デジタル3D神経病理学の創成

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K20468
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 柿田 明美 新潟大学, 脳研究所, 教授 (80281012)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北浦 弘樹 新潟大学, 脳研究所, 特任准教授 (80401769) ; 田井中 一貴 新潟大学, 脳研究所, 教授 (80506113) ; 齋藤 理恵 新潟大学, 脳研究所, 助教 (80829078)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 神経病理学 / デジタル画像 / 組織病理

Outline of Annual Research Achievements

神経病理学的診断を行なっていると、通常の組織標本、つまり２次元平面に薄切した標本の観察では脳病変を正しく評価できないのではないか、と思うことがある。脳はつくりが複雑で機能単位がことさら立体的だからである。本研究では、ヒト脳組織透明化・3Dイメージング技術を用いて、ヒト脳における神経細胞やグリア細胞の配列やネットワーク、更には微小血管の分布を３次元で鮮明に捉え、”立体的機能ユニット”における正常と以上を明らかにする。つまり定量的なデジタル3D神経病理学を創成し、ブレインサイエンスにおける形態学的イノベーションを開拓することを目的とする。そのための技術開発を進め、病理診断の現場や研究におけるデファクトスタンダードに昇華させるため、(1)”立体的機能ユニット”を丸ごと解析するための多色繰り返し染色法と、(2)微細構造観察のためのこうど組織膨潤透明化プロトコールを開発し、(3)ヒト標準脳3Dマップ”21世紀版ブロードマン地図”を作成する計画をたてこれを実行した。
まず、ヒト脳組織透明化における最大の光学的課題：直傾向および褐変の克服に成功し、これらを高度に抑制する透明かプロトコール：いわば「ヒトの嘘shきにとっかした透明化試薬」の開発に成功した。また、この手法に適応可能な3DD用各種一般蛍光染色およびホールマウント免疫染色技術を確立した。脳症血管病やてんかん原性限局性皮質異形成を対象とし、脳血管の構築異常や神経細胞の配列異常を捉えることに成功した。
次に、多色の画像重ね合わせを実現するべく、多色での標識が可能な繰り返し染色法に取り組んだ。現在、１回の染色操作で４色までのマルチカラーイメージングが可能となった。その結果、1 cm3超の標本における神経細胞、グリア細胞、微小血管、髄鞘、老人斑など、多種類の構造物を丸ごと可視化するイメージング基盤を整えた。

Research Products

• [Journal Article] Gli3 induces neuronal differentiation in SHH-activated and WNT-activated medulloblastoma. (2021)
  • Author(s): Natsumeda M, Miyahara H, Yoshimura J, Nakata S, Nozawa T, Ito J, Kanemaru Y, Watanabe J, Tsukamoto Y, Okada M, Oishi M, Hirato J, Wataya T, Ahsan S, Tateishi K, Yamamoto T, Rodrigues FJ, Takahashi H, Hovestadt V, Suva ML, Taylor MD, Eberhart CG, Fujii Y, Kakita A .
  • Journal Title: J Neuropathol Exp Neurol Volume: 80 Pages: 129-136
  • DOI: 10.1093/jnen/nlaa141
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytosolic dsDNA of mitochondrial origin induces cytotoxicity and neurodegeneration in cellular and zebrafish models of Parkinson’s disease. (2021)
  • Author(s): Matsui H, Ito J, Matsui N, Uechi T, Onodera O, Kakita A.
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 12 Pages: 3101
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23452-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A novel splicing variant of ANXA11 in a patient with amyotrophic lateral sclerosis: histologic and biochemical features. (2021)
  • Author(s): Sainouchi M, Hatano Y, Tada M, Ishihara T, Ando S, Kato T, Tokunaga J, Ito G, Miyahara H, Toyoshima Y, Yokoseki A, Ozawa T, Akazawa K, Onodera O, Kakita A.
  • Journal Title: Acta Neuropathol Commun Volume: 9 Pages: 106
  • DOI: 10.1186/s40478-021-01202-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Progressive supranuclear palsy: neuropathology of patients with short disease duration due to unexpected death. (2021)
  • Author(s): Zhang L, Toyoshima Y, Takeshima A, Shimizu H, Tomita I, Onocera O, Takahashi H, Kakita A.
  • Journal Title: Neuropathology Volume: 41 Pages: 174-182
  • DOI: 10.1111/neup.12707
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Predicting BRAF V600E mutation in glioblastoma - utility of radiographic features. (2021)
  • Author(s): Natsumeda M, Chang M, Gabdulkhaev R, Takahashi H, Tsukamoto Y, Kanemaru Y, Okada M, Oishi M, Okamoto K, Rodriguez FJ, Kakita A, Fujii Y, Schreck KC.
  • Journal Title: Brain Tumor Pathol Volume: 38 Pages: 228-233
  • DOI: 10.1007/s10014-021-00407-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Genetic variations and neuropathologic features of patients with PARK2. (2021)
  • Author(s): Seike N, Yokoseki A, Takeuchi R, Saito K, Miyahara H, Miyashita A, Ikeda T, Aida I, Nakajima T, Kanazawa M, Wakabayashi M, Toyoshima Y, Takahashi H, Matumoro R, Toda T, Onodera O, Ishikawa A, Ikeuchi T, Kakita A.
  • Journal Title: Mov Disord Volume: 36 Pages: 1634-1643
  • DOI: 10.1002/mds.28521
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Primary non-dural central nervous system marginal zone B-cell lymphoma of the mucosa-associated lymphoid tissue type mimicking CNS inflammatory diseases. (2021)
  • Author(s): Sugita Y, Takahashi K, Fukuda K, Kimura Y, Furuta T, Arakawa F, Ohshima K, Nakamura H, Miyata H, Watanabe M, Kakita A.
  • Journal Title: J Neuropathol Exp Neurol Volume: 80 Pages: 789-799
  • DOI: 10.1093/jnen/nlab058
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hemiplegic type ALS: clinicopathological features of two autopsied patients. (2021)
  • Author(s): Sainouchi M, Tanaka H, Shimizu H, Mashima T, Fukushima T, Ishihara T, Makino K, Onodera O, Kakita A.
  • Journal Title: J Neurol Neurosurg Psychiatry Volume: 92 Pages: 1014-1016
  • DOI: 10.1136/jnnp-2021-326257
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reactive astrocytes contribute to epileptogenesis in patients with cavernous angioma. (2021)
  • Author(s): Kitaura H, Itoh Y, Hiraishi T, Fujii Y, Fukuda M, Kakita A.
  • Journal Title: Epilepsy Res Volume: 176 Pages: 106732
  • DOI: 10.1016/j.jneuroim.2021.577748
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Parkinson's disease and parkinsonism: clinicopathologic discrepancies on diagnosis in three patients. (2021)
  • Author(s): Toyoshima Y, Takahashi H, Katada S, Kojima N, Tada M, Nani T, Koike R, Nozawa T, Aida I, Nakajima T, Onodera O, Kakita A.
  • Journal Title: Neuropathology Volume: 41 Pages: 450-456
  • DOI: 10.1111/neup.12777
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 2D and 3D histopathologic features of degenerative white matter of cerebral small vessel diseases. (2021)
  • Author(s): Saito R, Nozaki H, Tainaka K, Uemura M, Suzuki M, Tanaka M, Hasegawa A, Abe T, Sato A, Hashidate H, Igarashi S, Koike R, Onodera O, Kakita A.
  • Organizer: 第62回日本神経学会
• [Presentation] SYNE1 ataxia: Clinicopathologic features of an autopsied patient with a compound heterozygous SYNE1 mutation. (2021)
  • Author(s): Saito R, Tada M, Hara N, Wakabayashi M, Miyashita A, Onodera O, Ikeuchi T, Kakita A.
  • Organizer: 第62回日本神経病理学会
• [Presentation] Morphological and functional features associated with epileptogenesis in the hippocampus of MTLE. (2021)
  • Author(s): Kitaura H, Itoh Y, Fukuda M, Tainaka K, Fujii Y, Kakita A.
  • Organizer: 第62回日本神経病理学会
  • Invited
• [Presentation] シンポジウム：海馬をめぐるバイオロジーとパソロジー. 海馬硬化症のてんかん原性：外科病理標本を用いた機能異常と形態異常の接点. (2021)
  • Author(s): 北浦弘樹、柿田明美.
  • Organizer: 第54回日本てんかん学会
  • Invited
• [Presentation] Small vessel diseases: 3D characteristics of the vasculature and white matter. (2021)
  • Author(s): Saito R, Tainaka K, Onodera O, Kakita A.
  • Organizer: AOCN-NPSICON 2021
  • Int'l Joint Research / Invited