Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

微小循環 / ヘモグロビン / 酸素 / 赤血球 / 生体計測

NOやCOの低分子のガスを利用してヘモグロビンの立体構造を人為的に制御し,解糖系による赤血球内のエネルギー産生を制御する方法論と,その応用について分子レベルから細胞実験,さらに霊長類への投与実験までを遂行した.本課題における成果は主に以下のようにまとめられる.(1)ガス分子を結合させたヘモグロビンを含む赤血球の網羅的代謝解析の結果,COによる解糖系の抑制,NOによる促進といった,立体構造変化に伴う代謝の変動を解糖系の酵素反応ステップごとに捉えることに成功した.また,生体シミュレーションの結果から,ヘモグロビンの立体構造変化は組織への酸素輸送を目的とした赤血球内のエネルギー産生をコントロールするトリガーとして機能し,それは赤血球の酸素センシング機構の一端を担うことを示唆する結果を得た.これらの実験結果を基に,NOヘモグロビン含有赤血球の出血性ショックへ治療への可能性を検討した結果,(2)ヘモグロビン□鎖にNOを結合させた□-NO赤血球は循環内半減期が約1時間であり,ショックに対する酸素供給,血流改善が十分であることが明らかになった.また,ショック前の血圧まで十分回復し,対照として用いた洗浄自己赤血球群より増大する傾向が認められた.(3)また霊長類のコモンマーモセットを用いて輸血実験を行った結果,良好な血圧の回復を示し,霊長類においてもその効果を確認した.さらに輸血後の血液分析から,血漿pH,乳酸値は正常範囲まで回復することが明らかになった,これは□-NO赤血球が組織における酸素の需要に対して十分供給されていることを示す結果である.以上より,赤血球の酸素センシングメカニズムに関する成果と,□-NO赤血球の輸血効果に関する成果を得た.

微小循環 / 血流 / 酸素 / 人工血液 / 生体計測 / 脳血流 / 酸素代謝 / 蛍光 / リン光

人工酸素運搬体の実現は昨今の献血事情や保存性,血液型による制限や感染の危険性を勘案するとその実現は急務であると考える.本研究では微小循環動態の変化に伴って変化する脳細胞の酸素代謝を時系列的に評価するために,血流解析および微小血管内酸素分圧計測を行い,さらにミトコンドリア内TCA回路で産生される補酵素NADHの紫外吸光特性に着目し,組織酸素代謝レベルのイメージングを試みた.
Wistar系雄性ラットを2群に分け,細静脈酸素分圧計測群と脳表NADH蛍光計測群とした.右大腿動静脈および左大腿動脈を確保し,左頭頂骨にclosed cranial windowを作製した.微小循環血流は赤血球をFITC標識することで可視化した.脳皮質NADH蛍光は370nmの紫外光を断続的に照射し,λ>420nmの蛍光を画像として取得すると共に連続的に輝度解析した.実験は大腿動脈より脱血して血圧を40mmHgまで低下させ,その状態を10分間維持し,その後自己血液を輸血することで蘇生させた.
脱血による血圧の低下に伴って血流速度および微小血管内酸素分圧は著明に低下し,相反的にNADH蛍光輝度がおよそ20%上昇した.また,返血蘇生によって各パラメータはbaselineへ回復した.以上より,脳虚血による微小循環血流障害,微小血管内酸素分圧の低下,脳組織における好気性酸素代謝レベルの低下といった一連のプロセスを同一固体において連続的かつ定量的に評価することが可能になった.本計測システムは局所微小循環動態および酸素代謝の解析,人工酸素運搬体の評価等に有用であると結論できる.