2020 Fiscal Year Research-status Report
Development and application of X-ray optogenetics of low dose and low invasiveness
| Project/Area Number |
20K22680
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
松原 崇紀 名古屋大学, 環境医学研究所, 客員研究者 (50884475)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
|
| Keywords | 光遺伝学 / X線 / シンチレータマイクロ粒子 / ChRmine / ドーパミン神経 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
特定の神経細胞の活動を体外から操作し、行動を自由に制御する方法は神経科学の大きな目標である。我々は生体透過性が極めて高いX線とX線を可視光へと変換するシンチレータを用いて、脳内に留置したシンチレータ結晶を体外からのX線照射により励起し、特定神経細胞に発現させたオプシンを駆動させる新手法の開発を行ってきた。しかしながら、現時点での問題点は、シンチレータ結晶の埋め込みによる組織侵襲とX線照射による被爆線量の大きさ（6-7 Gy程度）であった。そのため、より低侵襲で放射線量の少ない手法を開発する。シンチレータをマイクロサイズにまで粒子化することで、問題点を解決しようと試みたが、シンチレータからの発光量は約1/3以下にまで低下した。これまでに見出したシンチレータとオプシンの組み合わせでは十分な神経活動操作ができない可能性があったため、光高感受性オプシン(ChRmine)を用いてシンチレータ発光による誘発電流を測定したところ、培養細胞実験にて低強度のシンチレーション光で活性化できることを確認した。これを生体マウスにおいて実証するために、ドーパミン神経特異的にChRmineを発現させ、その周囲にシンチレータマイクロ粒子を注入した。X線照射により、ChRmine発現細胞の活性化が誘導できた。また、行動実験においてX線照射量を減少させるために、鉛板プロペラを作成し、X線をパルス照射（10Hz）する条件付けにより場所嗜好性試験を行った結果、当初の1/10程度のX線量でマウスの嗜好性行動を操作することが可能となった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本手法の低侵襲化、低線量化は困難であると考えていたが、マイクロ粒子の蛍光強度で活性化できるオプシンを用いることで神経活動を操作できることが分かった。また、X線パルス照射によりX線量を抑えてマウスの行動を操作できることが分かったため、おおむね順調に進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
前年度までに得られた成果を原著論文として発表する。また、マウス行動中の神経活動記録を行い、X線照射中に神経活動が誘導されている証拠を示す。さらに、病態モデル（パーキンソン病）の作成を行い、青色発光シンチレータとステップ・ファンクション・オプシンを用いて本手法の応用を試みる。
|
| Causes of Carryover |
昨年度はの所属の変更やCOVID19による影響があり、研究を有意に進めることができなかったため、差額が生じてしまった。本年度では昨年度の遅れを取り戻せるよう、疾患モデルの作成に重きを置いて研究に取り組む。
|
Research Products
(2 results)
