プラズマ照射による中枢神経組織・細胞制御と機能再生

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Plasma medical innovation
• Project/Area Number: 15H00905
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 片岡 洋祐 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, チームリーダー (40291033)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: プラズマ / 中枢神経 / 大脳皮質 / 前駆細胞 / 再生

Outline of Annual Research Achievements

プラズマは光・電子・イオン・ラジカルの集団で、生体分子や組織と相互作用することが知られ、近年、癌治療や止血等に応用されようとしている。しかしながら、中枢神経組織へのプラズマの作用については報告が少なく、その応用の可能性は未知数である。
われわれは、成熟したラットを対象に、麻酔下に頭頂部頭蓋骨の一部をくも膜を残して除去し、大脳新皮質へ大気圧プラズマ（ヘリウムガス使用）を直接照射して、その後の時間経過に伴う組織構造や出現細胞の変化を追跡した。その結果、プラズマ照射後に大脳皮質内で、前駆細胞マーカー（NG2）陽性のグリア細胞・ミクログリア（Iba-1陽性）・アストロサイト（GFAP陽性）で構築される特徴的な多層構造が形成されることを見出した。また、Ki-67の発現を指標に細胞の増殖活性を観察したところ、プラズマ照射領域において多数の増殖細胞が出現することもわかった。こうした増殖細胞の多くは前駆細胞マーカーであるNG2を発現していたが、グリア前駆細胞のような突起は乏しかった。そこで、こうした多層構造の形成と増殖細胞の出現を基準に、プラズマの照射条件の最適化をおこない、増殖活性の高い細胞を多量に取得する条件を確立した。現在、こうした増殖細胞の由来や性質を調べるとともに、今後、プラズマの再生医療へ向けた実用化を睨みながら、プラズマ照射によって誘導・出現した様々な細胞の分化誘導実験等を実施する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定に沿って研究を進められており、プラズマの照射条件の最適化も実施した。研究に必要な機材も既に調っており、照射条件の最適化によって再現性のよい実験系も確立でき、研究は順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

今後、大気圧プラズマの中枢神経組織の再生医療への実用化を目指すため、プラズマ照射によって誘導される様々な細胞の詳細なキャラクターを解明し、さらに分化誘導実験等を実施する。また、病態モデルにおけるプラズマ照射の効果を確認する。

Research Products

• [Journal Article] 疲労モデル動物における血漿メタボローム解析、およびオルニチン投与による抗疲労研究 (2016)
  • Author(s): 久米慧嗣、大和正典、中野真行、田村泰久、江口麻美、高田孔美、片岡洋祐
  • Journal Title: Medical Science Digest Volume: 42 Pages: 10-14
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fatigue-like behavior following peripheral viral infection is likely triggered by neuroinflammation. (2015)
  • Author(s): Yamato, M. and Kataoka, Y.
  • Journal Title: Neural Regen. Res. Volume: 10 Pages: 203-204
  • DOI: 10.4103/1673-5374.152369
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A voxel-based analysis of brain activity in high-order trigeminal pathway in the rat induced by cortical spreading depression. (2015)
  • Author(s): Cui, Y., Toyoda, H., Sako, T., Onoe, K., Hayashinaka, E., Wada, Y., Yokoyama, C., Onoe, H., Kataoka, Y.
  • Journal Title: NeuroImage Volume: 108 Pages: 17-22
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2014.12.047.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Potential biomarkers of fatigue identified by plasma metabolome analysis in rats. (2015)
  • Author(s): Kume, S., Yamato, M., Tamura, Y., Jin, G., Nakano, M., Miyashige, Y., Eguchi, A., Ogata, Y., Goda, N., Iwai, K., Yamano, E., Watanabe, Y., Soga, T., and Kataoka, Y.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 10 Pages: e0120106
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0120106.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transgenic mouse model for imaging of interleukin-1β-related inflammation in vivo. (2015)
  • Author(s): Iwawaki, T., Akai, R., Oikawa, D., Toyoshima, T., Yoshino, M., Suzuki, M., Takeda, N., Ishikawa, T., Kataoka, Y., and Yamamura, K.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 5 Pages: 17205
  • DOI: 10.1038/srep17205
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Fusion of plasma membrane between NG2-expressing progenitor cells and neurons in the cerebral cortex of rats. (2015)
  • Author(s): Maeda, M., Eguchi, A., Tamura, Y., Hasebe, Y., Suga, M., and Kataoka, Y.
  • Organizer: East-asia microscopy conference
  • Place of Presentation: The Himeji Chamber of Commerce and Industry (HCCI), Himeji, Japan
  • Year and Date: 2015-11-24 – 2015-11-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 疲労病態の最近の進展 (2015)
  • Author(s): 片岡洋祐
  • Organizer: 日本ヘモレオロジー学会
  • Place of Presentation: 昭和女子大学、東京都、世田谷区
  • Year and Date: 2015-11-20 – 2015-11-20
  • Invited
• [Presentation] NG2 glial cells suppressed neuroinflammation and supported the survival of hippocampal neurons. (2015)
  • Author(s): Nakano, M., Tamura, Y., Eguchi, A., Yamato, M., Kume, S., Kataoka, Y.
  • Organizer: Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 組織前駆細胞のin vivoイメージングと毛周期モニタリング (2015)
  • Author(s): 田村泰久, 高田孔美、江口麻美、片岡洋祐
  • Organizer: 日本組織細胞化学会
  • Place of Presentation: 関西医科大学、大阪府、枚方市
  • Year and Date: 2015-10-03 – 2015-10-04
  • Invited
• [Presentation] 中枢神経前駆細胞の新しい形態学的特徴と機能 (2015)
  • Author(s): 片岡洋祐、田村泰久, 中野真行, 大和正典, 久米慧嗣, 前田光代
  • Organizer: 日本組織細胞化学会
  • Place of Presentation: 関西医科大学、大阪府、枚方市
  • Year and Date: 2015-10-03 – 2015-10-04
  • Invited
• [Presentation] ラット大脳皮質におけるNG2発現前駆細胞・神経細胞間の細胞膜融合現象 (2015)
  • Author(s): 前田光代, 江口麻美、田村泰久、長谷部祐治、須賀三雄、片岡洋祐
  • Organizer: 日本組織細胞化学会
  • Place of Presentation: 関西医科大学、大阪府、枚方市
  • Year and Date: 2015-10-03 – 2015-10-04
• [Presentation] 疲労負荷動物モデルにおけるメタボローム解析と疲労代謝性肝組織炎症の実証 (2015)
  • Author(s): 久米慧嗣、大和正典、中野真行、江口麻美、田村泰久、片岡洋祐
  • Organizer: 第9回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 三島市民文化会館、静岡県、三島市
  • Year and Date: 2015-10-01 – 2015-10-02
  • Invited
• [Presentation] 疲労病態でみられる代謝変化とオルニチン (2015)
  • Author(s): 片岡洋祐、大和正典、久米慧嗣
  • Organizer: 第1回シトルリン・オルニチン研究会
  • Place of Presentation: サンスカイルーム、東京都、千代田区
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-25
  • Invited
• [Presentation] Neuroinflammation and sensation of fatigue. (2015)
  • Author(s): Kataoka, Y., Nakano, M., Yamato, M., Tamura, Y.
  • Organizer: 第58回日本神経化学会
  • Place of Presentation: 大宮ソニックシティ、埼玉県、さいたま市
  • Year and Date: 2015-09-11 – 2015-09-13
  • Invited
• [Presentation] PET imaging for evaluation of neurogenesis in adult mammalian brain. (2015)
  • Author(s): Tamura, Y., Eguchi, A., Takata, K., Yamato, M., Kume, S., Nakano, M., and Kataoka, Y.
  • Organizer: World Molecular Imaging Congress
  • Place of Presentation: Savannah, USA
  • Year and Date: 2015-09-02 – 2015-09-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Interleukin-1 receptor antagonist attenuates neuronal cell death induced by ablation of NG2 glial cells. (2015)
  • Author(s): 中野真行、田村泰久、江口麻美、大和正典、久米慧嗣、片岡洋祐
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター、兵庫県、神戸市
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] NG2-expressing progenitor cells are involved in the brain immune system. (2015)
  • Author(s): 田村泰久、中野真行、高田孔美、江口麻美、大和正典、久米慧嗣、片岡洋祐
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター、兵庫県、神戸市
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Does deterioration of TCA cycle induce prolonged suppression of locomotor activity by brain neuroinflammation in rats? (2015)
  • Author(s): 大和正典、久米慧嗣、中野真行、田村泰久、江口麻美、片岡洋祐
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター、兵庫県、神戸市
  • Year and Date: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] 疲労負荷動物モデルを利用した疲労の潜在的バイオマーカーの探索研究 (2015)
  • Author(s): 久米慧嗣、大和正典、中野真行、江口麻美、田村泰久、山野恵美、渡辺恭良、曽我朋義、片岡洋祐
  • Organizer: 第11回日本疲労学会
  • Place of Presentation: 山口県総合保健会館、山口県、山口市
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
  • Invited
• [Presentation] 中枢神経炎症の調節メカニズムと疲労 (2015)
  • Author(s): 片岡洋祐、中野真行、大和正典、久米慧嗣、田村泰久
  • Organizer: 第11回日本疲労学会
  • Place of Presentation: 山口県総合保健会館、山口県、山口市
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
  • Invited
• [Presentation] エネルギー代謝の低下に着目した疲労動物モデルにおける脳内神経炎症の関連 (2015)
  • Author(s): 大和正典、久米慧嗣、金光華、中野真行、江口麻美、田村泰久、片岡洋祐
  • Organizer: 第11回日本疲労学会
  • Place of Presentation: 山口県総合保健会館、山口県、山口市
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
• [Presentation] 水浸疲労負荷動物モデルを用いた肝臓での疲労代謝回路および代謝性組織炎症の実証研究 (2015)
  • Author(s): 久米慧嗣、大和正典、中野真行、江口麻美、田村泰久、片岡洋祐
  • Organizer: 第11回日本疲労学会
  • Place of Presentation: 山口県総合保健会館、山口県、山口市
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
• [Presentation] 主観的気分測定および自律神経測定による環境音源の抗疲労効果の評価 (2015)
  • Author(s): 片岡洋祐、久米慧嗣、古澤美香、蛭子杏子、山内綾子、堀洋、渡辺恭良、三ツ橋里香、穐葉慶吾
  • Organizer: 第11回日本疲労学会
  • Place of Presentation: 山口県総合保健会館、山口県、山口市
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16