2020 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ粒子によるアップコンバージョンを用いた光遺伝学用完全埋植・光無線神経プローブ
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19K22098
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 徹 東北大学, 医工学研究科, 教授 (40417382)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | アップコンバージョン / アップコンバージョンナノ粒子 / オプトジェネティクス / 光遺伝学 / 神経プローブ / 光神経プローブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般的に、神経活動の記録や刺激は電気や磁気を用いて行われてきた。現在はこれらに加えて、神経活動を光によって操作する光遺伝学の研究が精力的に行われている。光遺伝学では主に光ファイバやLEDを搭載する神経プローブを用いられているが、侵襲性が大きいことが課題である。一方、Yb3+やEr3+をドープしたランタニドナノ粒子に近赤外光を照射し、多段階励起された系が基底状態に戻るときに放出する可視光で光操作するアップコンバージョンと呼ばれる方法が提案されている。この方法は経皮的に行えるために完全非侵襲であるが、近赤外光の到達部位近傍の神経活動しか操作できず、大型動物の光操作や将来的な人の脳深部刺激への応用が難しい。本研究は、アップコンバージョンナノ粒子を利用し経皮で近赤外光が届かない標的部位の非侵襲光操作を可能にする体内完全埋植型光無線神経プローブを実現することを目的とする。
2020年度は、生体適合性フレキシブル有機材料を基材とするUCプローブに関して、UCNPによる可視光の発光部だけを先に形成し、その後、プローブ本体となる有機材料を二重成膜・加工するプロセスを開発した。これによってUCNP発光部と照射部を分離すること、及びUCNP発光を照射部までUCプローブ内伝播させることが可能になった。つまり、近赤外光が直接届かない標的部位の非侵襲光操作を可能にする体内完全埋植型光無線神経プローブの作製に成功した。さらに、UCプローブ内伝播中の光損失を低減するために、照射部以外をカバー材料で覆うことを提案し、プロトタイプの作製を行った。これによってUCNP発光の照射部への到達率を数倍に大きくすることに成功した。今年度は、これらの成果を応用物理全般に関する国際会議で発表し、該当分科において最も高い評価を受けた。
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[Book] Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications in Neuroscience and Beyond (Advances in Experimental Medicine and Biology, 1293) 31 Multimodal Functional Analysis Platform: 1. Ultrathin Fluorescence Endoscope Imaging System Enables Flexible Functional Brain Imaging2021
Author(s)
Makoto Osanai, Hideki Miwa, Atsushi Tamura, Satomi Kikuta, Yoshio Iguchi, Yuchio Yanagawa, Kazuto Kobayashi, Norihiro Katayama, Tetsu Tanaka, Hajime Mushiake
Total Pages
471-479(総ページ：663)
Publisher
Springer
ISBN
978-981-15-8762-7
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