膜電位感受性色素を用いた脊髄単シナプス反射機構の動的画像解析

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12877234
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 丸岩 博文 慶應義塾大学, 医学部, 助手 (60209690)
• 研究分担者: 岡田 泰昌 慶應義塾大学, 医学部, 専任講師 (80160688) ; 吉田 英彰 慶應義塾大学, 医学部, 助手 (70240306)
• キーワード: 単シナプス反射 / 多シナプス反射 / 組織低酸素 / ラット / 脊髄神経回路網 / 膜電位感受性色素 / 光計測 / 脊髄損傷

研究概要

脊髄圧迫や脊髄虚血等による脊髄機能障害を、脊髄内ニューロンネットワークのレベルで解明するためには、脊髄内神経活動の多点同時解析が必要と考えられる。我々は膜電位感受性色素を用いた光計測法を、ラット脊髄より作成したin vitro脊髄スライス病態モデル標本に適用した検討を行い、平成12年度には脊髄水平断面イメージング解析のための方法論を確立した。そこで本年度には若齢ラットより作成したin vitro脊髄(whole spinal code)標本において、縦方向での脊髄伝導路内興奮伝播様式を画像化するとともに、脊髄外部よりの圧迫や低酸素負荷等のモデル病態による神経興奮伝播障害の様式を脊髄シナプス反射パターン変化として解析した。
単離脊髄標本をin vitro環境で維持しつつ、脊髄長軸伝導路内に微小金属電極を刺入し、直流パルス電流による電気刺激を行ったところ、脊髄長軸方向の興奮波の伝播を鮮明な画像として検出することに成功した。次に、脊髄各部への機械的圧迫を加え、その影響を解析した。脊髄への機械的圧迫に伴い、長軸伝導路途中での興奮波が遮断される様相を微細に描出することに成功した。また圧迫時間が数分間と短時間の場合には、圧迫解除後速やかに神経伝導障害が回復することも示し得た。
次に、低酸素曝露モデルにおける脊髄内興奮伝導障害についての検討も進めた。脊髄横断スライス標本において灌流液と平衡させたガス組成を高酸素から低酸素へ切り替え、低酸素曝露により、電気刺激に伴う脊髄後角内脱分極パターン変化を解析した。その結果、低酸素曝露は、脊髄後角内ニューロンに対し、直接的な抑制を示すとともに、単シナプス性並びに多シナプス性のニューロン間結合を抑制することを動的イメージングとして示すことに成功した。これらの成果は、第17回日本整形外科学会基礎学術集会(平成14年10月)にて発表予定である。

研究成果

• [文献書誌] Okada Y, Chen Z, Yoshida H, Kuwana S, Jiang W, Maruiwa H: "Optical recording of the neuronal activity in the brainstemspinal cord : application of a voltage-sensitive dye"Advances in Experimental Medicine and Biology. 499. 113-118 (2001)
• [文献書誌] Yoshida H, Okada Y, Maruiwa H, Chiba K, Toyama Y: "Excitation propagation in the rat spinal cord : optical recording using a voltage-sensitive dye"Neuroscience Research. 24・Suppl. S46 (2001)
• [文献書誌] 吉田英彰, 岡田泰昌, 丸岩博文, 中村雅也, 千葉一裕, 戸山芳昭: "脊髄圧迫に伴う伝導路内興奮伝播障害-膜電位イメージング法による脊髄長軸方向神経インパルスの画像化-"日本整形外科学会雑誌. 75・8. S1034 (2001)
• [文献書誌] 吉田英彰, 岡田泰昌, 丸岩博文, 中村雅也, 千葉一裕, 戸山芳昭: "内因性フラビン蛋白蛍光による脊髄内神経興奮伝播過程の光計測-術中リアルタイムモニタリングを目指した基礎的検討-"日本整形外科学会雑誌. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] 福田健太郎, 岡田泰昌, 吉田英彰, 丸岩博文, 中村雅也, 千葉一裕, 戸山芳昭: "低酸素による脊髄神経興奮障害の画像解析法の確立"日本整形外科学会雑誌. (発表予定). (2002)
• [文献書誌] Sugawara Y, Kuwana S, Okada Y, Yoshida H: "Neural interactions of the electrosensory lateral line neurons revealed by real-time imaging"Japanese Journal of Physiology. 51・Suppl. S199 (2001)