次世代型拡散MRIイメージングによる骨格筋AQP4動態可視化法の開発

• 研究課題/領域番号: 17K10421
• 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: 放射線科学
• 研究機関: 公益財団法人実験動物中央研究所
• 研究代表者: 畑 純一 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, 研究員 (00568868)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019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); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 磁気共鳴画像法 / 拡散強調画像 / 超高磁場MRI / q-space imaging / 骨格筋 / アクアポリン / 遅筋 / 速筋 / MRI / 下腿 / 拡散MRI / 拡散時間 / パルスシーケンス / 制限拡散 / 筋線維 / 高磁場MRI / アクアポリン４

研究成果の概要

骨格筋線維は速筋線維と遅筋線維のタイプに分類でき，収縮特性，ミトコンドリア容量，エネルギー機構など幾つかの異なった構造・機能をもっている。その中の一つとしAQP4発現の差がある。本研究では、骨格筋QSIにおける拡散計測用傾斜磁場を多段階的に可変応用し、拡散変異分布を正規ガウス分布から非ガウス分布へと変化させ、分布の変化速度より細胞膜内外間における水分子交換量を計測する機能法の開発を行った。結果、仮説である水分子の細胞膜透過を加味した膜透過量計測の3情報を追加した6次元拡散MRI計測をマウス骨格筋を対象として行い成功した。本開発技術にて骨格筋細胞の構造とその機能の可視化が可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞の構造と水分子の細胞膜透過機能を区別し可視化することができた。この開発と発見は非常に興味深く、当初の計画以上に価値のある結果を生み出し、骨格筋機能解析による、筋萎縮、運動タイプ、トレーニング効果、筋肉疾患評価など、体積だけではなく遅筋や速筋の分布などの機能的な計測することが可能となる。また、骨格筋のみならず生体における疾患解明や機能解析に貢献することができる新規技術開発である。

研究成果

• [雑誌論文] Awake functional MRI detects neural circuit dysfunction in a mouse model of autism (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsurugizawa Tomokazu、Tamada Kota、Ono Nobukazu、Karakawa Sachise、Kodama Yuko、Debacker Clement、Hata Junichi、Okano Hideyuki、Kitamura Akihiko、Zalesky Andrew、Takumi Toru
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 号: 6 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1126/sciadv.aav4520
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Anatomical and Surgical Evaluation of the Common Marmoset as an Animal Model in Hearing Research. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurihara S, Fujioka M, Hata J, Yoshida T, Hirabayashi M, Yamamoto Y, Ogawa K, Kojima H, Okano HJ.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroanatomy 巻: 13 ページ: 60-60
  • DOI: 10.3389/fnana.2019.00060
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of anisotropic phantoms using wood and fiber materials for diffusion tensor imaging and diffusion kurtosis imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Moriya S, Hata J, Tachibana A, Senoo A, Niitsu M.
  • 雑誌名: MAGMA 巻: 32 号: 5 ページ: 539-547
  • DOI: 10.1007/s10334-019-00761-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neurite orientation dispersion and density imaging for evaluating the severity of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy in rats (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohki Akiko、Saito Shigeyoshi、Hata Junichi、Okano Hirotaka James、Higuchi Takahiro、Fukuchi Kazuki
  • 雑誌名: Magnetic Resonance Imaging 巻: 62 ページ: 214-219
  • DOI: 10.1016/j.mri.2019.07.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Continuity between koniocellular layers of dorsal lateral geniculate and inferior pulvinar nuclei in common marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Bing-Xing Huo, Natalie Zeater, Meng Kuan Lin, Yeonsook S. Takahashi, Mitsutoshi Hanada, Jaimi Nagashima, Brian C. Lee, Junichi Hata, Ulrike Grnert, Michael I. Miller, Marcello G.P. Rosa, Hideyuki Okano, Paul R. Martin, Partha P. Mitra
  • 雑誌名: Eur J Neurosci. 巻: 50(12) 号: 12 ページ: 4004-4017
  • DOI: 10.1111/ejn.14529
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MR Imaging Properties of ex vivo Common Marmoset Brain after Formaldehyde Fixation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Haga Y, Hata J, Uematsu A, Seki F, Komaki Y, Mizumura M, Nishio M, Kaneko T, Kishi N, Okano H, Furukawa A.
  • 雑誌名: Magn Reson Med Sci. 巻: -
  • NAID: 130007728812
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Japan Monkey Centre Primates Brain Imaging Repository for comparative neuroscience: an archive of digital records including records for endangered species. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakai T, Hata J, Ohta H, Shintaku Y, Kimura N, Ogawa Y, Sogabe K, Mori , Okano HJ, Hamada Y, Shibata S, Okano H, Oishi K.
  • 雑誌名: Primates. 巻: 59(6) 号: 6 ページ: 553-570
  • DOI: 10.1007/s10329-018-0694-3
  • NAID: 120006954914
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Semi-quantitative Evaluation of Muscle Repair by Diffusion Tensor Imaging in Mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Junichi Hata, Sakiko Mizuno, Yawara Haga, Masayuki Shimoda, Yae Kanai, Kazuhiro Chiba, Hideyuki Okano, Masaya Nakamura and Keisuke Horiuchi
  • 雑誌名: JBMR Plus 巻: 印刷中 号: 4 ページ: 227-234
  • DOI: 10.1002/jbm4.10040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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
• [学会発表] Visualization of Aquaporin 4 using Time-dependent Diffusion MRI in Mouse Skeletal Muscle (2019)
  • 著者名/発表者名: Hata, Junichi Obata, Takayuki Tachibana, Yasuhiko Haga, Yawara Mizumura, Mai Nakashima, Daisuke Sera, Yasushi Nakamura, Masaya Okano, Hideyuki
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Voxel-Based Meta-Analysis of Mutant a-Synuclein transgenic Marmoset using Multiparametric MRI (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizumura, Mai Seki, Fumiko Hata, Junichi Haga, Yawara Nishio, Marin Okano, Hideyuki Furukawa, Akira
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The novel visualization technique of fast and slow muscle fibers using q-space imaging: Clinical study (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakashima, Daisuke Hata, Junichi Sera, Yasushi Nagura, Takeo Matsumoto, Morio Okano, Hideyuki Nakamura, Masaya
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Structural and Functional Characteristics of the Common Marmoset Brain Assessed Using Connectome Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Haga, Yawara Hata, Junichi Seki, Fumiko Uematsu, Akiko Mizumura, Mai Kaneko, Takaaki Okano, Hideyuki Furukawa, Akira
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Brain Development in Non-human Primates Assessed with Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Iida, Mayu Hata, Junichi Nishio, Marin Seki, Fumiko Haga, Yawara Sasaki, Erika Shirakawa, Takako
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of Isoflurane on Brain Functional Connectivity in Common Marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi, Naoki Hata, Junichi Haga, Yawara Muta, Kanako Yachida, Koya Terawaki, Koshiro Okano, Hirotaka Okano, Hideyuki Furukawa, Akira
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Myelin Mapping by multi-shell q-space diffusion MRI : A cross-sectional study in adolescence (2019)
  • 著者名/発表者名: Kousaku Saotome, Junichi Hata, Naohiro Okada, Yuko Nakamura, Akiko Uematsu, Hideyuki Okano, Kiyoto Kasai, Shinsuke Koike
  • 学会等名: 2019 The Organization for Human Brain Mapping Annual Meeting, June 9-13, 2019, Rome Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Early Structural Brain Development in Common Marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiko Uematsu, Junichi Hata, Makoto Fukushima, Ayako Murayama, Noriyuki Kishi, Hideyuki Okano
  • 学会等名: 2019 The Organization for Human Brain Mapping Annual Meeting, June 9-13, 2019, Rome Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Advanced MRI to Evaluate Remyelination in Pediatric Multiple Sclerosis by Q-Space Myelin Map - an exploratory study (2019)
  • 著者名/発表者名: D.K. Sato, R. Canani Sommer, B. Klein da Costa, J. Becker, J. Hata, J. Nakahara
  • 学会等名: 35th Congress of the European Committee for Treatment and Research in Multiple Sclerosis (ECTRIMS) 2019
  • 国際学会
• [学会発表] q-Space Myelin Map imaging for longitudinal analysis of remyelination in multiple sclerosis patients treated with dimethyl fumarate (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Kufukihara, M. Tanikawa, J. Hata, S. Suzuki, K. Fujiyoshi, H. Fujiwara, M. Jinzaki, M. Nakamura, H. Okano, J. Nakahara
  • 学会等名: 12th Congress of Pan-Asian Committee on Treatment and Research in Multiple Sclerosis (PACTRIMS)
  • 国際学会
• [学会発表] Detecting mild fatigue of lower-limb skeletal muscle using stimulated echo in Q-Space Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Sone, J Hata, D. Nakashima, H. J. Okano
  • 学会等名: 105th The Radiological Society of North America（RSNA）
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of cell permeability using Time-Dependent Diffusion MRI in the Skeletal Muscle (2018)
  • 著者名/発表者名: Junichi Hata, Takayuki Obata, Yasuhiko Tachibana, Yawara Haga, Mai Mizumura, Nakashima Daisuke, Yasushi Sera, Masaya Nakamura, and Hideyuki Okano
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine Japanese Chapter 3rd Annual Scientific Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Application of q-Space MRI for the Visualization of skeletal muscle function (2018)
  • 著者名/発表者名: Junichi Hata, Daisuke Nakashima, Yawara Haga, Kanehiro Fujiyoshi, Osahiko Tsuji, Yuji Komaki, Masaya Nakamura, and Hideyuki Okano
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine Japanese Chapter 2nd Annual Scientific Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The Novel And Quantitative MRI Technique: Q-space Imaging To Evaluate Intervertebral Disc Degeneration (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Nakashima, Nobuyuki Fujita, Junichi Hata, Takeo Nagura, Kanehiro Fujiyoshi, Hideyuki Okano, Masahiro Jinzaki, Morio Matsumoto, Masaya Nakamura
  • 学会等名: Basic And Clinical Study; ORS 2018 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Validity of skeletal muscle fiber type distinguished using q-space imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Junichi Hata, Kanehiro Fujiyoshi, Osahiko Tsuji, Yuji Komaki, Keigo Hikishima, Masaya Nakamura, and Hideyuki Okano
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 25th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Q-Space Imaging Is a Novel Technique to Evaluate Intervertebral Disc Degeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Nakashima, Fujita Nobuyuki, Hata Junichi, Nagura Takeo, Fujiyoshi Kanehiro, Okano Hideyuki, Jinzaki Masahiro, Matsumoto Morio, Nakamura Masaya
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 25th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Q-space imaging is a novel technique to evaluate intervertebral disc degeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Nakashima, Nobuyuki Fujita, Junichi Hata, Takeo Nagura, Kanehiro Fujiyoshi, Hideyuki Okano, Masahiro Jinzaki, Morio Matsumoto, Masaya Nakamura
  • 学会等名: The International Society for the Study of the Lumbar Spine 2017
  • 国際学会
• [図書] 別冊整形外科 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中島 大輔, 藤田 順之, 畑 純一, 松本 守雄, 中村 雅也
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 南江堂