オプトジェネティクスを用いた閉ループ脳深部刺激システムの開発

• 研究課題/領域番号: 16K10787
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 脳神経外科学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 吉田 史章 九州大学, 大学病院, 講師 (60529791)
• 研究分担者: 平田 雅之 大阪大学, 国際医工情報センター, 寄附研究部門教授 (30372626)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 光遺伝学 / 病的脳波 / ニューロもデュレーション / オプトジェネティクス / 脳深部刺激療法

研究成果の概要

本研究は、脳深部刺激療法をより効果的な治療法に改良することを目的として実施された。疾患特異的に出現する異常脳波（病的発振現象）をバイオマーカーとして用い、刺激装置を病態にあわせて制御するためのアルゴリズムを構築。そして、副作用を避け効果的な脳刺激を実現するために光遺伝学技術(Optogenetics)を用いて、次世代の“光遺伝学的閉ループ式脳深部刺激療法システム”の開発を目指した。
そのためにパーキンソン病実験モデル動物（マウスおよびマーモセット）を用いて、パーキンソン病に特有にみられる病的発振現象を記録しながら、光遺伝学的脳刺激療法を行う基礎実験を行い、その有効性を検討した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

脳深部刺激療法は、脳神経疾患により制限されている人間の身体機能を回復・補完するための確立された治療法であり、本研究において飛躍的な改善を行うことで、脳神経疾患により苦しんでいる患者の生活の質を改善、また社会の経済的負担を軽減することに貢献する。

研究成果

• [国際共同研究] MIT(米国)
• [国際共同研究] Oxford University(英国)
• [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学(米国)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Real-Time Neurofeedback to Modulate β-Band Power in the Subthalamic Nucleus in Parkinson's Disease Patients (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Fukuma, Takufumi Yanagisawa, Masataka Tanaka, Fumiaki Yoshida, Koichi Hosomi, Satoru Oshino, Naoki Tani, and Haruhiko Kishima
  • 雑誌名: eNeuro 巻: 5 号: 6 ページ: 0246-18
  • DOI: 10.1523/eneuro.0246-18.2018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-invasive quantification of human swallowing using a simple motion tracking system. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto H, Hirata M, Takahashi K, Kameda S, Katsuta Y, Yoshida F, Hattori N, Yanagisawa T, Palmer J, Oshino S, Yoshimine T, Kishima H
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 8:5095 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23486-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Near-Infrared Fluorescent Proteins Engineered from Bacterial Phytochromes in Neuroimaging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Piatkevich KD, Suk HJ, Kodandaramaiah SB, Yoshida F, DeGennaro EM, Drobizhev M, Hughes TE, Desimone R, Boyden ES＊, Verkhusha VV
  • 雑誌名: Biophys J. 巻: 13(10) ページ: 2299-2309
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Implantable wireless 64-channel system with flexible ECoG electrode and optogenetics probe (2016)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Yoshimoto, Teppei Araki, Takafumi Uemura, Toshikazu Nezu, Tsuyoshi Sekitani, Takafumi Suzuki, Fumiaki Yoshida, Masayuki Hirata
  • 雑誌名: Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS), 2016 IEEE 巻: 166 ページ: 476-479
  • DOI: 10.1109/biocas.2016.7833835
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein-retention expansion microscopy of cells and tissues labeled using standard fluorescent proteins and antibodies (2016)
  • 著者名/発表者名: Paul W Tillberg, Fei Chen, Kiryl D Piatkevich, Yongxin Zhao, Chih-Chieh Jay Yu, Brian P English, Linyi Gao, Anthony Martorell, Ho-Jun Suk, Fumiaki Yoshida, Ellen M DeGennaro, Douglas H Roossien, Guanyu Gong, Uthpala Seneviratne, Steven R Tannenbaum, Robert Desimone, Dawen Cai, Edward S Boyden
  • 雑誌名: Nature biotechnology 巻: 34 号: 9 ページ: 987-992
  • DOI: 10.1038/nbt.3625
  • 査読あり
• [学会発表] Potential of bi-directional brain machine interface using ECoG recording and optogenetic neuromodulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki Yoshida, Masayuki Hirata, Koji Iihara
  • 学会等名: 23rd Congress of the European Society for Stereotactic and Functional Neurosurgery
  • 国際学会
• [学会発表] Potential of bi-directional brain machine interface using neural recording and optogenetic neuromodulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki Yoshida, Masayuki Hirata
  • 学会等名: Neuroscience 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 光操作法による運動誘発電位記録 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田史章
  • 学会等名: 第57回日本定位・機能神経外科学会