高効率液中表面改質法による機能的神経回路のin vitro再構成

• 研究課題/領域番号: 25880021
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生命・健康・医療情報学
• 研究機関: 東北大学 (2014); 早稲田大学 (2013)
• 研究代表者: 山本 英明 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (10552036)
• 研究期間 (年度): 2013-08-30 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013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: 神経細胞 / 自己組織化単分子膜 / 酸化チタン / TiO2 / 表面改質 / バイオインターフェース / Si-tag / RPL2

研究成果の概要

細胞培養液中で基板表面の細胞親和性を局所的に改質することにより，神経細胞の突起伸長経路を制御できる．これまでに，酸化チタン（TiO2）の光触媒作用を活用して，表面の細胞接着阻害膜を培養液中において分解除去し，そこに足場タンパク質を物理吸着させることで，細胞を液中パターニングできることを示してきた．しかし，神経細胞への応用を試みたところ，足場タンパク質の安定性が不十分で，細胞を接着させることができなかった．そこで，ribosomal protein L2 (Si-tag)をリンカーとして用いることで，タンパク質を被改質領域に安定に固定し，その領域に初代神経細胞を選択的に接着させることを試みた．

研究成果

• [雑誌論文] Photopatterning Proteins and Cells in Aqueous Environment using TiO2 Photocatalysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto H, Demura T, Sekine K, Kono S, Niwano M, Hirano-Iwata A, Tanii T
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: 0000
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface modification of cell scaffold in aqueous solution using TiO2 photocatalysis and linker protein L2 for patterning primary neurons (2015)
  • 著者名/発表者名: Sekine K, Yamamoto H, Kono S, Ikeda T, Kuroda A, Tanii T
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 0000
  • NAID: 130005068495
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In situ modification of cell-culture scaffolds by photocatalytic decomposition of organosilane monolayers (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto H, Demura T, Morita M, Kono S, Sekine K, Shinada T, Nakamura S, Tanii T
  • 雑誌名: Biofabrication 巻: 6 号: 3 ページ: 035021-035021
  • DOI: 10.1088/1758-5082/6/3/035021
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In situ laser micropatterning of proteins for dynamically arranging living cells (2013)
  • 著者名/発表者名: *Kazunori Okano, Ai Matsui, Yasuyo Maezawa, Ping-Yu Hee, Mie Matsubara, Hideaki Yamamoto, Yoichiroh Hosokawa, Hiroshi Tsubokawa, Yaw-Kuen Li, Fu-Jen Kao, Hiroshi Masuhara
  • 雑誌名: Lab Chip. 巻: Vol. 13, No. 20 号: 20 ページ: 4078-4086
  • DOI: 10.1039/c3lc50750e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving zero-mode waveguide structure for enhancing signal-to-noise ratio of real-time single-molecule fluorescence imaging: a computational study. (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanii T, Akahori R, Higano S, Okubo K, Yamamoto H, Ueno T, Funatsu T.
  • 雑誌名: Phys Rev E 巻: 88 号: 1 ページ: 12727-12727
  • DOI: 10.1103/physreve.88.012727
  • 査読あり
• [雑誌論文] 機能性分子のナノパターニングによる生体分子検出と細胞操作 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本英明, 谷井孝至
  • 雑誌名: Molecular Electronics and Bioelectronics 巻: 24 ページ: 1-1
• [学会発表] 有機シラン単分子膜パターンへの接着差を用いた癌細胞の選別 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹内祐子, 柿沼瑛介, 坂本留実, 山本英明, 佐藤裕子, 谷井孝至
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学, 神奈川
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] 溶液塗布法による有機強誘電体薄膜（PVDF薄膜）の成膜 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中山貴裕, 今井裕司, 馬 騰, 山本英明, 平野愛弓, 庭野道夫
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学, 神奈川
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] 規則ナノ細孔を有する多孔質薄膜を用いたナノバブル発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 齋藤栄幸, 馬 騰, 山本英明, 平野愛弓, 庭野道夫
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学, 神奈川
  • 年月日: 2015-03-13
• [学会発表] マイクロパターン基板上の単一神経細胞間に形成されるシナプスの解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高沖英里, 山本英明, 松村亮佑, 桂林秀太郎, 平野愛弓, 庭野道夫
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学, 神奈川
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] マイクロパターン神経細胞回路の活動様式に関する理論的考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 千田雄大, 山本英明, 平野愛弓, 石原広識, 藤森壮也, 谷井孝至, 久保田 繁, 庭野道夫
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学, 神奈川
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] モレキュラービーコンを用いた1分子FRET計測系の構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 和泉聡志, 大久保幸太朗, 櫛田昂歳, 山本英明, 谷井孝至
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学, 神奈川
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] 溶液塗布法による有機強誘電体薄膜（PVDF薄膜）の成膜と圧力センサへの応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中山貴裕, 今井裕司, 馬 騰, 山本英明, 平野愛弓, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成26年度日本表面科学会東北・北海道支部講演会
  • 発表場所: 北海道大学, 北海道
  • 年月日: 2015-03-10
• [学会発表] 規則ナノ細孔を有する多孔質薄膜を用いたナノバブル発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 齋藤栄幸, 馬 騰, 山本英明, 平野愛弓, 庭野道夫
  • 学会等名: 平成26年度日本表面科学会東北・北海道支部講演会
  • 発表場所: 北海道大学, 北海道
  • 年月日: 2015-03-10
• [学会発表] Recording activities of ion channel proteins in microfablicated silicon chips (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Hirano-Iwata, Y. Ishinari, H. Yamamoto, Y. Kimura, M. Niwano
  • 学会等名: 6th International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] Generation of nano-bubbles by a porous film with ordered nanoholes (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Saito, T. Ma, H. Yamamoto, A. Hirano-Iwata, M. Niwano
  • 学会等名: 6th International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-03-03
• [学会発表] Chronoamperometric recording of released glutamate after induction of long-term potentiation (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumura, A. Hirano-Iwata, H. Yamamoto, M. Niwano
  • 学会等名: 6th International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-03-03
• [学会発表] Single-cell micropatterning techniques for engineering neuronal networks in vitro (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Yamamoto, A. Hirano-Iwata, M. Niwano, T. Tanii
  • 学会等名: 3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-02-18
• [学会発表] Functional reconstitution of ion channels in artificially formed bilayer lipid membranes (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Hirano-Iwata, Y. Ishinari, H. Yamamoto, Y. Kimura, M. Niwano
  • 学会等名: 3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-02-18
• [学会発表] Immunocytochemical analysis of synaptogenesis in micropatterned hippocampal neurons (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Takaoki, H. Yamamoto, R. Matsumura, S. Katsurabayashi, A. Hirano-Iwata, M. Niwano
  • 学会等名: 3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-02-18
• [学会発表] Chronoamperometric recording of increased glutamate release after induction of long-term potentiation in mouse hippocampal slices (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumura, A. Hirano-Iwata, H. Yamamoto, M. Niwano
  • 学会等名: 3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-02-18
• [学会発表] Computational modeling of the spontaneous activity in micropatterned neuronal networks (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Chida, H. Yamamoto, A. Hirano-Iwata, K. Ishihara, S. Fujimori, T. Tanii, S. Kubota, M. Niwano
  • 学会等名: 3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-02-18
• [学会発表] Recording activities of cardiomyocyte channels in microfablicated silicon chips (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishinari, A. Hirano-Iwata, H. Yamamoto, Y. Kimura, M. Niwano
  • 学会等名: 3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 発表場所: Tohoku Univ., Sendai
  • 年月日: 2015-02-18
• [学会発表] Adhesibility-Dependent Cell Sorting Using Organosilane Monolayer Template and Green-Tea Epigallocatechin Gallate (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Sakamoto, E. Kakinuma, Y. Takeuchi, H. Yamamoto, T. Tanii
  • 学会等名: 5th International Symposium on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structural Metallic and Inorganic Materials (AMDI-5)
  • 発表場所: 東京医科歯科大学, 東京
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] In Situ Modification of Cell-Culture Scaffolds by Photocatalytic Decomposition of Organosilane Monolayers on Titanium Dioxide (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kono, H. Yamamoto, K. Sekine, T. Tanii
  • 学会等名: 5th International Symposium on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structural Metallic and Inorganic Materials (AMDI-5)
  • 発表場所: 東京医科歯科大学, 東京
  • 年月日: 2014-11-19
• [学会発表] Optimization of micropattern geometry for long-term culture of isolated neurons and identification of excitatory-inhibitory cell types (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Yamamoto, S. Kono, T. Kushida, A. Hirano-Iwata, M. Niwano, T. Tanii
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: Washington, DC, USA
  • 年月日: 2014-11-18
• [学会発表] 微細加工シリコン基板とイオンチャネルの融合 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石成 裕, 平野愛弓, 山本英明, 木村康男, 庭野道夫
  • 学会等名: 第34回表面科学学術講演会
  • 発表場所: くにびきメッセ, 島根
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] Microfabricated Si Chips for Reconstitution of Ion Channel Proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Hirano-Iwata, Y. Ishinari, H. Yamamoto, Y. Kimura, M. Niwano
  • 学会等名: 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
  • 発表場所: Shimane Prefectural Convention Center, Shimane
  • 年月日: 2014-11-05
• [学会発表] Fabrication of micropattered substrate for live-cell, label free identification of excitatory-inhibitory neurons (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kono, T. Kushida, H. Yamamoto, T. Tanii
  • 学会等名: 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
  • 発表場所: Shimane Prefectural Convention Center, Shimane
  • 年月日: 2014-11-04
• [学会発表] Surface modification in aqueous solution using TiO2 photocatalysis and a linker protein L2 for patterning primary neurons (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sekine, H. Yamamoto, S. Kono, T. Ikeda, A. Kuroda, T. Tanii
  • 学会等名: 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
  • 発表場所: Shimane Prefectural Convention Center, Shimane
  • 年月日: 2014-11-03
• [学会発表] Interference between Chronoamperometric L-Glutamate Currents and Simultaneously Recorded Field Excitatory Postsynaptic Potentials (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Matsumura, A. Hirano-Iwata, H. Yamamoto, M. Niwano
  • 学会等名: 7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
  • 発表場所: Shimane Prefectural Convention Center, Shimane
  • 年月日: 2014-11-03
• [学会発表] 培養神経細胞・神経回路操作のための表面マイクロ加工技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本英明, 谷井孝至, 庭野道夫, 平野愛弓
  • 学会等名: 第52回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター, 北海道
  • 年月日: 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] グルタミン酸電流と興奮性シナプス後電位の同時測定法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松村亮佑，平野愛弓，山本英明，庭野道夫
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学, 北海道
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] 有機シラン単分子膜パターン基板を用いたモジュール構造型培養神経回路の構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石原広識，藤森壮也，山本英明，谷井孝至
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学, 北海道
  • 年月日: 2014-09-19
• [学会発表] ナノスリット導波路を用いた細胞内生体分子のリアルタイム蛍光イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 大久保幸太朗，櫛田昂歳，和泉聡志，山本英明，谷井孝至
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学, 北海道
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] マイクロ加工基板を用いた興奮性/抑制性神経細胞判別法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 河野 翔, 櫛田昂歳, 山本英明, 谷井孝至
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] マイクロコンタクトプリンティング法による培養マウス海馬神経細胞の軸索誘導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高沖英里, 山本英明, 桂林秀太郎, 木村康男, 平野愛弓, 庭野道夫
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川
  • 年月日: 2014-09-13
• [学会発表] 有機単分子膜パターンを用いた細胞接着制御と評価
  • 著者名/発表者名: 谷井孝至, 山本英明
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 青山大学, 神奈川
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化チタンの光触媒能とリンカータンパク質RPL2を活用した神経細胞パターニング
  • 著者名/発表者名: 関根浩平, 山本英明, 池田 丈, 黒田章夫, 谷井孝至
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 青山大学, 神奈川
• [学会発表] マイクロパターン上での培養による興奮性-抑制性神経細胞の非標識判別
  • 著者名/発表者名: 櫛田昂歳, 河野 翔, 山本英明, 谷井孝至
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 青山大学, 神奈川
• [学会発表] マイクロパターン上への細胞接着過程のタイムラプス解析 －緑茶カテキンを含む培養液中でのがん細胞と正常細胞の比較－
  • 著者名/発表者名: 坂本留実, 益田顕太朗, 柿沼瑛介, 伊藤耕作, 池滝健太郎, 松崎賢寿, 吉川洋史, 中林誠一郎, 山本英明, 佐藤裕子, 谷井孝至
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春期学術講演会
  • 発表場所: 青山大学, 神奈川
• [学会発表] 表面ナノ改質技術を活用した培養神経回路の構造･機能制御
  • 著者名/発表者名: 山本英明, 谷井孝至
  • 学会等名: 生物物理学会北海道支部 支部講演会
  • 発表場所: 北海道大学, 北海道
  • 招待講演
• [学会発表] Intrinsic activity of defined neuronal networks in culture
  • 著者名/発表者名: H. Yamamoto, T. Tanii
  • 学会等名: 2nd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 発表場所: Tohoku Univ., Miyagi
• [学会発表] Live-cell, label-free identification of excitatory-inhibitory neurons in culture using surface micropatterns
  • 著者名/発表者名: S. Kono, H. Yamamoto, T. Kushida, T. Tanii
  • 学会等名: 2nd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
  • 発表場所: Tohoku Univ., Miyagi
• [学会発表] Application of surface modification techniques in cancer and neuroscience research
  • 著者名/発表者名: T. Tanii, H. Yamamoto
  • 学会等名: ISET '13
  • 発表場所: Nagoya Univ., Aichi
  • 招待講演
• [学会発表] Directing axon-dendrite polarity of cultured hippocampal neurons with surface micropatterns
  • 著者名/発表者名: H. Yamamoto, S. Kono, T. Demura, M. Morita, G. Banker, T. Tanii, S. Nakamura
  • 学会等名: Neuroscience 2013
  • 発表場所: San Diego, CA
• [学会発表] Green-tea catechin alters the adhesion state in cancer cells, but not in normal cells
  • 著者名/発表者名: K. Masuda, E. Kakinuma, R. Sakamoto, K. Ito, K. Iketaki, T. Matsuzaki, H. Yoshikawa, S. Nakabayashi, H. Yamamoto, H. T. Chi, Y. Sato, T. Tanii
  • 学会等名: 5th Int. Conf. on O-CHA (Tea) Culture and Science (ICOS 2013)
  • 発表場所: Granship, Shizuoka
• [学会発表] Suppressive effect of epigallocatechin-3-gallate on adhesion of metastatic cancer cells studied by reflection interference contrast microscopy measurement of micropatterned cells
  • 著者名/発表者名: R. Sakamoto, K. Masuda, E. Kakinuma, K. Ito, K. Iketaki, T. Matsuzaki, H. Yoshikawa, S. Nakabayashi, H. Yamamoto, Y. Sato, T. Tanii
  • 学会等名: 5th Int. Conf. on O-CHA (Tea) Culture and Science (ICOS 2013)
  • 発表場所: Granship, Shizuoka
• [学会発表] マイクロ加工基板上での単一神経細胞の長期培養
  • 著者名/発表者名: 河野翔, 山本英明, 森田麻裕, 谷井孝至
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学, 京都
• [学会発表] リアルタイム一分子蛍光イメージング法のSN比を向上するゼロモード導波路の設計
  • 著者名/発表者名: 大久保 幸太朗，日向野 駿，上野 太郎，船津 高志，山本 英明，谷井 孝至
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学, 京都
• [学会発表] 有機シラン単分子膜パターン基板を用いた癌細胞の接着能評価
  • 著者名/発表者名: 柿沼 瑛介，益田 顕太朗，坂本 留実，伊藤 耕作，松崎 賢寿，吉川 洋史，中林 誠一郎，山本 英明，品田 賢宏，佐藤 裕子，谷井 孝至
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学, 京都
• [備考] 東北大学学際科学フロンティア研究所 研究者紹介ページ
  • URL: http://www.fris.tohoku.ac.jp/fris/organization/creative/yamamotoHideaki.html