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2010 Fiscal Year Annual Research Report

2光子励起顕微鏡法と埋め込みインターフェイスデバイスを融合した脳計測技術の開発

Research Project

Project/Area Number 10J08063
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

竹原 宏明  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Keywordsマイクロ液体デバイス / 2光子顕微鏡 / 神経細胞 / 脳 / in vivo / 埋め込みデバイス / 光刺激 / ケイジド試薬
Research Abstract

近年、超短パルス赤外レーザー励起を用いた2光子励起顕微鏡法の進歩により、脳組織中の神経細胞を直接見る手段が登場し、脳機能研究の強力な手法として期待されている。しかし、2光子顕微鏡を用いた生きたマウスの脳内の神経細胞の観察には観察部位の開頭手術が不可欠であり、細菌による汚染や脳液の流出が長期計測を妨げる問題となっている。そこで本研究課題では、2光子顕微鏡による長期的なマウス脳のin vivo 高分解能観察(<1μm)を実現するべく、微細加工技術を用い顕微観察窓・試薬導入機構をデバイスに集約することで、光・物質の出し入れを可能にする埋め込み型マイクロブレインインターフェイスデバイスを開発している。平成22年度は、デバイスの試作及び動作確認を行った。デバイスには、動物個体への負荷を軽減するための微小化と生体適合性、2光子顕微鏡を用いた高分解能観察を行うための光学特性と脳の拍動の抑制、実験試薬の脳組織への投与・除去、細菌感染の回避が求められる。そこでまず、前述の要求を満たすデバイスを設計し、マウス頭蓋骨への埋め込みが可能な微小サイズ(直径2.7mm、高さ400μm)のデバイスを作製した。デバイスの材料にはガラス及びpolydimethylsiloxane(PDMS)を用いた。そして、作製したデバイスを実際にマウス頭部に埋設し、2光子顕微鏡によりマウス脳組織中の神経細胞を観察した。デバイスにより観察部位の脳の拍動が1μm以下に抑えられたことで、脳の拍動による画像のブレが生じず、サブμmレベルの高分解能観察が可能となった。さらに、デバイスを埋設したマウスの脳組織中の単一神経細胞の長期経過観察を行った。その結果、1ヶ月以上の長期にわたり神経細胞の微小構造の観察に成功し、デバイスの送液機能を利用した脳組織への試薬投与が可能な状態でのin vivo長期観察を実現した。以上の結果は、動物個体の行動と関連付けた精神疾患の治療法開発につながる可能性のある成果である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2011 2010

All Presentation (7 results)

  • [Presentation] 動物個体への埋め込み型マイクロブレインインターフェイスデバイスの開発2011

    • Author(s)
      竹原宏明, 長岡陽, 野口潤, 赤木貴則, 河西春郎, 一木隆範
    • Organizer
      電気学会バイオ・マイクロシステム研究会
    • Place of Presentation
      豊橋技術科学大学(愛知県)
    • Year and Date
      2011-05-30
  • [Presentation] ハイドロゲル透過膜を有するマイクロブレインインターフェイスデバイスの開発2011

    • Author(s)
      竹原宏明, 長岡陽, 野口潤, 赤木貴則, 河西春郎, 一木隆範
    • Organizer
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • Year and Date
      2011-03-27
  • [Presentation] 脳組織への局所試薬投与のためのマイクロ流体インターフェイスデバイス2010

    • Author(s)
      竹原宏明, 長岡陽, 野口潤, 赤木貴則, 河西春郎, 一木隆範
    • Organizer
      20th MRS-J Academic Symposium
    • Place of Presentation
      横浜情報文化センター(神奈川県)
    • Year and Date
      2010-12-21
  • [Presentation] バイオデバイスの薬物輸送解析2010

    • Author(s)
      竹原宏明、一木隆範
    • Organizer
      PUCA-ESI User's Forum Japan 2010
    • Place of Presentation
      ヒルトン東京(東京都)
    • Year and Date
      2010-11-19
  • [Presentation] Microfluidic interface devices for in vivo analysis of neural cells using 2-photon laser scanning microscopy2010

    • Author(s)
      H.Takehara, A.Nagaoka, J.Noguchi, T.Akagi, H.Kasai, T.Ichiki
    • Organizer
      The 14th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences (Micro-TAS2010)
    • Place of Presentation
      フローニンゲン,オランダ
    • Year and Date
      2010-10-07
  • [Presentation] 生きたマウスを用いた神経細胞研究のためのマイクロブレインインターフェイスデバイスの開発とその展望2010

    • Author(s)
      竹原宏明, 長岡陽, 野口潤, 赤木貴則, 河西春郎, 一木隆範
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎県)
    • Year and Date
      2010-09-15
  • [Presentation] Flexible and transparent microelectrode arrays made from poly (3,4-ethylendioxythiophene) poly (styrenesulfonate) and an amorphous perfluoropolymer for electrophy siological measurement2010

    • Author(s)
      H.Takehara, A.Nagaoka, J.Noguchi, T.Akagi, H.Kasai, T.Ichiki
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Organic Molecular Electronics (ISOME2010)
    • Place of Presentation
      千葉大学(千葉県)
    • Year and Date
      2010-06-10

URL: 

Published: 2013-06-26  

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