組織内水のケミカルイメージングから迫る脳の生理学

近年、脳の機能が溶質であるイオンや生理活性物質に加え、それらの共通の溶媒である脳組織内の水の量や状態によって強く制御されているという概念が提唱されるようになった。しかし、脳は光を通し難く、また、水はラベルが困難なため、脳組織内における水の可視化解析は非常に困難であった。本研究はこれらの問題を、組織透過性が高い近赤外光を用い、分子の固有振動を捉えることで可視化するラマン散乱顕微鏡を適用することで乗り越え、脳内水動態の可視化解析を図るものである。本年度は、これまでに開発に成功したSRS（stimulated Raman scattering）シグナル検出系を備えたマルチモダル多光子顕微鏡システムを用い、マウスから調製した急性脳スライス内での水と溶質の挙動の解析を試みた。まず、このシステムを用いることにより、SRSにより水を脳組織深部において高い空間分解能で検出でき、同時に脳組織に導入した蛍光色素を2光子励起し蛍光シグナルを検出できることが明らかとなった。更に、重水と軽水をSRSにより容易に区別できることも確認した。そこで本年度は、脳組織に重水と蛍光色素を導入し、それを経時的に観察することで、脳組織内への水と蛍光色素の拡散を捉え比較することを試みた。ここから、脳組織内において水の動きを捉えることに成功し、溶質との違いを定量的に解析することに成功した。これを異なる発達段階のマウスから調製した脳スライスおよび脳スライスの虚血モデルに適用したところ、これらの条件下において色素の組織内動態は変化するものの、水の動態は変化しない、安定なものであることが明らかとなった。これらの結果は、脳組織内における水の動態は変化に対して非常に安定なものであり、色素とは全く異なる特徴を持つものであることを示しており、更にこれは脳内水動態の理解には水を直接見ることが必要不可欠であることを示唆するものとなった。

近年、脳の機能が溶質であるイオンや生理活性物質に加え、それらの共通の溶媒である脳組織内の水の量や状態によって強く制御されているという概念が提唱されるようになった。しかし、脳は光を通し難く、また、水はラベルが困難なため、脳組織内における水の可視化解析は非常に困難であった。本研究はこれらの問題を、組織透過性が高い近赤外光を用い、分子の固有振動を捉えることで可視化するラマン散乱顕微鏡を適用することで乗り越え、脳内水動態の可視化解析を図るものである。本年度は、これまでに開発に成功したSRS（stimulated Raman scattering）シグナル検出系を備えたマルチモダル多光子顕微鏡システムを用い、マウスから調製した急性脳スライス内での水と溶質の挙動の解析を試みた。まず、このシステムを用いることにより、SRSにより水を脳組織深部において高い空間分解能で検出でき、同時に脳組織に導入した蛍光色素を2光子励起し蛍光シグナルを検出できることが明らかとなった。更に、重水と軽水をSRSにより容易に区別できることも確認した。そこで本年度は、脳組織に重水と蛍光色素を導入し、それを経時的に観察することで、脳組織内への水と蛍光色素の拡散を捉え比較することを試みた。ここから、脳組織内において水の動きを捉えることに成功し、溶質との違いを定量的に解析することに成功した。これを異なる発達段階のマウスから調製した脳スライスおよび脳スライスの虚血モデルに適用したところ、これらの条件下において色素の組織内動態は変化するものの、水の動態は変化しない、安定なものであることが明らかとなった。これらの結果は、脳組織内における水の動態は変化に対して非常に安定なものであり、色素とは全く異なる特徴を持つものであることを示しており、更にこれは脳内水動態の理解には水を直接見ることが必要不可欠であることを示唆するものとなった。