東京大学は、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、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確認したと発表した。

この成果は、同大生産技術研究所の竹内昌治教授と吉田昭太郎特任研究員らの研究グループによるもの。詳細は、MDPI (Multidisciplinary Digital Publishing Institute)が発行する「Micromachines」に掲載された。

人間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する。

今回開発した「マイクロプレート」デバイスは、バイオMEMS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る。

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となるとのことだ。

  • マイクロプレートによる神経細胞の形態制御と神経回路の組み立て

    マイクロプレートによる神経細胞の形態制御と神経回路の組み立て (出所:東大 生産研)

今回の研究では、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を確認したほか、その軸索・樹状突起の位置も制御可能であることを確認した。

  • 軸索・樹状突起・細胞体の位置の制御

    軸索・樹状突起・細胞体の位置の制御 (出所:東大 生産研)

また、マニピュレータを用いることで、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も判明。この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、それらの神経活動が同期していることも観察されたとする。

  • 神経回路の組み立てと回路形成の評価

    神経回路の組み立てと回路形成の評価 (出所:東大 生産研)

この結果、研究グループは、同ぎじゅつを活用することで、研究者は、自身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ることから、今後は、神経回路の形成・発達の研究や薬物試験のツールへ応用されることで研究の進展につなげることが期待できるようになるとしている。