| 研究課題/領域番号 |
19K15598
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
阿部 博弥 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60838217)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 電気化学 / 神経伝達物質 / MEMS / バイオセンサー / 電気化学イメージング / マイクロ・ナノデバイス / 神経科学 |
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| 研究実績の概要 |
脳内の数百μmスケールでの多様な神経伝達物質の可視化・関連付けを行うことで、海馬や前頭葉などの領域間における様々な情報伝達、つまり「脳内領域間コミュニケーション」を可視化することができる。これにより、多様な神経伝達物質と脳機能の関連性が明らかになり、脳科学・神経科学の発展に大きく貢献できる。本研究では、領域間コミュニケーションにおける神経伝達物質の可視化を可能とする超高感度・多項目・広範囲・リアルタイムイメージング可能な新規電気化学デバイスを開発する。本デバイスでは、「集積回路型電気化学イメージングデバイス」と、神経伝達物質の超高感度検出が可能な「レドックスサイクル誘導電極アレイ」および「酵素修飾電極」を組み合わせることで、超高感度・多項目解析を実現し、脳内の各領域間コミュニケーション、特に刺激に対する様々な神経伝達物質の関連性の解明を目指す。1年目はレドックスサイクル誘導電極アレイの作製および組織工学を利用した脳模倣組織の作製を検討した。
2年目となる本年度は、レドックスサイクル誘導可能な電極アレイの最適化や、予備試験的にin vivoでの神経伝達物質放出挙動および活動電位の計測を行った。また、脳模倣組織作成のための３次元細胞足場の作製を試みた。in vivo試験では、刺激に対する神経伝達物質放出挙動や活動電位の変化をリアルタイムで計測することに成功している。また、温度の制御により除去可能な鋳型を用いて、筒の形状など複雑な３次元ハイドロゲルの造形に成功している。この３次元ハイドロゲルはタンパク質表面修飾可能であり、より複雑な３次元細胞組織の作製制御に貢献が期待される。
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| 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
2年目は、1) 神経活動計測に向けた電極作製および動物脳を用いた予備試験、2)生体適合材料から構成される3次元足場材料の作製を検討した。
1) 神経活動計測に向けて、シミュレーションを用いた最適化を行いデバイス構造の構成案を設定した。計測チップの供給に大幅な遅れが出ており、当初の研究計画から遅れているが、代替としてin vivo, ex vivo計測の予備試験を前倒しで実施した。その結果、市販の活動電位計測デバイスと遜色ないシグナル計測が可能であることを確認した。本研究成果は、国内外の学会発表やBiomedical microdevicesに掲載された。
2) 神経細胞組織など、複雑なネットワークを有するような3次元組織作成に向け、3次元足場材料を用いて作製した。本技術を用いて筒状の複雑な造形物の作製に成功しており、神経細胞の培養により神経ネットワーク形成に期待できる。本研究では鋳型材料としてノズルから射出可能な温度応答性材料を用いているため、３Dプリンターへの応用も展開可能である。本研究成果はLangmuir誌に掲載予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
3年目は実際に神経細胞から放出される神経伝達物質や神経活動のリアルタイム計測を目標としている。計測チップの供給に遅れが出ているものの、予備試験的にin vivo計測は進められている。計測チップを入手次第、デバイスの作製およびin vitro, ex vivo計測を実施予定である。例えば、グルタミン酸オキシダーゼや乳酸オキシダーゼを修飾した電極を用いて選択的神経伝達物質の計測を行う。
また、実際に得られた足場材料上で細胞を培養し、接着性・3次元神経細胞ネットワーク形成などを評価する予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は、複数回の国際学会での発表にかかる旅費および計測チップの購入を予定していたが、新型コロナウィルスに伴う海外渡航の中止や、提供会社および研究実施者の出社制限に伴い、これらに係る諸経費分として次年度使用額が生じた。
翌年度は、翌年度請求分と合わせて、国際学会発表や計測チップの購入を含め、電気化学計測に関する消耗品・備品の購入、出版費用、人件費に充てる予定である。
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