ニューロン回路の再学習：速い神経突起伸長と機能的ニューロン結合の新しい方法

成人の中枢神経系（CNS）への損傷は、軸索の再増殖を制限する複数の機構のために恒久的な障害を引き起こす可能性があります¹ 。傷害後、多くのCNS軸索は新たな成長円錐を形成せず、効果的な再生応答^{2を達成しない} 。さらに、CNS病変を取り囲む損傷および瘢痕組織^は、軸索成長を有意に阻害する^1,2,3 。損傷後のCNS再生を促進するための現在の治療法は、傷害ニューロンの内因性増殖能の増強およびミエリン屑およびグリア瘢痕に関連する軸索伸長の阻害剤をマスキングすることに集中している1,3。それにもかかわらず、遠くの標的に長い軸索を再生し、適切な機能的シナプスを形成する能力は、依然として厳しく制限されている^{4 、} </sup.5,6,7。

現在の研究では、マイクロビーズ、ピペットマイクロマニピュレーション、およびマイクロ流体デバイスを使用して、長距離にわたって新しい機能的なニューロン回路を迅速に開始、伸長および正確に接続する。以前の研究は、ポリ-D-リシン被覆ビーズ（PDL-ビーズ）が膜接着を誘導し、続いてシナプス小胞複合体のクラスター化および機能的シナプス前隆起の形成を示した⁸ 。シナプス分化後にPDLビーズを機械的に引き離すと、シナプスタンパク質クラスターがビーズに追従し、新しい神経突起^9が始まることも示されています。以下の手順は、この事実を、ポリジメチルシロキサン（PDMS）マイクロ流体装置を用いてカバースリップ上の組織化された領域にラットの胚海馬ニューロンを培養してニューロンを正確に再配線する能力回路。

これらのPDMSマイクロ流体デバイスは、毒性がなく、光学的に透明であり、マイクロチャネルのシステムによって接続された2つのチャンバからなる。一旦カバースリップ上に組み立てられると、各デバイスは、ニューロンの成長を誘導し、正確なパターンで健康なニューロン培養を維持し、インビトロで 4週間より長く維持するための型として役立つ。

ここでは、新しい神経突起の拡張および機能の限界を調べるための枠組みが提示されている。新しく機能的な神経突起が作製され、ニューロンネットワークを制御可能に（再）配線するように配置される。達成される伸長速度は、ミリメートルスケールの距離にわたって20μm/分より速く、機能的接続が確立される。これらの結果は予想外に、これらの神経突起の伸長に対する固有の能力が以前考えられていたよりもはるかに速いことを示している。この提案された機械的アプローチは、遅い化学戦略をバイパスし、特定の標的への制御された接続を可能にする。 Th技術は、傷害後のニューロンの接続性を回復するための新規療法のインビトロ研究のための新しい道を開く。それはまた、ニューロンネットワークの操作および再配線を可能にして、 インビトロでのニューロンのシグナルプロセッシングおよびニューロン機能の基本的な側面を調べる。