光刺激法のための新しい脱分極誘発色素の開発・スクリーニング

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13035015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 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): 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

我々は、これまで、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、その過程で、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。膜電位感受性色素とは、その色素で染色した細胞の膜電位変化に応じて、その吸光や蛍光が変化する色素であり、細胞に対して薬理学的毒性や光化学的副作用を持たないことが絶対の条件として求められる。前述のRGA-30という色素は、このような基準から、膜電位感受性色素としては不適当と判断され、スクリーニングの過程で除外された色素であるが、我々はこの特性を逆に利用して、光を刺激のトリガーとして、細胞膜を非侵襲的に脱分極させることができる"photostimulation"の技術を開発できるのではないかとの着想に至った。我々は、現在すでに、photostimulationシステムのハードウェアの作成に着手し、開発を行いつつある。本研究では、この光刺激技術のさらなる発展と実用化を目指し、RGA-30にかわる、より高効率、低毒性の色素を開発・合成し、スクリーニングを行うことを目的とする。
本年度は、林原生物化学研究所の協力のもと、RGA-30の構造式をもとに、新しい色素をデザインし、より優れた脱分極誘発色素の合成・開発を行った。さらに、これらの色素で標本を染色し、微小電極による記録を行いながら、光刺激による細胞脱分極の効率、色素の化学的毒性、光毒性、褪色などについて検討した。

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 (2001)
• [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)