2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development and application of X-ray optogenetics of low dose and low invasiveness
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20K22680
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| Research Institution | Fujita Health University |
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Principal Investigator |
松原 崇紀 藤田医科大学, 医学部, 助教 (50884475)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 光遺伝学 / X線 / シンチレータ / ドパミン神経 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光遺伝学は光感受性タンパク質を特定の細胞に発現させ、可視光を用いて神経を活性化させる技術である。しかしながら、使用している可視光は生体透過性が極めて低いことから、光ファイバーをその目的部位まで挿入する必要があり、脳への侵襲性を生じさせる。本研究では生体透過性の極めて高いX線とX線を可視光に変換させることのできるシンチレータ粒子（Ce:GAGG）を用いて、脳深部のワイアレス・ファイバーレス光遺伝学法を開発した（Matsubara et al., Nat.Communi.2021）。
本研究に用いたCe:GAGG粒子の直径は平均2μmであり、注入した周囲の神経細胞への影響はほとんど見られなかった。また、赤色シフトした高感受性オプシン(ChRmine)を中脳腹側被蓋野（VTA）のドーパミン神経に発現させ、X線照射を体外より行うことで、神経活動の分子マーカーであるc-fosの発現を確認した。また、自由行動下のマウスを用いた行動実験では、X線照射によりVTAドーパミン神経の活動を誘導するような場所思考性行動を誘導することに成功した。
一方で、本研究で用いられたX線の被曝量はマウスの行動に影響を与えず、また、放射線感受性の高い分裂細胞（海馬顆粒細胞、骨髄細胞）にほとんど影響を与えなかった。
これらの結果より、今後、本手法は神経に対する光遺伝学法のみならず、様々な基礎研究や治療に役立つことが期待される。
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Research Products
(2 results)
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[Journal Article] Remote control of neural function by X-ray-induced scintillation2021
Author(s)
Takanori Matsubara, Takayuki Yanagida, Noriaki Kawaguchi, Takashi Nakano, Junichiro Yoshimoto, Maiko Sezaki, Hitoshi Takizawa, Satoshi P. Tsunoda, Shin-ichiro Horigane, Shuhei Ueda, Sayaka Takemoto-Kimura, Hideki Kandori, Akihiro Yamanaka & Takayuki Yamashita
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 4478
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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