Single-cell-level Neural Circuit Engineering for BioAI Technology

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04277
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: Yoshida Shotaro 中央大学, 理工学部, 助教 (20785349)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 神経回路 / 神経細胞 / MEMS / ハイドロゲル / マイクロパターニング / マイクロマニピュレーション

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study was to develop a microdevice that enables the design and construction of neural circuits at the single-cell level in vitro, thereby creating an experimental tool that will contribute to the elucidation of the mechanisms of neural information processing. We developed a novel template formation process that enables microfabrication of biocompatible hydrogels more easily and inexpensively than conventional methods, and further developed a microplate with a cell-adhesive surface having a structure of lines of the size of neurites of a single neuron, and circles of the size of cell bodies, and fabricated in microarray form against a non-cell-adhesive surface. Finally we showed that neural cells including human iPSC-derived neurons can be cultured on the microplates.

Free Research Field

バイオマイクロデバイス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体外で脳神経組織を再構成する生体模倣システムの研究が創薬や病理研究のために世界中で盛んに進められている中で、一細胞レベルの高解像度で神経回路を構築しようと試みている研究者は10名にも満たない。本研究ではその中でも特異な、1細胞ずつを個別に形態制御しながら培養中に位置を変えることを可能にする「単一神経細胞プレート」の開発を行っており、一細胞レベルで複数個の細胞からなる神経回路を構築可能な現時点で唯一の技術と言える。神経回路がどのように情報処理を行っているか一細胞レベルの高精度で計測・解析できるようになることで、医療のみならずAI・知的情報処理の分野においても新知見の発見に繋がると期待できる。