人工子宮装置を用いた胎児発育遅延モデルにおける脳障害の解析

• 研究課題/領域番号: 21K07859
• 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52050:胎児医学および小児成育学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 埴田 卓志 東北大学, 大学病院, 准教授 (30400360)
• 研究分担者: 齋藤 昌利 東北大学, 医学系研究科, 教授 (00451584) ; 佐藤 信一 東北大学, 大学病院, 助手 (30770359) ; 渡邊 真平 東北大学, 大学病院, 助教 (70509413)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021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: ヒツジ / 胎児発育遅延 / 脳障害 / 人工子宮 / 急性循環変動 / 子宮内胎児発育遅延 / 人工胎盤 / 脳室周囲白質軟化

研究開始時の研究の概要

人工子宮システムを用いて慢性低酸素による胎児発育遅延モデルを作成，次いで人工胎盤の胎盤血流量を繰り返し変化させて反復した循環変動を誘導し，慢性低酸素＋循環変動が胎児脳へ与える影響をMRI及び病理組織を用いて解析する．慢性低酸素に対して脳血流を増加（brain sparing effect)することで適応している胎児に対して循環変動が併発することによって胎児脳障害が誘導されるという仮説を証明，胎児発育遅延のおける脳障害の機序を解明することで，臨床における胎児管理への応用が期待される．

研究実績の概要

胎盤機能不全や臍帯付着部異常などによって子宮内で胎児が慢性低酸素に曝されると，胎児はその体重増加が停滞して胎児発育遅延を発症する．一方，胎児では子宮内で低酸素に曝されると脳の血流量を増加させる “brain sparing” によって酸素供給を維持される機構が働いている．しかし，このように胎児は “brain sparing” によって酸素供給が保たれているにもかかわらず，多くの臨床研究で胎児発育遅延は脳室周囲白質軟化症 (PVL) や知的障害，発達障害などの脳障害との関連性が示唆されている．
本研究では，これらの脳障害の原因として，慢性低酸素に合併した反復する急性循環変動に着目する．我々が開発した人工子宮装置を応用し，人工胎盤回路の酸素濃度及び回路流量を調節して胎児慢性低酸素モデルを作成して，さらに臍帯圧迫を模した反復性の循環変動を加えることにより脳障害を誘導し，その特徴をMRIならびに病理学的解析によって明らかにする．胎児発育遅延に起因する脳障害の機序を解明することで，臨床における胎児管理への応用が期待される．
本研究では我々の実験室で初めてホルマリンで還流固定したヒツジ脳組織を用いてMRI解析を行う．そのため，令和3年度には我々の実験室に保管してあったヒツジ胎仔のホルマリン固定脳を用いてMRI装置の撮影条件の最適化を行った．
令和4年度は妊娠103日のヒツジ胎仔3頭を用いて慢性低酸素モデルを作成し，妊娠106日に臍帯圧迫を模した反復性の循環変動負荷を行った．また同時に超音波血流計により頸動脈血流量を持続的にモニタリングした．
令和5年度は令和4年度と同様にヒツジ胎仔7頭を用いて慢性低酸素モデルを作成し，対照群3頭と反復臍帯圧迫を負荷した群4頭のデータを採取した．

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

令和5年度は妊娠103日のヒツジ胎仔7頭を用いて実験を実施し，対照群3頭と負荷群4頭からデータを採取した．予定では最終年度であったが，計画どおりにヒツジの受胎が得られなかったため，統計学的な解析を実施するには頭数が不足している．よって実験期間を延長する．

今後の研究の推進方策

来年度は，計画的に実験を実施してデータを取得できれば統計学的な解析が可能となる．得られたヒツジ胎仔脳はMRI撮影を行い，その後に組織学的解析に供する．MRI画像では脳皮質，subplateの容量計測，病理組織ではHE染色並びに各種免疫染色 (GFAP, IBA-1, Olig-2, Nurr-1, 4HNE) を用いて，脳白質損傷，subplate損傷，酸化ストレスについて検索する．