半導体素子上に培養した神経細胞の回路形成に関する研究

半导体器件培养神经元电路形成的研究

基本信息

批准号：
11132229
负责人：
八木透
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11132229/
关键词：
神経細胞培養バイオ素子軸索誘導

项目摘要

神経回路を人工的に作る方法として、1)軸索伸長に関係する各種タンパク分子の濃度勾配を人工的に作る、2)生体組織に親和性の高い物質で基盤上にパターンを作る、3)電界をつくる、4)軸索が伸長しやすいような溝(ガイドウェイ)を培養ディッシュ底につくる、などが考えられる。これらのうち今回は3)に着目して、電界と軸索伸長について調べる。まず、電極周辺にどのような電界が形成されるかについてコンピュータシミュレーションを行った。シミュレーションでは、正極と負極に1.5Vの電圧を加え、ポアソン方程式と有限要素法を用いて電界を計算している。なお電極周囲はリンガー液で満たされているものとした。図1は、電極周辺に形成される電界分布を色の濃淡で示したグラフで、左から正負電極間距離が100、200、300μmの場合を示している。同図の上段は電極を断面方向から眺めた場合の電界分布、下段は上方から眺めた場合の電界分布のうち長軸方向の半分の分布を表示している。容易に推測されるように、電極近傍で高い電界強度が観測されている。また正負極間の距離を変更すると電界分布が大きく変化することがわかる。また基盤内部に電界が形成されていることがわかるが、これはクロストークの原因になる可能性があり、さらには電極と神経組織との信号伝達効率を低下させる可能性があると考えられる。次に、市販の多点電極ディッシュ(ガラス基盤上にフォトリソグラフィでITOを用いてパターン化し、ポリイミドでコーティングをしたもので、電極部分が金でめっきされている)の上に、成ラットの後根神経節から採取した神経細胞を培養し、任意の電極を正極と負極に選び、1.5Vの直流電圧を加えて形成した静電界において、神経細胞の軸索伸長を観察した。なお基盤上への神経細胞の接着を良くする目的で接着分子を塗布した(ポリリジン、コンカナバリン、コラーゲンの3種について実施)。負極に向けて神経突起の伸展が観察されるのではないかと予想したが、今回の実験条件ではそのような傾向は見られず、またコントロールとの比較においても特定方向への突起伸展は観察できなかった。今後は、電界条件を変更して突起伸長との関係を検討する。

人为创建神经回路的一种可能方法是1）人为地创建与轴突延伸相关的各种蛋白质分子的浓度梯度，2）使用具有高亲和力的材料在基础上创建一个模式，3）创建电场，4）在培养物的底部创建一个凹槽（指南），在轴突底部，在其中均散布着散布。其中，我们将专注于3）并研究电场和轴突延伸。首先，进行了计算机模拟，以确定电极周围形成了哪种电场。在模拟中，将1.5V的电压应用于正极和负电极，并使用泊松方程和有限元方法计算电场。电极充满了林格的流体。如图。 1是一个图表，显示了围绕颜色阴影周围形成的电场分布，左侧显示了正极和负电极之间的距离为100、200和300μm。图的上部显示了从横截面看时电场分布，并且下部显示了在纵向方向上从上方观察的一半电场分布中的分布。正如很容易猜到的那样，在电极附近观察到高电场强度。还可以看出，改变正电极和负电极之间的距离会大大改变电场分布。还可以看出，基板内部形成电场，这可能会导致串扰，并可能进一步降低电极和神经组织之间信号传递的效率。 Next, on a commercially available multi-point electrode dish (patterned using ITO by photolithography on a glass substrate, coated with polyimide, and the electrode portion is plated with gold), neurons collected from the dorsal root ganglia of adult rats were cultured, and arbitrary electrodes were selected as positive and negative electrodes, and axonal extension of the neurons was observed in an electrostatic field formed by applying a直流电压为1.5V。还应用了粘附分子以改善神经元对底物的粘附（三种类型：聚赖氨酸，姜黄素和胶原蛋白）。我们预测将观察到负电极的神经突延伸，但是在当前的实验条件下没有观察到这种趋势，即使与对照组进行比较，也无法观察到沿特定方向的突出延伸。将来，电场条件将更改以考虑与突出延伸的关系。