Study on the mechanism of neuron cell activity induction and motion induction by ultrasound stimulation
| Project/Area Number |
20K20642
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高木 周 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30272371)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関 和彦 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 モデル動物開発研究部, 部長 (00226630)
神保 泰彦 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20372401)
榛葉 健太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80792655)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
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| Keywords | ニューロモジュレーション / 超音波 / 力学的刺激 / マイクロバブル / 神経細胞 / カルシウムイメージング / 運動誘発 / カルシウムイオン / 数理モデル / 力学刺激 / 興奮伝播 / 発火 |
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| Outline of Research at the Start |
超音波の脳神経系の刺激に関しては，神経細胞レベルで発火が観測されている複数の報告がある一方，マウスを用いた動物実験では，脳への超音波刺激による運動誘発は脳神経系への刺激ではなく，聴覚を刺激する音の影響によるものとする異なる内容の報告がなされている．申請者らは，超音波が神経細胞の活動を誘発し，生体の運動誘発が達成できる可能性について，独自の実験系や数値解析手法を利用して，その詳細を調べる．本実験で得られた知見は，今後，脳神経系に損傷を与えない低強度の超音波による脳活動の活性化などへの応用に繋がり，将来的にはリハビリや認知機能の改善などへの革新的技術へと展開していくことが期待できる
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，超音波照射により神経細胞群に生じる集団的発火とラットの経頭蓋超音波照射により誘発される運動の関係を調べ，超音波照射のもたらす力学的刺激が脳神経系の活動及び生体の運動を誘発するメカニズムについて知見を得ることを目的とする．
昨年度までの成果より培養した神経細胞への超音波照射によりカルシウムイオンの放出は確認されたが，神経細胞の自発的発火によるカルシウムイオンの放出と，超音波刺激によるものの判別が難しいのが課題であった．本年度は実験系において，超音波強度の詳細な検証を行い，適切な強度設定により，超音波照射直後に頻度高くカルシウムイオンの放出が現れる条件の設定に成功した．これにより再現性高く，超音波刺激によるカルシウムイオン放出を引き起こすことができることになった．本年度は，さらに，基盤上において培養した神経細胞の上にマイクロバブルを配置し，マイクロバブルの存在下で超音波照射を行った．これは，昨年度までの成果においてシナプス結合を阻害した際に，自発発火は抑えられたが，超音波によるカルシウムイオン放出は引き起こされたことより，超音波の波長よりもはるかに小さな細胞スケールでも力学的刺激によりカルシウムイオン放出が起きることを確認するためである，その結果，マイクロバブルが存在することにより有意に神経細胞からのカルシウムイオン放出が促進されることがわかった，得られて結果より，カルシウムイオンの放出には局所力学的刺激が重要であると考えられ，マイクロバブルのない場合においても，カルシウムイオンの放出が観測できる条件があることより，波長レベルの圧力勾配を細胞スケールの力学刺激に変換するカラクリがあると考えられる．具体的には，細胞間を結びつけている結合がそのような効果を与えていると考えられる．この点については，今後さらなる研究が必要である．
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Report
(4 results)
Research Products
(5 results)
