脳内では1000億個以上の細胞が複雑な回路を形成しており、細胞間で電気・化学信号が伝達されています。神経細胞からの電気信号を記録する技術は成熟していますが、脳内の細胞間コミュニケーションを担っているのは繊細な化学信号であり、その活動を正確に測定するツールは限られています。非常に多くの化学物質が存在する脳内で特定の化学物質の動態と脳機能・病態の関連を調べるためには、選択的に化学物質を定量化する計測技術が必要とされます。

TI-FRISフェロー・郭媛元准教授（東北大学学際科学フロンティア研究所）らの研究チームは、熱延伸技術で作製された多機能ファイバと、アプタマーと呼ばれるDNA分子プローブを組み合わせることで、多機能神経デバイスの未踏領域である生体内電気化学センシング機能を実現しました。そして、やる気や幸福感と関連する神経伝達物質であるドーパミンなどの特定の化学物質を、脳内の複雑な環境において高感度かつ選択的に検出することに世界で初めて成功しました。さらに、多機能ファイバ技術を活用することで、脳内の電気信号と化学信号の同時計測と操作を可能にしました。

図：脳内化学物質を検出できる、DNAアプタマーを用いたファイバセンサのイメージ図。

本研究成果は、分析化学分野における国際的な学術誌である米化学会『Analytical Chemistry』誌に2023年4月24日付で掲載されました。なお本研究は、TI-FRISフェローの郭媛元准教授、阿部博弥助教（ともに東北大学学際科学フロンティア研究所）、およびTI-FRISにおける郭准教授の国際メンターであるFabien Sorin（ファビアン ソラン）准教授（スイス連邦工科大学ローザンヌ校（EPFL）材料研究科）らの共同研究です。

論文情報：

タイトル：The development of aptamer-coupled microelectrode fiber sensors (apta-μFS) for highly selective neurochemical sensing

著者：Tomoki Saizaki, Mahiro Kubo, Yuichi Sato, Hiroya Abe, Tomokazu Ohshiro, Hajime Mushiake, Fabien Sorin and Yuanyuan Guo* （*責任著者）

掲載誌：Analytical Chemistry

DOI: 10.1021/acs.analchem.2c05046

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c05046