超高磁場MRによる脳内代謝物計測法の開発と病態フィンガープリントの解明

• Project/Area Number: 21H03806
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 岡田 知久 京都大学, 医学研究科, 准教授 (30321607)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉原 雄二郎 京都大学, 医学研究科, 助教 (00529464) ; 赤坂 太 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (00883224) ; 澤本 伸克 京都大学, 医学研究科, 教授 (90397547)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: MRスペクトロスコピー / GABA / グルタミン酸 / STEAM / 巨大分子 / 精神神経疾患 / 神経変性疾患 / 脳内代謝物質 / 超高磁場MR装置 / 病態バイオマーカー / 脳内代謝物 / 超高磁場 / 超高磁場磁気共鳴装置 / 病態フィンガープリント

Outline of Research at the Start

超高磁場磁気共鳴装置を用いて、患者にも適用可能な実用的脳内化学物質マッピング計測法を研究開発する。興奮性・抑制性神経伝達物質の代表であるグルタミン酸・γ-アミノ酪酸や抗酸化物質のグルタチオンなど脳内化学物質量を診療上実用的な段階へと高める。得られた結果を多物質量の組み合わせ変化として解析するとともに、fMRIなど他のMR計測値を加えたマルチ・パラメトリック解析を実施する。
その成果を脳神経変性疾患・精神神経疾患などに適用し、病態を特徴づけるフィンガープリントを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

【研究項目１】Short-TE STEAM撮像法により代謝物信号の減衰を抑えて、GABAを含めて各部位５分以内の短時間計測が可能となったが、TE時間の短縮により広い化学シフトを有する巨大分子が定量結果に与える影響が大きくなった。そのため、短時間の反転パルスにより代謝物を抑えて巨大分子のみを計測して解析モデルに組み込めるようにした（Okada T, et al. 2023）。さらに計測可能部位を前部帯状回や背外側前頭前野を含めた多部位計測へと拡張して、30分以内で撮像可能とした。
これを基に、脳神経活動により生じるグルタミン酸の経時変化を捉えるダイナミックMRSとして、一次感覚運動野において指運動時のグルタミン酸増加を示した（Okada T, et al. 2022）。加えて従来法では計測が困難であったGlucoseに関して、通常の計測範囲から外れるが、独立したピークが観察可能なH1-α-Glucoseを対象とした定量計測手法を提唱した（Kuribayashi H, ..., Okada T. 2024)。
【研究項目２】精神神経疾患・神経変性疾患患者で生じる脳内化学物質の変化を検出する研究として、難病である神経線維腫症Ⅰ型を対象に、開発したMRSを用いた共同研究を実施した。同疾患ではneurofibrominをコードする遺伝子異常により、細胞増殖が適切に抑えられず、神経線維腫や視神経膠腫をはじめとする多彩な症候を呈する。健常対照群と比較して一次視覚野でGlutamate・GABAともにより高値を示したが、特に後者は有意であった。神経線維腫症Ⅰ型患者に於いてベースに神経活動の亢進があり、それを抑制するようにGABAが増加している可能性を含めて論文化中である。
これ以外にも、精神神経疾患を対象とした共同研究を並行して進めている。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] SRI, University of Toronto(カナダ)
• [Journal Article] Quantification of Cerebral Glucose Concentrations via Detection of the <scp>H1</scp>‐α‐Glucose Peak in <scp>¹H MRS</scp> at 7?T (2023)
  • Author(s): Kuribayashi Hideto、Urushibata Yuta、Imai Hirohiko、Ahn Sinyeob、Seethamraju Ravi Teja、Isa Tadashi、Okada Tomohisa
  • Journal Title: Journal of Magnetic Resonance Imaging Volume: 59 Issue: 2 Pages: 661-672
  • DOI: 10.1002/jmri.28834
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GABA, glutamate and excitatory-inhibitory ratios measured using short-TE STEAM MRS at 7-Tesla: Effects of macromolecule basis sets and baseline parameters (2023)
  • Author(s): Okada Tomohisa、Kuribayashi Hideto、Urushibata Yuta、Fujimoto Koji、Akasaka Thai、Seethamraju Ravi Teja、Ahn Sinyeob、Isa Tadashi
  • Journal Title: Heliyon Volume: 9 Issue: 7 Pages: e18357-e18357
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e18357
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A pictorial review of structural neuroimaging at 7T. (2022)
  • Author(s): *Okada T, Fujimoto K, Fushimi Y, Akasaka T, Thuy DHD, Shima A, Sawamoto N, Oishi N, Zhang Z, Funaki T, Nakamoto Y, Murai T, Miyamoto S, Takahashi R, Isa T.
  • Journal Title: Quantitative Imaging in Medicine and Surgery Volume: 12 Issue: 6 Pages: 3406-3435
  • DOI: 10.21037/qims-21-969
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 7T-MRI: Advantages and technical issues for neuroimaging (2024)
  • Author(s): Tomohisa Okada
  • Organizer: Arab Health Congress 2024
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] High resolution 4D-cine MRI of pulsatile aneurysmal motion with radial acquisition at 7T (2023)
  • Author(s): Thai Akasaka, Koji Fujimoto, Martijn Cloos, Tomohisa Okada, Shinichi Urayama, Isa Tadashi.
  • Organizer: ISMRM 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of short-TE STEAM data at 7T: Effects of a macromolecular basis set and baseline parameters on GABA, glutamate and their ratio. (2023)
  • Author(s): Tomohisa Okada, Hideto Kuribayashi, Yuta Urushibata, Thai Akasaka, Ravi Teja Seethamraju, Sinyeob Ahn, Tadashi Isa.
  • Organizer: ISMRM 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cerebral glucose quantification using 1H short-TE STEAM spectroscopy at 7T: Influence of macromolecule signals (2023)
  • Author(s): Hideto Kuribayashi, Yuta Urushibata, Thuy Ha Duy Dinh, Hirohiko Imai, Sinyeob Ahn, Ravi Teja Seethamraju, Tadashi Isa, Tomohisa Okada
  • Organizer: ISMRM 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of short-TE STEAM data at 7T: Effects of a macromolecular basis set and baseline parameters on GABA, glutamate and their ratio. (2023)
  • Author(s): Okada T, Kuribayashi H, Urushibata Y, Akasaka T, Seethamraju R, Ahn S, Isa T.
  • Organizer: International Society of Magnetic Resonance in Medicine.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cerebral glucose quantification using 1H short-TE STEAM spectroscopy at 7T: Influence of macromolecule signals (2023)
  • Author(s): Kuribayashi H, Urushibata Y, Thuy DHD, Imai H, Ahn S, Seethamraju R, Isa T, Okada T.
  • Organizer: International Society of Magnetic Resonance in Medicine.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes in neurochemicals of patients with depression observed using two MRS sequences at 7T. (2022)
  • Author(s): Tomohisa Okada, et al.
  • Organizer: International Society for Magnetic Resonance in Medicine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Baseline Correction of 1H MRS for Cerebral Glucose Quantification via Detecting H1-α-Glucose Peak at 7T. (2022)
  • Author(s): Hideto Kuribayashi, ..., Tomohisa Okada.
  • Organizer: International Society for Magnetic Resonance in Medicine
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Faculty Members > Associate Professor Jamie Near
  • URL: https://medbio.utoronto.ca/faculty/near