2013 Fiscal Year Research-status Report
半導体表面上の人工神経細胞回路網構築と神経信号伝達計測
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25600071
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
庭野 道夫 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (20134075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 康男 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (40312673)
平野 愛弓 東北大学, 医工学研究科, 准教授 (80339241)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | バイオエレクトロニクス / 人工神経回路網 / 基板表面 / パターニング |
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| Research Abstract |
本研究では、申請者らが培ってきた半導体表面・界面のナノ構造設計・計測技術に基づき、半導体表面上に、神経細胞の二次元配列培養と極性制御（軸索と樹状突起の成長方向制御）によって可塑性機能を付与した人工神経細胞回路網（脳の高次機能を維持しつつ可能な限り簡略化したin vitroモデル実験系）を構築することを目的としている。初年度の平成２５年度は、マイクロコンタクトプリンティング法により、細胞接着領域の非対称パターンをガラス基板上に形成することにより、高い確率で海馬神経細胞の配置と極性（樹状突起および軸索の伸長方向）を制御することに成功した（論文投稿準備中）。これまでの先行研究では、その多くが神経細胞単独の培養を報告しているが、本研究ではより脳内の環境を再現するために、脳内で神経細胞と共存しているグリア細胞（アストロサイト）に着目し、アストロサイトと共培養した上での神経細胞のパターニングを行っている。また、構築した培養神経細胞回路網の神経信号伝達を評価するための測定の構築にも着手し、神経細胞への入力および細胞からの出力を記録するための電極パターンをガラス基板上に形成するところまで進捗している。さらに、ニューラルネットワーク理論に基づく神経細胞回路網のシミュレーションについても検討を開始し、視覚野神経回路におけるシナプス組織化に関するシミュレーションを行った。臨界期に見られる抑制性神経細胞の発達に注目し、抑制性神経細胞がシナプス競合を制御していること、また臨界期の開始と終了が抑制性神経細胞の発達によって引き起こされていることをシミュレーションにより明らかにした（論文投稿中）。
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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年度の実施計画項目であった、(i) 神経細胞培養基板のパターニングと表面修飾、および(ii)神経細胞培養基板上のグリア細胞と神経細胞の共培養と神経突起伸長制御については順調に進展し、グリア細胞と共培養した神経細胞の極性制御にも成功している。さらに、ニューラルネットワークシミュレーションにも着手しており、総合的にみて、おおむね順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に形成した、基板上に構築したパターニングされた神経細胞とパターニング電極とを融合させ、構築した神経回路網が示す刺激―応答特性について、評価・解析を行う。さらに、観測された神経信号特性について、シミュレーション結果との比較・検討を行い、培養神経細胞系での長期可塑性発現にむけての基礎知見を得る。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
科研費の適切な使用を心がけて節約に努めながら使用した結果、余剰が生じたため翌年度への繰越金とした。
来年度は最終年度であり、測定回数も大幅に増えると予想されるため、試薬やガラス基板等の消耗品費の増大が予想される。Ｈ２５年度の繰り越し金は、その消耗品費に充当したいと考えている。
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