人工網膜移植における細胞外電流刺激波形の最適化:電気生理学実験と計算論的解析

视网膜假体移植中细胞外电流刺激波形的优化：电生理实验和计算分析

• 批准号: 17700398
• 负责人: 林田 祐樹
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17700398/
• 关键词: 人工網膜移植; 哺乳類; 網膜神経節細胞; 細胞単離法; 細胞外電流刺激; パッチクランプ法; 計算機シミュレーション; 白色雑音解析

近年,網膜光受容細胞の変性により失明した患者に対し,生残する他の網膜神経細胞を人工的な電気刺激により賦活することで視覚機能の一部を復活させようとする,いわゆる人工網膜移植が注目され,欧米各国及び日本でも臨床試験が実施されている。しかし,先行研究で用いられてきた細胞外電流刺激は,単純な矩形波や正弦波のパルス状波形であり,しかもその1パルス分の電流量と電荷密度は,電極用金属素材の電気化学的な使用可能限界や,神経組織に対する安全限界を上回っている例がほとんどである。そこで本研究では,刺激電流量の低減を目指し,網膜神経節細胞の活動電位発火を惹起するうえで最も効率の良い細胞外電流刺激のテンプレート波形の設計を試みた。本年度は,1:昨年度得られた生理学実験データを精査し,その結果を国際会議および国内会議で発表した。2:昨年度と同様の電気生理学実験を続け,(1)単純な矩形波を用いた場合でも,その正極性と負極性のパルスの組み合わせタイミングを適切に変えることで,活動電位惹起の閾電流量を50%以下まで低減できること,(2)白色雑音解析法により求めた活動電位惹起の最適刺激波形(1次項)は,指数関数的な時間変化形状であり,またそれが細胞個体には殆ど依存しないこと,などを見出した。3:昨年度構築した神経節細胞のバイオフィジックスモデルを用いた計算機シミュレーションの結果,(1)上記2-(2)で実験的に求めた最適刺激波形が,細胞モデルに対して得られたものと定量的に一致すること,(2)点状の極めて小さい刺激電極を用いると,刺激に対して活動電位発火が最初に惹起される細胞上の部位は,電極と細胞との3次元的位置関係に強く依存し,場合によっては細胞体ではなく軸索上が最初の活動電位発火位置となってしまうこと,などが分かった。

近年来，人工视网膜移植试图通过激活其他存活的视网膜神经细胞，该视网膜神经细胞在人工电刺激中激活因视网膜感光细胞退化而失明而失明的患者，并引起了注意，并且在欧洲，美国，美国和日本进行了临床试验。然而，先前研究中使用的细胞外电流刺激是简单的方波或正弦波脉冲波形，在大多数情况下，一个脉冲的当前量和电荷密度超过了电极金属材料的电化学可用性限制以及神经组织的安全限制。因此，在这项研究中，我们试图设计用于细胞外电流刺激的模板波形，这在诱导视网膜神经节细胞的动作电势触发方面是最有效的。今年，我们研究了去年获得的生理实验数据：1：结果在国际和国内会议上介绍。 2：继续进行与去年相同的电生理学实验，我们发现（1）即使使用简单的方波，通过适当地更改组合正脉冲和负脉冲的时间的适当时间来降低到唤起动作电位的阈值电流也可以减少到50％或更少，以及（2）通过效率（第一顺序）的启发性的动作，并确定了效率的动作，这是在白色噪声中，是效率的，这是在白色噪声中，是效率的，是在白色噪声上，是在白色的噪声中确定的。取决于单个细胞。 3：去年构建的神经节细胞的生物物理学模型的计算机模拟结果表明，（1）最佳刺激波形在上述2-（2）上与上述2-（2）确定的与细胞模型获得的2-（2）确定，以及（2）当使用极度小点样刺激电极，该电位上的电位上的启示的位置是强大的，而刺激的位置是强大的，而刺激的位置是强度的。细胞，在某些情况下，轴突而不是细胞体成为第一个动作电势射击位置。

项目成果

Vibrodissociation of rat retinal ganglion cells attached with inhibitory synaptic boutons.

附着有抑制性突触纽扣的大鼠视网膜神经节细胞的振动解离。

• 发表时间: 2006
• 期刊: Investigative Ophthalmology ＆ Visual Neuroscience 47
• 作者: Y.Hayashida;T.Motomura;N.Murayama
• 通讯作者: N.Murayama

人工網膜移植におけるスパイク誘発の為の最適刺激波形の検討

视网膜假体植入中尖峰诱导的最佳刺激波形的检查

• 发表时间: 2006
• 期刊: 臨床神経生理学 34・5
• 作者: 本村珠美;林田祐樹;森永悠司;村山伸樹
• 通讯作者: 村山伸樹

Neuro-Interface : Expecting Nanofabrication.

神经接口：期待纳米加工。

• 发表时间: 2006
• 期刊: 2006 International Symposium on Nano Science and Technology
• 作者: T.Motomura;Y.Hayashida;Y.Morinaga;N.Murayama
• 通讯作者: N.Murayama

Effects of extracellular electrical stimulation on spike firing of the ganglion cells isolated from mammalian retina.

细胞外电刺激对从哺乳动物视网膜分离的神经节细胞尖峰放电的影响。

• 发表时间: 2006
• 期刊: Clinical Neurophysiology 117・sup.1
• 作者: Y.Hayashida;T.Motomura;Y.Morinaga;N.Murayama
• 通讯作者: N.Murayama

細胞外電流刺激に対する単一網膜神経節細胞の膜電位応答

单个视网膜神经节细胞对细胞外电流刺激的膜电位反应

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第21回生体・生理工学シンポジウム論文集
• 作者: 林田祐樹;本村珠美;森永悠司;村山伸樹
• 通讯作者: 村山伸樹