Development of a label-free bio image sensor to visualize the neurotransmitter dynamics for elucidation of the tripartite synapse.

开发无标记生物图像传感器，以可视化神经递质动力学，以阐明三方突触。

• 批准号: 20J11860
• 负责人: 土井 英生
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11860/
• 关键词: 神経伝達物質; 細胞外イオン; バイオイメージング; イメージングデバイス; 非標識; 酸化還元; イオノフォア; 半導体イメージセンサ; 多孔質膜; 酵素

本研究では，神経伝達物質（ATP，Lactateなど）やイオン（Caイオン，Kイオン）の時空間ダイナミクスを非標識で可視化可能な画素ピッチ23.55 umの神経伝達物質・イオンイメージセンサを実現し，バイオイメージングへの可能性を検証した。神経伝達物質イメージセンサについては，標的物質としてのATP，Lactate, GlutamateについてuMからnMレベルでの低濃度検出を実現できており，前年度に開発したセンサ上に脳神経組織（海馬）のスライス標本を乗せて細胞外応答を検証した。興奮性の神経伝達を模倣したグルタミン酸刺激でATP由来の信号変化は計測できなかったが，Lactateの空間的放出応答を可視化可能なイメージングデバイスを実証した。イオンイメージセンサについては，昨年度に開発し海馬スライスを用いたグルタミン酸刺激実験で細胞外Ca2+（[Ca2+]o）が低下すること，この応答にNMDA型グルタミン酸受容体の関与を示唆しており，本年度は[Ca2+]o低下について，NMDAおよび受容体阻害薬を用いて検証した。NMDA刺激実験で海馬スライスの神経細胞層に沿って[Ca2+]o低下が認められ，この応答はNMDA受容体の阻害薬の存在下でほぼ消失した。これより，[Ca2+]o低下に記憶や学習に深く関わるNMDA受容体が強く関与することを明らかにした。また，K+イオノフォアを分子認識素子とし，高感度，高い選択性を備えたK+イメージセンサの開発にも成功した。本センサを用いた海馬スライスの薬剤刺激実験では，細胞外K+の時空間分布がダイナミックに変化する様子をリアルタイムに可視化し，イメージングデバイスとしての機能を実証した。さらに，感応膜の膜厚が空間解像度に大きく影響することを生体実験で実証し，薄膜化の有用性を示した。

This study で は, god 経 伝 of material (ATP, Lactate な ど) や イ オ ン (Ca イ オ ン, K イ オ ン) spatial ダ の イ ナ ミ ク ス を non logo で visualization may な pixels ピ ッ チ 23.55 um の god 経 伝 of substance, イ オ ン イ メ ー ジ セ ン サ を be し, バ イ オ イ メ ー ジ ン グ へ の possibility を 検 card し た. God 経 伝 of material イ メ ー ジ セ ン サ に つ い て は, the underlying substance と し て の ATP, Lactate, Glutamate に つ い て uM か ら nM レ ベ ル で の low concentration 検 out を be presently で き て お り, Before the annual に open 発 し た セ ン サ on に 脳 god 経 organization (hippocampus) の ス ラ イ ス specimen を 乗 せ て extracellular 応 answer を 検 card し た. Excitatory の god 経 伝 imitation of を し た グ ル タ ミ ン acid stimulation で ATP origin - turn は の signal measuring で き な か っ た が, Lactate の space released 応 answer を visualization may な イ メ ー ジ ン グ デ バ イ ス を card be し た. イ オ ン イ メ ー ジ セ ン サ に つ い て は, yesterday annual に open 発 し hippocampal ス ラ イ ス を with い た グ ル タ ミ ン acid stimulation be 験 で extracellular Ca2 + ([Ca2 +] o) low が す る こ と, こ の 応 answer に NMDA receptor グ ル タ ミ ン acid by let body の masato and を in stopping し て お り, this year's は low [Ca2 +] o に つ い て, NMDAおよび receptor inhibitor を use および て検 to prove た. NMDA stimulus be 験 で hippocampal ス ラ イ ス の god 経 cell layer に along っ て low [Ca2 +] o が recognize め ら れ, こ の 応 answer は NMDA harm 薬 の let body resistance on the presence of の で ほ ぼ disappear し た. こ れ よ り, low [Ca2 +] o に memory や learning に deep く masato わ る NMDA by the strong capacity of body が く masato and す る こ と を Ming ら か に し た. ま た, K + イ オ ノ フ ォ ア を molecular recognition element child と し, Gao Gan degrees, high い sentaku sex を prepared え た K + イ メ ー ジ セ ン サ の open 発 に も successful し た. This セ ン サ を with い た hippocampal ス ラ イ ス の 薬 tonic stimulus be 験 で は, spatial distribution of extracellular K + の が ダ イ ナ ミ ッ ク に variations change す る others child を リ ア ル タ イ ム に visualization し, イ メ ー ジ ン グ デ バ イ ス と し て の function を card be し た. さ ら に, feeling 応 membrane の film thickness が spatial resolution に big き く influence す る こ と を raw body be 験 で be し, film change の usefulness を shown し た.

项目成果

ポーラスアルミナ薄板をイオンの横方向拡散防止構造体とした高精細神経伝達物質イメージセンサの開発

使用多孔氧化铝薄板作为防止离子横向扩散的结构开发高清神经递质图像传感器

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoshihiko Abe;Takashi Toma;Koji Tsumura;and Naoki Yamatsu;川上千夏，Shirlyn Eng Shu Ying，堀尾智子，土井英生，崔容俊，高橋一浩，野田俊彦，澤田和明
• 通讯作者: 川上千夏，Shirlyn Eng Shu Ying，堀尾智子，土井英生，崔容俊，高橋一浩，野田俊彦，澤田和明

刺入型センサによる植物体内カルシウムイオンイメージングに向けた基礎検討

使用植入式传感器进行种植内钙离子成像的基础研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 吉田 太一;泉保 賢汰;土井 英生;堀尾 智子;戸田 清太郎;高山 弘太郎;崔 容俊;高橋 一浩;澤田和明;野田 俊彦
• 通讯作者: 野田 俊彦

Multimodal neurotransmitter image sensor with lateral ion diffusion suppressor

具有横向离子扩散抑制器的多模态神经递质图像传感器

• 发表时间: 2021
• 作者: Chinatsu Kawakami;Shirlyn Eng Shu Ying;Tomoko Horio;Hideo Doi;Young-Joon Choi;Kazuhiro Takahashi;Toshihiko Noda;and Kazuaki Sawada
• 通讯作者: and Kazuaki Sawada

乳酸分布と水素イオン分布を同時に検出可能なマルチモーダルイメージセンサの製作

可同时检测乳酸分布和氢离子分布的多模态图像传感器的制作

• 发表时间: 2020
• 作者: 村口迅人;土井英生;雌熊宏隆;堀尾智子;高橋一浩;野田俊彦;澤田和明
• 通讯作者: 澤田和明

乳酸および水素イオンを同時に可視化可能なマルチイオンイメージセンサの製作と海馬スライス細胞外イメージングへの応用

同时可视化乳酸离子和氢离子的多离子图像传感器的制作及其在海马切片细胞外成像中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: 村口迅人;土井英生;堀尾智子;パラジュリ ビージェイ;繁冨 英治;篠崎 陽一;崔 容俊;高橋 一浩;服部 敏明;野田 俊彦;小泉 修一;澤田 和明
• 通讯作者: 澤田 和明