2021 Fiscal Year Research-status Report
O-17標識水を用いたMRIと同位体顕微鏡による中枢神経系の水動態の解明
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19K17256
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
亀田 浩之 北海道大学, 歯学研究院, 助教 (70829887)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | glymphatic system / 水動態解析 / MRI / 同位体顕微鏡 / 安定同位体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
17O-MRIによる脳脊髄液動態の画像解析法を確立する上で、昨年度導入した特注の小動物用8chコイル(高島製作所)により、ラットの髄液中に投与した17O水の髄液中の分布をうまく可視化することができた。ただし、glymphatic systemの本体である脳脊髄液から脳間質への水の移行をはっきりと描出することができなかった。そのため、さらに高感度のMRコイル（ラット脳専用）を導入し、撮影条件の最適化を行った。また、より高濃度の17O製剤を併用し、わずかではあるが、髄液から脳への17O水の移行を可視化することができた。疾患モデルとして、アルツハイマー病モデルでは検討に時間を要する可能性があり、脳内水動態異常のより簡便なモデルとして頸部リンパ節結紮モデルを作成した。同様の検討を研究協力施設の実験動物中央研究所の小動物用7T-MRIでも行い、同様の結果を確認した。
組織レベルでの脳内17O分布をクライオ同位体顕微鏡でみるために、18O標識水をラットの脳内に直接注入し分析したところ、常温条件よりも明らかに高感度に18O分布を可視化することができた。ただし、脳が比較的複雑な組織構築であるためか、分析面処理の問題か、どういった組織構造に分布しているか判断するには画質が不十分であった。これには分析面の処理のさらなる工夫が必要であり、よりシンプルな臓器として肝臓をターゲットとした。ラットのグラフト肝の門脈から18O標識水を注入し、クライオ同位体顕微鏡で観察を行ったところ、肝血管内に一致した18O分布を可視化することができた。肝臓を使用していくつもの条件検討が完了しつつあり、髄液投与モデルや疾患モデル動物での検証を次年度に予定している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
特注の小動物用8chコイル(高島製作所)により髄液内のO17水の経時的変化は捉えられたが、glymphatic systemの本体である髄液から脳間質への移行はうまく捉えられなかった。画像上の感度の問題が大きいと考え、ラット脳専用のコイルの導入や、より高濃度17O製剤の使用に伴う条件検討により当初より時間を要している。
クライオ同位体顕微鏡解析においては、外因性にラットの脳や肝臓に投与した同位体トレーサー（18O標識水）の解剖学的構造に一致した分布を高感度で捉えることができたという進歩があった。現在、分析面の処理の工夫による画質の向上や、霜などのアーティファクトを除去するためのワークフローの改善、また、組織の対比画像取得の方法に関する検討に時間を要している。
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| Strategy for Future Research Activity |
17O-MRIによる脳脊髄液動態の画像解析法においては、脳脊髄液から脳間質への水の移行をターゲットとした17O-MRI撮影法を用いて、野生型ラット複数個体で実施予定である。また、アルツハイマー病などの神経変性疾患モデルでは検討に時間を要する可能性があり、水動態異常のより簡便なモデルとして、頚部リンパ節結紮モデルや、AQP4阻害剤投与モデル、AQP4KOモデルラットでの検討を予定している。また、実験動物中央研究所の小動物用7T-MRI装置でも同様の検討を同時並行で進めていく。
同位体顕微鏡クライオシステムでの凍結含水試料の解析において、分析面処理の工夫による画質の向上、分析面に付着する霜の問題など、いくつかの課題を解決するための検討を行う。また、対比組織像として、ペア切片や高画質の肉眼画像の取得、内因性同位体イメージングが利用可能か検討を行う。その後、上記のモデル動物の組織サンプルをクライオ同位体顕微鏡で分析し、MRIの結果や疾患群、コントロール群での違いを比較・検証し、脳内リンパ系（glymphatic system）の基本的なメカニズムや脳脊髄液動態異常の機序を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
昨年度に引き続き、世界的な新型コロナウイルス感染症の影響で、特に研究協力施設での実験や学会参加・発表に関連する旅費で十分に使用することができなかった。次年度には、成果発表のための学会参加に要する費用として使用する。
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