一細胞単位で設計された神経回路を有する三次元人工脳組織の構築

构建具有单细胞单元设计的神经回路的三维人工脑组织

基本信息

批准号：
13J08795
负责人：
吉田昭太郎
金额：
$ 1.92万
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：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、培養神経回路を一細胞単位の高解像度で設計・構築するためのマイクロデバイスの構築である。デバイスは、一細胞サイズの培養皿（マイクロプレートと呼ぶ）をガラス基板上に大量にアレイ化したものであり、マイクロ加工技術により製作した。マイクロプレートデバイスの上で神経細胞を培養することによって、（１）一細胞ごとに形態（細胞体・軸索・樹状突起）を制御しながら培養ができること、（２）形態を制御した単一神経細胞を自在に再配置することで神経回路を設計・構築できること、の2点を実現する。本年度はマイクロプレートの形状によって細胞体・軸索・樹状突起を制御した単一神経細胞を培養し、それを再配置することで神経回路が構築可能であるかどうかを調べた。マイクロプレートの形状を円状の細胞体部、線状の軸索部・樹状突起部の3つを結合したものとし、ラット胎児の初代培養海馬神経細胞をデバイスに播種すると、マイクロプレート・アレイに形態制御された単一神経細胞が得られ、それを1週間以上培養可能であることがわかった。また、形態を制御した単一神経細胞が載ったマイクロプレートを、マイクロマニピュレータによって再配置して神経回路を構築することができるかを調べた。マイクロマニピュレーションによって単一神経細胞を隣接配置させ培養すると、神経細胞同士が成長してお互いに接触することがわかった。神経回路の機能的な接続点であるシナプス結合が形成されるかを調べるために、免疫染色による形態面の評価、カルシウムイメージングによる機能面の評価を行ったところ、形態的にも機能的にもシナプス結合が形成されていることが示唆された。以上により、本研究の目的である、単一神経細胞の形態制御・再配置を実現するデバイスを構築でき、それが一細胞単位の高解像度で神経回路を設計・構築するために利用可能であることを示した。

本研究的目的是构建一种微器件，用于在单细胞基础上设计和构建高分辨率的培养神经回路。该装置由玻璃基板上的大量单细胞大小的培养皿（称为微孔板）组成，并采用微加工技术制造。通过在微孔板装置上培养神经细胞，（1）可以在控制每个细胞的形态（细胞体、轴突、树突）的同时进行培养，以及（2）可以培养形态受控的单个细胞，这实现了两点。：通过自由重新排列神经元来设计和构建神经回路的能力。今年，我们研究了是否可以通过培养单个神经元（其细胞体、轴突和树突由微板的形状控制）并重新排列它们来构建神经回路。微板的形状是圆形细胞体和线性轴突和树突的组合，当将原代培养的大鼠胎儿海马神经元接种到该装置上时，可以创建具有受控形态的微板阵列。获得并且它们可以培养一周以上。我们还研究了是否可以通过使用显微操作器重新排列包含具有受控形态的单个神经元的微板来构建神经回路。他们发现，当单个神经元彼此相邻放置并使用显微操作进行培养时，神经元会生长并相互接触。为了研究突触连接（神经回路的功能连接点）的形成，我们使用免疫染色进行形态学评估，并使用钙成像进行功能评估，结果表明突触连接已形成。综上所述，我们能够构建一种实现单个神经元形态控制和重排的装置，这也是本研究的目标，并且该装置可用于设计和构建高分辨率的神经回路。结果表明，在单细胞基础上。

项目成果

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专利数量（0）

Assembly of Neural Cell-laden Microplatea on a Microfabricated Breadboard

在微型面包板上组装充满神经细胞的微板

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
吉田昭太郎;佐藤幸治;竹内昌治
通讯作者：
竹内昌治

単一神経細胞プレートのアセンブリによるin vitro神経回路構築

通过组装单个神经元板来构建体外神经回路

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
吉田昭太郎; 竹内昌治
通讯作者：
竹内昌治

Hyper Bio Assembler for 3D Cellular Systems

用于 3D 细胞系统的 Hyper Bio Assembler

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chapter 10: Shotaro Yoshida; Daniela Serien; Fumiaki Tomoike; Hiroaki Onoe;Shoji Takeuchi (Editors: Tatsuo Arai; Fumihito Arai; Masayuki Yamato)
通讯作者：
Masayuki Yamato)

Mobile Microplates for Morphological Control and Assembly of Individual Neural Cells

用于单个神经细胞形态控制和组装的移动微孔板