2021 Fiscal Year Annual Research Report
高精細電気計測による疼痛情報発生の細胞内メカニズム解明
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20H04498
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
榛葉 健太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80792655)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高山 祐三 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (60608438)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 疼痛 / 感覚神経細胞 / 脱髄 / 微小電極アレイ / 軸索 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，マイクロデバイスを用いて軸索伸長および髄鞘化を制御し有髄・無髄状態を作り分け，HD-MEAを利用した高精度電気計測により痛み刺激に対する応答をサブ細胞レベルで計測する．本年度は，痛み刺激に対する応答計測，ヒト感覚神経細胞の分化誘導，および脱髄条件の検討を行った．
1) 痛み刺激に対する応答の計測：痛み刺激に対する応答計測として，ラット感覚神経細胞に対してカプサイシンを添加しての電気活動計測を実施した．細胞の興奮性を上昇させるためのKチャネル阻害剤である４-APを併用することで，持続的な発火を誘発することに成功した．信号は末梢側の軸索から発生し，細胞体へと軸索を逆行性に伝播する信号が計測できた．対照実験として，光遺伝学を用いて光応答性のタンパク質を発現させ，細胞体に対する光刺激での活動計測にも成功した．
2）ヒト感覚神経細胞の分化誘導：ヒトiPS細胞から感覚神経細胞を分化誘導した．形成された神経細胞は，Ca imagingおよび電気活動計測から機能的に成熟することが示された．活動を計測しながら周囲の温度を変化させたところ，温度に依存して活動頻度が変わる様子が観察された．よって，感覚神経細胞において重要な温度を感知する機能が獲得されたことが示された．
3)脱髄条件の検討：ラット感覚神経細胞の培養液にアスコルビン酸を添加し髄鞘を形成させたのち，シュワン細胞が増殖を開始するheregulinを添加した．48時間後に試料を固定し，電子顕微鏡による観察を行った．結果，髄鞘を形成していたシュワン細胞が軸索から離れる様子が観察された．よって，薬理的に脱髄を誘発できたことが示された．
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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
本年度の目的は，痛み刺激に対する応答の計測と，脱髄条件の検討であった．
痛み刺激については，カプサイシンに対する応答を計測でき，信号の発生部位を特定できた．さらに，光刺激を併用することで，生理的な条件においても高密度電極アレイを用いて跳躍伝導を検出できることを確認できた．跳躍伝導の検出手法についての内容を，論文にまとめた．
脱髄条件については，heregulinの添加により48時間程度で脱髄が誘発されることを確認した．脱髄については，電子顕微鏡により詳細に観察できること，および蛍光顕微鏡による観察により生細胞の状態で簡易的に観察できることが分かった．これらの観察手法は，来年度の研究において，脱髄部位の電気的性質を評価するうえで有用である．
以上から，現在までの進捗状況について，おおむね順調であると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，これまでに得られた軸索の末梢端における活動の発生について詳細に評価する．今年度はカプサイシンを刺激として用いたが，痛みの発生を模擬した，高グルコースの負荷，脱髄の誘発，軸索における酵素の働きの阻害といった，実際の疾患の環境を模擬した条件でも実験を行う．それにより，末梢神経における痛みの発生部位を明らかにすることを目指す．加えて，ヒト感覚神経細胞についても検討を進め，ヒト細胞を用いた痛みの評価系の確立に向けた知見を得ることを目指す．
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