【研究領域課題番号】22H03935 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 細胞・組織 / 神経工学

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究領域課題番号】19H04437 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経 / 細胞・組織 / 神経工学 / 微小電極アレイ / 脳・神経 / 脳神経疾患 / シグナル伝達 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

てんかん発作の発生における“final common path”と考えられている興奮性／抑制性（Excitatory/Inhibitory; EI）の不均衡に焦点を当て，iPS細胞を神経系に分化誘導する際の操作により興奮性／抑制性細胞の比率を制御した培養神経回路を調整，電極アレイ基板を利用して自発活動を観測した．同期バースト活動の特性がEI比率によって異なり，培養日数の経過と共にその差異が小さくなる方向に変化する，GABAA受容体に対するantagonistであるbicuculline投与による抑制性シナプス結合阻害の効果が時間経過と共に減弱する等，恒常的可塑性の関与を示唆する結果が得られた．

【研究の社会的意義】

EIバランスと神経回路活動の関係は，興奮性／抑制性シナプス結合の数とその強度によって制御されるが，電気刺激等人工的な手法で誘起されるシナプス活動と本来の感覚入力に対して活性化されるシナプスは異なる，興奮性シナプス，抑制性シナプス，そのサブタイプそれぞれにおいて可塑性のメカニズムが異なるなど関係する要素は多岐にわたる．本研究では恒常性を維持する可塑性の関与を示唆する結果が得られた．今後は，シナプス－ニューロン－神経回路という階層構造各段階における制御機構，その背景となる可塑性の作用を統合した研究の遂行により，てんかん発作を生じるメカニズム解明に向けた知見が得られることが期待できる．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究領域課題番号】18K19602 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蝸牛 / 内耳 / 時間 / 易障害性 / 音響障害 / 神経科学 / 解剖学 / 細胞・組織 / 脳・神経 / 概日リズム

【研究成果の概要】

概日リズムタンパク質の発現量がもっとも多いサーカディアン時刻での免疫染色を行った。CBAマウスの脳と側頭骨を摘出、脳組織はfree floating切片、凍結切片、パラフィン切片、内耳はsurface preparation、凍結切片、パラフィン切片を作成、蛍光免疫染色と酵素抗体法を行った。floating切片の視交叉上核でのPER1とPER2のみ陽性細胞を確認できたが、蝸牛内の発現は自家蛍光が強く評価困難であった。C57BL/6Jを強大音暴露したが、暴露後24時間後、2週間いずれの群においても日中暴露群は夜間暴露群に比べてABR閾値が上昇しており、先行研究と矛盾する結果であった。

【研究の社会的意義】

本研究では概日リズムが蝸牛の障害に与える影響を調べ、同じ障害条件であっても難聴などの内耳障害を来しにくい時間を見いだすことが目的である。ただし、概日リズムに関するタンパクの発現は脳組織では確認できたが、蝸牛では良い抗体がなく、評価が困難であった。また、音響外傷を来す実験においては、日中暴露群が夜間暴露群に比べて難聴は悪化する結果となた。この結果は、同じ強大音響でも時間帯によって生じる難聴の程度が異なることを意味しているが、先行研究とは逆の結果であり、さらに検討を加える必要がある。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2020-03-31

【配分額】6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)

【研究分野】免疫学

【研究領域課題番号】17H06175 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

免疫制御 / マクロファージ / 制御性T細胞 / 神経炎症 / 組織修復 / 免疫学 / 脳神経 / シグナル伝達 / 生体分子 / 生理活性 / 炎症 / 免疫 / アレルギー・喘息 / 細胞・組織 / 獲得免疫 / 慢性炎症 / 脳梗塞 / 組織損傷 / 創傷治癒 / アストロサイト / 神経症状 / 脳・神経

【研究成果の概要】

マウス脳梗塞モデルを中心に臓器損傷によって誘発される炎症および組織修復に関与する免疫機構を解明した。脳梗塞発症後1日以内の急性期に炎症が起き症状の悪化が起きるが、3日目以降には炎症は終息し始める。これにマクロファージとその表面に発現するスカベンジャー受容体が関与することを明らかにした。さらに発症２週間目以降の慢性期に脳内に大量の制御性T細胞が蓄積し、ミクログリアやアストロサイトの過剰な活性化を抑制して神経症状の回復に寄与することを明らかにした。

【研究の社会的意義】

ヒト脳梗塞とTregの関連を示唆する報告は多い。例えばヒト脳梗塞において末梢血のTregの数と予後の関係が報告されている。セロトニントランスポーター阻害剤(SSRI)は脳梗塞患者の神経症状を改善することが複数報告されている。したがってヒト脳梗塞慢性期においても脳Tregが神経修復に働いている可能性はある。腎傷害モデルにおいてもやはり慢性期にTreg が腎臓に集積し腎機能回復を促進していることを我々は報告している。組織に浸潤するTregは炎症の収束のみならず組織修復にも重要な役割があることが示された。さらに組織特異的なTregを用いた組織特異的な治療法の開発につながることが期待される。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2017-05-31 - 2022-03-31

【配分額】205,790千円 (直接経費: 158,300千円、間接経費: 47,490千円)

【研究分野】動物生産科学

【研究領域課題番号】16H06206 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

繁殖 / 反芻家畜 / 細胞株 / GnRHニューロン / キスペプチンニューロン / 獣医学 / 畜産学 / 生理学 / 脳・神経 / 細胞・組織 / 応用動物 / 神経科学

【研究成果の概要】

ウシの最も重要な繁殖障害のひとつである卵胞嚢腫の主な原因は、排卵を誘起するGnRH（gonadotropin-releasing hormone）サージ発生中枢の機能不全であるとされるが、特に家畜におけるサージ発生中枢メカニズムはほとんど解明されていない。本研究は、反芻家畜のGnRHサージ発生中枢制御機構を解明することを目的とした。反芻家畜の繁殖中枢機能を細胞レベルで解析できる、ヤギ視床下部由来の細胞株（排卵中枢キスペプチンニューロン細胞株、卵胞発育中枢キスペプチンニューロン細胞株、GnRHニューロン細胞株）の樹立に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究で樹立したヤギのキスペプチンニューロン細胞株およびGnRHニューロン細胞株は、家畜で唯一の視床下部由来神経細胞株であり、ウシを含む反芻家畜における繁殖中枢制御メカニズムの解析や、繁殖制御剤の開発に利用できる。その結果、反芻家畜の中枢性繁殖障害の発症機序が解明され、ウシの受胎率向上に資する新たな治療法が開発されると期待できる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31

【配分額】23,790千円 (直接経費: 18,300千円、間接経費: 5,490千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】16K14190 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロデバイス / 神経科学 / 再生医療 / 細胞・組織 / マイクロマシン / 組織工学 / マイクロ・ナノデバイス / 脳・神経

【研究成果の概要】

神経変性機構解明のために、神経組織中に神経細胞が高密度で均一に分布するような神経組織を神経幹細胞から作製する技術を開発した。本技術では、蓋付きアガロースゲルチャンバを用いることで、神経幹細胞を密閉した状態で分化誘導するため、組織の３次元形状が制御でき、分化誘導により神経細胞が高密度で均一に分布する組織作製を可能にした。また、ヒトiPS細胞由来神経幹細胞を用いてひも状のヒト神経組織を構築した。最終的に、神経組織をパターニングしたデバイス中で血管内皮細胞と共培養することで、神経組織周辺部に血管内皮細胞による血管網の構築をした。また薬剤投与による神経変性を観察し、本系の薬物実験への有効性を確認した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】耳鼻咽喉科学

【研究領域課題番号】16K15717 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経科学 / 脳・神経 / 解剖学 / 蝸牛 / 内耳 / 細胞・組織

【研究成果の概要】

既存の透明化手法では蝸牛内全有毛細胞を満足に観察する透明化手法は確立していなかった。我々は改良を加え内耳組織化学で頻用されるMyosin7a,Rhodamine-Phalloidinなどによる蝸牛内全有毛細胞観察に満足する透明化手法を確立した。蝸牛内全有毛細胞観察可能となったことから、有毛細胞情報データベース作成を進めてている。機械学習を用いて蝸牛内全有毛細胞座標情報をもとにコルチ器の直線化を行い、全残存有毛細胞カウントを自動化するプログラムを作成した。プログラム精度は99.7％と高く、蝸牛内推定脱落細胞カルント自動化プログラムもhuman manipulationと高い相関であった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)

【研究分野】生体医工学・生体材料学

【研究領域課題番号】26560202 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 神経工学 / 細胞・組織 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

パーキンソン病（PD）は運動障害が主症状とされるが，その発現時には神経変性が進行していることが知られており，早期診断手法の確立が重要である．本研究では早期症状の1つとされる不安やうつに関係する海馬と，海馬に投射しかつ早期段階で変性が進む縫線核（5-HT作動性ニューロンを含む）を電極アレイ基板上で共培養したPDモデル系を構築した．海馬の典型的な自発電気活動パターンとして知られている同期バーストの発生頻度が共培養系では低下する，HCの情報処理（パターン分離）性能にはニューロン新生が関与するという知見を得た．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】26630088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マイクロ・ナノデバイス / マイクロマシン / 再生医療 / 神経移植 / 脳・神経 / 細胞・組織 / 神経科学

【研究成果の概要】

本研究課題では，移植医療に応用できるように神経細胞と生体適合性材料から形成される直径100-200 μm，長さ数メートルのバイオ神経インターフェースの構築を目指した。最初にマウスの神経幹細胞から形成される神経ファイバーの安定的な構築方法を確立した。次に、神経細胞ファイバー４８本から形成される神経ファイバーバンドルを作製し、脊髄損傷モデルマウスへの治療効果を確認するため移植実験を行った。移植した神経ファイバーバンドル内部の神経幹細胞は、マウス脊髄に生着し術後２ヶ月で神経細胞、グリア細胞、オリゴデンドロサイト細胞に分化していることが確認できた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】水産化学

【研究領域課題番号】24248037 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水産業 / シグナル伝達 / 発現制御 / ストレス / 細胞・組織 / 脳・神経

【研究成果の概要】

魚類の視覚によるストレス負荷モデルの作成を行った．次いで，ストレスがエネルギー代謝に及ぼす影響を調べるために，組織中のタンパク質分解物をNanoLC-MS/MSを用いた定量的かつ網羅的に解析する定量的プロテオフラグメントーム解析手法を確立した．魚類筋組織ではタンパク質分解が定常的に起こっていること，絶食モデルでその分解が増大することが明らかとなった．過密ストレスおよび低温ストレスでは，魚種によって免疫系への影響が異なることなどが明らかにがった．次世代シークエンサーを用いた網羅的遺伝子発現解析によって，マダイの炎症・免疫応答系遺伝子を同定した．γオリザノールにストレス緩和作用を確認した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2012-10-31 - 2015-03-31

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】24650249 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経変性疾患 / 細胞・組織 / 神経科学 / ナノバイオ / 分子認識

【研究成果の概要】

アルツハイマー性神経障害の発生，伝搬過程を可視化する細胞培養マイクロデバイスを開発した．多数のマイクロ電極を集積化した基板上にシリコンゴム製の立体構造物を利用して複数の細胞培養区画を配置し，区画間をトンネルで連絡する構造とした．ラット海馬から採取した神経細胞を培養し，アルツハイマー性障害発生原因物質の有力な候補とされているβアミロイド投与による神経変性障害発生・伝搬の様子を電気活動，細胞内Ca濃度変化計測により評価し，Caの細胞内過剰流入を示唆する結果を得た．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】応用分子細胞生物学

【研究領域課題番号】23248058 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食品 / 味覚 / 脳・神経 / シグナル伝達 / 細胞・組織

【研究成果の概要】

味覚システムの統合的解析は、(1)塩味受容(type I)細胞の膜電位特性を構築する遺伝子AnoI, Kene3, Sec61a1を見い出した。(2)PLC-beta2-WGAメダカの解析から、苦味およびアミノ酸の受容味細胞から終脳にいたる味覚伝達路の全容を解明した。PKD1L3-WGAマウスの酸味受容細胞からNST味覚領域の可視化にも成功した。(3)マウス離乳期に大脳味覚野で発現するSNAP25, EGr-2, Krox-20マーカー遺伝子が離乳期に固形食を摂取させたマウスでは流動食摂取に比べ顕著な発現化が生じた。(4)味覚刺激と食物選択に相関性があることを示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】50,830千円 (直接経費: 39,100千円、間接経費: 11,730千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】23240065 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳神経疾患 / 細胞・組織 / シグナル伝達 / ナノバイオ / 脳・神経 / 神経科学 / 神経工学 / 分子認識

【研究成果の概要】

難治性てんかんに対する治療手法として臨床医療の場で用いられている迷走神経刺激療法VNSの作用機構解明に向けて，刺激を直接受容する脳幹の神経核（青斑核，縫線核）と，その標的組織である海馬から神経細胞を採取して培養系に再構成，電気活動時空間パターンの計測と解析を行った．海馬培養神経回路網は，全体で同期したバースト発火を繰り返し生じることが特徴とされているが，脳幹神経核のニューロン群の活動には同期性は認められず，これらと共培養した場合は海馬の周期活動も抑制される傾向が認められた．脳幹神経核に対する電気刺激により外部からその活動を制御し，VNSが有効に作用する最適条件を見出すことが今後の課題である．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】48,100千円 (直接経費: 37,000千円、間接経費: 11,100千円)

【研究分野】リハビリテーション科学・福祉工学

【研究領域課題番号】22650127 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / マイクロ・ナノデバイス / 細胞・組織

【研究成果の概要】

本課題では、神経様細胞による3D組織を構築するデバイスを創成することを目的とした。開発した細胞パターニングデバイスは、細胞組織体の均一・大量生産が可能であり、一度に多くの培養条件を評価することができた。特に、様々な細胞(初代細胞、組織由来幹細胞、iPS細胞など)に対して、細胞組織体の大きさを制御でき、薬剤応答およびタンパク質レベルでの機能発現が確認できた。また、2D培養による神経回路の構築、及び電気刺激による周期内での応答率の変化も確認できている。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】3,320千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 420千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】21650106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

脳・神経 / 神経科学 / 細胞・組織 / 分子認識 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

平成22年度の研究実施計画として設定した2つの課題に対して以下の成果を得た.
1.マイクロ構造を利用した共培養チャンバの設計と製作
2つの独立した共培養系をマイクロ通路で結合する細胞培養チャンバの製作プロセスにつき検討した.PDMS (poly-dimethylsiloxane)を利用して,2つのマイクロチャンバとそれを結ぶトンネル構造を形成した。2つのマイクロチャンバに播種した細胞をそれぞれPKH26,67蛍光色素で染色し,細胞体の分離培養が維持されていることを確認した.両領域の底面に設置したマイクロ電極群による細胞電気活動記録により,領域間に機能的なシナプス結合が形成されていることがわかった.
2.高頻度刺激により誘導される可塑的変化に対する神経調節物質の効果
MEA (Micro-Electrode Array)基板上に形成した大脳皮質培養神経回路において,ACh受容体に対するアゴニストであるCarbachol投与に対する細胞内Caイオン濃度上昇と自発電気活動の亢進が誘導されることを確認した.自発電気活動亢進の条件下で,重畳して観測される誘発応答の検出・解析手法確立に向けてさらに検討を要することがわかった.

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2009 - 2010

【配分額】3,200千円 (直接経費: 3,200千円)

【研究分野】解剖学一般(含組織学・発生学)

【研究領域課題番号】20590196 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞・組織 / 再生医学 / 脳・神経 / 発生・分化 / 神経科学 / 中枢神経系 / 幹細胞 / 遺伝子 / 細胞死

【研究成果の概要】

我々が既に単離同定している神経幹細胞に発現する新規遺伝子群のなかかのひとつSE90/radmis遺伝子について解析を進めた。in situ hybridization解析により、radmis mRNA発現は胎生期の脳室周囲層、および生後や成体脳の側脳室の脳室下層といった神経幹細胞が局在すると考えられる部位での発現が認められた。また特異的抗体による組織学的解析の結果、radmisタンパクは神経幹細胞の放射状細胞突起と分裂期紡錘体微小管に一過性に局在し、分裂後は速やかに後期促進複合体APC/Cdh1によるユビキチン化を受けてタンパクが分解され、幹細胞内から除去される可能性が示された。実際の個体レベルでの神経発生過程でのradmis遺伝子の機能を検討するため、ユビキチン化を受けないよう改変した変異型radmis遺伝子を作製し、子宮内電気穿孔法によりマウス胎児の脳室内へ遺伝子導入を行った。その結果、radmis遺伝子を強制発現した神経幹細胞では分裂の亢進と細胞移動の異常が起きる事が明らかとなった。以上のデータからradmisが神経幹細胞の分裂制御に重要な働きを持つことが示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】19200036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体情報・計測 / 電気刺激 / 細胞 / 脳・神経 / 神経科学 / 細胞・組織 / 分子認識 / ナノバイオ

【研究成果の概要】

時空間的に制御した電気刺激パターンの印加により細胞群に誘導される変化を調べた.心筋細胞に対する半日間の連続刺激により拍動リズムの引き込み現象が起こること,神経細胞に対する時空間的な刺激パターンの履歴が誘発応答に反映されることがわかった.また,幹細胞について多数の胚様体を同時刺激するマイクロデバイスを開発した.電気刺激の時空間パターンを精密に設計することにより,急性・慢性両面において生体現象を人為的に制御する可能性が示された.

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2010

【配分額】49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円)