| 研究課題/領域番号 |
23K08645
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分56020:整形外科学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
高島 弘幸 北海道大学, 保健科学研究院, 准教授 (90608738)
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| 研究分担者 |
神谷 智昭 札幌医科大学, 医学部, 講師 (30438006)
黄金 勲矢 札幌医科大学, 医学部, 講師 (10724073)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2027年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2026年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | POLG mouse / MR spectroscopy / mitochondria / intra-myocellular lipid / ミトコンドリア / 疼痛 / 筋細胞内脂肪 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
我々はMRSを用いて筋細胞内脂肪 (IMCL)および筋細胞外脂肪 (EMCL)について解析し、慢性腰痛患者の多裂筋では、IMCLが有意に上昇していることを世界で初めて発見した。ミトコンドリア機能の低下に伴うIMCLの上昇が遊離脂肪酸の蓄積および脂肪細胞の肥大化を惹起し、アディポサイトカイン産生調節機構が破綻することで炎症状態が促進し、疼痛の慢性化につながると考えている。本研究では、ミトコンドリアDNA（mtDNA）変異体マウスを用いて、IMCLおよびアディポサイトカイン産生調節機構と疼痛の行動学的評価との関連から疼痛の発生および慢性化のメカニズムの解明を目指す。
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| 研究実績の概要 |
我々はこれまでに、慢性腰痛患者を対象に磁気共鳴分光法（MRS）を用いて傍脊柱筋の脂肪変性を詳細に分析し、多裂筋における筋内中性脂肪（IMCL）の有意な上昇を明らかにした。しかし、IMCLの増加が腰痛の慢性化とどのように関係しているかは不明である。IMCLはミトコンドリア内でエネルギー源として利用され、2型糖尿病やインスリン抵抗性との関連が知られていることから、我々は、ミトコンドリア機能低下によるIMCL上昇が脂肪細胞の肥大化と遊離脂肪酸の蓄積を促し、アディポサイトカイン産生調節の破綻によって炎症が持続し、疼痛の慢性化に至るという仮説を立てた。
昨年度は、マウス骨格筋におけるIMCLの計測を目的に、学内の3テスラMRI装置（Siemens MAGNETOM Prisma）を用いてVOIサイズ等の検討を行ったが、マウス筋では測定が困難であることが判明した。そこで今年度、小動物用7テスラMRI（Bruker BioSpin 7T、札幌医科大学設置）を用いる準備を進め、利用手続きを完了した。
加えて、仮説の検証に必要なミトコンドリア機能障害モデルとして、DNAポリメラーゼγ遺伝子（Polg）のエキソヌクレアーゼ領域に変異を持つPOLGマウスの輸入および搬入を完了し、現在札幌医科大学にて繁殖・飼育を進めている。併せて、C57BL/6マウスを用いたMRIテストスキャンも行いながら、交配と個体確保は順調に進行している。
また、本研究の仮説および進捗状況について、スタンフォード大学との情報交換を継続的に行い、国際的な視点からも研究内容の検証と発展を図っている。
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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
進捗は当初予定よりやや遅れている。本研究では、ミトコンドリア機能障害モデルマウスにおける筋内中性脂肪（IMCL）の蓄積をMRSで計測することを目的としているが、まず北海道大学医歯学総合研究棟に設置された臨床用MRI（Siemens MAGNETOM Prisma 3T）を用いて、マウス筋への適用可能性をファントムを用いて検討した。Wistarラットでは1.5×1.5×2.0mmのVOIでMRSが可能であることから、マウスでは1.0×1.0×1.5mmとさらに小さいサイズを想定し複数条件で検証を重ねたが、安定したスペクトルが得られず、臨床用装置では計測精度が不十分であると判断した。これを受けて、より高磁場での計測が可能なBruker社製BioSpin 7T（札幌医科大学設置）を使用する方針に変更し、動物実験倫理申請および装置利用手続きを行った。また、実験に必要なDNAポリメラーゼγ変異を有するPOLGマウスの輸入および札幌医科大学への搬入も並行して進めたが、これらの手続きに予想以上の時間を要した。現在はPOLGマウスの搬入が完了し、C57BL/6マウスでのテストスキャンを実施しつつ、POLGマウスの繁殖および飼育を進めており、本格的なデータ取得に向けた準備が整いつつある。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、札幌医科大学に設置されている小動物用7T MRI（Bruker BioSpin）を用いて、POLGマウスの多裂筋における筋内中性脂肪（IMCL）をMRSにより定量し、ミトコンドリア機能障害がIMCL蓄積に与える影響を検証する。併せて、C57BL/6マウスと比較することで、変異による脂質代謝異常の特異性を明らかにする予定である。また、MRIの補完的評価として、組織学的解析（HE染色、Oil Red O染色）やqPCRを用いた脂質代謝関連遺伝子の発現評価を行い、画像と分子レベルの相関解析を試みる。飼育・管理は札幌医科大学で継続しつつ、画像解析や分子実験は北海道大学保健科学研究院の設備を活用して行う。さらに、スタンフォード大学との国際的な共同研究体制を活かし、知見の共有と技術的助言を得ながら研究の質を高める。マウスの繁殖状況と測定データの蓄積に応じて、年度内に十分な検体数を確保し、統計解析と仮説検証を遂行していく予定である。
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