ヒト由来ニューロンの非侵襲シナプス機能計測技術の開発とその薬効評価応用

• Project/Area Number: 16J02472
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小田原 あおい 東北大学, 材料科学高等研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 平面微小電極アレイ / ヒトiPS細胞由来ニューロン / カーボンナノチューブ / 神経伝達物質 / 薬効評価

Outline of Annual Research Achievements

これまで平面微小電極アレイ(MEA)計測法を用いて、ヒトiPS細胞由来ニューロンからの活動電位を細胞外で記録し、薬剤応答の検出等を行ってきた。このMEA計測法を用いて、プレシナプス機能である神経伝達物質の放出やポストシナプス機能であるシナプス電流の情報も同時計測できれば、ヒト疾患ニューロンの機能評価や薬効評価の精度向上につながる計測技術となる。本年度は、カーボンナノチューブ平面微小電極アレイを用いたヒトiPS細胞由来ドーパミンニューロンからの活動電位とドーパミン放出の同時計測を試みた。神経ネットワークの同期的活動に伴うドーパミン放出が電気化学計測法により検出され、細胞外電位波形からスパイク成分が検出された。また、250Hz以下の低周波数に着目し、同期バースト発火の周波数解析を実施したところ、GABA受容体の阻害剤投与により、β波やHigh-γ波が増強される結果が得られ、低周波成分にシナプス後電流の成分が反映されている可能性が示唆された。ヒトiPS細胞由来ニューロンを用いたカーボンナノチューブMEA計測は、活動電位、プレシナプス機能、ポストシナプス機能を同時に評価できる可能性がある。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Neuroprotective efficacy of thymoquinone against amyloid beta-induced neurotoxicity in human induced pluripotent stem cell-derived cholinergic neurons (2019)
  • Author(s): Alhibshi A.H.、Odawara A.、Suzuki I.
  • Journal Title: Biochemistry and Biophysics Reports Volume: 17 Pages: 122-126
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2018.12.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Toxicological evaluation of convulsant and anticonvulsant drugs in human induced pluripotent stem cell-derived cortical neuronal networks using an MEA system (2018)
  • Author(s): Odawara A.、Matsuda N.、Ishibashi Y.、Yokoi R.、Suzuki I.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 10416-10416
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28835-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temporally coordinated spiking activity of human induced pluripotent stem cell-derived neurons co-cultured with astrocytes (2018)
  • Author(s): Kayama Tasuku、Suzuki Ikuro、Odawara Aoi、Sasaki Takuya、Ikegaya Yuji
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 495 Issue: 1 Pages: 1028-1033
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.11.115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Detection of synchronized burst firing in cultured human induced pluripotent stem cell-derived neurons using a 4-step method (2018)
  • Author(s): Matsuda N.、Odawara A.、Katoh H.、Okuyama N.、Yokoi R.、Suzuki I.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 497 Issue: 2 Pages: 612-618
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.117
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Near-Infrared-Responsive Peptide that Targets Collagen Fibrils to Induce Cytotoxicity (2016)
  • Author(s): Honda M, Odawara A, Suzuki I, Shimada M, Yoshikawa K, Okada T
  • Journal Title: Photochemistry and Photobiology Volume: 92 Issue: 5 Pages: 767
  • DOI: 10.1111/php.12621
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Physiological maturation and drug responses of human induced pluripotent stem cell-derived cortical neuronal networks in long-term culture. (2016)
  • Author(s): Odawara A, Katoh H, Matsuda N, Suzuki I
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6,26181 Issue: 1 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1038/srep26181
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Pharmacological response of TRP channel in human iPS cell-derived sensory neurons using MEA system (2019)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: The 7th RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
• [Presentation] Nano-fiber deviceを用いたヒトiPS細胞由来ニューロンのMEA計測 (2019)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 石橋勇人, 堀晃輔, 遠井紀江, 饗庭一博, 鈴木郁郎
  • Organizer: 日本安全性薬理研究会 第10回学術年会
• [Presentation] ヒトiPS細胞由来感覚ニューロンにおけるTRPチャネルの応答評価 (2019)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 第92回 日本薬理学会年会
• [Presentation] MEA計測法を用いたヒトiPS細胞由来感覚ニューロンのTRPチャネルの応答評価 (2019)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 第18回 日本再生医療学会総会
• [Presentation] TRP Channel Responses in Human iPSC-Derived Sensory Neurons Using MEA System. Poster (2019)
  • Author(s): Aoi Odawara, Naoki Matsuda, Ikuro Suzuki
  • Organizer: Society of Toxicology 58th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MEAシステムを用いたヒトiPS細胞由来末梢ニューロンの痛み応答評価 (2018)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 第45回 日本毒性学会学術年会
• [Presentation] 化粧品素材物質の痛み応答評価における ヒトiPS細胞由来感覚ニューロンのMEA計測法の検討 (2018)
  • Author(s): 小田原あおい, 大西晃輔, 佐久間めぐみ, 今井教安, 鈴木郁郎
  • Organizer: 日本動物実験代替法学会 第31回大会
• [Presentation] Drug-induced pain responses in human iPSC-derived sensory neurons using MEA system (2018)
  • Author(s): Aoi Odawara, Noji Shuhei, Naoki Matsuda, Ikuro Suzuki
  • Organizer: Sciety for Neuroscience 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MEAシステムを用いたヒトiPS細胞由来感覚ニューロンの痛み応答評価 (2018)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 日本安全性薬理研究会
• [Presentation] ヒトiPS細胞由来末梢ニューロンを用いた痛み応答評価 (2018)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 再生医療学会
• [Presentation] Electrophysiological Pain Responses in Cultured Human iPSC-Derived Sensory Neurons Using High-Throughput Multi-Electrode Array System (2018)
  • Author(s): Aoi Odawara, Naoki Matsuda, Yuto Ishibashi, Ikuro Suzuki
  • Organizer: Society of toxicology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MEA を用いたヒト iPS 細胞由来ニューロンのてんかん様現象の誘発と抗てんかん薬作用 (2017)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 日本薬学会 第137年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-24
• [Presentation] 同期バースト発火を指標としたヒトiPS細胞由来ニューロンの薬効評価 (2017)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 第16回 日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センタ（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-07
• [Presentation] ヒトiPSC由来ドーパミンニューロンから放出されるドーパミンのリアルタイムエレクトロセンシング技術の開発 (2017)
  • Author(s): 松田直毅, 小田原あおい, 鈴木郁郎
  • Organizer: 第16回 日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センタ（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-07
• [Presentation] MEAを用いたin vitro末梢神経の痛み応答検出と解析法の構築 (2017)
  • Author(s): 飯田拓也, 小田原あおい, 鈴木郁郎
  • Organizer: 第16回 日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センタ（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-07
• [Presentation] Epileptiform Activities and Drug Responses in Cultured Human iPSC-derived Neuronal Networks Using High-throughput MES System (2017)
  • Author(s): Aoi Odawara, Michel Trujilo, Ryan Arant, Naoki Matsuda, and Ikuro Suzuki
  • Organizer: ISSCR International Symposium
  • Place of Presentation: Basel
  • Year and Date: 2017-02-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vitro pain responses in human iPSC-derived sensory neurons using MEA system (2017)
  • Author(s): Aoi Odawara, Takuya Iida, Naoki Matsuda, Ikuro Suzuki
  • Organizer: 第8回 日本安全性薬理研究会
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-02-10
• [Presentation] Pharmacological responses in cultured human induced pluripotent stem cell-derived central neuronal cells using MEA system (2017)
  • Author(s): Ikuro Suzuki, Aoi Odawara
  • Organizer: 第8回 日本安全性薬理研究会
  • Place of Presentation: 東京大学弥生講堂（東京都文京区）
  • Year and Date: 2017-02-10
• [Presentation] MEAシステムを用いたヒトiPS細胞由来感覚ニューロンのin vitro痛み応答計測 (2017)
  • Author(s): 小田原あおい, 飯田拓也, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 生体医工学会
• [Presentation] MEAシステムを用いたヒトiPS細胞由来末梢ニューロンの痛み応答評価 (2017)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 日本毒性学会
• [Presentation] MEAを用いたヒトiPS細胞由来末梢ニューロンの痛み評価 (2017)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 電気学会・電子・情報システム部門大会
• [Presentation] ヒトiPSC由来末梢ニューロンを用いた抗癌剤の痛み応答評価 (2017)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: ライフサポート学会大会
• [Presentation] MEA システムを用いたヒト iPS 細胞由来末梢ニューロンの痛み応答評価 (2017)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 日本動物実験代替法学会
• [Presentation] Pain responses in human iPSC-derived sensory neurons using MEA system (2017)
  • Author(s): Aoi Odawara, Takuya Iida, Naoki Matsuda1 Ryan Arant, Ikuro Suzuki
  • Organizer: International Society for Stem Cell Research
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pain responses of cultured human iPSC-derived sensory neurons using high-throughput MEA system (2017)
  • Author(s): Aoi Odawara, Naoki Matsuda, Yuto Ishibashi, Ikuro Suzuki
  • Organizer: Safety pharmacology society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Induction of epileptiform activity and effects of anti-epilepsy drugs in cultured human induced pluripotent stem cellderived cortical neuronal networks (2017)
  • Author(s): Aoi Odawara, Naoki Matsuda, Ikuro Suzuki
  • Organizer: American Epilepsy Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Induction of Epileptiform Activity and Effects of ANTI-EPILEPSY Drugs in Cultured Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cortical Neuronal Networks (2016)
  • Author(s): Aoi Odawara, Naoki Matsuda, Ryan Arant, Ikuro Suzuki
  • Organizer: American Epilepsy Society 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: Houston, Texas
  • Year and Date: 2016-12-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Long-term potentiation and depression phenomena in human induced pluripotent stem cell-derived cortical neurons (2016)
  • Author(s): Aoi Odawara, Naoki Matsuda, Gong Cheng, Ryan Arant, Ikuro Suzuki
  • Organizer: Neuroscience 2016 (SFN)
  • Place of Presentation: San diego
  • Year and Date: 2016-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In vitro pain responses of dorsal root ganglion neurons using multi-electrode arrays (2016)
  • Author(s): Takuya Iida, Naoki Matsuda, Aoi Odawara, Ikuro Suzuki
  • Organizer: Neuroscience 2016 (SFN)
  • Place of Presentation: San Diego
  • Year and Date: 2016-11-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pharmacological Responses and Functional Maturation of Human iPS Cell-Derived Cortical Neuronal Network in Long-Term Culture (2016)
  • Author(s): Aoi Odawara, Ryan Arant, Gong Cheng, Naoki Matsuda, Ikuro Suzuki
  • Organizer: Safety Pharmacology Society 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: Vancouver, Canada
  • Year and Date: 2016-09-18
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒトiPS細胞由来大脳皮質ネットワークの機能的成熟化と薬理応答 (2016)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 化学とマイクロ・ナノシステム学会 第34回研究会（34th CHEMINAS）
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] ヒトiPS細胞由来大脳皮質ニューロンの機能的成熟化に要する培養日数の同定 (2016)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎.
  • Organizer: LIFE2016
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-04
• [Presentation] ３次元組織モデル構築による培養神経細胞からの非侵襲シナプス後電位計測技術の開発 (2016)
  • Author(s): 菊地毅, 小田原あおい, 鈴木郁郎
  • Organizer: LIFE2016
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-04
• [Presentation] 感覚情報に対するDRGニューロンの応答評価系の構築 (2016)
  • Author(s): 飯田拓也, 三澤大地, 松田直毅, 小田原あおい, 鈴木郁郎
  • Organizer: LIFE2016
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-04
• [Presentation] ヒトiPS細胞由来ニューロンから放出される神経伝達物質の高感度リアルタ イム計測法の開発 (2016)
  • Author(s): 松田直毅, 大川徳幸, 小田原あおい, 鈴木郁郎
  • Organizer: LIFE2016
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-04
• [Presentation] ヒトiPSC由来大脳皮質ニューロンの長期培養における機能的成熟化の評価 (2016)
  • Author(s): 小田原あおい, 松田直毅, 鈴木郁郎
  • Organizer: 平成28年度 電気関連学会東北支部連合大会
  • Place of Presentation: 東北工業大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-08-30
• [Presentation] 3次元組織モデルを用いた培養神経細胞からのシナプス後電位計測技術の開発 (2016)
  • Author(s): 菊地毅, 小田原あおい, 鈴木郁郎
  • Organizer: 平成28年度 電気関連学会東北支部連合大会
  • Place of Presentation: 東北工業大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-08-30
• [Presentation] CNT編面微小電極アレイを用いたヒト由来ニューロンの高感度活動電位計測法の開発 (2016)
  • Author(s): 松田直毅, 小田原あおい, 鈴木郁郎
  • Organizer: 平成28年度 電気関連学会東北支部連合大会
  • Place of Presentation: 東北工業大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-08-30
• [Presentation] MEAを用いた感覚ニューロンの化学物質および温度変化に対する電気生理学的計測 (2016)
  • Author(s): 飯田拓也, 小田原あおい, 鈴木郁郎
  • Organizer: 平成28年度 電気関連学会東北支部連合大会
  • Place of Presentation: 東北工業大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-08-30
• [Presentation] Long-term potentiation and depression phenomena in human induced pluripotent stem cell-derived cortical neurons (2016)
  • Author(s): Aoi Odawara, Hiroki Katoh, Naoki Matsuda, Ikuro Suzuki
  • Organizer: MEA Meeting 2016
  • Place of Presentation: Reutlingen, Germany
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Induction of plasticity phenomena in human induced pluripotent stem cell-derived cortical neurons (2016)
  • Author(s): Aoi Odawara, Naoki Matsuda, Gong Cheng, Ryan Arant, Ikuro Suzuki
  • Organizer: ISSCR 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 2016-06-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional maturation and drug responses of human induced pluripotent stem cell-derived cortical neuronal networks in long-term culture (2016)
  • Author(s): Aoi Odawara, Naoki Matsuda, Ryan Arant, Yichen Shi, Ikuro Suzuki
  • Organizer: ISSCR 2016 Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 2016-06-22
  • Int'l Joint Research