脳機能障害における脳内フリーラジカルの無侵襲解析システムの開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11557173
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 内海 英雄 九州大学, 大学院・薬学研究院, 教授 (20101694)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐野 浩亮 第一ラジオアイソトープ研究所, 研究員 ; 増水 章季 日本電子, 分析機器技術本部, 主任研究員 ; 市川 和洋 九州大学, 大学院・薬学研究院, 助手 (10271115)
• Keywords: 生体計測ESR / スピンプローブ / フリーラジカル / 活性酸素 / 一酸化窒素 / 脳 / 虚血再灌流障害 / レドックスバランス

Research Abstract

活性酸素や一酸化窒素をはじめとするフリーラジカルは、個々に作用を発現するほかに、生体内でラジカル間クロストークによりレドックスバランスを崩壊させ、病態発現に重要な関わりを有する可能性が指摘されるようになってきた。しかしながら、脳機能障害におけるフリーラジカルの関与に関しては、生物個体での実体は全く研究されてこなかった。これは、脳そのもののレドックスを無侵襲解析する方法が全く無かったことによる。本研究では脳機能障害と脳内フリーラジカル産出の関係を無侵襲解析するために、新たにシステムを開発することを試みた。
この目的の遂行にあたり、ESRシグナルの変形を除去することを可能とする波形分離解析システムの開発が重要である。マイクロ波の吸収に伴うESRシグナルの変形を除去するためには、ESR信号を吸収波形と分散波形に分離・処理することが最も有効であることから、新たに処理用のアルゴリズムを検討しシグナル変形除去用の波形処理システムを開発した。さらに、脳内フリーラジカル産出に対して鋭敏に応答する脳滞留性の高いエステル型プローブの中から、脳機能障害における脳内フリーラジカル産出量を鋭敏に検出することが可能なCarboxy-PROXYLのアセトキシメチルエステル体の開発を行った。
脳機能障害モデルとして、中脳大動脈の部分虚血再灌流障害ラットをナイロン糸挿入法で作製し、血液脳関門通過能を有するニトロキシドプローブおよび有しないプローブを併用的に頚動脈内に投与し、生体計測ESRで観測することで虚血時ならびに再灌流後での脳内フリーラジカル産出を無侵襲定量した。この研究を通じて、脳虚血再灌流モデルにおける脳障害へのフリーラジカルの関与についての重要な知見を得た。
本研究は、生体計測ESRを用いて動物個体を無侵襲解析するという新たな方法を構築し、レドックス代謝活性という生化学的パラメーターを動物個体とりわけ脳に適用することを試みたものである。

Research Products

• [Publications] Han JY,Takeshita K,Utsumi H.: "Diesel exhaust particles actually induce hydroxyl radical formation in the lung of living mice."Free Radical Biological Medicine. 30. 516-525 (2001)
• [Publications] Tsutsui H,Ide T,Hayashidani S,Suematsu N,Utsumi H,Nakamura R,Egashira K,Takeshita A.: "Greater susceptibility of failing cardiac myocytes to oxygen free radical-mediated injury."Cardiovascular Research. 49. 103-109 (2001)
• [Publications] Matsumoto K,Endo K,Utsumi H.: "In vivo electron spin resonance assessment of decay constant of nitroxy radical in selenium-deficient rat."Biological Pharmaceutical Bulltin. 23. 641-644 (2000)
• [Publications] 井手友美,筒井裕之,康東天,内海英雄,竹下彰: "電子スピン共鳴法(ESR)を用いた不全心における酸素ラジカルの証明"フリーラジカルの臨床. 15. 55-60 (2000)
• [Publications] Ide T,Tsutsui H,Hayashidani S,Kang D,Kasai H,Suematsu N,Wen J,Utsumi H.: "8-Oxo-dGTPase, a repair enzyme of oxidative stress-induced DNA damage, is increased in the mitochondria from failing heart."Circulation. 102. 600 (2000)
• [Publications] Tsutsui H,Ide T,Kimugawa S,Takeshita A,Utsumi H.: "Effects of amiodarone on heart cells-Response."Circulation. 102. E170 (2000)
• [Publications] Inoguchi T,Li P,Umeda F,Yu HY,Kakimoto M,Imamura M,Aoki T,Etoh T,Hashimoto T,Naruse M,Sano H,Utsumi H,Nawata H.: "High glucose level and free fatty acid stimulate reactive oxygen species production through protein kinase C-dependent activation of NAD(P)H oxidase in cultured vascular cells."Diabetes. 49. 1939-1945 (2000)
• [Publications] Kinugawa S,Tsutsui H,Hayashidani S,Ide T,Suematsu N,Satoh S,Utsumi H,Takeshita A.: "Treatment with dimethylthiourea prevents left ventricular remodeling and failure after experimental myocardial infarction in mice : Role of oxidative stress."Circulation Research. 87. 392-398 (2000)
• [Publications] Matsumoto K,Utsumi H.: "Development of separable electron spin resonance-computed tomography imaging for multiple radical species : An application to ・OH and ・NO."Biophysical Journal. 79. 3341-3349 (2000)
• [Publications] Sano H,Naruse M,Matsumoto K,Oi T,Utsumi H.: "A new nitroxy-probe with retention in the brain and its application for brain imaging."Free Radical Biology & Medicine. 28. 959-969 (2000)
• [Publications] Ide T,Tsutsui H,Kinugawa S,Suematsu N,Hayashidani S,Ichikawa K,Utsumi H,Machida Y,Egashira K,Takeshita A.: "Direct evidence for increased hydroxyl radicals originating from superoxide in the failing myocardium."Circulation Research. 86. 152-157 (2000)
• [Publications] Ito S,Yanagishita T,Aoki S,Koba S,Iwata T,Ishioka H,Arata H,Mukae S,Geshi E,Konno N,Katagiri T,Utsumi H.: "Generation of free radicals and the damage done to the sarcoplasmic reticulum during reperfusion injury following brief ischemia in the canine heart."Japan Cirrculation Journal. 63. 373-378 (1999)
• [Publications] Yasuda S,Watanabe S,Kobayashi T,Hata N,Misawa Y,Utsumi H,Okuyama H.: "Dietary docosahexaenoic acid enhances ferric nitrilotriacetate-induced oxidative damage in mice but not when additional □-tocopherol is supplemented."Free Radical Research. 30. 199-205 (1999)
• [Publications] 高城徳子,竹下啓蔵,平田拓,小野光弘,内海英雄: "ポルフィリン症モデルマウスの光照射により皮膚で生じるラジカル反応のin vivo ESR解析"核磁気共鳴と医学. 10. 135-138 (1999)
• [Publications] Takeshita K,Hamada A,Utsumi H: "Mechanisms related to reduction of radical in mouse lung using an L-band ESR spectrometer."Free Radical Biological Medicine. 26. 951-960 (1999)
• [Publications] Phumala N,Ide T,Utsumi H.: "Noninvasive evaluation of in vivo free radical reactions catalyzed by iron using in vivo ESR spectroscopy."Free Radical Biological Medicine. 26. 1209-1217 (1999)
• [Publications] Ide T,Tsutsui H,Kinugawa S,Utsumi H,Takeshita A.: "Amiodarone protects cardiac myocytes against oxidative injury by its free radical scavenging action."Circulation. 100. 690-692 (1999)
• [Publications] Ide T,Tsutsui H,Kinugawa S,Utsumi H,Kang D,Hattori N,Uchida K,Arimura Ki,Egashira K,Takeshita A.: "Mitochondrial electron transport complex I is a potential source of oxygen free radicals in the failing myocardium"Circulation Research. 85. 357-363 (1999)