小型で鳴き声の大きい鳥であるゼブラフィンチは、研究、特に神経科学と音声コミュニケーション研究の分野において、貴重な動物モデルとして役立っています。ゼブラフィンチから健康で正確な組織スライスを得ることは、歌の生産と学習プロセスの背後にある複雑な神経メカニズムを理解するために不可欠です。これらの高品質な組織サンプルによって、科学者たちは神経回路や分子経路を深く掘り下げることができ、鳥類のコミュニケーションだけでなく、ヒトの音声障害や神経生物学についても貴重な洞察を得ることができます。
鳥（ゼブラフィンチ）が活用される研究例
ゼブラフィンチ（キンカチョウ、Taeniopygia guttata）は、特に神経科学や行動科学の分野で広く使用される研究用動物モデルです。主に次のような研究に用いられます。
言語と音声学習の研究
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ゼブラフィンチは人間と同様に「音声学習」を行う数少ない動物の一つです。オスは特定の歌を学習し、繁殖期にメスを引き寄せるためにその歌を使います。この学習過程が人間の言語習得と類似しているため、ゼブラフィンチの歌の学習プロセスは、人間の言語発達、音声学習、音声記憶の神経メカニズムを理解するためのモデルとして使用されています。
神経可塑性の研究
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ゼブラフィンチの歌は、脳内の特定の神経回路によって制御されており、これらの回路は学習とともに変化します。これにより、神経回路の可塑性や、学習と記憶におけるシナプスの強化・弱化のメカニズムを研究するのに役立ちます。
ホルモンと行動の関係
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ゼブラフィンチは、性ホルモンやストレスホルモンが行動に与える影響を研究するためのモデルとしても用いられます。例えば、性ホルモンがオスの歌行動や繁殖行動にどのように影響するかを調べる研究が行われています。
発達神経科学
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ゼブラフィンチは、発達段階に応じて脳がどのように変化し、特定の行動や能力を獲得するかを研究するためのモデルとしても使用されます。特に、幼鳥が親の歌を学習する過程は、脳の発達とその調節メカニズムを研究するための理想的なシステムです。
聴覚処理の研究
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ゼブラフィンチの脳は、複雑な音を解析し、学習した歌を識別するための専用の聴覚システムを持っています。このため、音声認識や聴覚処理に関する研究でも使用され、ヒトの聴覚障害や音声認識障害のモデルとしての可能性も探られています。
ゼブラフィンチはこれらの理由から、特に脳の学習、記憶、行動の神経基盤に関する研究において非常に貴重なモデルとなっています。
ゼブラフィンチ切片の活用例
ゼブラフィンチの脳や他の組織の切片は、主に神経科学や生物学的研究で使用され、脳の構造や機能、神経回路、細胞活動などを詳細に調べるために用いられます。以下に、ゼブラフィンチの切片が使用される主な目的をいくつか挙げます。
神経回路のマッピング
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ゼブラフィンチの脳の切片を使って、歌を学習・産生する際に活性化される特定の神経回路をマッピングすることが可能です。免疫染色やin situ ハイブリダイゼーションなどの技術を使用して、特定の神経細胞やシナプスの位置を特定し、これらの細胞がどのように相互作用しているかを解析します。
遺伝子発現の解析
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脳の切片を使って、ゼブラフィンチの歌学習や音声認識に関与する遺伝子の発現を解析することができます。特定の遺伝子や転写因子がどの脳領域で発現しているかを調べ、学習過程や行動に関連する分子メカニズムを解明します。
シナプス可塑性の研究
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脳切片を使用して、学習や記憶の形成におけるシナプス可塑性のメカニズムを研究します。例えば、シナプス前後の神経細胞間のシグナル伝達の変化を、電気生理学的手法やカルシウムイメージングなどを通じて観察することができます。
脳の発達過程の研究
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ゼブラフィンチの脳の発達過程を追跡するために、様々な成長段階における脳切片を準備し、組織の構造や神経細胞の配置が時間とともにどのように変化するかを研究します。これは、音声学習に関わる脳領域の成長や分化を理解するために特に重要です。
神経変性や細胞死の研究
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神経細胞の変性や細胞死の研究でも切片は使用されます。歌の学習に伴うストレスやホルモンの影響が脳にどのように影響を与えるか、またそれが細胞死や神経回路の再編成にどのように関連するかを、組織学的手法を用いて調べることができます。
聴覚系の研究
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ゼブラフィンチの脳には、歌を聴き分けたり学習するための専用の聴覚領域があります。脳切片を使用して、これらの聴覚領域がどのように音を処理し、学習した音声に反応するかを調べることができます。
免疫組織化学的解析
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抗体を用いた免疫組織化学的解析によって、特定の神経伝達物質や受容体がどの領域で発現しているかを可視化し、歌や学習に関連する神経活動を調査します。これにより、神経伝達物質の役割やその分布を明らかにできます。
電子顕微鏡による超微細構造解析
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ゼブラフィンチの脳切片を電子顕微鏡で観察し、神経細胞やシナプスの超微細構造を解析することもあります。これにより、学習や記憶に伴うシナプスの形態変化や密度の変化を詳細に確認できます。
これらの研究により、ゼブラフィンチは神経科学の重要なモデルとして、音声学習や神経回路の可塑性に関する理解を深めるための貴重なリソースとなっています。
Compresstome®ビブラトームの利点
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優れた形態：組織の安定化により、組織の構造的完全性が保たれます。
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滑らかな切片：組織安定化＝アーチファクトなし
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高速：圧縮による組織の安定化により、切片作製が格段に速くなります。
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メンテナンスが簡単：オートZero-Zは、キャリブレーション不要のZero-Zを意味します。
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使いさすさ：多くの研究室ではCompresstomeによって1回目または2回目で多くの生細胞を含む非常に滑らかなスライスを得ることができます。
従来の振動ミクロトームの問題点
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形態の変化：組織の断裂、折れ曲がり、破砕により、組織に歪みが生じる。
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スライス厚のばらつき：不均一な厚みはタンパク質の可視化に影響を与える。
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切断アーチファクト：タンパク質染色に影響を与える明らかな切断アーチファクト。
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メンテナンスとキャリブレーション：専門的な知識を必要とし、メンテナンスに時間がかかる。
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習得の難しさ：特に組織前処理に慣れていないユーザーにとっては、完璧な結果を得るには多くの練習が必要。
Compresstome® ビブラトーム
実験の質は、組織切片の質に左右されます。Compresstome® ビブラトームは、他のビブラトームと比較して、薄切片をより安定的に、より信頼性高く作製できる ことが科学的に証明されています。
Compresstome® のビブラトームは、以下のような方法で、ビビリ痕のない安定した厚さの組織切片を作成します。
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360度のアガロース包埋により、切断プロセス中に組織を安定化させる。
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高速スライスを可能にすることで、連続切片作製の時間を短縮します。
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高周波振動メカニズムにより、ビビリマークを低減または除去。
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特許取得のAuto Zero-Z®テクノロジーにより、カッティングブレードのZ軸方向のたわみをなくすことで、ビビリマークを低減。
Compresstome® 振動式ミクロトームと他社製振動式ミクロトームで切断した組織切片の比較画像
Compresstome® 振動式ミクロトームと他社製振動式ミクロトームの切片の比較（A, C）。他社製ビブラトームで同じ切削速度と振動で組織スライスを作製した場合、組織スライスの表面にビビリマークが発生している。
ゼブラフィンチ切片作製 - 推奨モデル
VF-510-0Z
振動ミクロトームCompresstome® VF-510-0Zは特許取得済みの圧縮技術によりビビリ・チャタリングなしで切片を作製し、急性組織上の多くの生存細胞を維持。良質な実験結果を保証します。
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従来のビブラトームの5倍の速さで切開し、ブレードを組織に当てる時間を短縮し、より良い切開を実現
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Auto Zero-Zテクノロジーにより、Z軸のたわみを1 µm未満に低減
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持ち運びに便利な軽量設計
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完全自動化：切開＋厚み調整
論文
Chen AN, Meliza CD. Phasic and tonic cell types in the zebra finch auditory caudal mesopallium. J Neurophysiol. 2018 Mar 1;119(3):1127-1139. Epub 2017 Dec 6. PMID: 29212920. PDFダウンロード
Chen AN, Meliza CD. Experience- and Sex-Dependent Intrinsic Plasticity in the Zebra Finch Auditory Cortex during Song Memorization. J Neurosci. 2020 Mar 4;40(10):2047-2055. Epub 2020 Jan 14. PMID: 31937558; PMCID: PMC7055144. PDFダウンロード
Xiao L, Merullo DP, Koch TMI, Cao M, Co M, Kulkarni A, Konopka G, Roberts TF. Expression of FoxP2 in the basal ganglia regulates vocal motor sequences in the adult songbird. Nat Commun. 2021 May 11;12(1):2617. PMID: 33976169; PMCID: PMC8113549. PDFダウンロード
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