膜電位イメージングと膜電位動態の解析
細胞膜電位の変化は、ニューロンの情報符号化と心筋細胞の電気・機械的活動の基盤です。活動電位と閾値下の電位変動は、細胞の興奮性、シグナル伝達効率、ネットワークの協調活動を左右します。膜電位イメージングは、膜電位感受性色素または遺伝子コード型膜電位指示薬（GEVI）を用いて、ミリ秒スケールの膜電位変化を光学シグナルへ変換する方法です。各細胞に記録電極を挿入せずに、複数部位の高速な電気活動を同時に測定できます。確立された光学撮像基盤により、従来型の膜電位感受性色素とGEVIの両方に対応し、神経科学、心臓安全性評価、イオンチャネル機能研究に高時間分解能の機能測定を提供します。
動画全編はご要望に応じてご案内します。
測定原理とプラットフォームの機能
- 膜電位感受性色素による撮像：膜電位変化に高い感度を持つ低分子蛍光色素により、活動電位と高速な脱分極・再分極を高い時間分解能で捉えます。
- GEVIによる撮像：遺伝子導入により膜電位感受性蛍光タンパク質を発現させ、長期的かつ細胞種特異的な膜電位記録を行います。長期実験やネットワーク研究に利用できます。
- ミリ秒単位の時間分解能：高速な電気信号に合わせて撮像条件を最適化し、単一活動電位、発火頻度の変化、閾値下の電気活動を捉えます。
- 複数細胞の同時記録：単一細胞と細胞集団の撮像に対応し、神経ネットワークの同期性と伝播特性を解析します。
- 標準化と他手法との連携：S/N比と再現性を管理しながら、薬物処理、遺伝子操作、構造イメージングを組み合わせ、データの解釈を支援します。
対象モデル
- 神経系：クローニングしたイオンチャネルを発現する細胞モデル、げっ歯類初代ニューロン培養、ヒトiPSC由来ニューロン、GEVIを発現させた脳切片または神経ネットワークモデル。
- 心筋系：初代心筋細胞とヒトiPSC由来心筋細胞（iPSC-CMs）を用い、活動電位持続時間、脱分極・再分極の動態、伝導特性を評価します。
- その他の興奮性細胞：プロジェクトの要件に応じて実施可能性を検討します。
研究用途
- 神経科学研究：活動電位の発火パターン、発火頻度、ネットワーク同期性を直接観察し、化合物や遺伝子操作が神経興奮性に与える即時的な影響を解析します。
- 心臓安全性・薬効評価：活動電位持続時間（APD）、再分極異常、伝導障害に関連するリスクを定量評価し、心毒性評価に必要な電気生理学的情報を提供します。
- イオンチャネル・受容体機能：膜電位を直接的な機能指標として、電位依存性ナトリウム、カリウム、カルシウムチャネルの調節作用を調べ、機序研究と候補化合物のスクリーニングを支援します。
- カルシウムイメージングとの相補性：カルシウムトランジェントのデータと組み合わせ、電気信号、カルシウムシグナル、機能的表現型を多層的に解析します。
膜電位イメージングと定量解析の連携
従来型の膜電位感受性色素とGEVIによる膜電位イメージングの両方に対応し、時間分解能、安定性、実験の柔軟性を重視します。品質管理とパラメータに基づく解析を行い、研究目的に合わせて撮像・解析計画を設計します。カルシウムイメージングや電気生理解析とも連携し、研究・創薬に役立つ解釈可能な電気的機能指標を提供します。
