Cheromotherapy relieves pain by neural circuit organisation

• Project/Area Number: 23K06825
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 51030:Pathophysiologic neuroscience-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 竹田 育子 名古屋大学, 医学系研究科, 講師 (30746300)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: アストロサイト / 色 / 慢性疼痛

Outline of Research at the Start

本研究では慢性疼痛関連行動を改善する色光線療法の作用に着目し、1.緑色光による視覚入力から中枢の疼痛関連回路への効果を神経回路レベルで検討し、疼痛に関連する特徴的な回路活動の変化を抽出する。さらに、2.その回路活動を人為的に模倣もしくは抑制することで慢性疼痛の疼痛行動やそれに伴う不安様行動・嫌悪反応への影響を評価する。これにより神経活動と疼痛関連行動を結びつけ、慢性疼痛への治療効果の作用機序を神経回路レベルで明らかにするとともに、色光線療法による疼痛関連回路再編成を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

慢性疼痛治療における色光線療法の作用機序を末梢入力から中枢神経に至るマクロな神経回路と領域内でのミクロの神経回路の変化をとらえ、色光線療法の治療効果の作用機序を明らかにする。本年度は下記の項目に対して実験を行った。
緑色光による治療効果を検証するため坐骨神経部分結紮モデル（疼痛モデル）を用いて行った。疼痛モデルに対し機械刺激や温度刺激で触覚閾値の評価を行いながら、色光線療法の治療を開始した。緑・赤のLEDを用いて一定の光量で特定の色を12時間の暗明サイクルで7日間、ケージ全体を照射し飼育を行った。疼痛行動を示すマウスを用いて条件づけ場所嫌悪性試験などにより不安様行動と痛みによる不快情動を色光線療法前後で評価し、色光線療法による情動行動への影響を検出した。その結果特定の色の照射で疼痛緩和効果をみとめ、その効果は一定期間維持されていた。
また色光線療法の経路を検索するため、前帯状回への投射の差を逆行性ウイルス(AAV2-retro)を前帯状回に投与し、皮質下領域からの入力経路を特定した。一次体性感覚野にAAV1-CAG-flex-tdTomatoを投与し、高次視覚野V2MにAAV1-CAG-flex-EGPFを投与することで投射元からの軸索が前帯状回まで投射していることを確認した。
慢性疼痛に関連のある領域で一次体性感覚野での神経活動を評価したが、自発活動では色光線療法後では明らかな活動変化は認めなかった。今後、特定の色照射中の神経活動を評価し、色光線療法での神経活動変化を抽出予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初目的としていた前帯状回での生体カルシウムイメージングの確立に時間がかかっている。現在カルシウム活動を捉えることが可能となったため、今後評価していく予定である。

Strategy for Future Research Activity

前帯状回の生体イメージング法について確立したため、前帯状回・一次体性感覚野での神経活動を可視化し、それぞれの色の照射での活動変化を抽出する。さらにアストロサイトの活動を同領域でとらえることでグリア細胞の関与を明らかにしていく。
行動においては機械的刺激のみならず温度刺激による痛みの評価を追加していく。さらに不安様行動と痛みによる不快情動も色光線療法中と光線療法後での評価も追加し、色光線療法の多面的効果を明らかにしていく。

Research Products

• [Journal Article] A dopamine D1-like receptor-specific agonist improves the survival of septic mice (2024)
  • Author(s): Tanaka Koichi、Choudhury Mohammed E.、Kikuchi Satoshi、Takeda Ikuko、Umakoshi Kensuke、Miyaue Noriyuki、Mikami Kanta、Takenaga Ayane、Yagi Harumichi、Shinabe Rintaro、Matsumoto Hironori、Yano Hajime、Nagai Masahiro、Takeba Jun、Tanaka Junya
  • Journal Title: iScience Volume: 27 Issue: 4 Pages: 109587-109587
  • DOI: 10.1016/j.isci.2024.109587
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Activity-dependent oligodendrocyte calcium dynamics and their changes in Alzheimer's disease (2023)
  • Author(s): Kenji Yoshida, Daisuke Kato, Shouta Sugio, Ikuko Takeda, Hiroaki Wake.
  • Journal Title: Front Cell Neurosci Volume: 17
  • DOI: 10.3389/fncel.2023.1154196
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of lipid synthesis in myelin modulates neural activity and is required for motor learning (2023)
  • Author(s): Kato D, Aoyama Y, Nishida K, Takahashi Y, Sakamoto T, Takeda I, Tatematsu T, Go S, Saito Y, Kunishima S, Cheng J, Hou L, Tachibana Y, Sugio S, Kondo R, Eto F, Sato S, Moorhouse AJ, Yao I, Kadomatsu K, Setou M, and Wake H.
  • Journal Title: Glia Volume: 71 Issue: 11 Pages: 2591-2608
  • DOI: 10.1002/glia.24441
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microglia Enable Cross-Modal Plasticity by Removing Inhibitory Synapses (2023)
  • Author(s): Hashimoto A, Kawamura N, Tarusawa E, Takeda I, Aoyama Y, Ohno N, Inoue M, Kagamiuchi M, Kato D, Matsumoto M, Hasegawa Y, Nabekura J, Schaefer A, Moorhouse AJ, Yagi T, Wake H
  • Journal Title: Cell Reports Volume: - Issue: 5 Pages: 112383-112383
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112383
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] アストロサイトの活動制御による慢性疼痛治療 (2024)
  • Author(s): 竹田 育子,Dennis Cheung、鍋倉淳一
  • Organizer: 第129回日本解剖学会
• [Presentation] The function of microglia on multi-sensory integration in the V2L (2023)
  • Author(s): Mai Kagamiuchi, Akari Hashimoto, Mariko Shindo, Ikuko Takeda, Hiroaki Wake
  • Organizer: 第46回日本神経科学学会
• [Presentation] Neuronal circuit for multisensory integration in higher visual cortex (2023)
  • Author(s): Mio Inoue, Yuta Taisumi, Ikuko Takeda, Akari Hashimoto, Nanami Kawamura, Etsuko Tarusawa, Daisuke Kato, Hiroaki Wake
  • Organizer: 第46回日本神経科学学会
• [Presentation] The role of astrocytes in V2L neuronal remodeling following vision loss (2023)
  • Author(s): Ikuko Takeda, Izumo Takei, Mio Inoue,Mai Kagamiuchi,Akari Hashimoto,Yuki Aoyama, Hiroaki Wake
  • Organizer: ISN-ESN meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of astrocytes following vision loss (2023)
  • Author(s): Ikuko Takeda, Akari Hashimoto, Izumo Takei, Mio Inoue, Mai Kagamiuchi, Daisuke Kato, Hiroaki Wake
  • Organizer: 第３回次世代光散乱イメージング科学研究センターシンポジウム
• [Presentation] The role of astrocytes following vision loss (2023)
  • Author(s): Ikuko Takeda, Akari Hashimoto, Izumo Takei, Mio Inoue, Mai Kagamiuchi, Daisuke Kato, Hiroaki Wake
  • Organizer: 50th Naito Conference
• [Presentation] The role of astrocytes in V2L neuronal remodeling following vision loss (2023)
  • Author(s): Ikuko Takeda, Akari Hashimoto, Izumo Takei, Mio Inoue, Hiroaki Wake
  • Organizer: Neuroscience2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Astrocyte-mediated neuronal circuit remodeling in higher visual cortex induced by sensory deprivation (2023)
  • Author(s): Ikuko Takeda, Izumo Takei, Yuki Aoyama, Hiroaki Wake
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia(Novel Insight into Glia Function & Dysfunction,AWAJI,JAPAN)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reactivation of astrocytes reverses pain-like behaviour (2023)
  • Author(s): Ikuko Takeda
  • Organizer: FAOPS 2023
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 名古屋大学大学院医学系研究科分子細胞学
  • URL: https://www.med.nagoya-u.ac.jp/cel-bio/achievement/index.html