表面ナノ改質技術を基盤とした人工神経細胞回路チップの開発とその創薬応用

• Project/Area Number: 10J00294
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nanomaterials/Nanobioscience
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 山本 英明 東京農工大学, 大学院・工学研究院, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2010 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,500,000 (Direct Cost: ¥7,500,000); Fiscal Year 2012: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2011: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2010: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: 培養神経細胞 / ナノ/マイクロ加工 / 表面改質 / バイオインターフェース / カルシウムイメージング / 自発的神経活動 / 光触媒 / 酸化チタン / 神経細胞 / フェムト秒レーザー / ナノ加工 / 自己組織化単分子膜 / キネシン / 神経極性 / 軸索誘導 / ナノバイオ工学 / 神経回路

Research Abstract

中枢神経系の複雑な神経回路網のモデルとなる神経細胞回路を培養系で自在に構築し、そのダイナミクスを評価するための方法論を確立するために、以下の研究課題に取り組んだ。(1)マイクロパターン基板上の微小神経回路における自発的神経活動の解析:マイクロパターン基板上の微小培養神経回路の自発的な活動をカルシウムイメージングによって計測することに成功した。寸法の異なるパターン上の神経回路の活動を比較したところ、神経回路の大きさが増加するとともに自発的バースト活動の頻度が増加することが分かった。また、たかだか十数個の細胞からなる神経回路でも自発活動が発生することを確認することができた。これは、従来考えられていたよりもはるかに少ない数の素子数からなる神経回路であっても、cell assemblyとしての機能を持ちうることを示唆している。(2)酸化チタンの光触媒作用を用いた有機シラン単分子膜の液中分解法の開発:細胞培養環境下で基板表面の細胞接着性を改変できる局所表面改質法は、異種細胞間の相互作用解析や局所神経回路の構築のための細胞操作の自由度を向上させる。本年度は、酸化チタンの光触媒作用を用いて培養液中で有機単分子膜表面(オクタデシルシラン単分子膜)を分解除去できること、それにより基板表面の細胞親和性を局所的に改質できることを、がん細胞株を用いて実証した。改質には、蛍光顕微鏡水銀ランプのUV光、もしくは375nm UVレーザーを用いた。本手法の神経細胞系への適応も進めている。

Research Products

• [Journal Article] Differential neurite outgrowth is required for axon specification by cultured hippocampal neurons (2012)
  • Author(s): H. Yamamoto, T. Demura, M. Morita, G.A. Banker, T. Tanii, S. Nakamura
  • Journal Title: Journal of Neurochemistry Volume: 123 Pages: 904-910
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-situ guidance of individual neuronal processes by wet femtosecond-laser processing of self-assembled monolayers (2011)
  • Author(s): H.Yamamoto, K.Okano, T.Demura, Y.Hosokawa, H.Masuhara, T.Tanii, S.Nakamura
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 99 Issue: 16 Pages: 163701-163701
  • DOI: 10.1063/1.3651291
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of Organosilane Monolayer Template to Quantitative Evaluation of Cancer Cell Adhesive Ability (2011)
  • Author(s): T.Tanii, K.Sasaki, K.Ichisawa, T.Demura, Y.Beppu, H.A.Vu, H.T.Chi, H.Yamamoto, Y.Sato
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 50 Issue: 6S Pages: 06GL01-06GL01
  • DOI: 10.1143/jjap.50.06gl01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adsorption mechanism of ribosomal protein L2 onto silica surface ; a molecular dynamics simulation study (2010)
  • Author(s): R.Tosaka, H.Yamamoto, I.Ohdomari, T.Watanabe
  • Journal Title: Langmuir Volume: 26 Pages: 9950-9955
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Green Tea Epigallocatechin Gallate Exhibits Anticancer Effect in Human Pancreatic Carcinoma Cells via the Inhibition of Both Focal Adhesion Kinase and Insulin-Like Growth Factor-I Receptor (2010)
  • Author(s): H.A.Vu, Y.Beppu, H.T.Chi, K.Sasaki, H.Yamamoto, P.T.Xinh, T.Tanii, Y.Hara, T.Watanabe, Y.Sato, I.Ohdomari
  • Journal Title: Journal of Biomedicine and Biotechnology Volume: 2010 Pages: 290516-290516
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マイクロ加工基板上にパターニングされた神経細胞における極性形成(II) (2013)
  • Author(s): 河野翔,山本英明,出村崇徳,森田麻裕,中村俊,谷井孝至
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-30
• [Presentation] 有機シラン単分子膜パターン基板を用いた癌細胞の接着能評価 (2013)
  • Author(s): 柿沼瑛介, 一澤晃太,益田顕太朗,山本英明,品田賢宏,佐藤裕子,谷井孝至
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-30
• [Presentation] マイクロパターン基板上の微小神経回路における自発的神経活動 (2013)
  • Author(s): 森田麻裕,山本英明,出村崇徳,河野翔,中村俊,谷井孝至
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] 酸化チタンの光触媒作用を用いた有機シラン単分子膜の液中分解と細胞培養環境での細胞接着足場改質 (2013)
  • Author(s): 出村崇徳,山本英明,森田麻裕,河野翔,中村俊,谷井孝至
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] 緑茶カテキンが癌細胞特異的に細胞接着能を抑制する作用機序の調査 (2013)
  • Author(s): 益田顕太朗,一澤晃太,柿沼瑛介,山本英明, Chi Hoang Thanh, 佐藤裕子,品田賢宏,谷井孝至
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] Micropatterned neuronal network in culture as a model system of CNS local circuit (2013)
  • Author(s): H. Yamamoto, T. Tanii, S. Nakamura
  • Organizer: 7 th International Symposium on Medical, Bio-, and Nano-Electronics
  • Place of Presentation: Tohoku University(招待講演)
  • Year and Date: 2013-03-08
• [Presentation] ln-situ modification of cell-culture scaffolds by TiO_2 photocatalysis (2012)
  • Author(s): H. Yamamoto, T. Demura, M. Morita, S. Kono, S. Nakamura, T. Tanii
  • Organizer: 6th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2012)
  • Place of Presentation: Shimane Prefectural Convention Center
  • Year and Date: 2012-11-30
• [Presentation] Surface engineering techniques for designing neuronal networks in vitro (2012)
  • Author(s): H. Yamamoto, T. Tanii, S. Nakamura
  • Organizer: 1st RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • Place of Presentation: Tohoku University(招待講演)
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] Photocatalytic Decomposition of Organosilane Monolayer on TiO_2 and its Application to In-Situ Modification of a Cell-Culture Surface (2012)
  • Author(s): T. Demura, H. Yamamoto, M. Morita, S. Kono, S. Nakamura, T. Tanii
  • Organizer: 25th International Microprocess and Nanotechnology Conference (MNC 2012)
  • Place of Presentation: Kobe Meriken Park Oriental Hotel
  • Year and Date: 2012-11-02
• [Presentation] 培養海馬神経細胞の軸索決定における突起伸長の役割 (2012)
  • Author(s): 山本英明,出村崇徳,森田麻裕, Gary A. Banker,谷井孝至,中村俊
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-09-21
• [Presentation] 安定な自律的発火リズムを保持するminimal神経回路の解析:ナノ/マイクロ加工技術を用いたアプローチの提案 (2012)
  • Author(s): 山本英明
  • Organizer: 第18回情報バイオトロニクス研究会
  • Place of Presentation: 東北大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-08-30
• [Presentation] 人工神経細胞ネットワークの構築のための要素技術の確立と今後の展開 (2012)
  • Author(s): 山本英明
  • Organizer: 第57回ナノ・スピン工学研究会
  • Place of Presentation: 東北大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-05-11
• [Presentation] 超短パルスレーザー細胞プロセスを利用した神経細胞パターニング (2012)
  • Author(s): 山本英明
  • Organizer: 超短パルス細胞プロセス研究会
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学院大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-04-13
• [Presentation] Fabrication of Artificial Neuronal Circuit by In-Situ Guidance of Individual Neurites Using Photocatalytic Decomposition of Organosilane Monolayer (2012)
  • Author(s): T.Tanii, T.Demura, M.Morita, H.Yamatnoto, S.Nakamura
  • Organizer: 3rd International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics
  • Place of Presentation: 東北大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] マイクロ加工基板上にパターニングされた神経細胞における極性形成 (2012)
  • Author(s): 山本英明、出村崇徳、森田麻裕、Gary Banker、谷井孝至、中村俊
  • Organizer: 第59回応用物理学関連連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] スパッタ法により堆積した酸化チタン膜の光触媒作用を用いた有機シラン単分子膜の液中表面改質と細胞パターニング (2012)
  • Author(s): 森田麻裕、出村崇徳、山本英明、中村俊、谷井孝至
  • Organizer: 第59回応用物理学関連連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2012-03-18
• [Presentation] 有機シラン単分子膜パターン基板を用いた緑茶カテキンを含む培養液中での細胞接着能の評価 (2012)
  • Author(s): 一澤晃太、益田顕太朗、山本英明、佐藤裕子、谷井孝至
  • Organizer: 第59回応用物理学関連連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] Surface nano/micro-modification techniques for designing neuronal networks in vitro (2012)
  • Author(s): H.Yamamoto, T.Demura, M.Morita, T.Tanii, S.Nakamura
  • Organizer: 5th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2012)
  • Place of Presentation: 名古屋大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 人工神経細胞回路の構築のための表面ナノ/マイクロ改質技術 (2012)
  • Author(s): 山本英明、谷井孝至、中村俊
  • Organizer: 第17回情報バイオトロニクス研究会
  • Place of Presentation: 東北大学(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-24
• [Presentation] Photocatalytic decomposition of organosilane monolayer on TiO2 under aqueous condition and its application to cell patterning (2011)
  • Author(s): T.Demura, H.Yamamoto, M.Morita, S.Nakamura, T.Tanii
  • Organizer: 6th International Symposium on Surface Science
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Year and Date: 2011-12-12
• [Presentation] Effect of Green-Tea Catechins on Normal- and Cancer-Cell Adhesiveness Evaluated Using an Organosilane-Modified Surface Pattern (2011)
  • Author(s): K.Ichisawa, H.Yamamoto, K.Masuda, T.Demura, M.Morita, Y.Sato, T.Tanii
  • Organizer: 6th International Symposium on Surface Science
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
  • Year and Date: 2011-12-12
• [Presentation] In Situ Guidance of Individual Neuronal Processes by Wet Femtosecond-Laser Processing of Self-Assembled Monolayers (2011)
  • Author(s): H.Yamamoto, K.Okano, T.Demura, Y.Hosokawa, T.Tanii, S.Nakamura
  • Organizer: Materials Research Society 2011 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, MA, USA
  • Year and Date: 2011-11-28
• [Presentation] Dynamic surface control of culture substrate using a laser-directed microfabrication (2011)
  • Author(s): K.Okano, A.Matsui, Y.Maezawa, Y.Hosokawa, H.Yamamoto, H.Masuhara, H.Tsubokawa
  • Organizer: Society for Neuroscience 2011
  • Place of Presentation: Washington, DC, USA
  • Year and Date: 2011-11-13
• [Presentation] 有機シラン単分子膜パターン基板を用いた正常細胞および癌細胞の接着能に対する緑茶カテキン効果の評価 (2011)
  • Author(s): 益田顕太朗、一澤晃太、山本英明、出村崇徳、森田麻裕、立花宏文、佐藤裕子、谷井孝至
  • Organizer: 第8回日本カテキン学会
  • Place of Presentation: 京都平安ホテル
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] 液中レーザープロセスによる細胞培養環境場での神経突起誘導 (2011)
  • Author(s): 山本英明、岡野和宣、谷井孝至、出村崇徳、細川陽一郎、中村俊
  • Organizer: 第34回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] 液中レーザープロセスによる細胞培養環境場での神経突起誘導とその機構 (2011)
  • Author(s): 山本英明、岡野和宣、出村崇徳、細川陽一郎、谷井孝至、中村俊
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] 酸化チタンの光触媒作用を用いた細胞接着表面の液中パターニング (2011)
  • Author(s): 出村崇徳、山本英明、森田麻裕、一澤晃太、益田顕太朗、細川陽一郎、中村俊、谷井孝至
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] ハードディスクドライブのボイスコイルモータを用いた羽ばたきロボットの開発 (2011)
  • Author(s): 富永峻平、澤根慧、山本英明、金川清、渡邉孝信
  • Organizer: ROBOMEC2011
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター
  • Year and Date: 2011-05-28
• [Presentation] ハードディスクドライブのボイスコイルモータを用いた羽ばたきロボットの揚力測定 (2011)
  • Author(s): 澤根慧、富永峻平、山本英明、金川清、渡邉孝信
  • Organizer: ROBOMEC2011
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター
  • Year and Date: 2011-05-28
• [Presentation] 液中レーザプロセスによる細胞培養環境場での神経突起誘導 (2011)
  • Author(s): 山本英明、岡野和宣、谷井孝至、出村崇徳、細川陽一郎、増原宏、中村俊
  • Organizer: 第58回応用物理学関連連合講演会
  • Place of Presentation: 第58回応用物理学関連連合講演会(2011)講演予稿集
  • Year and Date: 2011-03-09
• [Presentation] 有機シラン単分子膜テンプレートを用いた癌細胞接着能評価 (2011)
  • Author(s): 一澤晃太、出村崇徳、山本英明、谷井孝至、Hoan Anh Vu、 Hoan Tanh Chi、佐藤裕子
  • Organizer: 4大学ナノ・マイクロファブリケーションコンソーシアム拠点形成シンポジウム
  • Place of Presentation: 川崎市産業振興会館、神奈川県
  • Year and Date: 2011-03-04
• [Presentation] 酸化チタンの光触媒作用を用いた液中神経突起誘導 (2011)
  • Author(s): 出村崇徳、一澤晃太、山本英明、中村俊、谷井孝至
  • Organizer: 4大学ナノ・マイクロファブリケーションコンソーシアム拠点形成シンポジウム
  • Place of Presentation: 川崎市産業振興会館、神奈川県
  • Year and Date: 2011-03-04
• [Presentation] Evaluation of Cell Adhesion Using Organosilane Monolayer Template -Green-Tea Catechin Suppresses Cancer Cell Adhesion- (2010)
  • Author(s): T.Tanii, K.Sasaki, H.Yamamoto, T.Demura, K.Ichisawa, H.A.Vu, H.T.Chi, Y.Sato
  • Organizer: 23rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2010)
  • Place of Presentation: Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2010-11-11
• [Presentation] Evaluation of Cell Adhesion Using Organosilane Monolayer Template -Green-Tea Catechin Suppresses Cancer Cell Adhesion- (2010)
  • Author(s): K.Sasaki, T.Tanii, T.Demura, K.Ichisawa, H.Yamamoto, H.A.Vu, H.T.Chi, Y.Sato
  • Organizer: The 4th International Conference on O-CHA (Tea) culture and Science (ICOS 2010)
  • Place of Presentation: Shizuoka, Japan
  • Year and Date: 2010-10-27
• [Presentation] 有機シラン自己組織化単分子膜上での初代培養神経細胞のパターニング (2010)
  • Author(s): 山本英明、谷井孝至、中村俊
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学、長崎県
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] ナノ改質を施したスライドガラス上での神経細胞のパターニング (2010)
  • Author(s): 山本英明、谷井孝至、中村俊
  • Organizer: 日本分子生物学会第10回春期シンポジウム
  • Place of Presentation: ホテル松島大観荘、宮城県
  • Year and Date: 2010-06-07
• [Remarks]
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~mc_lab
• [Remarks]
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~mc_lab/index-j.html