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水と溶質の同位体イメージングによる脳間質の恒常性維持機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K15856
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分52040:放射線科学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

亀田 浩之  北海道大学, 歯学研究院, 助教 (70829887)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
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)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードglymphatic system / 水動態解析 / MRI / 同位体顕微鏡 / 安定同位体 / 安定同位体イメージング
研究開始時の研究の概要

近年、脳のリンパ系として新たに着目されているglymphatic systemは、脳内の老廃物を除去する重要な水の動きとされ、アルツハイマー病などの神経疾患の発症に関係していることが明らかになりつつある。脳のクリーニングに関与している可能性が高いが、glymphatic systemを取り巻く脳内の水の動きには多くの議論がある。
本研究の目的は、同位体標識した水と溶質トレーサーを共通プローブとして、MRIとクライオ同位体顕微鏡により、マクロからミクロレベルで脳内の水の動きをマッピングすることで、glymphatic systemの存在やメカニズムを明らかにすることである。

研究実績の概要

水の同位体MRイメージングにおいては、前年度でファントムで検証したT2-preparationパルスを利用した高速T2 mapping法を利用して、野生型ラットに髄注した17O標識水の脳内分布の可視化を少数の個体で試みた。空間分解能は0.4mm isoの3Dデータ、時間分解能は約4分の時系列データが得られ、髄腔内の17O標識水の分布を追跡可能であった。一方、脳実質への分布は信号変化が小さく、また、信号収集法(bSSFP)に起因するartifactの変動により、時系列方向の定量値の変動が大きかった。パラメータ調整やその他の信号収集法(GRE)への変更が必要と考えられた。従来法(T2強調画像連続撮像)を用いたAQP4KOラットの解析においては、動注した17O標識水の脳内動態に野生型と比較した顕著な差はみられなかったが、髄注した17O標識水の脳内への分布は野生型と比較して低下していることが明らかとなり、AQP4がglymphatic pathwayを介したCSF-ISF交換を制御している可能性が考えられた。
溶質の脳内イメージングにおいては、AQP4 KOラットにGd造影剤を髄注し、野生型ラットと脳内分布を比較したところ、AQP4 KOラットでは脳内へのGdの分布と、鼻腔経路を介した脳外へのGd排泄が抑制され、その結果、髄腔内にGd造影剤が貯留していることが明らかとなった。
組織レベルでの脳内17O分布をクライオ同位体顕微鏡でみるための、サンプル処理のワークフローの改善を行った。

現在までの達成度 (区分)
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

前年度ファントム検証を完了した高速T2mappingによる17O-MRイメージング法により、野生型ラットでの性能検証を実施中である。いくつかのパラメータ調整を終えたのち、AQP4KOラットやAQP4阻害剤、確立済の病態モデル(頚部リンパ節結紮、脳梗塞モデル)での検証を次年度実施できる準備が整っている。また、従来法(T2強調画像連続撮像)ではAQP4KOラットの検証を終えている。
クライオ同位体顕微鏡解析においては、クライオサンプルの解析を行うことが可能なワークフローが構築されている。MRIでの結果を検証した上で、必要な解析対象に対して、クライオ水ミクロイメージングを行う予定である。

今後の研究の推進方策

高速T2 mapping法による17O-MRIのいくつかのパラメータ調整を行った後、AQP4-KOラットの水動態解析(髄注、動注)、病態モデル(頚部リンパ節結紮術、脳梗塞)を用いて、脳内水動態異常の可視化と解析を実施する。
また、MRIの結果を踏まえ、水動態に差異のある組織サンプルを対象に、クライオ同位体顕微鏡で分析を行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (15件) (うち査読あり 15件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Improved image quality in contrast-enhanced 3D-T1 weighted sequence by compressed sensing-based deep-learning reconstruction for the evaluation of head and neck2024

    • 著者名/発表者名
      Fujima Noriyuki、Nakagawa Junichi、Ikebe Yohei、Kameda Hiroyuki、Harada Taisuke、Shimizu Yukie、Tsushima Nayuta、Kano Satoshi、Homma Akihiro、Kwon Jihun、Yoneyama Masami、Kudo Kohsuke
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance Imaging

      巻: 108 ページ: 111-115

    • DOI

      10.1016/j.mri.2024.02.006

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Blockage of CSF Outflow in Rats after Deep Cervical Lymph Node Ligation Observed Using Gd-based MR Imaging2024

    • 著者名/発表者名
      Kinota Naoya、Kameda Hiroyuki、Xiawei Bai、Fujii Takaaki、Kato Daisuke、Takahashi Bunya、Morita Ryo、Abo Daisuke、Majima Ryusei、Ishii Hiroshi、Minowa Kazuyuki、Kudo Kohsuke
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: 23 号: 4 ページ: 449-459

    • DOI

      10.2463/mrms.mp.2023-0023

    • ISSN
      1347-3182, 1880-2206
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automated Detection of Cerebral Microbleeds on Two-dimensional Gradient-recalled Echo T2* Weighted Images Using a Morphology Filter Bank and Convolutional Neural Network2024

    • 著者名/発表者名
      Nishioka Noriko、Shimizu Yukie、Shirai Toru、Ochi Hisaaki、Bito Yoshitaka、Watanabe Kiichi、Kameda Hiroyuki、Harada Taisuke、Kudo Kohsuke
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: - 号: 2 ページ: 220-228

    • DOI

      10.2463/mrms.mp.2023-0146

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Imaging of <sup>17</sup>O-labeled Water Using Fast T2 Mapping with T2-preparation: A Phantom Study2024

    • 著者名/発表者名
      Kameda Hiroyuki、Nakada Yumi、Urushibata Yuta、Sugimori Hiroyuki、Fujii Takaaki、Kinota Naoya、Kato Daisuke、Tang Minghui、Sakamoto Keita、Kudo Kohsuke
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: - 号: 2 ページ: 269-275

    • DOI

      10.2463/mrms.tn.2023-0152

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 動注モデルラットを用いた 17O 標識水による脳血管水透過性の評価:初期検討2024

    • 著者名/発表者名
      亀田浩之、小牧裕司、安井正人、工藤與亮
    • 雑誌名

      北海道放射線医学雑誌

      巻: 4 ページ: 1-6

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] MELASに類似した脳卒中様発作を生じた神経核内封入体病の1例2024

    • 著者名/発表者名
      亀田浩之、原田太以佑、藤間憲幸、清水幸衣、池辺洋平、平田健司、矢部一郎、工藤與亮
    • 雑誌名

      北海道放射線医学雑誌

      巻: 4 ページ: 20-24

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improvement of image quality in diffusion-weighted imaging with model-based deep learning reconstruction for evaluations of the head and neck2023

    • 著者名/発表者名
      Fujima Noriyuki、Nakagawa Junichi、Kameda Hiroyuki、Ikebe Yohei、Harada Taisuke、Shimizu Yukie、Tsushima Nayuta、Kano Satoshi、Homma Akihiro、Kwon Jihun、Yoneyama Masami、Kudo Kohsuke
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine

      巻: - 号: 3 ページ: 439-447

    • DOI

      10.1007/s10334-023-01129-4

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid and Reliable Steatosis Rat Model Shrsp5-Dmcr for Cold Storage Experiment2023

    • 著者名/発表者名
      Fukai Moto、Sugimori Hiroyuki、Sakamoto Sodai、Shibata Kengo、Kameda Hiroyuki、Ishikawa Takahisa、Kawamura Norio、Fujiyoshi Masato、Fujiyoshi Sunao、Kudo Kohsuke、Shimamura Tsuyoshi、Taketomi Akinobu
    • 雑誌名

      Transplantation Proceedings

      巻: - 号: 4 ページ: 1032-1035

    • DOI

      10.1016/j.transproceed.2023.02.063

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-Gaussian model-based diffusion-weighted imaging of oral squamous cell carcinoma: associations with Ki-67 proliferation status2023

    • 著者名/発表者名
      Shima Tomoka、Fujima Noriyuki、Yamano Shigeru、Kameda Hiroyuki、Suzuka Masaaki、Takeuchi Akiko、Kinoshita Yurika、Iwai Nanami、Kudo Kohsuke、Minowa Kazuyuki
    • 雑誌名

      Oral Radiology

      巻: - 号: 4 ページ: 661-667

    • DOI

      10.1007/s11282-023-00682-x

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic Resonance Water Tracer Imaging Using 17O-Labeled Water2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The utility of diffusion-weighted T2 mapping for the prediction of histological tumor grade in patients with head and neck squamous cell carcinoma2022

    • 著者名/発表者名
      Fujima N*, Shimizu Y, Yoneyama M, Nakagawa J, Kameda H, Harada T, Hamada S, Suzuki T, Tsushima N, Kano S, Homma A, Kudo K.
    • 雑誌名

      Quant Imaging Med Surg

      巻: 12(8) 号: 8 ページ: 4024-4032

    • DOI

      10.21037/qims-22-136

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Amide proton transfer imaging for the determination of human papillomavirus status in patients with oropharyngeal squamous cell carcinoma2022

    • 著者名/発表者名
      Fujima N*, Shimizu Y, Yoneyama M, Nakagawa J, Kameda H, Harada T, Hamada S, Suzuki T, Tsushima N, Kano S, Homma A, Kudo K.
    • 雑誌名

      Medicine (Baltimore)

      巻: 101(28) 号: 28 ページ: e29457-e29457

    • DOI

      10.1097/md.0000000000029457

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Establishment of a New Qualitative Evaluation Method for Articular Cartilage by Dynamic T2w MRI Using a Novel Contrast Medium as a Water Tracer2022

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa Yoshiaki、Onodera Tomohiro、Homan Kentaro、Yamaguchi Jun、Kudo Kohsuke、Kameda Hiroyuki、Sugimori Hiroyuki、Iwasaki Norimasa
    • 雑誌名

      CARTILAGE

      巻: 13 号: 3 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1177/19476035221111503

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase I Randomized Trial of 17 O-Labeled Water: Safety and Feasibility Study of Indirect Proton MRI for the Evaluation of Cerebral Water Dynamics2022

    • 著者名/発表者名
      Harada Taisuke、Kudo Kohsuke、Kameda Hiroyuki、Sato Ryota、Shirai Toru、Bito Yoshitaka、Fujima Noriyuki、Tsuneta Satonori、Nogawa Toshifumi、Maeda Kenichiro、Hayashi Hiroshi、Sasaki Makoto
    • 雑誌名

      Journal of Magnetic Resonance Imaging

      巻: 56 号: 6 ページ: 1874-1882

    • DOI

      10.1002/jmri.28210

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative magnetic resonance imaging for evaluating of the cerebrospinal fluid kinetics with 17O-labeled water tracer: A preliminary report2022

    • 著者名/発表者名
      Sugimori Hiroyuki、Kameda Hiroyuki、Harada Taisuke、Ishizaka Kinya、Kajiyama Masayoshi、Kimura Tasuku、Udo Niki、Matsushima Masaaki、Nagai Azusa、Wakita Masahiro、Kusumi Ichiro、Yabe Ichiro、Kudo Kohsuke
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance Imaging

      巻: 87 ページ: 77-85

    • DOI

      10.1016/j.mri.2021.12.005

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Visualization of Human Neurofluids Using Intrathecal 17O-Labelled Water and MRI: A Preliminary Study2023

    • 著者名/発表者名
      Kameda H, Harada T, Sugimori H, Minowa K, Kudo K
    • 学会等名
      ISMRM and ISMRT annual meeting and exhibition
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Blockage of CSF Outflow via Nasal Lymphatic Pathway in Rats after Deep Cervical Lymph Node Ligation Observed Using Intrathecal Gd-based MR imaging2023

    • 著者名/発表者名
      Kinota N, Kameda H, Minowa K, and Kudo K
    • 学会等名
      ISMRM and ISMRT annual meeting and exhibition
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neurofluids dynamics by MR imaging2023

    • 著者名/発表者名
      Kameda H
    • 学会等名
      The 10th GCB Biomedical Science and Engineering Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 17O標識水とMRIを用いた髄液循環の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      亀田浩之
    • 学会等名
      第53日本神経精神薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 17O標識水とMRIを用いたneurofluidsの可視化2023

    • 著者名/発表者名
      亀田浩之
    • 学会等名
      第51回日本磁気共鳴医学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 17O-MRIの中枢神経領域における展開2022

    • 著者名/発表者名
      亀田浩之
    • 学会等名
      第50回日本磁気共鳴医学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Increased Vascular Permeability of 17O-labeled Water in the Amyotrophic Lateral Sclerosis Model Mice using Indirect Proton MRI2022

    • 著者名/発表者名
      亀田浩之
    • 学会等名
      国際磁気共鳴医学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] 歯科放射線学 第7版2024

    • 著者名/発表者名
      亀田浩之、箕輪和行
    • 出版者
      医歯薬出版株式会社
    • ISBN
      9784263456811
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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