Are nerve cells polymer liquid crystals?

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K18596
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 柳澤 実穂 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (50555802)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 神経 / 高分子液晶 / 偏光

Outline of Annual Research Achievements

神経細胞内部には、ニューロンフィラメントと呼ばれる棒状の高分子の束が中央にあり、その周囲を多層の脂質膜構造が覆っています。この膜構造は、強誘電性の高分子液晶と似た性質を持っています。また、神経伝達の波を膜伝搬するソリトン波とするニューロン表面波仮説も、神経細胞全体が液晶であれば説明がつきます。こうした神経細胞と液晶を対応付ける報告が数多く存在する一方で、実証研究はほとんど行われていません。そのため、本研究では、神経細胞に電場を印可して、光学特性や電気特性の解析から、その神経細胞が高分子液晶であるかどうかを調べることを目的としています。
これまでに、ヤリイカやスルメイカを解剖して神経軸索を採取し、偏光顕微鏡下で観察することにより、神経軸索に沿った光学異方性を調べました。その結果、神経軸索の表面と中央には、光学特性の異なる少なくとも２つの層構造が存在することが分かりました。さらに、この光学特性を生み出す生体高分子を特定するため、マイクロキャピラリーを使用して分子を採取し、生化学的な解析を行いました。その結果、２つの層それぞれに局在する分子をほぼ特定することができました。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2022年度は、ヤリイカやスルメイカから採取した神経軸索に対して、偏光顕微鏡を用いた光学特性と、電気刺激を与えた際のその変化を解析しました。神経軸索に沿って大きく２つに分けられる層構造に対して、それぞれに局在する分子と光学特性の対応関係を概ね明らかにすることができました。また、電気刺激を与えると、神経細胞全体が収縮して変形すると共に、光学特性が変化する様子も観察されました。今後は、観察用チャンバーを改良することで、電気刺激に応じて神経細胞の光学特性が変化する様子を、より詳細に解析する予定です。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は、2022年度から継続している内容に加え、神経細胞が受ける電気刺激によって生じる光学的特性の変化をより詳細に解析する予定です。この解析において問題となるのは、電気刺激によって神経細胞が大きく変形してしまい、顕微鏡の焦点面から外れてしまう点です。そこで2023年度では、神経細胞を細長いチャンバーに閉じ込めることで、この問題に対処することを計画しています。

Causes of Carryover

電気測定に必要な機器パーツの入荷が遅れたことや、電気刺激によって神経細胞が大きく動いてしまい光学特性の解析が遅れたことから、研究費の執行が遅れてしまいました。今後は、観察用チャンバーを作製するために約200万円、顕微鏡用のボックス作成による電気特性の測定時におけるノイズ除去のための費用として約50万円、学会に参加して現地で情報収集するための旅費として約50万円の予算を支出する予定です。