Application value of multi-modal magnetic resonance imaging in the establishment of cerebral ischemia reperfusion model of cynomolgus monkey

脳卒中は、脳の一部への血流が遮断され、細胞が酸素不足に陥り死滅してしまう、突発的で壊滅的な出来事です。患者を治療する医師にとって最も重要な目標は、その血流をできるだけ迅速に回復させることですが、それを安全に行うことは複雑な課題です。血流を戻すのが遅すぎたり、あるいは過度に積極的に行ったりすると、リパフュージョン・インジュリー（再灌流障害）として知られる新たな損傷を引き起こすことがあります。この繊細なバランスをどのように舵取りすべきかを理解するために、科学者たちは、閉塞が形成され、そして解消される際に、生きた脳の中で何が起きているのかを観察する必要があります。ヒトを対象とした研究は不可欠ですが、閉塞の直後に起こる組織の状態の変化を、刻一刻と精密に捉えることは必ずしもできません。ここで動物モデルが極めて重要となり、制御された環境下で治療法をテストし、生物学的プロセスを観察することを可能にします。しかし、真にヒトの状態を模倣したモデルを作成することは困難であり、特に、ラットやマウスよりも脳の構造や機能が我々に近い非ヒト霊長類を用いる場合には、その難易度が高まります。

最近のある研究において、研究者たちは、高度な医学研究によく用いられる霊長類の一種であるカニクイザルを用いて、この疾患の極めて正確なモデルを構築することに挑みました。蘇州九龍病院の科学者らとバイオテクノロジー企業のチームは、ヒトの脳卒中患者が緊急治療を受ける際のエクスペリエンスを反映するように、脳の血管が閉塞し、その後再び開通するというシナリオを作り出すことを目的としました。これを行うために、彼らはデジタル血管造影法（DSA）と呼ばれる技術を用いました。これは、高精細でリアルタイムの血管マップのような役割を果たします。このガイダンスの下、彼らは非常に細いカテーテルをサルの脳内へと慎重に誘導し、自作の小さな血栓を中大脳動脈（脳の大部分に血液を供給する主要な血管）に注入しました。この手法により、彼らは極めて精密に血管を閉塞させることができ、その結果として生じる損傷を、研究内のすべての個体において一貫性があり信頼できるものにすることができました。

閉塞が確立されると、研究者たちは脳の反応を観察するために強力な一連のツールへと切り替えました。彼らは、放射線を使用せずに脳の詳細な画像を作成する磁気共鳴画像法（MRI）という種類の医療用画像診断を用いました。具体的には、血管の構造と脳組織自体の健康状態の両方を視覚化するために、異なるスキャンモードを組み合わせて採用しました。拡散強調画像（DWI）として知られる一つのモードは、細胞内の水の動きの変化に対して非常に敏感です。脳細胞が酸素不足になると、細胞が膨張し、この膨張が水の動きを制限するため、スキャン上でその領域が明るく光って見えます。もう一つのモードである磁気共鳴血管造影（MRA）により、チームは血管を直接見ることができ、閉塞がまだ残っているのか、あるいは血管が再開通したのかを確認することができました。

この研究には8頭のサルが参加し、血管造影装置のガイダンスの下、処置はすべて成功しました。閉塞が作成された後、研究者たちは、ヒトの脳卒中患者における標準的な治療法である血栓溶解療法（血栓を溶かす薬の投与）を行うまでに2時間半待ちました。その後、彼らは閉塞から1時間後、薬物投与から4時間後、24時間後、そして最初のイベントから1週間後の計数回にわたり、サルの脳をスキャンしました。画像は明確な物語を伝えていました。閉塞直後のスキャンでは、脳組織に小さなストレス領域が認められました。しかし、薬物が投与された後、組織が突然の血流の再開に反応したため、ストレス領域は数時間かけて最初は拡大しているように見えました。ところが、時間が経過するにつれ、画像は驚くべき回復を示しました。24時間の時点およびそれ以降の1週間にわたって、スキャン上の明るいストレス領域は縮小し始め、数時間前までは見えなかった血管が再び現れ始め、閉塞が解消されて血流が再開したことを示しました。

画像が真実を伝えていることを確認するため、研究者たちは8日目にサルを安楽死させた後、最終的な確認を行いました。彼らは脳を取り出し、薄い切片にし、生存組織を赤く染め、死滅した組織を淡い色にする染色剤を用いました。結果は画像と完璧に一致していました。脳組織内の淡い死滅領域は、閉塞の直後のスキャンで見られた大きなストレス領域よりも大幅に小さくなっていました。これは、脳組織が永久に死滅したのではなく、血流が回復したことで回復したことを裏付けています。死滅した組織のサイズは、1週間後のスキャンで見られた領域のサイズと一致しており、この画像診断技術が損傷の最終的な結果を正確に予測できることを証明しました。

この研究は、高度な画像ガイダンスを用いることで、サルを用いた脳卒中と再灌流の信頼性が高く精密なモデルを作成することが可能であることを示しています。本研究は、異なる種類の磁気共鳴スキャンを組み合わせることで、科学者がリアルタイムで脳の治癒過程を観察でき、血管がいつ再開通し、組織がどのように回復するかを正確に把握できることを示しました。これらの知見は、これらの画像診断ツールが、治療の成功と脳損傷の程度を極めて高い精度で追跡できるほど強力であることを示唆しています。本研究では、既存の血管疾患を持つ動物ではなく健康なサルが使用されましたが、閉塞から回復に至るプロセス全体を可視化できる能力は、将来の研究に向けた強固な基盤を提供します。これは、ヒトの条件に極めて近い設定で、新しい治療法をテストし、脳卒中回復の複雑な生物学を理解する方法を提供し、毎年この病気に影響を受ける何百万人もの人々にとって、より良い治療法の開発につながる可能性があります。