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» 2020年07月16日 15時00分 公開

医療技術ニュース:光を照射して神経細胞を刺激、サルの手を動かす

自然科学研究機構 生理学研究所は、サルの大脳皮質運動野に光遺伝学を適用し、サルの手を動かすことに成功した。電気刺激に替わる、光による脳深部刺激療法などヒトの病気治療への応用につながる成果だ。

[MONOist]

 自然科学研究機構 生理学研究所は2020年6月26日、オプトジェネティクス(光遺伝学)でサルの手を動かすことに成功したと発表した。同研究所 教授の南部篤氏らと東北大学大学院との共同研究による成果だ。

 オプトジェネティクスは、光で活性化する物質を、遺伝子導入によって特定の細胞群や神経経路のみに発現させ、光照射のオン、オフによってそれらの活動を制御する技術だ。脳の仕組みの研究において、ネズミなどでは近年よく用いられている。しかし、ヒトに近い霊長類(サル)の研究では、光で活性化するチャネルロドプシンをサルの脳内で効率的に発現させることが困難だった。

 今回の研究では、まず、この点を克服するため、サルに適したアデノ随伴ウイルスベクター(遺伝子の運び屋)を探索した。大脳皮質運動野のうち、手の運動に関わる領域を正確に同定し、最適なウイルスベクターを投与したところ、周辺の神経細胞にチャネルロドプシンを発現させることに成功した。

キャプション A:ニホンザル大脳皮質運動野のアデノ随伴ウイルスベクター投与部位(緑色の丸)、B:大脳皮質運動野におけるチャネルロドプシンの発現(緑色に光って見える領域)を観察した蛍光顕微鏡写真。右は左の一部を高倍率で観察したもので、チャネルロドプシンを発現している神経細胞が見える(矢印)(クリックで拡大) 出典:生理学研究所

 次に、神経細胞の活動を記録するための電極と、光を照射するための光ファイバー、電気刺激を与える電極の3つを一体化させた電極(オプトロード)を作製。これを大脳皮質運動野に挿入して、チャネルロドプシンが発現している神経細胞に光を照射した。運動野の神経細胞が興奮し、明確に手の運動を起こすことができた。

キャプション チャネルロドプシンを発現させたニホンザルの大脳皮質運動野に青色レーザー光を照射。神経活動とともに、筋活動と手の運動が誘発された(クリックで拡大) 出典:生理学研究所

 さらに、光照射によって引き起こされる運動と、電気刺激によって引き起こされる運動を詳細に比較した。どちらも同じ筋肉に対して同程度の強さの活動を起こすことが分かった。

 今回の研究成果は、霊長類の脳研究にオプトジェネティクスを適用する足掛かりとなるもので、ヒトの脳機能の解明に大きく近づけると考えられる。さらには、電気刺激に替わる、光による脳深部刺激療法などヒトの病気治療への応用にもつながることが期待される。

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