オプトジェネティクス（光遺伝学）は、光に反応するタンパク質を活性化することによって、選択的な神経経路を調節する手段を提供する生物学的技術です。これによって遺伝子を神経経路に沿って操作し、呼吸のリズムやパターンを刺激したり抑制したりすることができます。
呼吸の神経制御には、大脳皮質、大脳辺縁系、視床下部などの高次脳領域とともに、いくつかの脳幹専用回路間の統合されたオーケストレーションが関与しています。この高次脳機能は末梢からのフィードバックを解釈し、筋肉と肺を神経支配して呼吸速度と呼吸リズムを調節します。
この技術は神経科学の分野で特に有用であり、神経回路の動作を詳細に理解するために使用されます。
オプトジェネティクスの手順
オプトジェネティクスの基本的な手順は以下の通りです。
光感受性タンパク質の導入
光に反応するタンパク質（例: チャネルロドプシン、ハロロドプシン、アーキロドプシンなど）を遺伝子操作によりターゲットとなる細胞に導入します。これらのタンパク質は、特定の波長の光を受けるとイオンチャネルが開閉し、細胞の活動を変化させます。
光の照射
導入された光感受性タンパク質が発現した細胞に特定の波長の光を照射します。これにより、細胞の活動（例えば、神経細胞の発火）がオンまたはオフに制御されます。
観察と解析
光の照射による細胞の反応を観察し、そのデータを解析します。これにより、特定の神経回路や細胞群がどのように機能しているかを理解することができます。
オプトジェネティクスは、その高い時間分解能と空間分解能により、従来の方法では難しかった神経回路の特定の部分の機能を詳細に解析することが可能です。この技術は、脳の疾患（例えば、パーキンソン病、てんかん、うつ病など）のメカニズムを解明し、新しい治療法を開発する上で重要な役割を果たしています。
オプトジェネティクスは、2000年代初頭に開発されて以来、急速に進展し、多くの研究で広く使用されています。その革新的なアプローチは、神経科学だけでなく、生物医学全般にも大きな影響を与えています。
オプトジェネティクス（光遺伝学）のアプリケーション例
オプトジェネティクス（光遺伝学）は、神経科学や生物医学の分野で幅広く応用されています。
神経回路の解析
オプトジェネティクスを用いることで、特定の神経回路やニューロン集団の活動を精密に制御し、その機能を解析することができます。これにより、脳内での情報伝達の仕組みや、行動や認知機能に関連する神経回路の特定が可能になります。
脳疾患モデルの研究
オプトジェネティクスは、パーキンソン病、てんかん、うつ病などの神経疾患のメカニズムを研究するために使用されます。特定の神経回路の異常な活動を再現し、その影響を観察することで、病気の原因や進行過程を解明する手助けとなります。
行動研究
動物の行動に対する特定の神経回路の影響を調べるためにオプトジェネティクスが使用されます。例えば、マウスの脳内の特定のニューロンを光で活性化または抑制することで、恐怖反応、学習、記憶、社会的行動などの研究が行われています。
治療法の開発
オプトジェネティクスは、新しい治療法の開発にも役立っています。例えば、特定のニューロンを光で制御することで、パーキンソン病患者の症状を軽減する実験が行われています。また、光遺伝学的手法を用いた新しい疼痛管理法の研究も進められています。
神経生理学の基礎研究
神経細胞の基本的な生理機能を研究するためにもオプトジェネティクスが使用されます。これにより、シナプスのプラスチック性、神経伝達物質の放出、神経ネットワークの同期活動などの基礎的な現象を詳細に理解することができます。
リアルタイム神経活動モニタリング
オプトジェネティクスと蛍光イメージング技術を組み合わせることで、リアルタイムでの神経活動のモニタリングが可能です。これにより、神経回路のダイナミクスや時系列の変化を視覚的に観察できます。
中枢神経系以外の応用
オプトジェネ ティクスは中枢神経系以外の研究にも応用されています。例えば、心臓のペースメーカー細胞の活動を制御する研究や、免疫細胞の動態を観察する研究などがあります。
オプトジェネティクスは、その精密な制御と観察の能力により、神経科学と生物医学の分野における強力なツールとなっています。これにより、従来の方法では解明が難しかった複雑な生物学的現象を理解し、治療法の開発に大きく貢献しています。
vivoFlow
意識的コントロール、自発呼吸
脳幹の呼吸中枢をターゲットにしたオプトジェネティクス研究は、非拘束型全身プレチスモグラフィ（WBP）と組み合わせることで、神経系の光学的操作の結果として肺機能を測定することができます。WBPは、自由に動く意識のある被験者の呼吸パターンを連続的に評価することができ、呼吸回数や呼吸時間、一回換気量や分時換気量の推定値などの重要なパラメータを提供します。
WBPチャンバーは、チャンバーの上部に取り付けられた取り外し可能なスイベルタワーと組み合わせることができ、光ファイバーケーブルの完全性を保ちながら、被験者の完全な可動域を確保することができます。
論文
emka TECHNOLOGIES社は、1992年にフランスで設立され、当初は、アイソレーテッドオーガンバスやランゲンドルフ灌流装置を開発、製造しており、2000年には非侵襲性のテレメトリーをリリース、2014年には、SCIREQ社（カナダ）をグループに入れることにより、呼吸器研究用機器を製品ポートフォリオに加え、幅広い分野の機器を、世界の研究者の方々に提供しています。
オレンジサイエンスはemka TECHNOLOGIESの日本総代理店です。日本では唯一emka TECHNOLOGIES社と取引できる窓口となっております。日本国内で展開される様々な研究プロジェクトを支え、研究者の皆様がより効果的かつ効率的に研究を進められるよう、迅速で専門的なサポートを提供しています。
主な製品
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マウス・ラット用テレメトリー
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ジャケットテレメトリー
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オーガンバス
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ランゲンドルフ
主な製品
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マウス・ラット肺機能測定装置
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マウス・ラット呼吸測定装置
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吸入暴露装置
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細胞暴露装置
