大型動物モデルの脳切片・スライス

Orange Science
1 時間前
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大型動物モデルの脳切片とは、サル、イヌ、ブタ、ヒツジなどの比較的大きな哺乳類を対象として、その脳から作製される組織切片のことを指します。これらの動物は、マウスやラットといった小動物モデルよりも脳の大きさや構造がヒトに近いため、神経科学や脳疾患研究において重要な役割を担っています。

脳切片は、以下のような目的で利用されます。

脳の解剖学的構造や神経回路の解析
脳疾患モデル（パーキンソン病、アルツハイマー病、てんかんなど）の病理学的評価
電気生理学的実験による神経活動の測定
薬剤投与後の作用機序や毒性評価

作製方法としては、脳を摘出後に固定（ホルマリンなどによる化学固定）あるいは生理条件を維持した状態でスライスする方法（急性スライス）があり、目的に応じて厚みや処理方法が異なります。大型動物の場合、脳が大きく複雑であるため、専用の切片作製装置（Compresstomeなど）を用いることが多いです。

大型動物モデルの脳切片とは「ヒトの脳に近い大型哺乳類の脳組織をスライスして得られる標本」であり、基礎研究から創薬研究まで幅広く応用されています。

Precisionary社 Compresstome VF-800-0Z

Precisionary社 Compresstome VF-800-0Z は、これまで困難とされてきた 大型動物モデルの切片 作製に特化した革新的な装置です。特に ブタの脳 を対象とした研究において、その性能が最大限に発揮されます。写真と動画はブタの脳を用いた実際の運用例です。装置の高い切断精度と再現性が確認されています。

本製品は直径100mmまでの組織に対応できる構造を持ち、切片作成 の過程で組織の損傷を最小限に抑えながら、厚さ40µm～2000µmまでの均一な切片を安定して供給します。さらに、複数のサンプルを効率的に処理できる設計により、ハイスループット 実験を可能にし、大規模なデータ取得や比較研究を強力に支援します。

Compresstome VF-800-0Z は、神経科学や薬理学、さらには創薬研究など、ヒトに近いモデルを必要とする研究分野において不可欠なツールとなっています。ブタの脳 をはじめとした大型動物モデルを用いた切片研究において、確かな信頼性と効率性を提供する装置として、多くの研究機関に導入されています。

小型動物モデルの脳切片との違い

大型動物モデルと小動物モデルの脳切片の違いは、主に以下の点に整理できます。

1. 脳の大きさと構造

小動物（マウス、ラット）は脳が小さく、単純化された構造で、特に皮質や白質の厚みが薄い。
大型動物（サル、ブタ、イヌ、ヒツジなど）は脳が大きく、皮質が折り畳まれ（脳回・脳溝）、白質も発達しており、ヒトに近い解剖学的特徴を持つ。

2. 切片作製の技術的難易度

小動物は脳が小さいため、一般的なバイブロトームで比較的容易に切片を作製可能。
大型動物は脳が大きく硬度も高いため、厚みのあるスライスや広範囲の領域を均一に切り出すのが難しく、専用装置や工夫が必要。

3. 実験の目的と応用範囲

小動物：遺伝子改変モデルの利用が容易で、基礎研究（神経回路解析、薬効スクリーニング）に多用される。
大型動物：脳のサイズ・構造がヒトに近いため、脳外科手技のシミュレーション、脳深部刺激療法の検証、創薬の後期段階の評価などに用いられる。

4. 倫理的・コスト面

小動物は飼育や取り扱いが容易で、倫理的ハードルも比較的低い。
大型動物は飼育コストやスペースが必要で、倫理審査の要件も厳しい。

小動物モデルの脳切片は「基礎研究・スクリーニングに適したシンプルで扱いやすいモデル」、大型動物モデルの脳切片は「ヒト脳に近い構造を再現し、臨床応用研究に適したモデル」と言えます。

どのような研究で大型動物脳切片が特に必要とされるのか

大型動物モデルの脳切片が特に必要とされる研究分野は、ヒトに近い脳構造や機能を求められる領域です。主な例を挙げると以下の通りです。

1. 神経疾患研究

アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病などの神経変性疾患
小動物では脳の構造や寿命の違いから再現が難しい病態を、大型動物でよりヒトに近い形で解析可能。

2. 脳外科・神経治療の前臨床検証

脳深部刺激療法（DBS）、脳内電極埋め込み、神経移植治療などの手技・デバイス検証
サルやブタの脳切片で解剖学的精度を確かめながら、臨床応用を見据えた研究が行われる。

3. 創薬研究（後期段階）

小動物で得られた薬効データを大型動物で確認し、脳への分布や作用機序をヒトに近い条件で評価。
特に血液脳関門（BBB）の透過性や代謝の違いを確認するのに有用。

4. 認知・行動研究とのリンク

サルやブタでは学習・記憶・社会行動など高度な認知機能が研究でき、行動実験と切片解析を組み合わせて脳内メカニズムを調べることが可能。

5. 再生医療・細胞移植研究

ヒト由来iPS細胞や幹細胞を大型動物の脳切片に移植し、分化やシナプス形成を観察。
移植細胞がヒト脳に近い環境でどのように機能するかを検証できる。

大型動物モデルの脳切片は「小動物では再現困難なヒト脳特有の構造・機能を扱う研究」や「臨床応用直前の検証段階」において特に必要とされます。

具体的にどの大型動物モデルの脳切片がよく用いられているか

大型動物モデルの脳切片でよく用いられる動物は、研究目的によって選ばれます。代表的なものを整理すると以下の通りです。

1. サル（マカクザル、カニクイザル、アカゲザルなど）

ヒトと最も近い霊長類モデル。
脳構造、神経回路、認知機能がヒトに近く、神経疾患研究や認知・行動研究、脳外科手技の検証に広く利用される。
倫理的ハードルが高く、使用は厳しく制限されている。

2. ブタ

大脳皮質に脳回・脳溝が発達しており、構造的にヒト脳に近い。
脳サイズも大きいため、創薬研究や脳外科手技の前臨床モデルに多用される。
飼育や繁殖が比較的容易で、コスト面でもサルより扱いやすい。

3. イヌ

古くから神経生理学や薬理学研究に利用されてきた。
一部の神経疾患（てんかん、認知症様症状など）が自然発症することもあり、病態研究モデルとして有用。
近年は動物福祉の観点から使用が減少傾向にある。

4. ヒツジ

脳のサイズが大きく、慢性的な実験や外科的処置に適している。
視覚や聴覚研究、ニューロイメージング技術の検証などで利用される。

5. ヤギ、ウシ

一部の研究分野で利用されるが、主流はサル・ブタ・ヒツジに比べて少ない。
再生医療や移植研究の補助モデルとして使われることがある。

サルは「認知・神経回路研究」、ブタは「創薬や脳外科手技」、ヒツジは「慢性モデル」、イヌは「疾患モデル」として位置づけられることが多いです。

大型動物モデル脳切片を用いる際の技術的課題と工夫

大型動物モデルの脳切片を用いる際には、小動物モデルにはない技術的課題があります。

1. 脳の大きさと厚み

課題：ブタやサルの脳は非常に大きく、皮質も厚いため、小動物用のスライサーでは均一な切片を得るのが難しい。
工夫：大型組織に対応したビブラトームやCompresstomeを使用し、安定した厚みのスライスを確保する。必要に応じてブロック単位に分割して切片化する。

2. 組織の硬さと弾力

課題：大型動物の脳は硬度が高く、柔らかい部位と硬い部位の差も大きいため、刃の抵抗で切片が損傷しやすい。
工夫：アガロースに包埋して支持性を高めたり、切断温度を最適化することで切れ味を改善する。

3. 生理的状態の維持

課題：急性スライスを作製する場合、脳が大きいため酸素供給や栄養供給が不均一になり、組織が傷みやすい。
工夫：切片作製を迅速に行い、冷却・酸素化した人工脳脊髄液（aCSF）を使用する。大型動物用に容量の大きい灌流システムを利用する。

4. 均一な切片の取得

課題：対象領域が広いため、一定の解剖学的基準に従って再現性のあるスライスを得るのが難しい。
工夫：MRIや標準的な脳アトラスと照らし合わせながら、対象部位を正確に位置決めして切片化する。

5. 倫理的・実務的制約

課題：大型動物は飼育コストが高く、倫理的配慮も厳しいため、利用できるサンプル数が限られる。
工夫：1つの脳から最大限の切片を効率よく取得し、共同研究やバイオリソースバンクを通じて活用する。

大型動物モデル脳切片の作製には「サイズ・硬度・生理維持」の3点で課題があり、これに対して専用機器・支持材・迅速な操作・精密な位置決めといった工夫が行われています。

大型動物モデル脳切片の具体的な研究用途やアプリケーション例

大型動物モデルの脳切片は、ヒト脳に近い解剖学的・機能的特徴を持つため、以下のような具体的な研究用途やアプリケーションで活用されています。

1. 神経疾患の病態解析

アルツハイマー病モデル：ブタやサルの脳切片でアミロイドβ沈着やタウ病理を再現し、病態進行のメカニズムを解析。
パーキンソン病モデル：サルの中脳ドパミンニューロン変性を切片で検証し、治療標的や薬効を評価。
てんかん研究：大型動物での異常放電や回路異常を急性スライスで再現して電気生理学的に測定。

2. 創薬研究

薬剤候補の中枢神経系への浸透性や分布を、ブタやサルの脳切片で確認。
小動物で有効だった薬の効果が、大型動物でも再現されるかどうかを検証する「トランスレーショナルリサーチ」の一環。

3. 電気生理学実験

大型動物の脳切片を用いて、皮質や海馬、基底核などのニューロン活動をパッチクランプ法や多電極記録で解析。
小動物では得られない大規模なネットワーク活動やヒトに近い回路特性を調べられる。

4. 脳外科手技・医療デバイス検証

脳深部刺激療法（DBS）の電極位置の最適化を、ブタやサルの脳切片を使って検証。
光遺伝学やニューロモデュレーションデバイスの安全性・有効性試験。
脳腫瘍や血管病変の外科的アプローチのトレーニングや研究。

5. 再生医療・細胞移植研究

ヒトiPS細胞由来ニューロンを大型動物の脳切片に移植し、分化・軸索伸長・シナプス形成を観察。
幹細胞治療の移植後の生着や機能回復の可能性を検証。

6. イメージング技術開発

大型動物の厚い脳切片を用いて、MRI、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡などの新しい撮像技術を評価。
光透過性の改善（クリアリング法）を組み合わせた三次元解析にも応用されている。

大型動物モデル脳切片は「神経疾患の病態解明」「創薬の橋渡し研究」「外科的手技の検証」「再生医療」「新規イメージング技術」など、基礎から応用まで幅広い研究に利用されています。

大型動物モデルの脳切片作製へのPrecisionary社のCompresstome(コンプレストーム) VF-800-0Zの活用　

大型動物モデルの脳切片作製において、Precisionary社のCompresstome VF-800-0Z は、特にヒトに近い大きさ・構造の組織を扱う時に非常に有用な装置です。

Compresstome VF-800-0Z の主な仕様と特徴

対応できる組織サイズ

最大直径 100 mm、長さ／深さ最大 90 mm のサンプルが可能

スライス厚調整

40 µm ～ 2000 µm の厚さで設定可能。分解能は 1 µm 単位での調整も可能。

切片モード

単発切り（single）および連続切り（continuous）モードが使える。

刃・切断方式

高周波振動するブレード（振動ミクロトーム、Vibrating Microtome）。刃はタングステンカーバイドなど耐久性のある材質｡

切断機構

上面から切るタイプ（horizontal, top-facing）、圧縮（compression）技術を組み合わせており、切片の形を保ちつつ高品質なスライスを得やすい設計。

VF-800-0Zを使うことで得られる利点

大型動物脳切片実験に VF-800-0Z を使うことで、以下のような利点が期待できます。

大きなサンプルの切片作製が可能になる 　直径 100 mm、深さ／長さ 90 mm までの大きさの組織を扱えるため、サル、ブタ、ヒト脳の大きなブロックを使って、広い領域を一貫して切片化できる。
厚さ調整の幅が広い 　40 µm ～ 2000 µm の切片厚がとれるため、薄いスライスでの蛍光染色・免疫組織化学、生理実験、電気生理学的記録など用途に応じて使い分けが可能。
連続切断モードが使えるため効率が良い 　連続モードで多数のスライスを一連に切ることができるので、切片数が多い解析（例：3D構造解析やマッピングなど）で時間短縮になる。
切片の質が高い 　圧縮機構と振動カット、剛性の高い刃を使うことにより、断面の損傷や引き伸ばしが少なく、細胞形態保持やシナプスなど精密構造の観察に適している。
多用途性 　大きなサイズを扱えることから、神経科学以外にも臓器切片、肺、肝、腎などの大型組織にも応用できる。研究室の用途を拡げやすい。

活用例

この装置を使った具体的な活用シーンを挙げると：

サルの大脳皮質すべてを含む大きな切片を取り、皮質領域間の回路構造をマッピングする。
ブタの皮質および白質を含む厚い切片を作り、電気生理学で伝導速度や信号伝播経路を測定。
光学顕微鏡や蛍光顕微鏡、CLARITY や他のクリアリング技術を使った三次元組織構造の観察。大きなサンプルであっても整形良く切片化できれば、三次元 reconstruction がやりやすい。
再生医療実験で、ヒト iPS 細胞などを移植した大型動物モデルで、治療後の分布やシナプス形成の観察などに使う。
新しい薬剤や物質が中枢にどのように到達するか、またその分布を大きな切片で可視化する実験。

Precisionary社のCompresstome(コンプレストーム) VF-800-0Z

Precisionary社のCompresstome(コンプレストーム) VF-800-0Z は、従来の振動型マイクロトームでは困難とされてきた 大型動物モデルの脳切片作製 に特化して開発された先進的な切片作製装置です。直径100mmまでの大規模組織サンプルに対応できる設計により、サルやブタなどの脳組織を高精度かつ安定的に切断することが可能です。

本装置は、独自の圧縮ホルダー技術により組織のズレや損傷を最小限に抑え、均一な厚みの切片を再現性高く得ることができます。これにより、神経回路解析、電気生理学的研究、薬理試験など、多様な研究用途において高品質なデータ取得をサポートします。

大型動物モデルを用いた研究では、ヒトに近い脳構造や機能を反映した知見が得られることから、創薬や神経疾患研究の分野で重要性が高まっています。Compresstome VF-800-0Z は、そのような先端研究を確実に支える信頼性の高いプラットフォームとして、世界中の研究機関に選ばれています。

Compresstome VF-800-0Z 詳細