表面ナノ改質技術を基盤とした人工神経細胞回路チップの開発とその創薬応用

基于表面纳米修饰技术的人工神经元电路芯片的研制及其药物发现应用

• 批准号: 10J00294
• 负责人: 山本 英明
• 金额: $ 4.8万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00294/
• 关键词: 培養神経細胞; ナノ/マイクロ加工; 表面改質; バイオインターフェース; カルシウムイメージング; 自発的神経活動; 光触媒; 酸化チタン; 神経細胞; フェムト秒レーザー; ナノ加工; 自己組織化単分子膜; キネシン; 神経極性; 軸索誘導; ナノバイオ工学; 神経回路

中枢神経系の複雑な神経回路網のモデルとなる神経細胞回路を培養系で自在に構築し、そのダイナミクスを評価するための方法論を確立するために、以下の研究課題に取り組んだ。(1)マイクロパターン基板上の微小神経回路における自発的神経活動の解析:マイクロパターン基板上の微小培養神経回路の自発的な活動をカルシウムイメージングによって計測することに成功した。寸法の異なるパターン上の神経回路の活動を比較したところ、神経回路の大きさが増加するとともに自発的バースト活動の頻度が増加することが分かった。また、たかだか十数個の細胞からなる神経回路でも自発活動が発生することを確認することができた。これは、従来考えられていたよりもはるかに少ない数の素子数からなる神経回路であっても、cell assemblyとしての機能を持ちうることを示唆している。(2)酸化チタンの光触媒作用を用いた有機シラン単分子膜の液中分解法の開発:細胞培養環境下で基板表面の細胞接着性を改変できる局所表面改質法は、異種細胞間の相互作用解析や局所神経回路の構築のための細胞操作の自由度を向上させる。本年度は、酸化チタンの光触媒作用を用いて培養液中で有機単分子膜表面(オクタデシルシラン単分子膜)を分解除去できること、それにより基板表面の細胞親和性を局所的に改質できることを、がん細胞株を用いて実証した。改質には、蛍光顕微鏡水銀ランプのUV光、もしくは375nm UVレーザーを用いた。本手法の神経細胞系への適応も進めている。

The following research topics were selected from the group consisting of the establishment of a culture system for neuronal circuits in the central nervous system, and the methodology for their evaluation. (1)Analysis of self-generated neural activity in micro-neural circuit on substrate: self-generated neural activity in micro-neural circuit on substrate was successfully measured. The activity of the neural circuit on the different levels of the law increases, and the frequency of the neural circuit activity increases. A dozen or so cells are activated in the brain circuit. The number of cells in the brain circuit is reduced, and the function of the cell assembly is maintained. (2)The development of organic molecular membrane decomposition method in solution for photocatalytic action of acidification: cell adhesion modification of substrate surface in cell culture environment, local surface modification method, interaction analysis between heterogeneous cells, freedom of cell operation in the construction of local neural circuits This year, the photocatalytic effect of acidified protein was used to decompose and remove the surface of organic molecular membrane (organic molecular membrane) in culture solution, and the cell affinity of substrate surface was modified. Modified UV light, UV micro-mirror mercury light, UV light at 375nm The nervous system of this method is suitable for the development of brain cells.

项目成果

Surface nano/micro-modification techniques for designing neuronal networks in vitro

用于体外设计神经元网络的表面纳米/微米修饰技术

• 发表时间: 2012
• 作者: H.Yamamoto;T.Demura;M.Morita;T.Tanii;S.Nakamura
• 通讯作者: S.Nakamura

人工神経細胞回路の構築のための表面ナノ/マイクロ改質技術

构建人工神经元电路的表面纳米/微米修饰技术

• 发表时间: 2012
• 作者: 山本英明;谷井孝至;中村俊
• 通讯作者: 中村俊

液中レーザープロセスによる細胞培養環境場での神経突起誘導

使用水下激光工艺在细胞培养环境中引导神经突

• 发表时间: 2011
• 作者: 山本英明;岡野和宣;谷井孝至;出村崇徳;細川陽一郎;中村俊
• 通讯作者: 中村俊

酸化チタンの光触媒作用を用いた液中神経突起誘導

利用二氧化钛光催化作用诱导浸没神经突

• 发表时间: 2011
• 作者: 出村崇徳;一澤晃太;山本英明;中村俊;谷井孝至
• 通讯作者: 谷井孝至

有機シラン自己組織化単分子膜上での初代培養神経細胞のパターニング

有机硅烷自组装单层上原代培养神经元的图案化

• 发表时间: 2010
• 作者: 山本英明;谷井孝至;中村俊
• 通讯作者: 中村俊