Development of Astrocyte Imaging Biomarkers Using Hyperpolarized MRS and DREADD

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19393
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: Yuhei Takado 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主幹研究員 (60593564)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: アストロサイト / 超偏極MRI / 脳エネルギー代謝 / イメージングバイオマーカー / DREADD

Outline of Final Research Achievements

Astrocytes are increasingly recognized for their important roles in the brain. However, unlike neurons, they do not exhibit electrical activity, making it challenging to evaluate their activity on a macro scale since the indicators of their activity are based on calcium concentration. This study aims to establish biomarkers that reflect astrocyte activity in order to elucidate the significance of astrocyte activity in the brain. By manipulating the calcium concentration in mouse astrocytes using DREADD and evaluating the changes in the brain environment using various imaging biomarkers, we found that hyperpolarized 13C pyruvate and 18F-FDG-PET could potentially serve as imaging markers reflecting astrocyte activity.

Free Research Field

病態神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

世界初の覚醒下マウス超偏極MRIといった技術的に挑戦的な手法を用い、DREADDによるアストロサイト操作のマウスを対象にアストロサイトイメージングバイオマーカーを開発することを目指す点が挑戦的な課題であった。本研究により、13Cピルビン酸からの代謝がアストロサイトの活動に関与する可能性が示唆された。アストロサイトの活性化はアルツハイマー病や神経変性疾患の早期の病態進行で重要な意義を有することが近年明らかとなってきており、今回の結果をもとにイメージングバイオマーカーの検討を進めることで、器質的変化が明らかでない脳病態の診断・治療法開発につなげていくことが可能になると考えられる。