2022 Fiscal Year Final Research Report

Imaging device development for hyperpolarization response analysis forming neural activity rhythm

Research Project

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Project/Area Number	20H04511
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	Sekino Yuko 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任教授 (70138866)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山澤徳志子東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (00282616) 山崎大樹国立医薬品食品衛生研究所, 薬理部, 室長 (40467428) 木村啓志東海大学, マイクロ・ナノ研究開発センター, 教授 (40533625) 鈴木郁郎東北工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (90516311)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	培養神経細胞 / 細胞外電位記録 / 膜電位感受性色素 / ラット胎仔由来凍結神経細胞 / ヒトiPS由来神経細胞 / カルシウムイメージング / マイクロ流体デバイス / GABAｂ受容体
Outline of Final Research Achievements	In this study, we aimed to develop a device for investigating the mechanisms of brainwave rhythm formation. We successfully achieved simultaneous recording of extracellular field potentials and membrane potential changes during synchronized neural activity in cultured neurons of rodent hippocampus and human-iPS cell-derived neurons. After we confirmed the formation of synchronized neural activity mediated by synapses using a multi-electrode probe, simultaneous recording of membrane potential imaging using membrane potential-sensitive dyes was performed, indicating that synchronized activity potentials exhibit sustained depolarization responses. Additionally, we observed an increase in the propagation speed of the activity potentials and changes in rhythm period with the administration of a GABAb receptor inhibitor, Sacrofen. This technology contributes to the elucidation of the mechanisms underlying the generation of synchronized neural activity related to the brainwave rhythm.
Free Research Field	Neuroscience
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究で開発した、培養神経細胞を用いた細胞外電位記録と膜電位イメージングの同時記録法は、細胞外電位記録のスパイク解析では解析できない受容体メカニズムやイオンメカニズムの解明を可能にする。現在製薬企業では、多点電極プローブを用いて記録した自発発火を対象としてスパイク数やネットワークバースト数などを数値化して、医薬品の催痙攣作用をスクリーニングしているが、数値化には苦労している。膜電位変化は、スパイクとは異なり数値化が容易であため、薬物の毒性並びに薬理試験に有用な解析法である。認知症など睡眠覚醒のリズムの乱れのある脳疾患治療薬をスクリーニングするための重要なインビトロ実験法である。