17. グラフェンの生体内電磁界における挙動とニューロモジュレーションとの関連性

2022年4月28日 10:04

2021年7月28日
mikandersen

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参考

Manzo, L.P.; Ceragioli, H.; Bonet, IJ; Nishijima, C.M.; Scallop, WF; Oliveira, EC; Stop, CA (2017). 非磁性体ではなく磁性体の還元型グラフェンオキシドが脊髄の侵害受容性神経細胞反応性を高める。Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 13(5), p. 1841-1851。https://doi.org/10.1016/j.nano.2017.02.019。

事実

本研究では、ラットを用いたin-vivo試験において、還元型酸化グラフェンrGO上の電磁波が侵害受容神経プロセスを刺激することを実証している。侵害受容とは、組織に害を及ぼす可能性のある刺激を伝達・処理する神経プロセスであり、侵害受容器型の神経終末が中枢神経系によって設定された閾値以上の痛みを知覚する役割を担っている。
ラットに還元型酸化グラフェンrGOをBBB血液脳関門を越えるように髄腔内に注入し、ゼータ電位が-10.7mV±0.40mVの範囲でDEMF（動的電磁場）電磁場に曝露した。特に、このような外部DEMF磁場が鎮痛や侵害受容に影響を与えることを発見したことは、「外部動的磁場が神経細胞の固有磁場とは無関係に神経細胞の電気活動に影響を与えることに注目すべきである」と述べているとおりである。一方、酸化グラフェンがラットの神経細胞との関係において影響を及ぼすゼータ電位は、その静電反発電荷、BBB血液脳関門を乗り越える能力にも影響を及ぼす（Mendonça, M. C.P.; Soares, E.S.; de Jesus, M.B.; Ceragioli, H.J.; Ferreira, M.S.; Catharino, R.R.; da Cruz-Höfling, M.A. 2015）、ニューロン細胞のpH値（Prasad, H.; Rao, R. 2018｜Bai, H.; Li, C.; Wang, X.; Shi, G. 2010）であった。したがって、5G電磁界はグラフェンでも推論でき（Chen, Y.; Fu, X.; Liu, L.; Zhang, Y.; Cao, L.; Yuan, D.; Liu, P. 2019）、この記事の著者が行った実験によると、インビボでも可能であることがわかった。これらの事実をさらに深掘りすると、図1に示すように、pH値とゼータ電位には相関があることが判明した（Hu, X.; Yu, Y.; Hou, W.; Zhou, J.; Song, L. 2013）、つまり、負のゼータ電位ほど、pH値が高いことが記憶されている。これは、アストロサイトのエンドソーム酸性化問題と行動障害・精神疾患の発生との関係を裏付けるものです（Prasad, H.; Rao, R. 2018）。
還元型グラフェン酸化物rGOのゼータ電位によるpH変調

図1 還元型グラフェン酸化物rGOのゼータ電位によるpH変調。(Hu, X.; Yu, Y.; Hou, W.; Zhou, J.; Song, L. 2013)

ナノテクノロジーと神経生理学という新しい学際的分野と還元型グラフェン酸化物（rGO）の合成は、神経生物学における固有磁場の役割の可能性を研究する我々のアプローチを促進する道を開いたのです。磁性体であるrGOは、磁場の存在下で双極子を揃えることができるナノ磁石に類似しており、静磁場を発生させることができる。したがって、少なくとも理論的には、ラットのくも膜下腔にこの強磁性rGOが存在すると、神経細胞の固有磁場に変化が生じ、仮説的には神経細胞の応答性が変化する可能性があります。
Manzo氏の研究による還元型グラフェン酸化物rGOのサンプル。

図2.マンゾの研究によるrGO還元型グラフェン酸化物サンプル（Manzo, L.P.; Ceragioli, H.; Bonet, I.J.; Nishijima, C.M.; Vieira, W.F.; Oliveira, E.C.; Parada, C.A. 2017）。
その結果、磁化したrGOラットがより大きな侵害受容反応を示すことがわかった。これは、KCL（実験で注入した塩化カリウム、痛み反応の誘発と侵害受容反応の研究に使用）に敏感なDRGニューロン（ラットの新生児後根神経節のニューロン）が、ほとんど影響を受けたためである。
研究者らは、「脊髄の神経細胞磁場を変化させると侵害受容反応性が高まることから、神経細胞伝達における電磁場の磁気成分の強い関連性が示唆される」と結論付けた。

書誌情報

1. Bai, H.; Li, C.; Wang, X.; Shi, G. (2010). pH感受性酸化グラフェン複合ハイドロゲル Chemical Communications, 46(14), pp. 2376-2378。https://doi.org/10.1039/C000051E。

2. Chen, Y.; Fu, X.; Liu, L.; Zhang, Y.; Cao, L.; Yuan, D.; Liu, P. (2019). 5G周波数帯における柔軟なグラフェン/アクリロニトリルブタジエンゴム複合体のミリ波吸収特性. Polymer-Plastics Technology and Materials, 58(8), 903-914。https://doi.org/10.1080/03602559.2018.1542714。

3. Hu, X.; Yu, Y.; Hou, W.; Zhou, J.; Song, L. (2013). 酸化グラフェンの親水性に及ぼす粒子径と pH 値の影響. Applied Surface Science, 273, pp.118-121。https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.01.201。

4. Manzo, L.P.; Ceragioli, H.; Bonet, IJ; Nishijima, C.M.; Scallop, WF; Oliveira, EC; Stop, CA (2017).を参照。非磁性ではなく磁性である脊髄の還元型グラフェン酸化物は侵害受容性ニューロンの反応性を高める。ナノメディシン。Nanotechnology, Biology and Medicine, 13(5), p. 1841-1851。https://doi.org/10.1016/j.nano.2017.02.019。

5. Mendonca, MCP; Soares, ES; de Jesus, MB; Ceragioli, H. J.; Ferreira, MS; Catharino, R.R.; da Cruz-Höfling, MA (2015).をご参照ください。還元型酸化グラフェンは一過性の血液脳関門開口部を誘発する：in vivo研究＝Reduced graphene oxide induces transient blood-brain barrier opening: an in vivo study. Journal of nanobiotechnology, 13(1), p. 1-13. https://doi.org/10.1186/s12951-015-0143-z

6. Prasad, H.; Rao, R. (2018). ApoE4アストロサイトにおけるアミロイドクリアランスの欠陥は、エンドソームpHのエピジェネティックな補正によって逆転する。米国科学アカデミー紀要, 115(28), p. E6640-E6649. https://doi.org/10.1073/pnas.1801612115