次世代型拡散MRIイメージングによる骨格筋AQP4動態可視化法の開発

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K10421
• 研究機関: 公益財団法人実験動物中央研究所
• 研究代表者: 畑 純一 公益財団法人実験動物中央研究所, ライブイメージングセンター, 研究員 (00568868)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 骨格筋 / アクアポリン / MRI / 下腿 / 遅筋 / 速筋 / 拡散MRI / 拡散時間

研究実績の概要

骨格筋線維は速筋線維と遅筋線維のタイプに分類でき，収縮特性，ミトコンドリア容量，エネルギー機構など幾つかの異なった構造・機能をもっている。その中の一つとしAQP4発現の差がある。
本研究では、骨格筋QSIにおける拡散計測用傾斜磁場を多段階的に可変させ応用することで、拡散変異分布は正規ガウス分布から非ガウス分布へと変化させ、分布の変化速度より細胞膜内外間における水分子交換量を計測でき、骨格筋アクアポリン４の機能動態計測法は開発することにある。
この目的を達成するために本年度は，この二年間にて発見した知見を元に開発したMRI
パルスプログラミング、解析手法を用いた動物実験を行なった。具体的に、従来用いられている生体3次元拡散MRIに拡散方向性を加味した多軸計測、拡散制限性を加味した制限計測、仮説である水分子の細胞膜透過を加味した膜透過量計測の3情報を追加した6次元拡散MRI計測をマウス骨格筋を対象として行なった。これらを解析することで、骨格筋細胞の構造とその機能の解明を目指した。
結果、前年度発見した知見とそれに基づく仮説通り、細胞の制限構造とアクアポリン４などの水分子の細胞膜透過機能を区別し可視化することができた。この開発と発見は非常に興味深く、骨格筋のみならず生体における疾患解明や機能解析に貢献することができる新規技術開発となった。

研究成果

• [雑誌論文] Awake functional MRI detects neural circuit dysfunction in a mouse model of autism (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomokazu. Tsurugizawa, Kota Tamada, Nobukazu Ono, Sachise Karakawa, Yuko Kodama, Clement Debacker, Junichi Hata, Hideyuki Okano, Akihiko Kitamura, Andrew Zalesky, and Toru Takumi
  • 雑誌名: Science Advanses 巻: 6(6) ページ: 1-15
  • DOI: DOI: 10.1126/sciadv.aav4520
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Noninvasive technique to evaluate the muscle fiber characteristics using q-space imaging. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hata J, Nakashima D, Tsuji O, Kanehiro Fujiyoshi, Kaori Yasutake, Yasushi Sera, Yuji Komaki, Keigo Hikishima, Takeo Nagura, Morio Matsumoto, Hideyuki Okano, Masaya Nakamura.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 4(14) ページ: 1-8
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0214805
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anatomical and Surgical Evaluation of the Common Marmoset as an Animal Model in Hearing Research. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sho Kurihara, Masato Fujioka, Junichi Hata, Tomohiko Yoshida, Motoki Hirabayashi, Yutaka Yamamoto, Kaoru Ogawa, Hiromi Kojima, and Hirotaka James Okano
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroanatomy 巻: 0 ページ: 1-10
  • DOI: doi.org/10.3389/fnana.2019.00060
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of anisotropic phantoms using wood and fiber materials for diffusion tensor imaging and diffusion kurtosis imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Moriya S, Hata J, Tachibana A, Senoo A, Niitsu M.
  • 雑誌名: MAGMA 巻: 32 ページ: 539-547
  • DOI: doi: 10.1007/s10334-019-00761-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neurite orientation dispersion and density imaging for evaluating the severity of neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy in rats (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiko Ohki, Shigeyoshi Saito, Junichi Hata, Hirotaka James Okano, Tkahiro Higuchi, Kazuki Fukuchi
  • 雑誌名: Magnetic Resonance Imaging 巻: 62 ページ: 214-219
  • DOI: DOI: 10.1016/j.mri.2019.07.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuity between koniocellular layers of dorsal lateral geniculate and inferior pulvinar nuclei in common marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Bing-Xing Huo, Natalie Zeater, Meng Kuan Lin, Yeonsook S. Takahashi, Mitsutoshi Hanada, Jaimi Nagashima, Brian C. Lee, Junichi Hata, Ulrike Grnert, Michael I. Miller, Marcello G.P. Rosa, Hideyuki Okano, Paul R. Martin, Partha P. Mitra
  • 雑誌名: Eur J Neurosci. 巻: 50(12) ページ: 4004-4017
  • DOI: doi: 10.1111/ejn.14529
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Visualization of Aquaporin 4 using Time-dependent Diffusion MRI in Mouse Skeletal Muscle (2019)
  • 著者名/発表者名: Hata, Junichi Obata, Takayuki Tachibana, Yasuhiko Haga, Yawara Mizumura, Mai Nakashima, Daisuke Sera, Yasushi Nakamura, Masaya Okano, Hideyuki
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Voxel-Based Meta-Analysis of Mutant a-Synuclein transgenic Marmoset using Multiparametric MRI (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizumura, Mai Seki, Fumiko Hata, Junichi Haga, Yawara Nishio, Marin Okano, Hideyuki Furukawa, Akira
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] The novel visualization technique of fast and slow muscle fibers using q-space imaging: Clinical study (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakashima, Daisuke Hata, Junichi Sera, Yasushi Nagura, Takeo Matsumoto, Morio Okano, Hideyuki Nakamura, Masaya
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Structural and Functional Characteristics of the Common Marmoset Brain Assessed Using Connectome Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Haga, Yawara Hata, Junichi Seki, Fumiko Uematsu, Akiko Mizumura, Mai Kaneko, Takaaki Okano, Hideyuki Furukawa, Akira
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Brain Development in Non-human Primates Assessed with Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Iida, Mayu Hata, Junichi Nishio, Marin Seki, Fumiko Haga, Yawara Sasaki, Erika Shirakawa, Takako
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of Isoflurane on Brain Functional Connectivity in Common Marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi, Naoki Hata, Junichi Haga, Yawara Muta, Kanako Yachida, Koya Terawaki, Koshiro Okano, Hirotaka Okano, Hideyuki Furukawa, Akira
  • 学会等名: International Society of Magnetic Resonance in Medicine 27th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Myelin Mapping by multi-shell q-space diffusion MRI : A cross-sectional study in adolescence (2019)
  • 著者名/発表者名: Kousaku Saotome, Junichi Hata, Naohiro Okada, Yuko Nakamura, Akiko Uematsu, Hideyuki Okano, Kiyoto Kasai, Shinsuke Koike
  • 学会等名: 2019 The Organization for Human Brain Mapping Annual Meeting, June 9-13, 2019, Rome Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Early Structural Brain Development in Common Marmosets (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiko Uematsu, Junichi Hata, Makoto Fukushima, Ayako Murayama, Noriyuki Kishi, Hideyuki Okano
  • 学会等名: 2019 The Organization for Human Brain Mapping Annual Meeting, June 9-13, 2019, Rome Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Advanced MRI to Evaluate Remyelination in Pediatric Multiple Sclerosis by Q-Space Myelin Map - an exploratory study (2019)
  • 著者名/発表者名: D.K. Sato, R. Canani Sommer, B. Klein da Costa, J. Becker, J. Hata, J. Nakahara
  • 学会等名: 35th Congress of the European Committee for Treatment and Research in Multiple Sclerosis (ECTRIMS) 2019
  • 国際学会
• [学会発表] q-Space Myelin Map imaging for longitudinal analysis of remyelination in multiple sclerosis patients treated with dimethyl fumarate (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Kufukihara, M. Tanikawa, J. Hata, S. Suzuki, K. Fujiyoshi, H. Fujiwara, M. Jinzaki, M. Nakamura, H. Okano, J. Nakahara
  • 学会等名: 12th Congress of Pan-Asian Committee on Treatment and Research in Multiple Sclerosis (PACTRIMS)
  • 国際学会
• [学会発表] Detecting mild fatigue of lower-limb skeletal muscle using stimulated echo in Q-Space Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Sone, J Hata, D. Nakashima, H. J. Okano
  • 学会等名: 105th The Radiological Society of North America（RSNA）
  • 国際学会
• [図書] 別冊整形外科 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中島 大輔, 藤田 順之, 畑 純一, 松本 守雄, 中村 雅也
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 南江堂