2019 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロデバイスを用いた軸索における伝導調節機構のモデル化
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing |
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| Project/Area Number |
19H05323
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
榛葉 健太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80792655)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 軸索 / マイクロ加工 / 髄鞘 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では 末梢神経細胞および中枢神経細胞において 軸索の伝導特性変化を実験的に測定し軸索の情報処理モデルを構築することを目的とした．マイクロデバイスの構造を最適化することで，感覚神経細胞と中枢神経細胞の軸索について，髄鞘形成による長期的変化，および活動依存性の短期的変化を実験的に計測する．さらに，各種イオンチャネルに対する選択的阻害剤を用いて伝導特性におけるイオンチャネルの寄与度を評価する．
初年度にあたる本年度は，基盤技術の構築を行った．具体的には，高密度に電極を配置した計測装置を用いて末梢神経細胞の軸索から活動を計測するための方法，および軸索に対して選択的に薬理刺激を印加するための方法を開発した．
ラットより採取した末梢神経細胞を基板上に培養した．神経細胞に対して薬理刺激を行い活動を誘発させた．細胞体における活動をトリガとして軸索の伝導を高精度に計測できることを示した．また，軸索に対して髄鞘を形成する機能を有するシュワン細胞を共培養し，軸索の伝導特性を評価した．結果，今回の計測基板を用いることで軸索の伝導特性を計測できることが示された．
マイクロ加工技術を用いて軸索に対して選択的に薬理刺激を行うためのデバイスを開発した．ラット大脳皮質より採取した神経細胞の軸索にNaチャネルの阻害剤を様々な濃度で添加することで，濃度依存的に伝導時間が延長することが示され，デバイスの有効性が示された．さらに，Naチャネルのサブタイプ特異的な阻害剤の印加により，大脳皮質の無髄軸索において多く発現するNaチャネルの種類を特定した．
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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
本年度で基盤技術となる，高精度な軸索からの活動計測技術，および軸索に対して選択的に薬理刺激を行うためのマイクロデバイスの開発に成功した．これら技術は，来年度の研究において必須となる技術であり，本研究開発の核となる部分である．それらが早期に開発できたことで，来年度の研究が飛躍的に進むと考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は，開発したデバイスを用いて軸索の伝導特性を長期的・短期的に計測する．また，電気刺激も並行して行い，発火頻度に依存した伝導特性の評価を計測する．以上のデータを基にNEURONシミュレータにより軸索の伝導特性モデルを構築する．
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] Functional Scaffolding for Brain Implants: Engineered Neuronal Network by Microfabrication and iPS Cell Technology2019
Author(s)
Kenta Shimba, Chih-Hsiang Chang, Takahiro Asahina, Fumika Moriya, Kiyoshi Kotani, Yasuhiko Jimbo, Arseniy Gladkov, Oksana Antipova, Yana Pigareva, Vladimir N. Kolpakov, Irina Mukhina, Victor B. Kazantsev, Alexey Pimashkin
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Journal Title
Frontiers in Neuroscience
Volume: 13
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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