2020 Fiscal Year Research-status Report
New approach for neurorehabilitation with the intermanual transfer
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20K11213
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| Research Institution | Fukushima Medical University |
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Principal Investigator |
深掘 良二 福島県立医科大学, 医学部, 助教 (40457784)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 動作記憶 / 両手間転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度では学習の転移に関わる神経回路網の研究に取り組んだ。今までのシステムでは反応時間しか測定できていなかったが、機器やプログラムなどの改良を行ってレバーの軌跡などの指標を測定し、両手間転移に関する実験を進めた。また神経活動の操作のために、昆虫のイオンチャネル型嗅物質受容体遺伝子を利用した新たな化学遺伝学的な手法を開発した（Fukabori et al., 2020）。この方法や抑制性グルタミン酸受容体(GluCL)遺伝子を導入し、両手間転移時の神経活動を操作し研究を進めている。
経路選択的に遺伝子導入を行うために逆行輸送能を持つレンチベクターを用いてマーカー遺伝子などの導入を行った。両手間転移において、これらの経路が果たす役割を明らかにしていく。また、同様の手法を応用し、興奮性・抑制性の化学遺伝学的手法を用いて神経活動を操作し、両手間転移に関する経路について研究を進めていく。
令和3年度の研究においては両手間転移時にGABAアゴニストを投与した研究を進め、論文として発表できるように準備を進める。また経路選択的な遺伝子導入の準備的な意味を含め、毒素遺伝子の発現による経路選択的な破壊実験を行い、両手間転移に関わる経路の研究を進める。また、脳梗塞モデル動物を作成するためにRose Bengalを用いたPhotothrombosis法の予備的な研究を進める。計画最終年度にこの動物を用いて脳梗塞モデル動物のリハビリテーションに関して研究を進めていけるように準備を整える。
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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
本年度では頭部拘束型オペラント実験装置を用いて、片方の手でレバー押しの動作を学習させ、その後にもう一方の手でレバー押しをさせ、学習の転移に関わる神経回路網の研究に取り組んだ。これまでの研究ではレバー押し動作の反応時間だけを指標に実験を行っていた。研究初年度に行った機器やそれを駆動するプログラムの改良を通して、レバーの軌跡やレバー押しの失敗などの詳細な指標を計測することが可能となった。それらのデータを解析することによって加速度などのデータを得ることができた。これらの指標を通して、より詳細な学習の転移を観察することを可能にした。また、学習の転移と上位運動ニューロンの関係を調べるために、筋電図を計測するシステムの導入を進めている。
現在、これらのシステムを用いて計画書における目標の①動作の記憶が両手間を転移するときに関わる神経ネットワークを解明し、②転移の起こるタイミングを解明する、部分に取り組んでいる。遺伝子導入の手法を用いる前にGABAアゴニストを用いて学習手運動野とは反対側運動野を抑制し、学習転移に関する影響を調べている。並行して研究代表が所属する研究室で遺伝子導入ベクターの研究・開発を行っている加藤茂樹博士より、マーカー遺伝子などを持つ逆行輸送性のベクターを作成して頂き、経路選択的な遺伝子導入を進めている。
IT型神経細胞への遺伝子導入を行うために、いくつかの方法を検討した。研究代表である深堀は神経細胞の活動性を変化させるための化学遺伝学的な手法の開発に取り組んだ。この新技術では細胞を持続的に発火させるために昆虫のイオンチャネル型嗅物質受容体遺伝子をマウスに発現させ、嗅物質依存的に神経細胞を賦活化させることに成功した（Fukabori et al., 2020）。また、これと同様に細胞の活動を抑制する抑制性グルタミン酸受容体(GluCL)遺伝子を導入させる方法も進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度では、動作の記憶が両手間を転移するときに関わる神経ネットワークに関して研究を仕上げることを目標として進めていく。特に本研究の主題である両手間転移の神経回路網は未だ詳細が分かっていないため、可能であればGABAアゴニストを投与した実験だけで成果をまとめ、論文として発表する。また、令和4年度にリハビリテーション関連の学会での発表できるように準備を進めていく。経路選択的な破壊に関しては別の研究で進めている緑膿菌毒素（PE38KDEL、Kreitman et al., 1994）を用いた方法を用いる。現在、逆行輸送能を持つレンチベクター（Kato et al., 2011）で遺伝子導入を考えており、GABAアゴニストにより実験を終了させた後に速やかに経路選択的遺伝子導入及び破壊実験を行っていく。
ラット前肢の筋電図測定に関して、令和3年度中に測定できるように準備を進める。装置の購入が新型コロナ感染症による物流の停滞の影響を受け、大幅に遅れており、電気る限り早く測れるように実験を進めていく。レバーなどの行動的な指標に加え、生理的な指標を加えることによって、より信頼度の高いデータ・解析を実現する。
また研究計画最終年度に向けて、令和3年度では脳梗塞モデル動物の作成を検討していく。脳梗塞を起こさせる手法としてはRose Bengalを用いたPhotothrombosis法を用いる予定で、簡易に標的部位に梗塞を起こさせることが可能である。これに使用する機器の購入を進め、モデル動物を作成し、両手間転移に関する予備的な実験を行っていく。
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| Causes of Carryover |
該当年度に使用する動物数が当初推測した数より減らせたため、次年度使用額が生じた。この繰越金を使用し、次年度の動物飼育経費などに充てていく。
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Research Products
(2 results)
