2光子励起顕微鏡を用いたin vivoシナプス運動の可視化に関する研究

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大脳皮質錐体ニューロン上の樹状突起スパインは、活動依存的に形態変化することが知られており、これが学習・記憶の細胞基盤であると考えられている。記憶・学習の長期貯蔵部位と考えられる大脳新皮質を成熟動物で長期間調べるにはin vivo実験系でなければならず、in vivoでシナプスの慢性的観察を行うことにより、正常な回路での薬物作用のアッセイも行えるようになり、スライスでは数時間しか行われていなかった観察を、数日から数ヶ月にわたる長期観察に持ち込める。さらに、観察部位へ投与した薬物が動物個体の行動に与える影響も調べることが可能になる。今回、長期観察を行うマウスの脳内へ定量的に試薬投与可能な埋め込み型デバイスの開発、マウス開頭手術法の改良、埋め込み型送液デバイス内への慢性的試薬投与法の開発を行った。マンニトールを用いた手術法の改良により、観察部位の頭蓋骨および硬膜を除去し、送液デバイスと浸透圧ポンプを用いてマウス脳観察部位に人工脳脊髄液を送液しても、グリア細胞の活性化を起こさず、スパインのターンオーバー率を低く保ったまま慢性観察を行うことに成功した。同様の手術・送液・観察を行うマウスを、富化環境で飼育したところ、スパインの新生率が上昇した。この環境下で飼育するマウスに対し、NMDA受容体阻害剤を慢性送液すると、スパイン新生率の上昇が人工脳脊髄液送液時と同程度まで抑えられた。スパイン消滅率も阻害剤の送液により減少したが、NMDA受容体阻害剤、Ca^<2+>チャネル阻害剤、およびNa^+チャネル阻害剤を全て送液してもスパインの消滅・新生は完全に抑制されなかった。これらの結果から、神経活動非依存的なスパインの新生・消滅の存在が示唆された。本研究で開発しだデバイスおよび手術・試薬送液法は、今後2光子励起顕微鏡を用いたシナプスの研究をin vivoで進める際に重要な方法になると考えている。