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Research and development of neural interface devices using nanotubes and artificial cell membranes

利用纳米管和人造细胞膜的神经接口装置的研发

基本信息

批准号：
22H03937
负责人：
八木透
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では脂質二重膜（人工細胞膜）に埋め込んだDNAナノチューブやカーボンナノチューブなどの管状ナノ構造体（ナノチューブ）を電気シナプスとして利用し，神経細胞を細胞内刺激可能な電極を有する神経インタフェースデバイスの開発を目指している．カーボンナノチューブ(Carbon Nanotube, CNT)は中空円筒状の炭素材料であり，中でも単層のCNTは約1-2 nmの直径を持つ．近年，約10 nmに切断した単層CNTは細胞膜やその基本要素である人工脂質膜に自発的に侵入し，膜内に留まることが報告された．CNTが膜内に留まることで，物質透過性や導電性，疎水性表面といったCNTの特性を膜に付加することができる．したがってCNTは，センサ保護膜，ドラッグデリバリーシステム，ナノ双極電極等に利用できるとして注目されている．一方で，CNTの疎水性表面は脂質二重膜内層の疎水性部分と相互作用し膜を変形させる恐れがある．膜形態の変化は細胞毒性の一因と考えられているが，数～数十　nmに切断されたCNTが膜形態に及ぼす影響については未だよくわかっていない．そこで本年度は細胞膜のモデルとして脂質二重膜小胞(Giant Unilamellar Vesicle, GUV)に対しCNTを曝露し，各濃度のCNTによる膜形態の変化を蛍光顕微鏡によって評価した．その結果，球形状からダンベル様形状へのGUV膜の変形を観察した．この変形形態から，CNT挿入が膜の面積だけでなく，2分子膜である脂質二重膜の内層と外層の面積の非対称性を増加させたことが明らかとなった．

In this study, we aimed to explore the development of an electrical pathway for intracellular stimulation of neurons by using a lipid membrane (artificial cell membrane) as an electrical conduit for the development of an electrical pathway for intracellular stimulation of neurons. Carbon Nanotube (CNT) is a hollow cylindrical carbon material with a diameter of about 1-2 nm. In recent years, the basic elements of cell membrane and CNT membrane are cut at about 10 nm, and the natural invasion of CNT membrane is reported.CNT membrane has material permeability and conductivity, and the properties of CNT membrane on aqueous surface are discussed. The CNT film is a protective film, and the bipolar electrode is used to protect the film. On the one hand, CNT's aqueous surface interacts with the aqueous part of the lipid double membrane inner layer. The membrane morphology changes due to cytotoxicity. The number of nm to tens of nm of CNT membrane morphology changes due to cytotoxicity. This year, the membrane morphology of Giant Unilamellar vesicles (GUV) was evaluated by light microscopy in response to CNT exposure at various concentrations. As a result, the spherical shape of the GUV film was observed. The area of CNT incorporated into the membrane increased due to the asymmetry of the area of the inner and outer layers of the lipid membrane.