Exploring axon conduction modulation rule dependent on axon structure
Project/Area Number |
21K19884
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Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Medium-sized Section 90:Biomedical engineering and related fields
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
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) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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Keywords | 軸索 / 伝導調節 / マイクロ加工 / 光遺伝学 / 微小電極アレイ / グリア細胞 |
Outline of Research at the Start |
脳の回路網を構成する神経細胞は,軸索と呼ばれる突起を介して信号を伝達する.軸索は伝導速度や伝導経路を切り替える機能を有し,神経回路網の機能を調節する可能性がある.しかし,十分な計測・評価手法が存在しないことから詳細は未解明である.本研究では,サブ細胞レベルの計測・刺激手法を組み合わせ,軸索の形状と活動伝導特性の関係を明らかにすることを目的とする.それにより,形態と機能の知見を統合し,軸索による神経回路網の調節機構の解明を目指す.
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Outline of Annual Research Achievements |
計画2年目にあたる本年度は、電気刺激による軸索の頻度依存性の評価、および染色のためのマイクロ構造物の扱いの検討、の2点について研究を実施した。以下に、それぞれの詳細を述べる。
電気刺激による頻度依存性の評価:軸索の伝導調節のルールを明らかにすることを目指し、感覚神経細胞の軸索に対して様々な頻度で電気刺激を印加した。初年度に検討した方法を用いて軸索の応答を検出したところ、刺激の頻度が高いほど軸索の伝導速度が低下する様子を検出できた。さらに、特定の頻度で刺激した際には、伝導速度の低下、活動停止期、伝導速度の回復というサイクルが繰り返される様子が検出された。これは、軸索が特定の頻度の活動において、信号の振動を発生できることを示唆する。
染色のためのマイクロ構造物の扱いの検討:本研究では軸索の形状と伝導調節機構の関係の解明を目指しており、計測後の軸索を染色して形態を評価できることが重要である。そこで、マイクロトンネル内に新調した軸索の染色方法を検討した。通常、トンネル内には染色の試薬が届きにくく、内部の軸索を染色することは簡単ではない。そこで、本年度はトンネル内に伸長した軸索の構造を破壊せずにトンネルの天井部分であるPDMSを取り除く方法を検討した。結果、天井の素材であるPDMSにあらかじめ細胞非接着性ポリマーをコーティングすることで、構造を破壊しないPDMSの除去が可能であることが分かった。さらに、PDMSを除外後に染色したところ、通常は難しかったトンネル内部の構造が鮮明に観察できた。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標は軸索の伝導速度変化の評価と、軸索の形状を免疫組織化学染色法で評価することであった。 伝導速度変化の評価については、昨年度の成果に引き続き、特定の刺激頻度における振動様の現象という、興味深い現象を得ることができた。 軸索の形状評価についても、ポリマーのコーティングにより、予定通りの成果が得られた。以上より、おおむね順調に進展していると判断した。
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Strategy for Future Research Activity |
計画の最終年度である次年度は、本年度までに得られた技術をもとに、軸索の伝導調節機構の詳細を評価する。これまで開発してきたデバイスにマイクロ流路を組み合わせることで、軸索に対する選択的な薬理刺激を実現し、様々な化合物に対する応答から機能を評価する。加えて、マイクロ構造により単一の活動を検出できる利点を生かし、長期的な活動変化も併せて評価する。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)