周産期脳障害の早期診断と根本治療の実現に向けた初期病変の検出とその包括的理解

• 研究課題/領域番号: 19K17324
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分52050:胎児医学および小児成育学関連
• 研究機関: 山陽小野田市立山口東京理科大学 (2020); 名古屋大学 (2019)
• 研究代表者: 小野田 淳人 山陽小野田市立山口東京理科大学, 薬学部, 助教 (70835389)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019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: 胎児・新生児医学 / 中枢神経系 / 脳脊髄液 / 動物モデル / プロテオミクス / 周産期脳障害 / 脳虚血 / バイオマーカー / 胎児発育遅延

研究開始時の研究の概要

現在の周産期・新生児医療の現場において、周産期脳障害の早期予測因子の発見や診断技術、根本的な治療手段の確立が火急を要する課題として挙げられている。これらの課題を解決するためには、周産期脳障害の初期病変を検出し、その病態を包括的に理解することが重要になる。本研究では、その初期病変の検出と病態の包括的理解を目的とし、周産期脳障害を再現した新規モデル動物を用いて、研究を進める。本研究の達成は、周産期脳障害の早期診断や根本治療、予後の予測を可能にするための基盤となる知見を提供する。

研究実績の概要

本研究の最終的な目標は、周産期脳障害の早期診断と根本治療の確立に向けた基礎的知見の創出にある。初年度では、モデル動物の脳脊髄液中生体分子を網羅的に解析することで、研究の足掛かりとなる標的分子の情報取得を達成した。その情報に基づき、2年目では同じモデル動物を用いて、見出した標的分子の経時的発現変動や脳局在、バイオマーカー分子としての有用性の検証、治療行為に対する応答について評価した。その結果、初年度見出された6種類のバイオマーカー候補分子のうち、4種類の分子が持続的に発現変動を示すことが明らかになった。また、組織病理学的解析により、その4種類の分子の脳内における発現局在および、その分子を高発現する細胞種が明らかになった。さらに、これらの分子は発現変動と行動表現型の異常の間に相関性が認められ、見出された候補分子は脳発達に重要な役割を果たしている可能性が示唆された。同時期に行った別の研究により、本研究で用いた周産期脳障害のモデル動物は、その脳発達異常が間葉系幹細胞の投与により改善することが示された。そこで、間葉系幹細胞の投与に対するバイオマーカー候補分子の応答を評価した結果、4種類の候補分子のうち、3種類でその発現の改善が認められた。以上より、本研究により見出された候補分子は、脳発達異常を評価・予測するうえで価値ある指標となる可能性が示唆された。今後、これらの分子に関して、周産期脳障害における機能と役割について解き明かすことが、脳発達異常の病理病態を分子レベルから理解することに繋がり、その知見は早期診断および根治療法の確立に貢献すると期待される。
また、2年目では、ヒト血清サンプルの収集を開始した。見出された分子を臨床応用するためには、ヒト血清での再現性確認が不可欠である。今後、集めたヒト血清を用いて候補分子の変動を評価することで種差を検証し、さらに高次脳機能との関連性を分析する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2年目に関しては、所属研究機関の異動と新型コロナウイルス感染症拡大に伴い、研究時間の減少や試料収集の遅延が懸念されたが、1年目終了時点で当初の計画以上に進展していたこともあり、2年目終了時点では当初の計画通りに研究を進めることができている。おおむね順調に進展していると言える理由は、2年目終了の段階で目標としていた、動物モデルから見出された、周産期脳障害のバイオマーカー候補分子の発現変動に関して、再現性の評価を複数の実験手法により遂行できたことにある。とくに、組織病理学的解析により、それら分子の発現変動の顕著な脳領域や細胞種の同定に至り、今後の研究を進めるうえで基盤となる知見を十分に得られた。また、新型コロナウイルス感染症拡大に伴う医療機関の逼迫や患者の負担増大により、ヒト血清試料の収集が困難になると想定されたが、通常診療の際の残血清を活用する方針を採用していたため、その影響は小さく、滞りなく試料の収集が進められている。以上から、現時点の研究進捗に関しては想定通りか、想定よりも少し進んでいる状況にある。一方で、新型コロナウイルス感染症拡大により、学外の研究者との交流や意見交換の機会が減少し、研究成果のアウトプットに関しては想定を下回った。次年度が最終年度であることを踏まえ、アウトプットの遅れを次年度に取り戻せるよう、計画を修正する。

今後の研究の推進方策

第一に、見出した周産期脳障害バイオマーカー候補分子の、脳発達における機能と役割を明らかにする。とくに、周産期脳障害に起因する脳発達異常の病態解明と分子レベルの機序解明は、より信頼性の高い診断・治療技術の確立に不可欠である。現在までのタンパク質プロファイルの機能解析により、脳細胞の分化・成熟、神経ネットワークの形成、炎症制御に関与する分子集団の異常発現が、モデル動物の脳脊髄液から見出されている。この知見を踏まえ、脳細胞の分化・成熟、シナプス形成、炎症の3つの観点から、周産期脳障害に起因する脳発達異常の機序解明を目指す。
次に、ヒト血清試料の収集を進め、見出したバイオマーカー候補分子の、ヒトでの再現性を評価する。動物モデルの成果を医療現場に応用するためには、ヒトでの検証は不可欠である。特に、動物モデルを用いた本研究においては、脳脊髄液を解析対象の中心に据えていたが、臨床現場の場合、脳脊髄液の採取は侵襲性が高いため、血清などの侵襲性の低い評価手法が望まれる。そこで、周産期脳障害児と正期産成熟児の血清中に含まれるバイオマーカー候補分子の存在量を定量する。さらに、見出された候補分子のヒト血清中存在量と発育後の脳機能との間にある相関性を評価する。この相関性に基づき、脳発達異常をより早期に診断・予測する技術の開発へと繋げる。とくに、生後間もない段階において、定量的な生化学的評価指標から脳機能の発達が予測可能になれば、今まで見落とされていた、あるいは発見の遅れていた脳発達の変化を出生後の早い段階から捉え、より治療効果の期待しうる神経可塑性の高い時期からの治療介入が可能になると期待される。

研究成果

• [国際共同研究] ジュネーヴ大学(スイス)
• [国際共同研究] エクス=マルセイユ大学/フランス国立科学研究センタ(フランス)
• [国際共同研究] 国立労働衛生研究所/コペンハーゲン大学(デンマーク)
• [国際共同研究] エクス=マルセイユ大学/フランス国立科学研究センター(フランス)
• [国際共同研究] ジュネーヴ大学(スイス)
• [国際共同研究] 国立労働衛生研究所/コペンハーゲン大学(デンマーク)
• [雑誌論文] Phosphorylated proteome analysis of a novel germline ABL1 mutation causing an autosomal dominant syndrome with ventricular septal defect (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Hidenori、Hayano Satoshi、Okuno Yusuke、Onoda Atsuto、Kato Kohji、Nagai Noriko、Fukasawa Yoshie、Saitoh Shinji、Takahashi Yoshiyuki、Kato Taichi
  • 雑誌名: Int J Cardiol 巻: 326 ページ: 81-87
  • DOI: 10.1016/j.ijcard.2020.10.032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Establishment of a Novel Fetal Growth Restriction Model and Development of a Stem-Cell Therapy Using Umbilical Cord-Derived Mesenchymal Stromal Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Kitase Yuma、Sato Yoshiaki、Arai Sakiko、Onoda Atsuto、Ueda Kazuto、Go Shoji、Mimatsu Haruka、Jabary Mahboba、Suzuki Toshihiko、Ito Miharu、Saito Akiko、Hirakawa Akihiro、Mukai Takeo、Nagamura-Inoue Tokiko、Takahashi Yoshiyuki、Tsuji Masahiro、Hayakawa Masahiro
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular Neuroscience 巻: 14 ページ: 28-28
  • DOI: 10.3389/fncel.2020.00212
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Carbon nanoparticles induce endoplasmic reticulum stress around blood vessels with accumulation of misfolded proteins in the developing brain of offspring (2020)
  • 著者名/発表者名: Onoda Atsuto、Kawasaki Takayasu、Tsukiyama Koichi、Takeda Ken、Umezawa Masakazu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 10028-10028
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66744-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mesenchymal stem/stromal cells stably transduced with an inhibitor of CC chemokine ligand 2 ameliorate bronchopulmonary dysplasia and pulmonary hypertension (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Toshihiko、Sato Yoshiaki、Yamamoto Hidenori、Kato Taichi、Kitase Yuma、Ueda Kazuto、Mimatsu Haruka、Sugiyama Yuichiro、Onoda Atsuto、Saito Shigeki、Takahashi Yoshiyuki、Nakayama Takayuki、Hayakawa Masahiro
  • 雑誌名: Cytotherapy 巻: - ページ: 180-192
  • DOI: 10.1016/j.jcyt.2020.01.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Associations Between Metal Levels in Whole Blood and IgE Concentrations in Pregnant Women Based on Data From the Japan Environment and Children’s Study (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuji M, Koriyama C, Ishihara Y, Yamamoto M, Yamamoto-Hanada K, Kanatani K, Bamai YA, Onishi K, Senju A, Araki S, Shibata E, Morokuma S, Sanefuji M, Kitazawa H, Saito M, Umezawa M, Onoda A, Kusuhara K, Tanaka R, Kawamoto T; Japan Environment & Children’s Study Group.
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｐｉｄｅｍｉｏｌｏｇｙ 巻: 29 号: 12 ページ: 478-486
  • DOI: 10.2188/jea.je20180098 10.2188/jea.JE20180098
  • NAID: 130007555828
  • ISSN: 0917-5040, 1349-9092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ナノマテリアルの毒性制御に向けた基礎的知見 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人
  • 学会等名: 日本毒性学会 第3回医薬品毒性機序研究会 シンポジウム「医薬品以外の毒性研究から学ぶ」
  • 招待講演
• [学会発表] 胎児発育不全に起因する脳障害の早期診断・新規治療法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野田淳人.
  • 学会等名: 令和2年度育志賞研究交流会.
• [学会発表] 胎児発育不全に起因する神経発達障害の早期予測診断指標の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野田淳人、北瀬悠磨、辻雅弘、上田一仁、早川昌弘、佐藤義朗.
  • 学会等名: 日本薬学会 第141年会.
• [学会発表] 胎児発育不全に伴う脳発達異常の新規治療法確立に向けた基礎研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野田淳人、北瀬悠磨、辻雅弘、上田一仁、早川昌弘、佐藤義朗.
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会.
• [学会発表] 発育不全児への過剰栄養が引き起こす膵臓への影響と糖尿病のリスク (2021)
  • 著者名/発表者名: 小野田淳人, 梅澤雅和
  • 学会等名: 日本幼少児健康教育学会第39回大会【春季：加須大会】
• [学会発表] Biomarkers of abnormal brain development induced by fetal growth restriction (2020)
  • 著者名/発表者名: Onoda A, Kitase Y, Tsuji M, Hayakawa M, Sato Y.
  • 学会等名: The 12th Hershey Conference on Developmental Brain Injury.
  • 国際学会
• [学会発表] Potential mechanisms of developmental neurotoxicity following maternal exposure to carbon black nanoparticles (2020)
  • 著者名/発表者名: Onoda A, Kawasaki T, Tsukiyama K, Takeda K, Umezawa M.
  • 学会等名: 9th International Symposium on Nanotechnology, Occupational and Environmental Health (NanOEH 2020).
  • 国際学会
• [学会発表] 胎児発育不全に伴う膵臓ランゲルハンス島の形態形成不全と高栄養環境下での成育によるその増悪 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, Jabary Mahboba、北瀬悠磨、早川昌弘、佐藤義朗
  • 学会等名: フォーラム2020 衛生薬学・環境トキシコロジー.
• [学会発表] Identification of biomarkers for early prediction of abnormal brain development following fetal growth restriction (2020)
  • 著者名/発表者名: Onoda A, Kitase Y, Tsuji M, Ueda K, Hayakawa M, Sato Y.
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
• [学会発表] 胎児への血流不全モデルラット作製法の確立：生殖発生毒性の横断的理解に向けて (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 北瀬 悠磨, 辻 雅弘, 上田 一仁, 早川 昌弘, 佐藤 義朗.
  • 学会等名: 第47回日本毒性学会学術年会
• [学会発表] 大気汚染粒子は如何にして脳の発達に影響を及ぼすか？ (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人
  • 学会等名: 育志賞受賞者研究交流会. 東京. (中止)
• [学会発表] 胎児発育不全に起因する脳障害の早期診断・新規治療法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人
  • 学会等名: 育志賞受賞者研究交流会. 東京. (中止)
• [学会発表] 胎児発育不全に起因する脳発達異常の早期評価指標の同定とその指標を用いた幹細胞投与効果の検証 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 北瀬 悠磨, 上田 一仁,早川 昌弘, 佐藤 義朗.
  • 学会等名: 第3回新生児基礎・トランスレーショナルリサーチ研究会. 郡山, 福島. (中止)
• [学会発表] 大気中超微小粒子が脳の発達に及ぼす影響とそのAdverse Outcome Pathways (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人
  • 学会等名: 名古屋市立大学主催衛生学研究会. 名古屋. 愛知.
  • 招待講演
• [学会発表] 大学での学問への向き合い方 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人
  • 学会等名: 東京理科大学こうよう会和歌山県支部行事. 紀の川. 和歌山.
  • 招待講演
• [学会発表] 自閉スペクトラム症に対する抗酸化剤N-acetylcysteineの予防効果の可能性：環境刺激の観点から見た病態解明と予防戦略 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人
  • 学会等名: 第49回日本神経精神薬理学会. 福岡, 福岡.
  • 招待講演
• [学会発表] Maternal exposure to nanoparticles inducesendoplasmic reticulum stress with accumulation of misfolded proteins in brain perivascular region (2019)
  • 著者名/発表者名: Onoda A, Takeda K, Umezawa M.
  • 学会等名: 12th International Particle Toxicology Conference (IPTC2019). Salzburg, Austria.
  • 国際学会
• [学会発表] Proteomics of cerebrospinal fluid in mild intrauterine hypoperfusion (fetal growth restriction) model: toward identification of biomarkers for perinatal brain injuries (2019)
  • 著者名/発表者名: Onoda A, Kitase Y, Tsuji M, Hayakawa M, Sato Y.
  • 学会等名: International Postgraduate Organisation for Knowledgetransfer Research and Teaching Excellent Students 2019 (IPOKRaTES 2019), Kagawa, Japan.
  • 国際学会
• [学会発表] 胎児発育不全に起因する周産期脳障害の脳脊髄液中プロテオーム解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 北瀬 悠磨, 辻 雅弘, 早川 昌弘, 佐藤 義朗.
  • 学会等名: フォーラム2019 衛生薬学・環境トキシコロジー. 京都, 京都.
• [学会発表] ナノ粒子の発達神経毒性とそのAdverse Outcome Pathways (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 武田 健, 梅澤 雅和.
  • 学会等名: フォーラム2019 衛生薬学・環境トキシコロジー 若手研究者の会. 京都, 京都.
• [学会発表] ナノ粒子の低用量胎仔期曝露による脳血管周囲病変とその誘導機序 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 武田 建, 梅澤 雅和.
  • 学会等名: 第46回日本毒性学会学術大会. 徳島, 徳島.
• [学会発表] 胎児発育遅延の新規動物モデルの確立: 緩徐かつ持続的な胎児への血流低下の再現 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 北瀬 悠磨, 辻 雅弘, 早川 昌弘, 佐藤 義朗
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会. 幕張, 千葉.
• [学会発表] Mechanism of developmental neurotoxicity induced by prenatal exposure to nanoparticle (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 武田 健, 梅澤 雅和.
  • 学会等名: フォーラム2019 衛生薬学・環境トキシコロジー 日韓国際交流シンポジウム. 京都, 京都.
  • 国際学会
• [学会発表] 胎児発育遅延モデルラットにおける脳脊髄液中タンパク質の網羅的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 北瀬 悠磨, 辻 雅弘, 早川 昌弘, 佐藤 義朗.
  • 学会等名: 第55回日本周産期・新生児医学会学術大会. 松本, 長野.
• [学会発表] 若手会って何するの？ 持続する若手会を知る (2019)
  • 著者名/発表者名: 小野田 淳人, 竹内遼介, 篠田陽, 谷中冴子.
  • 学会等名: 日本解剖学会後援 解剖学若手研究者の会「夏の学校」. 名古屋, 愛知.
  • 招待講演
• [図書] Carbon Nanotubes - Potential of Use for Deep Bioimaging Capter 5. "Transparency in Biology: Making the Invisible Visible" (2021)
  • 著者名/発表者名: Atsuto Onoda, Masakazu Umezawa
  • 総ページ数: 263
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9789811596261
• [図書] これだけ！ 生化学 第2版 (2021)
  • 著者名/発表者名: 生化学若い研究者の会、稲垣 賢二
  • 総ページ数: 292
  • 出版者: 秀和システム
  • ISBN: 9784798064109
• [備考] 小野田 淳人 [ホーム]
  • URL: http://atsuto-onoda.com/
• [備考] 「博士課程の学生の困窮状況やそれに対する支援政策」に関する報道
  • URL: https://www3.nhk.or.jp/news/html/20201220/k10012774591000.html
• [備考] 小野田 淳人 [ホーム]
  • URL: https://www.atsuto-onoda.com/
• [備考] ハゲタカジャーナル投稿経験者の主張（実験医学 Opinion）
  • URL: https://www.yodosha.co.jp/jikkenigaku/opinion/vol38n6.html
• [備考] 若手研究者の働き方改革（実験医学 Opinion）
  • URL: https://www.yodosha.co.jp/jikkenigaku/opinion/vol37n6.html
• [備考] 大学での学問への向き合い方 (Slide share)
  • URL: https://www.slideshare.net/atsutoonoda/ss-193718045
• [産業財産権] 胎児発育不全に対する定量的評価指標 (2020)
  • 発明者名: 小野田淳人(筆頭貢献),佐藤義朗,早川昌弘,辻雅弘,北瀬悠磨,他
  • 権利者名: 小野田淳人(筆頭貢献),佐藤義朗,早川昌弘,辻雅弘,北瀬悠磨,他
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] 胎児発育不全に対する定量的評価指標 (2019)
  • 発明者名: 小野田淳人, 佐藤義朗, 他
  • 権利者名: 名古屋大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019
  • 取得年月日: 2020
• [産業財産権] 脱分化脂肪細胞による新生児壊死性腸炎の治療 (2019)
  • 発明者名: 松本太郎, 風間智彦, 佐藤義朗, 見松はるか, 小野田淳人
  • 権利者名: 松本太郎, 風間智彦, 佐藤義朗, 見松はるか, 小野田淳人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019