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：
12019229
负责人：
八木透
金额：
$ 1.22万
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 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体素子上に神経細胞を培養し、その軸索伸長を人工的に制御して神経回路を形成させる技術について研究を行う。そして将来は「神経インタフェース」や「バイオチッブ」の開発へと発展させる計画である。これまでITO(indium tin oxide)や白金など、生体適合性が比較的高いといわれる金属材料を用いて作製した微小電極アレイ上に神経細胞を培養し、その軸索誘導を試みてきた。しかし電極アレイ上に細胞を直接培養しようとすると、細胞が培養途中で死滅してしまうため、ポリリジンや細胞外マトリクス分子で電極アレイ表面をコーティングする必要があった。しかしコーティングはインピーダンスを増加させるため、細胞への電気刺激ならびに細胞からの電気記録には好ましくない。したがって生体組織との適合性および導電性の低下を同時に解決する必要がある。そこで我々は、導電性高分子の一つであるポリピロールを材料とすることにより、高い生体適合性と導電性を持つ電極アレイが作製できると考えた。そこで本年度は、ポリピロールのマイクロパターン作製と、培養細胞を用いた生体適合性の評価を行なった。パターン作製には、酸化重合剤の光反応性を利用したフォトリソグラフィを用いた。その結果、マスクパターンの露光時間やピロールの重合時間を最適に設定すれば、最小線幅3μmのポリピロールパターンを作製できることが判明した。またポリピロール上に細胞を培養した結果、培養細胞は突起を伸展して成長し4週間にわたって生存した。これらの結果より、電極アレイに適用可能な微小サイズまでポリピロールパターンを微小化できることが示された。またポリピロールは高い生体適合性を持つことが示された。

将对在半导体设备上培养神经元的技术进行研究，并人为地控制轴突延伸以形成神经回路。该计划是在将来开发“神经界面”和“ Biochib”的发展。到目前为止，神经元已经在使用金属材料（例如ITO（二锡氧化物）和铂制成的微电极阵列上培养，据说它们相对生物相容性，并试图诱导轴突。但是，当细胞直接在电极阵列上培养时，细胞将在培养过程中死亡，因此有必要用聚赖氨酸或细胞外基质分子涂上电极阵列表面。但是，涂层会增加阻抗，不适合电池电刺激和细胞电气记录。因此，有必要同时解决与生物组织和电导率的兼容性下降。因此，我们认为，通过使用多吡咯，可以产生具有高生物相容性和电导率的电极阵列的一种导电聚合物之一。因此，今年，我们进行了小锥子的微图案生产，并使用培养细胞评估了生物相容性。利用氧化聚合剂的光电反应性的光刻造影用于模式制备。结果，发现如果掩模图案暴露时间和吡咯聚合时间是最佳设定的，则可以产生最小线宽度为3μm的多吡咯模式。此外，由于培养细胞在多吡咯上的细胞，培养的细胞通过延伸突起并存活4周而生长。这些结果表明，可以将小吡咯的模式微型化到可以应用于电极阵列的小尺寸。多吡咯还显示出高度生物相容性。