Effects of molecular hydrogen on ischemic brain injury

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06960
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46030:Function of nervous system-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Kajimura Mayumi 慶應義塾大学, 医学部(日吉), 教授 (10327497)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菱木 貴子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (10338022) ; 久保 亜紀子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (50455573)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 分子状水素 / 脳虚血 / エネルギー代謝 / Neurovascular unit / 質量分析イメージング

Outline of Final Research Achievements

Although immediate inhalation of a low concentration of molecular hydrogen (H2) is known to improve neurologic outcomes after cerebral ischemia in the mouse, etiology remains unknown. To decipher the mechanisms whereby H2 regulates metabolic dynamics in the ischemic brain, we used a metabolomics to target metabolic pathways responding to H2. Eight-week-old mice underwent the occlusion of the right common carotid artery for 30 min followed by exposure to 1.3% H2 mixed with the normal air for further 60 min after reperfusion. The brain metabolic states were rapidly fixed using in-situ freezing. The profiling of 107 metabolites showed that H2 improves energy metabolism. The treatment attenuated the purine breakdown which could lead to reduction of superoxide generation and to ameliorate an ischemic reperfusion injury.

Free Research Field

代謝生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

脳梗塞は可能な限り早期の治療開始が原則であるが, 治療法は少なく, 治療の開始が間に合わず神経症状が増悪することが多々ある。そのために入院期間やリハビリ加療が長期化することになり, 今後の高齢化社会に伴って医療経済を圧迫する可能性が大きい。水素吸入療法は, 従来型のtPAによる血栓溶解療法に比べ, 経済的にも技術的にも有利である。水素は分子量2とすべての分子の中で最小であり, 拡散によって虚血巣へも容易に到達できることから, drug deliveryの観点において, tPA静注など血流依存性薬剤の追随を許さない。救急車内での治療の早期化が実現でき, 予後の改善に直結するものと期待する。