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脳を保護するためにアストロサイトが果たす重要な役割の一つである、細胞外カリウム濃度の過度の上昇を防ぐ「カリウム緩衝機構」の機序の解明と、脳卒中での細胞外カリウム濃度上昇を防止する脳梗塞急性期に用いる新規治療薬の機序の探索が、本研究の目的であった。まず、アストロサイトに存在してカリウム緩衝機構に関係すると現在考えられているイオンチャネルやトランスポーターなどのモデル化を行った。構築した個別のモデルを統合し、細胞レベルのアストロサイトモデルを構築した。次に、アストロサイトモデルの改良と計算結果の確認のために、フローサイトメトリーによるアストロサイトの体積変化の計測を行った。4週齢のラットよりアストロサイトを初代培養し、細胞外のカリウム濃度を上昇させた時の細胞膨張を計測した。この計算と計測では、細胞外カリウム濃度の上昇に依存して、アストロサイトが膨張することが確認できた。モデルと実験の両方で、細胞外カリウム濃度の上昇と同時にBumetanideを投入すると、この膨張をある程度抑えることができた。一方、フローサイトメトリ―により得られた細胞の表面積などの実験データをモデルにフィードバックすることでモデルの改良も行った。この改良モデルで解析を行うことで、様々な状況でのカリウム緩衝機構の機序の解明ができた。さらに、アストロサイトに存在するpHに関連したトランスポーターと重炭酸緩衝系のモデルを構築し、アストロサイトモデルに追加して、pHに対応したアストロサイトモデルも構築した。この導入により、アストロサイトにおけるpHの回復や細胞外高カリウム濃度適用時のアストロサイト特有なpHの挙動などを検討した。
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