光照射による神経突起成長の制御と神経回路作成

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神経様細胞PC12細胞(ラット副腎褐色細胞腫由来細胞)に光を照射することにより、細胞の光レセプターが応答して、神経突起を制御することを世界で初めて見出した。本年度は、PC12細胞に間欠的に光照射を行い、神経突起成長と光照射間隔の関係を特に検討した。さらには神経突起成長に対する光量並びに波長依存性を解析するために、レーザーポインター(670nm)並びにLED発光素子を用いて、単波長の光照射下における神経突起成長(神経突起率)、神経の長さ(神経伸長率)、細胞の扁平(細胞扁平率)をコラーゲン基板上において動画を用いて解析を行った。以下具体的な研究実績を報告する。1.神経突起成長と光照射間隔の関係倒立顕微鏡の光源(主に525nm)を用いて、様々な光間欠照射条件におけるPC12細胞の神経突起率の経時変化を検討した。単位時間当たりの光照射時間を統一する事によって、光を頻繁に照射した条件の方が神経突起成長は制御される事が明らかとなった。この原因として、神経細胞に光照射を行うと、光レセプターが応答して、細胞内シグナル伝達が行われる。その後、所定の時間後にフィードバック機構により神経細胞は元の状態に戻ると考えられる。この場合、光を短間隔で照射した場合には、神経細胞は常に光に応答している状態になるためであると考察した。2.神経突起成長に対する光量並びに波長依存性レーザーポインター、LED発光素子等の単波長の光を神経細胞に照射して、神経突起成長に対する光量並びに波長依存性を検討した。グリーン光を発色するLED発光素子を用いて525nmの光を照射した場合には、神経突起間のシナプス形成を促進する効果を発見した。今回行った実験では、3mm長と驚異的な長さまで神経細胞はシナプス形成していることが明らかとなった。レーザーポインター(670nm)を用いて、神経突起のパターンニングを行うことが可能であった。