研究者らが、ニューロンが内部から発光する新しい生物発光イメージングツールを開発し、外部レーザーなしで脳活動をリアルタイムで観察可能にした。この革新であるCaBLAMは、従来の蛍光法の限界を克服し、生きた動物でより鮮明で長時間の記録を提供する。このツールは、神経機能の深い洞察と脳を超えた潜在的な応用を約束する。
約10年前、ブラウン大学の科学者らが生物発光を使って脳を内部から照らすという概念を探求し始めた。このアイデアは、2017年にCarney Institute for Brain ScienceでNational Science Foundationの助成金により設立されたBioluminescence Hubにつながった。このハブは、研究所の副所長であるChristopher Moore、所長のDiane Lipscombe、Central Michigan UniversityのUte Hochgeschwender、University of California San DiegoのNathan Shanerなどの専門家を結集した。
チームの画期的な成果は、Ca2+ BioLuminescence Activity Monitor、つまりCaBLAMで、2025年のNature Methods誌の研究で詳述されている。Shanerが中心分子の設計を主導し、外部光なしで個々の細胞やサブ領域での高速活動捕捉を可能にした。マウスとゼブラフィッシュで効果的にテストされ、最大5時間の記録をサポートする。
「脳を内部から照らしたらどうなるかと考え始めた」とMooreは説明し、レーザーを必要とし、光漂白や光毒性で細胞を損傷させるリスクのある蛍光技術からの移行を強調した。一方、生物発光は酵素反応で内部的に光を生成し、組織散乱による背景ノイズを避け、よりシャープな画像を生む。
「脳組織は外部光を当てると自然に弱く光り、背景ノイズを生む」とShanerは指摘した。「脳は自然に生物発光を起こさないため、工学的に改変したニューロンが自ら光ると、暗い背景に対して際立つ。」
この進歩は、生きた動物で単一ニューロンの発火を観察可能にし、複雑な行動や学習の研究に不可欠だ。Mooreはその可能性を強調：「これらの新分子は、初めて単一細胞の独立した活性化を観察できる能力を提供し、特別で敏感な映画カメラを使っているようなものだ。」
プロジェクトにはBrown、UCLA、NYUなどの機関から34人の科学者が参加し、National Institutes of Health、NSF、Paul G. Allen Family Foundationの支援を受けた。神経科学以外にも、CaBLAMは全身の活動を同時に追跡可能で、研究の可能性を拡大する。