電磁界を用いた細胞分化・機能発現制御に関する研究

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本研究では,時間的に変動する電磁界の刺激作用を利用した神経分化および神経回路網活動の精密制御手法の開発を目的としている.本年度は,昨年度開発した計測システム一体型の電磁界曝露装置を用いて,(1)連続的な誘導電流刺激時の刺激応答評価を行った.また,刺激効果をより脳内に近い状態で観察するために,(2)磁性ナノ粒子と外部磁力を用いて3次元的な培養神経―アストロサイト回路網を作製し,その機能評価を行った.(1)連続誘導電流刺激による培養神経回路網活動の調節に関する基礎的な検討軟磁性材料であるミューメタルおよびマイクロ加工技術により作製した細胞培養チャンバーを用いて,培養神経回路網の局所的な領域のみに強い誘導電流を発生できる刺激システムを構築した.数値シミュレーション結果から,20mTの変動磁界をミューメタルに印加することで刺激部位で最大20A/m^2の誘導電流が局所的に生成できることが推定された.また,培養神経回路網を用いた刺激実験により低頻度刺激時の抑制効果および高頻度刺激時の増強効果を確認した.加えて,クラスター状の培養神経回路網に局所的に薬剤を添加する方法を用いて非刺激部位の培養神経回路網が刺激応答性に影響を与えることを確認した.(2)磁性ナノ粒子とアストロサイトを用いた3次元培養神経-アストロサイト回路網の作製磁性ナノ粒子をグリア細胞の一種であるアストロサイトの細胞内に導入し,外部磁力によって単層の培養神経回路網上にアストロサイトを生体内の比率・構造に近い状態で3次元的に配置できる手法を開発した.また,アストロサイトの集積化に伴う自発電気活動の変化および配置したアストロサイトの活動を誘起した際の神経回路網活動の変化を確認した.これらの結果より,アストロサイト集積化による神経回路網活動パターンの大域的な調節がアストロサイトの活動誘起による大域的な神経活動の抑制により生じることが明らかとなった.