2020 Fiscal Year Research-status Report
超小型高精細マルチイオンセンサで切り拓く新たな神経回路基盤
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20K21510
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
堀内 浩 生理学研究所, 基盤神経科学研究領域, 特任助教 (60760733)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
澤田 和明 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40235461)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | CMOS / イオン / イメージング / pH / 神経活動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、生きた個体動物に最適化した1 細胞レベル（47.1 um） の高精細・細胞外pHイメージングセンサ（128 x 32 pixels) を1pixel単位でマルチイオン化し、大規模脳領域(3.00mm x 0.75mm) においてすべての細胞外陽イオン（Na+, K+, H+, Ca2+, Mg2+）動態を同時に捉えることが可能なマルチイオンイメージセンサを開発し、生体応用する。
今年度は、インクジェット法を用いて、プロトンセンサ表面に最小2pixel (47.1um幅）で選択的透過性のイオノフォアを帯状に成膜することによって、プロトンセンサをマルチイオンセンサ化することに成功した。これをマウス生体脳に挿入し、薬理学的手法によって神経活動を亢進することで神経活動に依存した3種類のイオンの細胞外における変化を同時検出することができた。そこで、次年度はより精細なイオノフォア成膜（23.55um幅）を目標としたい。
これまでに、本pHセンサを用いて生理的なpH変化の検出に成功している（Horiuchi et al, 2020）。すなわち、一次視覚領域にセンサを挿入し、視覚刺激を介した神経活動に伴って微細な環境でpHが微小変化することを明らかにしている。そこで、今年度はpHセンサを病態モデル動物に適用することで病態時の生体脳細胞外pHイメージングを行った。その結果、病態発現に伴うダイナミックなpH変化を時空間的に捉えることに成功した。次年度はこの変化のメカニズムと病態との関連性についてアプローチする。
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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
インクジェット法を用いて、プロトンセンサ表面に最小2pixel (47.1um幅)で選択的透過性のイオノフォアを帯状に成膜することによって、プロトンセンサをマルチイオンセンサ化することに成功した。これをマウス生体脳に挿入し、薬理学的手法によって神経活動を亢進することで神経活動に依存した3種類のイオンを同時検出することができたため。
さらに、pHセンサを病態モデル動物にも適用し、病態発現に伴うダイナミックなpH変化を時空間的に捉えることに成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度はより精細なイオノフォア成膜(23.55um幅)を目標とする。インクジェット法に加えた新たな手法による成膜方法も視野に入れた多角的な検討を行う。現時点で３種類までの同時計測を達成した。さらに、病態へセンサを適用することで、病態発現に伴うpHのダイナミックな変化を時空間的に捉えることに成功した。今後は、これがどの細胞、分子、脳領域を起源とするのかといった病態メカニズムやpHと病態との因果関係について検証を進めていく。
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