2020 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。
R2年度およびR3年度では、神経細胞ネットワークにおける単一細胞の局所領域に集光レーザービームの細胞内分子秩序化を誘起することにより、分子動態の集合操作や細胞内イオン濃度を高い空間精度において操作し、神経活動を制御する手法について検討した。レーザー誘起細胞内分子秩序化過程における神経活動変化について検証するため、単一神経細胞レベルでの顕微蛍光計測と細胞膜電位および電流計測を同時に行い、レーザー照射前後における神経活動変化について考察した。ラット胎児由来海馬神経細胞を分散培養し、神経細胞表面のAMPA型グルタミン酸受容体（AMPAR）を量子ドット（QD）により可視化した。波長1064 nmの連続発振レーザーを用いた光ピンセット・蛍光顕微鏡システムにパッチクランプシステムを組み込み、QD-AMPARの光捕捉過程の蛍光測定と単一神経細胞の微小シナプス後電流の同時計測が可能なシステムを構築した。神経細胞表面のQD-AMPARにレーザーを集光すると、レーザー集光領域内の二光子励起蛍光強度が時間とともに増加し、得られた蛍光強度の自己相関関数からQD-AMPARの光捕捉を確認した。レーザー照射前と比較してレーザー照射中、すなわちQD-AMPARが光捕捉されている時間において微小シナプス後電流の振幅ピークの平均値とイベント数が増加する傾向が見られた。これらの結果は、神経伝達物質受容体分子の光捕捉に基づいて神経シナプス伝達強度が上昇することを示しており、レーザー摂動による神経伝達効率制御の可能性が示唆された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(50 results)
