| 研究課題/領域番号 |
21K15191
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分46010:神経科学一般関連
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| 研究機関 | 藤田医科大学 |
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研究代表者 |
松原 崇紀 藤田医科大学, 精神・神経病態解明センター, 助教 (50884475)
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| 研究期間 (年度) |
2024-01-17 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 光遺伝学 / Ｘ線 / シンチレータ / Ce:GAGG / ステップファンクションオプシン / X線 / 疼痛 / ドパミン神経 / ドーパミン神経 / 新規治療法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光遺伝学は、光感受性タンパク質（オプシン）分子を特定細胞に発現させ、光照射により細胞機能変化を誘導する技術である。しかしながら、可視光領域の刺激光を用いるため、組織透過性が低く、脳深部組織への適用が困難である。この問題を克服するため、生体透過性が極めて高いX線とX線を可視光へと変換するシンチレータ粒子を用いた新規な光操作法を開発し、次世代治療法としての本手法の可能性を実証する。
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| 研究実績の概要 |
まず、我々は生体透過性の高いX線とX線を可視光へと変換するシンチレータを用いて、脳内に留置したシンチレータ粒子（Ce:GAGG）を体外からのX線照射により励起し、特定の神経細胞に発現させたオプシンを駆動させることに成功した（Matsubara et al., Nature Communications, 2021）。中脳腹側被蓋野のドーパミン神経特異的にCre リコンビナーゼを発現する遺伝子改変マウス （DAT-Cre マウス）のVTAに、Cre依存的にChRmineを発現するアデノ随伴ウイルスベクターを局所注入し、さらにCe:GAGGマイクロ粒子をウイルスベクター注入と同様の方法でVTAに局所注入する。2チャンバー場所嗜好性試験にマウスを供し、X線をパルス照射（10 Hz）による条件付けを行った結果、X線照射側のチャンバーに場所嗜好性を付与することができた。
また、本手法を臨床応用するためには、被ばく線量を抑える必要がある。そこで、短時間の可視光照射や繰り返しの光照射で段階的に活性化でき、非常に長い時定数で開口できる高光感受性ステップ・ファンクション・オプシン （SOUL）を新しいX線光遺伝学の候補として考えた。まずHEK293細胞にプラスミドを用いて発現させ、455 nmの青色可視光を用いて誘発電流を測定した。SOULは従来のステップ・ファンクション・オプシンよりも光感受性が高いことが分かったが、シンチレータによる低い可視光への変換率（10μW/mm2）ではほとんど細胞において誘導電流を確認することはできなかった。一方で、X線を青色可視光に変換できるシンチレータ（Ag:ZnS）の検討を行った。粒子状にしたAg:ZnSの蛍光強度を測定したところ、これまでに使用していたCe:GAGG（黄色発光シンチレータ）粒子の蛍光強度の半分以下であった。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
Ce:GAGGを用いたＸ線光遺伝学法の開発には成功した。
しかしながら、研究代表者は2022年－2024年にかけて、本助成事業を一時的に中断し、米国ノースカロライナ大学チャペルヒル校に留学していた。帰国後は同大学の異なった部署に配属されたことから、X線光遺伝学を行うセットアップやツールを用い合わせいないため、それらを整えるために多くの時間を費やしてしまったことから、研究の進捗に遅れが生じている。また、低い被ばく線量で神経操作を行うための高い可視光変換率を持つシンチレータまたは高光感受性のオプシンを探索しなければならない状況にある。従って、当初予定していた病態モデル動物に対するX線光遺伝学の適応ができていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では、Ag:ZnSとステップファンクションオプシン（SOUL）とのマッチングを検討してきた。しかしながら、Ag:ZnSは可視光への変換効率が低い。今後として、適応波長はわずかに異なるが、CeGAGGとSOULとのマッチングの可能性を検討する。これまでに成功例のある中脳腹側被蓋野（VTA）のドーパミン神経にSOULを発現させ、場所嗜好性行動を確認する。また、同時に新たなオプシンおよびシンチレータ素材の候補を検討する。
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