多機能磁気共鳴画像法による損傷脳のニューロン再生機構の解析

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14570873
• 研究機関: 京都府立医科大学
• 研究代表者: 成瀬 昭二 京都府立医科大学, 医学研究科, 助教授 (50106407)
• 研究分担者: 田中 忠蔵 明治鍼灸大学, 鍼灸学部, 教授 (80163541) ; 西村 恒彦 京都府立医科大学, 医学研究科, 教授 (70237733)
• キーワード: 磁気共鳴法(MRI) / 神経細胞再生 / 神経線維走行描出画像 / 拡散強調テンソル画像 / 神経細胞興奮画像法 / 2次元磁気共鳴スペクトル法 / 脳内アミノ酸 / 磁気共鳴脳血流画像法

研究概要

「目的」磁気共鳴法(MR)による"神経細胞再生"に関するin vivo画像解析法の開発とそれによる損傷脳の回復の解析への応用、さらには可及的な臨床的展開を目的として基礎的研究を行った。具体的には、以下のMR技法を開発・改良してin vivoでニューロンの再生過程を画像解析する方法を確立し、実際の動物実験脳損傷モデルで神経再生の解明を行った。さらには、これらを臨床装置へ適用し、臨床例での解析・検討を試みた。即ち、(1)拡散強調テンソル画像法を用いて、神経線維の再生の方向性や連絡性を画像化した、(2)ニューロンの電気的興奮をMRIにてin vivoで画像化した。(3)2次元磁気共鳴スペクトル法(2D-MRS)を開発・実用化して、神経細胞特有のアミノ酸(NAA、Glutamate等)や神経伝達セカンドメッセンジャーの分布を画像解析し、再生ニューロンの代謝活性を解析した。(4)血管内の水分子をtracerとする非侵襲的脳血流画像法を得て、ニューロン再生との再開通組織血流量変化の関係を解析した。
「本年度の研究」昨年度開発したニューロン再生MRI画像法を発展させ、動物基礎実験への適用と臨床応用への可能性を検討した。装置は、実験用装置(Bruker Biospec,4.7T)と臨床装置(GE Signa LX,3.0T)を用いた。
(1)超高速拡散テンソル画像法による神経線維走行描出画像(Fiber tracking Imaging)の実用化:EPI拡散強調画像からテンソル画像を作成し、その連続性を追跡して脳内の神経線維の3次元方向性の画像描出法を確立した。ニューロン再生時での線維連絡の解析に用いることができる。
(2)神経細胞興奮画像法によるニューロン電気活動の解析:神経細胞の興奮にて生じるシナプスでのCa^<2+>の出入りを、共に動くMn^<2+>を媒体としてEPIで画像化する方法(Dynamic activity-induced manganese dependent (DAIM)MRI)を開発して発展させた。ニューロン再生モデルでの動物実験に適用できる。
(3)2次元磁気共鳴スペクトル法(2D-MRS)の開発・実用化:従来のMRS法では不可能であった神経細胞特有のアミノ酸(NAA、Glutamate等)の分布の画像解析を可能にした。脳虚血病巣などの脳損傷時および再生過程のニューロンの代謝変化のin vivo画像解析に用いることが可能である。
(4)非侵襲的脳血流画像法による再生脳組織の血流再開通の検討:血管内の水分子を指標とする非侵襲的脳血流画像法を可能にした。ニューロン再生を脳血流再灌流の観点から解析できる可能性を示した。

研究成果

• [文献書誌] Thomas AI, Hattori N, Umeda M, Sawada T, Naruse S: "Evaluation of two-dimentional L-COSY and JPRESS using a 3T MRI scanner : from phantoms to human brain in vivo"NMR in Biomedicine. 16・5. 245-251 (2003)
• [文献書誌] Aoki I, Ebisu T, Tanaka C, Katsuta K, Fujikawa A, Umeda M, Naruse S: "Detection of the anoxic depolarization of focal ischemia using manganese-enhanced MRI."Magnetic Resonance in Medicine. 50・1. 7-12 (2003)
• [文献書誌] Fukunaga M, Someya Y, Hattori N, Sawada T, Umeda M, Ebisu T, Naruse S: "3.0 T imaging"Nippon Igaku Hoshasen Gakkai Zasshi. 63(5 Suppl). 18-22 (2003)
• [文献書誌] Ebisu T, Mori Y, Katsuta K, Fujikawa A, Aoki I, Umeda M, Naruse S: "Neuroprotecitve effects of an immunosuppressant agent on diffusion/perfusion mismatch in transient focal ischemia"Magnetic Resonance in Medicine. 51(In press). (2004)