デジタル3D神経病理学の創成

• 研究課題/領域番号: 20K20468
• 補助金の研究課題番号: 19H05559 (2019)
• 研究種目: 挑戦的研究(開拓)
• 配分区分: 基金 (2020); 補助金 (2019)
• 審査区分: 中区分51:ブレインサイエンスおよびその関連分野
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 柿田 明美 新潟大学, 脳研究所, 教授 (80281012)
• 研究分担者: 北浦 弘樹 新潟大学, 脳研究所, 特任准教授 (80401769) ; 田井中 一貴 新潟大学, 脳研究所, 教授 (80506113) ; 齋藤 理恵 新潟大学, 脳研究所, 助教 (80829078)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円); 2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2020年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2019年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: ヒト脳組織 / 透明化 / ３次元イメージング / 脳病変 / 神経病理学 / デジタル画像 / 組織病理 / デジタル

研究開始時の研究の概要

神経病理学的診断を行っていると、通常の組織標本、つまり２次元平面に薄切した標本の観察では、脳病変を正しく評価できないのではないか、と思うことがある。脳は、つくりが複雑で機能単位がことさら立体的だからである。本研究では、ヒト脳組織透明化・3Dイメージング技術を用いて、ヒト脳における神経細胞やグリア細胞の配列やネットワーク、更には微小血管の分布を３次元で鮮明に捉え、‘立体的機能ユニット’ における正常と異常を明らかにする。つまり定量的なデジタル3D神経病理学を創成し、ブレインサイエンスにおける形態学的イノベーションを開拓する。

研究成果の概要

脳はつくりが複雑で機能単位がことさら立体的である。本研究では、ヒト脳組織透明化と3Dイメージング技術を用いて、神経細胞やグリア細胞の配列やネットワーク、更には微小血管の分布を３次元で鮮明に捉える技術基盤を開発した。まずヒト脳組織における最大の光学的課題である自家蛍光と褐変を克服し、ヒト脳組織専用の透明化試薬の開発に成功した。次に、3D用の各種一般蛍光染色およびホールマウント免疫染色技術を確立した。その結果、神経細胞、グリア細胞、微小血管、髄鞘、老人斑など、多種類の構造物を丸ごと可視化するイメージング基盤が整った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

神経病理学的診断を行なっていると、通常の組織標本、つまり２次元平面に薄切した標本の観察では脳病変を正しく評価できないのではないか、と思うことがある。脳はつくりが複雑で機能単位がことさら立体的だからである。本研究ではヒト脳組織を丸ごと立体的に観察する手法の開発に挑戦したものである。本研究の成果から、病理診断の現場や研究において使用可能な方法論の確立に向け、基盤的技術開発を行うことができた。これまで専門家にも見えてこなかった立体病変が、誰の目にも明らかなものとして可視化できるイメージング基盤が整った。

研究成果

• [国際共同研究] ワシントン大学(米国)
• [雑誌論文] GLI3?Is Associated With Neuronal Differentiation in SHH-Activated and WNT-Activated Medulloblastoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Natsumeda Manabu、Miyahara Hiroaki、Yoshimura Junichi、Nakata Satoshi、Tsukamoto Yoshihiro、Okada Masayasu、Oishi Makoto、Hirato Junko、Wataya Takafumi、Tateishi Kensuk、Rodriguez Fausto J、Hovestadt Volker、Suva Mario L、Taylor Michael D、Eberhart Charles G、Fujii Yukihiko、et al.
  • 雑誌名: Journal of Neuropathology & Experimental Neurology 巻: 80 号: 2 ページ: 129-136
  • DOI: 10.1093/jnen/nlaa141
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cytosolic dsDNA of mitochondrial origin induces cytotoxicity and neurodegeneration in cellular and zebrafish models of Parkinson’s disease. (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsui, H.*, Ito, J., Matsui, N., Uechi, T., Onodera, O., Kakita, A.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: - 号: 1 ページ: 3101-3101
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23452-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel splicing variant of ANXA11 in a patient with amyotrophic lateral sclerosis: histologic and biochemical features. (2021)
  • 著者名/発表者名: Sainouchi M, Hatano Y, Tada M, Ishihara T, Ando S, Kato T, Tokunaga J, Ito G, Miyahara H, Toyoshima Y, Yokoseki A, Ozawa T, Akazawa K, Onodera O, Kakita A.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol Commun 巻: 9 号: 1 ページ: 106-106
  • DOI: 10.1186/s40478-021-01202-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Predicting BRAF V600E mutation in glioblastoma: utility of radiographic features (2021)
  • 著者名/発表者名: Natsumeda M, Chang M, Gabdulkhaev R, Takahashi H, Tsukamoto Y, Kanemaru Y, Okada M, Oishi M, Okamoto K, Rodriguez FJ, Kakita A, Fujii Y, Schreck KC.
  • 雑誌名: Brain Tumor Pathol 巻: 38 号: 3 ページ: 228-233
  • DOI: 10.1007/s10014-021-00407-0
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Genetic variations and neuropathologic features of patients with PARK2. (2021)
  • 著者名/発表者名: Seike N, Yokoseki A, Takeuchi R, Saito K, Miyahara H, Miyashita A, Ikeda T, Aida I, Nakajima T, Kanazawa M, Wakabayashi M, Toyoshima Y, Takahashi H, Matumoro R, Toda T, Onodera O, Ishikawa A, Ikeuchi T, Kakita A.
  • 雑誌名: Mov Disord 巻: 36 号: 7 ページ: 1634-1643
  • DOI: 10.1002/mds.28521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Primary non-dural central nervous system marginal zone B-cell lymphoma of the mucosa-associated lymphoid tissue type mimicking CNS inflammatory diseases. (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugita Y, Takahashi K, Fukuda K, Kimura Y, Furuta T, Arakawa F, Ohshima K, Nakamura H, Miyata H, Watanabe M, Kakita A.
  • 雑誌名: J Neuropathol Exp Neurol 巻: 80 号: 8 ページ: 789-799
  • DOI: 10.1093/jnen/nlab058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hemiplegic-type ALS: clinicopathological features of two autopsied patients. (2021)
  • 著者名/発表者名: Makoto Sainouchi, Hidetomo Tanaka, Hiroshi Shimizu, Takuya Mashima, Takao Fukushima, Yuya Hatano, Tomohiko Ishihara, Kunihiko Makino, Osamu Onodera, Akiyoshi Kakita
  • 雑誌名: Journal of Neurologoy, Neurosurgery and Psychiatry 巻: 92 号: 9 ページ: 1014-1016
  • DOI: 10.1136/jnnp-2021-326257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autoimmune glial fibrillary acidic protein astrocytopathy resembling isolated central nervous system lymphomatoid granulomatosis. (2021)
  • 著者名/発表者名: Akio Kimura, Shinei Kato, Akira Takekoshi, Nobuaki Yoshikura, Narufumi Yanagida, Hiroshi Kitaguchi, Daisuke Akiyama, Hiroshi Shimizu, Akiyoshi Kakita, Takayoshi Shimohata
  • 雑誌名: J Neuroimmunology 巻: 361 ページ: 577748-577748
  • DOI: 10.1016/j.jneuroim.2021.577748
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parkinson's disease and parkinsonism: Clinicopathological discrepancies on diagnosis in three patients (2021)
  • 著者名/発表者名: Toyoshima Yasuko、Takahashi Hitoshi、Katada Shinnichi、Kojima Naoyuki、Tada Mari、Tani Takashi、Koike Ryoko、Nozawa Takanori、Aida Izumi、Nakajima Takashi、Onodera Osamu、Kakita Akiyoshi
  • 雑誌名: Neuropathology 巻: 41 号: 6 ページ: 450-456
  • DOI: 10.1111/neup.12777
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Progressive supranuclear palsy: Neuropathology of patients with a short disease duration due to unexpected death (2020)
  • 著者名/発表者名: Lu Zhang, Yasuko Toyoshima, Akari Takeshima, Hiroshi Shimizu, Itsuro Tomita, Osamu Onodera, Hitoshi Takahashi, Akiyoshi Kakita
  • 雑誌名: Neuropathology. 2020 Nov 17. 巻: - 号: 3 ページ: 174-182
  • DOI: 10.1111/neup.12707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proteomic profile differentiating between mesial temporal lobe epilepsy with and without hippocampal sclerosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Furukawa Ayako、Kakita Akiyoshi、Chiba Yoichi、Kitaura Hiroki、Fujii Yukihiko、Fukuda Masafumi、Kameyama Shigeki、Shimada Atsuyoshi
  • 雑誌名: Epilepsy Research 巻: 168 ページ: 106502-106502
  • DOI: 10.1016/j.eplepsyres.2020.106502
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel CHP1 mutation in autosomal-recessive cerebellar ataxia: autopsy features of two siblings (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito Rie、Hara Norikazu、Tada Mari、Honma Yoshiaki、Miyashita Akinori、Onodera Osamu、Ikeuchi Takeshi、Kakita Akiyoshi
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 134-134
  • DOI: 10.1186/s40478-020-01008-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oculopharyngodistal myopathy with coexisting histology of systemic neuronal intranuclear inclusion disease: Clinicopathologic features of an autopsied patient harboring CGG repeat expansions in LRP12 (2020)
  • 著者名/発表者名: Rie Saito, Hiroshi Shimizu, Takeshi Miura, Norikazu Hara, Naomi Mezaki, Yo Higuchi, Akinori Miyashita, Izumi Kawachi, Kazuhiro Sanpei, Yoshiaki Honma, Osamu Onodera, Takeshi Ikeuchi, Akiyoshi Kakita
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 75-75
  • DOI: 10.1186/s40478-020-00945-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Versatile whole-organ/body staining and imaging based on electrolyte-gel properties of biological tissues (2020)
  • 著者名/発表者名: Susaki Etsuo A.、Shimizu Chika、Kuno Akihiro、Tainaka Kazuki、Li Xiang、Shibayama Mitsuhiro、Ueda Hiroki R. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1982-1982
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15906-5
  • NAID: 120006956725
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Human and mouse single-nucleus transcriptomics reveal TREM2-dependent and -independent cellular responses in Alzheimer’s disease. (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhou Y, Song WM, Andhey PS, Swain A, Levy T, Miller KR, Poliani PL, Cominelli M, Grover S, Gilfillan S, Cella M, Ulland TK, Zaitsev K, Miyashita A, Ikeuchi T, Sainouchi M, Kakita A, Bennett DA, Schneider JA, Nichols MR, Beausoleil SA, Ulrich J, Holtzman DM, Artyomov M, Colonna M.
  • 雑誌名: Nat Med 巻: 26 号: 1 ページ: 131-142
  • DOI: 10.1038/s41591-019-0695-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid chemical clearing of white matter in the post-mortem human brain by 1,2-hexanediol delipidation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Saito R, Kakita A, Tainaka K.
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. Lett. 巻: 29 号: 15 ページ: 1886-1890
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.05.049
  • 査読あり
• [学会発表] 2D and 3D histopathologic features of degenerative white matter of cerebral small vessel diseases. (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito R, Nozaki H, Tainaka K, Uemura M, Suzuki M, Tanaka M, Hasegawa A, Abe T, Sato A, Hashidate H, Igarashi S, Koike R, Onodera O, Kakita A.
  • 学会等名: 第62回日本神経学会
• [学会発表] SYNE1 ataxia: Clinicopathologic features of an autopsied patient with a compound heterozygous SYNE1 mutation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito R, Tada M, Hara N, Wakabayashi M, Miyashita A, Onodera O, Ikeuchi T, Kakita A.
  • 学会等名: 第62回日本神経病理学会
• [学会発表] Morphological and functional features associated with epileptogenesis in the hippocampus of MTLE. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitaura H, Itoh Y, Fukuda M, Tainaka K, Fujii Y, Kakita A.
  • 学会等名: 第62回日本神経病理学会
  • 招待講演
• [学会発表] シンポジウム：海馬をめぐるバイオロジーとパソロジー. 海馬硬化症のてんかん原性：外科病理標本を用いた機能異常と形態異常の接点. (2021)
  • 著者名/発表者名: 北浦弘樹、柿田明美.
  • 学会等名: 第54回日本てんかん学会
  • 招待講演
• [学会発表] Small vessel diseases: 3D characteristics of the vasculature and white matter. (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito R, Tainaka K, Onodera O, Kakita A.
  • 学会等名: AOCN-NPSICON 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3D pathology of cerebral amyloid antipathy based on tissue clearing technique. (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Saito R, Kakita A, Tainaka K.
  • 学会等名: 第61回日本神経病理学会
• [学会発表] 結節性硬化症のてんかん焦点組織特性. (2020)
  • 著者名/発表者名: 北浦弘樹、福多真史、藤井幸彦、柿田明美.
  • 学会等名: 第61回日本神経病理学会
• [学会発表] てんかん外科病理学の実際：症例から学ぶ病態. (2020)
  • 著者名/発表者名: 柿田明美.
  • 学会等名: 第11回 アルツハイマー病とてんかんを考える会
  • 招待講演
• [学会発表] Pathologic features of juvenile parkinsonism. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kakita A.
  • 学会等名: MDS-AON
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Pathologic features of cerebellar ataxia disorders. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kakita A.
  • 学会等名: MDS-AON
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] てんかんの外科病理. (2020)
  • 著者名/発表者名: 柿田明美.
  • 学会等名: 第44回 日本てんかん外科学会.
  • 招待講演
• [学会発表] Small vessel characteristics of autopsied patients with CADASIL and heterozygous HTRA1 mutations: 3D analysis using tissue clearing technique CUBIC. (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito R, Tainaka K, Kakita A.
  • 学会等名: American Association of Neurology
  • 国際学会
• [学会発表] 3D analysis of small vessels of patients with CADASIL and those heterozygous for HTRA1 mutations. (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito R, Tainaka K, Kakita A.
  • 学会等名: 日本神経学会
• [学会発表] ３D神経病理学に向けたホールマウント染色手法の開発. (2019)
  • 著者名/発表者名: 田井中一樹、齋藤理恵、井上雅文、柿田明美.
  • 学会等名: 日本神経病理学会
• [学会発表] CADASILとCARASILヘテロ接合体患者の剖検脳における小血管の特徴：CUBIC組織透明化手法を用いた3D解析． (2019)
  • 著者名/発表者名: 齋藤理恵、田井中一貴、柿田明美.
  • 学会等名: 日本神経病理学会
• [学会発表] 神経変性疾患：病理学的解析のポイント. (2019)
  • 著者名/発表者名: 柿田明美.
  • 学会等名: 日本病理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 中枢神経病理：コアイメージ・キーワード. (2019)
  • 著者名/発表者名: 柿田明美.
  • 学会等名: 日本神経学会
  • 招待講演
• [学会発表] 小児神経疾患の画像と病理：イメージングプラクティス. (2019)
  • 著者名/発表者名: 柿田明美、岡本浩一郎
  • 学会等名: 小児神経画像研究会
  • 招待講演