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水と溶質の同位体イメージングによる脳間質の恒常性維持機構の解明

Research Project

Project/Area Number 22K15856
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 52040:Radiological sciences-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

亀田 浩之  北海道大学, 歯学研究院, 助教 (70829887)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywordsglymphatic system / 水動態解析 / MRI / 同位体顕微鏡 / 安定同位体 / 安定同位体イメージング
Outline of Research at the Start

近年、脳のリンパ系として新たに着目されているglymphatic systemは、脳内の老廃物を除去する重要な水の動きとされ、アルツハイマー病などの神経疾患の発症に関係していることが明らかになりつつある。脳のクリーニングに関与している可能性が高いが、glymphatic systemを取り巻く脳内の水の動きには多くの議論がある。
本研究の目的は、同位体標識した水と溶質トレーサーを共通プローブとして、MRIとクライオ同位体顕微鏡により、マクロからミクロレベルで脳内の水の動きをマッピングすることで、glymphatic systemの存在やメカニズムを明らかにすることである。

Outline of Annual Research Achievements

水の同位体MRイメージングにおいては、前年度でファントムで検証したT2-preparationパルスを利用した高速T2 mapping法を利用して、野生型ラットに髄注した17O標識水の脳内分布の可視化を少数の個体で試みた。空間分解能は0.4mm isoの3Dデータ、時間分解能は約4分の時系列データが得られ、髄腔内の17O標識水の分布を追跡可能であった。一方、脳実質への分布は信号変化が小さく、また、信号収集法(bSSFP)に起因するartifactの変動により、時系列方向の定量値の変動が大きかった。パラメータ調整やその他の信号収集法(GRE)への変更が必要と考えられた。従来法(T2強調画像連続撮像)を用いたAQP4KOラットの解析においては、動注した17O標識水の脳内動態に野生型と比較した顕著な差はみられなかったが、髄注した17O標識水の脳内への分布は野生型と比較して低下していることが明らかとなり、AQP4がglymphatic pathwayを介したCSF-ISF交換を制御している可能性が考えられた。
溶質の脳内イメージングにおいては、AQP4 KOラットにGd造影剤を髄注し、野生型ラットと脳内分布を比較したところ、AQP4 KOラットでは脳内へのGdの分布と、鼻腔経路を介した脳外へのGd排泄が抑制され、その結果、髄腔内にGd造影剤が貯留していることが明らかとなった。
組織レベルでの脳内17O分布をクライオ同位体顕微鏡でみるための、サンプル処理のワークフローの改善を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前年度ファントム検証を完了した高速T2mappingによる17O-MRイメージング法により、野生型ラットでの性能検証を実施中である。いくつかのパラメータ調整を終えたのち、AQP4KOラットやAQP4阻害剤、確立済の病態モデル(頚部リンパ節結紮、脳梗塞モデル)での検証を次年度実施できる準備が整っている。また、従来法(T2強調画像連続撮像)ではAQP4KOラットの検証を終えている。
クライオ同位体顕微鏡解析においては、クライオサンプルの解析を行うことが可能なワークフローが構築されている。MRIでの結果を検証した上で、必要な解析対象に対して、クライオ水ミクロイメージングを行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

高速T2 mapping法による17O-MRIのいくつかのパラメータ調整を行った後、AQP4-KOラットの水動態解析(髄注、動注)、病態モデル(頚部リンパ節結紮術、脳梗塞)を用いて、脳内水動態異常の可視化と解析を実施する。
また、MRIの結果を踏まえ、水動態に差異のある組織サンプルを対象に、クライオ同位体顕微鏡で分析を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (15 results) (of which Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Improved image quality in contrast-enhanced 3D-T1 weighted sequence by compressed sensing-based deep-learning reconstruction for the evaluation of head and neck2024

    • Author(s)
      Fujima Noriyuki、Nakagawa Junichi、Ikebe Yohei、Kameda Hiroyuki、Harada Taisuke、Shimizu Yukie、Tsushima Nayuta、Kano Satoshi、Homma Akihiro、Kwon Jihun、Yoneyama Masami、Kudo Kohsuke
    • Journal Title

      Magnetic Resonance Imaging

      Volume: 108 Pages: 111-115

    • DOI

      10.1016/j.mri.2024.02.006

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    • Author(s)
      Kinota Naoya、Kameda Hiroyuki、Xiawei Bai、Fujii Takaaki、Kato Daisuke、Takahashi Bunya、Morita Ryo、Abo Daisuke、Majima Ryusei、Ishii Hiroshi、Minowa Kazuyuki、Kudo Kohsuke
    • Journal Title

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      Volume: 23 Issue: 4 Pages: 449-459

    • DOI

      10.2463/mrms.mp.2023-0023

    • ISSN
      1347-3182, 1880-2206
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  • [Journal Article] Automated Detection of Cerebral Microbleeds on Two-dimensional Gradient-recalled Echo T2* Weighted Images Using a Morphology Filter Bank and Convolutional Neural Network2024

    • Author(s)
      Nishioka Noriko、Shimizu Yukie、Shirai Toru、Ochi Hisaaki、Bito Yoshitaka、Watanabe Kiichi、Kameda Hiroyuki、Harada Taisuke、Kudo Kohsuke
    • Journal Title

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      Volume: - Issue: 2 Pages: 220-228

    • DOI

      10.2463/mrms.mp.2023-0146

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  • [Journal Article] Imaging of <sup>17</sup>O-labeled Water Using Fast T2 Mapping with T2-preparation: A Phantom Study2024

    • Author(s)
      Kameda Hiroyuki、Nakada Yumi、Urushibata Yuta、Sugimori Hiroyuki、Fujii Takaaki、Kinota Naoya、Kato Daisuke、Tang Minghui、Sakamoto Keita、Kudo Kohsuke
    • Journal Title

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      Volume: - Issue: 2 Pages: 269-275

    • DOI

      10.2463/mrms.tn.2023-0152

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  • [Journal Article] 動注モデルラットを用いた 17O 標識水による脳血管水透過性の評価:初期検討2024

    • Author(s)
      亀田浩之、小牧裕司、安井正人、工藤與亮
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      北海道放射線医学雑誌

      Volume: 4 Pages: 1-6

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      亀田浩之、原田太以佑、藤間憲幸、清水幸衣、池辺洋平、平田健司、矢部一郎、工藤與亮
    • Journal Title

      北海道放射線医学雑誌

      Volume: 4 Pages: 20-24

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  • [Journal Article] Improvement of image quality in diffusion-weighted imaging with model-based deep learning reconstruction for evaluations of the head and neck2023

    • Author(s)
      Fujima Noriyuki、Nakagawa Junichi、Kameda Hiroyuki、Ikebe Yohei、Harada Taisuke、Shimizu Yukie、Tsushima Nayuta、Kano Satoshi、Homma Akihiro、Kwon Jihun、Yoneyama Masami、Kudo Kohsuke
    • Journal Title

      Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine

      Volume: - Issue: 3 Pages: 439-447

    • DOI

      10.1007/s10334-023-01129-4

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      Fukai Moto、Sugimori Hiroyuki、Sakamoto Sodai、Shibata Kengo、Kameda Hiroyuki、Ishikawa Takahisa、Kawamura Norio、Fujiyoshi Masato、Fujiyoshi Sunao、Kudo Kohsuke、Shimamura Tsuyoshi、Taketomi Akinobu
    • Journal Title

      Transplantation Proceedings

      Volume: - Issue: 4 Pages: 1032-1035

    • DOI

      10.1016/j.transproceed.2023.02.063

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  • [Journal Article] Non-Gaussian model-based diffusion-weighted imaging of oral squamous cell carcinoma: associations with Ki-67 proliferation status2023

    • Author(s)
      Shima Tomoka、Fujima Noriyuki、Yamano Shigeru、Kameda Hiroyuki、Suzuka Masaaki、Takeuchi Akiko、Kinoshita Yurika、Iwai Nanami、Kudo Kohsuke、Minowa Kazuyuki
    • Journal Title

      Oral Radiology

      Volume: - Issue: 4 Pages: 661-667

    • DOI

      10.1007/s11282-023-00682-x

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetic Resonance Water Tracer Imaging Using 17O-Labeled Water2023

    • Author(s)
      Kameda Hiroyuki、Kinota Naoya、Kato Daisuke、Fujii Takaaki、Harada Taisuke、Komaki Yuji、Sugimori Hiroyuki、Onodera Tomohiro、Tomiyasu Moyoko、Obata Takayuki、Kudo Kohsuke
    • Journal Title

      Investigative Radiology

      Volume: 59 Issue: 1 Pages: 92-103

    • DOI

      10.1097/rli.0000000000001021

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  • [Journal Article] The utility of diffusion-weighted T2 mapping for the prediction of histological tumor grade in patients with head and neck squamous cell carcinoma2022

    • Author(s)
      Fujima N*, Shimizu Y, Yoneyama M, Nakagawa J, Kameda H, Harada T, Hamada S, Suzuki T, Tsushima N, Kano S, Homma A, Kudo K.
    • Journal Title

      Quant Imaging Med Surg

      Volume: 12(8) Issue: 8 Pages: 4024-4032

    • DOI

      10.21037/qims-22-136

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  • [Journal Article] Amide proton transfer imaging for the determination of human papillomavirus status in patients with oropharyngeal squamous cell carcinoma2022

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      Fujima N*, Shimizu Y, Yoneyama M, Nakagawa J, Kameda H, Harada T, Hamada S, Suzuki T, Tsushima N, Kano S, Homma A, Kudo K.
    • Journal Title

      Medicine (Baltimore)

      Volume: 101(28) Issue: 28 Pages: e29457-e29457

    • DOI

      10.1097/md.0000000000029457

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  • [Journal Article] Establishment of a New Qualitative Evaluation Method for Articular Cartilage by Dynamic T2w MRI Using a Novel Contrast Medium as a Water Tracer2022

    • Author(s)
      Hosokawa Yoshiaki、Onodera Tomohiro、Homan Kentaro、Yamaguchi Jun、Kudo Kohsuke、Kameda Hiroyuki、Sugimori Hiroyuki、Iwasaki Norimasa
    • Journal Title

      CARTILAGE

      Volume: 13 Issue: 3 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1177/19476035221111503

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  • [Journal Article] Phase I Randomized Trial of 17 O-Labeled Water: Safety and Feasibility Study of Indirect Proton MRI for the Evaluation of Cerebral Water Dynamics2022

    • Author(s)
      Harada Taisuke、Kudo Kohsuke、Kameda Hiroyuki、Sato Ryota、Shirai Toru、Bito Yoshitaka、Fujima Noriyuki、Tsuneta Satonori、Nogawa Toshifumi、Maeda Kenichiro、Hayashi Hiroshi、Sasaki Makoto
    • Journal Title

      Journal of Magnetic Resonance Imaging

      Volume: 56 Issue: 6 Pages: 1874-1882

    • DOI

      10.1002/jmri.28210

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative magnetic resonance imaging for evaluating of the cerebrospinal fluid kinetics with 17O-labeled water tracer: A preliminary report2022

    • Author(s)
      Sugimori Hiroyuki、Kameda Hiroyuki、Harada Taisuke、Ishizaka Kinya、Kajiyama Masayoshi、Kimura Tasuku、Udo Niki、Matsushima Masaaki、Nagai Azusa、Wakita Masahiro、Kusumi Ichiro、Yabe Ichiro、Kudo Kohsuke
    • Journal Title

      Magnetic Resonance Imaging

      Volume: 87 Pages: 77-85

    • DOI

      10.1016/j.mri.2021.12.005

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  • [Presentation] Visualization of Human Neurofluids Using Intrathecal 17O-Labelled Water and MRI: A Preliminary Study2023

    • Author(s)
      Kameda H, Harada T, Sugimori H, Minowa K, Kudo K
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  • [Presentation] Blockage of CSF Outflow via Nasal Lymphatic Pathway in Rats after Deep Cervical Lymph Node Ligation Observed Using Intrathecal Gd-based MR imaging2023

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      Kinota N, Kameda H, Minowa K, and Kudo K
    • Organizer
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      Kameda H
    • Organizer
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  • [Presentation] 17O標識水とMRIを用いた髄液循環の可視化2023

    • Author(s)
      亀田浩之
    • Organizer
      第53日本神経精神薬理学会年会
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      亀田浩之
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      第51回日本磁気共鳴医学会大会
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  • [Presentation] 17O-MRIの中枢神経領域における展開2022

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      亀田浩之
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    • Author(s)
      亀田浩之
    • Organizer
      国際磁気共鳴医学会
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    • Int'l Joint Research
  • [Book] 歯科放射線学 第7版2024

    • Author(s)
      亀田浩之、箕輪和行
    • Publisher
      医歯薬出版株式会社
    • ISBN
      9784263456811
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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