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人工網膜移植における細胞外電流刺激波形の最適化:電気生理学実験と計算論的解析

研究課題

研究課題/領域番号 17700398
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関熊本大学

研究代表者

林田 祐樹  熊本大学, 大学院自然科学研究科, 助教授 (10381005)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2006年度: 300千円 (直接経費: 300千円)
2005年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
キーワード人工網膜移植 / 哺乳類 / 網膜神経節細胞 / 細胞単離法 / 細胞外電流刺激 / パッチクランプ法 / 計算機シミュレーション / 白色雑音解析
研究概要

近年,網膜光受容細胞の変性により失明した患者に対し,生残する他の網膜神経細胞を人工的な電気刺激により賦活することで視覚機能の一部を復活させようとする,いわゆる人工網膜移植が注目され,欧米各国及び日本でも臨床試験が実施されている。しかし,先行研究で用いられてきた細胞外電流刺激は,単純な矩形波や正弦波のパルス状波形であり,しかもその1パルス分の電流量と電荷密度は,電極用金属素材の電気化学的な使用可能限界や,神経組織に対する安全限界を上回っている例がほとんどである。そこで本研究では,刺激電流量の低減を目指し,網膜神経節細胞の活動電位発火を惹起するうえで最も効率の良い細胞外電流刺激のテンプレート波形の設計を試みた。
本年度は,1:昨年度得られた生理学実験データを精査し,その結果を国際会議および国内会議で発表した。2:昨年度と同様の電気生理学実験を続け,(1)単純な矩形波を用いた場合でも,その正極性と負極性のパルスの組み合わせタイミングを適切に変えることで,活動電位惹起の閾電流量を50%以下まで低減できること,(2)白色雑音解析法により求めた活動電位惹起の最適刺激波形(1次項)は,指数関数的な時間変化形状であり,またそれが細胞個体には殆ど依存しないこと,などを見出した。3:昨年度構築した神経節細胞のバイオフィジックスモデルを用いた計算機シミュレーションの結果,(1)上記2-(2)で実験的に求めた最適刺激波形が,細胞モデルに対して得られたものと定量的に一致すること,(2)点状の極めて小さい刺激電極を用いると,刺激に対して活動電位発火が最初に惹起される細胞上の部位は,電極と細胞との3次元的位置関係に強く依存し,場合によっては細胞体ではなく軸索上が最初の活動電位発火位置となってしまうこと,などが分かった。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (6件)

  • [雑誌論文] 細胞外電流刺激に対する網膜神経節細胞の空間的応答特性-バイオフィジックスモデルを用いたシミュレーション解析2007

    • 著者名/発表者名
      小佐井貴雄, 林田祐樹, 村山伸樹
    • 雑誌名

      信学技報 106・506

      ページ: 57-60

    • NAID

      10018502545

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Neuro-Interface : Expecting Nanofabrication.2006

    • 著者名/発表者名
      T.Motomura, Y.Hayashida, Y.Morinaga, N.Murayama
    • 雑誌名

      2006 International Symposium on Nano Science and Technology

      ページ: 32-33

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of extracellular electrical stimulation on spike firing of the ganglion cells isolated from mammalian retina.2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Hayashida, T.Motomura, Y.Morinaga, N.Murayama
    • 雑誌名

      Clinical Neurophysiology 117・sup.1

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Vibrodissociation of rat retinal ganglion cells attached with inhibitory synaptic boutons.2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Hayashida, T.Motomura, N.Murayama
    • 雑誌名

      Investigative Ophthalmology & Visual Neuroscience 47

      ページ: 3763-3763

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 人工網膜移植におけるスパイク誘発の為の最適刺激波形の検討2006

    • 著者名/発表者名
      本村珠美, 林田祐樹, 森永悠司, 村山伸樹
    • 雑誌名

      臨床神経生理学 34・5

      ページ: 457-457

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 細胞外電流刺激に対する単一網膜神経節細胞の膜電位応答2006

    • 著者名/発表者名
      林田祐樹, 本村珠美, 森永悠司, 村山伸樹
    • 雑誌名

      第21回生体・生理工学シンポジウム論文集

      ページ: 127-130

    • NAID

      10018648326

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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