老化による酸化ストレスリスクファクターのEPRイメージング法による画像化研究

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K07920
• 研究機関: 北海道医療大学
• 研究代表者: 江本 美穂 北海道医療大学, 医療技術学部, 講師 (10578735)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: aging / 酸化ストレス / EPRイメージング / ナイトロオキサイド化合物

研究実績の概要

超高齢社会となっている日本だけでなく、世界中で急速に高齢化の波が押し寄せている。老化は不可逆的な生理現象であり、様々な機能低下を来す事が知られている。申請者はこれまで、マウス脳内において老化によりレドックス状態の不均一性が増大することを見出しており、この事が高齢化による様々な疾患に関与しているのではないかと考えるに至った。
老化による健康に対する影響で言えば、1950年代にHarmanによりThe free radical theory of agingが提唱されたが、その後、様々な研究によりこの仮説が拡大されたり、反証論文が発表されるなど現在でもフリーラジカルや酸化ストレスと老化に関する統一見解は得られていない状況である。また、老化の問題として、最も深刻なものの一つがアルツハイマー病(Alzheimer’s disease:AD)に代表される認知症問題である。平成29年高齢社会白書(内閣府)によると、2025年には65歳以上の高齢者の約5分の1は認知症有病者になる推計があるとされている。
そこで本研究では、酸化ストレスという観点から老齢マウスと若齢マウスとの間にどのような共通点や差異があるのか？という問いを立て、レドックス状態の相対的指標を非侵襲的に画像化できるEPRイメージング法と、in vitroによる複数の脳内酸化ストレスマーカーの情報を統合し、老化により脳内ではどのような変化が起きたのかを明らかにする画像指標(Risk factor map)を作成する事を目的としている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

脳内酸化ストレスの観点から老化がどのような影響を与えるのかを明らかにするために、老齢マウスと若齢マウスとの間にどのような共通点や差異があるのか？という問いを立て、この問いにアプローチすべく研究を行っている。
この目的を達成するために、本研究では老化により脳内レドックス状態がどのように変化するかを明らかにしていく手法として、EPRイメージング法を用いた。脳内レドックス状態を反映するナイトロオキサイド化合物としていくつかの種類の候補、3-methoxycarbonyl 2,2,5,5-tetramethylpirrolidine N-oxyl(MCP),4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl(Tempol), 2,2,6,6-tetramethylpiperidone-N-oxyl(Tempone)などを若年および高齢マウスに投与し、本研究を達成するために最適な条件の検討を行った。

今後の研究の推進方策

脳内レドックス感受性のイメージングプローブとしてのナイトロオキサイドは、反応点周囲の置換基の修飾により酸化還元電位を変化させることができ、構造によりそれぞれ固有の酸化還元電位を持っているため、酸化ストレス感受性が異なる特性がある。過酸化脂質などのROSへの反応性が異なる事が in vitro の検証で明らかなものなど、複数のナイトロオキサイドを用いて、月齢の違いにより、マウス脳内の酸化ストレスによるレドックス状態の変化がどの程度生じるかをこれからも継続して検討する。
また、脳内の酸化ストレスに関与する複数の物質をin vitroで測定し、EPRイメージングで得たレドックス状態との相関を検討する。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた国際学会への参加が大学業務の都合上取りやめとしたことや、プログラムの改良により、データ解析用の補助員のサポートがなくとも解析が出来る様になったため、次年度使用額が生じている。今後は酸化ストレスイメージングで長年研究を行ってきたエキスパートにアドバイスを求める事で、本研究をさらにブラッシュアップしていくために追加の謝金を使用することや必要な実験試薬等を購入し研究を進めていく。

研究成果

• [雑誌論文] Early administration of galantamine from preplaque phase suppresses oxidative stress and improves cognitive behavior in APPswe/PS1dE9 mouse model of Alzheimer's disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito Taro、Hisahara Shin、Iwahara Naotoshi、Emoto Miho C.、Yokokawa Kazuki、Suzuki Hiromi、Manabe Tatsuo、Matsumura Akihiro、Suzuki Syuuichirou、Matsushita Takashi、Kawamata Jun、Sato-Akaba Hideo、Fujii Hirotada G.、Shimohama Shun
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 145 ページ: 20～32
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2019.09.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transplantation of Mesenchymal Stem Cells Improves Amyloid-β Pathology by Modifying Microglial Function and Suppressing Oxidative Stress (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokokawa Kazuki、Iwahara Naotoshi、Hisahara Shin、Emoto Miho C.、Saito Taro、Suzuki Hiromi、Manabe Tatsuo、Matsumura Akihiro、Matsushita Takashi、Suzuki Syuuichirou、Kawamata Jun、Sato-Akaba Hideo、Fujii Hirotada G.、Shimohama Shun
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 72 ページ: 867～884
  • DOI: 10.3233/JAD-190817
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Glutathione and Ascorbic Acid on the Brain Redox Status in Transgenic Mouse Model of Alzheimer’s Disease Evaluated by EPR Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Miho C Emoto, Naoya Hamaue, Hideo Sato-Akaba, Hirotada G Fujii
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 145 ページ: S100～S101
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.10.268
  • 査読あり
• [学会発表] アルツハイマー病モデルマウスを用いた脳内酸化ストレスのイメージング研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 江本美穂
  • 学会等名: 第72回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] Effect of Glutathione and Ascorbic Acid on the Brain Redox Status in Transgenic Mouse Model of Alzheimer’s Disease Evaluated by EPR Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Miho C Emoto, Naoya Hamaue, Hideo Sato-Akaba, Hirotada G Fujii
  • 学会等名: The Society for Redox Biology and Medicine's 26th Annual Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Brain redox imaging using blood-brain barrier-permeable nitroxide probes with different lipophilicity (2019)
  • 著者名/発表者名: Emoto Miho, Sato S, Sato-Akaba H, Fujii H
  • 学会等名: 第47回日本磁気共鳴医学会大会