半導体素子上に培養した神経細胞の回路形成に関する研究

半导体器件培养神经元电路形成的研究

基本信息

批准号：
12019229
负责人：
八木透
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体素子上に神経細胞を培養し、その軸索伸長を人工的に制御して神経回路を形成させる技術について研究を行う。そして将来は「神経インタフェース」や「バイオチッブ」の開発へと発展させる計画である。これまでITO(indium tin oxide)や白金など、生体適合性が比較的高いといわれる金属材料を用いて作製した微小電極アレイ上に神経細胞を培養し、その軸索誘導を試みてきた。しかし電極アレイ上に細胞を直接培養しようとすると、細胞が培養途中で死滅してしまうため、ポリリジンや細胞外マトリクス分子で電極アレイ表面をコーティングする必要があった。しかしコーティングはインピーダンスを増加させるため、細胞への電気刺激ならびに細胞からの電気記録には好ましくない。したがって生体組織との適合性および導電性の低下を同時に解決する必要がある。そこで我々は、導電性高分子の一つであるポリピロールを材料とすることにより、高い生体適合性と導電性を持つ電極アレイが作製できると考えた。そこで本年度は、ポリピロールのマイクロパターン作製と、培養細胞を用いた生体適合性の評価を行なった。パターン作製には、酸化重合剤の光反応性を利用したフォトリソグラフィを用いた。その結果、マスクパターンの露光時間やピロールの重合時間を最適に設定すれば、最小線幅3μmのポリピロールパターンを作製できることが判明した。またポリピロール上に細胞を培養した結果、培養細胞は突起を伸展して成長し4週間にわたって生存した。これらの結果より、電極アレイに適用可能な微小サイズまでポリピロールパターンを微小化できることが示された。またポリピロールは高い生体適合性を持つことが示された。

我们将研究在半导体器件上培养神经细胞并人工控制其轴突延伸以形成神经回路的技术。未来，计划将其开发为“神经接口”和“生物芯片”。迄今为止，我们一直尝试在使用ITO（氧化铟锡）和铂等生物相容性较高的金属材料制成的微电极阵列上培养神经细胞，并引导其轴突。然而，当细胞直接在电极阵列上培养时，细胞在培养过程中会死亡，因此需要在电极阵列表面涂覆聚赖氨酸或细胞外基质分子。然而，由于涂层增加了阻抗，因此对于细胞的电刺激和细胞的电记录来说不是优选的。因此，需要同时解决与活体组织的相容性和电导率下降的问题。因此，我们认为通过使用导电聚合物聚吡咯作为材料，可以创建具有高生物相容性和导电性的电极阵列。因此，今年，我们创建了聚吡咯的微模型，并使用培养细胞评估了它们的生物相容性。为了创建图案，我们使用光刻技术，利用氧化聚合剂的光反应性。结果发现，通过最佳地设置掩模图案的曝光时间和吡咯的聚合时间，可以创建最小线宽为3μm的聚吡咯图案。此外，在聚吡咯上培养细胞的结果是，培养的细胞通过延伸突起生长并存活4周。这些结果表明，聚吡咯图案可以小型化至可应用于电极阵列的微观尺寸。聚吡咯还被证明具有高生物相容性。