| Project/Area Number |
22K09434
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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 56020:Orthopedics-related
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| Research Institution | Jikei University School of Medicine |
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Principal Investigator |
中原 直哉 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (10632193)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山内 秀樹 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (60220224)
竹森 重 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (20179675)
山口 眞紀 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (30271315)
平野 和宏 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (40874821)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | X線回折法 / 骨格筋 / in vivo / 筋萎縮 |
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| Outline of Research at the Start |
骨格筋の萎縮の予防と対策には筋萎縮過程の解明が必須である。従来の構造評価は顕微鏡観察が主であったが、Ｘ線回折法では収縮中も含めた生きた筋の分子レベルの構造をリアルタイムに評価できる。本研究では血流を保った“生きたまま”のin vivo骨格筋にX線回折法を適用し、収縮中も含めた構造と機能の同時評価を生体内と同一条件で行う研究手法の確立を目的とする。
更にこの開発した手法を筋フィラメント間隔での相違があるギプス固定と、除神経による2つの筋萎縮モデルに適用する。これをin vivo骨格筋で構造と機能を詳細に調べることで、創薬ターゲットとなりうる各々の萎縮における分子レベルの相違を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨格筋萎縮の予防と対策には萎縮メカニズムの解明が必須である。解明に向けての従来の構造評価のアプローチは顕微鏡が主体であったが、X線回折法では組織固定を行わずにサルコメア内の分子レベルで評価可能である。さらに本研究で行っている血流を保ったin vivo骨格筋にこの手法を応用することで、生体内と同一条件で分子レベルの構造を評価できるのみならず、経神経刺激時の機能も同時に評価できる点で非常に有用な手法である。
最初にin vivo骨格筋での“生きたまま”での構造・機能の同時評価を試みた。高エネルギー加速器研究機構にある放射光施設にて、マウスの長趾伸筋もしくはヒラメ筋の遠位腱を電動アクチュエータに接続させた張力トランスデューサに絹糸で固定し、坐骨神経を電気刺激装置で刺激できるようにした。この系により、弛緩時のX線回折像だけでなく、経神経刺激による筋収縮時のX線回折像を取得できるようにした。実際に長趾伸筋から取得した収縮中のX線回折像はミオシン頭部がアクチン側に移動することを示唆する赤道方向の反射である1,1反射と1,0反射の強度比(1,1/1,0強度比)や、子午線方向の反射である第1層線においてもミオシンの周期はアクチンの周期に合うように強度比が変化した。摘出筋で知られていた収縮中のX線回折像の変化を確認した。同様の実験をヒラメ筋においても進行中である。
また、筋萎縮モデルの一つである除神経処置により、CT撮影で萎縮過程を撮影し処置後の筋量変化を測定した。それ対応した日数での除神経処置マウスの長趾伸筋のX線回折像を取得中である。さらに、処置後の運動量変化をとらえるために、マウスを赤外線カメラで撮影し、ディープラーニングによる動画解析を行い、運動量を推定した。処置直後は一時的に運動量が減るものの、その後は顕著な運動量低下は認められないことが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は大きく分けてin vivo骨格筋X線回折法による構造と機能の同時評価法の確立と、筋萎縮の原因別に萎縮初期の過程を解明することである。
構造と機能の同時評価法はマウスの長指伸筋に対してX線回折像による分子レベルの構造と収縮張力を取得することで成功したのみならず、マウスのヒラメ筋に対しても同様の撮影を行い、X線回折像の取得が可能なことを確認している。
神経原性筋萎縮モデルに関しては、坐骨神経の一部を切除することで、除神経モデルマウスを作成し、萎縮過程の変化をCT及び運動量変化を計測した。CTでは2週間程度で筋量が3割程度落ちる一方で、運動量に有意な低下は認められなかった。一方で、廃用性筋萎縮モデルであるギプス固定は、ギプス固定の方法は確立したものの、まだ上記の実験を行えていない。現時点ではこれらのモデルマウスに関してのX線回折像の取得は開始したものの、十分な数は試行できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
in vivo骨格筋X線回折法による構造と機能の同時評価法を筋萎縮モデルマウスである除神経モデルとギプス固定モデルの長趾伸筋もしくはヒラメ筋に対して行っていく。また、同時進行でギプス固定マウスの筋萎縮過程をCTによる筋量評価、運動量変化として確認し、X線回折に最適な処置後日数を算出していく。
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