蛍光イメージング

蛍光イメージングとは
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蛍光イメージングとは

蛍光イメージング（Fluorescence Imaging）とは、細胞や分子などを蛍光色素や蛍光タンパク質、NVセンタなどを用いて蛍光標識することで可視化するイメージング手法のことです。一般的に細胞や分子などは無色透明なため、そのままでは観察することができません。細胞などを可視化するためには蛍光標識以外にもさまざまな染色法がありますが、細胞にダメージを与えてしまうものも多くあります。蛍光イメージングに使用される蛍光色素や蛍光タンパク質、NVセンタは細胞を生きたまま標識することができるため、生体のライブセルイメージングを可能にし、細胞の構造や機能、分子の相互作用などさまざまな情報を取得することができます。このように蛍光イメージングは生物学の発展において重要なツールとなっています。

レーザー顕微鏡

蛍光イメージングは、下村脩教授、Martin Chalfie 教授、Roger Y. Tsien 教授の3名が2008年に受賞したノーベル化学賞「緑色蛍光タンパク質GFPの発見と開発」によって大きな発展を遂げることとなりました。緑色蛍光タンパク質（Green Fluorescent Protein : 以降GFP）は、オワンクラゲ（発光生物）から単離されるタンパク質の一種です。下村教授はオワンクラゲに紫外線を当てると緑色に光ることを発見し、世界で初めてオワンクラゲからGFPの単離に成功しました。その後、Martin Chalfie教授は蛍光発光メカニズムの理解に貢献し、遺伝子工学手法を用いてGFPを生体細胞内で発現させることに成功しました。また、Roger Y. Tsien教授はGFPの発色団形成の分子機構を解明し、発色団の構造をチューニングすることで緑色以外にも様々な色に光る人工蛍光タンパクの創成に成功しました。これにより、異なる色の蛍光タンパク質を生体内に発現させ、異なるタンパク質同士の相互作用の解析など複数の生命現象の同時追跡を可能にしました。

緑色蛍光タンパク質の構造

図1：緑色蛍光タンパク質（Green Fluorescent Protain）の構造

蛍光染色された細胞の撮像例

図2：蛍光染色された細胞の撮像例

蛍光顕微鏡とは

蛍光顕微鏡とは、細胞の蛍光イメージングを行う際に使用される顕微鏡です。蛍光色素や蛍光タンパク質などで標識されたサンプルに励起光を照射し、そこから出る蛍光を対物レンズで集光しカメラなどで撮影します。

蛍光顕微鏡は主に光源、フィルタ、ダイクロイックミラー、対物レンズなどの光学系で構成されています。図3は一般的に使用される落射蛍光顕微鏡の模式図です。落射蛍光顕微鏡では、光源から放射された光（励起光）は励起フィルタにより不要な波長がカットされます。その後、ダイクロイックミラーによって反射された励起光は、対物レンズを通ってサンプルに照射されます。励起光が照射されたサンプルは蛍光を発し、その蛍光は対物レンズ、ダイクロイックミラー、蛍光フィルタ（吸収フィルタ）を通過した後、接眼レンズやカメラ等の検出器に導かれます。

近年では、共焦点顕微鏡、超解像顕微鏡、ライトシート顕微鏡、多光子顕微鏡などさまざまな蛍光イメージング手法が開発されています。これらの蛍光イメージング手法により、従来よりも高分解能な観察が可能になる他、より高速な観察、より深部の観察なども可能となっています。