毒性試験の高感度化・効率化を目指したMITAシステムの構築と実践

2024 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22K18425
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 池中 良徳 北海道大学, One Healthリサーチセンター, 教授 (40543509)
• 研究分担者: 野見山 桂 愛媛大学, 沿岸環境科学研究センター, 准教授 (30512686) ; 新間 秀一 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30515896) ; 杉尾 翔太 名古屋大学, 医学系研究科, 助教 (30825344) ; 石塚 真由美 北海道大学, 獣医学研究院, 教授 (50332474) ; 江口 哲史 千葉大学, 予防医学センター, 講師 (70595826) ; 中山 翔太 北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (90647629) ; 星 信彦 神戸大学, 農学研究科, 名誉教授 (10209223) ; 平野 哲史 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 助教 (70804590)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2025-03-31
• キーワード: MITAシステム / in vivoイメージング / マイクロCT / 2光子顕微鏡 / メタボローム

研究実績の概要

本研究では、化学物質による「シグナル毒性」に着目し、従来の毒性試験では検出が困難であった脳機能ネットワークや代謝経路の攪乱を、高感度かつ連続的に検出・定量する新たな毒性評価手法として、MITA（Multi Imaging Toxicity Assay）システムの構築と実証に取り組んだ。
研究期間を通じて、マイクロCT・PET-CT・二光子顕微鏡などのライブイメージング技術を活用し、個体内での臓器機能や代謝異常を非侵襲的かつ時系列で観察可能な環境を整備した。さらに、Mass Spectrometry Imaging（iMET）やLC/Q-TOF/MSによるノンターゲット・超高感度定量・イメージング型の3種のメタボロミクス解析を統合し、表現型変化を代謝レベルで定量的に捉える体制を構築した。
モデル化合物としてDDEを用いた検証実験では、脳を含む各臓器でのメタボライト変動を解析し、Glycine、L-Proline、9-Octadecenoic acidなどの有意変動物質を同定。PPARα経路との関連が示唆され、脂質代謝の攪乱がシグナル毒性の一因である可能性が明らかとなった。さらに、Agilent 6546 LC/Q-TOF/MSの導入により、用量依存性や組織特異性を含むバイオマーカープロファイルの信頼性が向上した。
最終年度にはMITAシステムを統合運用し、化学物質曝露による中枢および代謝系の影響を、ライブイメージングとメタボロームの双方から多層的に評価することに成功。得られた多次元データを用いた機械学習解析により、Adverse Outcome Pathway（AOP）に基づく毒性パターンのグルーピングにも着手した。

研究成果

• [国際共同研究] タマサート大学/カセサート大学(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: タマサート大学/カセサート大学
• [雑誌論文] No-observed-adverse-effect-level (NOAEL) clothianidin, a neonicotinoid pesticide, impairs hippocampal memory and motor learning associated with alteration of gene expression in cerebellum. (2024)
  • 著者名/発表者名: Yukako Hara Asuka Shoda Sakura Yonoichi Yuya Ishida Midori Murata Mako Kimura Makiko Ito Sarika Nunobiki Ayano Yoshimoto Youhei Mantani Toshifumi Yokoyama Tetsushi Hirano Yoshinori Ikenaka Yoshiaki Tabuchi Nobuhiko Hoshi
  • 雑誌名: The Journal of veterinary medical science 巻: 86 ページ: 340-348
  • DOI: 10.1292/jvms.23-0516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of clothianidin exposure at the no-observed-adverse-effect level (NOAEL) in a mouse model of atopic dermatitis. (2024)
  • 著者名/発表者名: Yuya Ishida Sakura Yonoichi Yukako Hara Asuka Shoda Mako Kimura Midori Murata Makiko Ito Sarika Nunobiki Ayano Yoshimoto Youhei Mantani Toshifumi Yokoyama Tetsushi Hirano Eiko Matsuo Yoshinori Ikenaka Nobuhiko Hoshi
  • 雑誌名: The Journal of veterinary medical science 巻: 86 ページ: 333-339
  • DOI: 10.1292/jvms.23-0515
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of exposure to the neonicotinoid pesticide clothianidin on α-defensin secretion and gut microbiota in mice. (2024)
  • 著者名/発表者名: Sakura Yonoichi Yukako Hara Yuya Ishida Asuka Shoda Mako Kimura Midori Murata Sarika Nunobiki Makiko Ito Ayano Yoshimoto Youhei Mantani Toshifumi Yokoyama Tetsushi Hirano Yoshinori Ikenaka Yuki Yokoi Tokiyoshi Ayabe Kiminori Nakamura Nobuhiko Hoshi
  • 雑誌名: The Journal of veterinary medical science 巻: 86 ページ: 277-284
  • DOI: 10.1292/jvms.23-0514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of exposure to the neonicotinoid pesticide clothianidin on mouse intestinal microbiota under unpredictable environmental stress. (2024)
  • 著者名/発表者名: Sakura Yonoichi Tetsushi Hirano Yukako Hara Yuya Ishida Asuka Shoda Mako Kimura Midori Murata Youhei Mantani Toshifumi Yokoyama Yoshinori Ikenaka Nobuhiko Hoshi
  • 雑誌名: Toxicology and applied pharmacology 巻: 482 ページ: 116795-116795
  • DOI: 10.1016/j.taap.2023.116795
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of brain monoamines in acetamiprid-induced anxiety-like behavior. (2024)
  • 著者名/発表者名: Anri Hirai Chitoku Toda Yared Beyene Yohannes Nimako Collins Mai Tamba Kei Nomiyama Akifumi Eguchi Nobuhiko Hoshi Tetsushi Hirano Shouta M M Nakayama Mayumi Ishizuka Yoshinori Ikenaka
  • 雑誌名: Toxicology 巻: 505 ページ: 153839-153839
  • DOI: 10.1016/j.tox.2024.153839
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantification of the tissue distribution and accumulation of the neonicotinoid pesticide clothianidin and its metabolites in maternal and fetal mice. (2024)
  • 著者名/発表者名: Tetsushi Hirano Shuji Ohno Yoshinori Ikenaka Kanoko Onaru Shizuka Kubo Yuka Miyata Mizuki Maeda Youhei Mantani Toshifumi Yokoyama Collins Nimako Yared Beyene Yohannes Shouta M M Nakayama Mayumi Ishizuka Nobuhiko Hoshi
  • 雑誌名: Toxicology and applied pharmacology 巻: 484 ページ: 116847-116847
  • DOI: 10.1016/j.taap.2024.116847
  • 査読あり
• [学会発表] Non-target metabolomics analysis of the mouse brain following neonicotinoid administration using LC/Q-TOF/MS (2024)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Koike, Anri Hirai, Kei Nomiyama, Akifumi Eguchi, Nobuhiko Hoshi, Tetsushi Hirano, Collins Nimako, Yared Beyene, Mai Tamba, Shouta M.M. Nakayama, Mayumi Ishizuka, Yoshinori Ikenaka.
  • 学会等名: 20th annual conference of the metabolomics society Metabolomics
  • 国際学会
• [学会発表] LC/Q-TOF/MS を用いたネオニコチノイド投与マウス脳のノンターゲットメタボロミクス分析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 小池 智也, 平井 杏梨, 野見山 桂, 江口 哲史, 星 信彦, 平野 哲史, Collins Nimako, Yared Beyene, 丹場 舞, 中山 翔太, 石塚 真由美, 池中 良徳
  • 学会等名: 第3回環境化学物質合同大会
• [学会発表] Detecting disease with mass spectrometry-Case studies and future prospects-~Mainly focus on neurotoxicity due to insecticide exposure~ (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori IKENAKA
  • 学会等名: Asian Pacific Society of Prion Resrearch
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Challenge of Evaluating Neurotoxicity Using High-Resolution Mass Spectrometry (2024)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori IKENAKA
  • 学会等名: 内分泌かく乱化学物質学会
• [学会発表] 化学物質による脳機能攪乱の高度検出に向けた取り組み～ネオニコチノイド投与による不安様行動と脳内モノアミンの関連性～ (2024)
  • 著者名/発表者名: 池中良徳
  • 学会等名: 第3回環境化学物質合同大会
• [学会・シンポジウム開催] 8th Chemical Hazard Symposium (2024)