2024 Fiscal Year Research-status Report
筋萎縮過程の解明を目指した構造・機能同時測定～in vivo骨格筋2次元X線回折
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22K09434
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| Research Institution | Jikei University School of Medicine |
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Principal Investigator |
中原 直哉 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (10632193)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山内 秀樹 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (60220224)
竹森 重 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (20179675)
山口 眞紀 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (30271315)
平野 和宏 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (40874821)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | in vivo / X線回折 / 運動量測定 / 構造・機能同時解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨格筋の萎縮の予防と対策には萎縮メカニズムの解明が必須である。解明に向けた従来の構造評価のアプローチは顕微鏡が主体であったが、X線回折法を用いれば組織固定を行わずにサルコメア内の分子レベルの評価が可能となる。さらに本研究で行っている血流を保ったin vivo骨格筋にこの手法を適用することで、生体内と同一条件で分子レベルの構造を評価できるのみならず、経神経刺激により収縮中のX線回折像を取得すれば、構造と機能の同時評価ができる点で非常に有用な手法である。
最初に、in vivo骨格筋の構造・機能の同時評価を試みた。高エネルギー加速器研究機構にある放射光施設にて、マウスの長趾伸筋を電動アクチュエータに接続させた張力トランスデューサに絹糸で固定し、坐骨神経を電気刺激装置で刺激できるようにした。このセッティングにより、弛緩時のX線回折像だけでなく、坐骨神経への経神経刺激と同期させてX線を照射することにより、収縮中のX線回折像を取得できるようにした。実際に長趾伸筋から取得した収縮中のX線回折像はミオシン頭部がアクチン側に移動することを示唆する赤道方向の反射である1,1反射と1,0反射の強度比(1,1/1,0強度比)や、子午線方向の反射である第一層線においてもミオシンの周期はアクチンの周期に合うように強度比が変化した。これらは摘出筋で知られていた収縮中のX線回折像の変化と同様であり、in vivo骨格筋の収縮中のX線回折像が取得できた。
筋萎縮モデルでは除神経処置により起こした神経原性筋萎縮をCTの経時的撮影により筋量変化を観察した。さらに、マウスを赤外線カメラで撮影し、ディープラーニングによる動画解析を行い、処置後の運動量変化を観察した。処置直後は一時的に運動量が減るものの、その後は顕著な運動量低下は認められないことが確認された。これらの実験と処置後日数を合わせたX線回折像を取得する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は、in vivo骨格筋X線回折法による構造と機能の同時評価法の確立と、筋萎縮の初期の過程を解明する、という大きく2つの目的がある。
構造と機能の同時評価はマウスの長趾伸筋に対して、X線回折像による分子レベルの構造と収縮張力の同時測定に成功したのみならず、マウスのヒラメ筋に対しても同様の撮影を行い、X線回折像の取得が可能なことを確認している。
神経原性筋萎縮モデルを用いた筋萎縮過程の解明は、坐骨神経の一部を切除することで、除神経モデルマウスを作成し、筋萎縮過程の変化をCTによる筋量変化、動画による運動量低下を計測した。CTでは2週間程度で筋量が3割程度落ちる一方で、運動量に有意な低下は認められなかった。一方で、廃用性筋萎縮モデルとして下腿のギプス固定を行った。ギプス固定時に強い圧迫を起こすと、血流量の変化による影響も入るため、下腿での血流量の変化を観察できる環境を構築した。廃用性筋萎縮モデルに関しても今後、筋量および運動量変化を測定する。また、X線回折像の取得はいずれのモデルでも開始したが、例数が十分でないため、今後撮影を継続していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
筋萎縮モデルの除神経モデルマウス及びギプス固定マウスのいずれも今後、筋量、運動量、X線回折法による構造・機能の同時評価を行う。また、X線回折像の取得は外部施設である利用可能な日数が限られるため、先行してCTによる筋量評価、運動量変化として確認し、X線回折に最適な処置後日数を算出していく。
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| Causes of Carryover |
今年度、X線データの取得・解析が十分なデータ数にならなかった。そのため、2025年度も延長し、継続して実験及び解析を行う。また、ディープラーニングに用いるGPUおよびその他のPCパーツが2024年度末に発売されたものの、入手しづらい状況が続き2025年度に購入することになったため。
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