2013 Fiscal Year Annual Research Report
集光レーザー摂動による神経細胞ネットワークダイナミクスの解明
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25700031
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
細川 千絵 独立行政法人産業技術総合研究所, 健康工学研究部門, 主任研究員 (60435766)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 神経細胞 / 光ピンセット / フェムト秒レーザー / ナノバイオ / 蛍光解析 |
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| Research Abstract |
本研究では、集光レーザービームの光摂動技術を神経細胞内分子動態の能動操作に応用し、摂動に伴い変化する神経細胞ネットワークの時空間ダイナミクスを明らかにする。レーザー光摂動を用いて神経細胞のシナプス結合部位に局在する機能分子集合体を操作し、神経細胞の脱分極過程を操作する技術を開発することにより、レーザー摂動による神経細胞ネットワークの時空間制御を実証する。本年度は、現有装置に蛍光イメージング用CMOSカメラ、および顕微鏡用XY軸自動ステージを導入し、レーザー光源を組み込んだ顕微蛍光解析システムを構築した。開発したシステムを用いて、光ピンセットによる細胞内分子集合操作、および集光フェムト秒レーザーを用いた単一神経細胞の光刺激手法の評価を進めた。ラット海馬培養神経細胞表面に局在する神経細胞接着分子NCAMを量子ドットにより可視化し、細胞表面に光ピンセット用近赤外レーザーを集光したところ、レーザー集光領域において量子ドット標識NCAMが光捕捉され、集合する過程を蛍光解析により明らかにした。さらに、フェムト秒レーザー光刺激に伴い変化する、神経細胞ネットワークの蛍光カルシウムイメージング測定手法を改良し、240μm×240μm領域の蛍光像を10 ms毎に取得し、広範囲、高時間分解計測を可能とした。単一神経細胞にフェムト秒レーザーを集光すると、レーザーを照射した細胞体において細胞内カルシウムイオン濃度の一過的な上昇が確認されたのに引き続き、近接する細胞においても蛍光強度の増加が確認され、神経活動の伝搬がレーザー照射に伴い誘発されることを見出した。
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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
本年度の研究実施計画に基づいて研究が遂行され、構築した顕微蛍光解析システムを用いて神経細胞表面に局在する分子群の光捕捉、集合過程を蛍光解析により明らかにした。また、フェムト秒レーザー光刺激が近接する神経細胞の神経活動の伝搬を誘発することを明らかにした。以上の成果から、本年度は研究計画に沿って順調に研究が進展したと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に得られた知見を基にして、集光レーザー摂動による神経細胞内分子動態の蛍光解析を引き続き行う。神経シナプス領域に局在する分子群を対象とし、蛍光標識による可視化を行い、細胞表面においてレーザー摂動に伴い変化する分子動態の蛍光解析を進める。また、神経細胞のフェムト秒レーザー光刺激に関しては、レーザー光源を改良し、光強度を増大することにより、細胞の光刺激に最適な条件について検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本研究に関わる経費の削減、および効率的な使用により生じた。
翌年度分として請求した研究費と合わせることにより、次年度においてレーザー光源の改良を予定している。
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Research Products
(18 results)
