透明化脳と拡散MRIによる脳の加齢・変性における検討：病理と画像の3次元的対比

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K19853
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 佐藤 香菜子 順天堂大学, 医学部, 助教 (80755520)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 脳微細構造 / 加齢 / 変性 / 透明脳 / 拡散MRI / NODDI / TBSS

Outline of Annual Research Achievements

神経軸索構造の観察が容易な軸索蛍光発色マウス（Thy1-YFPマウス）の脳について、透明脳化処理と拡散MRIの撮像を行った。得られた拡散MRIデータを用いて、最新の手法であるneurite orientation dispersion and density imaging (NODDI)による解析を行い、神経線維の密度や方向について病理所見と比較した。これまで、この研究により、正常マウス脳の海馬と前交連について神経線維の方向が拡散MRIにより評価可能であることを明らかにし、国際学会とActa Ragiologica Open誌で発表している。
H29年度は、マウス脳における画像と病理変化についてこれまで得られた知見をもとに、すでにあるヒト脳のMRIについて、拡散MRIの解析を開始した。正常加齢と、小脳主体の変性疾患であるSCA6 (spinocerebellar ataxia type 6) 患者のデータを含み、ヒト脳における加齢と変性についての脳内微細構造の解明を達成しつつある。

Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでの研究では、マウス透明化脳と拡散MRIの最新の手法であるNODDIの解析により、正常マウス脳の海馬と前交連について、神経線維の方向が拡散MRIと病理所見とで相関していることを明らかにし、その研究結果を国際学会とActa Ragiologica Open誌に発表した。拡散MRIと病理所見の相関する部位を特定、また拡散MRIで脳微細構造の評価が可能である事を示しており、正常マウス脳では脳内構造を評価するベースラインの一部を確立できたと考える。
H29年度は、正常マウス脳における画像と病理変化についてこれまで得られた知見をもとに、すでにあるヒト脳のMRIについて、拡散MRIの解析を開始した。健常者10名、SCA6患者9名について、拡散示標の解析法として定評のあるTBSS (tract-based spatial statistics)を用い、NODDIを含めた拡散MRIについて、健常者とSCA6患者間で全脳の拡散示標を比較する。健常者間については加齢との相関、SCA6患者についてはSARAスコアによる症状との相関も検討している。正常マウス脳に加え、ヒト脳における加齢と変性による脳内微細構造変化の解明に向けた研究を順調に開始できている。

Strategy for Future Research Activity

正常マウス脳における画像と病理変化に加え、ヒト脳の拡散MRI解析を行い、加齢と変性による脳内微細構造の変化の解明を進める。
課題としては、マウス脳については画像と病理像の位置合わせの正確性の問題、ヒトのSCA6患者については稀な疾患であるため数が少ないという問題がある。
現在の解析を進めるとともに、位置合わせについては学会などでよりよい手法の情報収集を行い、新たな手法を準備していく。SCA6患者については、データの追加収集を検討していく。これらにより、将来的に、脳内微細構造の評価についてさらに正確な手法を確立できると考える。

Causes of Carryover

今年度は、ヒト脳のMRIについて、拡散MRIの解析を開始した。健常者10名、SCA6患者9名について、拡散示標の解析法として定評のあるTBSS (tract-based spatial statistics)を用い、NODDIを含めた拡散MRIについて、健常者とSCA6患者間で全脳の拡散示標を比較する。健常者間については加齢との相関、SCA6患者についてはSARAスコアによる症状との相関も検討している。これらのデータ解析のために、Madlab, SPM, SPSSといった解析ソフトウェアの購入が必要となった。

Research Products

• [Journal Article] Understanding microstructure of the brain by comparison of neurite orientation dispersion and density imaging (NODDI) with transparent mouse brain. (2017)
  • Author(s): Sato K, Kerever A, Kamagata K, Tsuruta K, Irie R, Tagawa K, Okazawa H, Arikawa-Hirasawa E, Nitta N, Aoki I, Aoki S.
  • Journal Title: Acta Radiologica Open Volume: 6 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1177/2058460117703816.
  • Peer Reviewed / Open Access