2018 Fiscal Year Annual Research Report
Engineering neural circuits at the single-cell-level by the neuro-plate technique
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17K14620
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
吉田 昭太郎 東北大学, 工学研究科, 助教 (20785349)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 神経科学 / MEMS / パターニング / マイクロ加工 / マイクロマニピュレーション / 神経回路 / バイオMEMS / ブレイン・オン・チップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来神経細胞は一度培養すると位置を変更できず、ランダムに形成された回路のみを解析対象としていた。本研究では神経細胞の細胞体・軸索・樹状突起を、生きたまま動的に変えることを世界で初めて実現する。神経回路中の要素である単一神経細胞を個別に選択し組み合わせるという電子回路工作のような方法論で神経回路を構築することを初めて提案している点で独創的であり、神経科学における新たな実験系を構築に資する。本研究の目的は、神経回路を一細胞レベルで設計・構築可能にするデバイスを開発することである。本手法で構築した神経回路に機能的なシナプス結合が構築されることを示し、また他種類の神経細胞にも適用可能であることを示す。
平成 30 年度は回路構築プロセスの安定化として神経細胞が載ったプレートの三次元形状および回路基盤の改良を行い、かつ構築した神経回路の機能解析としてアデノ随伴ウイルスを用いた遺伝子工学技術による神経活動の評価を行った。また、得られた研究成果を査読付き国際論文誌において発表した。神経細胞が載ったプレートから神経細胞の細胞体および神経突起が脱走する現象が稀に見られたことから、マイクロ加工技術を用いてプレートの側面に脱走防止用のマイクロサイズの壁面を設け、細胞非接着性の分子を修飾するプロセスを開発した。また、単一の神経細胞が形状制御された状態で載ったプレートを組み合わせて回路を作る際の、回路の基盤となるマイクロ構造を開発した。これらの技術により安定してプレートを組み合わせることが可能となった。また、三次元的に回路を組み立てるための三次元回路基盤を二光子レーザーリソグラフィ技術を用いて構築する技術を開発し、電動マイクロピンセットによって神経細胞を三次元回路基盤へ配置可能なことを示した。最後に遺伝子工学技術によって蛍光たんぱく質を発現させた神経回路の活動を評価可能であることを示した。
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