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2021 年度 実施状況報告書

新規非侵襲脳神経回路イメージングの開発:高速内因性光信号(FIOS)の解析

研究課題

研究課題/領域番号 21K15247
研究機関徳島文理大学

研究代表者

冨永 洋子  徳島文理大学, 神経科学研究所, 研究員 (80816538)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードFIOS / 高速内因性シグナル / 神経回路活動ダイナミクス / 非侵襲イメージング / 膜電位応答
研究実績の概要

脳の高次機能・病態の理解には神経回路全体としての動作の解明が必須である。申請者は、これまで膜電位感受性色素(VSD)を用いた神経回路活動ダイナミクスの可視化法に携わってきた。蓄積した光計測手法のノウハウを生かし、新たな高速で膜電位応答に近い内因性シグナル(Fast Intrinsic Optical Signal; FIOS)を見出した。本研究ではこのFIOSを用いて新規の非侵襲的な脳神経活動の計測・解析手法を構築することを目的として研究を進めてきた。VSDのような化学物質による負荷のない、非侵襲の光計測法を開発することで、光学計測の適用範囲を広げ治療薬の開発などの道をひろげたい。
現在までに、特に実績のある齧歯類の海馬脳スライスを用いたVSD実験データを利用してデータ解析・評価方法を検討し、解析用プログラムの修正を重ね、病態モデルマウス、抗てんかん薬等に曝露した脳スライスなどを用いた計測において、コントロールマウスと比較して神経回路内のどの部分にどのような変化がおきているのか、評価を行ってきた。これまでの成果については、国内学会(第48回日本毒性学会学術年会他、計6件)、国際学会(Neuroscience 2021他、計4件)で発表をおこない、論文として「Membrane Potential Imaging with Voltage-sensitive Dye (VSD) for Long-term Recording 」(DOI: 10.2142/biophys.61.404)を発表した。2022年度もNeuro2022での発表を予定しており、今後、VSDと同様の計測をFIOSで行なってデータを積み重ね、VSD負荷のないFIOS光計測で神経回路全体の計測・解析・評価を行い、治療薬の開発などに寄与していく。

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

実績のある齧歯類の海馬脳スライスを用いたVSD実験データを利用してデータ解析・評価方法を検討し、解析用プログラムの修正を重ね、病態モデルマウス、抗てんかん薬等に曝露した脳スライスなどを用いた計測において、コントロールマウスと比較して神経回路内のどの部分にどのような変化がおきているのか、評価を行ってきた。これまでの成果については、国内学会(第48回日本毒性学会学術年会他、計6件)、国際学会(Neuroscience 2021他、計4件)で発表をおこない、論文として「Membrane Potential Imaging with Voltage-sensitive Dye (VSD) for Long-term Recording 」(DOI: 10.2142/biophys.61.404)を発表した。2022年度もNeuro2022(第45回日本神経科学大会・第65回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会 合同大会)において発表を予定している。

今後の研究の推進方策

これまでは特に実績のあるVSD実験データを中心にデータ解析・評価方法を検討し、解析用プログラムの修正を重ね、病態モデルマウスなどを用いた計測において、コントロールマウスと比較して神経回路内のどの部分にどのような変化がおきているのかを評価可能としてきた。今後、同様の計測をFIOSで行なっていくことにより、VSD負荷のないFIOS光計測においても、神経回路の変化を評価し、VSDデータとの比較検討を行なっていく。この中で、FIOS変化のメカニズムについても踏み込んでいきたい。さらに、VSDのような化学物質負荷のない状態での計測・データ解析・評価を行うことにより、真に神経回路変化を起こす要因について検討し、病態に対する治療薬の開発にも寄与したい。

次年度使用額が生じた理由

現在までに、特に実績のある齧歯類の海馬脳スライスを用いたVSD実験データを利用してデータ解析・評価方法を検討し、解析用プログラムの修正を重ね、病態モデルマウス、環境ホルモンに曝露した脳スライス、抗てんかん薬等に曝露したマウス脳スライスなどを用いた計測において、コントロールマウスと比較して神経回路内のどの部分にどのような変化がおきているのか、安定して評価できる方法について模索してきた。このため、支出はプログラム開発環境に必要なものが中心となり、2021年度の支出は圧縮された。
また新型コロナウイルスの世界的流行による出張の自粛などにより、旅費等の支出も2022年度以降への持ち越しとなった。
2022年度からは学会発表等も会場での発表が主となるだろうことが予想されること、また今までの研究成果についても発表の機会を増やしていく予定なので、今後は出張旅費などの支出が増加する予定である。また、試薬や器具などの消耗品を継続して購入するほか、必要機材の拡充をおこなっていく予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Membrane Potential Imaging with Voltage-sensitive Dye (VSD) for Long-term Recording2021

    • 著者名/発表者名
      TOMINAGA Takashi、KAJIWARA Riichi、TOMINAGA Yoko
    • 雑誌名

      Seibutsu Butsuri

      巻: 61 ページ: 404~408

    • DOI

      10.2142/biophys.61.404

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 電位感受性色素(VSD)イメージングによる海馬スライスへのビスフェノールA関連物質の急性適用の影響の検出2022

    • 著者名/発表者名
      冨永 洋子、竹歳 麻紀子、種村 健太郎、冨永 貴志
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会・第65回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会 合同大会
  • [学会発表] IN Vitro assay for seizure liability using voltage-sensitive Imaging (VSDI) in broad areas around hippocampal system2022

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Utsumi, Makiko Taketoshi, Michiko Miwa, Yoko Tominaga, Takashi Tominaga
    • 学会等名
      第45回日本神経科学大会・第65回日本神経化学会大会・第32回日本神経回路学会大会 合同大会
  • [学会発表] マウススライス標本で電位感受性色素を用いてイメージングされた嗅周囲皮質(PC)と嗅内野(EC)との皮質神経振動2021

    • 著者名/発表者名
      冨永貴志、冨永洋子、梶原利一
    • 学会等名
      第59回日本生物物理学会年会 群馬(オンライン)
  • [学会発表] Quantitative detection of the effect on neuronal responses in tri-synapses with the acute application of bisphenol-A-related substances on hippocampal slices with voltage-sensitive dye (VSD)2021

    • 著者名/発表者名
      Y.TOMINAGA, M. TAKETOSHI, K. TANEMURA, *T. TOMINAGA
    • 学会等名
      Society for Neuroscience, Neuroscience 2021, Online
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel in vitro assay for seizure prediction using voltage- sensitive dye imaging (VSDI) in the mouse hippocampus2021

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Utsumi, Makiko Taketoshi, Nana Ohara, Michiko Miwa, Yoko Tominaga and Takashi Tominaga
    • 学会等名
      第80回 藤原セミナー
    • 国際学会
  • [学会発表] マウス前頭前野の同側,反対側への神経活動伝播の膜電位感受性色素による機能的解剖2021

    • 著者名/発表者名
      冨永 貴志、グサイン プージャ、竹歳 麻紀子、冨永 洋子
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会CJK第1回国際大会 神戸(ハイブリッド)一般口演
    • 国際学会
  • [学会発表] 膜電位感受性色素( VSD)イメージングによる in vitro痙攣リスク予測2021

    • 著者名/発表者名
      内海 雄一、竹歳 麻紀子、小原 菜夏、三輪 倫子、冨永 洋子、冨永 貴志
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会CJK第1回国際大会 神戸(ハイブリッド)
    • 国際学会
  • [学会発表] 電位感受性色素(VSD)による全神経回路活動計測の開発:海馬スライス標本へのビスフェノールA関連物質の急性投与2021

    • 著者名/発表者名
      冨永 貴志, 竹歳 麻紀子, 種村 健太郎, 冨永 洋子
    • 学会等名
      第48回日本毒性学会学術年会 神戸、ハイブリッド(口演)
  • [学会発表] 電位感受性色素(VSD)イメージングによるinvitro痙攣リスク評価法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      内海 雄一, 竹歳 麻紀子, 小原 菜夏, 三輪 倫子, 冨永 洋子, 冨永 貴志
    • 学会等名
      第48回日本毒性学会学術年会 神戸、ハイブリッド(ポスター)
  • [学会発表] 膜電位感受性色素(VSD)イメージングによる in vitro 痙攣リスクアッセイ法による周産期バルプロ酸投与動物でのリスク評価の試み2021

    • 著者名/発表者名
      小原菜夏,内海雄一,竹歳麻紀子,三輪倫子,佃京華, 冨永洋子,中島健太郎, 冨永貴志
    • 学会等名
      日本生物物理学会 中国四国支部大会(第12回) オンライン
  • [備考] 徳島文理大学 神経科学研究所

    • URL

      https://www.bunri-u.ac.jp/ins/lncs.html

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公開日: 2022-12-28  

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