近赤外低反応レベルレーザーによる脳内神経炎症の制御とエネルギー代謝調節との関連

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K13025
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 大和 正典 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (50565778)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 近赤外レーザー / 脳内神経炎症 / エネルギー代謝

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、TCAサイクル中のアコニターゼ活性を阻害するモノフルオロ酢酸を投与してエネルギー代謝の低下、それに伴う脳内神経炎症を引き起こしたラットに対し、生体透過性に優れ、エネルギー代謝調節効果および抗炎症作用を示す近赤外レーザーを体外から頭部へ照射することにより新たな脳内神経炎症抑制法の確立、さらに近赤外レーザーの作用メカニズムの解明を目指すものである。
モノフルオロ酢酸を投与し、エネルギー代謝を低下、それに伴う脳内神経炎症を引き起こしたラット、およびPoly I:Cを投与し脳内神経炎症を引き起こしたラットの大脳皮質について、メタボローム解析を実施したところ、両動物の脳内に共通してエネルギー代謝に直接関連する代謝物が変動すること、アルギニン、オルニチン、シトルリンなど、肝臓において尿素サイクルに関連する物質も上昇していること、GABAやグルタミン酸などの神経伝達に関連する代謝物は低下していることをこれまでに明らかにしてきた。
それらのモデル動物に対し、体外から脳へ近赤外レーザーを照射し、一定時間後の炎症性サイトカイン発現の上昇が抑えられる傾向が見られ、現在照射時間を2-3倍にした時の抗炎症作用の解析を行っている。また、近赤外レーザーの詳細なメカニズムを明らかにする目的で細胞を用いた実験の立ち上げを行い、培養ディッシュの底面からレーザーを照射できるようにした。ヒトの骨髄由来THP-1細胞をTPAでM0マクロファージに分化させ、メディウム中にLPSを添加することによるM1マクロファージへの分化や炎症に関連するシグナル伝達に対し、近赤外レーザーの照射がどのような影響を与えるか、検討を行っている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

Poly I:Cを投与することにより作成される脳内神経炎症モデルラットに対し、近赤外レーザーをこれまでの2倍時間、3倍時間照射することにより抗炎症作用が増強されるかどうかの検討を行い、結果の解析を行っている。また、近赤外レーザーのメカニズムを明らかにする目的で細胞を用いた実験の立ち上げを行い、ヒトの骨髄由来THP-1細胞をTPAでM0マクロファージに分化させ、メディウム中にLPSを添加することによるM1マクロファージへの分化や炎症に関連するシグナル伝達に対し、近赤外レーザーの照射がどのような影響を与えるか検討を行っており、概ね計画書の通りに進展している。

Strategy for Future Research Activity

現在マクロファージで行っている培養細胞の実験に加え、初代培養ミクログリアを用いた炎症実験も行う。また研究計画の通りアストロサイトもしくはアストロサイト・ニューロンの混合培養細胞を用いた実験を行う予定である。近赤外レーザーの照射によりアストロサイトにおける解糖系の更進やニューロンのクエン酸回路に関連する酵素類への影響が期待される。培養細胞にモノフルオロ酢酸で刺激し、レーザー照射一定時間後の細胞におけるエネルギー代謝状態の変化を観察し、減少している代謝物を培地に添加した際の代謝変化などを確認する。

Causes of Carryover

実験の進行は概ね順調であったが、いくつかの培養細胞系の購入を次年度に持ち越したため、それに関連する消耗品の費用を次年度使用として請求する。