生物発光技術を活用した脳細胞内酸素化の可視化と脳保護のための循環管理最適化の探索

• Project/Area Number: 23K18319
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 55:Surgery of the organs maintaining homeostasis and related fields
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 加藤 純悟 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40465018)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩野 智 宮崎大学, キャリアマネジメント推進機構, 講師 (10734832) ; 寅丸 智子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (70594612)
• Project Period (FY): 2023-06-30 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 細胞内酸素化 / 脳血流自動能 / 生物発光 / 非侵襲的可視化 / 神経細胞 / 酸素化 / 脳虚血 / 循環管理

Outline of Research at the Start

脳は、体重のわずか約2％の重量にして全身の約25%もの酸素消費量を要する最も酸欠状態に弱い臓器である。しかし、さまざまな病態で脳を守るために臨床で行われている輸液・輸血、血管作動薬治療など、いずれも脳細胞レベルでの実質的な効果が評価されていないまま漫然と行われている。本研究ではホタル発光などの生物発光を応用したOxyBLI技術により、脳神経細胞レベルでの酸素化状態を生きた状態で可視化を試みる。これにより 脳血流の変化と脳細胞内の酸素化状態の関連性を検証し、 脳血流が障害される病態にて脳細胞内酸素化を最適化する循環管理を探索する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、酸素依存性発光酵素による標的細胞内の酸素化ダイナミクスを可視化するOxyBLI技術における実験動物（マウス・ラット）での実践的開発にある。これまでにアデノ随伴ウイルスによりラット脳線条体にOxyBLIを発現させ、吸入酸素濃度を変化させるモデルおよび出血性ショックモデルなどで、ニューロン内の酸素化のダイナミクスの非侵襲的可視化に成功した。また、同OxyBLIシステムをノックインさせたマウスにおいても同様のモデルにて、ニューロン内の酸素化のダイナミクスの非侵襲的可視化に成功した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

計画通り、ラットおよびマウスにて複数のモデルでの非侵襲的連続的に細胞内酸素化ダイナミクスの可視化に成功している。

Strategy for Future Research Activity

今後はOxyBLIを発現させたラットおよびマウスにおいて、さまざまな前臨床的病態モデルにおけるニューロン内酸素化ダイナミクスの可視化に挑戦する。ノックインマウスにおいて、抑制性ニューロンや心筋細胞、肝細胞など他の標的細胞内にOxyBLIを発現させ、組織・細胞の違いによる各病態での酸素化ダイナミクスの特徴付けを進めていく。さらに、マーモセットにおいても同様の実験を行う。2年計画の最終年度として、これらの知見をまとめ、国際学会での発表や学術論文の投稿を進めていく。