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2013 年度 実施状況報告書

成長過程における神経・グリア・血管の連携メカニズムの獲得とその神経修飾作用の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25750400
研究種目

若手研究(B)

研究機関電気通信大学

研究代表者

正本 和人  電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (60455384)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード神経血管連関 / 光イメージング / 脳微小循環 / 血流計測 / 神経活動 / 糖代謝
研究概要

本年度は、成長期のマウス大脳において、神経賦活に伴う血管拡張反応である、神経血管連関の獲得時期を明らかにすることを主目的に研究を行った。まず、神経血管連関を評価するための定量的指標として、これまでに蛍光標識グルコースを用いた神経代謝の評価と脳表血管における血流速度の画像化について解析手法の検討を行い、それぞれ日本機械学会バイオエンジニアリング部門講演会や国際学会ISOTTで、その成果について発表を行った。
一方、神経賦活を伴わない血管反応の誘発手法として、あらたに光遺伝学による光誘発性の脳血流上昇モデルについて検討し、その成果については日本脳循環代謝学会で論文発表を行った。現在サポートデータを取得しつつ、論文執筆を進めている。
また、血管反応の指標の一つとして、成体マウス大脳において血管の新生を捉えることに成功した。本成果は、脳循環代謝分野での国際誌であるjourna of cerebral blood flow and metabolismに掲載された。また、このときの血管変化を画像データに基いて定量化するためのソフトウエアを構築し、国際誌AdvExpMedBiolに発表した。これらの定量イメージング・画像解析技術については、引き続き精度を高めるために次年度も検討を重ねる。
一方、本年度に予定していた幼児期のマウスを用いた実験は計画より遅れている。その主たる理由は、マウスのウイルス感染事故のため、全処分と実験室のクリーンアップにより、3ヶ月実験が停止している。本研究では、さまざまな蛍光タンパクを発現させた遺伝子組み換えマウスを用いているため、実験再開に向けた繁殖・交配を急ぎ進めている。

現在までの達成度 (区分)
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

神経・グリア・血管連関を評価するための技術開発は順調に進んでおり、得られた成果は順次論文化されている。
神経活動の定量化には、細胞内カルシウムに関するセンサータンパクであるGCaMP3マウスを導入し、繁殖を進めている。感染事故で繁殖計画にも遅れが生じたが、今夏以降に実験の再開が見込まれる。
また、血管反応の可視化には、血管内皮細胞に緑色蛍光タンパク(GFP)を遺伝子組み換え技術で発現させたTie2-GFPマウスを使用しており、血管新生および血管拡張に関するイメージングプロトコルと画像解析法を確立した。さらに毛細血管を含めた血管ネットワーク全体を評価するためのソフトウエアの開発が必要である。
そして、血管内を流れる血流、および血管から神経に輸送される糖の輸送動態に関しても、画像解析による評価手法の実証を終えることができた。

今後の研究の推進方策

1.幼児期のマウスを導入し、これまでに確立した手法によって神経・グリア・血管の機能を評価する。
2.対象群を評価し上で、血流反応を阻害した条件化で同様の実験を繰り返し、血流反応の神経科学的意義について明らかにする。

次年度の研究費の使用計画

技術開発に関する研究計画が順調に進み、予定よりも早い段階で国際学会及び国内学会での論文発表に結びつく成果が得られた。そこで、これらの旅費を支出するために、次年度より800千円前倒し請求を行った。しかし、その後、国外への出張に関して学内での競争的研究資金の獲得が成功したため、584,515円の繰越が生じた。
糖の輸送解析及び血流速度の画像化に関する研究テーマでは、長期継続観察が可能か、引き続き実験データの蓄積が必要である。このデータ収集のために1人平均週に1度の実験で8ヶ月間の実験補助を想定する。次に、血管反応性を阻害した状況下で、マウスの行動実験および神経活動の評価を行う。
血管反応の抑制に関しては、当初薬理的手法を想定していたがより精度高く狙った細胞を
特異的に阻害するために、本年度は光遺伝学の手法についても検討する。これまでにまとまったデータに関しては、随時並行して論文化を進める。ほか、英文校正料、投稿費用、及び別刷印刷代で年間5本の論文投稿にかかる費用を計上する。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Automated image analysis for diameters and branching points of cerebral penetrating arteries and veins captured with two-photon microscopy.2014

    • 著者名/発表者名
      T, Yoshihara K, Kawaguchi H, Takuwa H, Ito H, Kanno I, Yamada Y, Masamoto K.
    • 雑誌名

      Adv Exp Med Biol

      巻: 812 ページ: 209-215

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Vessel specific imaging of glucose transfer with fluorescent glucose analogue in anesthetized mouse cortex.2014

    • 著者名/発表者名
      Murata R, Takada Y, Takuwa H, Kawaguchi H, Ito H, Kanno I, Tottori N, Yamada Y, Tomita Y, Itoh Y, Suzuki N, Yamada K, Masamoto K
    • 雑誌名

      Adv Exp Med Biol

      巻: 812 ページ: 241-246

    • DOI

      doi: 10.1007/978-1-4939-0620-8_32.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microvascular sprouting, extension, and creation of new capillary connections with adaptation of the neighboring astrocytes in adult mouse cortex under chronic hypoxia.2014

    • 著者名/発表者名
      Masamoto K, Takuwa H, Seki C, Taniguchi J, Itoh Y, Tomita Y, Toriumi H, Unekawa M, Kawaguchi H, Ito H, Suzuki N, Kanno I
    • 雑誌名

      J Cereb Blood Flow Metab

      巻: 34 ページ: 325-331

    • DOI

      doi: 10.1038/jcbfm.2013.201.

    • 査読あり
  • [学会発表] Astrocytic adaptation during cerebral angiogenesis follows the new vessel formation induced through chronic hypoxia in adult mouse cortex.2014

    • 著者名/発表者名
      K. Masamoto, and I. Kanno.
    • 学会等名
      SPIE Photonics West, Biomedical Optics Conference
    • 発表場所
      The Moscone Center, San Francisco, CA, USA
    • 年月日
      20140201-20140206
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体二光子顕微鏡法によって撮像したマウス脳アストロサイトに関する形態的特徴量の抽出2014

    • 著者名/発表者名
      前田裕昭,須貸拓馬,佐藤 匡,関口優太,川口拓之,田桑弘之,伊藤 浩,菅野 巖,宮脇陽一,正本和人
    • 学会等名
      日本機械学会第26回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      20140109-20140111
  • [学会発表] 蛍光輝度-時間曲線を用いたマウス脳表血管血流速度画像法の開発2014

    • 著者名/発表者名
      星川 椋,須貸拓馬,川口拓之,田桑弘之,伊藤 浩,菅野 巖,正本和人
    • 学会等名
      日本機械学会第26回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      20140109-20140111
  • [学会発表] 蛍光標識グルコースを用いたマウス大脳におけるグルコースの取り込みに関する動態解析2014

    • 著者名/発表者名
      鳥取直友,村田 澪,高田優季,田桑弘之,川口拓之,伊藤 浩,菅野 巖,山田幸生,山田勝也,正本和人
    • 学会等名
      日本機械学会第26回バイオエンジニアリング講演会
    • 発表場所
      東北大学
    • 年月日
      20140109-20140111
  • [学会発表] Optogeneticsを用いたアストロサイト賦活による脳血流反応2013

    • 著者名/発表者名
      渡部竜志,正本和人,畝川美悠紀,鳥海春樹,谷口順子,田桑弘之,川口拓之,伊藤 浩,菅野 巖,松井 広,田中謙二,冨田 裕,鈴木則宏
    • 学会等名
      第25回日本脳循環代謝学会総会
    • 発表場所
      京王プラザホテル札幌
    • 年月日
      20131101-20131102
  • [学会発表] マウス大脳虚血辺縁部における脳微小血管とアストロサイトの時空間展開:永久閉塞と再灌流モデルでの比較2013

    • 著者名/発表者名
      正本和人,安部貴人,田桑弘之,鳥海春樹,冨田裕,畝川美悠紀,伊藤義彰,谷口順子,田島洋佑,川口拓之,伊藤 浩,鈴木則宏,菅野 巖
    • 学会等名
      第25回日本脳循環代謝学会総会
    • 発表場所
      京王プラザホテル札幌
    • 年月日
      20131101-20131102
  • [学会発表] 慢性的な低酸素負荷に対する脳微小血管の可塑性2013

    • 著者名/発表者名
      正本和人,菅野巖
    • 学会等名
      第17回酸素ダイナミクス研究会
    • 発表場所
      弘前大学
    • 年月日
      20130803-20130804
  • [学会発表] マウス大脳皮質微小血管に関する二光子顕微鏡画像の半自動定量解析2013

    • 著者名/発表者名
      須貸拓馬,吉原光一,前田裕昭,菅野 巖,伊藤 浩,山田幸生,正本和人
    • 学会等名
      第17回酸素ダイナミクス研究会
    • 発表場所
      弘前大学
    • 年月日
      20130803-20130804
  • [学会発表] NIRSの信号原理を支える神経血管ップリング2013

    • 著者名/発表者名
      正本和人,菅野巖
    • 学会等名
      第15回日本ヒト脳機能マッピング学会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      20130705-20130706
    • 招待講演
  • [学会発表] Cortical depth-dependent morphology of cerebral microvasculature revealed with automated image analysis of two-photon microscopic data.2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sugashi, K. Yoshihara, H. Kawaguchi, H. Takuwa, H. Ito, I. Kanno, Y. Yamada, K. Masamoto.
    • 学会等名
      The 41st Annual meeting of ISOTT
    • 発表場所
      Hanover, NH, USA
    • 年月日
      20130624-20130628
  • [学会発表] Cellular-scale imaging of glucose transfer in cerebral microvasculature with fluorescent glucose analogue in anesthetized mouse cortex.2013

    • 著者名/発表者名
      R. Murata, Y. Takada, H. Takuwa, H. Kawaguchi, H. Ito, I. Kanno, N. Tottori, Y. Yamada, Y. Tomita, Y. Itoh, N. Suzuki, K. Yamada, K. Masamoto.
    • 学会等名
      The 41st Annual meeting of ISOTT
    • 発表場所
      Hanover, NH, USA
    • 年月日
      20130624-20130628
  • [学会発表] 覚醒マウス脳表における神経活動および脳血流変化の同時計測システムの構築

    • 著者名/発表者名
      田桑弘之, 西野明日香,川口拓之,正本和人,松浦哲也,菅野 巖,伊藤 浩
    • 学会等名
      第2回ニューロフォトニクス研究会
    • 発表場所
      ホテルグランドヒル市ヶ谷
  • [学会発表] (特別講演)NIRSの基礎となる神経血管カップリング:脳活動時の酸素ダイナミクスと血管反応

    • 著者名/発表者名
      正本和人,菅野巖
    • 学会等名
      第20回医用近赤外線分光法研究会
    • 発表場所
      東京ステーションコンファレンス
    • 招待講演
  • [学会発表] (特別講演)脳の神経活動時の微小循環ダイナミクス解析

    • 著者名/発表者名
      正本和人
    • 学会等名
      第27回呼吸研究会
    • 発表場所
      電気通信大学
    • 招待講演
  • [学会発表] Microscopic optical imaging of neurovascular coupling dynamics

    • 著者名/発表者名
      正本和人,菅野巖
    • 学会等名
      計測自動制御学会ライフエンジニアリング部門シンポジウム
    • 発表場所
      慶應義塾大学

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公開日: 2015-05-28  

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