次世代型機能的MRIを用いた神経薬理試験の確立

• 研究課題/領域番号: 20K08095
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52040:放射線科学関連
• 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 (10548499)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 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: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 安静時機能結合MRI / rs-fc MRI / 神経薬理試験 / 安静時機能的MRI / MRIコネクトーム解析 / MRI

研究開始時の研究の概要

本研究は、精神・神経疾患を対象とした薬効評価試験のためのrs-fc MRIを確立することを目的とする。そのために、中枢神経系作用薬投与前後の脳活動ネットワークをrs-fc MRIを用いて全脳網羅的に解析する。中枢神経系作用薬が脳活動ネットワークへ与える影響を明らかにするとともに、新薬開発における標準対照群データセットとして活用することを目指す。

研究成果の概要

本研究は、精神・神経疾患の薬効評価試験のための次世代型機能的MRIの確立を目指しました。精神・神経疾患の治療薬の効果には個人差があり定量的な評価が難しく、疾患モデル動物とrs-fc MRIを組み合わせて客観的な評価を行うことが重要です。本研究では、まずrs-fc MRIの検出限界と再現性を検証し、標準対照群データセットを作成しました。次に、統合失調症モデルマウスを用いて薬効評価を行い、脳活動ネットワークの変化を捉えることができました。将来的に、rs-fc MRIが精神・神経疾患のバイオマーカーとして広く活用されることが期待されます。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、精神・神経疾患の薬効評価における客観的かつ精度の高い評価手法を提供することを目指しました。学術的意義として、rs-fc MRIを用いた脳活動ネットワークの可視化と定量評価により、疾患メカニズムと治療効果を観察できるようになりました。社会的意義としては、精神・神経疾患の患者のQOL向上に寄与する可能性があります。具体的には、早期診断と適切な治療の提供を促進し、治療効果の個人差を減少させることで、医療現場での治療の精度向上が期待されます。また、rs-fc MRIの標準化により、研究の再現性が向上し、国際的な研究の連携が進むことが期待されます。

研究成果

• [雑誌論文] Commonality and variance of resting-state networks in common marmoset brains (2024)
  • 著者名/発表者名: Muta Kanako、Haga Yawara、Hata Junichi、Kaneko Takaaki、Hagiya Kei、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Yoshimaru Daisuke、Nakae Ken、Woodward Alexander、Gong Rui、Kishi Noriyuki、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 号: 1 ページ: 8316-8316
  • DOI: 10.1038/s41598-024-58799-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A shift of brain network hub after spinal cord injury (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsubayashi Kohei、Shinozaki Munehisa、Hata Junichi、Komaki Yuji、Nagoshi Narihito、Tsuji Osahiko、Fujiyoshi Kanehiro、Nakamura Masaya、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Neuroscience 巻: 16 ページ: 1245902-1245902
  • DOI: 10.3389/fnmol.2023.1245902
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transplantation of Chemical Compound-Induced Cells from Human Fibroblasts Improves Locomotor Recovery in a Spinal Cord Injury Rat Model (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurahashi T, Nishime C, Nishinaka E, Komaki Y, Seki F, Urano K, Harada Y, Yoshikawa T, Dai P.
  • 雑誌名: Int J Mol Sci. 巻: 10 号: 18 ページ: 13853-13853
  • DOI: 10.3390/ijms241813853
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Magnetic Resonance Water Tracer Imaging Using 17O-Labeled Water (2023)
  • 著者名/発表者名: Kameda Hiroyuki、Kinota Naoya、Kato Daisuke、Fujii Takaaki、Harada Taisuke、Komaki Yuji、Sugimori Hiroyuki、Onodera Tomohiro、Tomiyasu Moyoko、Obata Takayuki、Kudo Kohsuke
  • 雑誌名: Investigative Radiology 巻: 59 号: 1 ページ: 92-103
  • DOI: 10.1097/rli.0000000000001021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of Brain Structure and Neural Organization in Dystrophin-Deficient Model Mice with Magnetic Resonance Imaging at 7 T (2022)
  • 著者名/発表者名: Rikitake Mitsuki、Hata Junichi、Iida Mayu、Seki Fumiko、Ito Rina、Komaki Yuji、Yamada Chihoko、Yoshimaru Daisuke、Okano Hirotaka James、Shirakawa Takako
  • 雑誌名: The Open Neuroimaging Journal 巻: 15 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.2174/18744400-v15-e2202040
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive Volumetric Analysis of Mecp2-Null Mouse Model for Rett Syndrome by T2-Weighted 3D Magnetic Resonance Imaging (2022)
  • 著者名/発表者名: Akaba Yuichi、Shiohama Tadashi、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Ortug Alpen、Sawada Daisuke、Uchida Wataru、Kamagata Koji、Shimoji Keigo、Aoki Shigeki、Takahashi Satoru、Suzuki Takeshi、Natsume Jun、Takahashi Emi、Tsujimura Keita
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 16 ページ: 1-13
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.885335
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multimodal analyses of a non-human primate model harboring mutant amyloid precursor protein transgenes driven by the human EF1α promoter. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimatsu S, Seki F, Okahara J, Watanabe H, Sasaguri H, Haga Y, Hata JI, Sanosaka T, Inoue T, Mineshige T, Lee CY, Shinohara H, Kurotaki Y, Komaki Y, Kishi N, Murayama AY, Nagai Y, Minamimoto T, Yamamoto M, Nakajima M, Zhou Z, Nemoto A, Sato T, Ikeuchi T, Sahara N, Morimoto S, Shiozawa S, Saido TC, Sasaki E, Okano H
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 185 ページ: 49-61
  • DOI: 10.1016/j.neures.2022.08.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of chronic caffeine intake and withdrawal on neural activity assessed via resting-state functional magnetic resonance imaging in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Rikitake Mitsuki、Notake Sachiko、Kurokawa Karen、Hata Junichi、Seki Fumiko、Komaki Yuji、Oshiro Hinako、Kawaguchi Naoki、Haga Yawara、Yoshimaru Daisuke、Ito Ken、Okano Hirotaka James
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 8 号: 11 ページ: e11714-e11714
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e11714
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of sedatives or anesthetics on the measurement of resting brain function in common marmosets (2022)
  • 著者名/発表者名: Muta Kanako、Hata Junichi、Kawaguchi Naoki、Haga Yawara、Yoshimaru Daisuke、Hagiya Kei、Kaneko Takaaki、Miyabe-Nishiwaki Takako、Komaki Yuji、Seki Fumiko、Okano Hirotaka James、Okano Hideyuki
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 巻: 33 号: 9 ページ: 5148-5162
  • DOI: 10.1093/cercor/bhac406
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Flexible annotation atlas of the mouse brain: combining and dividing brain structures of the Allen Brain Atlas while maintaining anatomical hierarchy (2021)
  • 著者名/発表者名: Takata Norio、Sato Nobuhiko、Komaki Yuji、Okano Hideyuki、Tanaka Kenji F.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 6234-6234
  • DOI: 10.1038/s41598-021-85807-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Differential effects of aquaporin-4 channel inhibition on BOLD fMRI and diffusion fMRI responses in mouse visual cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Komaki Yuji、Debacker Clement、Djemai Boucif、Ciobanu Luisa、Tsurugizawa Tomokazu、Bihan Denis Le
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 5 ページ: e0228759-e0228759
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0228759
• [雑誌論文] Quantitative analysis of intervertebral disc degeneration using Q‐space imaging in a rat model (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakashima Daisuke、Fujita Nobuyuki、Hata Junichi、Komaki Yuji、Suzuki Satoshi、Nagura Takeo、Fujiyoshi Kanehiro、Watanabe Kota、Tsuji Takashi、Okano Hideyuki、Jinzaki Masahiro、Matsumoto Morio、Nakamura Masaya
  • 雑誌名: Journal of Orthopaedic Research 巻: 38 号: 10 ページ: 2220-2229
  • DOI: 10.1002/jor.24757
• [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
• [学会発表] Analysis of Brain Water Dynamics using H217O MRI in ALS Model Mice Administered 17O Labeled Water (2024)
  • 著者名/発表者名: Komaki Y
  • 学会等名: 17O Labeled Stable Isotope Water Imaging Symposium
  • 招待講演
• [学会発表] Evaluation of Blood-Brain-Spinal Cord Barrier Leak in an ALS Mouse Model using H217O-MRI (2023)
  • 著者名/発表者名: Komaki Y, Kameda H, Seki F, Oshio K, Suematsu M, Kudo K.
  • 学会等名: ESMRMB 2023
  • 国際学会
• [学会発表] トランスレーショナル・リバーストランスレーショナルリサーチにおけるMRIの役割: 疾患モデル動物の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小牧裕司
  • 学会等名: 第51回日本磁気共鳴医学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 17O-MRIによる脳内の水代謝マッピング (2022)
  • 著者名/発表者名: 小牧 裕司、亀田 浩之、松本 圭史、関 布美子、岡野 栄之、工藤 與亮
  • 学会等名: NEURO2022
• [学会発表] 脳性麻痺動物モデルにおける全身運動に関連したコネクトーム変化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 後藤 太一、釣木澤 朋和、小牧 裕司、髙島 一郎、九里 信夫
  • 学会等名: NEURO2022
• [学会発表] 環境エンリッチメントが脳発達に与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 関布美子、山田知歩子、小牧裕司、冨樫充良、村岡俊典、石淵智子、黒滝陽子、井上貴史、圦本晃海、向笠圭亮、力武聖月、伊東莉那、佐々木えりか
  • 学会等名: 第11回マーモセット研究会
• [学会発表] Assessment of functional connectivity development in common marmosets by resting-state functional MRI (2021)
  • 著者名/発表者名: Rina Ito, Yuji Komaki, Fumiko Seki, Mayu Iida, Mitsuki Rikitake, Marin Nishio, Junichi Hata, Takako Shirakawa
  • 学会等名: 第49回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Longitudinal voxel-based analysis in Alzheimer’s disease transgenic marmosets. (2020)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Seki, Seiji Shiozawa, Sho Yoshimatsu, Yuji Komaki, Marin Nishio, Erika Sasaki, Hideyuki Okano.
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine Virtual Conference & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Longitudinal voxel-based analysis in Alzheimer’s disease transgenic marmosets (2020)
  • 著者名/発表者名: Fumiko Seki, Seiji Shiozawa, Yuji Komaki, Erika Sasaki, Hideyuki Okano.
  • 学会等名: 第48回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Examination of spatial normalization in non-human primates' brain by SyN. (2020)
  • 著者名/発表者名: 8.Rina Ito, Yuji Komaki, Fumiko Seki, Mayu Iida, Mitsuki Rikitake, Marin Nishio, Junichi Hata, Takako Shirakawa
  • 学会等名: 第48回日本磁気共鳴医学会大会