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Rewiring the brain: remote-controlled axon guidance by magnetic nanoparticles to improve Parkinson's therapies

研究課題

研究課題/領域番号 22K06430
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分46010:神経科学一般関連
研究機関京都大学

研究代表者

Raudzus Fabian  京都大学, 医学研究科, 助教 (10906358)

研究分担者 土井 大輔  京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点講師 (10587851)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022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Parkinson's Disease / Magnetic Nanoparticle / Cell Replacment / Stem Cells / Dopaminergic Neurons / Dopaminergic neurons / Stem cells (iPSCs) / Magnetic nanoparticles / Halbach magnet / Axon guidance / CNS regeneration / Parkinson's disease / Nanotechnology / Cell Replacement Therapy / Magnetic Nanoparticles / Pluripotent Stem Cells / Neuronal Regeneration
研究開始時の研究の概要

To rewire the brain, we aim for the remote-controlled guidance of neurite growth by magnetic nanoparticles (MNPs). When an external magnetic field is applied, these MNPs generate forces at the cell membrane which promote neurite growth and increase neurite extension in the direction of the magnetic field.
The aim is to adept this system for single induced dopaminergic neurons and neurospheres. We will use the obtained knowledge and transplant the MNP-loaded neurospheres in Parkinson’s disease model rats to rewire the disconnected brain regions.

研究実績の概要

In the FY2023, large efforts were made towards the magnetic manipulation of nanoparticle-loaded dopaminergic neurospheres. In close collaboration with the Raffa Lab (Pisa, Italy) we were able to show the asymmetric neurite growth in direction of the magnetic field.
As the transition to animal models requires further optimization, we performed the magnetic manipulation in ex vivo cultures. These cultures are 350 um thick sections of the mouse brain. Nanoparticle=loaded spheres were grafted into these ex vivo cultures. We were able to see neurite growth in the direction of the magnetic field.
In summary, in the FY2023, we were able to translate our approach to the neurosphere model and were able to show that the stretch growth is still presence in an organotypic environment.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

As mentioned above, we were able to tackle the two major points proposed for FY2023. On the one hand, the magnetic manipulation of neurospheres was done. On the other hand, the first step towards the application of our approach in vivo was tested. Now, the actual application in vivo can be tested.

今後の研究の推進方策

The first step is generating more data with our neurosphere and ex vivo ex vivo model. After optimizing the parameters, we can translate the approach to the animal model. Here, the biggest task is to finalize designing an appropriate magnetic applicator.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2022 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] University of Pisa/Vittoria Raffa Lab(イタリア)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Johannes Gutenberg University Mainz/Peter Bluemler(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Ruhr University Bochum/Rolf Heumann(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Johannes Gutenberg University Mainz(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Universita' Degli Studi Di Pisa(イタリア)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] A comprehensive approach to characterize navigation instruments for magnetic guidance in biological systems2024

    • 著者名/発表者名
      Bluemler Peter、Raudzus Fabian、Schmid Friederike
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 号: 1 ページ: 7879-7879

    • DOI

      10.1038/s41598-024-58091-x

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Optimization of Cell Replacement Therapies in the CNS: Magnetic Nanoparticles and Signaling Pathway Modulation2024

    • 著者名/発表者名
      Fabian Raudzus
    • 学会等名
      Seminar of the Biology Institute, University of Pisa, Italy
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Optimization of Cell Replacement Therapies in the CNS: Magnetic Nanoparticles and Signaling Pathway Modulation2024

    • 著者名/発表者名
      Fabian Raudzus
    • 学会等名
      Seminar at the Max Planck Institute of Biochemistry, Martinsried, Germany
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spatiotemporal control of RAS pathway activation by biofunctionalized nanoparticles for guided neurite growth, maturation, and regeneration2022

    • 著者名/発表者名
      Fabian Raudzus (presenter), Hendrik Schoeneborn, Sebastian Neumann, Hiromasa Adachi, Emilie Secret, Oliver Brylski, Christine Menager, Jean-Michel Siaugue, Rolf Heumann, Jun Takahashi
    • 学会等名
      Horizons in Neuroscience: Organoids, Optogenetics and Remote Control - German Society for Biochemistry and Molecular Biology (GBM e.V.)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Neue Ansaetze aus Bochum zur Optimierung von Zellersatztherapien bei Morbus Parkinson in Kyoto2022

    • 著者名/発表者名
      Fabian Raudzus
    • 学会等名
      30th Anniversary of Biochemistry - Ruhr-University Bochum
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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