脳組織の褐変による低い可視光透過率
課題２：リポフスチンや残留血液などによる広い波長領域における強度の自家蛍光
課題３：透明化処理中の屈折率調整過程における蛍光プローブの解離
課題４：透明化処理過程により蛍光プローブの染色パターンが劇的に変化
これまでに課題１・２を克服した新規透明化プロトコールを開発した。また、課題３・４の克服に取り組み、透明化条件において特異的な染色パターンを示す蛍光プローブの染色プロファイリングを実施した。屈折率調整による染色色素の解離を防止するために、染色後にホルマリンによる追加固定が可能なアミノ基を有する蛍光色素のスクリーニングを行った結果、神経細胞の胞体や残留血液成分、軸索、老人斑などに特異的なケミカルプローブの探索に成功した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通り、課題３：透明化処理中の屈折率調整過程における蛍光プローブの解離、課題４：透明化処理過程により蛍光プローブの染色パターンが劇的に変化、の克服に取り組み、透明化・3Dイメージングに応用可能な神経細胞の胞体や残留血液成分、軸索、老人斑などに特異的なケミカルプローブの探索に成功している。

今後の研究の推進方策

これまでに課題１～４に取り組み、透明化条件において特異的な染色パターンを示す蛍光プローブのスクリーニングを行った結果、神経細胞の胞体や残留血液成分、軸索、老人斑などに特異的なケミカルプローブの探索に成功した。一方で、屈折率調整過程における蛍光プローブの解離や、蛍光プローブの組織内分子に対する再現性の高い均一な染色については十分に解決しておらず、S/Nの低さが課題として残っている。本年度は、昨年に引き続きケミカルプローブの染色後の２次固定に焦点を当てて、S/Nを向上させるための化学処理の開発を実施する。

研究成果

• [雑誌論文] Whole-organ analysis of TGF-β-mediated remodelling of the tumour microenvironment by tissue clearing. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kubota SI, Takahashi K, Mano T, Matsumoto K, Katsumata T, Shi S, Tainaka K, Ueda HR, Ehata S, Miyazono K.
  • 雑誌名: Commun. Biol. 巻: 4 ページ: 294
  • DOI: 10.1038/s42003-021-01786-y.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional understanding of the morphological complexity of the human uterine endometrium (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Yoshihara K, Suda K, Nakaoka H, Yachida N, Ueda H, Sugino K, Mori Y, Yamawaki K, Tamura R, Ishiguro T, Motoyama T, Watanabe Y, Okuda S, Tainaka K, Enomoto T.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 ページ: 102258
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102258.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Versatile whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissues. (2020)
  • 著者名/発表者名: Susaki EA, Shimizu C, Kuno A, Tainaka K, Li X, Nishi K, Morishima K, Ono H, Ode KL, Saeki Y, Miyamichi K, Isa K, Yokoyama C, Kitaura H, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Saito T, Saido TC, Fukayama M, Onoe H, Touhara K, Isa T, Kakita A, Shibayama M, Ueda HR.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 11 ページ: 1982
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15906-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neurotransmission through dopamine D1 receptors is required for aversive memory formation and Arc activation in the cerebral cortex. (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito N, Tainaka K, Macpherson T, Hikida T, Yamaguchi S, Sasaoka T.
  • 雑誌名: Neurosci. Res. 巻: 156 ページ: 58-65
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.04.006.
  • 査読あり
• [学会発表] 脳透明化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田井中一貴
  • 学会等名: 第３回若手育成セミナー「神経回路の可視化・操作・モデリングのための最先端技術」
  • 招待講演