Developement of detection and analysis of brain circuit E/I imbalance induced by chemical exposure using membrane potential imaging

使用膜电位成像检测和分析化学暴露引起的脑回路 E/I 失衡的进展

• 批准号: 21H03606
• 负责人: 冨永 貴志
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Tokushima Bunri University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03606/
• 关键词: 膜電位イメージング; 遅発毒性; E/Iバランス; 海馬; 神経回路; 膜電位感受性色素; 遅発神経毒性; ビスフェノールA; 過興奮; 前帯状皮質; GEVI; 神経回路毒性

環境中の化学物質による遅発性の脳機能障害の早期の網羅的検出方法の確立を目標としている。 検出法として膜電位イメージング法を用い、神経回路の興奮(E)・抑制(I)への過剰な傾き(E/I 不均衡, E/I imbalance)を定量する手法を確立しようとしている。試験化学物質としてビスフェノール A(BPA)、 BPA 代替化合物、BPA 関連化合物を用いた。この研究はほぼ終了し、投稿準備中である。この研究を進めている間に問題となったのが、海馬回路の主要な3シナプスをイメージングする際に、刺激電極を移動し、さらには視野を調整して計測するために時間がかかることであった。現在、２台の全く同様に組み立てたイメージングリグを並列して動かすことで１匹のマウスから得られるデータを増やしているが、得られるデータに限りがあった。これを解決するために、光学系を微調整しマウス海馬の全体がちょうど1視野に収まる様に改造するとともに、マイクロマニピュレーターを増設し、さらには刺激回路をマイクロマニピュレーターで切り替えられる装置を作成した。これらのことにより、ほぼ、全自動で1スライスからのデータを取得することができる様になり、実験の精度が格段に上がった。これらのデータは他の病態モデルマウス（脳梗塞モデル）や老齢マウスへの適用で期待通りの効果を上げている。これらのマウスでも、本研究で中心的な課題としている過剰興奮が病態の中心的な役割を果たしていることを明らかにしつつある。BPA類の影響に関しては、現在、胎生期から離乳までの発生発達期の投与の遅発影響を定量しようとしている。原著論文は6件で、内1件はバルプロ酸暴露動物の検証、2件は毒性分野の論文である。学会発表は16件で内2件は米国ウッズホール海洋生物研究所（MBL)で開催された光計測に関する比較的クローズドなシンポジウムでの発表である。

目标是建立一种早期、全面的方法来检测环境化学物质引起的迟发性脑功能障碍。 使用膜电位成像作为检测方法，我们试图建立一种方法来量化神经回路中过度兴奋（E）和抑制（I）的倾向（E/I不平衡）。双酚 A (BPA)、BPA 替代化合物和 BPA 相关化合物用作测试化学品。这项研究即将完成，目前正在准备提交。在进行这项研究时，我们在对海马回路的三个主要突触进行成像时遇到了问题，这需要时间来移动刺激电极并调整视野来进行测量。目前，他们正在通过运行两个以完全相同的方式并行组装的成像装置来增加从单个小鼠获得的数据量，但可以获得的数据量是有限的。为了解决这个问题，他们对光学系统进行了微调，使整个小鼠海马体可以容纳在一个视野中，添加了一个显微操作器，并创建了一种可以用显微操作器切换刺激电路的装置。结果，几乎完全自动地从单个切片获取数据成为可能，并且实验的准确性显着提高。这些数据应用于其他疾病模型小鼠（脑梗塞模型）和老年小鼠时显示出有希望的结果。越来越明显的是，过度兴奋是这项研究的中心主题，它在这些小鼠的病理学中也起着核心作用。关于 BPA 的影响，我们目前正在尝试量化从胚胎期到断奶的发育期间施用的后期影响。有六篇原创论文，其中一篇研究了暴露于丙戊酸的动物，其中两篇涉及毒性领域。共有16个会议报告，其中两个是在美国伍兹霍尔海洋生物实验室（MBL）举办的相对封闭的光学测量研讨会上发表的。

项目成果

Membrane Potential Imaging with Voltage-sensitive Dye (VSD) for Long-term Recording

使用电压敏感染料 (VSD) 进行膜电位成像以进行长期记录

• DOI: 10.2142/biophys.61.404
• 发表时间: 2021
• 期刊: Seibutsu Butsuri
• 作者: TOMINAGA Takashi;KAJIWARA Riichi;TOMINAGA Yoko
• 通讯作者: TOMINAGA Yoko

Exposure to bisphenol A or its phenolic analogs during early life induces different types of anxiety-like behaviors after maturity in male mice

• DOI: 10.2131/jts.48.211
• 发表时间: 2023-01-01
• 期刊: JOURNAL OF TOXICOLOGICAL SCIENCES
• 影响因子: 2
• 作者: Sasakil，Takahiro;Saitoz，Hirokatsu;Tanemura，Kentaro
• 通讯作者: Tanemura，Kentaro

Cortical oscillations in entorhinal and perirhinal cortices imaged with voltage-sensitive dye in slice preparations of mice

使用电压敏感染料在小鼠切片制剂中成像的内嗅和鼻周皮质的皮质振荡

• 发表时间: 2021
• 作者: 冨永貴志;冨永洋子;梶原利一
• 通讯作者: 梶原利一

電位感受性色素（VSD）による全神経回路活動計測の開発：海馬スライス標本へのビスフェノールA関連物質の急性投与

使用电压敏感染料（VSD）进行全神经回路活动测量的开发：将双酚A相关物质急性施用到海马切片制剂中

• 发表时间: 2021
• 作者: 冨永 貴志;竹歳 麻紀子;種村 健太郎;冨永 洋子
• 通讯作者: 冨永 洋子

バクロフェンはラット体性感覚野におけるカフェイン依存性神経オシレーションを弱化する

巴氯芬减弱大鼠体感皮层咖啡因依赖性神经元振荡

• 发表时间: 2022
• 作者: 金山 宏幸1,2;福田 嵩子1;冨永 貴志3;冨永 洋子3;加藤 伸郎4;吉村 弘
• 通讯作者: 吉村 弘