コヒーレントアンチストークスラマン分光法(CARS)による脳スライスの髄鞘形成イメージングへの応用

活動電位は脳内の情報の基本単位であり、軸索を介した活動電位の伝播は情報処理の1つの柱を形成します^1,2,3。ニューロンは、典型的には、複数の他のニューロンから求心性入力を受け取り、所与の狭い時間窓内でこれらの入力を統合する^4,5。したがって、軸索における潜在的な伝播のメカニズムは、研究者からかなりの注目を集めています。

軸索を伝播する場合、活動電位は軸索に沿って繰り返し再生され、信頼性の高い伝播が保証されます⁶。顎脊椎動物(グナトストーム)のほとんどのニューロンでは、軸索は、グリア細胞の一種である近くの希突起膠細胞またはシュワン細胞によって産生される脂質が豊富な物質であるミエリンの鞘に囲まれています(^7,8でレビュー)。このミエリン鞘は軸索を電気的に絶縁し、その静電容量を低減し、活動電位の伝播を効率的、迅速、そしてより低いエネルギー消費で可能にする。ミエリンは軸索を均一に覆うわけではありませんが、Ranvierの節と呼ばれる、それらの間に短いギャップがあるセグメントで軸索を覆います(^9,10でレビュー)。軸索の電気的絶縁レベルを制御する髄鞘形成の厚さと、軸索に沿って活動電位が再生される頻度を制御するランビエの節の間隔の両方が、活動電位伝播の速度に影響を与えます(¹¹でレビュー)。

髄鞘形成の厚さが軸索^12,13,14の活動電位伝播速度に影響を与えることを示唆する文献が多数ある。さらに、軸索髄鞘形成の変化は、多数のCNS欠損をもたらし得る¹⁵、16、¹⁷、^18、19、^20、21。したがって、多くの研究努力の焦点が軸索髄鞘形成の測定と特性評価を含むことは驚くべきことではありません。ミエリンの厚さの測定は、電子顕微鏡で最も一般的に行われてきましたが、これは大量の組織調製を必要とし、免疫組織化学と組み合わせて使用するのが難しい技術です。ただし、コヒーレントアンチストークスラマン分光法(CARS)に基づく軸索髄鞘形成を測定するためのより高速で簡単な技術もあります。CARSレーザは、様々な周波数に同調することができ、脂質を励起するのに適した周波数に同調すると、追加の標識²²を必要とせずにミエリンを画像化することができる。脂質画像化は、脂質をいくつかの蛍光チャネル²³と共に画像化することができるように、標準的な免疫組織化学と組み合わせることができる。CARSによる髄鞘形成のイメージングは、電子顕微鏡法よりも有意に高速であり、EMよりも低いものの、同じタイプの軸索における髄鞘形成のわずかな違いを検出するのに十分な分解能を有する。