低強度超音波薬学：微小トランスデューサアレイによる疾患モデル動物での治療効果検証

低强度超声药理学：使用微换能器阵列验证疾病模型动物的治疗效果

基本信息

批准号：
21K19755
负责人：
舘野高
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19755/
关键词：
超音波トランスデューサ神経刺激法微細加工技術

项目摘要

本研究課題では，機械的振動で効率的に中枢神経系を低侵襲的に刺激し，体内臓器や末梢系効果器に神経信号を送信する新技術の開発を目指している．その実現に向けて，脳の局所領域に対し，弱強度の超音波を放射して低侵襲的に神経活動を誘起する小型のデバイスを製作し，その実験系，および，実験プロトコルを開発することを目的としている．本年度は，計画期間の2年目であり，年度計画にしたがって，次の小課題を実施した．(課題１) 超音波の脳刺激によって聴覚末梢系の神経活動を誘発せずに，中枢神経系のみを活動させる刺激条件について広範囲に条件の探索を行った．具体的には，市販のトランスデューサを利用して刺激条件を変化させて超音波を齧歯類動物に印加して聴覚の末梢系と中枢系の神経活動を同時に記録した．その結果，末梢系の活動を誘発せずに，中枢神経系のみを効果的に活動させる超音波条件を明らかした．また，末梢系活動を誘発する条件では，その物理的な誘発の機序について幾つかの仮説を立て実験で検証した．(課題２) 微細加工技術によって試作した微小トランスデューサの電気的および機械的な振動特性を計測し，脳活動を誘発する条件を満たしているかを確認した．その結果，当初の想定よりも刺激強度が弱いことが判明した．(課題３) 小型ダイアフラム上に脳の試料を置き，その底部から超音波を印加する実験を行った．その結果，本試作デバイスでは，脳活動が十分に誘起できないことが判明した．このため，次年度にダイアフラムデバイスの再試作が必要である．(課題４) 薬剤を用いて聴覚末梢系由来の音情報を阻害する難聴モデルを作成する実験条件を検討した．また，動物実験によって，市販のトランスデューサによる超音波刺激の印加が聴覚中枢系の神経活動を誘起できることを電気生理学実験によって確認した．

在这个研究项目中，我们的目标是开发一种新技术，利用机械振动高效、微创地刺激中枢神经系统，并将神经信号传输到内脏器官和外周效应器官。为了实现这一目标，我们将创建一种小型装置，通过向大脑局部区域发射低强度超声波，以微创方式诱导神经活动，并为其开发实验系统和协议。今年是规划期的第二年，根据年度计划落实了以下分项任务。（任务1）我们通过超声波脑刺激广泛寻找仅激活中枢神经系统而不诱导听觉周围系统神经活动的刺激条件。具体来说，我们使用市售的换能器在改变刺激条件的同时对啮齿动物施加超声波，并同时记录外周和中枢听觉系统的神经活动。结果，我们发现超声波条件只能有效地激活中枢神经系统，而不引起周围系统的活动。此外，在诱导外周系统活动的条件下，我们提出了一些关于物理诱导机制的假设，并通过实验验证了它们。（任务2）我们测量了采用微细加工技术制作的微传感器原型的电气和机械振动特性，并确认其是否满足诱导大脑活动的条件。结果发现，刺激的强度比原来预想的要弱一些。（任务3）我们进行了一项实验，将大脑样本放置在小隔膜上，并从底部施加超声波。结果发现，这个原型装置无法诱发足够的大脑活动。因此，有必要在明年重新制作隔膜装置的原型。（问题 4）我们研究了创建听力损失模型的实验条件，该模型使用药物抑制来自听觉外围系统的声音信息。此外，在动物实验中，我们通过电生理学实验证实，使用市售换能器施加超声刺激可以诱发听觉中枢系统的神经活动。