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  • 2021/06/22

理研・東大・AMED、脳の全細胞を解析するクラウドシステム「CUBIC-Cloud」を開発

理研、東大、AMED

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 理化学研究所(理研)生命機能科学研究センター合成生物学研究チームの真野智之研修生(研究当時)、山田陸裕上級研究員、上田泰己チームリーダー、東京大学大学院医学系研究科機能生物学専攻システムズ薬理学教室の史蕭逸助教らの共同研究グループは、全脳全細胞解析[1]を可能にするプラットフォームであるクラウド[2]システム「CUBIC-Cloud[3]」を開発しました。

 本研究成果は、脳全体の遺伝子の働きやネットワーク構造などの膨大な3次元データをクラウド上で保管・解析し、データ駆動型[4]の神経科学を推進するための基盤技術として、神経科学の発展に大きく貢献するものと期待できます。

 CUBIC-Cloudは、組織透明化技術[5]であるCUBIC[6]で得られた全脳全細胞データを取り込み、複数の脳画像の位置合わせ(レジストレーション)[7]、定量解析、可視化といった機能をグラフィカルユーザーインターフェース[8]とともに提供します。全ての計算はクラウドで実行されるため、強力な計算機環境を持たない研究者でも使用可能です。また、CUBIC-Cloudで実行した解析結果はクラウドを通じて世界の研究者に共有・公開することができ、将来的には多数の全脳データを用いたデータマイニング[4]の可能性を提供しています。

 本研究は、科学雑誌『Cell Reports Methods』(6月21日付:日本時間6月22日)に掲載されます。またCUBIC-Cloudの利用にあたっては、 https://cubiccloud.comでユーザー登録を受け付けています。

1.全脳全細胞解析:複数の領域で構成される脳全体について、1細胞レベルの解析を行うこと。

2.クラウド:インターネットを通じてユーザーにサービスを提供する形態。

3.CUBIC-Cloud:理研で開発された透明化・全細胞関連技術の社会実装を担う株式会社CUBICStarsが、運営する有料のクラウド型全脳全細胞解析サービス。本研究成果の神経科学分野における重要性と公共性を鑑み、2021年中にアカウント登録を行う無料ユーザーに2脳分の全脳全細胞解析サービスを無料で提供予定。

4.データ駆動型、データマイニング:仮説検証により実験を進める仮説駆動型手法に対し、研究対象に関する精密で大量の系統的データの解析から新しい知識を得る研究手法をデータ駆動型、あるいはデータマイニングと呼ぶ。

5.組織透明化技術:生体組織を透明にし、内部観察を可能とする手法。古くは100年ほど前から使用されてきたが、2000年前後からさらなる開発が進んだ。組織透明化には組織を通過する光の散乱および吸収を解消することが重要であり、組織内の光散乱物質(主に脂質)や光吸収物質(主に色素)を除去したのち、溶媒と組織内の屈折率を均一化(屈折率調整)する操作が行われる。

6.CUBIC:理研の研究チームが2014年に開発した、3次元イメージング、画像解析を組み合わせた全臓器・全身全細胞解析のためのパイプライン。CUBICは、Clear, Unobstructed Brain/Body Imaging Cocktails and Computational analysisの略。

7.位置合わせ(レジストレーション):本研究では、核染色画像を用いて脳を構成する全ての細胞核の座標を抽出し、全脳の3次元構造をデータ化したマウス脳アトラス(CUBIC-Atlas)に対して、個々の脳サンプルから得られた蛍光抗体染色画像を1細胞レベルでマッピングすること。

8.グラフィカルユーザーインターフェース:コンピュータのユーザーインターフェースの一つで、ユーザーにとっての使いやすさを重視し、情報の提示において、マウスなどによる画面上の簡単な操作によって指示を送ることができるようにした手法。

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