デジタル細胞病理学における高速3Dイメージング：多カメラアレイスキャナー（MCAS） 学術的背景 光学顕微鏡は長年にわたり細胞病理学診断の標準的な手法として使用されてきました。しかし、従来の全スライドスキャナーは大面積のサンプルを自動的にイメージングしデジタル化できますが、速度が遅く、コストが高いため広く普及していません。特に細胞学サンプルの臨床診断では、サンプルが広範囲に分布し厚みがあるため、3Dイメージングが必要です。既存の全スライドスキャン技術では、厚いサンプルを処理するのに数時間を要し、臨床での応用が大きく制限されています。そのため、厚いサンプルを高速かつ効率的に3Dイメージングする技術の開発が細胞病理学分野の重要な課題となっています。 本論文では、この課題を解決するための新しい多カ...

学術的背景 三次元（3D）高解像度大容量イメージングは、生物医学分野における大きな課題の一つです。従来の二次元（2D）切片イメージングは、組織や細胞の平面形態学的情報を提供できますが、内部の三次元構造情報を包括的に示すことはできません。これは、がん診断や胚発生研究において重要です。従来の3D組織学的手法は、通常、数千枚の薄片を手動で切断し染色する必要があり、時間がかかり、労力も大きいです。さらに、異なる切片間の空間情報を復元するために、複雑な画像登録アルゴリズムが必要です。これらの問題を解決するために、近年、組織透明化技術やブロックフェイス連続切片断層撮影（BSST）技術など、さまざまな自動化された3D光学イメージング技術が登場しています。 しかし、既存の3Dイメージング技術にはいくつかの限...

食事性亜鉛が健康および悪性マウス前立腺における亜鉛分泌のMRIイメージングに与える影響 学術的背景 亜鉛（Zn²⁺）は生物にとって不可欠な微量元素であり、酵素の触媒作用、転写因子の構造調節、免疫システムの調節、細胞増殖、分化、生存など、さまざまな生理的プロセスに関与しています。前立腺は人体の中で最も亜鉛含有量の高い組織の一つであり、前立腺癌（Prostate Cancer, PCA）患者では亜鉛レベルが著しく低下することが知られています。この現象は、前立腺の健康と疾患における亜鉛の役割に対する研究者の関心を引き起こしました。近年、亜鉛応答性MRIプローブであるGdL1の開発により、特にグルコース刺激下での亜鉛分泌（Glucose-Stimulated Zinc Secretion, GSZS...

ウランを使用しないKMnO₄/Pb染色による低真空走査型電子顕微鏡での組織構造のイメージング 学術的背景 電子顕微鏡（Electron Microscopy, EM）は、細胞や組織の超微細構造を研究するための最も強力なツールの一つです。しかし、従来の生物試料の金属染色法では、有害なウラン化合物を使用する必要があり、これが電子顕微鏡の広範な応用を妨げていました。近年、超解像蛍光顕微鏡の発展により、多くの細胞生物学者が免疫細胞化学技術に注目していますが、蛍光標識は依然としてこれらの技術の基盤となっています。そのため、電子顕微鏡観察は不可欠な手法であり、生物学における細胞/組織構造と機能の相関を明らかにするために、新たなデバイスや手法が開発されています。 低真空走査型電子顕微鏡（Low-Vacuu...

リトコール酸がカロリー制限の抗老化効果を模倣する 学術的背景 カロリー制限（Caloric Restriction, CR）は、食物摂取を減らすことで健康を促進し寿命を延ばす食事介入手段です。CRは多くの生物の寿命を延ばすことが証明されていますが、その背後にある具体的な代謝メカニズムはまだ不明です。特に、CRの過程でどの代謝物が変化し、直接的にその生理的利点をもたらすかは未解決の課題です。この問題に答えるため、研究者たちは代謝物の変化を分析し、その機能を検証しました。 論文の出典 この研究は、厦門大学生命科学学院のQi Qu、Yan Chen、Yu Wangらによって行われ、2024年に『Nature』誌に掲載されました。研究チームは代謝物の変化を分析し、リトコール酸（Lithocholic...

空間トランスクリプトミッククロックが脳の老化における細胞近接効果を明らかにする 学術的背景 加齢に伴い、認知機能の低下と神経変性疾患のリスクが顕著に増加します。脳の老化は複雑なプロセスであり、多くの細胞レベルの変化を伴います。しかし、老化した細胞がどのように近隣の細胞に影響を与え、その影響が組織の機能低下にどのように寄与するかはまだ明らかではありません。さらに、老化組織におけるこの問題を体系的に解決するためのツールはまだ開発されていません。この研究では、研究者たちは空間分解能を持つ単一細胞トランスクリプトームアトラスを開発し、機械学習モデルを組み合わせることで、老化、再生、および疾患における空間的および細胞タイプ特異的なトランスクリプトームの特徴を明らかにしました。 論文の出典 この論文は、...

学術的背景 RNA（リボ核酸）は生命体において極めて重要な分子であり、遺伝子発現、調節、触媒など多様な生物学的プロセスに関与しています。ヒトゲノムの大部分はRNAに転写されますが、RNA分子の構造研究は依然として大きな課題を抱えています。RNA分子は通常、高い構造的多様性と柔軟性を持ち、これがその機能の前提となっていますが、これが核磁気共鳴（NMR）、X線結晶学、クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）などの伝統的な構造解析手法の適用を制限しています。特に大きなRNA分子では、その構造的多様性と大規模なRNA構造データベースの欠如により、既存のタンパク質構造予測手法（例：AlphaFold）を直接RNAに適用することができません。したがって、大きなRNA分子の三次元構造、特にその構造的多様性を正...

学術的背景と問題提起 がん研究において、遺伝子増幅（gene amplification）は一般的な変異形式であり、特にがん遺伝子（oncogene）の活性化において重要な役割を果たしています。しかし、遺伝子増幅ががんにおいて重要であることは広く認識されているものの、初代細胞やモデル生物でこれらの増幅を正確に模倣することは依然として課題です。特に、染色体外DNA（extrachromosomal DNA, ecDNA）を介した遺伝子増幅はがんにおいて非常に一般的ですが、その腫瘍発生や進行における具体的な役割はまだ完全には解明されていません。ecDNAは染色体に依存しない環状DNA分子であり、通常は複数のがん遺伝子コピーを運び、細胞分裂中のランダムな分離を通じて急速に蓄積し、腫瘍の異質性と進化...

学術的背景と問題提起 近年、免疫チェックポイント阻害剤（Immune Checkpoint Inhibitors, ICIs）はがん治療において顕著な進展を遂げており、特に抗PD-1および抗PD-L1抗体は、複数のがん種における第一線治療の標準となっています。しかし、これらの治療法が一部の患者において顕著な臨床効果を示す一方で、全体的な応答率は依然として限られており、多くの患者が最終的に腫瘍の進行や再発を経験します。研究によると、腫瘍微小環境（Tumor Microenvironment, TME）中の可溶性因子や細胞結合因子が、がん免疫応答に負の影響を与えています。その中でも、成長分化因子15（Growth Differentiation Factor 15, GDF-15）は、多くのがん...

海馬ニューロンの特徴選択性のシナプス基盤に関する研究 学術的背景 神経科学における中心的な疑問の一つは、シナプス可塑性が行動中の動物のニューロンの特徴選択性をどのように形作るかである。海馬CA1錐体ニューロン（CA1 pyramidal neurons, CA1PNs）は、空間的および文脈的に選択的な受容野（place fields, PFs）を形成することで、最も顕著な特徴選択性の一つを示す。PFsは、学習と記憶のシナプス基盤を研究するためのモデルとして機能する。これまでに、PFsの形成の細胞基盤としてさまざまな形態のシナプス可塑性が提案されてきた。しかし、数十年にわたる研究にもかかわらず、シナプス可塑性がPFsの形成と記憶の符号化をどのように支えるかについての理解は、依然として限られてい...