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神経生物学

神経生物学は、神経系の細胞(主に神経細胞とグリア細胞)の研究であり、これらの細胞による情報処理、行動を仲介する機能回路の構成について研究する学問です。神経回路は複雑で、例えば人間の脳では1,000億以上の神経細胞が相互に接続されています。神経ネットワークの観察で難しいことは、一つの神経細胞が組織切片の深部にまで延びることがあるため、限られた情報しか得られないことです。

共焦点観察法、光学セクショニング法、3次元画像再構築は、脳切片やその他の組織の深部にある神経系細胞の可視化に有効な技術です。また、深部イメージング用に設計されたウォーターディッピング対物レンズやウォーターイマージョン対物レンズなどの専用対物レンズを使用すると、より良い観察結果が得られます。

脳組織の発達や神経細胞の伸長は、半透明な胚を持つモデル生物を利用し、高解像度の光学顕微鏡観察(共焦点、蛍光、DICなど)やタイムラプス撮影を用いると細部まで観察できます。遺伝子ノックダウンや遺伝子発現増幅法によって、神経細胞の伸長、シナプスの形成、神経回路の形成などの誘発における、特定の神経成長因子やその他のシグナル伝達分子の役割を調べることも可能になっています。細胞遊走の研究も、光活性化GFP、Kaede、量子ドットなどの効果的な蛍光色素を使った蛍光観察法によって行うことができます。

微小管の重合と細胞膜との相互作用は、神経伝達物質の小胞のシナプスへの輸送に関係しています。TIRF観察法によって、細胞膜から約50〜100nmの範囲にある微小管の機能や小胞の移動を直接観察できます。一方、ミクロン範囲での移動の観察には共焦点観察法が使用されます。シナプス伝達の制御に関わるカルシウム移動のパターンは、蛍光/発光カルシウム指示薬やFRAP、FLIPなどの観察手法を用いて観察可能です。また、細胞膜を通過するカルシウムイオン移動は、パッチクランプ電気生理法を利用して記録できます。さらに、カルシウム放出につながるタンパク質間の相互作用は、FRETやBRETなどの観察手法を使用してモニタリングできます。

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