神経細胞の不均一性は複雑な神経回路を特徴づける性質であり、発火パターン、活動レベル、時間的動態の局所的な差異が、情報処理と創発的なネットワーク活動を形成する。成体の神経細胞では、この不均一性は細胞外環境を含む既知および未知のさまざまな要因から生じる。神経細胞は三次元基材上で培養されてきたが、微小環境がその発火活動に及ぼす影響は十分に解明されていない。本研究では、神経細胞の微小環境を制御するための調整可能な基盤として、ヒトiPS細胞由来ドーパミン作動性神経細胞を播種した2種類のキトサンハイドロゲル系を合成した。両系はカーボンナノチューブ（CNT）を組み込めるよう設計されており、それによって神経インターフェース形成を促進する。カルシウムイメージングと計算的単一細胞解析を組み合わせた結果、超分子組織化、水和状態、および一般的な物理化学的特性が、同一の細胞起源にもかかわらず、神経細胞の発火動態と同期性に異なる偏りをもたらし、明確に異なる活動表現型を生じさせることが示された。これらの活動プロファイルをK平均法でクラスタリングし、不規則なバースト発火を示す神経細胞、ネットワーク活動に規則的に寄与する神経細胞、活動性の低い神経細胞または静止状態の神経細胞など、特定の表現型に分類した。さらに、CNTの組み込みはハイドロゲルの局所的な圧密を促進し、固有の活動性神経表現型を生じさせたことから、CNTが局所的な細胞微小環境を調節し得ることが示された。これらの知見は、調整可能な生体材料が神経ネットワーク状態を制御する微小環境の候補となることを示すとともに、神経発生、神経変性、および疾患モデル化に関連する神経細胞の不均一性と機能的表現型を促進する多様な手掛かりの相互作用について洞察を与える。
https://doi.org/10.64898/2026.08.28.744416