藤医大ら,X線シンチレータで脳深部に光遺伝学法

藤田医科大学,奈良先端科学技術大学院大学は,X線を可視光に変換するシンチレータを用いて,マウスの脳組織に損傷を与えずに脳深部の神経細胞の活動を遠隔的に制御する新しい非侵襲的な光遺伝学法を開発した(ニュースリリース)。

光遺伝学は,細胞に光感受性のタンパク質を発現させて,光照射により細胞機能を操作する技術で,主に神経科学領域の基礎研究で広く用いられている。

この技術に使われる光感受性タンパク質(オプシン)は可視光領域の光波長に感受性が高いが,可視光は生体の組織を透過しにくい性質を持っているため,体外から光を照射しても生体の深部にあるオプシンを十分に活性化することができない。

そのため,深部組織に光遺伝学を適用するためには,標的組織の近くにまで光ファイバーを埋め込む手術が必要となる。しかし,この手術により組織に損傷が起きるなどの様々な問題が生じるため,光遺伝学を臨床へ応用するためには光ファイバーを用いない新たな光送達技術の開発が求められてきた。

最近では,近赤外光を可視光に変換する粒子を用いてこの問題の解決を試みた報告もあるが,近赤外光の組織透過能にも限界があり,ヒトの深部組織への応用はほぼ不可能と考えられているという。

今回,研究グループは,X線を使うことでこの問題を克服した。X線は生体を透過し,レントゲン撮影やCTスキャンなどで幅広く臨床応用されている。しかし,X線だけではオプシンを活性化できない。研究グループは,X線を効率よく黄色光に変換するCe:GAGGというシンチレータに着目し,スクリーニングによってCe:GAGG結晶からの発光により効率よく活性化する最適なオプシンを見出した。

そして,ウイルスベクターを用いてそれらオプシンをマウス脳の特定領域に発現させ,同じ領域にCe:GAGG粒子を注入した。その後,マウスにX線を照射することで近くの神経細胞のオプシンを活性化すると,その神経細胞の活動を活性化することができた。

また,場所嗜好性に関連する細胞を遠隔的に活性化あるいは不活性化し,マウスの場所嗜好性を変化させることに成功した。さらに,シンチレータ粒子の注入部位に炎症が起きないことを確認するとともに,X線被曝の影響を調べ,放射線感受性の高い細胞群にも影響がない低い線量で,十分にオプシン活性化と行動実験が可能であることも示した。

研究グループは,この技術により,深部組織の標的細胞や標的タンパク質のみを対象にした,より効率的で副作用の少ない治療法の開発が進むことが期待できるとしている。

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