ヒトアフリカトリパノソーマ症のマウスモデルへの拡散強調多重ボーリASLの適用

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8684 (2023) この記事を引用

186 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ヒトアフリカトリパノソーマ症 (HAT) は、サハラ以南のアフリカで発生した寄生虫症です。この感染時の血液脳関門（BBB）の変化に関する情報は限られています。この研究は、BBB 障害の変化を調べるために拡散強調 ASL (DWASL) を適用した最初の研究です。病気の後期段階で造影MRI（Gd-DTPA）を使用してバリアの完全性の喪失が見られた場合でも、感染中にBBB全体の水交換に大きな変化は見つかりませんでした。さらに、多発性ボリ ASL (mbASL) を使用して、感染過程における脳血流 (CBF) の変化が見つかりました。全体として、この研究は、機能障害の背後にある複雑なメカニズムを理解するために、HAT 感染中の BBB をさらに研究する必要性を強調しています。

アフリカ人トリパノソーマ症 (HAT) は、眠りの病としても知られ、サハラ以南のアフリカで発生した寄生虫症です。この病気は、ツェツェバエの咬傷から広がる寄生原虫トリパノソーマブルーセイガンビエンス (T. b. gambiense) またはブルーセイローデシエンストリパノソーマ (T. b. rhodesiense) の感染によって引き起こされます1。どちらの病気も、診断されずに化学療法で治療されなければ、死に至る可能性があります。 HAT の症例の大部分 (約 97%) は T. b. に由来します。ガンビアンセ、残りの 3% は T. b. によって引き起こされます。ローデシアン。 T.b. ガンビアンスは主に西アフリカで発見され、死ぬまで数年間生存する可能性がありますが、T. b. は死亡するまで数年間生存します。ローデシアンは東アフリカで見られる急性感染症で、数週間から数か月続きます2。この疾患は、感染後の 2 つの段階、つまり初期または血リンパ性段階と、後期または脳炎性段階に分類できます。初期段階では、寄生虫は血液、リンパ節、脾臓、腎臓、肝臓などの主要臓器で増殖します。後期段階は、寄生虫が血液脳関門 (BBB) を通過し、中枢神経系 (CNS) に定着したときに発生します。

血液脳関門は、脳の恒常性を維持し、血液と脳の間の交換を調節することにより、中枢神経系 (CNS) において重要な役割を果たしています3。寄生虫がCNSに侵入する方法は現在完全には理解されていませんが、感染中にトリパノソーマが脳内に存在することが知られています4。脳内のトリパノソーマとバリア障害との関係について研究が行われています 5,6 が、相関関係は見つかっていません。 Philip らによる研究 6 では、感染後期に蛍光色素を使用した局所領域で BBB 障害が増加することが示されましたが、トリパノソーマの存在はこれらの領域と相関していませんでした。 Mulenga らによる別の研究 7 では、BBB とトリパノソーマとの複雑な関係がさらに示されました。 HAT のラットモデルでは、オクルディンと ZO-1 染色は密着結合の完全性に対する損傷を示唆していませんでしたが、脳内でトリパノソーマが検出されました。

病気が後期に入ると神経炎症反応が起こり、マクロファージ、リンパ球、形質細胞などの炎症細胞が存在します。これらの細胞は髄膜に浸潤し、実質血管のさらなる炎症を引き起こし、最終的には脳炎を引き起こします。さらに、アストロサイトとミクログリア細胞の活性化もあります。内皮細胞をサポートする星状細胞は、星状細胞の末端の足にある AQP4 チャネルにより、脳への水の通過を促進します。これらのタンパク質は、脳組織への水の通過に主要な役割を果たしていることがわかっています8,9。

BBB の障害は、脳卒中、がん、アルツハイマー病、多発性硬化症などの多くの主要な神経疾患で見られます。インビボでBBB障害を画像化するための現在のゴールドスタンダードは、造影磁気共鳴画像法（CE-MRI）です。通常はガドリニウム (Gd-DPTA) ベースの造影剤を静脈内注射すると、一連の T1 強調画像を使用して BBB 障害を検査できます。造影剤は無傷の BBB を通過することはできませんが、損傷した関門を通過する可能性があり、その結果、T1 強調画像上で高強度信号が発生します。 CE-MRI はバリアの完全性の中等度から重度の変化を検出するために使用できますが、認知症、急性脳卒中、神経膠腫浸潤の研究で見られるような、微妙な変化を検出する感度がありません 10、11、12。さらに、最近の研究では、体内のガドリニウムの沈着の問題が報告されており 13、14、15 、外因性造影剤の臨床使用の継続について疑問が生じています。以前の研究では、CE-MRI16 を使用して HAT に感染したマウスの BBB の変化を調べました。ロジャースら。は、感染後 14 日目からのシグナル増強に有意な差があることを発見しました。さらに、このシグナル増強は感染後 21 日目と 28 日目に増加し 5、疾患が初期段階から後期段階に進行するにつれてバリアがさらに悪化したことを示しています。

動脈スピンラベリング (ASL) は、脳血流 (CBF) の測定に使用できる非侵襲的な MR 技術です。動脈血水を内因性トレーサーとして使用することにより、灌流強調画像を取得することができ、これを、適合した動態モデルを使用して CBF マップに変換できます。血液水は、画像が撮影される前に脳に向かって移動する際に、首の領域でラベル付けされます。このラベル付けなしで別の画像が撮影され、2 つの画像の減算により灌流の重み付けが提供されます。 ASL には主に 2 つのタイプがあります。すなわち、パルス ASL (PASL) と (擬似) 連続 ASL (pCASL/CASL) です。 ASL は本質的に SNR が低いため、SNR を高めて ASL イメージングを改善するために、臨床および前臨床の両方で複数のシーケンスが開発および実装されています 17、18、19。新しく開発された ASL 法である Multiple boli ASL (mbASL) は、一連の断熱パルスを使用して動脈血を標識します。 mbASL を前臨床スキャナーで標準的な PASL FAIR シーケンスと比較すると、より高い SNR20 が示されました。 mbASL を使用して CBF マップを作成するために、Buxton PASL モデル 21 に基づく定量化モデルが開発されました 22。

拡散強調 ASL (DWASL) は、ASL と一対の拡散勾配を組み合わせた新しい MR シーケンスです 23,24。この組み合わせにより、ASL 信号を、細動脈/毛細血管に残る標識血液水 (血管内) と、BBB を通って脳実質に交換された標識血液水 (血管外) に分離できます。 DWASL は、睡眠時無呼吸 25、虚血性脳卒中 26、脳腫瘍 24 など、いくつかの神経学的症状に適用されています。この技術により、「擬似透過性」の調査が可能になります。内皮細胞間に密着結合があるため、BBB は透過性の多孔質材料と考えることができます。浸透性の伝統的な定義はダーシーの法則です。

ここで、多孔質媒体 (長さ、L) を通る流体 (粘度、μ) の流量 (q) は、圧力差 (\(\Delta P)\) によるものです。ここで、浸透率 (k) は比例定数です。流量を決定します。明らかに、BBB 透過性を直接測定することは不可能です。ただし、DW-ASL によって測定される BBB を横切る水の交換速度は、擬似透過性の尺度として使用できます。たとえば、透過性の増加は水交換の増加に関連します。

この研究では、十分に確立された疾患のマウスモデルを使用して、HAT における BBB 障害を調べるために ASL および DWASL を初めて適用しました。この研究では、BBB全体での水交換の変化を調査し、感染過程におけるCBFを初めて測定し、結果を造影MRIと比較しました。全体として、この研究は、HAT 感染の全過程にわたってさまざまな時点で見られる水交換の変化を調査することを目的としていました。

すべての実験は、地元のグラスゴー大学倫理審査委員会および 1986 年英国内務省動物 (科学的手順) 法によって承認されました。すべての方法は、関連するガイドラインおよび規制に従って実行されました。研究はARRIVEガイドラインに従って実施されました。定評あるT.b. この研究には、ヒトアフリカトリパノソーマ症のbrucei GVR35マウスモデルが使用されました。実験は、体重 30 ～ 38 g の 38 匹の雌 CD-1 マウスのグループを使用して実行されました。すべての動物は Charles River Lab から供給されました。マウスを n = 6 の 3 つのグループと n = 8 の 2 つのグループに分け、残りのマウスを実験グループの感染を促進するための寄生虫の最初の継代に使用しました。 6 匹の動物からなる 1 つのグループは感染せず、対照グループとして機能しました。残りの4つのグループは、100μLのリン酸緩衝食塩水グルコース（PBSG）中の2×104個のトリパノソーマを腹腔内注射することによって感染させた。マウスを7日目(n = 6)、14日目(n = 6)、21日目(n = 8)および28日目(n = 8)にスキャンした。 21 日目と 28 日目には、スキャンセッションの前に感染で死亡したマウスを考慮して n = 8 を使用しました。 MRIスキャン後、マウスを安楽死させ、脳を切除し、4%中性緩衝ホルマリンで固定し、組織学的分析のためにパラフィンワックス処理した。グループのサイズは、神経炎症反応の重症度を調査する際に十分な統計検出力を可能にし、少なくとも 3 匹のマウスで CE-MRI が確実に成功するように、以前の実験の結果を使用して決定されました。各動物の結果に関する情報は表 1 にあります。

実験は、水平型 7 T Bruker PharmaScan Avance III システム (300 MHz) で実行されました。 Bruker BGA9 イメージング勾配インサート (300 mT m-1) を使用して、線形磁場勾配パルスを提供しました。送信には 72 mm の鳥かご型高周波 (RF) ボリューム共振器が使用され、信号の検出には 4 チャネルの 22 mm フェーズドアレイ受信専用表面ヘッドコイルが使用されました。スキャンのために、動物は、MRI スキャナーに移される前に、5% イソフルランおよび 30:70 O2/N2O 比を使用してチャンバー内で麻酔され、2 ～ 3% イソフルランで維持されました。

拡散強調 mbASL シーケンスは次のパラメータで適用されました: CI = 5000 ミリ秒、TR = 7000 ミリ秒、TI = 50 ミリ秒、TE = 27.3 ミリ秒、パルス数 (np) = 20、平均数 (NA) = 10、マトリックス = 96 × 96、FOV = 2.5 × 2.5 cm。画像は、シングルショットスピンエコー EPI シーケンスモジュールを使用して取得されました。ラベリングスラブとイメージングスラブの厚さはそれぞれ 10 mm と 1 mm で、拡散エンコードには 0、25、50、75、100、200、300、400、500 s/mm2 の b 値が使用されました。拡散強調勾配が x 方向に適用されました。 b = 0 s/mm2 のデータを抽出し、mbASL データとして解析しました。

CBF マップの計算では、反転回復スピンエコーシングルショット EPI シーケンス、TR = 10,000 ms、TR = 28.1 ms、NA = 1、スキャン時間 = 2 分 40 秒を使用して、各動物の T1 マップを取得しました。。 TI 時間は 25 ～ 7000 ミリ秒の範囲で、400 ミリ秒ずつ増加して 16 の異なるポイントが得られました。

造影 MRI では、T1 強調 Rapid Acquisition Relaxation Enhanced (T1-RARE) シーケンスを次のパラメーターで使用しました: FOV = 17.6 × 17.6 mm、TE = 12.28 ms、TR = 916 ms、スライス厚 = 1.0 mm、マトリックスサイズ= 176 × 176、レアファクター = 4、部分 FT = 1.6、NA = 8、スキャン時間 3 分 17 秒。脳の中心の単一の画像スライスが撮影されました。 T1-RAREシーケンスは、50μLのガドリニウム-ジエチレントリアミン五酢酸0.5mmol/mL（Gd-DPTA; Magnevist、Bayer）および50μLの滅菌水を含む0.1mL溶液を尾静脈カニューレを介して注射する前後に実施した。造影剤が脳に到達するまでの 5 分間の遅延の後、T1-RARE が繰り返されました。

画像のすべての処理と分析は、社内の MATLAB (Mathworks, Inc) コードを使用して行われました。データは、DICOM 形式を介して Paravision 5.1 から MATLAB に転送されました。

各スキャンで得られた画像をラベル画像とコントロール画像に分離し、各 b 値で平均した後、ペアごとに減算して 10 枚の灌流強調画像を作成しました (\(\Delta M\) は信号のこの変化を表します)。関心領域 (ROI) は、脳全体と皮質領域から取得されました。平均 \(\Delta M\) 信号は、前述のように双指数モデルに当てはめられました24。

ここで、\(\Delta M(0)\) は b = 0 での信号、Acap と Atis はそれぞれ信号曲線の血管内 (毛細血管) 信号成分と血管外 (組織) 信号成分の割合を表す重み付け係数です。 Dcap と Dtis は、それぞれ血管内水と血管外水の見かけの拡散係数 (ADC) です。疑似透過性の推定は、以前の研究に基づいて、脳内および脳全体にわたる均一な信号分布による脳領域全体にわたる同様の ATT の仮定を使用して、0 および 75 s/mm2 の 2 つの b 値の画像を使用して行われました。実験グループ27．各ボクセルの信号は分割され、0 から 1 までのスケールを使用してプロットされました。

定量的 CBF マップ (単位: mL/100 g/分) は、DWASL データセット (\(\Delta {M}_{ mbASL}\)) およびバクストン運動モデル 21 に基づいて新しく開発された mbASL 運動モデル 22

ここで、パルス np での磁化は次のように計算されます。

\(\Delta {M}_{i}(t)\) を単一パルスの信号、Mb0 を初期磁化、\(\tau\) を標識血液の到着時間 (0.45)、\(\ alpha\) は標識効率 (0.95)、\(\delta\) は動脈通過時間 (150 ms) です。脳組織の T1 は各実験で取得した T1 マップから求め、T1b は 2.1 秒に設定しました。

コントラスト強調のマップは、次の方程式を使用して T1 強調画像から生成されました。

ここで、Spre は造影剤前の信号、Spost は造影剤後の信号です。各脳スライスの平均信号は、全脳領域を ROI として選択し、信号を平均することによって計算されました。

神経炎症の炎症反応は、以前に記載されているように測定されました28。各脳切片は、髄膜炎の重症度、血管周囲カフィングの発生、および脳実質の炎症細胞浸潤の程度を評価することによって等級分けされた。

すべての値は平均値 ± 標準偏差として記載されています。 DWASL 信号、CBF マップ値、および信号強調マップの統計分析は、Minitab 17 (Minitab inc) を使用して実行されました。一般線形モデル (GLM) を使用して、ランダム化ブロック分散分析 (ANOVA) と Tukey の比較検定を使用して、実験全体にわたるマウスのグループの平均間の差異を調査しました。統計的有意性は、p 値 < 0.05 について考慮されました。各 DWASL 信号曲線の重み付け係数は、一般的な線形モデルを使用してスキャンポイント間で比較され、有意差は 5% および 95% 信頼区間に設定されました。同じ分析モデルが、各時点で計算された CBF 値に適用されました。

高品質の mbASL ΔM 画像が各マウスに対して生成されました (図 1a)。各時点のΔM画像間には定性的な変化は見られませんでした。 CBF マップは、方法で説明したように作成されました (図 1b)。感染前の脳の平均 CBF 値は 156 ± 30 mL/100 g/min でした。これは他のグループと有意な差はありませんでした (p > 0.05)。図 2 は、各感染点における CBF 値の違いを示しています。すべての感染時点と比較した場合、感染後には有意ではない減少が見られました。 CBF の増加が 28 日目に見られました (220 ± 63 mL/100 g/分)。これは、感染後 7、14 および 21 日目 (135 ± 5、121 ± 33、145 ± 44 mL/100 g/min) とは大きく異なりました。それぞれ最小）（p < 0.05）。これらの変化は皮質と脳全体の両方で見られました。

各感染グループからの 1 匹のマウスの mbASL 画像、対応する CBF マップおよび擬似透過性マップ。 (a) 各マウスの mbASL 画像は、mbASL の高いシグナル/ノイズを実証し、皮質を詳細に示しています。これらの画像を比較すると、研究タイムラインのどの時点でも定性的な差異は見られませんでした。 (b) CBF マップは、mbASL 動力学モデルを使用して作成されました。非感染グループの平均は 156 ± 11 mL/100 g/min でした。 (c) 疑似透過率マップは、b = 0、0、および 75 s/mm2 での 2 つの画像の比率を取得することによって作成されました。皮質および全脳の ROI は、すべての感染時点で同様の値を示し、有意差は見られませんでした (p > 0.05)。

研究全体で観察された脳血流値の範囲の実証。非感染マウスの全脳では、平均値 156 ± 11 mL/100 g/min が見つかりました。その後、感染後 21 日目および 28 日目の後期段階で増加するまで、感染後の平均 CBF に有意ではない減少が見られます。感染後 28 日と 7、14、21 日の間に有意差 (p < 0.05) が見られます。 d28 と非感染グループの間に有意差は見られません (p = 0.063)。重要性は、該当するペアの上の * と線によって示されます。外れ値は + で示されます。

図 3 は、マウスの各グループの信号減衰曲線を示しています。ここで、ΔM 信号は双指数モデルに適合されています。標識された血液 Dcap の血管内毛細管成分に起因する信号の速い減衰は、低い b 値で見られ、血管外組織信号 Dtis の遅い減衰は、b 値が大きいと見られます。 DWASL ペアのコントロール画像からの信号を比較としてプロットしました。この場合、標識は発生していませんが、拡散は依然として存在しています。すべてのグループにわたる Acap フィッティング係数の間で比較が行われました。非感染グループでは、Acap = 0.101 で、7、14、21、28 日目にはそれぞれ Acap = 0.12、0.13、0.16、0.18 に増加しましたが、これらの値の間に有意差はありませんでした (p > 0.05)。非感染グループのマウスでは Dtis の値が 7.9 × 10-4 mm2/s であり、感染時点全体で Dtis = 7.1、7.2、7.0、および 6.8 × 10-4 mm2/s でした。これらの値の間に有意な差はありませんでした。血管内成分 Dcap は組織成分よりも 100 倍大きいことが判明し、非感染グループでは Dcap = 3.5 × 10-2 mm2/s、Dcap = 3.8、2.4、2.0、および 2.3 × 10-2 mm2/s でした。それぞれ7、14、21、28日目。さらに、b = 0および75 s/mm2での各画像の比率を取得した擬似透過性マップ（図1c）を使用して比較を行いました。全脳の非感染グループでは、0.73 ± 0.03 の疑似透過率値が見つかりました。どのグループ間でも疑似透過性に有意差は見られず、値の範囲は 0.69 ～ 0.73 でした。同様の結果が皮質領域でも見られ、範囲は 0.71 ～ 0.76 でした。フィッティング値と拡散係数の値を表 2 に示します。

各感染時点の DWASL シグナルは双指数モデルに当てはめられ、b = 0 ～ 300 s/mm2 の間でプロットされます。ラベルのない非感染グループの対照画像からのシグナルが比較としてプロットされています。信号が制御信号の減衰を遅くする傾向に入る前に、低い b 値で ΔM が急激に低下します。フィッティング定数 Acap を比較すると、どの点間でも有意な差は見られませんでした。

CE-MRI を各グループの 3 匹の動物に対して実施しました。 T1 シグナルの増強は、非感染グループでは 7 ± 3% と測定されました。 7 日目と 14 日目の T1 シグナルの増強は、非感染グループと比べて有意な変化はありませんでした (p = 0.83 および p = 0.31)。後期の時点では有意差が見られ、感染後 21 日目と 28 日目の T1 シグナル増強はそれぞれ 25 ± 9% (p = 0.028) と 19 ± 7% (p = 0.044) でした (図 4)。。後期の時点では、脳の複数の領域でバリア障害が見つかりました (図 4A)。

コントラスト強調マップとデータの統計分析。 (A) 各実験グループの 1 匹のマウスのシグナル増強マップ。増強は感染後 14 日目以降に見られ、複数の脳領域でシグナルが検出されます。 (B) シグナル増強値の比較により、非感染グループと感染後 21 日目および 28 日目の間で増強に有意な差 (p < 0.05) が見つかりました。 7日目と21日目および28日目の間にも有意差(p<0.05)があった。

各グループの感染マウスの脳の炎症反応は、神経病理学的等級付けスコアを使用してスコア化されました28。

すべての感染グループのスコアは、非感染グループとは大きく異なりました (p < 0.05)。感染後7日目には0.5±0、14日目には0.58±0.08、21日目には2±0、28日目には1.75±0.17のスコアが見出された。各感染点で行われた H&E 染色では、感染後 14 日目に軽度の髄膜炎が見つかり (図 5)、感染後 28 日目までに疾患の重症度が増加しました。この時点では、病気は後期段階にあり、髄膜に中程度の炎症性細胞浸潤があり、血管周囲の細胞数が増加し、海馬の血管周囲に血管周囲のカフができていました。

脳切片の H&E 染色。感染前 (A、B)、感染 14 日目 (C、D)、感染後 28 日目 (E、F) にサンプルを採取しました。感染後 14 日目に、軽度の髄膜炎 (黒色の矢印) が見られ、一部の血管の周囲に軽度の血管周囲のカフ形成 (青色の矢印) が見られます。感染後 28 日目では、髄膜炎 (黒い矢印) と血管周囲のカフ (青い矢印) の両方がより顕著になります。

これは、HATに感染した脳における水交換と脳血流の変化を調べた最初の研究である。以前の研究では、ガドリニウムベースの造影剤 (Gd-DTPA) を使用した CE-MRI を使用して、感染後の BBB の障害が実証されています 5,16,29。ただし、CE-MRI は中等度および重度の BBB に対してのみ感度が高いため、CE-MRI の代替として DWASL の使用を検討することにしました。 BBB 障害が発生すると、それに対応して水に対するバリアの透過性が増加するという仮説が立てられました。 DWASL は水交換の変化に敏感であることが以前に示されており 24,25,26,27 、疾患中の BBB の透過性を調べるために使用されてきました。したがって、DWASL を使用して、感染後のさまざまな時点での BBB を介した水の交換の変化を調べました。

DWASL データを双指数モデルに適合させることにより、血管内 (毛細血管) コンパートメントと血管外 (組織) コンパートメントからの信号を分離できます。この研究で報告された Dtis 値の範囲は、文献 9 の同様の結果と一致しています。グループ間の Dcap と Acap を比較すると、どの時点でも有意な差は見つかりませんでした。これは、感染マウスと非感染マウスの間の水交換に大きな変化がない可能性があることを示しています。 CE-MRI 測定では、感染後 21 日および 28 日で Gd-DPTA シグナル増強の有意な増加が示され、実質的な BBB 障害が示されたため、この結果は予想外でした。これは、HAT によって引き起こされる BBB の変化が当初考えられていたよりも複雑であることを示しています。 Gd-DPTA (938 Da) は無傷の BBB を通過できないため、Gd-DPTA シグナル増強の増加は密着結合の障害を示唆しています。この障害はより小さな水分子 (18 Da) の交換の増加にはつながらないため、さらなる疑問が生じ、さらなる調査が必要です。

他の疾患モデルでは、BBB の障害により BBB 全体での水交換が増加することが示されています 30,31。これは HAT には当てはまらないため、他の要因が関与していると推測できます。たとえば、水分子は、Gd-DTPA 分子とは異なり、アストログリア水チャネルアクアポリン 4 (AQP4) を介して間質に輸送されます。 HAT に関連する他のアクアポリンチャネルに関する研究は行われていますが (たとえば、BBB を介した薬物送達を調べる場合の AQP2)、HAT における BBB に対する AQP4 の効果を調査した研究はありません。この研究は AQP4 を直接調査しませんでしたが、この結果は、BBB の複雑な機構を理解するために AQP4 の発現をさらに調査する必要があることを強く示唆しています。マルチ TE-ASL として知られる DWASL と同様の方法を用いた Ohene らによる最近の研究 9 では、AQP4 ノックアウトマウスの水の交換時間が正常なマウスよりも大幅に短縮されたことがわかりました。したがって、HAT 感染における AQP4 の役割を調査することは価値がある可能性があります。

H&E 染色を使用した脳の組織学的分析では、感染マウスに軽度から中等度の神経炎症が見られました。これは、HAT5,16 のこの GVR-35 モデルを使用した以前の研究と一致しています。病気が後期に入ると炎症は増加し、髄膜や血管周囲のカフに炎症細胞が見られました。興味深いことに、最も高い炎症は感染後 21 日目にグレード 2 で見られ、28 日のグレードは 1.75 でした。これは、21 日目に最も高い T1 シグナル増強が見られた CE-MRI の所見と一致しています。感染後。

この研究は、新しく開発された配列 mbASL を使用して HAT の脳血流を調べた最初の研究であり、非感染グループで 156 ± 11 mL/100 g/min の CBF 値が見つかり、文献 17,18 の CBF 値と一致しました。 19、34。これらの結果は興味深いもので、感染後 28 日目と 7、14、21 日目との間には有意な差があったが、28 日目と非感染グループとの間には差がなかった。皮質領域でも同じ傾向が見られました。これはこれらの変化を調査したこれまでの唯一の研究であるため、見つかった変化の背後にあるメカニズムを理解するにはさらなる研究が必要です。この実験では、1 か月にわたるベースライン CBF の変化は最小限であると仮定し 35、別個の対照グループは不必要であるため含めませんでした。「方法」セクションで概説したように、実験が行われた条件は可能な限り安定に保たれました。

現在の DWASL 研究では、x 軸に沿った単一方向に拡散勾配を適用しました。今後の研究では、拡散勾配を複数の方向に適用することでこの点を改善できる可能性があります。これは、毛細管システムの複雑さが血管内信号の完全な抑制を妨げないことを意味します。たとえば、Wells et al.23 による研究では、これらの複雑な微小血管の流れパターンを調査するために DWASL を 3 方向に適用し、このアプローチを使用すると毛細管の流れについてより多くの情報が得られることが実証されました。

結論として、HAT のマウスモデルへの DWASL の適用の成功により、Gd-DTPA による T1 シグナル増強がある場合でも、感染中の BBB を横切る水交換に有意な差がないことが示されました。 Gd-DPTA を使用した CE-MRI は中程度から重度の BBB 障害に対してのみ感度が高いため、BBB の水透過性に対応する変化が見られなかったことは驚くべきことです。この研究は、BBBおよびHATにおけるAQP4の役割がさらなる調査のために特定されており、HAT感染時のBBB障害の複雑なプロセスについてさらなる研究が必要であることを示しています。

現在の研究中に生成されたデータセット、および/または現在の研究中に分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

誰が。ヒトのアフリカトリパノソーマ症の制御と監視。世界保健機関。技術。議員シリアル 1、1–237 (2013)。

Google スカラー

Kennedy、PGE & Rodgers、J. ヒトアフリカトリパノソーマ症の臨床的および神経病理学的側面。フロント。イムノール。 10、39。https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.00039 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

アボット、ニュージャージー州、パタベンディゲ、AA、ドルマン、DE、ユソフ、SR & Begley、DJ 血液脳関門の構造と機能。ニューロビオール。ディス。 37、13–25。 https://doi.org/10.1016/j.nbd.2009.07.030 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Rodgers, J. ヒトのアフリカトリパノソーマ症、化学療法、および CNS 疾患。 J. Neuroimmunol. 211、16-22。 https://doi.org/10.1016/j.jneuroim.2009.02.007 (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Rodgers, J.、Bradley, B. & Kennedy, PGE ヒトアフリカトリパノソーマ症の実験用マウスモデルにおける神経炎症、寄生虫の中枢神経系侵入、血液脳関門機能不全の描写。方法 127、79 ～ 87。 https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2017.06.015 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

フィリップ、KA、ダスコム、MJ、フレイザー、PA、ペントリース、VW 実験的アフリカトリパノソーマ症における血液脳関門の損傷。アン。トロップ。医学。パラシトール。 88、607–616。 https://doi.org/10.1080/00034983.1994.11812911 (1994)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Mulenga, C.、Mhlanga, JD、Kristensson, K. & Robertson, B. ブルーセイトリパノソーマは血液脳関門を通過しますが、ラットの慢性疾患モデルではタイトジャンクションタンパク質が保存されています。ニューロパトール。応用ニューロビオール。 27、77–85 (2001)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

パパドプロス、MC および Verkman、AS 神経系におけるアクアポリン水チャネル。ナット。神経科学牧師。 14、265–277。 https://doi.org/10.1038/nrn3468 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ohene, Y. et al. 複数のエコー時間動脈スピン標識を使用した脳クリアランス経路の非侵襲的 MRI: アクアポリン 4 研究。ニューロイメージ 188、515–523。 https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.12.026 (2019)。

論文 PubMed Google Scholar

Armitage、PA、Farrall、AJ、Carpenter、TK、Doubal、FN、および Wardlaw、JM 動的造影 MRI を使用して、微妙な血液脳関門の異常を測定します。マグニチュードレゾン。画像化 29、305 ～ 314。 https://doi.org/10.1016/j.mri.2010.09.002 (2011)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ブリックス、G. et al. CNS Gd-DTPA 強化 MR イメージングにおける薬物動態パラメータ。Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ．支援する。トモグラ。 15、621–628。 https://doi.org/10.1097/00004728-199107000-00018 (1991)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Raja, R.、Rosenberg, GA & Caprihan, A. 認知症における血液脳関門機能の MRI 測定: 最近の研究のレビュー。神経薬理学 134、259–271。 https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2017.10.034 (2018)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

グロブナー、T. ガドリニウム: 腎性線維化性皮膚症および腎性全身性線維症の発症の特異的な引き金? ネフロル。ダイヤル。移植。 21、1104–1108。 https://doi.org/10.1093/ndt/gfk062 (2006)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

神田哲、石井和、川口英、北島和、竹中大. 非増強 T1 強調 MR 画像上の歯状核および淡蒼球の高信号強度: ガドリニウムの累積線量の増加との関係ベースのコントラスト素材。放射線学 270、834–841。 https://doi.org/10.1148/radiol.13131669 (2014)。

論文 PubMed Google Scholar

マクドナルド、RJ 他頭蓋内異常のない成人患者の造影MRイメージング後のヒト脳組織におけるガドリニウムの沈着。放射線学 285、546–554。 https://doi.org/10.1148/radiol.2017161595 (2017)。

論文 PubMed Google Scholar

ロジャース、J. et al. マウストリパノソーマ症における血液脳関門の損傷を評価するための磁気共鳴画像法。午前。 J.トロップ。医学。ヒュグ。 84、344–350。 https://doi.org/10.4269/ajtmh.2011.10-0487 (2011)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

バック、J. et al. マウスの脳および腫瘍の血流を測定するための多相擬似連続動脈スピン標識 (MP pCASL) 磁気共鳴イメージングの感度。造影剤 Mol. イメージング 2018、4580919。https://doi.org/10.1155/2018/4580919 (2018)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ラーキン、JRら。多相動脈スピン標識磁気共鳴イメージングによるラット脳の定量的血流測定。 J.セレブ。血流メタブ。 39、1557–1569。 https://doi.org/10.1177/0271678X18756218 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Duhamel, G.、Callot, V.、Tachrount, M.、Alsop, DC & Cozzone, PJ 高解像度マウス脳灌流イメージングのための非常に高い磁場 (11.75 T) での擬似連続動脈スピン標識。マグニチュードレゾン。医学。 67、1225–1236。 https://doi.org/10.1002/mrm.23096 (2012)。

論文 PubMed Google Scholar

Vallatos, A.、Gilmour, L.、Chalmers, AJ & Holmes, WM 高信号対雑音比のげっ歯類の脳灌流イメージングのための複数の塊状動脈スピン標識。マグニチュードレゾン。医学。 79、1020–1030。 https://doi.org/10.1002/mrm.26706 (2018)。

論文 PubMed Google Scholar

バクストン、RB 他動脈スピンラベリングを使用した定量的灌流イメージングのための一般的な動態モデル。マグニチュードレゾン。医学。 40、383–396。 https://doi.org/10.1002/mrm.1910400308 (1998)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Paterson, S. 拡散強調複数ボリ動脈スピン標識法を使用したげっ歯類の脳の変化のイメージング博士論文 (グラスゴー大学、2020)。

Wells, JA、Thomas, DL、Saga, T.、Kershaw, J.、Aoki, I. 脳微小血管の流れパターンの MRI: 多方向拡散強調 ASL アプローチ。 J.セレブ。血流メタブ。 37、2076–2083。 https://doi.org/10.1177/0271678X16660985 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Wang, J.、Fernandez-Seara、MA、Wang, S.、カンザス州セントローレンス灌流と拡散が出会うとき: 人間の脳における水透過性の生体内測定。 J.セレブ。血流メタブ。 27、839–849。 https://doi.org/10.1038/sj.jcbfm.9600398 (2007)。

論文 PubMed Google Scholar

パロマレス、JA et al. 閉塞性睡眠時無呼吸症候群における血液脳関門を通過する水交換: MRI 拡散強調擬似連続動脈スピンラベリング研究。 J. ニューロイメージング 25、900–905。 https://doi.org/10.1111/jon.12288 (2015)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Tiwari, YV、Lu, J.、Shen, Q.、Cerqueira, B. & Duong, TQ ラットの拡散強調動脈スピン標識を使用した虚血性脳卒中における血液脳関門透過性の磁気共鳴イメージング。 J.セレブ。血流メタブ。 37、2706–2715。 https://doi.org/10.1177/0271678X16673385 (2017)。

論文 PubMed Google Scholar

カンザス州セントローレンス、オーウェン D. & ワン DJ 拡散強調灌流 MRI による血管水分交換と動脈通過時間を測定するための 2 段階のアプローチ。マグニチュードレゾン。医学。 67、1275–1284。 https://doi.org/10.1002/mrm.23104 (2012)。

論文 PubMed Google Scholar

ケネディ、PG 他サブスタンス P アンタゴニスト RP-67,580 は、ブルーセイトリパノソーマに対するマウス髄膜脳炎反応を改善します。手順国立アカド。科学。米国 94、4167–4170。 https://doi.org/10.1073/pnas.94.8.4167 (1997)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ロジャース、J. et al. ヒトアフリカトリパノソーマ症治療の有望な経口候補としてのメラルソプロールシクロデキストリン包接複合体。 PLoSネグル。トロップ。ディス。 5、e1308。 https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0001308 (2011)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Deeken, JF & Löscher, W. 血液脳関門とがん: トランスポーター、治療、およびトロイの木馬。クリン。がん研究所 13、1663 ～ 1674 年。 https://doi.org/10.1158/1078-0432.CCR-06-2854 (2007)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Sandoval, KE & Witt, KA 血液脳関門のタイトジャンクション透過性と虚血性脳卒中。ニューロビオール。ディス。 32、200–219。 https://doi.org/10.1016/j.nbd.2008.08.005 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Baker, N. et al. アクアグリセロポリン 2 は、アフリカのトリパノソーマにおけるメラルソプロールとペンタミジンに対する感受性を制御します。手順国立アカド。科学。米国 109、10996 ～ 11001。 https://doi.org/10.1073/pnas.1202885109 (2012)。

論文 ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Jeacock, L.、Baker, N.、Wiedemar, N.、Mäser, P. & Horn, D. アクアグリセロポリン欠損トリパノソーマは、グリセロール輸送欠陥および呼吸阻害剤感受性を示します。 PLoS 病巣。 13、e1006307。 https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006307 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Baskerville, TA、McCabe, C.、Weir, CJ、Macrae, IM & Holmes, WM CBF の非侵襲的 MRI 測定: ラット脳卒中モデルにおける 99mTc-HMPAO CBF オートラジオグラフィーによる動脈スピン標識シーケンスの評価。 J.セレブ。血流メタブ。 32、973–977。 https://doi.org/10.1038/jcbfm.2012.19 (2012)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wei、Z.ら。マウスの脳灌流、静脈酸素化、酸素代謝率の加齢に伴う変化: 17 か月にわたる縦断 MRI 研究。フロント。ニューロール。 11, 559。 https://doi.org/10.3389/fneur.2020.00559 (2020)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

著者らは、マウスの準備とスキャンに協力してくれた James Mullin 氏、Linda Carberry 氏、Lindsay Gallagher 氏に感謝したいと思います。 SP は、EPSRC ((EP/M508056/1)) からの彼女の博士課程の学生資金への資金提供に感謝したいと考えています。

英国リーズ、リーズ大学機械工学部医用生物工学研究所

サマンサ・パターソン

グラスゴー実験 MRI センター、神経科学および心理学研究所、グラスゴー大学、グラスゴー、英国

サマンサ・パターソン、アントワーヌ・ヴァラトス、ウィリアム・M・ホームズ

グラスゴー大学医科獣医生命科学部生物多様性・動物衛生・比較医学研究所（グラスゴー、英国）

ジーン・ロジャース

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

SP は研究を発展させ、実験とその後の分析を実行し、主要な原稿テキストを書き、図を準備しました。 AVはWMHでMR配列を開発し、SPJRで解析を開発し、生体内モデルを開発して提供し、動物関連の詳細を支援し、組織学的解析を実施した。 WMH はプロジェクトの資金を獲得し、研究、MR シーケンスを開発し、実験パラメータの支援を行いました。著者全員が原稿をレビューしました。

ウィリアム・M・ホームズへの往復書簡。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープンアクセスこの記事はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブコモンズライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

パターソン、S.、ヴァラトス、A.、ロジャース、J. 他ヒトアフリカトリパノソーマ症のマウスモデルへの拡散強調多重ボーリ ASL の適用。 Sci Rep 13、8684 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-34665-z

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 4 月 12 日

受理日: 2023 年 5 月 5 日

公開日: 2023 年 5 月 29 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34665-z

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。