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利用有机EL薄膜刺激神经,东京大学考虑应用于再生医疗

2020年09月04日 电子电气

东京大学的关野正树副教授、横田知之副教授和染谷隆夫教授等人组成的研究团队,开发出了可以用光刺激神经细胞的有机EL薄膜。研究确认,将薄膜直接贴在实验大鼠的末梢神经或脑部并照射光线,可以刺激神经使其活动。该技术除用来调查神经功能的基础研究外,将来还有望应用于再生医疗领域。

使用小鼠和大鼠进行最新脑部研究时不可或缺的方法之一是光遗传学的方法。该方法利用基因工程技术,在实验动物的细胞中制造照射光时会改变结构的蛋白质。向神经照射光时,蛋白质会变身为“开关”,可以开启或关闭活动。

向包括目标细胞在内的区域照射光,一般采用在脑部等连接光纤和发光二极管(LED)等器具的方法。但这些装置比较坚硬,而且容易发热,因此可能会影响生物组织以及神经,导致受伤发炎。

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配备发蓝光的三个光源的薄型有机EL薄膜(图片由东京大学的关野副教授提供)

研究团队着眼于容易制作成薄膜状传感器和光源的有机EL,开发出了厚度仅2微米、比保鲜膜还要薄的装置。在该装置上设置了可自由弯曲、会发出刺激神经的蓝光的3个光源。

研究团队在连接大鼠腿部肌肉的神经上张贴该薄膜并照射光,确认肌肉会收缩。向有感觉神经的皮肤照射光时也发生了这样的现象。有机EL薄膜能完全贴合组织的形状。贴在神经上经过10天组织也没有发炎。

据介绍,利用此次开发的装置可以实现以前难以实现的实验。比如可以利用磁共振成像装置(MRI)大范围观察脑部。使用LED等会影响MRI读取神经活动,因此难以边刺激神经边观察脑部的宏观变化。而利用有机EL薄膜覆盖住大脑表面的神经细胞并用MRI观察时,顺利捕获到了脑部的活动。

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在脑部张贴有机EL薄膜刺激神经,利用MRI观察了脑部活动(图片由东京大学的关野副教授提供)

光遗传学使用的光源反复进行了改良。美国的研究团队利用硅等开发了在片状柔软材料上配备LED的光源。装置的小型化和轻量化在国内外也都取得了进展,还推出了可以植入体内的无线光源。东京大学的关野副教授认为:“还有望组合有机EL薄膜和无线技术”。

研究团队还计划通过联合研究等将此次开发的有机EL薄膜应用于再生医疗领域。比如可以向移植的干细胞照射光促进分化,从而治疗神经和肌肉方面的顽固性疾病等。首先打算利用疾病的模型动物等进行验证。

日文:《日经产业新闻》
中文:JST 客观日本编辑部