2021 Fiscal Year Research-status Report
大規模脳活動記録とイメージングによる痛み認知の脳内情報伝達回路の解明
Project/Area Number |
20K09251
|
Research Institution | Nagoya City University |
Principal Investigator |
田中 基 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (20303787)
|
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
志田 恭子 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 臨床研究医 (00381880)
大澤 匡弘 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 准教授 (80369173)
祖父江 和哉 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (90264738)
|
Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
Keywords | 疼痛 / 大規模脳活動記録 / カルシウムイメージング |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、痛み刺激により活性化する多数の脳領域の間の情報伝達のメカニズムを明らかにし、その際に活動する神経細胞を人為的に操作することで痛み知覚を操作できるかを検証する。大規模脳活動記録と細胞活動イメージング、遺伝子工学による特定の神経回路の人為的機能調節を用いた最先端技術を融合して解析を行う。 今年度は、無麻酔・無拘束の神経障害性疼痛モデルラットの脳活動の周波数依存的な解析を行った。手術前、手術後1週間、2週間、および2ヶ月後における局所地場電位(LFP)を、一次体性感覚野、補足運動野、前帯状回皮質、後帯状回皮質、前頭前皮質、島皮質、側坐核、淡蒼球、外側視床核のそれぞれの領域で記録し、これらの領域の経時的なLFPの変化を周波数依存的な解析法により解析した。その結果、側坐核と前頭前皮質の領域で、γ帯域脳活動(40-120Hz)が神経障害の処置後より持続して増加していた。 次に、前年度で確立した脳深部の神経系細胞の活動の可視化法を用いて、神経障害性モデルマウスの脳内細胞活動イメージングを行った。アストロサイトと神経の一部にカルシウム感受性蛍光タンパク質であるGCaMP7を発現する遺伝子改変マウスを用いて、側坐核における細胞活動イメージングを行ったところ、神経障害性疼痛モデルにおいて、神経障害後3日目に細胞活動の有意な低下が認められた。 続いて、アデノ随伴ウイルスベクター(AAV)を用いて、特定の神経回路のみに興奮性のデザイナー受容体(DREADD)であるhM3Dqを発現させる技術を用いて、視床肺内側核(MD)から前帯状回皮質(ACC)へ投射する神経回路のみの活性化を行った。MDからACCへ投射する神経回路にhM3Dqを発現するマウスにhM3Dqのリガンドであるクロザピン N-オキシド(CNO)を腹腔内へ単回投与すると、一過性の機械痛覚過敏が認められた。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究の進捗は、研究計画書に記載されているとおりに問題なく進んでいる。結果についても、大規模脳活動記録の結果の解析が完了し、慢性疼痛に特異的な脳活動を抽出することに成功したと考えている。しかし、より特異的な脳活動の変化も見いだせる可能性があるため、継続して解析を行っている。また、細胞活動のイメージングについては、神経障害性モデル動物での検討をすすめることができ、側坐核において細胞活動が低下するという、予想に反している結果も得られており、さらに研究を進める必要が出てきている。遺伝子工学的手法についても、AAVの微量注入の精度が増しており、これまで以上に正確に標的領域にAAV溶液を注入できるようになった。
|
Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画の推進方策として、研究計画書に従い、痛みを感じている動物の大脳における神経活動性と脳領域間の機能的相互連関の解析を継続し、慢性疼痛の際に見られた脳活動異常が、急性の侵害刺激によっても同様に出現するのかを解析する。in vivo イメージングでは、側坐核における細胞活動が神経障害性疼痛時には低下することが明らかになったため、この結果を基に、側坐核領域における細胞活動(アストロサイトおよび神経細胞)の調節が、痛みの感受性に対してどのような影響を与えるかについて解析を行う。さらに、側坐核領域において、電気生理学的な測定ではγ帯域脳活動の亢進が見られたものの、細胞活動については抑制が見られたことから、この因果関係についての解析に着手する。人為的な神経活動操作では、MDからACCに投射する神経回路を活性化すると痛み閾値が低下することが明らかになったことから、本神経回路の慢性疼痛における役割についても検討を行う。
|
Causes of Carryover |
引き続き、in vivo カルシウムイメージングと行動生物学的解析を行うため、次年度使用額が生じた。 アデノ随伴ウイルスベクターやGRINレンズ、高密度多点電極など、高価な消耗品が年度を通じて適宜必要である。また、動物の飼育や購入費用も引き続き必要である。
|