一細胞単位で設計された神経回路を有する三次元人工脳組織の構築

构建具有单细胞单元设计的神经回路的三维人工脑组织

基本信息

批准号：
13J08795
负责人：
吉田昭太郎
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、培養神経回路を一細胞単位の高解像度で設計・構築するためのマイクロデバイスの構築である。デバイスは、一細胞サイズの培養皿（マイクロプレートと呼ぶ）をガラス基板上に大量にアレイ化したものであり、マイクロ加工技術により製作した。マイクロプレートデバイスの上で神経細胞を培養することによって、（１）一細胞ごとに形態（細胞体・軸索・樹状突起）を制御しながら培養ができること、（２）形態を制御した単一神経細胞を自在に再配置することで神経回路を設計・構築できること、の2点を実現する。本年度はマイクロプレートの形状によって細胞体・軸索・樹状突起を制御した単一神経細胞を培養し、それを再配置することで神経回路が構築可能であるかどうかを調べた。マイクロプレートの形状を円状の細胞体部、線状の軸索部・樹状突起部の3つを結合したものとし、ラット胎児の初代培養海馬神経細胞をデバイスに播種すると、マイクロプレート・アレイに形態制御された単一神経細胞が得られ、それを1週間以上培養可能であることがわかった。また、形態を制御した単一神経細胞が載ったマイクロプレートを、マイクロマニピュレータによって再配置して神経回路を構築することができるかを調べた。マイクロマニピュレーションによって単一神経細胞を隣接配置させ培養すると、神経細胞同士が成長してお互いに接触することがわかった。神経回路の機能的な接続点であるシナプス結合が形成されるかを調べるために、免疫染色による形態面の評価、カルシウムイメージングによる機能面の評価を行ったところ、形態的にも機能的にもシナプス結合が形成されていることが示唆された。以上により、本研究の目的である、単一神経細胞の形態制御・再配置を実現するデバイスを構築でき、それが一細胞単位の高解像度で神経回路を設計・構築するために利用可能であることを示した。

这项研究的目的是构建用于设计和构建培养的神经回路以高分辨率逐个细胞基础设计的微型版本。该设备是玻璃基板上的一系列单细胞大小培养皿（称为微板），并是使用微处理技术制造的。通过在微孔板装置上培养神经元，可以实现两件事：（1）可以在每个细胞控制其形态（细胞体形，轴突和树突）的同时培养每个细胞，并且（2）可以通过自由地将单个神经元与受控形态进行自由重排来设计和构建神经回路。今年，我们研究了是否可以通过使用微孔板的形状来控制细胞躯体，轴突和树突并重新排列神经元来构建神经回路。通过组合三个部分：圆形细胞体，线性轴突区域和树突区域形成微孔板，当将来自胎儿大鼠的原代培养的海马神经元播种到设备中时，在微板阵列中获得了具有形态控制的单个神经元，并且可以在微板阵列中获得单个神经元，并且可以在一周内进行培养。我们还研究了是否可以通过微型手持剂重新排列含有形态控制的单神经元的微孔板以构建神经回路。当单个神经元通过微观渗透毗邻时，发现它们会生长并彼此接触。为了调查是否形成了神经回路功能连接点的突触连接，我们通过免疫染色并通过钙成像评估了形态学方面，并建议在形态和功能上形成突触连接。这项研究表明，可以构建单个神经元的形态控制和重排的设备，这是本研究的目标，并且可以用于以单个细胞为基础，以高分辨率设计和构建神经回路。