| Project/Area Number |
22KJ1373
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| Project/Area Number (Other) |
22J23260 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
鈴木 大樹 電気通信大学, 情報理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | capillary fluctuation / pericyte / image analysis / in vivo imaging / somatosensory cortex / GCaMP / neurovascular coupling |
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| Outline of Research at the Start |
脳の解剖学的構造や生理学的機能を微小空間内の個々の細胞またはそれらのネットワークレベルで理解することは，脳疾患や脳老化のメカニズムを解明する糸口として重要である．
先行研究において，機能刺激に対して大脳皮質神経細胞の賦活と同時に毛細血管において拡張収縮応答がみとめられている．
しかしながら，局所的な神経細胞の賦活と血管の拡張収縮応答の空間的な関係性と毛細血管の血流調節機構は明らかでない．
そこで本研究では二光子顕微鏡法を用いて、in vivoで神経細胞活動のイメージングと脳微小血管の蛍光造影を三次元で行うことで,血管構造ネットワークから血管の役割と血流調節機構を推定することを目的とする.
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| Outline of Annual Research Achievements |
大脳皮質のペリサイト(NG2ChR2下)にYFPもしくはカルシウムイオンセンサーGCaMP6を発現させた遺伝子改変マウスを用いてペリサイトの裏打ちパターンと脳血管の時空間変動について解析した．まず二光子レーザー顕微鏡を用いてペリサイトの裏打ちと同時に撮像した脳微小血管の画像を骨格化し，得られたすべての血管中心点群において血管径を自動で計測した.さらに、同じ計測位置の血管軸法線方向のペリサイトの裏打ちの評価を行うためのソフトウエアを構築した．つぎに、空間的なばらつきを評価するために、血管軸方向に各血管中心点に格納された血管径,ペリサイトの裏打ち,安静時毛細血管径の変動係数の空間変化率に対して周波数解析を行う手法を提案した.
本研究で開発したこれらの手法を用いて脳の毛細血管の形態に関するビッグデータ分析を行った結果, 毛細血管内腔の微小変動は,毛細血管径やペリサイトの裏打ちの空間的なばらつきに比べて空間周波数が非常に高いことが示され,毛細血管内腔径の大きさは5μm以下の周期で空間的に変化していることが示された.この周期はペリサイト被覆の空間的なばらつきの周期(13μm)よりも小さいことが示された.ネットワーク全体の毛細血管内腔は0.1Hzの周波数で0.5μmの振幅の自発変動を示し、毛細血管の微小ゆらぎは局所的で, ペリサイトの裏打ちとは無関係であり, 単一毛細血管内でも毛細血管ネットワーク全体でも空間的に広く分布した.毛細血管内腔のこれらの微小変動は血球の流れに影響を与え, 赤血球の空間分布に影響を与える可能性がある.
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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
研究への取組として,二光子レーザー顕微鏡で撮像した脳毛細血管の構造画像に関するビックデータ解析を行い,毛細血管の安静時微小変動とペリサイトの裏打ちが独立した関係であったことを示し,微小運動の時空間特性について評価した.
当該年度における研究成果として、査読付き国際論文１本（第一著者）を投稿した.また国内1件と国外1件の研究発表を活発に行い、Young investigator award(12th World Congress of Microcirculation)と学会奨励賞 最優秀賞 (第49回日本微小循環学会)を受賞した.
現在,この脳毛細血管の微小変動が流速に与える影響を説明するための赤血球の流れに着目し,流速の揺らぎと周辺毛細血管の微小変動の同期性に関して画像解析の技術を駆使した研究開発を進めている.
よって,来年度は,毛細血管の微小変動が血球の分配に与える影響について研究の進展が期待される.
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| Strategy for Future Research Activity |
毛細血管内腔の微小変動は約5μmの長さで局在することが明らかになった.この毛細血管の微小変動は血球の流れに影響を与え, 赤血球の空間分布に影響を与える可能性がある.そこで,次年度は赤血球イメージングを行ったデータを解析し,赤血球の詰まりや流速の変化と本年度示された毛細血管の微小変動の時空間的な関係性について明らかにする.よって,来年度は,毛細血管の微小変動が血球の分配に与える影響について研究の進展が期待される.
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