培養系における神経細胞とシナプス結合の幾何学的制御

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09780820
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: 松澤 美恵子 理化学研究所, エキゾチック・ナノ材料研究チーム, 基礎科学特別研究員 (00291089)
• キーワード: 神経細胞 / 化学修飾 / リソグラフィー / 海馬組織 / 神経突起 / パターン化 / 初代培養 / シナプス結合

研究概要

本研究は、哺乳類の中枢神経組織の一部である海馬組織の神経細胞を使い、初代培養下で幾何学的に簡素なシナプス結合を構築していくことを目的とした。そのためには、培養下において幾何学的に海馬細胞の成長・神経突起の伸長を制御させていく必要がある。申請者は、海馬細胞が脳内に持つ独自の形態に注目しつつ培養基板を使った外部的な幾何学操作を細胞に施すことにした。培養基板には、脳内に由来する生理活性分子を化学修飾法とマイクロ加工技術を利用することによりパターン化結合させた有機薄膜を用いた。有機薄膜の物理化学的な性質・幾何学パターン変えることにより、神経細胞の成長形態には様々な変化が見られた。また、時間欠ビデオシステムの利用により細胞体から伸長する神経突起の伸長方向や動きに培養基板が及ぼす効果を調べながら、海馬神経細胞を使ったシナプス結合に最も適した幾何学的なパターンを検討した。幾何学的制御を受けながら培養下で形成された神経細胞集合体は、実際の神経組織で見られるものとは異なるものの、神経組織の成長を細胞レベルまたは分子レベルで調べていく上で神経科学の研究に役立つことと思える。ただし、本研究は、工学的な立場に立っての神経科学研究へのアプローチであり、神経系の形成の仕組を解明しようとするものではない。本研究で試作される幾何学的に簡素化された神経細胞とそれらが作るシナプス結合を実験ルーツとして後の電気生理学的研究に使うことにより、シナプス形成過程における生物物理学的な知見が比較的容易に得られることと期待する。

研究成果

• [文献書誌] Meiko Matsuzawa: "A biocompatible interface for the geometrical guidance of central neurons in vitro." Journal of Colloid and Interface Science. (1998)
• [文献書誌] Mieko Matsuzawa: "Novel neuronal activities of a developmentally regulated protein,midkine,were examined on embryonic cerebellar neurons" Molecular and Cellular Neuroscience. (1998)
• [文献書誌] Mieko Matsuzawa: "A molecular gradient along the axon pathway is not required for axon guidance." Journal of Neuroscience Research. (1998)
• [文献書誌] Dierk Beyer: "Thin Polymer layers as supports for hippocampal cell cultures." Longmuir. (1998)
• [文献書誌] Mieko Matsuzawa: "Micropatterning of neurons using organic substrates in culture" Thin Solid Films. 305・1-2. 74-79 (1997)
• [文献書誌] Andreas Offenhausser: "Electrophysiological developmet of hippocampal neurons grown on thin film substrates." Neuroscience Letters. 223. 9-12 (1997)