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アレン研究所の提供 (ファイルドキュメント)

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科学者たちは、もともとエレクトロニクス製造における欠陥検出のために設計された技術を使用して、信じられないほどの解像度で脳画像をキャプチャするためのユニークな顕微鏡を構築しました。

「ExA-SPIM」顕微鏡として知られるこの顕微鏡は、前例のない詳細を提供する能力を備えており、脳の謎めいた構造や神経機能についての理解を前進させる可能性がある。

組織処理、標識、および蛍光顕微鏡法の最近の進歩により、回折以下の分解能と単一分子に近い感度で細胞および組織の構造に対する優れた洞察が得られます。

このような進歩により、神経科学を含むさまざまな生物学的分野での発見が促進され続けています。

とはいえ、生物組織が示すスケール（ナノメートルからセンチメートル）にわたる三次元サンプルの分子イメージングを可能にするには、より広い視野とより高いイメージング スループットを備えた新しい顕微鏡が必要です。

イメージングのスループットが高いということは、システムがより迅速に画像を取得できることを意味し、より多くのデータをより短期間で生成および分析できるようになります。

この状況を念頭に置いて、米国シアトルのアレン研究所のアダム グレイザー博士とその同僚は、新しい拡張支援型選択的平面照明顕微鏡 (ExA-SPIM) を作成しました。

基本的に、顕微鏡はレーザー光の平面を利用して組織サンプルを貫通し、組織サンプルをより小さなセクションに切断する必要がなくなります。

このタイムラプス ビデオで、チームがどのように ExA-SPIM を組み立てたかをご覧ください。

この顕微鏡は、およそゼリービーンほどの大きさで約 8,000 万個のニューロンを含むマウスの脳全体内の個々のニューロンとその接続を科学者が検査できる画像を生成します。

印象深いことに、彼らはマカクザルの運動皮質の皮質脊髄ニューロンなどの特定の特徴を画像化し、ヒトの白質の軸索を追跡することができた。

研究者らは、特殊な蛍光タグを利用して、顕微鏡下で観察するために特定のニューロンを強調表示しました。

アレン研究所/ YouTube

プレスリリースによると、この新しい機械は「一種のライトシート顕微鏡」であり、二次元（2D）ライトプレーンを使用して組織や細胞を驚くべき精度で照明する新興技術である。

ExA-SPIM の場合、これらの 2D 画像をつなぎ合わせて、マウスの脳全体の 3 次元ビューを作成します。

さらに、この技術には欠陥検出カメラなどのエレクトロニクス製造業界の要素が組み込まれています。 これらのカメラはもともと、エレクトロニクス工場のベルトコンベア上の LED チップの微細な欠陥を識別するために設計されました。

このカメラ技術を新しい顕微鏡システムに統合した結果、急速に高解像度のイメージングが可能になります。

顕微鏡の最新の結果を強調する研究 (まだ査読されていない) がプレプリント Biorxiv に掲載されており、こちらからご覧いただけます。

研究概要:

組織処理、標識、および蛍光顕微鏡法の最近の進歩により、回折以下の解像度および単一分子に近い感度で細胞および組織の構造に関する前例のないビューが提供され、神経科学を含む生物学のさまざまな分野での発見が推進されています。 生体組織はナノメートルからセンチメートルのスケールで組織されています。 この規模の三次元サンプルにわたる分子イメージングを利用するには、より広い視野と作動距離、そしてより高いイメージング スループットを備えた新しいタイプの顕微鏡が必要です。 我々は、広い視野 (85 mm2) と作動距離 (35 mm) にわたって回折限界と収差のない性能を備えた新しい拡張支援型選択的平面照明顕微鏡 (ExA-SPIM) を紹介します。 新しい組織の除去および拡張方法と組み合わせたこの顕微鏡により、マウスの脳全体を含むセンチメートルスケールのサンプルを、切片化することなく回折限界の解像度と高コントラストでナノスケールのイメージングが可能になります。 マウスの脳全体の個々のニューロンを再構成し、マカクの運動野の皮質脊髄ニューロンを画像化し、ヒト白質の軸索を追跡することによって、ExA-SPIMを説明します。