オプトジェネティクスを用いた神経血管連関における微小血流調節機序と虚血時の反応性
| Project/Area Number |
20K06929
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 46030:Function of nervous system-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
冨田 裕 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師(非常勤) (60276251)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
畝川 美悠紀 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 研究員 (10548481)
伊澤 良兼 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (90468471)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | オプトジェネティクス / 脳微小循環 / Neurovascular unit / 脳虚血 / 神経科学 |
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| Outline of Research at the Start |
オプトジェネティクスを利用してNVUを構成する特定の細胞種にChR2を発現させたマウスを用い、レーザースペックル血流計や二光子顕微鏡を用いて特定の細胞種ごとに刺激した際の血管挙動の解析、薬理学的手法を組み合わせることによって各細胞の役割や微小血流調節に関わるメカニズムをin vivo で検証する。さらに、中大脳動脈閉塞術を施行した脳梗塞モデル、総頸動脈にマイクロコイルを装着することによる慢性低灌流モデルなどを組み合わせ、独自の微小脳血流定量解析法（KEIO-IS1、KEIO-IS2）を用いて、病態下での特定の細胞間相互作用による脳血流調節機序を詳細に明らかにし、将来の脳疾患治療へと結びつける。
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳内ではニューロン・グリア細胞・微小血管は神経血管連関（Neurovascular unit (NVU)）を形成し、相互に連絡を取り合っている。NVUを構成するニューロン、アストロサイト、血管平滑筋、ペリサイトなどの脳微小循環調節における役割を解明するため、オプトジェネティクス手法を用いてNVUを構成する特定の細胞種だけに光感受性膜タンパク質・チャネルロドプシン２(ChR2)を発現させたマウスを用い、非侵襲的に細胞特異的に光刺激を加えて細胞を賦活し、脳微小循環調節機序を詳細に検討することを目的とする。
ChR2をニューロンあるいはアストロサイトに発現させたマウスをウレタンで麻酔し、波長460nmのLEDを用いて直径0.5mmの範囲で頭蓋上に光照射することによって当該細胞のみを賦活化し、レーザースペックル血流計を用いて大脳半球表面の血流を連続的に記録した。光刺激によりいずれも光強度依存的に脳血流は増大し、照射部位より広範囲への伝播が認められた。一部の頭頂骨を除去して各種神経阻害薬を滴下、浸潤させることによる薬理学的手法を用いて、血流調節に関わる機序が異なることを明らかにした。次に、二光子顕微鏡を用いて脳微小血管の挙動を検討した。水銀ランプ(波長470～490nm)により脳表への光刺激を施し、脳表から深さ0-400μmの範囲で脳表軟膜動脈および実質内穿通動脈の刺激前後の口径を解析した。アストロサイト刺激時は脳表から実質内動脈で一様に拡張したが、ニューロン刺激時には脳表動脈と比較し実質内動脈でより顕著に拡張することを明らかにした。
次に血管平滑筋(PV-ChR2)あるいは血管平滑筋とペリサイト(NG2-ChR2)にChR2を発現したマウスを用い、光照射によって脳血流の低下とその伝播、動脈の顕著な収縮反応を確認した。その反応は血管の太さ、分岐レベルによって差異があることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
安定した発現を呈する遺伝子組換えマウスが一時減少したが、その後は順調に供給されるようになった。既に手法が確立して例数を重ねている段階であり、次の課題に取り組む準備ができていると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
NVU、特に微小血管を構成する細胞種（血管平滑筋、ペリサイトなど）にChR2を発現したマウスを使用し、二光子顕微鏡で水銀ランプによる脳全域刺激あるいは二光子レーザーによる単一細胞刺激による動脈、細動脈、静脈、毛細血管の挙動および伝播を観察する。静脈内に蛍光マイクロビーズを投与して微小塞栓形成を観察し、光刺激による微小血管収縮時との差異を検証し、血行力学的寄与を検討する。さらに、当該マウスを用いて中大脳動脈閉塞術による脳梗塞等の病態モデルを作成し、血流調節機能が維持されているか否かを長期間反復して in vivo 解析するとともに、光刺激に対する反応性、慢性光刺激による影響を検討する。これらによって脳血流・脳機能を維持/向上するための方策を探求する。
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Report
(2 results)
Research Products
(22 results)
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[Journal Article] High-Contrast In Vivo Imaging of Tau Pathologies in Alzheimer's and Non-Alzheimer's Disease Tauopathies2021
Author(s)
Tagai K, Ono M, Kubota M, Kitamura S, Takahata K, Seki C, Takado Y, Shinotoh H, Sano Y, Yamamoto Y, Matsuoka K, Takuwa H, Shimojo M, (24人省略), Shimada H.
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Journal Title
Neuron
Volume: 109
Pages: 42-58
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] オプトジェネティクスを用いた脳微小血管の操作2021
Author(s)
小谷真穂, 村田樹里, 大石光洋, 畠山菜緒, 畝川美悠紀, 伊澤良兼, 菅野巖, 冨田裕, 田中謙二, 中原仁, 正本和人
Organizer
第25回酸素ダイナミクス研究会
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[Presentation] 生体脳イメージングを用いたタウ凝集体を有する神経細胞の脳外排出メカニ ズムの実証2021
Author(s)
高橋真奈美, 田桑弘之, 漆畑拓弥, 下條雅文, 折原あすみ, 小野麻衣子, 高堂祐平, 冨田裕, 佐原成彦, 須原哲也, 樋口真人
Organizer
第64回日本脳循環代謝学会学術集会
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