2017 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of artificial neural network by reversibly controlling elastic properties of a hydrogel substrate
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16K17499
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
田中 あや 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 研究主任 (80564278)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | メカノバイオロジー / 神経細胞 / ハイドロゲル / ヤング率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，生体情報伝達を担う中枢神経系の神経回路形成において，細胞外環境の力学的特性が
及ぼす影響を明らかにすることを目的としている．本年度までに，ヤング率1.0～2.0 kPaを閾値として，これより高弾性率の基板上では神経突起形成が抑制されることを明らかにした．これと同時に，同一基板上で弾性率分布をもつハイドロゲル基板の作製にも成功している．本年度は，
１．フォトマスクの設置方法やパターンサイズを変化させることで，ヤング率が1.0 kPa以下の低弾性率領域と，2.0 kPa以上の高弾性率領域からなる弾性率分布を有するハイドロゲル基板を作製することに成功した．ハイドロゲル基板は各弾性率領域の高低差が数百nmと細胞レベルでは平坦な基板と考えられるため，神経細胞のメカノセンシングを解明するための理想的な基板であると考えられる．
２．この基板を用いて，神経細胞を培養したところ，高弾性率領域上に接着している細胞数が多いことが明らかになった．一方で，2.0 kPa以上の均一な弾性率基板上で観察された神経突起形成の抑制は，弾性率分布を有する基板の高弾性率領域では観察されず，神経突起は高弾性率領域上，または，低弾性率領域と高弾性率領域の境界部分に沿って伸長しているものが多く観察された．
本結果は，神経ネットワーク形成における初期過程である神経突起形成及び突起伸長は，細胞外環境の力学的特性の１つである弾性率が関与していることを示している．また，力学特性の空間的な変調が神経ネットワークにおける神経細胞の空間配置や神経突起伸長方向を調整していることを示唆している．生体内での神経組織の弾性率分布は不均一なことが知られており，本研究で作製した弾性率分布を有するハイドロゲル基板は，神経ネットワーク形成のメカニズムを解明するためのモデル基板としての期待できる．
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