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2016 年度 実績報告書

分子ボトムアップテクノロジによる神経シナプス形成

研究課題

研究課題/領域番号 15H03541
研究機関日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所

研究代表者

河西 奈保子  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主任研究員 (50393749)

研究分担者 住友 弘二  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30393747)
湊元 幹太  三重大学, 工学研究科, 准教授 (80362359)
田中 あや  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 研究主任 (80564278)
大嶋 梓  日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 研究員 (90751719)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワード人工シナプス / ナノバイオ / 神経成長制御 / 細胞接着分子 / 出芽ウィルス
研究実績の概要

本研究では、分子ボトムアップテクノロジにより神経細胞との人工的なシナプスの形成を実現することを目標とする。2016年度は以下の3点を並行して進めた。
1、神経突起のタンパク修飾基板による改変:シナプス形成因子として,神経シナプスではらたく細胞接着分子を選択し,基板上にその抗体を固定したときの神経細胞の成長に与える影響について光学顕微鏡およびSEMにより検討したところ,基板上の抗体により神経突起の形態変化が観察された。さらにピラー上に抗体を修飾した場合はピラー上の神経突起の形態に変化が確認された。また超解像顕微鏡によるタンパク発現観察のための条件検討を実施した。
2、ピラー/マイクロウェルハイブリッドチップの作製:ピラーアレイとマイクロウェルを同一基板上に形成することに成功した。電子ビーム描画・エッチング・材料の堆積技術を駆使することで,ガラスおよびシリコン基板上に,数μm直径のウェルアレイを,ピラーから数μmの位置に作製できた。
3、マイクロウェル構造へのシナプス形成因子の導入の基礎検討:細胞接着分子の2つの遺伝子産物を提示する組換えバキュロウイルスを作出した。波長の違う2種の蛍光タンパク質をそれぞれ融合・提示した出芽ウイルスを得るとともに、細胞レベルでの機能発現の検討、およびウイルス-脂質膜融合による膜への移行挙動を、人工ベシクル(リポソーム)および脂質支持膜を用いて、顕微観察した。さらに,脂質支持膜における脂質分子の側方拡散とラフト様ドメイン形成について検討した。光退色後蛍光回復法(FRAP)の解析を通して,ミクロンオーダーの微小領域における側方拡散の解析モデルを提案し,微小井戸を架橋する脂質二分子膜の解析に適用した。

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

3つの計画ともおおむね順調に進捗しており,今後はさらにそれらを融合してゆく予定である。

今後の研究の推進方策

本研究では、前述した目的を達成するために、2017年度は以下2つの計画を並行して進める。
1、神経突起の制御:細胞接着分子の効果を基礎検討するためのプラットフォームとして、ガラス基板上に作製した金パターン上に細胞接着分子を修飾し、細胞の形態変化や発現するタンパク質の解析を行う.同様にピラー上に成長した神経細胞の接着系タンパク質の発現について光学顕微鏡・超解像顕微鏡で検討する。一方、前年度作製したピラーウェルハイブリッドチップ上に神経細胞培養を行い、距離やホールサイズの最適化を行う。また、ウェル部にて機能計測を行うため、シナプス電位計測および神経伝達物質の電気化学計測が可能な電極付マイクロウェルの設計・作製について検討する。
2、細胞接着分子の脂質への導入:脂質支持膜への、膜タンパク質を提示した出芽ウィルス(BV)の融合過程解析に、昨年来実施してきた拡散解析モデルを適用し解析を行う。融合過程のAFM観察とも合わせて融合状態の理解と効率化を目指す。また、神経細胞が成長するための脂質の種類についても検討を行う。一方、BVについては、シナプス関連因子を中心に、新たな標的遺伝子を追加しつつ、ひきつづき、目的膜タンパク質を提示したBVを作製する。人工脂質膜へ導入後に、脂質膜上での分子間相互作用とダイナミクスが解析できるよう、また、再構成膜と実細胞受容体との相互作用が検討できるよう、蛍光タンパクをはじめとするいくつかのタグの導入を目指すほか、より深い機能解析を可能とする変異体作製も念頭に置く。
以上の検討により得られた結果を基にして、神経科学学会、応用物理学会、生物物理学会等の関連する国内外の会議にて発表する。膜タンパクの密度・膜タンパクの配向について引き続き検討を行う。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うちオープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 2件、 査読あり 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Nano-biointerfaces for detection and controlling of biological information2016

    • 著者名/発表者名
      Nahoko Kasai
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 84 ページ: 688-694

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.84.688

    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Mobile silk fibroin electrode for manipulation and electrical stimulation of adherent cells2016

    • 著者名/発表者名
      Tetsuhiko Teshima, Hiroshi Nakashima, Nahoko Kasai, Satoshi Sasaki, Aya Tanaka, Shingo Tsukada, Koji Sumitomo
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 26 ページ: 8185-8193

    • DOI

      10.1002/adfm.201603302

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neuronal Growth on Artifical Structures with Different Materials2016

    • 著者名/発表者名
      Nahoko Kasai, Toichiro Goto
    • 雑誌名

      NTT Technical Review

      巻: 14 ページ: -

    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Time-laps Imaging of Neural Morphological Changes Relating to Cellular Functions2016

    • 著者名/発表者名
      Aya Tanaka
    • 雑誌名

      NTT Technical Review

      巻: 14 ページ: -

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 神経細胞の培養基板との界面評価とナノ構造上の細胞成長2016

    • 著者名/発表者名
      河西奈保子 後藤東一郎
    • 雑誌名

      NTT技術ジャーナル

      巻: 28 ページ: 23-26

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 細胞機能と形態の相関解明を目指した神経細胞のライブイメージング2016

    • 著者名/発表者名
      田中 あや
    • 雑誌名

      NTT技術ジャーナル

      巻: 28 ページ: 27-30

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 弾性パターン基板上での神経細胞の成長に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      田中 あや,藤井 裕紀,手島 哲彦,河西 奈保子,岡嶋 孝治,中島 寛
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [学会発表] Formation of Suspended Lipid Bilayer over Microwells on Al2O3 Surface2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kashimura, Azusa Oshima, Hiroshi Nakashima, Koji Sumitomo
    • 学会等名
      12th International Conference on Nano-Molecular Electronics
    • 発表場所
      Kobe International Conference Center (Kobe, Hyogo)
    • 年月日
      2016-12-14 – 2016-12-16
    • 国際学会
  • [学会発表] バキュロウイルス膜融合法を用いた膜タンパク質再構成リポソームの作製と人工細胞モデルの構築2016

    • 著者名/発表者名
      中西航平, 西上美佐子, 冨田昌弘, 湊元幹太
    • 学会等名
      第6回地域イノベーション学会大会
    • 発表場所
      三重大学(三重県津市)
    • 年月日
      2016-12-03 – 2016-12-03
  • [学会発表] Preparation and purification of GUVs with a reverse-phase method2016

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hayashi, Masahiro Tomita, Kanta Tsumoto
    • 学会等名
      ISNM2016
    • 発表場所
      Auditorium of National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) (Tsukuba, Ibaraki)
    • 年月日
      2016-11-24 – 2016-11-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of membrane fusion between multicomponent protein-expressing BVs and GUVs prepared using a droplet-transfer method2016

    • 著者名/発表者名
      Misako Nishigami, Masahiro Tomita, Kanta Tsumoto
    • 学会等名
      ISNM2016
    • 発表場所
      Auditorium of National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) (Tsukuba, Ibaraki)
    • 年月日
      2016-11-24 – 2016-11-26
    • 国際学会
  • [学会発表] インテグリンを再構成した巨大組換えプロテオリポソームの調製2016

    • 著者名/発表者名
      中西航平, 西上美佐子, 冨田昌弘, 湊元幹太
    • 学会等名
      第89回日本生化学会大会
    • 発表場所
      仙台国際センター/東北大学川内北キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-09-25 – 2016-09-27
  • [学会発表] 人工脂質二分子膜の浸透圧による変形2016

    • 著者名/発表者名
      大嶋梓,樫村吉晃,住友弘二,中島 寛
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] 脂質膜でシールしたSi基板上の微小井戸におけるイオン拡散メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      樫村吉晃,大嶋梓,住友弘二,中島 寛
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] SEM Observation of Neurons for Guidance Application2016

    • 著者名/発表者名
      Nahoko Kasai, Toichiro Goto, Testuhiko Teshima, Roxana Filip, Koji Sumitomo and Hiroshi Nakashima
    • 学会等名
      KJF-ICOMEP 2016
    • 発表場所
      ACROS Fukuoka (Fukuoka, Fukuoka)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Raft Like Domain at a Lipid Bilayer Suspended over Microwells2016

    • 著者名/発表者名
      Koji Sumitomo, Azusa Oshima, Aya Tanaka, Yoshiaki Kashimura, and Yukihiro Tamba
    • 学会等名
      KJF-ICOMEP 2016
    • 発表場所
      ACROS Fukuoka (Fukuoka, Fukuoka)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanism of Ion Diffusion from/into Microwells Sealed with a Lipid Membrane2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kashimura, Azusa Oshima, Koji Sumitomo and Hiroshi Nakashima
    • 学会等名
      KJF-ICOMEP 2016
    • 発表場所
      ACROS Fukuoka (Fukuoka, Fukuoka)
    • 年月日
      2016-09-04 – 2016-09-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Neuronal patterning using nanopillar and supported lipid bilayer2016

    • 著者名/発表者名
      Nahoko Kasai, Isabel Gonzalves, Akie Watanabe, Yoshiaki Kashimura, Touichiro Goto, Aya Tanaka, Shingo Tsukada, Koji Sumitomo, Hiroshi Nakashima
    • 学会等名
      第39回神経科学大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-07-20 – 2016-07-23
  • [学会発表] Hiroshi Nakashima, Shingo Tsukada, Nahoko Kasai, Wearable bioelectrodes composed of conductive polymers and fabric textiles2016

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Nakashima, Shingo Tsukada, Nahoko Kasai
    • 学会等名
      有機バイオエレクトロニクス研究会,応用物理学会
    • 発表場所
      天童ホテル(山形県天童市)
    • 年月日
      2016-06-09 – 2016-06-10
    • 招待講演
  • [学会発表] 逆相法による巨大リン脂質ベシクルの形成と内外相の比重差を利用した単離2016

    • 著者名/発表者名
      林佑紀,冨田昌弘,湊元幹太
    • 学会等名
      第80回日本生化学会中部支部例会・シンポジウム
    • 発表場所
      三重大学講堂(三重県津市)
    • 年月日
      2016-05-21 – 2016-05-21
  • [学会発表] 組換えバキュロウイルスを用いたインテグリンプロテオリポソーム調製手法の検討2016

    • 著者名/発表者名
      中西航平,西上美佐子,冨田昌弘,湊元幹太
    • 学会等名
      第80回日本生化学会中部支部例会・シンポジウム
    • 発表場所
      三重大学講堂(三重県津市)
    • 年月日
      2016-05-21 – 2016-05-21
  • [学会発表] Recombinant Baculovirus Particles as Resources of Membrane Proteins for Artificial Cell Membrane Reconstitution2016

    • 著者名/発表者名
      Kanta Tsumoto, Kohei Nakanishi, Tomomi Hattori, Masahiro Tomita
    • 学会等名
      The Fourth Japan-China Symposium on Nanomedicine
    • 発表場所
      Kitakyushu International Conference Center (Kitakyushu, Fukuoka)
    • 年月日
      2016-05-12 – 2016-05-13
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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