ナノワイヤのブレークスルーが脳の未知の細胞を明らかに(Nanowire breakthrough reveals brain’s unsung heroes)

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2025-11-24 ジョンズ・ホプキンス大学 (JHU)

ジョンズ・ホプキンス大学の研究チームは、脳内で神経細胞を支えるアストロサイトの微細な電気活動を高精度に記録できる超小型ナノワイヤ電極技術を開発した。アストロサイトはこれまで「電気的に静かな細胞」と考えられてきたが、新技術により、実際には神経活動と連動する微弱で複雑な電気シグナルを発しており、神経回路の調節に積極的に関与していることが示唆された。ナノワイヤは直径数十ナノメートルと極めて細く、細胞損傷を最小限に抑えながら膜電位変化をリアルタイム計測できる。研究者らは、この技術がアストロサイトの電気生理学的役割を解明し、てんかん、アルツハイマー病、脳損傷など、グリア細胞異常が関わる神経疾患の新たな治療標的探索に寄与すると期待している。また、従来の電極では検出困難だった細胞内外の信号伝達が可視化され、脳ネットワーク研究に大きな進展をもたらすとしている。

ナノワイヤのブレークスルーが脳の未知の細胞を明らかに(Nanowire breakthrough reveals brain’s unsung heroes)An astrocyte on the novel nanowire platform. Image credit: Johns Hopkins University

<関連情報>

低コヒーレンスホロトモグラフィーにより、無秩序なガラスナノワイヤ基質が生体内アストロサイト様の形態を形成することが明らかに Disordered Glass Nanowire Substrates Produce in Vivo-Like Astrocyte Morphology Revealed by Low-Coherence Holotomography

Pooja Anantha, Anoushka Gupta, Joo Ho Kim, Emanuela Saracino, Piyush Raj, Ivano Lucarini, Swati Tanwar, Jessica Chen, Luo Gu, Jay Agrawal, Annalisa Convertino, Ishan Barman
Advanced Science  Published: 03 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202513424

Abstract

Astrocytes are essential for preserving homeostasis of the central nervous system (CNS). They regulate synaptic activity and interact with the extracellular milieu via their distinctive, star-like morphology. However, there is a lack of detailed understanding of astrocyte morphology, particularly of the in vivo phenotype that is difficult to replicate in vitro and quantify using conventional imaging techniques without exogenous labels. This study marks the first demonstration of low-coherence holotomography (LC-HT), a label-free imaging technique, for 3D quantitative assessment of astrocyte morphology cultured on nanostructured substrates, which typically presents challenges for phase-based imaging. Crucially, it is shown that disordered glass nanowire (NW) substrates can induce in vivo-like astrocyte morphology in cultured rat cortical astrocytes. Compared to traditional glass substrates, astrocytes grown on disordered glass NWs substrates exhibit enhanced process branching and greater total arbor length – features typically observed in their natural, in vivo state of advanced maturation. By combining disordered glass NW substrates with LC-HT, the approach uniquely enables high-fidelity, label-free visualization of complex astrocytic morphologies, providing a powerful platform to study how nanoscale environmental cues shape astrocyte development.

医療・健康
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