2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of generic X-ray-based optogenetics using a highly efficient and multi-color system
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22H02939
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Fujita Health University |
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Principal Investigator |
山下 貴之 藤田医科大学, 医学部, 教授 (40466321)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳田 健之 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20517669)
越水 正典 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40374962)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 光遺伝学 / マウス / X線 / オプシン / シンチレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自由行動中の動物において深部脳細胞を効率よく体外から遠隔操作することは未だ困難である。本研究代表者たちは、生体を透過するX線を用いて神経細胞の活動を遠隔操作する「X線光遺伝学」を独自に開発した。本技術では放射線励起蛍光体であるシンチレータを用いるが、本技術での有効性が証明されたシンチレータは未だ1種類のみであり応用が限定されている。そこで、本研究では、様々な発光波長を持つ高効率シンチレータを活用するとともにX線エネルギーを高効率で光感受性タンパク質に伝達する技術を開発することで、汎用的な脳神経機能の遠隔操作技術を確立することを目的としている。前年度までに、様々なシンチレータ素材の有効性をテストするためのルーティンを構築した。まず、①脳注入による炎症誘発性テストを行い、生体無毒であることを確認した後、②電気生理学による神経操作テストを行って、神経操作の効率を測定する。その後、③VTAドーパミン神経を操作して条件付け場所嗜好性テストを行うという順番である。これまでに使われたことのないシンチレータ素材であるCe:GAGGナノ粒子、Rb2CuRr3マイクロ粒子, Cs3Cu2I5マイクロ粒子,Cs3Cu2I5ナノ粒子、(C38H34P2)MnBr4マイクロ粒子, NaLuF4:Tbナノ粒子、Eu:GAGGマイクロ粒子について、粒子を作製（あるいは入手）してマウス脳に注入し、炎症誘発性をテストしたところ、Ce:GAGGナノ粒子とEu:GAGGマイクロ粒子を除きすべて炎症誘発性であった。これまで、Ce:GAGGナノ粒子については電気生理学による神経操作テストにより有効性を確かめた。現在、Ce:GAGGナノ粒子を用いてX線照射による行動誘発実験を実施中であり、2024年度内に論文発表できる見込みである。
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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
検討した新規候補シンチレータ素材のほとんどが予想に反し生体毒性を持ち注入組織に炎症を引き起こすものであったが、新規素材であるCe:GAGGナノ粒子について有効性を確かめることができ、早期に論文化できる見込みであるため。引き続き他の新規候補の探索を続けるとともに、生体毒性のある粒子については被膜を施すことにより無毒化できるか否かを検討していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はCe:GAGGナノ粒子を用いた行動テストと、Eu:GAGGマイクロ粒子を用いた神経操作テストと行動テストを行い、上記のネガティブデータと共に論文化する。また、毒性のある粒子をシリカやPEGなどで被膜することで無毒化できるか否かについての検討や、Ce:GPSなど新たなシンチレータ素材候補についてもテストしていく予定である。
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