放射光ナノトモグラフィ法による脳組織の三次元解析

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講演要旨

放射光ナノトモグラフィ法は、CTスキャンの原理により、ナノメータースケールで三次元構造を可視化する手法である。これまで、医学・生物学分野への応用を開拓してきたが、最近、統合失調症例の解析から興味深い知見を得たので、それを中心にご紹介したい。放射光は荷電粒子を加速することで得られる高輝度の光であり、その中でも特にX線が様々な分野の研究に用いられている。我々は、そのような実験を行う施設として、大型放射光施設SPring-8と、米国アルゴンヌ国立研究所Advanced Photon Sourceを利用し、ヒト・マウス・ショウジョウバエ等、様々な検体の三次元解析を行ってきた。本講演では、それら施設での測定の実際をご紹介するとともに、これまでの成果の中から、統合失調症例の脳組織の三次元構造などを報告する。また、構造解析においては、三次元データを定量的に評価することが重要となる。そこで我々は、神経突起の解析に微分幾何学を応用し、構造上の特徴を抽出した。その結果、神経突起の曲率が各個人固有の分布をもち、統合失調症例では対照例の約1.5倍の曲率を示すことが明らかとなった。これは、ヒト組織の構造が、個人ごとに非常に緻密に作られていることを表しており、現在は原因不明の疾患が、組織の三次元構造に起因する可能性を示唆している。

【参考論文】

• Mizutani et al., Three-dimensional alteration of neurites in schizophrenia. Transl Psychiatry. 2019
• Saiga et al., Synchrotron radiation microtomography of brain hemisphere and spinal cord of a mouse model of multiple sclerosis revealed a correlation between capillary dilation and clinical score. J Comp Neurol. 2019
• Mizutani et al., Three-dimensional X-ray visualization of axonal tracts in mouse brain hemisphere. Sci Rep. 2016
• Mizutani et al., A method for estimating spatial resolution of real image in the Fourier domain. J Microsc. 2015