2015 Fiscal Year Annual Research Report
集光レーザー摂動による神経細胞ネットワークダイナミクスの解明
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25700031
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
細川 千絵 国立研究開発法人産業技術総合研究所, バイオメディカル研究部門, 主任研究員 (60435766)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 神経細胞 / 光ピンセット / フェムト秒レーザー / ナノバイオ / 蛍光解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、集光レーザービームの光摂動技術を神経細胞内分子動態の能動操作に応用し、摂動に伴い変化する神経細胞ネットワークの時空間ダイナミクスを明らかにする。レーザー光摂動を用いて神経細胞のシナプス結合部位に局在する機能分子集合体を操作し、神経細胞の脱分極過程を操作する技術を開発することにより、レーザー摂動による神経細胞ネットワークの時空間制御を実証する。
本年度は昨年度に引き続き、ラット海馬由来培養神経細胞のシナプス領域に局在するAMPA型グルタミン酸受容体分子を対象として、培養日数に依存して初期集合状態が変化するAMPA受容体分子の分子動態と光捕捉との関係について検証した。神経細胞表面に局在する量子ドット標識AMPA 受容体分子に光ピンセット用近赤外レーザーを照射すると、レーザー光強度が高くなるにつれて、また培養日数の経過とともに、AMPA 受容体の分子数が増加し、分子運動が遅くなることを見出した。この結果は、AMPA 受容体分子が光捕捉され、集合することを明示しており、光捕捉過程はAMPA 受容体分子の初期状態に依存することを示した。さらに、フェムト秒レーザー照射に伴う細胞内カルシウムイオン濃度のスパイク変動について詳細に解析するため、蛍光カルシウム指示薬をこれまでのfluo-4からOregon Greenへ代え、神経細胞の自発活動に基づいた細胞内Ca2+濃度のスパイク状の変動を確認した。この条件で集光フェムト秒レーザーを用いた神経細胞の光刺激を行った結果、近接する細胞において細胞内Ca2+スパイクが同期して複数回観測され、フェムト秒レーザー刺激に伴い、近接する細胞へ神経活動の伝搬が誘発されることを実証した。
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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
本年度の研究実施計画に基づいて研究が遂行され、神経細胞表面に局在するAMPA型受容体の光捕捉、集合過程を明らかにした。また、集光フェムト秒レーザーを用いた神経細胞の光刺激に伴い、近接する細胞において細胞内Ca2+スパイクが同期して複数回観測され、神経活動の伝搬が誘発されることを実証しており、研究計画に沿って順調に研究が進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
神経シナプス領域の神経伝達物質受容体分子の光捕捉過程について、光ピンセットの細胞表面分子への力学特性の観点から実験的、理論的に考察する。また、神経細胞ネットワークの蛍光解析に加えて、細胞外電位計測システムを用いた神経電気的活動の時空間ダイナミクスを計測し、集光レーザー照射前後に於ける細胞ネットワークの神経活動変化について調べ、神経回路網の機能的結合特性の変化を検証する。得られた成果についてまとめ、学会発表や論文発表を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究に関わる経費の削減、および効率的な使用により生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
翌年度分として請求した研究費と合わせることにより、集光レーザー摂動による神経細胞ネットワークの時空間ダイナミクス解析のための必要経費として、さらに成果報告のための費用として使用する予定である。
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