脱分極誘発色素を用いたレーザーphoto-stimulationシステムの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11558094
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (70251501)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安井 茂夫 林原生物化学研究所, 創薬研究所, 所長 ; 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助手 (80291342)
• Keywords: 脱分極誘発色素 / 膜電位感受性色素 / photo-stimulation / レーザー / 光学的測定 / RGA-30

Research Abstract

神経や筋細胞の興奮に伴う生理的機能の解析にあたっては、電極を用いて電気的な刺激を与えるか、神経伝達物質などの生理活性物質を外部からapplyするなどの方法が用いられる。このような刺激法では、空間分解能が低く、特定の細胞/細胞微小膜領域や特定のシナプスなどを選択的に刺激することが困難であるため、複雑な細胞ネットワークのつながりやそのメカニズムを解析する場合に困難な問題点が生じることが多い。我々は、長年、膜電位感受性色素を用いた細胞電位活動の光学的計測の研究を行ってきたが、RGA-30と名付けた色素が、光照射によって細胞膜を非侵襲的・可逆的に脱分極させる性質を持つことを見出した。本研究では、この"脱分極誘発色素"にレーザーマイクロビームを組み合わせ、組織、細胞の任意の極微小膜領域を非侵襲的に刺激する"レーザーmicro-photostimulationシステム"を開発するとともに、より優れた脱分極誘発色素・過分極誘発色素の開発・スクリーニングを行い、その実用化を図ることを目的とする。
本年度は、(株)三啓の協力のもと引き続きシステムの開発を行った。レーザー光源には高出力のHe-Neレーザー(50mV, 633nm, NEO50MS)を採用し、レーザー光は、シャッター(SD-DS2)、NDフィルター、ファイバー入射装置(FIN-M60)・光ファイバー(FC50GI5、5m長)、コリメーター(FBC-203S)を介して、顕微鏡のfluorescentユニットにはいるよう設計した。レーザー本体からファイバー入射装置までは、レーザー架台(2m長)上にセットした。このシステムを用い、既存のRGA-30で標本を染色し、微小電極による記録を行いながら、色素とphotostimulationシステムの性能について検討を行った。

Research Products

• [Publications] Momose-Sato Y. et al.: "Optical approaches to embryonic development of neural function in the brainstem"Progress in Neurobiology. 63. 151-197 (2001)
• [Publications] Momose-Sato Y. et al.: "Spreading depolarization waves triggered by vagal stimulation in the embryonic chick brain : optical evidence for intercellular communication in the developing CNS"Neuroscience. 102. 245-162 (2001)
• [Publications] Mochida H. et al.: "Multiple-site optical recording reveals embryonic organization of synaptic networks in the chick spinal cord"European Journal of Neuroscience. 13. 1547-1558 (2001)
• [Publications] Mochida H. et al.: "Optical imaging of spreading depolarization waves triggered by spinal nerve stimulation in the chick embryo : Possible mechanisms for large-scale coactivation of the CNS"European Journal of Neuroscience. 14. 809-820 (2001)
• [Publications] Yazawa I, et al.: "Developmental changes in trial-to-trial variations in whisker barrel responses studied using intrinsic optical imaging : Comparison between normal and de-whiskered rats"Journal of Neurophysiology. 86. 392-401 (2001)
• [Publications] Sato K. et al.: "Optical responses to micro-application of GABA agonists in the embryonic chick brain stem"NeuroReport. 12. 95-98 (2001)
• [Publications] Mochida H. et al.: "Effects of anisomycin on LTP in the hippocampal CA1 : Long-term analysis using optical recording"NeuroReport. 12. 987-991 (2001)
• [Publications] Sato K. et al.: "Intraoperative intrinsic optical imaging of neuronal activity from subdivisions of the human primary somatosensory cortex"Cerebral Cortex. 12. 269-280 (2002)
• [Publications] Sato K. et al.: "Optical approaches to functional organization of glossopharyngeal and vagal motor nuclei in the embryonic chick hindbrain"Journal of Neurophysiology. (in press). (2002)
• [Publications] 佐藤容子, 他: "自律神経系の機能的解析における光学的計測法の適用"自律神経. 38. 270-278 (2001)
• [Publications] 佐々木真一, 他: "末梢神経刺激により脊髄に誘発されたニューロン応答の内因性光学イメージング"脊髄電気診断学. 23. 38-42 (2001)
• [Publications] 佐藤勝重: "ブレインサイエンス・レビュー2001"医学書院. 292 (2001)