神経活動履歴を可視化する磁性ナノプローブの開発

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神経活動の履歴を記録する技術は、脳神経回路の形成過程を追跡する上で、必要不可欠なツールである。そこで本研究では、神経活動時に放出されるシグナル伝達因子に応答する磁性ナノプローブを開発し、磁気共鳴イメージング（MRI）により脳活動履歴を記録する技術の開発に取り組んだ。まず、MRI造影剤として用いられる磁性ナノ粒子表面を人工リン脂質によりコーティングした。並行し、シグナル因子と特異的に結合するリガンドペプチドを、Fmoc固相合成法によって合成した。リン脂質末端の反応性官能基を介し、リガンドペプチドを磁性ナノ粒子表面に共有結合することで、目的のプローブを合成した。プローブと、各種標的シグナル因子の結合を動的光散乱により評価した。その結果、プローブのみでは約100 nmであった流体力学的粒子径は、シグナル因子存在下で約400 nmとなり、プローブとシグナル因子の相互作用による凝集が観察された。また標的伝達物質存在下では、NMR横緩和時間T2の大幅な短縮が見られた。T2変化は15分程度でプラトーに達し、活動履歴の検出に十分な反応速度を示した。また、プローブに対しシグナル因子と遊離のリガンドを交互に加えると、凝集と解離が可逆的に起こった。哺乳類細胞に対し、鉄濃度1～500 μMのプローブを48～72時間暴露した結果、顕著な細胞毒性は観察されなかった。さらに、マウス脳内にプローブを投与しT2強調撮像を行った結果、投与部位周辺において低信号となり、プローブの脳内拡散を検出できた。