[发明专利]神经细胞网络的形成及其利用、以及神经细胞播种器件

说明书

技术领域

本发明涉及神经细胞网络的形成及其利用、以及神经细胞播种器件。更详细而言，本发明涉及在培养下形成借助于神经细胞的轴突和其它神经细胞的树突的突触联系的神经细胞网络(neural network)的神经细胞网络形成用培养装置、以及使用该装置形成这类神经细胞网络的方法。进而，本发明涉及使用了这样的神经细胞网络的高通量筛选(high throughput screening)技术、平面膜片钳(planar patch-clamp)技术、神经细胞成像技术等。

进而，本发明涉及用于在神经细胞网络形成用培养装置或利用了该培养装置的平面膜片钳装置中的、多个选择区域(细胞定着部)高效地播种神经细胞的神经细胞播种器件。

本发明中，“神经细胞”首先包含中枢神经细胞、末梢神经细胞等各种神经细胞。作为神经细胞，优选处于尚未形成轴突、树突的状态的神经细胞。此外，“神经细胞”其次还包括例如iPS细胞、ES细胞之类的能够分化成神经细胞的细胞，更优选包含处于由iPS细胞、ES细胞向神经细胞分化的分化完成途中的、处于神经干细胞等状态的细胞。进而，“神经细胞”还包含具有细胞相互间可形成网络的性质的细胞、及具有能够分化成具有细胞相互间可形成网络的性质的细胞的细胞。

此外，“神经细胞的细胞体”是指神经细胞中的除了轴突、树突之类的突出部分以外的细胞主体部分。

进而，“选择区域”或“细胞定着部”是指基板上的、成为神经细胞网络形成的中心的或将会成为离子通道电流计测、各种成像中的电流/电压施加等的对象的神经细胞被配置的区域，“选择细胞”是指被配置在选择区域(细胞定着部)的神经细胞。

背景技术

此前，出于研究目的或实用目的，提出了如下方案：在培养基(特别是液体培养基)中保持神经细胞，在神经细胞存活的状态下在体外构成神经细胞网络。

例如，在下述的非专利文献1中，如图2所示那样，在配置有晶体管的Si基板上设置由复数个突起部包围成的区域，在该区域中配置螺类(stagnalis)的作为末梢神经细胞集合体的大型神经节(ganglion)，检测神经细胞的电位变动。在下述的非专利文献2中，公开了一种神经芯片，其在基板上形成有复数个如图3所示的称为“笼子”的大致圆盘形的围挡(高度约9μm)，在各笼子的中央部的空间配置神经细胞，并且使神经细胞的轴突等通过笼子中设置的几条通道向着相邻的笼子中的神经细胞伸长。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1:G.Zeck,et al.,PNAS 98(2001)10457-10462

非专利文献2:J.Erickson,et al.,J.Neurosci.Methods,175(2008)1-16

发明内容

发明要解决的问题

根据本申请发明人的研究，在例如使用哺乳动物的神经细胞形成神经细胞网络时存在以下问题。

即，为了构成具有良好的网眼状形态的神经细胞网络，有必要预先使神经细胞定着在规定的选择区域(成为网眼的结点的区域)。但是，在液体培养基中处于存活状态的哺乳动物的神经细胞具有能动性，有随机移动之虞，因此有必要对其移动加以制约。

然而，使用例如图1所示的、在基板上设置圆形凹部(深度5μm)(这些凹部通过用于引导轴突伸长的细槽而联络)并在这些凹部中配置神经细胞的结构，结果获知存在下述问题：其虽然能够制约神经细胞的移动，但凹部中所配置的神经细胞大多在2～3天后死亡，无法构成良好的神经细胞网络。

对于该问题的产生，推测是由于神经细胞对于培养条件、细胞附近的状况敏感，在形成神经细胞网络时，必须要处于相邻的神经细胞之间能够容易地相互识别对方神经细胞存在这样的状态。在上述试制结构中，各神经细胞被收纳在凹部中，与相邻的神经细胞之间存在基板表面的5μm的高度差，彼此均难以确认对方细胞。因此，妨碍了神经细胞网络的形成，产生了神经细胞的死亡率增大、突触形成得不够成熟等不良情况。

非专利文献1中，虽然在复数个突起部所包围成的区域中配置了神经组织，但对象为不具有能动的移动性的螺类的巨大神经节。并且复数个突起部的相互间隔优选超过50μm，无法完全制约通常的神经细胞的移动。并且，是在富有高度超过5μm的凹凸的晶体管基板上构成的。