３次元脳回路モデルの再構成技術と神経伝達物質のリアルタイム計測技術の開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24700485
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 東京工科大学
• 研究代表者: 鈴木 郁郎 東京工科大学, 応用生物学部, 助教 (90516311)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 3次元培養 / 神経回路 / 組織モデル / 神経伝達物質 / カーボンナノチューブ / 多電極アレイ / 電気化学

研究概要

脳組織モデルのin vitro再構成技術として、PDMSマイクロチャンバにより細胞体位置を制御し、コラーゲン繊維配向技術により神経突起の方向を制御した３次元培養技術を開発した。構築した３次元脳組織モデルは、生体組織と同等の細胞密度および活動電位の伝播スピードを有し、顕著な薬剤応答を示すことがわかった。また、カーボンナノチューブ微小平面多電極アレイを開発し、マウス線条体脳スライスよりドーパミンのリアルタイム検出に成功した。開発した脳組織モデルの３次元培養技術および神経伝達のリアルタイム計測技術は、創薬スクリーニングにおける評価系としての応用が期待できる。

研究成果

• [雑誌論文] Long-term elect rophysiological activity and pharmacologi cal response in human induced pluripote nt stem cell derived neuron and astrocyt e co-culture (2014)
  • 著者名/発表者名: Odawara, A., Saitoh, Y., Alhebshi. AH, Gotoh, M., Suzuki, I.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysic al Research Communications 巻: 443(4) ページ: 1176-1181
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.12.142
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thymoquinone protects cultured hipp ocampal and human induced pluripotent stem cells-derived neurons againstα-synu clein-induced synapse damage (2014)
  • 著者名/発表者名: Alhebshi. AH, Gotoh. M. and Suzuki. I.
  • 雑誌名: Neurosci ence letters 巻: 570 ページ: 126-131
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2013.09.049
  • 査読あり
• [雑誌論文] A three-dimensional neuronal culture te chnique that controls the direction of ne urite elongation and the position of som a to mimic the layered structure of the brain (2013)
  • 著者名/発表者名: Odawara, A., Gotoh M., and Suzuki, I.
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 3(45) ページ: 23620-23630
  • DOI: 10.1039/C3RA44757J
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Sensitive Electrochemical Measurements of Neurotransmitters Using Multi-wall Carbon Nano-tube Electrode s (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Suzuki, M. Fukuda, S. Amano, M. Gotoh
  • 雑誌名: IEEJ Transactioons on Electronics, In formation and Systems 巻: 133 (11) ページ: 2068-2074
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.133.2068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of the neuronal ne twork embedding techniques by three-di mensional processing of the biomaterials using an excimer laser (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Suzuki, M. Fukuda, S. Amano, M. Gotoh
  • 雑誌名: Journal of life support engineering 巻: 25 (2) ページ: 82-89
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon nanotube multi-electrode array chips for noninvasiv e real-time measurement of dopamine, ac tion potentials, and postsynaptic potential s (2013)
  • 著者名/発表者名: Suzuki. I., Fukuda. M., Shirakawa. K., Jiko. H., Gotoh. M.
  • 雑誌名: Biosensors and Bioelectronics 巻: 49 ページ: 270-275
  • DOI: 10.1016/j.bios.2013.05.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of neural network patterning u sing collagen gel photothermal etching (2013)
  • 著者名/発表者名: Odawara, A. Gotoh, M. and Suzuki, I.
  • 雑誌名: Lab on a chip 巻: 13 ページ: 2040-2046
  • DOI: 10.1039/c3lc00036b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thymoquinone protects cultured rat primary neurons against amyloidβ-induc ed neurotoxicity (2013)
  • 著者名/発表者名: Alhebshi. AH, Gotoh. M, and Suzuki. I.
  • 雑誌名: Biochemical and Bioph ysical Research Communications 巻: 433 ページ: 362-367
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.11.139
  • 査読あり
• [雑誌論文] A simplified micropatterning method for straight-line neurite extension of cultured hippocampa l neurons (2013)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, I. Nakamura, K. Odawara, A. Alhebshi, A. Gotoh, M.
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 29 ページ: 263-266
  • DOI: 10.2116/analsci.29.263
  • 査読あり
• [学会発表] Carbon Nanotube Multi-electrode Array for Noninvasive Real-Time Measurement of Dopamine Ac tion Potentials and Postsynaptic Potential s (2014)
  • 著者名/発表者名: I. Suzuki, M. Gotoh
  • 学会等名: Society for Biomaterials 2014 An nual Meeting and Exposition
  • 発表場所: Denver, CO, USA
  • 年月日: 2014-04-16
• [学会発表] A Three-dimensional Neuronal Culture Technique That Controls the Direction of Neurite Elongation and the Position of Soma to Mimic the Layered Structure of the Brain (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Odawara, M. Gotoh, I. Suzuki
  • 学会等名: Society for Biomaterial s 2014 Annual Meeting and Exposit ion
  • 発表場所: Denver, CO, USA
  • 年月日: 2014-04-16
• [学会発表] 脳組織モデルの再構成とヒトiPSC由来ニューロンのin vitro機能計測技術の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎
  • 学会等名: 生物物理学会北海道支部講演会
  • 発表場所: 北海道
  • 年月日: 2014-03-13
• [学会発表] ヒトiPS細胞由来ニューロンの機能センシング技術の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎
  • 学会等名: 第23回ライフサポート学会フロンティア講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-02-28
• [学会発表] Thymoquin one Protects Cultured Hippocamapal and Human Induced Pluripotent Stem Cells- derived Neurons Againstα-Synuclein-in duced Synapse Damage (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Alhebshi, I. Suzuki
  • 学会等名: 6^<th> Internation al Conference on drug discovery and the rapy
  • 発表場所: Dubai, UAE
  • 年月日: 2014-02-10
• [学会発表] Long-term electr ophysiolosical activity and pharmacologic al response of a human induced pluripot ent stem cell-derived neuron and astrocyt e co-culture (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Odawara, A. Alhebshi, M. Trujillo, M. Gotoh, I. Suzuki
  • 学会等名: Biophysical Society 58^<th> An nual Meeting
  • 発表場所: San Francisco, Calfornia, USA
  • 年月日: 2014-02-07
• [学会発表] ヒトiPS細胞由来ニューロンを用いた人工脳スライスの作製とfPSP計測技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小林楓,小田原あおい,後藤正男,鈴木郁郎
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2013
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-11-23
• [学会発表] 培養条件に依存したヒトiPS細胞由来ニューロンの長期培養特性と薬理応答 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小田原あおい,斎藤佳伴,後藤正男,鈴木郁郎
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2013
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-11-23
• [学会発表] 脱細胞化ブタ脳組織を用いたヒトiPS細胞由来ニューロンの成熟化技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 天野翔太,後藤正男,鈴木郁郎
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2013
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-11-23
• [学会発表] Thymoquinone protects culture d hippocampal and human induced pluripotent stem cells-derived neuro ns againstα-synuclein-induced syna pse damage (2013)
  • 著者名/発表者名: アルヒブシアマーニ,後藤正男,鈴木郁郎
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2013
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-11-23
• [学会発表] マイクロ流路型セルソータ―を用いた神経細胞のダメージレス分離技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: バワズィールサーリム,後藤正男,鈴木郁郎
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2013
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-11-23
• [学会発表] 細胞内包型マイクロカプセルソーティング技術を目指したマイクロカプセル作製技術と神経細胞培養の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 望月あさな,三浦恵理子,後藤正男,鈴木郁郎
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2013
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-11-23
• [学会発表] Analysis of electrical activity in a single neuron (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Yokoyama, I. Suzuki, D. Ito, K. Goh ara
  • 学会等名: 43^<rd> annual meeting of so ciety for neuroscience
  • 発表場所: San Diego, Califo rnia, USA
  • 年月日: 2013-11-09
• [学会発表] シンポジウム : 工学技術を駆使した新しい細胞プロセッシング「ヒトiPS細胞由来ニューロンへの応用を目指した脳回路3次元再構成技術と細胞センシング技術の開発」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎
  • 学会等名: 第31回日本ヒト細胞学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-08-10
• [学会発表] ヒト神経組織モデルへの構築を目指した3次元培養技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小田原あおい,後藤正男,鈴木郁郎
  • 学会等名: 第31回日本ヒト細胞学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-08-10
• [学会発表] Non-Invasive and Real-Time Measureme nt Techniques of Dopamine; APs and fP SP Using Carbon Nanotube Multi-Electro de Array Chip (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Suzuki, A. Odawara, M. Gotoh
  • 学会等名: 35^<th> The IEEE Engineeri ng in Medicine and Biology Society
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] F lexible Neuronal Network Pattering Duri ng Cultivation Using Collagen Gel Photo -Thermal Etching (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Odawara, M. Gotoh, I. Suzuki
  • 学会等名: 35^<th> The IEEE Engine ering in Medicine and Biology Society
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2013-07-03
• [学会発表] 活動電位、神経伝達物質、ポストシナプス電流を非侵襲リアルタイム計測可能なCNT多電極アレイチップの開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎
  • 学会等名: 第13回次世代医工学研究会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-06-21
• [学会発表] アミロイドベータペプチドが及ぼす神経活動への影響とチモキノンによる保護効果の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: アルヒブシアマーニ、鈴木郁郎、後藤正男
  • 学会等名: 第133回日本薬学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] On-chip S ortを用いた神経細胞のダメージレス分離技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎、バワズィールサーリム、川瀬芳恵、山下南海子、藤村祐
  • 学会等名: 第12回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] 近赤外レーザ照射による脳神経ネットワークの刺激技術の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 布志木雄士,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第22回ライフサポート学会フロンティア講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-03-02
• [学会発表] 生体組織を模倣する神経回路の3次元再構成技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小田原あおい,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部大会若手研究会2012
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-17
• [学会発表] 電気めっきによるCNT微小多電極アレイ基板の開発と神経伝達物質計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田真生,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部大会若手研究会2012
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-17
• [学会発表] Thymoquinone protects cultured rat primary neurons against Amylo idβinduced neurotoxicity (2012)
  • 著者名/発表者名: アルヒブシアマーニ,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 日本生体医工学会関東支部大会若手研究会2012
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-17
• [学会発表] 微小ナノカーボン電極を用いた細胞分泌物のリアルタイム計測技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎,福田真生,後藤正男
  • 学会等名: Life2012(第28回ライフサポート学会大会、第12回日本生活支援工学会大会、日本機械学会福祉工学シンポジウム2012の連合大会)
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-11-02
• [学会発表] 近赤外レーザ照射による脳神経ネットワークの刺激技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 布志木雄士,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: Life2012(第28回ライフサポート学会大会、第12回日本生活支援工学会大会、日本機械学会福祉工学シンポジウム2012の連合大会)
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2012-11-02
• [学会発表] Thre e-dimensional neuron culture method con trolling the directionof neurite elongation and the position of soma (2012)
  • 著者名/発表者名: A Odawara, I. Suzuki, M Gotoh
  • 学会等名: Micro total analysis system 2012(16th Int. conf. on miniaturised systems in chemistry and lif sciences)
  • 発表場所: Okinawa, Japan
  • 年月日: 2012-10-28
• [学会発表] 脱細胞神経組織を足場とした3次元培養技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 天野翔太,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第64回日本生物工学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] ナノカーボンを用いた神経伝達物質の高感度記録法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田真生,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第64回日本生物工学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] 細胞体位置と神経突起の伸長方向を制御した3D脳回路再構成技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小田原あおい,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第64回日本生物工学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] Neuroprotective effects of thymo quinone against amyloidβtoxicity o n cultured rat primary neurons (2012)
  • 著者名/発表者名: アルヒブシアマーニ,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第64回日本生物工学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-10-23
• [学会発表] 神経伝達物質の実時間計測を可能にするカーボンナノチューブ微小多電極アレイの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎
  • 学会等名: BioJapan 2012
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-10-10
• [学会発表] Protective effects of thymoquin one against amyloidβinduced neu rotoxicity in cultured rat primary n eurons (2012)
  • 著者名/発表者名: アルヒブシアマーニ,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第50回日本生物工学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] D evelopment of Three-dimensional rec onstruction brain circuit controlling the direction of neurite elongation a nd cell body position (2012)
  • 著者名/発表者名: 小田原あおい,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第50回日本生物工学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] 3次元ネットワーク再構築のための神経組織の脱細胞化条件 (2012)
  • 著者名/発表者名: 天野翔太,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第50回日本生物工学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] カーボンナノチューブ電極を用いた神経伝達物質の高感度記録法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田真生,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第50回日本生物工学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Protective effects of thymoquin one against amyloidβinduced neu rotoxicity in cultured rat primary n eurons (2012)
  • 著者名/発表者名: アルヒブシアマーニ,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第35回日本神経科学会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] ナノカーボン電極を用いた神経伝達物質計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎,福田真生,天野翔太,後藤正男
  • 学会等名: 平成24年電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2012-09-06
• [学会発表] Devel opment of carbon nanotube microelectrod e array for real-time extra cellular record ing of neurotransmitter (2012)
  • 著者名/発表者名: I. Suzuki, M. Fukuda, M. Gotoh
  • 学会等名: 8th FENS (Fede ration of European Neurosciences)
  • 発表場所: Barce lona, Spain
  • 年月日: 2012-07-14
• [学会発表] Prot ective effects of thymoquinone against amyloidβinduced neurotoxicity in cultu red rat primary neurons (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Alhebshi, I. Suzuki, M. Gotoh
  • 学会等名: 8th FENS (Fede ration of European Neurosciences)
  • 発表場所: Barce lona, Spain
  • 年月日: 2012-07-14
• [学会発表] A novel multi-ele ctrode array chip for neurotransmitter me usurment (2012)
  • 著者名/発表者名: I. Suzuki, M. Fukuda, A. Odawara, A. Alhebshi, M. Gotoh
  • 学会等名: 8th Int. Meeting on Substrate- Integrated Micro Electrodes
  • 発表場所: Reutlingen, Germany
  • 年月日: 2012-07-10
• [学会発表] 3次元ゲル内に細胞の空間配置を自在に制御した神経回路の再構成技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小田原あおい,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第11回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-06-12
• [学会発表] 使い捨てチップ型セルソーター(O n-chip Sort)を用いた神経細胞の表現系を揃えた培養系の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎,山下南海子,西尾香織,藤村祐
  • 学会等名: 第11回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-06-12
• [学会発表] Neuroprotective effects of thymo quinone against amyloidβinduced t oxicity in rat primary neurons (2012)
  • 著者名/発表者名: アルヒブシアマーニ,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-05-10
• [学会発表] 3次元ゲル内に細胞の空間配置を制御した脳回路再構成技術の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小田原あおい,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-05-10
• [学会発表] ナノカーボン微小電極を用いた神経伝達物質のリアルタイム細胞外記録法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福田真生,鈴木郁郎,後藤正男
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-05-10
• [学会発表] 脳神経回路の3次元再構成技術とナノカーボン電極を用いた神経伝達物質計測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎,小田原あおい,福田真生,天野翔太,後藤正男
  • 学会等名: 第51回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-05-10
• [図書] 電気工学ハンドブック(第7版)2編基礎物理11章生体電磁気現象 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木郁郎
  • 総ページ数: 37-39
  • 出版者: 電気学会出版会