Development of accelerating technique for neuronal network maturation through a synaptic modulation by high-intensity time-varying magnetic fields

通过高强度时变磁场突触调制加速神经网络成熟的技术的开发

• 批准号: 22H03931
• 负责人: 齋藤 淳史
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Central Research Institute of Electric Power Industry
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03931/
• 关键词: 強変動磁界; 神経回路網網; シナプス調節効果; 発火パターン; 機能的成熟; ヒト3次元培養神経回路網; 多点光学計測システム; カルシウムイメージング; 神経回路網; 光ファイバー; リアルタイム計測

計画初年度となる2022年度は，磁界ばく露実験で用いるヒト3次元培養神経回路網の作製方法を検討するとともに，強変動磁界ばく露環境下において培養神経回路網の活動を多点同時かつリアルタイムに検出できる多点光学計測システムの構築に取り組んだ。上記に関し，以下の成果を得た。（1）ヒト3次元培養神経回路網の作製ヒト人工多能性幹（hiPS）細胞由来神経前駆細胞を細胞非接着基質がコーティングされたマルチウェルプレート内で長期培養することで，均等なサイズを有するヒト3次元培養神経回路網を効率的に作製できる分化誘導条件を決定した。また，作製したヒト3次元培養神経回路網の活動を蛍光顕微鏡を用いたカルシウムイメージング法やマルチ電極アレイ（MEA）計測システムを用いた細胞外電位記録法により評価した。その結果，安定した同期バースト発火を示すヒト3次元培養神経回路網を作製するには数ヶ月程度の長期培養が必要となることがわかった。これらの基礎的な条件検討により，ヒト3次元培養神経回路網の機能的成熟に対する磁界ばく露の効果を評価するための背景データを取得することができた。（2）多点光学計測システムの構築強変動磁界ばく露環境下においてヒト3次元培養神経回路網の活動を効率的に評価するために，CMOSカメラと光源，バンドル型光ファイバープローブ等を組み合わせた光学システムを構築した。また，同システムのセンサ部にプリズムを内蔵した細胞培養容器を結合することで強変動磁界ばく露コイル内に配置したヒト3次元培養神経回路網の活動をカルシウムイメージング法により多点同時かつリアルタイムに検出できる多点光学計測システムを構築することができた。

在该项目的第一年，我们讨论了创建人类3D培养的神经网络的方法，该方法可用于磁场暴露实验中，并在构建多点光学测量系统上，可以同时检测到在高度可变的磁场暴露环境中，可以同时检测到培养的神经网络的活性。关于上述情况，获得以下结果：（1）通过人类诱导的多能干（臀部）细胞衍生的神经祖细胞的长期培养在涂有细胞非粘附底物的细胞非粘膜底板中，创建人类3D培养的神经网络，具有分化的诱导条件，可有效地生产具有人类3D培养的神经网络的分化诱导条件。此外，通过使用荧光显微镜和使用多电极阵列（MEA）测量系统的荧光显微镜和细胞外电势记录来评估制备的人类3D培养神经网络的活性。结果，发现需要大约几个月的长期培养才能产生人类的3D培养神经网络，该神经网络表现出稳定的同步爆发。已经研究了这些基本条件，并可以获得背景数据，以评估磁场暴露对人3D培养神经网络功能成熟的影响。 （2）构建多点光学测量系统，以便在强大波动磁场暴露环境中有效评估人类3D培养的神经网络的活性，将CMOS摄像头，光源，捆绑光纤纤维探针等组合的光学系统构建。此外，通过将细胞培养容器与系统的传感器部分中的内置棱镜联系起来，可以构建一个多点光学测量系统，该系统可以同时检测多个点，并实时使用钙成像来检测位于强允许磁场曝光的人类3D培养神经网络的活性。

项目成果

Real-Time Detection of Neuronal Network Activity Under 85 kHz Band High-Intensity Intermediate Frequency-Magnetic Field Exposure

85 kHz 频段高强度中频磁场暴露下神经元网络活动的实时检测

• DOI: 10.46620/22-0012
• 发表时间: 2022
• 期刊: URSI Radio Science Letters
• 作者: Atsushi Saito;Shin Ohtani;Keiji Wada;Yukihisa Suzuki;Kenji Hattori;Akira Ushiyama;Satoshi Nakasono
• 通讯作者: Satoshi Nakasono

Evaluation of neuronal network activity in high-intensity power frequency magnetic fields

高强度工频磁场中神经元网络活动的评估

• 发表时间: 2022
• 作者: Atsushi Saito;Masayuki Takahashi;Yukihisa Suzuki;Yasuhiko Jimbo;Satoshi Nakasono
• 通讯作者: Satoshi Nakasono