NTT株式会社は、神経細胞から伸びた神経線維の局所に痛みに相当する熱刺激を与え、生じる神経信号の発生と伝播を電気的に捉える技術を実現しました。同社が培ってきたオンチップ生体モデル技術を基盤に、神経線維を誘導するマイクロ流路、光を熱に変換するナノ材料、微小電極を一体化し、神経線維への局所刺激と電気計測を両立させています。痛みへの感受性や薬剤応答の違いを細胞レベルで定量化することで、一人ひとりに適した治療やバイオデジタルツインへの展開が期待されます。

局所的な熱刺激と神経信号の計測をチップ上で両立

痛みは主観的で個人差が大きく、客観的な評価が難しい生体現象です。従来の細胞実験では培養皿全体を加熱する方法などが一般的であり、生体内のように神経線維の一部だけに刺激を与えて信号の伝播を観察することは困難でした。

NTTは東京都千代田区に本社を置き、島田 明が代表取締役社長を務めています。同社は神経細胞の本体よりも小さなマイクロ流路を用いて神経線維だけを選択的に導き、伸びる経路を定めました。流路内には光を熱に変換するナノ材料を用いた微小な発熱素子と計測電極を配置しています。発熱素子にレーザ光を当てることで、神経線維の約100µmの範囲を選んで加熱でき、1ミリ秒という短時間での熱刺激と電気計測の同時追跡を可能にしました。

ラット由来の感覚神経細胞を用いた実験では、局所的な熱刺激によって高温域で神経信号が発生し、流路内の複数の電極を時間差で伝わる様子が捉えられました。1ミリ秒の熱刺激を繰り返すと神経応答が徐々に減弱する一方、伝わる速度に変化は見られず、熱を受け取って信号を生み出す機能が変化する「脱感作」と呼ばれる現象が反映されていることが確認されました。

さらに本技術をヒトiPS細胞由来の感覚神経にも適用したところ、ラット由来の神経に比べて応答が弱く、発火頻度の上昇までに時間がかかることや、繰り返し刺激への追従性が低いことが明らかになりました。これらの違いは神経の機能的な成熟度などを反映していると考えられています。

今後の展開と研究体制

今後はマイクロ流路の構造や計測方法を高度化し、個々の神経細胞における痛みの感受性の違いを精密に評価することを目指します。将来的には、一人ひとりの末梢神経応答をモデル化し、治療効果の予測や個別化医療への貢献を目指すとしています。

本研究成果は国際学術誌「Small」に掲載され、2026年11月18日～25日に開催されるNTT R&D FORUM 2026に展示予定です。また、日本学術振興会（JSPS）科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A)「バイオ超越」（研究課題番号：JP25H02631）の支援を受けて実施されました。

• 論文題名：In Vitro Reconstruction of Axonal Heat Sensing with a Photothermal Nerve-on-a-Chip
• 著者名：Koji Sakai, Yujiro Tanaka, Riku Takahashi, Toichiro Goto, Yosuke Mizuno, Taiki Otomo, Aya Tanaka
• DOI：10.1002/smll.73577
• URL：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.73577

本記事はNTT株式会社の発表をもとに作成しました。

Dellows News編集部

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