Modeling neurodegenerative diseases in artificial neuronal networks
| Project/Area Number |
22KK0177
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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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 | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山本 英明 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (10552036)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平本 薫 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (40963038)
小宮 麻希 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (00826274)
守谷 哲 東北大学, 電気通信研究所, 特任助教 (10898117)
佐藤 茂雄 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (10282013)
平野 愛弓 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (80339241)
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| Project Period (FY) |
2022-10-07 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 培養神経回路 / マイクロ流体デバイス / 蛍光カルシウムイメージング / 多点電極アレイ |
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| Outline of Research at the Start |
神経変性疾患の多くは，神経回路網の機能異常としてその病態を理解する必要がある．研究代表者らはこれまでに，生体の脳神経系に近いネットワーク構造をもった神経細胞回路（「人工神経細胞回路」）を構築するための微細加工技術を開発し，神経回路網の基礎研究における有用性を示してきた．本計画では，培養細胞を用いた疾患モデリングで世界最高水準の技術を保有するバルセロナ大学Jordi Soriano准教授との国際共同研究を通じて，人工神経細胞回路の技術を神経変性疾患のモデリングそして機能動態解析へと展開する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経変性疾患の多くは，神経回路網の機能異常としてその病態を理解する必要がある．研究代表者らはこれまでに，生体の脳神経系に近いネットワーク構造をもった神経細胞回路（「人工神経細胞回路」）を構築するための微細加工技術を開発し，神経回路網の基礎研究における有用性を示してきた．本計画では，培養細胞を用いた疾患モデリングで世界最高水準の技術を保有するバルセロナ大学Jordi Soriano准教授との国際共同研究を通じて，人工神経細胞回路の技術を神経変性疾患のモデリングそして機能動態解析へと展開する．
本研究計画は，次の3つの内容から構成される：①デバイス作製，②生物実験，③数理モデル構築．研究課題初年度にあたる本年度は主として①に関する実験を推進し，培養神経回路をモジュール状にパターニングするための薄膜型マイクロ流体デバイスを作製した．プロセスは，（1）フォトレジストSU-8を用いて鋳型モールドを作製し，（2）ポリジメチルシロキサンゲルをドロップキャスト法により展開し硬化させる，という2つのステップからなる．正方形モジュールを2×2個または4×4個にアレイ化した構造を基本パターンとして，モジュール間を接続するマイクロチャネルの幅を2～10 μmの間で変化させて各モジュール間の相互作用の強さを調整した．
また③については，2022年10月に研究代表者がバルセロナ大学を訪問し，情報理論的指標を用いた神経細胞ネットワークの機能解析方法の応用可能性などについて議論した．
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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
神経細胞パターニングのためのマイクロ流体デバイスの作製技術を確立した．また2022年10月にバルセロナ大学を訪問し，本実験に最適なデータ解析法について詳しく議論し，さらに来年度以降の長期訪問計画についても予定を調整することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
疾患モデル細胞をマイクロ流体デバイス上で培養し，健常細胞との機能動態の違いを蛍光カルシウムイメージングによる計測で明らかにする．
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Report
(1 results)
Research Products
(16 results)
