Research press release


Nature Methods

Ultimate DISCO creates shrunken see-through rodents


これまで、動物の深部組織の細胞構造を研究するための技術は、組織を薄く切ってその切片を画像化することによるものであった。しかし、中枢神経系のように、高度に複雑で形状が不均一な細胞の研究は、組織を本来の状態に保ったまま行うのが最適である。組織透明化法はこの要求を満たすが、(齧歯類の体のように)大きな試料の画像化にはなお限界がある。最高レベルの組織透明性を実現する方法3DISCO(3D imaging of solvent-cleared organs;溶媒で透明化した器官の三次元イメージング)は標本サイズの大幅な縮小も実現するが、動物体内で発現したあらゆる蛍光タンパク質を急速に退色させる。

Ali Erturkたちはこうした限界を克服した改良法を開発し、uDISCO(ultimate[究極の]DISCO)と命名した。uDISCOは、蛍光タンパク質を数か月にわたって保持する傍ら、器官と齧歯類の体を透明化して、そのサイズを最大65%縮小させた。uDISCOを利用すると成体齧歯類の全身が画像化され、長距離(7 cm以上)の神経接続および血管系が描き出された。その方法は、巨視的スケール(皮質および海馬の構造など)でも微視的スケール(個々の細胞など)でも、脳の構造的完全性を変化させないことが分かった。最後に研究チームは、全マウスアトラスおよびデータベースの開発により、研究に必要な動物の数を減少させるのにその方法が有用である可能性を示唆している。

A technique for rendering whole animals - such as rats or mice - transparent, so that the intact nervous system or entire organs can be imaged in place within the body, is described in Nature Methods. It is the first tissue-clearing method that allows imaging of whole animals, and it has various biomedical applications for studying the organization of large organ systems.

Traditionally, techniques for studying the cellular structure of deep tissues in animals have relied on slicing the tissue into thin sections and then imaging those sections. However, the study of more complex and nonuniformly shaped cells, such as those in the central nervous system, is best performed with intact tissue. Tissue-clearing approaches address this need, but they still present limitations for imaging large samples (such as a rodent body). The method that achieves the highest level of tissue transparency - 3D imaging of solvent-cleared organs (3DISCO) - also greatly reduces the size of the specimen, but it rapidly extinguishes any fluorescent proteins expressed in the animal.

Ali Erturk and colleagues have developed an improved method that overcomes these limitations, which they call ultimate DISCO (uDISCO). They find that uDISCO preserves fluorescent proteins for months while also rendering organs and rodent bodies transparent and reducing their size by up to 65%. They use uDISCO to image entire bodies of adult rodents, mapping long-distance (over 7 cm) nerve connections and vascular systems. They find that the method does not alter the structural integrity of the brain at either macroscopic (such as the cortex and hippocampus structures) or microscopic (for example, individual cells) scales. Finally, the authors suggest that, through the development of whole mouse atlases and databases, their method may help reduce the number of animals required in research.

doi: 10.1038/nmeth.3964


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