1 0 0 0 OA 3次元脳回路モデルの再構成技術と神経伝達物質のリアルタイム計測技術の開発
脳組織モデルのin vitro再構成技術として、PDMSマイクロチャンバにより細胞体位置を制御し、コラーゲン繊維配向技術により神経突起の方向を制御した3次元培養技術を開発した。構築した3次元脳組織モデルは、生体組織と同等の細胞密度および活動電位の伝播スピードを有し、顕著な薬剤応答を示すことがわかった。また、カーボンナノチューブ微小平面多電極アレイを開発し、マウス線条体脳スライスよりドーパミンのリアルタイム検出に成功した。開発した脳組織モデルの3次元培養技術および神経伝達のリアルタイム計測技術は、創薬スクリーニングにおける評価系としての応用が期待できる。
1 0 0 0 構成的アプローチによる神経回路の可変性の研究
神経回路システムの動作原理の理解を目指して、1神経細胞単位で任意の回路パターンを作り、その活動を評価する構成的アプローチによる研究を行ってきた、今年度は昨年度までに開発した技術に改良を加え以下のことを行った。(1)<光学計測可能な多電極アレイ基板の開発>既存の電極では、電極上の細胞が可視化できないという問題があったため、白金黒付を薄くして光学計測可能な電極基板を作製した。電極インピーダンスは、従来電極より20倍高かったが、細胞と電極のコンタクトを増すことでS/N比が高い活動記録ができることがわかった.(2)<1神経細胞の発火特性の検出>上記電極を使って、電極上に1細胞単独で培養し、長期自発活動計測を行った。活動が記録されたサンプルの多くは、培養2週間前後から自発活動が観察され、培養1カ月以上の問、長期計測することができた。記録された1神経細胞が示す発火パターンの性質は、計測期間中保たれていたことから、1神経細胞は固有の自発発火パターンを持っていることがわかった。(3)<2神経細胞系からの発火特性の検出>電極上に2神経細胞系を構築し、活動特性を調べた。Burstする神経細胞とsingleスパイクで高頻度発火する細胞(GABA neuron)の共培養した系で計測した結果、burst神経細胞の発火によってGABA neuronが誘発応答を受ける様子が観察され、誘発を受けることによって、自発活動リズムが乱され、時間と共に元のリズムに戻って行く現象等(細胞間相互作用)が観察された。これらの結果により、1細胞単位で構成的に回路を構築することによって、細胞数や発火パターンの組み合わせに依存した神経回路システムの挙動を評価してゆくことが可能となった。この系を使って、高頻度刺激を与えたLTP実験や、医療への応用としてアミロイドβ投与による実験を行い、現在解析中である。