| Project/Area Number |
23H05450
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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Broad Section C
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
太田 淳 奈良先端科学技術大学院大学, 研究推進機構, 特定教授 (80304161)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 正信 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (20338312)
笹川 清隆 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (50392725)
大澤 匡弘 帝京大学, 薬学部, 教授 (80369173)
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| Project Period (FY) |
2023-04-12 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥203,060,000 (Direct Cost: ¥156,200,000、Indirect Cost: ¥46,860,000)
Fiscal Year 2025: ¥41,600,000 (Direct Cost: ¥32,000,000、Indirect Cost: ¥9,600,000)
Fiscal Year 2024: ¥41,600,000 (Direct Cost: ¥32,000,000、Indirect Cost: ¥9,600,000)
Fiscal Year 2023: ¥36,660,000 (Direct Cost: ¥28,200,000、Indirect Cost: ¥8,460,000)
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| Keywords | Photoceuticalデバイス / 生体内埋植 / 蛍光計測 / 光刺激 / CMOSイメージセンサ / 生体埋植デバイス / 光遺伝学 / 光電子デバイス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，生体内で光による診断と光による治療を一元的に可能とする従来にない埋植デバイス「Photoceuticalデバイス」の実現を目指す．これまで申請者が開発してきた生体内埋植超小型イメージングデバイスと生体埋植光刺激デバイスをもとに，光による生体機能の特異的な計測と制御を可能とする埋植デバイスを実現し，その実証を実験動物で行う．Photoceuticalデバイスの概念は従来にはなく，光による生体機能の特異的な計測・制御機能を活かした新分野の提案であり，学術的に意義が大きいと期待される．
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで分担研究者大澤と共同研究を行ってきた疼痛に伴う脳内関係領域におけるセロトニン神経の蛍光強度変化を計測し，疼痛現象との相関関係を詳細に調べる．痛みの予兆となる反応が前帯状回で発生し，前頭前皮質の制御で，痛みが緩和されることが報告されており（Nat. Biomed. Eng. 2021），これを参考に，光計測・光制御を試みた．また他の疾患として，これまで光計測を行ってきたてんかん発作についても光計測・光刺激による診断・治療が可能かどうかを検討を行った．以上の検討結果により，まず現在のカルシウムセンサーであるGCaMPに加えて受容体センサーであるGRAB系を追加することとし，AAVインジェクション，デバイスの改良（主にフィルター）を行った．（①の課題）．これらは分担研究者大澤が研究協力者太田安美と共に実施し，奈良先端大では主にデバイス試作とマウスを用いた急性動物実験を実施した．また②分散配置方式については，分散型人工視覚デバイスを脳内埋植デバイスへ適用するための課題を抽出し，テストデバイスの試作を行った．長年共同研究を実施しているニデック人工視覚研究所寺澤所長が協力研究者として参画しアーキテクチャ等について議論を行い，それをもとに協力研究者春田が実施した．セラミック基板を用いた分散型のテストデバイス試作を行い良好な結果を得た．③の疾患モデル動物への適用については，分担研究者大澤が慢性疼痛モデル動物をすでに確立しているので，該当するモデル動物へのイメージングデバイスと光刺激デバイスの埋植を行った．制御ボードや解析ソフトなど様々な観点から課題を抽出し，改良を行った．
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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
課題①「Photoceuticalデバイスに適したイメージングデバイスと光刺激デバイスの改良」については，現在のカルシウムセンサーであるGCaMPに加えて受容体センサーであるGRAB系を追加することとし，AAVインジェクション，デバイスの改良（主にフィルター）を行った．主にデバイス試作とマウスを用いた急性動物実験を実施した．課題②「生体内への分散配置方式の確立」については，分散型人工視覚デバイスを脳内埋植デバイスへ適用するための課題を抽出し，セラミック基板を用いた分散型のテストデバイス試作を行い良好な結果を得た．課題③「疾患モデル動物への適用とPhotoceuticalsに向けた実証」については，該当するモデル動物へのイメージングデバイスと光刺激デバイスの埋植を行い，制御ボードや解析ソフトなど様々な観点から課題を抽出し改良を行った．以上から，いずれの課題も当初の計画通りの結果を得ており，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 |
①「Photoceuticalデバイスに適したイメージングデバイスと光刺激デバイスの改良」については，前年度の検討をもとにデバイスの再設計を行い，高性能化を図る．特に，分担研究者笹川によるイメージングデバイスに空間分解能向上を実現する角度選択画素を導入した構造を試作する．②「生体内への分散配置方式の確立」については，研究協力者寺澤の協力のもと実際に分散型デバイスの試作を行い，急性疼痛モデルマウスへ適用をし，有効性を確認する（研究協力者春田と太田安美）．③「疾患モデル動物への適用とPhotoceuticalsに向けた実証」については，前年度の課題を解決するための構造等を改造したデバイスの試作を行い（研究協力者春田と太田安美），動物に埋植しその有効性を確認する（研究分担者大澤）．
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