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Co-culture and Extracellular Potential Measurement Using Microhole and Microelectrode Arrays

Research Project

Project/Area Number 16H03171
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

YASUDA Takashi  九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (80270883)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2016: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Keywordsマイクロデバイス / 半導体加工 / 微小電極 / 共培養 / 電位計測 / 神経細胞 / アストロサイト / 細胞培養 / 細胞解析
Outline of Final Research Achievements

We developed a technique for co-culturing neurons and astrocytes on both sides of a 1-μm-thick silicon nitride (SiN) membrane which has multiple microholes measuring 3 μm in diameter. By fluorescently staining synapses, we found that the number of synapses formed by a single neuron drastically increases within the first 2 weeks and keeps high values for weeks afterward. This experimental result means that intercellular communication through microholes enhances neuronal activity.
Moreover, we developed a novel microelectrode array device for multichannel measurement of extracellular potentials of neurons which are co-cultured with astrocytes. 64 microelectrodes were formed in an 8×8 matrix on a SiN membrane of 1 μm in thickness having multiple microholes of 6 μm in diameter. Then, neurons and astrocytes were back-to-back co-cultured on both surfaces of the membrane. We succeeded in recording electrical signals caused by spontaneous neuronal activity.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果により、デバイス上でアストロサイトとの共培養を行うことで神経細胞の活性を長期に渡って維持しながら、神経細胞の電気信号を安定的に計測することが可能になった。この技術は、神経疾患の発症メカニズムの解明や神経疾患治療薬の薬効評価などに応用が可能である。特に、疾患特異的iPS細胞を利用した難治神経疾患の発症機構解明や創薬研究への貢献を期待できる。また、2種類の細胞の組み合わせを、例えば運動ニューロンと骨格筋細胞に変更すれば、筋萎縮性側索硬化症(ALS)の発症メカニズムの解明や治療薬の開発に応用可能であり、本技術は様々な評価系に適用可能な発展性を有している。

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Long-term Culture of a Single Neuron using a Microwell with a Porous SiN Membrane2018

    • Author(s)
      Yusuke Zenmyo, Isamu Morisako, Takashi Yasuda
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines

      Volume: 138 Issue: 7 Pages: 327-328

    • DOI

      10.1541/ieejsmas.138.327

    • NAID

      130007386996

    • ISSN
      1341-8939, 1347-5525
    • Year and Date
      2018-07-01
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Evaluation of Neuronal Activity in a Neuron-Astrocyte Co-culture System Using a Microporous SiN Membrane2019

    • Author(s)
      Ayaka Nakama, Takashi Yasuda
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Back-to-back Co-culture of Neurons/Astrocytes on a Microporous SiN Membrane and Multichannel Measurement of Neuronal Potential Using a Microelectrode Array2019

    • Author(s)
      Satoshi Yoshida, Takashi Yasuda
    • Organizer
      The 23rd International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (μTAS 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞解析デバイスで創薬・医療に貢献する2019

    • Author(s)
      安田隆
    • Organizer
      第42回日本バイオレオロジー学会年会・第37回バイオレオロジー・リサーチ・フォーラム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] SiN製多孔膜を介した階層型共培養と微小電極アレイを用いた培養ニューロンの細胞外電位計測2019

    • Author(s)
      吉田悟志, 安田隆
    • Organizer
      第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] SiN多孔膜上での単一ニューロン培養を目指した細胞外マトリックスのマイクロパターニング2019

    • Author(s)
      仲摩綾香, 安田隆
    • Organizer
      第10回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] SiN製自立膜上に形成した微小電極アレイによる培養ニューロンの細胞外電位計測2019

    • Author(s)
      吉田悟志, 安田隆
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第39回研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] SiN多孔膜を介したアストロサイトとの共培養がニューロン活性に与える効果2019

    • Author(s)
      仲摩綾香, 安田隆
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第39回研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 窒化シリコン多孔膜を介した単一ニューロンとアストロサイト群の共培養2019

    • Author(s)
      善明祐介, 安田隆
    • Organizer
      細胞アッセイ研究会シンポジウム「細胞アッセイ技術の現状と将来」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 窒化シリコン多孔膜を用いたアストロサイトと単一ニューロンの共培養2018

    • Author(s)
      善明祐介, 安田隆
    • Organizer
      第25回HAB研究機構学術年会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 窒化シリコン多孔膜を介した単一ニューロンとアストロサイト群の細胞間コミュニケーションの形成2017

    • Author(s)
      善明祐介, 森迫勇, 安田隆
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第35回研究会
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 窒化シリコン多孔膜へのニューロンとアストロサイトの共培養2017

    • Author(s)
      藤津恭介, 善明祐介, 森迫勇, 安田隆
    • Organizer
      電気学会 平成29年度E部門総合研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] SiN多孔膜を用いたオータプスニューロンとアストロサイト群の長期共培養2017

    • Author(s)
      善明祐介, 森迫勇, 安田隆
    • Organizer
      化学とマイクロ・ナノシステム学会 第36回研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] MEMS技術を利用した微量液体操作と細胞解析2017

    • Author(s)
      安田隆
    • Organizer
      産業技術総合研究所 次世代プリンテッドエレクトロニクスコンソーシアム(JAPEC) 平成29年度第2回研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] SiN多孔膜を有するマイクロウェルを用いたオータプスニューロンの長期培養2017

    • Author(s)
      善明祐介, 森迫勇, 安田隆
    • Organizer
      第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 真空紫外光によるSAMエッチングを利用した細胞パターニング2017

    • Author(s)
      森迫勇, 善明祐介, 安田隆
    • Organizer
      第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 微小孔アレイを用いた細胞組織の局所薬剤刺激2017

    • Author(s)
      浜崎紘輝, 安田隆
    • Organizer
      日本機械学会 第8回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞解析用MEMSデバイスの開発とミニマルファブへの期待2016

    • Author(s)
      安田隆
    • Organizer
      産総研テクノブリッジフェアin九州2016(ミニマルファブエグゼクティブフェア)
    • Place of Presentation
      電気ビル共創館(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-11-08
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 微小孔アレイを有する窒化シリコン膜へのBack-to-back共培養2016

    • Author(s)
      藤津恭介, 森迫勇, 赤瀬唯, 河野洋幸, 廣瀬伸一, 安田隆
    • Organizer
      第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • Place of Presentation
      平戸文化センター(長崎県平戸市)
    • Year and Date
      2016-10-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 微小孔アレイSiN膜を用いた細胞解析2016

    • Author(s)
      安田隆
    • Organizer
      日本機械学会2016年度年次大会
    • Place of Presentation
      九州大学伊都キャンパス(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2016-09-11
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] MEMS技術を利用した血液分離と細胞解析2016

    • Author(s)
      安田隆
    • Organizer
      マルチモーダルバイオイメージセンサ研究会 平成28年度第2回研究会
    • Place of Presentation
      ウインクあいち(愛知県名古屋市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2021-02-19  

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