2018 Fiscal Year Annual Research Report
Optical control of neuro-dynamics with laser-induced molecular manipulation
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17H01820
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
細川 千絵 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (60435766)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ニューロフォトニクス / ナノバイオ / 神経細胞 / 光ピンセット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、集光レーザービームの局所力学摂動により神経細胞に局在するタンパク質分子を能動的に操作し、摂動に伴い過渡的に応答する細胞内分子秩序形成、さらには分子秩序化により誘発される神経活動の時空間ダイナミクスを明らかにする。レーザー誘起細胞内分子秩序化により、神経細胞シナプス結合部位に局在する分子動態や細胞内イオン濃度を操作する技術を開発することにより、神経細胞ネットワークにおける神経活動ダイナミクスの制御を実証する。
本年度は、レーザー誘起細胞内分子秩序化ダイナミクスの顕微蛍光測定を行い、神経シナプス部位において蛍光標識した受容体分子や小胞等を対象として、レーザー集光領域における分子集合ダイナミクスの蛍光解析に取り組んだ。興奮性神経伝達における主要な受容体分子であるAMPA型グルタミン酸受容体（AMPAR）を対象として蛍光性量子ドット（QD）で標識し、蛍光相関分光解析によりレーザー照射前後におけるQD-AMPARの分子動態変化について検証した。ラット海馬由来神経細胞の細胞表面に光ピンセット用近赤外レーザーを集光すると、レーザー集光領域におけるQD-AMPARの分子運動が遅くなり、光捕捉力により束縛されると考察した。レーザー光強度が高く、培養日数の経過とともにQD-AMPARが光捕捉されることを見出し、その過程が初期集合状態に依存することを明らかにした。また、細胞表面分子を高効率に操作する手法として、共鳴効果を利用した光捕捉手法の有効性について検証した。さらに、単一細胞レベルでの細胞への摂動手法として、細胞摂動用の集光フェムト秒レーザーを任意の位置に集光して特定の細胞を刺激する手法や、顕微蛍光測定と電気生理測定の同時計測システムの構築について検討を進めた。
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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
本年度の研究実施計画に基づいて研究が遂行され、神経シナプス部位において蛍光標識した受容体分子を対象として、蛍光相関分光解析によりレーザー集光領域において分子が光捕捉され、集合するダイナミクスを明らかにした。また、共鳴効果を利用した光捕捉手法について検証し、細胞表面分子の高効率な操作手法としての可能性を見出した。さらに、顕微蛍光測定と電気生理測定の同時計測システムの構築についても検討を進めた。以上の成果から、本年度は研究計画に沿って順調に研究が進展したと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた知見を基にして、レーザー誘起細胞内分子秩序化ダイナミクスの考察を引き続き行う。レーザー誘起細胞内分子秩序化過程の顕微蛍光測定に加えて電気生理計測を同時に計測可能なシステムを構築し、レーザー誘起細胞内分子秩序化と単一細胞における神経活動変化との関係性について検証する。さらに、細胞刺激用レーザーを短時間照射することにより誘起される神経活動変化と従来法である電気的刺激手法とを比較し、レーザー光刺激手法の特性について検証する。
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Research Products
(30 results)
