学術的背景と問題提起 ミトコンドリアは真核細胞において重要な細胞小器官であり、細胞のエネルギー代謝、シグナル伝達、細胞の生存と死の調節に関与しています。ミトコンドリアの機能障害は、神経変性疾患、心血管疾患、糖尿病、がんなど多くの人間の疾患と関連しています。そのため、ミトコンドリアの動態を研究することは、その生物学的機能と疾患における役割を理解する上で重要です。しかし、従来の電子顕微鏡（EM）は非常に高い空間分解能を持っていますが、固定されたサンプルにしか適用できず、ミトコンドリアの動態を捉えることはできません。蛍光顕微鏡は生体サンプルの観察に使用できますが、特に3次元（3D）再構築や長時間のイメージングにおいて、光退色（photobleaching）の問題が定量分析の精度を大きく低下させてい...

大腸癌腫瘍微小環境の多モーダルイメージング研究：空間的異質性の解明 学術的背景 大腸癌（Colorectal Cancer, CRC）は、世界的にがん関連死亡の主要な原因の一つであり、その複雑性と異質性により治療と予後予測が非常に困難となっています。腫瘍微小環境（Tumor Microenvironment, TME）は、がんの進行、転移、治療反応において重要な役割を果たしており、特に細胞外マトリックス（Extracellular Matrix, ECM）中のコラーゲン（collagen）が腫瘍の病理生理学に大きな影響を与えています。しかし、従来の組織学、大腸内視鏡検査、分子スクリーニングなどの方法では、腫瘍組織の空間的複雑性、例えばがんプロテオーム、コラーゲン構造、細胞核分布の相互作用など...

デジタル細胞病理学における高速3Dイメージング：多カメラアレイスキャナー（MCAS） 学術的背景 光学顕微鏡は長年にわたり細胞病理学診断の標準的な手法として使用されてきました。しかし、従来の全スライドスキャナーは大面積のサンプルを自動的にイメージングしデジタル化できますが、速度が遅く、コストが高いため広く普及していません。特に細胞学サンプルの臨床診断では、サンプルが広範囲に分布し厚みがあるため、3Dイメージングが必要です。既存の全スライドスキャン技術では、厚いサンプルを処理するのに数時間を要し、臨床での応用が大きく制限されています。そのため、厚いサンプルを高速かつ効率的に3Dイメージングする技術の開発が細胞病理学分野の重要な課題となっています。 本論文では、この課題を解決するための新しい多カ...

学術的背景 三次元（3D）高解像度大容量イメージングは、生物医学分野における大きな課題の一つです。従来の二次元（2D）切片イメージングは、組織や細胞の平面形態学的情報を提供できますが、内部の三次元構造情報を包括的に示すことはできません。これは、がん診断や胚発生研究において重要です。従来の3D組織学的手法は、通常、数千枚の薄片を手動で切断し染色する必要があり、時間がかかり、労力も大きいです。さらに、異なる切片間の空間情報を復元するために、複雑な画像登録アルゴリズムが必要です。これらの問題を解決するために、近年、組織透明化技術やブロックフェイス連続切片断層撮影（BSST）技術など、さまざまな自動化された3D光学イメージング技術が登場しています。 しかし、既存の3Dイメージング技術にはいくつかの限...

食事性亜鉛が健康および悪性マウス前立腺における亜鉛分泌のMRIイメージングに与える影響 学術的背景 亜鉛（Zn²⁺）は生物にとって不可欠な微量元素であり、酵素の触媒作用、転写因子の構造調節、免疫システムの調節、細胞増殖、分化、生存など、さまざまな生理的プロセスに関与しています。前立腺は人体の中で最も亜鉛含有量の高い組織の一つであり、前立腺癌（Prostate Cancer, PCA）患者では亜鉛レベルが著しく低下することが知られています。この現象は、前立腺の健康と疾患における亜鉛の役割に対する研究者の関心を引き起こしました。近年、亜鉛応答性MRIプローブであるGdL1の開発により、特にグルコース刺激下での亜鉛分泌（Glucose-Stimulated Zinc Secretion, GSZS...

ウランを使用しないKMnO₄/Pb染色による低真空走査型電子顕微鏡での組織構造のイメージング 学術的背景 電子顕微鏡（Electron Microscopy, EM）は、細胞や組織の超微細構造を研究するための最も強力なツールの一つです。しかし、従来の生物試料の金属染色法では、有害なウラン化合物を使用する必要があり、これが電子顕微鏡の広範な応用を妨げていました。近年、超解像蛍光顕微鏡の発展により、多くの細胞生物学者が免疫細胞化学技術に注目していますが、蛍光標識は依然としてこれらの技術の基盤となっています。そのため、電子顕微鏡観察は不可欠な手法であり、生物学における細胞/組織構造と機能の相関を明らかにするために、新たなデバイスや手法が開発されています。 低真空走査型電子顕微鏡（Low-Vacuu...

核小体繊維のトポロジーが転写因子のエンハンサーへの結合を導く 学術的背景 細胞のアイデンティティの確立は、細胞タイプ特異的な遺伝子のエンハンサーに結合する複数の転写因子（Transcription Factors, TFs）の協調的な作用に依存しています。TFsはアクセス可能なクロマチン内の特定のDNAモチーフを認識しますが、この情報だけではTFsがどのようにエンハンサーを選択するかを説明するには不十分です。本論文では、4つの異なるTFの組み合わせを比較し、それらのゲノム占有率、クロマチンのアクセス可能性、ヌクレオソームの位置、および3次元ゲノム組織をヌクレオソーム解像度で分析し、ヌクレオソーム繊維のトポロジーがどのようにTFsのエンハンサーへの結合を導くかを明らかにしました。 論文の出典 ...

超薄・超平坦ダイヤモンド膜のスケーラブルな生産 学術的背景 ダイヤモンドは、その優れた物理的特性から、電子、光子、力学、熱学、音響学など幅広い分野で応用が期待される材料です。しかし、過去数十年にわたる研究の進展にもかかわらず、大規模な高品質な超薄膜の生産は依然として大きな課題でした。従来のダイヤモンド膜の生産方法、例えばレーザー切断や化学気相成長（CVD）は、高品質な単結晶ダイヤモンド（SCD）を生産することができますが、大規模な工業的応用においては多くの制約があり、特に大面積で超薄かつ表面が平坦なダイヤモンド膜の生産が困難でした。これらの問題は、ダイヤモンド材料の半導体技術への応用を大きく妨げていました。 この問題を解決するため、研究者たちは大面積で超薄、超平坦かつ転写可能なダイヤモンド膜...

リトコール酸がカロリー制限の抗老化効果を模倣する 学術的背景 カロリー制限（Caloric Restriction, CR）は、食物摂取を減らすことで健康を促進し寿命を延ばす食事介入手段です。CRは多くの生物の寿命を延ばすことが証明されていますが、その背後にある具体的な代謝メカニズムはまだ不明です。特に、CRの過程でどの代謝物が変化し、直接的にその生理的利点をもたらすかは未解決の課題です。この問題に答えるため、研究者たちは代謝物の変化を分析し、その機能を検証しました。 論文の出典 この研究は、厦門大学生命科学学院のQi Qu、Yan Chen、Yu Wangらによって行われ、2024年に『Nature』誌に掲載されました。研究チームは代謝物の変化を分析し、リトコール酸（Lithocholic...

月の年齢の新たな解釈：潮汐加熱による再融解イベント 学術的背景 月の形成は、惑星科学における重要な問題の一つである。現在、最も広く受け入れられている月の形成理論は「巨大衝突仮説」であり、地球形成の後期に火星サイズの天体が地球と衝突し、放出された物質が最終的に凝集して月を形成したとされている。しかし、月の年齢については長い間議論が続いており、月の岩石の放射性同位体年代測定から、月の年齢は43.5億年から45.1億年の間で推定されている。これらの年齢の違いは、月のマグマオーシャン（Lunar Magma Ocean, LMO）の結晶化時期に対する解釈の違いに起因している。 本論文の著者らは、月が43.5億年前に潮汐加熱によって引き起こされた再融解イベントを経験したという新たな解釈を提案している。...