光電変換色素固定高分子薄膜型人工網膜の耐久性向上と神経伝達機構の解明に向けた研究

旨在提高光电转换染料固定聚合物薄膜人工视网膜的耐久性并阐明神经传递机制的研究

• 批准号: 19J13826
• 负责人: 山下 功一郎
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J13826/
• 关键词: 人工網膜; ポリエチレン; 光電変換色素; 長期耐久性; アニオン交換; 分解機構; 神経伝達機構; シミュレーション; 網膜色素変性症; 耐久性; 神経伝達

網膜は視細胞層、双極細胞層、神経節細胞層から構成される。視細胞は目に入った光を電気信号に変換する役割を有し、視覚の起点となる。視細胞が死滅することにより失明につながる疾患に網膜色素変性症がある。本研究室では、光を吸収し電位差を生じる光電変換色素をポリエチレン(PE)薄膜に化学結合させた人工網膜(色素固定薄膜)を開発した。ヒトへの治療に向けて様々な非臨床試験が実施されており、サルを用いた5ヵ月間埋植試験において視覚の回復が確認された。一方、薄膜表面に結合した色素量が減少した。また光電変換色素を用いた人工網膜は世界初であり、視覚の回復に繋がった神経生理学的メカニズムは不明慮な点が多い。本研究では、1)色素固定薄膜の長期耐久性を生体外かつ短期間で評価する方法を確立すること、2)色素固定薄膜の長期耐久性を向上させること、3)薄膜表面に結合した色素量が減少する原因(分解機構)を解明すること、4)色素固定薄膜と網膜細胞間の神経伝達機構を解明することを目的とした。結果として、1)60℃の生理食塩水に色素固定薄膜を静置することにより、サル眼内における1ヵ月間の経時劣化を1日間で評価できることを明らかにした。2)色素固定薄膜のアニオンをBr-からPF6-に交換することにより、長期耐久性を8.2倍に向上させることに成功した。3)薄膜表面から色素が脱離する主な要因は、色素自体の分解ではなく、色素とPE薄膜を繋ぐN原子およびアミド結合の隣の結合の分解に起因することを明らかにした。4)シミュレーションの観点から、色素固定薄膜から生じる電位差により網膜細胞を活性化させるためには、細胞長さ方向に対して2次的に変化する電位勾配が重要であることを解明した。以上の結果から、工学、医学、神経生理学の観点から色素固定薄膜の長期耐久性、分解機構、神経伝達機構を解明した。

The omentum ら visual cell layer, bipolar cell layer, and Shinto cell layer ら constitute される. Visual cells <s:1> eye に receive った light を electrical signal に transformation する cells を cells を have を and visual 覚 <s:1> starting point となる. Visual cell が extinction する とによ とによ <s:1> blindness に ながる ながる disease に retinal pigmentation がある. Our lab で は, light を 収 し potential difference を raw じ る photoelectric variations in pigment を ポ リ エ チ レ ン (PE) film に chemical combination さ せ た artificial retinal pigment (fixed film) を open 発 し た. に ヒ ト へ の treatment to け て others 々 な non-clinical test が be applied さ れ て お り, サ ル を with い た ヵ 5 months preparetions test に お い て apparent 覚 の RSVP with が さ れ た. One side, the amount of に bound た pigment on the film surface が decreases <s:1> た. を ま た photoelectric variations in pigment with い た at the beginning of the world of artificial retinal は で あ り, 覚 の reply に 繋 が っ た god 経 physiology メ カ ニ ズ ム は unknown about な が い more. This study で は long-term durability, 1) pigment fixed film の を born in vitro か つ で during short review 価 す を る method established す る こ と, 2) pigment fixed film の long-term durability を upward さ せ る こ と, 3) film surface に combining し た pigment volume が reduce す る reason (decomposition) を interpret す る こ と, 4) between fixed film と retinal pigment cells の god 経 伝 The agency を explains する とを とを purpose と た た. Results と し て, 1) 60 ℃ の physiological food salt water に fixed film を let stand す る こ と に よ り, サ ル intraocular に お け る ヵ 1 months の 経 degradation を 1 day when で review 価 で き る こ と を Ming ら か に し た. 2) pigment fixed film の ア ニ オ ン を Br - か ら PF6 - に exchange す る こ と に よ り up 8.2 times, long-term durability を に さ せ る こ と に successful し た. 3) thin film surface か ら が pigment from す る main な by autologous の は, pigment decomposition で は な く, pigment と PE film を 繋 ぐ N atom お よ び ア ミ ド combining の 隣 の の decomposition に cause す る こ と を Ming ら か に し た. 4) シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 観 point か ら, pigment fixed film か ら raw じ る potential difference に よ り を retinal cells activeness さ せ る た め に は direction, long cells さ に し seaborne に て 2 times - the す る potential hook with important で が あ る こ と を interpret し た. The above <s:1> results ら ら, the 観 points of engineering, medicine, and psychology and physiology 観 ら the long-term durability of the pigmented fixed film <s:1>, the decomposition mechanism, and the psychology and economics 伝 mechanism を explain the <s:1> た.

项目成果

光電変換色素固定高分子薄膜型人工網膜と双極細胞間における神経伝達機構の原理解明

阐明光电转换染料固定聚合物薄膜人工视网膜与双极细胞之间的神经传递机制原理

• 发表时间: 2019
• 作者: 山下功一郎;田中天羽;内田哲也;松尾俊彦;山下 功一郎;Koichiro Yamashita;Koichiro Yamashita;山下 功一郎;山下 功一郎;山下 功一郎
• 通讯作者: 山下 功一郎

Modelling the visual response to an OUReP retinal prosthesis with photoelectric dye coupled to polyethylene film

• DOI: 10.1088/1741-2552/abf892
• 发表时间: 2021-04
• 期刊: Journal of Neural Engineering
• 影响因子: 4
• 作者: Koichiro Yamashita;P. Sundaram;Tetsuya Uchida;T. Matsuo;W. Wong

Curved-Tip Disposable Injector (OUReP Injector) to Insert Photoelectric Dye-Coupled Polyethylene Film (OUReP) as Retinal Prosthesis into Subretinal Space of Rabbit Eyes

将光电染料耦合聚乙烯薄膜 (OUReP) 作为视网膜假体插入兔眼视网膜下腔的弯头一次性注射器（OUReP 注射器）

• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of Surgical Techniques and Procedures
• 作者: T. Matsuo;C. Matsuo;T. Uchida;K. Yamashita;T. Tanaka;Y. Kawakami;T. Hitomi;K. Taga;T. Sanada;Y. Yamashita
• 通讯作者: Y. Yamashita

光電変換色素固定高分子薄膜型人工網膜のアニオン交換による長期耐久性の向上と評価

通过阴离子交换改善和评估光电转换染料固定聚合物薄膜人工视网膜假体的长期耐久性

• 发表时间: 2020
• 作者: 山下功一郎;田中天羽;内田哲也;松尾俊彦
• 通讯作者: 松尾俊彦

光電変換色素を用いた高分子薄膜型人工網膜の長期耐久性の向上

使用光电转换染料提高薄聚合物视网膜假体的长期耐用性

• 发表时间: 2020
• 作者: 山下功一郎;田中天羽;内田哲也;松尾俊彦
• 通讯作者: 松尾俊彦