アップコンバージョンナノ粒子を用いた非侵襲な光遺伝学法の開発

理化学研究所や東京大学、シンガポール国立大学などからなる研究グループは、近赤外光を青色光や緑色光に変換するアップコンバージョンナノ粒子を利用し、外から近赤外光照射で脳内の光活性化イオンチャネルを制御する新しい光遺伝学手法を開発し、マウスの脳を用いて有効性を確認した。

光変換を起こすナノ粒子による新しい光遺伝学法の開発
-近赤外線を用いて非侵襲的に神経細胞の活動を制御する-

2018.2.9 理化学研究所プレスリリース

近年、脳科学の研究が盛んになっています。その背景のひとつに、2006年の光遺伝学の開発があげられ、それ以降、脳の神経回路の活動などが次々と明らかになってきています。

光遺伝学とは光を当てることによって神経細胞の活動を活性化したり抑制したりすることができる技術です。光活性化イオンチャネルという、ある特定波長の光に反応して特定のイオン(神経活動を制御する物質)を通過させる「ゲート」を神経細胞の細胞膜に作ったうえで、青色光や緑色光といった特定波長の光を照射してゲートを開き、イオンを通過させることにより、神経細胞の活動を制御します。

この方法では、例えば脳内のある部位の神経細胞の働きを調べたい場合は、脳内に青色光や緑色光を照射する必要があります。青色光や緑色光は生体の内部に浸透しにくいために、これまで光ファイバーを脳内に挿入する方法がとられてきました。

今回の研究では、近赤外光を青色光や緑色光に変換するアップコンバージョンナノ粒子を利用することで、脳内に光ファイバーを挿入することなく外からの近赤外光の照射によって脳内に青色光や緑色光を発生させることができるようになりました。光ファイバー挿入での脳を傷つける心配がない(非侵襲な手法)ことから、脳の組織破壊などにより光ファイバー挿入が困難だった部位の調査もできるようになります。また、これまで光ファイバー挿入が可能だった部位でも、脳の組織を破壊せずに測定できるため、より安全で、正確な測定が可能になるでしょう。

脳の働きを計測する最先端の測定方法にも、つぎつぎとナノ粒子が応用されてきています。