2013 Fiscal Year Annual Research Report
神経活動の精密計測・制御のためのシナプス型情報通信デバイスアレイの構築
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25288118
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
樫村 吉晃 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 研究主任 (90393751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
住友 弘二 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (30393747)
塚田 信吾 日本電信電話株式会社ＮＴＴ物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (80454205)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノバイオ / 生体機能利用 / 電気生理 / 蛋白質 / 人工生体膜 / 脂質二分子膜 / 巨大脂質膜ベシクル |
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| Research Abstract |
１．マルチコンポーネントな人工生体膜アレイの作製
マイクロピペットを用いた単一巨大脂質膜ベシクル(GUV)操作技術と、局所Caイオン刺激による人工生体膜への展開制御技術とを融合させ、半導体基板上で人工生体膜をアレイ化する新たな手法を確立した。さらに微小井戸基板に本手法を適用し、従来の技術では実現困難であった、異なる井戸内プローブおよび脂質組成を持つマルチコンポーネントな人工生体膜アレイの作製に成功した。これらは、本研究課題の目標であるシナプス型情報通信デバイスの実現につながる重要な成果である。
２．底部電極付き微小井戸デバイスの作製
試作した底部電極付きの微小井戸デバイスを用いて、GUV法による微小井戸の人工生体膜によるシールを行った。試作デバイスの電気生理的評価を行い、ギガオームシール形成を確認した。また、デバイス作成技術に関して新たな知見を得た。微小井戸に架橋した人工生体膜は、機械的な刺激に弱いという欠点がある。そこで、微小井戸内にハイドロゲルを封入し、人工生体膜の支持体として用いることを検討した。その結果、流動性や脂質膜の安定化が観測され、ハイドロゲルが細胞質と同様の働きをしていることが明らかとなった。これらの結果は、人工細胞環境構築の上で重要な貢献をもたらす成果である。
３．多チャンネル電気生理計測系の構築
本研究課題の目標であるシナプス型情報通信デバイスの実現のためには、同一基板上において多角的な信号の送受信が必要不可欠となる。そこで、従来の単チャンネル電気生理計測系に加えて、多チャンネル同時計測可能な電気生理計測系の導入を行った。現在のところ、平面膜法によるモデルチャネル分子の活性計測に成功し、デバイスの多チャンネル計測化への土台を確立できた。
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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
平成25年度の研究実施計画で挙げた、（１）マルチコンポーネントな人工生体膜アレイの作製、については、当初の計画通り、作製手法の確立および微小井戸基板を用いたマルチコンポーネントアレイの作製まで実現した。
また、（２）電気生理計測系の構築とデバイス動作確認、については、多チャンネル電気性計測系を導入し、立ち上げまで終了した。脂質膜シール微小井戸デバイスについては電気生理計測で必要不可欠なギガオームシール形成までは確認できた。また、井戸内部にハイドロゲルを封入することでより細胞に近い環境となる新たな知見も得られた。当初予定していたモデルチャネル埋め込みによるデバイス動作確認はまだ成功していないが、すでにさまざまな条件で検討を行っている最中である。
以上のことから、全体としてほぼ順調に研究が進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)微小井戸基板上の人工生体膜アレイ作製
前年度に作製方法を確立したマルチコンポーネントな人工生体膜シール微小井戸アレイに関して、より機能性を持たせた形でのアレイ構造の作製を行う。デモンストレーション実験として、例えば、エルゴステロール選択性のあるナイスタチンを用いたNaイオンの選択的センシングなどを検討する。
(2)イオンチャネルの導入
脂質膜シール微小井戸デバイスについて、モデルチャネル埋め込みによるデバイス動作確認を目指す。まず、これまでの結果からモデルチャネル活性を計測するためには、デバイス由来の容量性ノイズが問題となっていることがわかったので、低誘電率材料を用いる等してデバイス構造の最適化・評価を行う。ギガオームシール形成、ヘモリシン等のモデルチャネルを用いたデバイス動作確認を行う。さらに、受容体型イオンチャネルと比べて試料準備の容易な電位依存性イオンチャネル（メリチン、アラメチシン等）の人工生体膜への再構成と機能制御について検討する。
(3)多チャンネル電気生理計測の実現
デバイスの多チャンネル計測システムの確立を目指す。デバイスと測定系（市販の多チャンネルパッチクランプアンプ）との接続インターフェースが必要となるため、その作製と最適化を行う。この段階では、人工生体膜シール微小井戸構造のギガオームシール（イオンチャネルは含まない）を確認し、装置セットアップの確認と最適化を行う。上述したデバイス作製技術とデバイス測定技術との融合により、多チャンネル計測の実現を目指す。
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