2019 Fiscal Year Research-status Report
Validity and safety assessment of optical nerve stimulation using photoswitchable molecules
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19K20734
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| Research Institution | Teikyo University |
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Principal Investigator |
野村 修平 帝京大学, 公私立大学の部局等, 助教 (00825432)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | Photoswitch / 光学的神経刺激法 / 安全性評価 / 人工感覚器 / 生体医工学 / 医療技術評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
失われた感覚機能の再建を目指し、外界情報を直接脳に伝えるBrain Machine Interface （BMI）の医療応用に向けた研究が取り組まれている。現在、金属製刺激電極による電気刺激法が人工網膜として実用化されている。しかし、電極の微小化には物理化学的な限界があるため、十分な空間分解能を実現する高密度の神経刺激は困難である。この問題の解決策として、光学的神経刺激法（photoswitch）が提案されている。Photoswitchは、細胞膜イオンチャネルに結合する光感受性化合物を利用して神経細胞に光応答性を付与することで、光による神経刺激を可能とする。これにより、高密度神経刺激の実現が期待できる。
本研究では、photoswitchの有効性および安全性の検証を目的に、神経細胞に光応答性を付与する研究に取り組んでいる。本年度は、神経細胞に光応答性を付与する光感受性化合物（BENAQ）の合成を試みた。中間生成物Aminoazobenzen 4（化合物[1]）の安定的な分離精製条件の確立、および中間生成物Triethylgricine（化合物[2]）の合成に成功した。現在、化合物[2]のカルボキシル基（-COOH基）を活性化（-COCl基）したAcid chrolide F（化合物[3]）の合成、および化合物[1]と化合物[3]をアミド結合（-NHCO-）させたアゾベンゼン第4級アンモニウム誘導体（BENAQ）の合成に着手している。なお、化合物[3]は化学的に不安定であり、水分や酸素により容易に分解してしまう点が合成プロセス上の課題である。その解決策として、禁水条件および脱酸素条件を達成する実験系の確立に着手している。次年度、目的化合物の合成条件および分離精製条件を確立する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
化学的に不安定な中間生成物（Acid chloride F）が水分や酸素により容易に分解してしまう点が合成プロセス上の課題となり、合成条件の検討が必要となった。解決策として、禁水条件および脱酸素条件を達成する実験系の確立に着手している。
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| Strategy for Future Research Activity |
目的化合物の合成条件を早急に確立し、細胞評価に使用可能な純度の化合物を得る。目的化合物の合成に至らなかったため、本年度導入予定であった評価装置は次年度に導入する。合わせて、photoswitchの有効性および安全性を検証するin vitro評価系を構築する。
In vitro評価系には、神経薬理評価などに広く使用される神経系培養細胞NG108-15（マウス神経芽細胞）を用いる。微小電極アレイ（microelectrode array: MEA）上に培養したNG108-15細胞に化合物を添加し、光応答性のない細胞に光応答性を付与する。パルスレーザーを照射し、光刺激に対する細胞の誘発応答電位をMEAにより記録する。誘発応答の潜時や振幅の変化を経時的に記録し、phoswitch効果の持続時間を測定する。また代謝により応答が消失した場合、化合物の再添加により、再度、光応答が得られるかを確認する。応答が見られた場合、初回添加との有効時間や応答の大きさなどを対比させる。これらの評価により、神経細胞に対するphotoswitchの影響を検証する予定である。
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| Causes of Carryover |
目的化合物の合成に至らなかったため、本年度導入予定であった評価装置は次年度に導入する。
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