生物発光を利用した新たな脳イメージング法を開発(Is bioluminescence the key to safe, effective brain imaging?)

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2025-12-12 ブラウン大学

ブラウン大学の研究チームは、生体発光(バイオルミネセンス)を利用した新しい脳イメージングツールを開発し、神経活動を従来よりも深部で高感度に捉えることに成功した。従来の蛍光イメージングは、外部光源による励起光が必要であり、深部組織では散乱や熱損傷の問題があった。これに対し、新手法は神経細胞に発光タンパク質を導入することで、神経活動そのものが光を発する仕組みを実現し、励起光不要・低毒性で長時間観察が可能となる。研究では、哺乳類脳モデルにおいて生体発光信号が明瞭に検出され、視覚刺激への応答や行動関連神経活動の時間・空間ダイナミクスを可視化できた。生体発光は背景ノイズが低く、光吸収や散乱の影響も少ないため、脳深部での信号分解能が向上する。研究者らは、神経疾患の病態研究や神経回路の機能解明、薬物応答評価への応用が期待されると述べている。成果は Nature Methods に掲載された。

<関連情報>

CaBLAM: 改変されたOplophorus gracilirostrisルシフェラーゼ由来の高コントラスト生物発光 Ca2+指示薬 CaBLAM: a high-contrast bioluminescent Ca2+ indicator derived from an engineered Oplophorus gracilirostris luciferase

Gerard G. Lambert,Emmanuel L. Crespo,Jeremy Murphy,Kevin L. Turner,Emily Gershowitz,Michaela Cunningham,Daniela Boassa,Selena Luong,Dmitrijs Celinskis,Justine J. Allen,Stephanie Venn,Yunlu Zhu,Mürsel Karadas,Jiakun Chen,Roberta Marisca,Hannah Gelnaw,Daniel K. Nguyen,Junru Hu,Brittany N. Sprecher,Maya O. Tree,Richard Orcutt,Daniel Heydari,Aidan B. Bell,Albertina Torreblanca-Zanca,… Nathan C. Shaner
Nature Methods  Published:02 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41592-025-02972-0

生物発光を利用した新たな脳イメージング法を開発(Is bioluminescence the key to safe, effective brain imaging?)

Abstract

Monitoring intracellular calcium is central to understanding cell signaling across nearly all cell types and organisms. Fluorescent genetically encoded calcium indicators (GECIs) remain the standard tools for in vivo calcium imaging, but require intense excitation light, leading to photobleaching, background autofluorescence and phototoxicity. Bioluminescent GECIs, which generate light enzymatically, eliminate these artifacts but have been constrained by low dynamic range and suboptimal calcium affinities. Here we show that CaBLAM (‘calcium bioluminescence activity monitor’), an engineered bioluminescent calcium indicator, achieves an order-of-magnitude improvement in signal contrast and a tunable affinity matched to physiological cytosolic calcium. CaBLAM enables single-cell and subcellular activity imaging at video frame rates in cultured neurons and sustained imaging over hours in awake, behaving animals. These capabilities establish CaBLAM as a robust and general alternative to fluorescent GECIs, extending calcium imaging to regimes where excitation light is undesirable or infeasible.

細胞遺伝子工学
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