レーザー誘導ゼブラフィッシュ嗅球切除による感情症候群の新規モデル研究

背景紹介

感情障害（affective disorders）、例えばうつ病は、世界的に一般的なメンタルヘルスの問題です。齧歯類モデルはうつ病研究において重要な役割を果たしてきましたが、種を超えた普遍性には限界があります。ゼブラフィッシュ（Danio rerio）は、ヒトとの高い遺伝的および生理学的相同性から、神経科学研究の新興モデルとして感情障害研究の重要なツールとなっています。嗅球切除術（olfactory bulbectomy, OBX）は、嗅球を切除することで神経化学的および行動学的欠損を誘発し、うつ病の症状を模倣する古典的な動物モデルです。しかし、OBXモデルの非哺乳類への適用性は不明確です。本研究は、レーザー技術を用いた非侵襲的嗅球切除を基に、ゼブラフィッシュのOBXモデルを開発し、感情障害研究におけるその応用可能性を探ることを目的としています。

論文の出典

本論文は、Evgeny V. Nekhoroshev、Maxim A. Kleshchev、Andrey D. Volginらによって共同執筆され、研究チームはロシア・ノヴォシビルスクのScientific Research Institute of Neurosciences and Medicine、Sirius University of Science and Technology、およびブラジル、アゼルバイジャン、中国などの研究機関から構成されています。論文は2025年にEuropean Journal of Neuroscience誌に掲載され、タイトルは《Laser-induced olfactory bulbectomy in adult zebrafish as a novel putative model for affective syndrome: a research tribute to Brian Leonard》です。

研究プロセスと実験設計

1. 動物と飼育

研究では、3-5ヶ月齢の野生型ゼブラフィッシュを使用し、雌雄比は約1:1です。ゼブラフィッシュは無作為に4つのグループに分けられました：偽手術対照群（sham）、偽手術+フルオキセチン（fluoxetine）治療群（sham+fl）、嗅球切除群（zebrafish olfactory bulbectomy, ZOBX）、および嗅球切除+フルオキセチン治療群（ZOBX+fl）。各グループのサンプルサイズは16-18匹です。

2. レーザー誘導嗅球切除（ZOBX）

研究では、405ナノメートル波長のレーザーダイオードを使用して、ゼブラフィッシュの嗅球を正確に切除する新規の非侵襲的レーザー技術を採用しました。実験中、ゼブラフィッシュは麻酔後、顕微鏡下に固定され、2回の4秒間のレーザーパルス照射を受けました。各パルスの出力は500ミリワットです。偽手術群は同じ操作を受けましたが、組織損傷を避けるため、レーザー強度は5%に抑えられました。

3. 行動学および薬理学テスト

術後7日目と14日目に、研究チームはゼブラフィッシュに対して以下の行動学テストを行いました： - 新規水槽テスト（Novel Tank Test）：新しい環境におけるゼブラフィッシュの活動性と不安様行動を評価。 - 尾部固定テスト（Zebrafish Tail Immobilization Test, ZTI）：ゼブラフィッシュの絶望様行動を評価。

さらに、Y迷路テストと警報物質（alarm substance, AS）テストを通じて、ZOBXがゼブラフィッシュの嗅覚機能に与える影響を検証しました。

4. 神経組織学的検証

術後7日目に、研究チームはゼブラフィッシュの脳を切片化し、ニッスル染色（Nissl staining）を用いて嗅球組織の損傷を評価しました。蛍光顕微鏡観察と画像解析ソフトウェアを用いて、ニューロン染色面積を定量化し、レーザー切除の効果を検証しました。

主な研究結果

1. 行動学的結果

• 新規水槽テスト：ZOBX群のゼブラフィッシュは、活動性の低下と不安様行動の増加を示し、移動距離の減少と上部滞在時間の短縮が見られました。フルオキセチン治療はこれらの行動学的欠損を部分的に逆転させました。
• 尾部固定テスト：ZOBX群のゼブラフィッシュは尾部固定テストで絶望様行動を示し、フルオキセチン治療はその行動を著しく改善しました。

2. 嗅覚機能の検証

• Y迷路テスト：ZOBX群のゼブラフィッシュは食物の匂いに対する反応が著しく低下し、食物腕への進入潜時が延長し、滞在時間が減少しました。
• 警報物質テスト：ZOBX群のゼブラフィッシュは警報物質に対する反応が著しく低下し、嗅覚機能が損なわれていることが示されました。

3. 神経組織学的結果

ニッスル染色により、ZOBX群のゼブラフィッシュの嗅球組織に著しい損傷が見られ、ニューロン染色面積が著しく減少し、レーザー切除の有効性が確認されました。

研究結論と意義

本研究は、ゼブラフィッシュにおいてレーザー誘導嗅球切除モデル（ZOBX）を初めて確立し、感情障害の模倣におけるその可能性を検証しました。研究結果は、ZOBXがゼブラフィッシュのうつ病様および不安様行動を誘発し、これらの行動学的欠損がフルオキセチン治療によって部分的に逆転することを示しています。さらに、行動学および神経組織学的検証を通じて、ZOBXがゼブラフィッシュの嗅覚機能を損なうことが確認されました。このモデルは、OBXモデルの非哺乳類への応用を拡大し、感情障害のハイスループット薬剤スクリーニングのための新しいツールを提供します。

研究のハイライト

1. 革新的な方法：レーザー技術を用いてゼブラフィッシュの嗅球を非侵襲的に切除する初めての試みであり、感情障害研究に新たな実験モデルを提供。
2. 種を超えた普遍性：OBXモデルのゼブラフィッシュへの適用性を検証し、感情障害の種を超えた研究に重要な参考を提供。
3. ハイスループットの可能性：ゼブラフィッシュモデルの低コストおよびハイスループット特性により、抗うつ薬の迅速なスクリーニングが可能に。

その他の価値ある情報

研究では、ZOBXモデルの限界についても議論しており、例えば分子マーカーや神経生理学的変化に関する研究が含まれていません。今後の研究では、ZOBXがゼブラフィッシュの神経可塑性、免疫反応、認知機能に与える影響をさらに探求し、感情障害研究におけるその応用価値を包括的に評価することができます。

この研究は、感情障害のメカニズム研究と薬剤開発に新たな視点とツールを提供し、科学的および応用的価値が高いものです。