電磁界を用いた細胞分化・機能発現制御に関する研究

利用电磁场进行细胞分化和功能表达控制的研究

• 批准号: 11J04962
• 负责人: 斎藤 淳史
• 金额: $ 0.83万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J04962/
• 关键词: 誘導電流刺激; ミューメタル; マイクロ加工技術; 培養神経回路網; 同期バースト現象; 磁性ナノ粒子; アストロサイト; 3次元共培養; 電磁界曝露装置; 誘導電流; P19細胞; 神経分化; マイクロ電極アレイ; 自発電気活動

本研究では,時間的に変動する電磁界の刺激作用を利用した神経分化および神経回路網活動の精密制御手法の開発を目的としている.本年度は,昨年度開発した計測システム一体型の電磁界曝露装置を用いて,(1)連続的な誘導電流刺激時の刺激応答評価を行った.また,刺激効果をより脳内に近い状態で観察するために,(2)磁性ナノ粒子と外部磁力を用いて3次元的な培養神経―アストロサイト回路網を作製し,その機能評価を行った.(1)連続誘導電流刺激による培養神経回路網活動の調節に関する基礎的な検討軟磁性材料であるミューメタルおよびマイクロ加工技術により作製した細胞培養チャンバーを用いて,培養神経回路網の局所的な領域のみに強い誘導電流を発生できる刺激システムを構築した.数値シミュレーション結果から,20mTの変動磁界をミューメタルに印加することで刺激部位で最大20A/m^2の誘導電流が局所的に生成できることが推定された.また,培養神経回路網を用いた刺激実験により低頻度刺激時の抑制効果および高頻度刺激時の増強効果を確認した.加えて,クラスター状の培養神経回路網に局所的に薬剤を添加する方法を用いて非刺激部位の培養神経回路網が刺激応答性に影響を与えることを確認した.(2)磁性ナノ粒子とアストロサイトを用いた3次元培養神経-アストロサイト回路網の作製磁性ナノ粒子をグリア細胞の一種であるアストロサイトの細胞内に導入し,外部磁力によって単層の培養神経回路網上にアストロサイトを生体内の比率・構造に近い状態で3次元的に配置できる手法を開発した.また,アストロサイトの集積化に伴う自発電気活動の変化および配置したアストロサイトの活動を誘起した際の神経回路網活動の変化を確認した.これらの結果より,アストロサイト集積化による神経回路網活動パターンの大域的な調節がアストロサイトの活動誘起による大域的な神経活動の抑制により生じることが明らかとなった.

这项研究旨在使用随时间变化的电磁场的刺激效果来开发一种用于神经分化和神经网络活动的精确控制方法。今年，使用去年开发的集成测量系统的电磁场暴露装置，（1）在连续诱导的电流刺激期间评估了刺激反应。此外，为了观察更接近大脑的状态的刺激效果，（2）使用磁性纳米颗粒和外部磁力创建了（2）3D培养的神经胃细胞网络，并评估了该功能。 （1）1。）通过使用使用软磁性材料制造的细胞培养室进行培养室，对培养的神经网络活性调节的基本研究，我们构建了一个只能在培养神经网络的局部区域中产生强大的诱导电流的刺激系统。从数值仿真结果中，估计通过将20MT可变磁场应用于Mumetal，可以在刺激位点局部生成20A/m^2的诱导电流。此外，使用成核神经网络的培养刺激实验证实了低频刺激和高频刺激的增强作用的抑制作用。此外，使用一种将药物局部添加到类似群集的培养神经网络的方法，可以证实，不刺激位点的培养神经网络会影响刺激反应。 （2）将使用磁性纳米颗粒和星形胶质细胞磁性纳米颗粒的3D培养的神经胃细胞网络制备被引入星形胶质细胞的细胞，一种胶质细胞，然后受到外部磁力。我们已经开发了一种方法，该方法允许星形胶质细胞以三个维度置于单层培养的神经网络的三个维度，状态接近体内生物体的比例和结构。我们还证实了随着星形胶质细胞整合的自发电活动的变化，并在诱导布置星形胶质细胞活性时的神经网络活性变化。这些结果表明，由于星形胶质细胞活性引起的全球神经活动的抑制，由于星形胶质细胞整合而引起的神经网络活动模式的全球调节。

项目成果

軟磁性材料を用いた培養神経回路網への局所誘導電流刺激

使用软磁材料对培养神经网络进行局部感应电流刺激

• 发表时间: 2012
• 期刊: 電気学会論文誌C
• 作者: 斎藤淳史;斎藤亜希;森口裕之;小谷潔;神保泰彦;樋口くみ子;斎藤淳史
• 通讯作者: 斎藤淳史

Soft magnetic material based localized magnetic stimulation to cultured neuronal cells and modulation of network activities

基于软磁材料的对培养神经元细胞的局部磁刺激和网络活动的调节

• 发表时间: 2011
• 作者: Ohki Y;Higo T;Uemura K;Shimada N;Osawa S;Berezovska O;Yokoshima S;Fukuyama T;Tomita T;Iwatsubo T;斎藤淳史;Takuya Higo;Atsushi Saito
• 通讯作者: Atsushi Saito

磁性ナノ粒子を用いた3次元培養神経回路網の構築に関する基礎的検討

利用磁性纳米粒子构建3D培养神经网络的基础研究

• 发表时间: 2011
• 作者: Ohki Y;Higo T;Uemura K;Shimada N;Osawa S;Berezovska O;Yokoshima S;Fukuyama T;Tomita T;Iwatsubo T;斎藤淳史
• 通讯作者: 斎藤淳史

軟磁性材料を用いた細胞用局所誘導電流刺激デバイスの作製と培養神経回路網活動の調節

软磁材料细胞局部感应电流刺激装置的制作及培养神经网络活动的调控

• 发表时间: 2012
• 作者: Nishimura T;Kaizuka T;Cadwell K;Sahani MH;Saitoh T;Akira S;Virgin HW;Mizushima N;斎藤淳史
• 通讯作者: 斎藤淳史

磁性ナノ粒子を用いた神経-アストロサイト3次元共培養系の構築と神経回路網活動の調節

利用磁性纳米颗粒构建三维神经元-星形胶质细胞共培养系统并调节神经网络活动

• 发表时间: 2013
• 作者: Karanasios E;Stapleton E;Manifava M;Kaizuka T;Mizushima N;Walker SA;Ktistakis NT.;樋口くみ子;斎藤淳史
• 通讯作者: 斎藤淳史