細胞の微細構造と拡散モデル式との相関

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K11674
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 佐々木 美穂 長崎大学, 病院(歯学系), 助教 (10437874)
• 研究分担者: 佛坂 由可 長崎大学, 病院(歯学系), 講師 (10244089) ; 中村 卓 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 客員研究員 (30172406) ; 高木 幸則 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 助教 (30295084) ; 片山 郁夫 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 助教 (80295089) ; 榮田 智 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 助教 (80325662) ; 角 美佐 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 教授 (90284702)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 拡散強調撮像 / MRI

研究実績の概要

本研究は、細胞の微細構造と細胞内/外の拡散係数を明らかにし、多彩な生命現象に伴う核や細胞内小器官の変化を2次元、3次元的に捉えるための基礎を構築し、理論的モデルの構築を目指すことを目的としている。研究初年度には、培養細胞を用いて拡散強調撮像を行い、得られた信号強度データを大小の異なる複数の拡散係数に分離する事ができる多項指数関数近似法を構築した。その結果、培養細胞は4又は5項指数関数近似で細胞内拡散係数を区別することができると推定された。次年度はこの方法を用いて培養細胞から抽出した核、クロマチン、DNA、organella membrane、plasma membraneのそれぞれの成分毎の拡散強調撮像を行い、初年度に構築した多項指数関数近似法を用いて、それぞれの細胞分画成分の拡散係数を求めた。その結果、クロマチン、DNA、organella membrane、plasma membraneの実験的拡散係数を推定することができた。
最終年度は前年度までの結果を基に生体に近い実験系での評価を試みた。まず、マウスより摘出した脳組織を用いてMRI撮像実験を試みたが、拡散強調MRI撮像時に振動の影響を受ける為、得られる信号が安定せず大きくばらつき、大小の拡散係数に分離することができなかった。
そこで、次に健常人ボランティアを用いて脳の拡散強調MRI撮像を試みた（長崎大学大学院医歯薬学総合研究科倫理委員会承認済み：許可番号19010901）。その結果、健常人頭部の拡散強調MRI撮像からは安定したデータを得ることができた。これを解析し、脳の灰白質と白質の拡散係数の分離を試みたところ、細胞内器質や核の内部の拡散係数と考えられる値の小さな拡散係数について、灰白質と白質で差が見られた。以上、今回の一連の研究により細胞の微細構造を拡散係数という観点から評価する事が可能であると考えられた。

研究成果

• [学会発表] 3テスラ超高b値拡散強調MRIを用いた細胞内拡散係数の推定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐々木美穂、佛坂由可
  • 学会等名: 第75回NPO法人日本口腔科学会学術集会