image: A single neuron on a microplate (SEM image) and two adjoining neurons that were physically connected. view more
Credit: 2018 Shoji Takeuchi, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo
東京大学 生産技術研究所の竹内 昌治 教授（東京大学 国際高等研究所ニューロインテリジェンス国際研究機構（WPI-IRCN）を兼務）と吉田 昭太郎 特任研究員らの研究グループは、生きた神経細胞の形態（軸索・樹状突起・細胞体の本数や位置）を制御しながら培養可能にする「マイクロプレート」デバイスを開発しました。また、神経細胞を培養したマイクロプレート同士をパズルのように組み立てることで、自在に神経回路を構築可能であることを示しました。この技術によって、研究者が解析したい神経回路を培養皿の中でデザインすることが可能になり、神経回路の形成・発達の研究や薬物試験のツールとして応用されることが期待されます。
私たちの脳内の神経回路を構成する神経細胞には、情報を入力する樹状突起、統合する細胞体、出力する軸索と呼ばれる構造が存在します。今回開発した「マイクロプレート」デバイスは、バイオＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて製作され、１つの神経細胞の軸索・樹状突起・細胞体をそれぞれ載せることができる線と円からなる板状の構造をしており、その上で神経細胞を培養可能になっています。軸索は長く樹状突起は短いという性質を利用することで、マイクロプレートの形状によって神経細胞の形態を制御することが可能になります。また、このマイクロプレートの位置は培養中に変更可能となっており、マニピュレータで押してマイクロプレート同士を接続することで、パズルのように神経回路を組み立てることが可能になります。
今回は海馬の神経細胞を用いて、実際に１つのマイクロプレートによって１つの神経細胞を培養可能であることが示され、その軸索・樹状突起の位置も制御可能であることがわかりました。また、マニピュレータを用いて、培養中に神経細胞の位置を変更することが可能であり、神経細胞を接続して自在に神経回路を組み立てることが可能であることが示されました。接続した神経細胞同士の間には、シナプス結合と呼ばれる神経回路の接続点が形成され、それらの神経活動（発火）が同期することがわかりました。これらの結果より、今回開発されたマイクロプレートを用いることで、研究者が自在に神経回路をデザインできるようになり、神経回路の形成・発達の基礎研究や薬物試験へ応用されることが期待されます。
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Micromachines