イン・ビボにおけるアストロサイトの動態計測

In vivo Measurements of Astrocyte Dynamics

はじめに

　成熟した脳において，アストロサイト（星状神経膠細胞）は神経細胞の活動を代謝面から支援し，細胞外環境のイオン濃度を一定に保ち，神経細胞から放出されたグルタミン酸の回収といった補佐的な役割を担う細胞だとされてきた。これは，代謝物質や免疫物質の輸送にかかる循環器系と，脳の情報処理を担う神経系とを結びつけているアストロサイトの形態的構造を考慮すると妥当であり，実際にアストロサイトの補佐的な役割は数多く報告されてきた。

　最近，脳の情報処理におけるアストロサイトの機能が注目を集めつつある。その背景には，グルタミン酸やアデノシン三リン酸等の神経伝達物質がアストロサイトから分泌されるといった報告^1－3）がなされ，アストロサイトが能動的に神経回路の動態を調節する可能性が示唆されたことがある。また，近年の分子生物学の進展による大規模な網羅的遺伝子スクリーニングが実施され，細胞種・脳部位・操作時期が特異的な遺伝子改変動物の作成が可能となり，蛍光イメージング等の計測技術が進歩したことも大きく影響している。

　これまで，アストロサイトに関する生理的な研究の多くは培養細胞や急性スライス標本を使用した実験系で行われてきたが，神経生理学の研究の究極の目標は培養細胞実験等で確認されたそれらの知見が，実際に生きている生物の個体脳（in vivoの状態）で機能し得るかを実証することにある。In vivoの状態でグリア細胞の生理機構が解明されたならば，情報処理に関するグリア細胞の関与だけでなく，グリア細胞に変異が認められる疾患の治癒への道が拓ける可能性も生まれ，研究の意義も大きい。そこで本稿ではin vivoの状態でグリア細胞の生理的機能を計測・解析できる実験手法を紹介する。

Abstract

　Evidence for astrocytic participation of neuronal signal processing has cumulated in recent years.　In particular, large and long-lasting cytosolic calcium surges in astrocytes, which may result in neurotransmitter release from the astrocytes, have been described in in vivo preparations.　While the mechanisms for astrocytic calcium events have been extensively studied in vivo, their existence and functions in the intact brain (i. e. in vivo condition) have just started to be addressed.　With the recent progress in genetics and molecular biology, it is now possible to generate gene-manipulated animals that are targeted to assess neuron-glia interaction questions.　As we gain molecular tools to study neuron-glia interaction, there is an increasing need to verify in vivo experiments' findings in in vivo experimental preparations.　Three physiological methods that can assess contribution of glial cells in vivo are discussed: (1) intracellular recording from a single astrocyte to record the membrane potential fluctuation; (2) multi-channel extracellular recordings to monitor mass activity of neuronal dynamics in gene-manipulated animals; (3) optical imaging using two-photon microscopy to monitor calcium dynamics in astrocytes.　Combination of these methods will hopefully lead to a new development in the field of neuron-glia biology.