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低線量・低侵襲化を目的としたX線光遺伝学法の開発とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K22680
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0704:神経科学、ブレインサイエンスおよびその関連分野
研究機関藤田医科大学 (2021)
名古屋大学 (2020)

研究代表者

松原 崇紀  藤田医科大学, 医学部, 助教 (50884475)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード光遺伝学 / X線 / シンチレータ / ドーパミン神経 / ドパミン神経 / シンチレータマイクロ粒子 / ChRmine / ドーパミン
研究開始時の研究の概要

「光遺伝学」は、光感受性タンパク質(オプシン)分子を特定細胞に発現させ、光照射により細胞機能変化を誘導する技術である。しかしながら、可視光領域の刺激光を用いるため、その組織透過性が低く、脳深部組織への適用が困難である。この問題を克服するため、我々は生体透過性が極めて高いX線とX線を可視光へと変換するシンチレータ(Ce:GAGG)を用いた新規な光操作法を開発した。本手法の現時点での問題点は、実験動物に対する組織侵襲と被爆放射線量の大きさである。そこで、本研究では、Ce:GAGG粒子や高光感受性オプシンを用いて極めて低侵襲・低線量な遠隔的神経活動操作法を世界に先駆けて確立する。

研究成果の概要

生体透過性の極めて高いX線とX線を可視光に変換させることのできるシンチレータ(Ce:GAGG)を用いて、脳深部のワイアレス・ファイバーレス光遺伝学法を開発した(Matsubara et al., Nat.Communi.2021)。オプシンを発現させた神経細胞周囲にシンチレータを注入することで、X線照射による神経活動を惹起し、神経細胞に特異的な行動を引き起こすことに成功した。本研究では高光感受性オプシン、粒子状のシンチレータ、X線のパルス照射を用いることで、脳組織に対する侵襲性およびX線の被曝量を低減させることに成功した。この技術は、将来的に様々な基礎研究や臨床治療に役立つことが期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光遺伝学は、光感受性タンパク質を特定の細胞に発現させ、可視光を用いて神経活動を自由に操作できる方法である。しかしながら、可視光の生体透過性は極めて低いため、目的部位が深部の場合は光ファイバーを脳内に挿入する必要があり、脳組織の侵襲や行動制限を伴う。生体透過性が極めて高いX線を用いることで、それらの問題点を解決することができる。また、X線の特性から大型の実験動物や鳥類、霊長類にも応用可能である。従って、この技術は制限のない状態で動物の行動観察や神経活動操作を可能にし、神経科学の研究を広く進展させることができる。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Remote control of neural function by X-ray-induced scintillation2021

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Takanori、Yanagida Takayuki、Kawaguchi Noriaki、Nakano Takashi、Yoshimoto Junichiro、Sezaki Maiko、Takizawa Hitoshi、Tsunoda Satoshi P.、Horigane Shin-ichiro、Ueda Shuhei、Takemoto-Kimura Sayaka、Kandori Hideki、Yamanaka Akihiro、Yamashita Takayuki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 4478-4478

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24717-1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Remote control of neural function by X-ray-induced scintillation2020

    • 著者名/発表者名
      Matsubara Takanori、Yanagida Takayuki、Kawaguchi Noriaki、Nakano Takashi、Yoshimoto Junichiro、Sezaki Maiko、Takizawa Hitoshi、Tsunoda Satoshi P.、Horigane Shin-ichiro、Ueda Shuhei、Takemoto-Kimura Sayaka、Kandori Hideki、Yamanaka Akihiro、Yamashita Takayuki
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: 1-31

    • DOI

      10.1101/798702

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Safe application of X-ray-mediated optogenetics2021

    • 著者名/発表者名
      Takanori Matsubara, Takayuki Yanagida, Noriaki Kawaguchi, Takashi Nakano, Maiko Sezaki, Hitoshi Takizawa, Takayuki Yamashita
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会 CJK第1回国際会議
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] シンチレータ・マイクロ粒子を用いた遠隔的神経機能操作法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      松原崇紀, 柳田健之, 河口範明, 中野高志, 瀬崎真衣子, 滝澤仁, 山中章弘, 山下貴之
    • 学会等名
      第67回 中部日本生理学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-09-29   更新日: 2023-01-30  

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