2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of cerebral circulation by the use of polymeric MRI contrast agents
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20H04536
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| Research Institution | Jikei University School of Medicine |
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Principal Investigator |
横山 昌幸 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (20220577)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白石 貢一 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (40426284)
小松 鉄平 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (60723856)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Glymphatic system / アルツハイマー病 / 高分子 / 高分子MRI造影剤 / Gd蓄積 / 低分子MRI造影剤 / 脳脊髄液 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第３の脳体液循環システムとして発見されたGlymphatic system(GLSと略す)は、脳の生理・代謝機能と脳神経疾患病理の理解に不可欠である。GLSは脳脊髄液循環循環の一部を成している。しかし、GLS体液循環は定性的な理解に留まっている現状である。一方、低分子MRI造影剤投与で、その成分ガドリニウム(Gd)がGLS経由で脳特定部位に蓄積することが問題となっている。本研究は、申請者が作製した高分子MRI造影剤を用い、GLS循環および脳蓄積を定量的に測定し、GLSの境界移動における分子量依存性を解明すると共に、Gd脳蓄積リスクの無いMRI造影剤の臨床応用に向けた安全性を証明することを目的とする。特に、血液から脳脊髄液への移行をMRIによって明らかにする。また、慢性脳神経疾患の代表例としてアルツハイマーモデルマウスを用い、この病態進行と血液から脳脊髄液への移行の関係を求める。
前年の(a)慢性脳疾患モデルとして３カ所の遺伝子変異をノックインしたアルツハイマー病(AD)モデルマウスの継代確立と、(b)高分子造影剤の血液から脳脊髄液移行の発見の結果に基づき、３年間の研究期間の2年目である本年は、(1)マウスの条件と血液→脳脊髄液移行性の関係解析、(2)確度の高い大槽内投与法の確立を行った。
結果としては(1)ADモデルマウスでは神経症状が進行した状態になっても、高分子造影剤の血液→脳脊髄液移行は観察されなかった一方、正常マウスでも3週齢の若いマウスでは移行性が確認された。(2)前年に確立した大槽内投与法では、投与成功確率は30-40%位であったので、脳定位注入装置を購入して試みたところほぼ100％の成功確率となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
確度の高い大槽内投与法の確立には計画よりも長い時間がかかったが、未成熟な若いマウスでは、高分子の血液→脳脊髄液移行性という新発見を得ることができ、全体としては順調に進んでいる
(1)マウスの条件と血液→脳脊髄液移行性の関係解析
アルツハイマー病モデルAPPNL-G-FKIマウスの１ヶ月から１０ヶ月齢までに６回高分子ミセル造影剤を投与して血液→脳脊髄液移行性をMRIで観察したが、６回共に移行は観察されなかった。このアルツハイマー病モデルマウスはアミロイドβの蓄積などの症状は３から６ヶ月で見られると報告されている。よって、この実験ではアルツハイマー病病態進行につれた血液→脳脊髄液移行は起こらないことがわかった。一方、6週齢程度のC57BL/6Jの正常マウスでは平均分子量３万のポリグルタミン酸ベースの高分子造影剤が脳脊髄液に移行することが時々（２０％くらいの確率で）観察された。同じマウスでも３週齢であると100%に確率で血液→脳脊髄液移行が観測された。血液から脳脊髄液へは高分子は移行しないというのが、従来の常識であったが、３週齢の未成熟なマウスの脳ではこの移行が起こることが初めて発見された。
(2) 大槽内投与法の確立
昨年度の手法では、1.5mm程度の大きさんの大槽内投与の成功確率は30-40%位と低かったので、脳定位注入装置を購入して試みたところほぼ100％の成功確率となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画された(1)の項目は予定通り進めるほかに、当年度の新発見に基づいて新たに加えた(2)(3)の項目も進めてゆく。
(1)脳脊髄液中の物質移動解析：大槽内に投与した低分子及び高分子造影剤の分布を６時間程度までMRIで観察する。
(2) 血液→脳脊髄液移行性の分子量依存性解析：今年度結果を得た平均分子量３万の高分子造影剤の他に、平均分子量１万と１０万のポリグルタミン酸ベースの造影剤と、これらより分子量の大きな高分子ミセル造影剤を３週齢のマウスに投与して、血液→脳脊髄液移行性の分子量依存性を解析する。
(3) 血液→脳脊髄液移行性の薬剤応答性解析：血液脳幹門の透過性を高める・あるいは破壊することが知られている薬剤を用いて、それらが血液→脳脊髄液移行性にどのように影響するかをMRIで測定する。この薬剤としては、マンニトールの濃厚液、ニトログリセリンなどのNO誘導薬を検討する。
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