2021 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment of a methodology to control brain functions using X-ray
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19H03533
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| Research Institution | Fujita Health University |
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Principal Investigator |
山下 貴之 藤田医科大学, 医学部, 教授 (40466321)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳田 健之 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20517669)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光遺伝学 / マウス / X線 / オプシン / シンチレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光遺伝学は、特定神経細胞の活動を時間精度よく操作できる手法で、神経科学における重要な介入技術である。しかしながら、刺激光が生体を透過しにくいために光ファイバーを脳に刺入する方法が一般的に採用されており、侵襲性や有効体積の小ささなど様々な懸念がある。私たちは、この問題を根本的に解決することを目的として、生体組織を透過するX線を可視光へと変換する発光素材である無機シンチレータを用いた無線・遠隔的な神経機能操作法（X線光遺伝学）の開発を行った。まず、高効率・非潮解性シンチレータであるCe:GAGG結晶の発光により効率よく開口する光感受性イオンチャネル（オプシン）をスクリーニングにより同定した。次に、脳スライス標本上にて、数マイクロW/cm2の低輝度Ce:GAGG発光により、それら最適オプシンが活性化し、神経細胞活動を双方向に操作できることを確認した。さらに、生体マウスへ応用するため、マイクロ粒子化したCe:GAGG結晶を、マウス脳に注入したところ、過度の神経炎症を引き起こさないことが確認された。アデノ随伴ウイルスベクターにより最適オプシンを発現させた脳部位にCe:GAGG粒子を注入し、マウス体外からX線を照射したところ、特定神経細胞活動が変化し、関連した行動変化を誘発された。X線被ばく量と放射線感受性細胞数の解析により、マウスの全身にX線を照射する場合の安全限界は約１Gyであることが分かったが、0.5 Gy程度の低線量X線でも本手法によりマウスの行動変化を誘発できることを確認した。本研究により、安全なX線照射により遠隔的に生体内の細胞機能を変化させることが可能であることが示されたことから、光遺伝学の低侵襲化が実現した。X線光遺伝学は原理的には光を用いる他の生物医学技術にも応用可能であり、本研究成果が次世代の低侵襲治療法の開発につながることが期待される。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Remote control of neural function by X-ray-induced scintillation2021
Author(s)
Matsubara Takanori、Yanagida Takayuki、Kawaguchi Noriaki、Nakano Takashi、Yoshimoto Junichiro、Sezaki Maiko、Takizawa Hitoshi、Tsunoda Satoshi P.、Horigane Shin-ichiro、Ueda Shuhei、Takemoto-Kimura Sayaka、Kandori Hideki、Yamanaka Akihiro、Yamashita Takayuki
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Pages: 4478
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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