2016 Fiscal Year Annual Research Report
Artificial synapse formation by molecular bottom-up technology
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15H03541
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
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。
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| Strategy for Future Research Activity |
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。
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Research Products
(22 results)
