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Studying Intracellular Mechanisms of Pain Information Generation by High-Resolution Electrical Measurement

Research Project

Project/Area Number 20H04498
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Shimba Kenta  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80792655)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高山 祐三  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (60608438)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Keywords軸索 / 電気計測 / ミエリン鞘 / 末梢神経 / 疼痛 / マイクロ加工 / 感覚神経細胞 / 脱髄 / 微小電極アレイ
Outline of Research at the Start

痛みは体内の異常を知らせる重要な信号であるが,強い痛みは生活の質を低下させる.より効果的な治療法の開発に向け,痛み発生メカニズムの解明が望まれている.しかし,技術的な課題から,痛みの情報が細胞内の複数の部位が関与する複雑な反応であるのに対して,培養系における研究では細胞体からのみ活動計測が可能であった.本研究では,マイクロ加工技術を駆使することで,疼痛が起こる様々な条件下のヒト感覚神経細胞におけるサブ細胞レベルでの興奮発生部位・機序の解明を目指す.さらに,発生した興奮が細胞内で統合され中枢へと伝達される様式を明らかにし,新規疼痛モデルの構築により新たな治療法開発への貢献を目指す.

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed a electrical measurement method with high spatial resolution for cultured sensory neurons toward understanding where pain occurs within cells. As a result, we successfully measured the spatial propagation pattern of a phenomenon called "saltatory conduction" for the first time. Additionally, we were able to mimic the sensitization, which is the cellular hypersensitivity response that serves as the cause of pain signal generation, on the measurement chip. These findings are significant in terms of developing fundamental technologies for understanding where pain originates.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で計測された跳躍伝導の空間的な伝搬パターンを計測することで,染色や組織の観察によって脱髄が観察されるより早く,ミエリン鞘が変性する現象である脱髄による機能低下を発見できる可能性がある.よって,脱髄疾患を早期に診断したり,進行機序を理解したりするうえで重要な技術となり得る.また,今回計測できた感作状態をより詳細に調べることで,通常は痛いと感じないレベルの信号で痛みが発生する現象の理解につながる.これらの技術は,新たな治療法の開発や,薬剤を作る際のアッセイシステムとして有効である.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Developing Evaluation Method for Peripheral Sensitization in Cultured Sensory Neurons2023

    • Author(s)
      宮原優希,榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

      Volume: 143 Issue: 7 Pages: 641-648

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.143.641

    • ISSN
      0385-4221, 1348-8155
    • Year and Date
      2023-07-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recording Saltatory Conduction Along Sensory Axons Using a High-Density Microelectrode Array2022

    • Author(s)
      Shimba Kenta、Asahina Takahiro、Sakai Koji、Kotani Kiyoshi、Jimbo Yasuhiko
    • Journal Title

      Frontiers in Neuroscience

      Volume: 16 Pages: 854637-854637

    • DOI

      10.3389/fnins.2022.854637

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evaluating Axon Conduction Characteristics of Cultured Sensory Neurons Toward Soft Robot Control2022

    • Author(s)
      Kenta Shimba, Kiyoshi Kotani, Yasuhiko Jimbo
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 34 Pages: 263-265

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高密度微小電極アレイを用いた培養脊髄スライスのネットワーク特性評価2024

    • Author(s)
      宮原優希,榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • Organizer
      令和4年電気学会 医用・生体工学研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 分散培養系における細胞外電位からの閾値下情報抽出法の検討2023

    • Author(s)
      小林透己,朝比奈昂洋,古川拓磨,張智翔,榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • Organizer
      2022年 電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 培養系における末梢性感作の誘発と感覚神経軸索からの活動測定手法の開発2023

    • Author(s)
      宮原優希,榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • Organizer
      2022年 電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] High resolution spatiotemporal evaluation of rat sensory axons2023

    • Author(s)
      Kenta Shimba
    • Organizer
      2nd In-Vitro 2D & 3D Neuronal Networks Summit
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 軸索の機能評価に向けたHD-MEA上へのマイクロトンネル形成2022

    • Author(s)
      玉谷千恵,張智翔,榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • Organizer
      令和4年電気学会 医用・生体工学研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 微細加工を用いた軸索特性評価デバイスの開発2021

    • Author(s)
      玉谷千恵,張智翔,榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • Organizer
      日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 神経ネットワークの理解に向けた 精密光刺激による機能的結合の直接計測2021

    • Author(s)
      小林透己,朝比奈昂洋,古川拓磨,張智翔, 榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • Organizer
      日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 高密度電極アレイを用いた軸索の伝導特性評価2021

    • Author(s)
      榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • Organizer
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Recording propagating action potential along sensory fibers with high density microelectrode array toward in vitro detection of saltatory conduction2020

    • Author(s)
      Kenta Shimba, Kiyoshi Kotani, Yasuhiko Jimbo
    • Organizer
      FENS2020 Virtual Forum
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] IN VITRO RECORDING OF PROPAGATING ACTION POTENTIAL ALONG SENSORY AXON WITH HIGH DENSITY MICROELECTRODE ARRAY2020

    • Author(s)
      Kenta Shimba, Kiyoshi Kotani, Yasuhiko Jimbo
    • Organizer
      ISSCR Annual Meeting
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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