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2023 年度 実績報告書

神経軸索の構造に依存した新規伝導調節則の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K19884
研究機関東京大学

研究代表者

榛葉 健太  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80792655)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
キーワード軸索 / マイクロデバイス / 高密度電極アレイ / マイクロ加工 / 伝導速度
研究実績の概要

本年度は,PDMSで形成したチップにマイクロ流路を組み合わせ,マイクロトンネル内に伸長した軸索に対して選択的に薬剤を作用させるデバイスを開発した.チップは,細胞培養区画,マイクロトンネルから構成される.マイクロトンネルの中央部分に,トンネルに直行する方向で流路構造を形成した.この流路に試薬を流すことにより,軸索に選択的に薬理刺激を行うためのデバイスとした.
計測チップであるHD-MEA上にSU-8で壁構造を形成し,PDMSを材料として流路構造を有する天井パーツを作製した.両者を組み合わせることでデバイスを作製した.蛍光色素を流す実験を行ったところ,マイクロトンネル内や培養区画にリークすることなく,流路内に試薬を流せることが分かった.
実際に大脳皮質神経細胞を培養し,マイクロトンネル内に伸びた軸索から信号を記録した.流路構造を除くマイクロトンネル内から大きな振幅を有する信号を記録できた.流路からナトリウムイオンチャネルの阻害剤であるTTXや,選択的にイオンチャネルを阻害する試薬を流して軸索の伝導時間の変化を評価した.結果,流路を超えた部分,すなわち試薬が作用した部分について,試薬の濃度依存的に伝導時間が上昇した.この結果は,軸索に対する選択的な薬理実験に成功したことを示唆する.
さらに,培養液で流路内の試薬を洗浄したところ,薬理実験前と同程度まで伝導時間が低下し,洗浄を行えることが示された.以上から,流路構造を有するマイクロデバイスが開発できたことが示された.
これまでに,刺激の頻度やパターンに依存した軸索の伝導変化をとらえており,今年度の薬理実験と組み合わせることで,伝導特性の変化に関連が強いイオンチャネルの特定につながると考えられる.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] 電気活動計測を用いた培養感覚神経細胞に対する感作性評価手法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      Miyahara Yuki、Shimba Kenta、Kotani Kiyoshi、Jimbo Yasuhiko
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

      巻: 143 ページ: 641~648

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.143.641

    • 査読あり
  • [学会発表] 神経機能ユニットの理解に向けた人工微小ネットワーク構築法の開発2024

    • 著者名/発表者名
      山岸優朔,玉谷千恵,榛葉健太, 小谷潔, 神保泰彦
    • 学会等名
      第33回ライフサポート学会フロンティア講演会
  • [学会発表] 軸索の伝導特性のメカニズム解明に向けた選択的薬理刺激デバイスの開発2024

    • 著者名/発表者名
      玉谷千恵,榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • 学会等名
      電気学会 医用・生体工学研究会
  • [学会発表] 培養日数によるマイクロトンネル内の軸索の活動変化2023

    • 著者名/発表者名
      玉谷千恵,榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • 学会等名
      2023年 電気学会 電子・情報・システム部門大会
  • [学会発表] Activity- and Spatial-dependent Variations in Axonal Conduction Recorded from Microtunnel Electrodes2023

    • 著者名/発表者名
      Chie Tamatani, Kenta Shimba, Kiyoshi Kotani, Yasuhiko Jimbo
    • 学会等名
      Biomedical Engineering International Conference (BMEiCON)
  • [学会発表] 情報処理機能の基盤解明に向けた微細構造物による微小神経ネットワークの構築2023

    • 著者名/発表者名
      山岸優朔,玉谷千恵,榛葉健太, 小谷潔, 神保泰彦
    • 学会等名
      日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2023

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公開日: 2024-12-25  

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