2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of closed-loop system of deep brain stimulation using sensor by molecularly imprinted polymer
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17H02088
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
吉見 靖男 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (30267421)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
六車 仁志 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (20309719)
氷見 直之 川崎医科大学, 医学部, 講師 (70412161)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 分子インプリント高分子 / ドーパミン / 微細電極 / パーキンソン病 / 電気化学 / バイオセンサ / 脳深部電気刺激 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
吉見が、分子インプリント高分子をグラフトしたドーパミンセンサを開発した。ラジカル重合開始剤固定グラファイト粒子の表面に、ドーパミンの存在下でpースチレンスルホン酸ナトリウム、4ーアクリルアミドボロン酸、メチレンビスアクリルアミドをグラフトさせた。これをガラス管に充填させてMIP固定電極を得た。この電極は、未修飾カーボン電極に比べて、ドーパミンに対して高い電流値を示したので、ドーパミン検出用センサとして機能しうることが確認された。
さらに加熱して先端を窄めたガラス管にMIP固定グラファイトを投入し、遠心分離器にかけると先端にグラファイトを充填できた。この技術によって脳に穿刺可能なMIP電極を作製できる。
氷見がParkinson病(PD)モデルラットの確立を試みた。ラットの内側前脳束領域に麻酔下で6-OHDAを注入した。6-OHDAはdopamine神経に取り込まれ、細胞内で活性酸素を発生することで神経細胞死を誘発する。注入から2週間経過時点でラットから脳を摘出し、黒質部を含む冠状脳スライス標本を作成して組織免疫染色を行い、dopamine神経の欠損を組織学的に確認した。さらに回旋運動の頻度を症状の指標として、DBSの効果を検討した。充分に回旋運動が観察されたラットの視床下核領域の下に同心円型電極を刺入し、頭蓋骨に歯科セメントにて固定した。DBSの条件として刺激強度、電流の極性および刺激頻度を変化させて回旋運動頻度への影響を調べたが、どのパラメータでも有意な変化は見られなかった。
さらに神経伝達物質セロトニンに応答して蛍光強度を変化させるMIPのナノ粒子を開発した。この技術を利用して、ラットの脳に対する電気刺激の効果を、分泌状況から評価する方法が確立する可能性がある。
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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
センサもモデルラットも完成はしていないものの、糸口は見つかっている。さらには派生技術として、分泌をリアルタイムで検出する方法が確立され、この方法は脳深部電気刺激の効果を評価する新方法と期待できる。その点で概ね順調と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、ドーパミンを検出するセンサと、モデルマウスの開発および電気刺激による評価を試行する。
電極に関しては、モノマーの種類と分量を見直し、脳液中のドーパミンを高精度に検出するセンサを開発する。
今後は、刺激電極の形状および刺入位置を再検討し、電極先端が視床下核に正確に設置されるよう試みる。H30年度は引き続きPDモデルラットを用いてDBSにより回旋運動が抑制される治療モデルの完成を目標とする。DBS治療効果が確認され次第、MIP電極を用いたin vivo実験に移行する。
さらにドーパミンに応答して蛍光強度を変化させる分子インプリント高分子のナノ粒子を開発し、それをプローブとして用いて、脳深部におけるドーパミンの不足を検出するイメージング技術を開発する。
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