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.

本研究的目的是开发一种利用随时间变化的电磁场的刺激效应来精确控制神经分化和神经网络活动的方法（1）连续。我们评估了感应电流刺激期间的刺激反应。此外，为了观察更接近大脑内部的刺激效果，（2）我们使用磁性纳米粒子和外部磁力来创建三维培养的神经元 - 星形胶质细胞。创建了一个电路网络并评估了其功能。（1 ）通过连续感应电流刺激调节培养的神经网络活动的基础研究使用软磁材料μ金属和采用微加工技术制造的细胞培养室，我们使用了使用软磁材料μ金属制造的细胞培养室我们构建了一个可以产生强感应电流的刺激系统，根据数值模拟结果，估计通过对高导磁合金施加 20 mT 的脉动磁场，可以产生高达 20 mT 的感应电流。刺激部位可局部产生 20 A/m^2 的电流。通过使用培育神经网络的刺激实验，我们证实了低频刺激时的抑制作用和高频刺激时的增强作用。此外，我们采用了将药物以簇的形式局部添加到培养神经网络中的方法。非刺激区域培养的神经网络会对刺激做出反应。 (2)通过外部磁力引入磁性纳米颗粒和星形胶质细胞创建三维培养神经元-星形胶质细胞电路网络。我们开发了一种方法，允许星形胶质细胞在单层培养的神经网络上以类似于体内比例和结构的状态进行三维排列。我们还研究了与星形胶质细胞整合及其排列相关的自发电活动的变化。诱导星形胶质细胞活性这些结果表明，星形胶质细胞积累对神经网络活动模式的全局调节是通过星形胶质细胞活动诱导的神经活动的全局抑制而发生的。

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