次世代型機能的MRIを用いた脊髄損傷後の運動・感覚機能回路の可視化

• 研究課題/領域番号: 16K10842
• 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: 整形外科学
• 研究機関: 公益財団法人実験動物中央研究所
• 研究代表者: 小牧 裕司 公益財団法人実験動物中央研究所, ライブイメージングセンター, 室長代理 (10548499)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: 安静時機能的MRI / 脊髄損傷 / fMRI / Diffusion MRI / MRI / resting state fMRI / functional MRI / BOLD / rs-fMRI / 神経因性疼痛 / アロディニア / 神経科学

研究成果の概要

本申請は7T MRIシステムを用いてマウスを対象とした次世代型機能的MRIである安静時機能的MRIを確立した。さらに、神経障害に関する運動および感覚機能回路を継時的に観察することで機能再構築・代償の過程を可視化し、そのメカニズム、治療効果を明らかにした。この成果は、脳活動ネットワークに関連するすべての疾患に対して、病態メカニズムの解明や治療効果の評価に今後役立てられることを期待する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

マウスを対象とした安静時機能的MRIを確立したことが本研究の成果である。運動および感覚機能回路の障害である神経因性疼痛モデルや脊髄損傷モデルマウスを対象として、全脳の脳活動ネットワークを初めて評価したことに学術的な意義がある。
前臨床研究として最も広く利用されるマウスの安静時機能的MRIを確立することで、精神・神経疾患に対する創薬研究へ役立てることで社会的な意義を期待する。

研究成果

• [雑誌論文] Measurement of baseline locomotion and other behavioral traits in a common marmoset model of Parkinson's disease established by a single administration regimen of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (2020)
  • 著者名/発表者名: Ando Kiyoshi、Inoue Takashi、Hikishima Keigo、Komaki Yuji、Kawai Kenji、Inoue Ryo、Nishime Chiyoko、Nishinaka Eiko、Urano Koji、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Behavioural Pharmacology 巻: 31 号: 1 ページ: 45-60
  • DOI: 10.1097/fbp.0000000000000509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Common functional networks in the mouse brain revealed by multi-centre resting-state fMRI analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Grandjean Joanes, Chika Sato, et al.
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 205 ページ: 116278-116278
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2019.116278
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characteristic cerebral structural changes identified using voxel-based morphometry in patients with post-surgical chronic myelopathic pain (2019)
  • 著者名/発表者名: Horiuchi Yosuke、Tsuji Osahiko、Komaki Yuji、Fujiyoshi Kanehiro、Hikishima Keigo、Konomi Tsunehiko、Nagoshi Narihito、Watanabe Kota、Matsumoto Morio、Horiuchi Keisuke、Nakamura Masaya
  • 雑誌名: Spinal Cord 巻: 58 号: 4 ページ: 467-475
  • DOI: 10.1038/s41393-019-0391-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Normal tension glaucoma-like degeneration of the visual system in aged marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Noro Takahiko、Namekata Kazuhiko、Kimura Atsuko、Azuchi Yuriko、Hashimoto Nanako、Moriya-Ito Keiko、Komaki Yuji、Lee Chia-Ying、Okahara Norio、Guo Xiaoli、Harada Chikako、Kim Euido、Nakano Tadashi、Tsuneoka Hiroshi、Inoue Takashi、Sasaki Erika、Tokuno Hironobu、Harada Takayuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 14852-14852
  • DOI: 10.1038/s41598-019-51281-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Noninvasive technique to evaluate the muscle fiber characteristics using q-space imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Hata Junichi、Nakashima Daisuke、Tsuji Osahiko、Fujiyoshi Kanehiro、Yasutake Kaori、Sera Yasushi、Komaki Yuji、Hikishima Keigo、Nagura Takeo、Matsumoto Morio、Okano Hideyuki、Nakamura Masaya
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 号: 4 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0214805
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Treatment of intervertebral disk disease by administration of messenger RNA encoding a cartilage-anabolic transcription factor. (2019)
  • 著者名/発表者名: C. -Y. Lin, S. T. Crowley, S. Uchida, Y. Komaki, K. Kataoka, K. Itaka
  • 雑誌名: Mol. Ther. Nucleic Acids 巻: 16 ページ: 162-171
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2019.02.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Correlative study using structural MRI and super-resolution microscopy to detect structural alterations induced by long-term optogenetic stimulation of striatal medium spiny neurons (2019)
  • 著者名/発表者名: Abe Yoshifumi、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Shibata Shinsuke、Okano Hideyuki、Tanaka Kenji F.
  • 雑誌名: Neurochemistry International 巻: 125 ページ: 163-174
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2019.02.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] MR Imaging Properties of <i>ex vivo</i> Common Marmoset Brain after Formaldehyde Fixation (2019)
  • 著者名/発表者名: Haga Yawara、Hata Junichi、Uematsu Akiko、Seki Fumiko、Komaki Yuji、Mizumura Mai、Nishio Marin、Kaneko Takaaki、Kishi Noriyuki、Okano Hideyuki、Furukawa Akira
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 巻: 18 号: 4 ページ: 253-259
  • DOI: 10.2463/mrms.mp.2018-0086
  • NAID: 130007728812
  • ISSN: 1347-3182, 1880-2206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assessing cortical plasticity after spinal cord injury by using resting-state functional magnetic resonance imaging in awake adult mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Kohei、Nagoshi Narihito、Komaki Yuji、Kojima Kota、Shinozaki Munehisa、Tsuji Osahiko、Iwanami Akio、Ishihara Ryosuke、Takata Norio、Matsumoto Morio、Mimura Masaru、Okano Hideyuki、Nakamura Masaya
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41598-018-32766-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optogenetic astrocyte activation evokes BOLD fMRI response with oxygen consumption without neuronal activity modulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Norio Takata, Yuki Sugiura, Keitaro Yoshida, Miwako Koizumi, Hiroshi Nishida, Kurara Honda, Ryutaro Yano, Yuji Komaki, Ko Matsui, Makoto Suematsu , Masaru Mimura, Hideyuki Okano, Kenji F. Tanaka
  • 雑誌名: Glia 巻: 印刷中 号: 9 ページ: 2013-2023
  • DOI: 10.1002/glia.23454
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative temporal changes in DTI values coupled with histological properties in cuprizone-induced demyelination and remyelination (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryutaro Yano, Junichi Hata, Yoshifumi Abe, Fumiko Seki, Keitaro Yoshida, Yuji Komaki, Hideyuki Okano, Kenji F. Tanaka
  • 雑誌名: Neurochemistry International 巻: 17 ページ: 186-197
  • DOI: 10.1016/j.neuint.2017.10.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental trajectories of macroanatomical structures in common marmoset brain (2017)
  • 著者名/発表者名: Seki Fumiko、Hikishima Keigo、Komaki Yuji、Hata Junichi、Uematsu Akiko、Okahara Norio、Yamamoto Masafumi、Shinohara Haruka、Sasaki Erika、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 364 ページ: 143-156
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2017.09.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mapping orbitofrontal-limbic maturation in non-human primates: A longitudinal magnetic resonance imaging study (2017)
  • 著者名/発表者名: Uematsu Akiko、Hata Junichi、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Yamada Chihoko、Okahara Norio、Kurotaki Yoko、Sasaki Erika、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 163 ページ: 55-67
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2017.09.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elucidation of developmental patterns of marmoset corpus callosum through a comparative MRI in marmosets, chimpanzees, and humans (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Sakai, Yuji Komaki, Junichi Hata, Junko Okahara, Norio Okahara, Takashi Inoue, Akichika Mikami, Mie Matsui, Kenichi Oishi, Erika Sasaki, and Hideyuki Okano
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 印刷中 ページ: 25-34
  • DOI: 10.1016/j.neures.2017.04.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In vivo microscopic voxel-based morphometry with a brain template to characterize strain-specific structures in the mouse brain (2017)
  • 著者名/発表者名: Hikishima Keigo、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Ohnishi Yasuyuki、Okano Hirotaka J.、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-017-00148-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional brain mapping using specific sensory-circuit stimulation and a theoretical graph network analysis in mice with neuropathic allodynia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Komaki Y, Hikishima K, Shibata S, Konomi T, Seki F, Yamada M, Miyasaka N, Fujiyoshi K, Okano HJ, Nakamura M, Okano H.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 37802-37802
  • DOI: 10.1038/srep37802
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Physiological effects of a habituation procedure for functional MRI in awake mice using a cryogenic radiofrequency probe (2016)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Yoshida, Yu Mimura, Ryosuke Ishihara, Hiroshi Nishida, Yuji Komaki, Tomohito Minakuchi, Tomokazu Tsurugizawa, Masaru Mimura, Hideyuki Okano, Kenji F. Tanaka, Norio Takata
  • 雑誌名: J Neurosci Methods. 巻: 274 ページ: 38-48
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2016.09.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Blocking AQP4 channels impacts BOLD fMRI but not Diffusion fMRI response patterns induced by visual stimulation (2019)
  • 著者名/発表者名: Komaki Yuji, Debacker Clement, Djemai Boucif, Ciobanu Luisa, Tsurugizawa Tomokazu, Le Bihan Denis
  • 学会等名: ISMRM 27th Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Membrane protein AQP4 for water transport influences functional MRI using 17.2 T MRI (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuji Komaki, Clement Debacker, Boucif Djemai, Luisa Ciobanu, Tomokazu Tsurugizawa, Denis Le Bihan.
  • 学会等名: 第47回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] 施設紹介 Neurospin (2019)
  • 著者名/発表者名: 小牧裕司
  • 学会等名: 第47回日本磁気共鳴医学会大会 前臨床スタディグループ
  • 招待講演
• [学会発表] フランスMRI研究所 Neurospin研究報告 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小牧裕司
  • 学会等名: 第47回日本磁気共鳴医学会大会 スタディグループ マイクロ・ナノ研究会
  • 招待講演
• [学会発表] functional MRIによる脳機能解析と薬効評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小牧裕司
  • 学会等名: Bruker Webinar
  • 招待講演
• [学会発表] In vivo MRI technology to accelerate translational research for non-human primates (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Komaki
  • 学会等名: 2017 Asia-Oceania Regional Meeting for Marmoset Research
  • 発表場所: Seoul
  • 年月日: 2017-03-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Phenotyping Assay of Neuropathic Pain Models Using Resting State Functional Connectivity MRI and Graph Theoretical Analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuji Komaki, Fumiko Seki, Keigo Hikishima, Masaya Nakamura, Hideyuki Okano
  • 学会等名: International society for magnetic resonance in medicine (ISMRM) 25th annual meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 橋渡し研究を加速させる低侵襲 in vivo イメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 小牧裕司
  • 学会等名: 第64回 日本実験動物学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 機能的MRIを用いた神経因性疼痛モデルマウスの全脳ネットワーク解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小牧裕司
  • 学会等名: 生理学研究所 研究会 痛みを中心とする有害状況適応の神経戦略バイオロジー
  • 招待講演
• [学会発表] Atlas based whole brain analysis with the graph theoretical approach in resting state functional connectivity MRI of neuropathic pain model mice (2016)
  • 著者名/発表者名: 小牧裕司
  • 学会等名: 日本磁気共鳴医学会大会
  • 発表場所: 埼玉
  • 年月日: 2016-09-09
• [図書] マーモセットラボマニュアル : はじめての取扱いから研究最前線まで (2018)
  • 著者名/発表者名: 三木 理雅、黒滝 陽子、井上 貴史
  • 総ページ数: 207
  • 出版者: アドスリー;丸善出版 (発売)
  • ISBN: 4904419782