研究室紹介OPAL-RING
狩野 研究室

バイオイメージングの手法で筋肉内の生体反応をリアルタイムで直接観察

不慣れな激しい運動をすると運動ストレスにより筋肉が疲れたり痛みを感じるが、その時生体内ではどのような現象が起こっているのだろうか？
当研究室では、生体が応答・適応する生体情報・生体調節・可塑性の働きのプロセスの解明を目指し、まず身近な存在ながら解明されていないことが多い筋肉の組織に焦点を絞り、生きている小動物の筋肉細胞の中で実際にどのような事象が起こっているのかを、バイオイメージング（生体情報の視覚化技術）手法を用いて、研究している。
具体的には、当研究室で改良したユニークな運動負荷装置を使って、麻酔下のラットを電気的コントロールにより収縮活動している筋細胞を直接（in vivo：生体内で）観察することである。この手法を用いることによって、ダイナミックな筋細胞の動きを制御する細胞内外のイオン動態や赤血球の流れなどをリアルタイムで評価できる。従来、生体から摘出・採取した組織・細胞をすりつぶしたり、薄い切片にして（in vitro：生体外で）顕微鏡観察する生化学や組織化学が一般的な手法である。
生体内の組織・器官レベルは可視化できるが細胞・分子レベルまでは観察できないMRIの測定手法（ヒトを対象としたバイオイメージング手法の１つである）に比べ、当研究室の手法は生体内の情報を細胞レベルで読み取ることができる、画期的な手法であると言えよう。
さらに、筋肉の運動には、カルシウム、ナトリウム、カリウム、リン、マグネシウムなどのイオンの関与が分かっているので、将来的にはこれらのイオンの同時計測を試み、総合的に筋肉細胞の営みの秘密・謎を解き明かしたいと考えている。これまで、筋肉の疲労や収縮や筋肉が壊れる原因として、カルシウムイオンがトリガーになって関わっていることは知られていたが、実際にどのような仕組みなのかは解明されていなかった。本研究室の実験により、筋肉の収縮にともなうカルシウムの蓄積動態や流入経路がバイオイメージングにより明らかになりつつある。
このように、当研究室ではバイオイメージングの手法を用いて、形態学（形態的変化）、生化学（物質的変化）、生理学（機能的変化）の3つを統合して、筋肉について研究し、その秘密を解き明かしていきたい。

独自のバイオイメージング手法と運動負荷装置

当研究室の強みは、スポーツサイエンスの分野でバイオイメージング手法をリードしていることだ。生きて動く生体の解析・研究には、実際に動いている状態で観察・実験を行うことが最も効率が良く正確なデータが得られる。
しかも、小動物が運動している時の状態を細胞レベルで観察できる施設・設備を持つ研究機関は、当研究室以外にはほとんど見当たらない。これは大きなアドバンテージになっていると言える。
また、ラットなどを用いた運動ストレスによる筋損傷に関する実験には、当研究室で改良した運動負荷装置を使っている。動物実験の難しさは、動物にどのようにして運動の負荷をかけるかということにあるが、この装置は、運動負荷量をコントロールすることができ、その際にどれくらい筋細胞が壊れているかをチェックできるのが大きな強みである。

ヒトでの計測を行い、医療やスポーツサイエンスに役立てたい