2020 Fiscal Year Annual Research Report
薬理的神経制御を用いた新たな脳卒中運動療法の開発に対する生体脳イメージングの応用
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20H04048
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
前島 洋 北海道大学, 保健科学研究院, 教授 (60314746)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾崎 倫孝 北海道大学, 保健科学研究院, 教授 (80256510)
芳賀 早苗 北海道大学, 保健科学研究院, 特任講師 (60706505)
高松 泰行 北海道大学, 保健科学研究院, 助教 (40802096)
榊間 春利 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (10325780)
真先 敏弘 帝京科学大学, 医学教育センター, 教授 (00585028)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リハビリテーション / 脳卒中 / 神経栄養因子 / 運動療法 / 生体イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はまず、偽手術によるSHAM群と脳出血を誘導するICH群の2群を設け、脳出血後の大脳皮質における神経栄養因子発現の特徴について検証を行った。脳出血後4週目に採取した損傷側および非損傷側半球の大脳皮質運動野の生化学的解析を行ったところ、各群の脳由来神経栄養因子（Brain-derived neurotrophic factor：BDNF）発現量に有意な変化は認められなかった。一方で、BDNFの半球間発現比や行動学機能障害との関係性は各群で異なる特徴が認められ、脳出血後の潜在的な可塑的変化を示唆する所見が得られた。
続いて、シナプス外GABA受容体の薬理的阻害による神経活動への影響を検証するため、シナプス外GABA受容体に主要なα5サブユニットに着目し、その選択的阻害薬L-655,708の投与効果を検証した。健常ラットを対象にL-655,708を単回投与したところ、投与群では自発的活動性や大脳皮質における神経活動マーカー（c-Fos mRNA）の遺伝子発現の増強が認められた。したがって、中枢神経系の易興奮性修飾に対するL-655,708投与による中枢性コンディショニングについて肯定的な所見を得た。
ここまでの結果を基に、脳出血モデル動物に対する介入実験を行った。偽手術のみを施す群に加え、脳出血後の運動介入と薬剤投与の2要因に基づく計5群のラットを対象に、脳出血後1週目から4週目までの3週間の期間で各介入を行った。行動評価の結果、薬理介入と運動介入を併用した群のみ、介入を行わなかった群と比較し運動機能障害の有意な改善が認められた。これらの所見から、シナプス外GABA受容体を特異的に阻害する薬理的コンディショニングは、脳卒中後運動療法の機能回復効果を増強する可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度においてステレオタキシックシステムを導入した脳出血モデルの安定的な作成が可能となり、同モデルを用いたGABA受容α5サブユニットの選択的阻害薬L-655,708の投与とトレッドミル運動による機能回復への効果について行動評価に基づく相乗的な効果を示唆する所見を得た。以上より本研究の採取的な目的に対して肯定的な所見を得ることにより、今後の背景因子の精査を進める方向性の妥当性を確認するに至り、当初目標に対する一定の成果を得た。一方、研究分担者との共同実験を必要とする脳におけるBDNF発現の生体イメージング実験の進行に関しては、当初予定として、BDNFのシグナル応答プロモーター領域に発光ルシフェラーゼ遺伝子をインサートしたAAVベクターを用いて脳領域への遺伝子導入に基づく実験を予定した。しかし、新型コロナウィルス対応により研究分担者との共同実験によるプローブ作成が困難となり、代替的かつ発展的に同様の遺伝子特性を有するBDNF-Luc Tgマウスを用いて目的のBDNF発現に関する生体脳イメージング実験をすることに研究計画を修正した。このため、生体脳イメージング実験については次年度に繰り越すこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに脳出血モデル動物において確認された所見として、トレッドミル運動、或いはα5サブユニットを含むGABA受容体の特異的阻害薬L-655,708投与の単独介入による脳出血後の運動機能回復は限定的であるが、両者を組み合わせた介入により相乗的な回復効果が生じる所見を得た。本年度は、これらの個体から採取した脳・脊髄サンプルの解析を進め、併用介入群に生じた可塑性修飾について検証を進める。大脳皮質運動野におけるBDNFを含む可塑的液性因子発現の修飾に加えて、シナプスや軸索の可塑性に関与する分子マーカーの修飾についても広く検証し、特に併用介入群の効果的な機能回復における中枢神経系の可塑的修飾について注視する。
一方、脳におけるBDNF発現の生体イメージング計測を目的に、BDNFのプロモーター域に蛍発光酵素Luciferase遺伝子を挿入したBDNF-Luc Tgマウスを繁殖、飼育する。このTgマウスを対象に脳深部の発光の検知を可能とする発光基質を腹腔内投与後、脳領域の発光を運動介入後に経時的に定量する一連の手法を開発する。この生体脳イメージングの手法を用いて、トレッドミル運動がBDNF発現に与える効果について経時的な検証を進める。特に１個体における経時的な遺伝子発現の観察を可能とする生体イメージングを有効に活用する。更に、これまでラットを用いて開発したステレオタキシックシステムによるコラゲナーゼ微量注入に基づく脳出血術をTgマウスに対して施行し、同マウスにおける生体脳イメージング法を開発し、特異的阻害薬L-655,708投与に基づく運動療法が脳領域のBDNF発現に与える効果について生体脳イメージングを用いて検証を進める。
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Research Products
(3 results)
