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プレーナー型イオンチャネルバイオセンサーの開発と神経細胞ネットワーク解析への応用

平面离子通道生物传感器的研制及其在神经网络分析中的应用

基本信息

批准号：
07J07430
负责人：
浅野豪文
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The Graduate University for Advanced Studies
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

細胞は外界より与えられた様々な情報に対して、シグナル伝達機構を用いてその情報処理を行い、細胞の増殖や分化、神経細胞のシナプス可塑性などの様々な生命現象を展開しているが、神経ネットワークにおける情報処理機構については未解明な点が多い。昨年度までに細胞から細胞への化学的、電気的な信号伝達を担うシナプスの機能を明らかにし、神経細胞が構成するネットワークにおけるシグナル伝達の計測を可能にするプレーナー型のパッチクランプ素子の開発を行った。当該年度ではソフトリングラフィを用いたMicrocontact printing(μCP)法を応用して、細胞接着因子である細胞外基質(ECM)分子を基板上にパターン配列し、素子内の測定基板上に神経ネットワークを形成させる手法を確立した。さらに、細胞間のシグナル伝達を精密に解析するために、細胞に活動電位を発生させる細胞刺激法として高解像度の光を用いた光局所刺激法を構築した。生物由来の光感受性タンパク質channelrhodopsin-2(ChR2)を遺伝子工学手法を用いてPC12に発現させ、光感受性を付加させた。μCP法により測定基板上にChR2-PC12細胞のネットワークを形成させた後、ホールセル電位固定記録を行った。光照射に同期した光電流の発生を確認することができ、また、その光電流の活性化と脱活性化はともにミリセカンドオーダーの時定数を示した。これは興奮性シナプス後膜電流の立ち上がりの早さに匹敵することから、刺激と反応の同期性という点で、ChR2による光刺激によって細胞から細胞への信号の送受信制御が可能であることを示した。以上より本研究開発のバイオセンサーは単一細胞間あるいは細胞集合体間の神経ネットワークにおけるシグナル伝達の動的特性を詳細に解析できる素子及び手法であることを示した。

The information processing of cells in response to the environment, cell proliferation, differentiation, and plasticity of neurons, and the development of biological phenomena in response to the information processing of cells in response to the environment, and the information processing of cells in response to the information processing of cells. In the past year, the chemical and electrical signal transmission of the cell structure has played an important role in the development of the cell structure, and the development of the cell structure has been possible. When this year's microcontact printing (μ CP) method was used, the extracellular matrix (ECM) molecules on the substrate were aligned with the cell adhesion factors, and the formation of the ECM molecules on the substrate was established. The cellular stimulation method for precise analysis of cellular activity potential and the construction of high-resolution optical stimulation method Bio-derived photosensitivity channelrhodopsin-2 (ChR2) was developed using PC12 as a genetic engineering tool and photosensitivity was enhanced. The μ CP method was used to measure the growth of ChR2-PC12 cells on the substrate. The generation of photocurrent under light irradiation is confirmed, and the activation and deactivation of photocurrent under light irradiation are indicated. The membrane current of the excitatory phase is increased rapidly, and the signal transmission and reception of the stimulated phase is inhibited rapidly. The above research has developed a detailed analysis of the characteristics of cell dynamics between single cells and cell aggregates.