THE REPORT OF STUDY RESULT BY SUBSIDY

助成研究成果報告書
第28回

The Watanabe Foundation

公益財団法人 渡邉財団

助 成 研 究 成 果
報 告 書

第28回
（研究期間：令和4年4月1日〜令和5年3月31日）

公益財団法人 渡邉財団目次

巻頭言 ･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 1
理事長 小谷 誠
Ⅰ. 基礎研究Ⅰ-1. 静磁場による脾臓由来IL-10誘導を用いた認知症発症予防の試み ･･･････････････････････････ 3
大分大学 医学部 内分泌代謝・膠原病・腎臓内科学講座
後藤 孔郎
Ⅰ-2. 生体内局所電磁場と原子核スピンの相互作用計測と新規現象探索 ････････････････････････ 6
東京大学 大学院工学系研究科
島添 健次
Ⅰ-3. 磁気刺激による内耳前庭系を介した反射機能改善の検証 ･･･････････････････････････････････････ 8
岐阜医療科学大学 大学院保健医療学研究科
田中 邦彦
Ⅰ-4. 磁気刺激を用いた神経回路創出法の確立を目指して ･････････････････････････････････････････････ 11
同志社大学 大学院脳科学研究科
正水 芳人
Ⅰ-5. がん温熱療法と診断を目指した磁気ナノ微粒子の創製 ･････････････････････････････････････････ 13
横浜国立大学 大学院工学研究院
一柳 優子
Ⅱ. 応用研究Ⅱ-1. 反復経頭蓋磁気刺激併用認知リハビリテーションによる認知機能改善効果の検証 ･･･････････ 15
順天堂大学 大学院医学研究科 リハビリテーション医学高倉 朋和Ⅱ-2. 超小型ナノカプセル19F MRI 造影剤の開発 ････････････････････････････････････････････････････････････ 18
大阪大学 大学院工学研究科
蓑島 維文
Ⅱ-3. 上肢の局所性ジストニアに対する装着型器機を用いた磁気刺激治療 ･･･････････････････ 20
藤田医科大学 保健衛生学部リハビリテーション学科
藤村 健太
Ⅱ-4. 磁性ナノ粒子を用いたオルガネラの膜損傷の研究 ･････････････････････････････････････････････････ 23
岩手大学 理工学部生命コース
芝 陽子
Ⅲ. テーマ指定
Ⅲ-1. 統合失調症のガンマ帯域神経振動異常におけるAMPA型グルタミン酸受容体の役割 ･･･････ 25
九州大学 大学院医学研究院 精神病態医学
田村 俊介
Ⅲ-2. 核磁気共鳴エラストグラフィーを用いた肝うっ血評価による心不全の非侵襲リスク層別法の開発 ･･･ 28
北海道大学 大学院医学研究院 循環病態内科学教室
永井 利幸

巻

頭

言

公益財団法人 渡邉財団
理事長

小

谷

誠

今から46年程前に私は米国のマサチューセッツ工科大学（MIT)に留学して、人間の身体から発生する微弱な磁気を計測して、病気の診断に役立てようとする研究を２年間行い、帰国後も生体磁気計測の研究を続けてきた。
人間の心臓や脳からは微弱な磁気が発生していることは以前から推定されていたが、この微弱な磁気を計測できる磁束計がなかった。ところが、1970年代に超伝導技術を応用した超高感度のSQUID磁束計が米国立研究所とMITの共同研究で開発された。
MITではこのSQUID磁束計を用いて、心臓から発生する磁気の計測に成功し、更に心臓磁
気の千分の１程度の脳から発生する磁気計測に挑戦している頃、私はMITに留学した。
私がMITに留学した頃、MITの研究所では大変なことが起っていた。それは、米国の著名な医師が、「MITのグループは心臓や脳の神経活動に伴って発生する磁気を計測していると言っているが、それは間違いである。彼らの計測している磁気は血液の中の鉄分が地磁気を乱している磁気を計測しているのにすぎない」と新聞で批判された。その結果、MITの生体磁気計測の研究への米国の公的研究費は大幅に削減されていた。
私は、この医師の意見は理にかなっていると思って、十数名の健常者の血液を採取してSQUID磁束計で計測したが、血液は全く磁性がないことがわかった。
その理由は、鉄自体は常に磁性を持っているが、鉄が酸素と結合する仕方によって強い磁性を持ったり、全く磁性を持たなくなる。血液中の鉄は全く磁性を持たないように酸素と結合しているのである。
人間の祖先がこの世に登場し、立って歩き、言葉を交わすようになったのは、今から200万年程前と云われている。この間に、地磁気の大きさと方向が10回ほど変わっている。このように地磁気の大きさや方向が大きく変わる環境の中で人間は進化してきたので、地磁気の影響はあまり受けないように人体はできている。

1

ところが、人間が電気を使うようになったのは、僅か２００年ほど前からである。そのため、人体は電気に対しては防衛能力が進化しておらず、大変敏感に反応する。例えば、心臓の表面に数ボルトの電圧を加えると心臓は正常に働かなくなる。ところが、外部から心臓に磁気を加えて心臓を止めることは大変困難である。
このような人体の特徴から電気治療器は即効性があるが、取り扱いを間違えると大変危険である。それに対して、磁気治療器は危険性は少ないが、時間をかけてじっくり治療する必要性があると思われる。
本財団は生体磁気現象を通して国民の医療と健康に貢献することを目的として、学術研究を助成し、講演会を開催するなど、社会に向けた活動をしている。しかし、磁気の作用は、基礎的現象から始まり、体内の複雑な相互作用への関与を通して生じるものであり、短期間の実験
試行ではなく、長期間腰を落ち着けて追求して初めて明らかにされることが多い。
いっぽう昨今の学界においては、短期間に成果を挙げ、学位や業績に結びつけようとする雰
囲気が強く、原因結果の関係が明白な現象や、客観的に説明できる現象に関心が集中するように見受けられる。これに対して本財団は、性急に成果を求めようとするよりも、長期間にわたる努力を覚悟して特定の問題に取り組む学究の徒を支援したいと考えている。
この報告書は、令和3年度に助成した研究の報告書を、原文のままにまとめたものである。
基礎面から実際の応用にいたる広い範囲の研究が含まれているが、いずれもこの領域に新しい道を拓くことを目指している。この報告書が契機になって、志を同じくする研究者の間に連絡が始まり、磁気健康科学の発展に貢献することを期待している。

2

静磁場による脾臓由来 IL-10 誘導を用いた認知症発症予防の試み
後藤孔郎*
Koro Gotoh*大分大学医学部，〒879-5593 大分県由布市挟間町医大ケ丘 1-1
Faculty of Medicine, Oita University
1-1 Idaigaoka, Yufu city, Oita 879-5593 Japan
Abstract
Obesity decreases one of anti-inflammatory cytokines, IL-10 synthesis from spleen, and thisreduction brings chronic systematic inflammation, including brain. In addition, obesity is also
a risk factor of Alzheimer's dementia (AD), which is related with chronic inflammation in thebrain. On the other hand, the expression of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) which
is necessary for neuronal maintenance falls in AD patients. In this research, we examine
whether a magnetic field reverses obesity-induced reduction of BDNF expression in brain as
well as IL-10 synthesis from spleen, and these alterations are useful for preventing thedevelopment of AD.
Keywords: IL-10, spleen, Alzheimer's dementia, brain-derived neurotrophic factor,
obesity

1. 目的
肥満でもたらされるメタボリックシンドローム
は、全身性の軽度慢性炎症が基盤病態である。また最近の研究により，肥満がアルツハイマー型認知症（AD）の危険因子であるというエビデンスが集積されてきており、さらには神経細胞外のア
ミロイド β（Aβ）の沈着のみならず、ミクログリ
ア細胞（MG）の活性化とそれに伴う慢性炎症がAD の病態生理に大きく関わるとされている。1)
一 方 、 脳 由 来 神 経 栄 養 因 子 （ Brain-derived
neurotrophic factor; BDNF）は神経細胞の発生や成長、維持、修復など重要な働きをするタンパク質
であるが、近年、この BDNF の発現量が AD 患者の脳で減少していることが確認されている。2)これまで我々は、肥満により脾臓由来 Interleukin(IL)-10 の合成能が低下し、この低下が脳内でのMG 活性化および脳内炎症の促進をもたらすことを明らかにしている。3)
また、小腸の L 細胞から分泌される
Glucagon-like peptide-1 (GLP-1)が、肝臓内の門脈周囲に存在する GLP-1 受容体を介して肝由来求心性迷走神経を活性化させ、さらにその活性が脳内
BDNF 発現の増加をもたらすことを解明している。
4)
肥満および２型糖尿病患者では、血中 GLP-1 濃度が低下していることを考慮すると、肥満により小腸内でも炎症性病変が発症し、この炎症性変化
が GLP-1 分泌能の低下を引き起こしている可能性が示唆される。したがって、脾臓由来 IL-10 合
成能を高めれば、小腸での炎症性病変が抑制され、GLP-1 分泌能も改善し、それに伴い脳内 BDNF 発
現も促進されることで AD 発症予防に有用となると推測される。
本研究の目的は、肥満による脾臓由来 IL-10 の合成能および門脈血 GLP-1 濃度が、AD の病態形成に大きく関与していることを証明することにあ
る。

2. 方法

[1]モ
モデル動物の作製：
雄野性マウス（8 週齢）に通常餌または高脂肪餌を２ヶ月摂取させ、通常食群と高脂肪食群に分け3る。各群に Aβ（0.001mg/日）の持続中枢投与を行う。さらに高脂肪食群を脾臓非摘出（sham）群、
Sham＋磁場慢性暴露群、脾臓摘出（SPX）群、SPX+ 磁場慢性暴露群に分ける。従って、通常食＋sham 群（CNT + sham）、高脂肪食＋sham 群（HF +sham）、高脂肪食＋磁場慢性投与群（CNT + sham +MF）、高脂肪食＋SPX 群（HF + SPX）
、高脂肪食
＋SPX＋磁場慢性投与群（HF + SPX + MF）の５群を作製し、さらに 1 ヶ月飼育する。静磁場の慢性暴露については、表面磁束密度 200mT の磁石を飼育ケージに挟み込むことによって、ケージの中央部は平均 30mT の磁力が発生している環境を作製する。このような静磁場を１日中暴露しておく。飼育後、以下のような項目を検討する。
脾臓に関する評価：[2]脾
a) 脾臓を温存している群に対して、脾臓内の炎症性サイトカインである TNF-α、抗炎症性サイトカインである IL-10 含有量を測定する。
b) IL-10 の合成に大きく関与する脾臓内 B 細胞および制御性 T 細胞の発現について検討する。
小腸に関する評価：[3]小a) 下部小腸および血中での GLP-1 濃度およびGLP-1 の不活化酵素である dipeptidyl peptidase-4(DPP-4)の小腸内発現を検討する。
b) 小腸内での炎症病態を評価するため、炎症性マ
クロファージ（M1 マクロファージ）の腸内浸
潤を免疫組織学的に検討する。
脳に関する評価：[4]脳a) 脳内の BDNF 発現を測定する。
b) 認知症の発症には脳内の炎症性変化が大きく関与していることから、脳内の炎症性サイトカインである TNF-α、抗炎症性サイトカインである
IL-10 の測定、BDNF 発現および炎症に関与しているグリア細胞の活性を評価する。
c) 脳内のアミロイド β（Aβ）
、Aβ の前駆体である
amyloid precursor protein（APP）含有量を定量する。
d) 空間認知機能および記憶能の影響に関する評
価を、モーリスの水迷路試験を用いて評価する。

3. 結果

肥満による脾臓内での IL-10 発現の低下が、磁場の慢性暴露によって有意に増加した。また、B 細胞の低下も改善した。肥満による小腸内でのDPP-4 活性の亢進および GLP-1 発現の低下、小腸4内の炎症が脾臓の摘出により有意に悪化した。脾
臓がある場合には、磁場の慢性暴露はそのような変化を改善させたが、脾臓がない場合には改善しなかった。一方、血中 GLP-1 濃度には有意な変化がなかった。さらに、肥満による脳内炎症性変化の亢進や BDNF 発現の低下が、脾臓摘出にってさらに著明に変化した。ところが、脾臓がある場合には、磁場の慢性暴露はそのような変化を改善させたが、脾臓がない場合には改善しなかった。脳内 APP 含有量に関しては、有意な変化がみられなかった。また、空間認知機能については、肥満によるプラットホームまでの到達時間の遅延が脾
臓摘出によって悪化した。ところが脾臓がある場
合には、磁場の慢性暴露はそのような変化を改善させたが、脾臓がない場合には改善しなかった（図１）。記憶能についても、肥満によるプラットホーム区画の滞在時間の短縮が脾臓摘出によって悪化した。ところが脾臓がある場合には、磁場の慢性暴露はそのような変化を改善させたが、脾臓がない場合には改善しなかった（図２）。

4. 考察
以前より、炎症性腸疾患の患者に対して磁場を与えると IL-10 の発現が増加し、病状が改善するといった報告が散見されている。我が国では、リウマチ性疾患といった炎症性疾患に対して磁場が家庭療法として用いられており、磁場には抗炎症性作用を有することが認められている。動物実験においてアジュバント関節炎を作製した後、静磁場に暴露させると炎症性変化が改善することが報告されている。5)したがって、静磁場は肥満による脾臓由来 IL-10 の合成低下を改善する可能性が示唆される。また、下部小腸の L 細胞から分泌される GLP-1 を門脈内に投与すると、肝臓からの求心性迷走神経を介して脳内の BDNF 神経が活性し、さらにこの活性が膵臓への遠心性交感神経を刺激する。この刺激が遠心性交感神経終末末端から BDNF 分泌を促進させることを明らかにしている。4)
本研究によって、静磁場の抗炎症作用には脾臓
由来 IL-10 の合成促進が関与している可能性がある。また、静磁場による脾臓由来 IL-10 合成能の回復が小腸の炎症性変化を改善させ、小腸からのGLP-1 分泌を促進させ、それに伴い脳内 BDNF 発

現が増加することが示唆された。したがって、肥満による認知症発症の予防として静磁場の暴露が有効である可能性が推測される。

謝辞
本研究は公益財団法人 渡邉財団からの助成を受けて実施したものである。

30

(秒）

*

*

*

*

10
0

1. Čater M, et al. A Pathophysiological Intersection of
Diabetes and Alzheimer's Disease. Int J Mol Sci..
23(19):11562. 2022
2. Banerjee M et al. Emphasizing roles of BDNF
promoters and inducers in Alzheimer's disease for
improving impaired cognition and memory. J Basic
Clin Physiol Pharmacol. 34(2):125-136 2021
3. Gotoh K, Iet al. A novel anti-inflammatory role forspleen-derived interleukin-10 in obesity-induced
hypothalamic inflammation. J Neurochem. 120,752-764, 2012.
4. Gotoh K, et al. Hypothalamic brain-derived
neurotrophic factor regulates glucagon secretion
mediated by pancreatic efferent nerves. J
Neuroendocrinol. 25, 302-311, 2013
5. 谷口典正他．アジュバント関節炎ラットに対する静磁場の影響 整 形 外 科 と 災 害 外 科 49(3)825-828. 2000

プラットホームまでの到達時間

*

20

参考文献

(秒）

プラットホーム区画の1分当たりの滞在時間

30

*

20

*

10
0

CNT +
sham

HF + sham HF + SPX HF + sham HF + SPX +
+ MF
MF

CNT +
sham

*

*

*

HF + sham HF + SPX HF + sham HF + SPX ++ MF
MF

図１．空間認知能の評価

図２．記憶能の評価

肥満による空間認知能の低下が脾臓摘出によっ肥満による記憶能の低下が脾臓摘出によって悪て悪化する。静磁場による改善が脾臓摘出によ化する。静磁場による改善が脾臓摘出により消り消失する。

失する。

5

生体内局所電磁場と原子核スピンの相互作用計測と新規現象探索
Measurement of interaction between local electromagnetic field and nuclear spin
島添健次*
Kenji Shimazoe**東京大学大学院工学系研究科，〒113-8656 東京都文京区本郷 7-3-1a*Graduate School of Engineering, The University of Tokyo
7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656 Japan
Abstract
MRI and PET/SPECT are both important imaging modality in clinical diagnosis asa morphological imaging and a functional imaging. Both are using the uniquecharacteristics of atomic nuclei, such as nuclear spin and the emitted gamma-ray photon,
however, the integration of those devices is limited. In this study, the cascade gamma-ray
emitted from atomic nuclei under high magnetic field is investigated for the future
integration of magnetic resonance method and nuclear medicine.
Keywords: nuclear spin, magnetic resonance, nuclear medicine, cascade gamma-ray

1. 目的
MRI (Magnetic Resonance Imaging)は原子核スピン(微小磁石・磁気モーメント)のエネルギー分裂差を利用した高精細な医用イメージング手法の一つである.MRI では強磁場の印加によって原子核の状態を変化させる.一方で医用分子イメージ
ン グ 手 法 と し て ， PET (Positron Emission
Tomography) や SPECT (Single Photon Emission
Computed Tomography)に代表される核医学技術が存在する.これらの技術は原子核から放出される巨大なエネルギーを利用し分子の位置を高感度に特定する.これらの技術はどちらも原子核・原子
核スピンを利用した医用イメージング技術ではあるがこれまでは比較的単純な PET/MRI などの機能イメージングと形態イメージングの融合という観点でのみ利用されてきた.著者らはこれまでの研究において，原子核から放出されるカスケ
ードガンマ線をもちいることで，原子核の四重極モーメントと外場の相互作用を利用した pH などの化学情報の抽出に成功してきた 1).同様に原子核の磁気双極子モーメントを利用することで MRI

6で用いられている強磁場とカスケードガンマ線を用いることで新たなイメージング手法や応用の可能性が考えられる.本研究では磁場を印加した際のカスケードガンマ線の変化の定量化および利用可能性を検討することを目的とした.

2. 方法
2.1 検出手法・材料
本研究では臨床的に用いられている SPECT 核種である 111InCl3 を放射性薬剤として用いた.111In
は中間状態およそ 85 ナノ秒の時定数を有し，171
keV と 245 keV のガンマ線を連続的に放出するカ
スケードガンマ線放出核種である(図 1).

図 1 111In の崩壊図とカスケードガンマ線放出171 keV 及び 245 keV のガンマ線の時間的・空間的な相関を計測することで原子核スピンと外場の相互作用を定量化する.ガンマ線放出角度を高精度に計測するガンマ線計測器として GAGG
シンチレーターと SiPM の 8×8 アレイを 8 個用いた検出器を用いた.検出器からの信号は 512 チャ
ネルをすべて並列で読出を行うdynamic TOT 回路を用いて，位置，エネルギー，時間をリストモードで記録した.記録したデータからカスケードガ
ンマ線に由来する同時計数イベントを抽出し解析を実施した.
2.2 実験体系
まず，印加磁場に対する 111In 原子核の応答を定量化するため，111InCl3 液体に異なる強度の磁場(03T)を印加し，90 度方向および 180 度方向の放出
角度を有するガンマ線の強度を計数することでラーモア歳差運動の観測と定量化を行った(図 2).
また位置情報を磁場強度にエンコードしたイメ
ージング手法の原理検証を実施した.

図 4 に実験値と過去の文献値の比較を示す.2.34
MHz/T の観測に成功した.また強度分布を持つ磁場印加により位置情報の取得の原理検証に成功
した.

図 4 ガンマ線計測によるラーモア周波数

9. 考察
本研究によりガンマ線の計測から微量の原子
核の液体中のラーモア歳差運動を高感度に検出可能であること，得られたラーモア周波数から位置分解が原理的には可能であることが示された.
一方で計数の統計精度などの問題から位置分解の高精度化には本手法に適したアルゴリズムが必要であると考えられる.また上記に加えて現在
SPION 等の超常磁性酸化鉄ナノ粒子等を用いた
緩和時間の変更などの検討を開始しており今後
MRI 技術と核医学技術の融合がさらに進んで行くと考えられる.

謝辞
図 2 磁場の印加体系と検出器配置体系.線源を囲むように 8×8×8=512 チャネルの検出器アレイを配置してある.文献 3)より転載改変

3.結果
図 3 に観測したラーモア歳差運動の例を示す.
磁場強度に比例した振動が観測された.

図 3 ガンマ線計測によるラーモア歳差運動の観測(1 T および 2.7 T の例)

この研究は公益財団法人渡邉財団第 28 回磁気研究助成の補助を受けて実施したものである.
参考文献
1) Shimazoe, Kenji, Mizuki Uenomachi, andHiroyuki Takahashi. Communications Physics 5.1(2022): 24.
2) Shimazoe, Kenji, et al. "Dynamic time overthreshold method." IEEE Transactions on Nuclear
Science 59.6 (2012): 3213-3217.
3) 上木太晟 東京大学修士論文 「摂動角相関を用いた外場環境推定による新たな核医学イメージングに関する研究」2022 年度
4) Ueki, Taisei, et al. Nuclear Instruments andMethods in Physics Research Section A:
Accelerators, Spectrometers, Detectors andAssociated Equipment 1050 (2023): 168122.

文献 3), 4)より転載改変

7

磁気刺激による内耳前庭系を介した反射機能改善の検証
Verification of reflex improvement by the magnetic vestibular stimulation
田中邦彦杉浦明弘
Kunihiko Tanaka and Akihiro Sugiura

岐阜医療科学大学 大学院保健医療学研究科〒501-3892 岐阜県関市市平賀長峰 795-1
Graduate School of Health and Medicine
Gifu University of Medical Science795-1 Nagamine, Ichihiraga, Seki, Gifu 501-3892 Japan
Abstract
Effects of magnetic vestibular stimulation on posture and arterial pressure control were
examined. Center-of-gravity sway on a foam rubber with closed-eyes was measured for 1
minute in eight healthy volunteers. Neodymium magnets (0.4 T) or an aluminum disks (0T) were attached behind the auricle during measurement. The trajectory length and theenvelopment area of sway were significantly smaller when magnetically stimulated at
0.4T. The integrated values of 0.1-1Hz with 0.4T were significantly smaller on both theX-axis and the Y-axis. Arterial pressure control in six subjects were significantly
augmented with 0.4T stimulation. Thus, magnetic vestibular stimulation increases
vestibular-related motor and arterial pressure control function.
Keywords: gravity, posture,
vestibulo-arterial pressure reflex

equilibrium

1. 目的
内耳前庭系は姿勢の変化を感知し，反射的に眼球や下肢の筋肉の収縮度を変化させて姿勢を維持しようとする。ここから中枢神経系に情報を伝達する前庭神経に強い電気刺激を加えると，動揺感が引き起こされ，身体の重心動揺が大きくなる
1)。その一方で，微弱な電気刺激を加えると，動揺が抑制される即ち姿勢調節機能が改善されるという報告がある 2)。これらの反応は「ノイズ」
が大きければ本来の刺激をマスクしてしまい反応性が低下するが，微弱な刺激を加えると反応性がより高くなるという「確率共振」現象に矛盾しない。
これまでに我々は，内耳前庭系が，運動神経・8system,orthostatic

hypotension,

筋系を介した姿勢調節のみならず，自律神経を介した起立直後の血圧調節に重要な役割を果たしていることを示してきた 3, 4)。仰臥位から立位に姿
勢を変化させた際，身体にかかる重力は，その短軸方向から長軸方向へと変化する。足方向に向かって血管内の静水圧内は高くなり，下半身に血液が貯留し，血圧が低下してしまう。このとき，内耳前庭系が姿勢変化を感知し，反射的に血管収縮させることで，この血圧低下を予防している。上記同様，強い電気刺激を前庭神経に与えると姿勢変化が適切に感知できず，起立直後の血圧が低下するが，微弱な電気刺激を与えると，この前庭血圧反射が増強され，血圧低下が認められないか，
あるいはより上昇する現象が見られる 4)。

-

医療機関では様々な画像診断装置を用いて検査を行う。そのひとつである，磁気共鳴画像診断装置 (Magnetic Resonance Imaging; 以下 MRI)は強い磁場と電磁波によって体内を画像化する。この
MRI 検査を行う際，特に頭部 MRI 検査を行う際，往々にして患者がめまい，吐き気などいわゆる「磁場酔い」を訴えることがある。この現象は撮影を行わなくても眼振が記録されることから，磁場が変化していない静磁場においても引き起こされると考えられる 5)。
電気刺激によって観察される現象と考え合わ
せると，強い磁気刺激で平衡感覚が乱されるのであれば，微弱な磁気刺激ではその感度および，それを介した調節能は，より高くなるのではないかと考えた。そこで今回，現行の MRI の磁場よりも比較的低い磁気刺激が，内耳前庭系を介した姿
勢調節，血圧調節に与える影響を検討した。

起立時血圧変化健康ボランティア 6 名に対して行った。上記同様ネオジム磁石 (0.4T)あるいはアルミ板 (0T)を貼付した状態で，連続血圧 (Human NIBP, AD
Instruments)を計測しつつ，仰臥位から 60°頭高位（立位）に姿勢を変化させた。仰臥位と姿勢変化
直後 10 – 15 秒間の平均血圧の差を解析した。

2. 方法
 計測はすべて岐阜医療科学大学倫理委員会の承認のもと，書面による同意を得たうえで行った。
- 重心動揺健康ボランティア 8 名に対して行った。閉眼，
閉足位でフォームラバーを設置した重心軌跡測定装置（TKK5810，竹井機器）を用いて重心動揺を１分間測定した。測定時にはネオジム磁石 (直径 1.2 cm，0.4T)もしくはアルミ板(直径 1.2 cm，0T)を耳介後部に貼付した。 測定結果から単位時間あたりの重心動揺軌跡長，動揺の外周面積，左右（X 軸）方向と前後（Y 軸）方向の重心動揺軌
跡を周波数解析し，耳石器が強く関与しているといわれる 0.1 – 1Hz 領域を積分した。
得られた結果を 0.4T と 0T で比較した。

4. 考察

図 1 に重心動揺試験の結果を示す。平均軌跡長（左），重心軌跡の外周面積（右）のいずれも 0.4T
で磁気刺激したときの方が有意に小さかった。さらに，周波数解析においては，X 軸，Y 軸のいずれにおいても，領域の積分値が有意に小さかった。
 図 2 に起立時の平均血圧変化を示す。0T の場合には起立時の血圧は変化しないが，0.4T の磁器刺激を行った際には，有意に増加した。

本研究では重心動揺計測時にラバーマットで体性感覚を攪乱し，閉眼にて視覚情報を遮断しているため，重心動揺軌跡の短縮，外周面積の縮小
は，磁気刺激が内耳前庭系由来の姿勢調節機能が改善したと考えられる。X 軸・Y 軸とも 0.1 – 1Hz
領域の動揺が減少したことは，これを裏付ける。
また，仰臥位から起立した際には内耳前庭系が姿
勢変化を感知し，血圧を積極的に上昇させている。
血液の足方シフトによる血圧低下を予防するためであるが，この上昇効果が磁気刺激によって増大することが示された。今後は起立性低血圧ある
いは前庭機能低下をきたした患者，高齢者等で検
証したい。

外周面積

*

*

(mm2)

平均軌跡長
(mm/s)

3. 結果**p = 0.012 vs. 0T

0T*p = 0.0050 vs. 0T

0.4T
0T
0.4T
図 1：磁気刺激による重心動揺変化*p = 0.043 vs. supine

仰臥位

立位

図 2：磁気刺激による起立時平均血圧変化9謝辞 この研究は公益財団法人 渡邉財団磁気研究助成事業第 3 回岡井治特別研究助成の補助を受けて実施したものである.
本論文の内容は令和 4 年 11 月 24 日に東京で開催された『第 68 回日本宇宙航空環境医学会大会』
ならびに令和 5 年 3 月 15 日に京都で開催された『第 100 回日本生理学会大会』で報告した.

10

1)
2)
3)
4)
5)

参考文献
Fitzpatrick, R. C. et al: J Appl Physiol 96
2301-2316 (2004).
Iwasaki S. et al: Neurology 82 969-975 (2014).
Tanaka K. et al. Autonomic Neuroscience 148
90-96 (2009).
Tanaka K. et al. Autonomic Neuroscience 166
66-71 (2012).
Ward, B.K. et al: Frontiers in Nerology 8 122(2017).

11

12

がん温熱療法と診断を目指した磁気ナノ微粒子の創製
Development of Magnetic Nanoparticles for Cancer Thermal Therapy and
Diagnostics
一柳優子*
Yuko Ichiyanagi**横浜国立大学大学院・工学研究院，〒240-8501 神奈川県横浜市保土ヶ谷区常盤台 79-5
*Graduate School of Scientific Engineering, Yokohama National University79-5 Tokiwadai, Hodogaya-ku, Yokohama 204-8501 Japan
Abstract
Recently magnetic nanoparticles are drawn attention, not only in physicalproperties but in the field of life science. Magnetic materials accumulate heat in response
to external magnetic fields. This feature is useful for thermal therapy. They can also be
used for diagnostic imaging. In addition, the nm size is large enough to be introduced
into cells. In this proposal, magnetic particles are integrated with medicine to create a
new science and technology.
Keywords: magnetic nanoparticles, hyperthermia, diagnostics

1. 目的
物性研究で扱われる nm スケールの磁気微粒子
は，近年，高密度記録媒体や各種磁性材料のみならず，ライフサイエンスの分野でも注目を集めてきた．これからは，物理学的手法を用いて医学と融合させ，新しい科学技術の発展に貢献していきたい．ナノサイズであれば十分細胞に入る大きさである．一方で磁性体は外部磁場を印加すること
で，熱を蓄積する．そこで，がん細胞に特異的に導入される磁気微粒子を作製し，その上で外から磁場をかけて発熱させれば，物理エネルギーを利用したがん温熱療法，磁気ハイパーサーミアが可能になるであろう．本研究では，外部磁場で発熱するナノサイズの磁気微粒子を作製し，がん細胞に選択的に導入される工夫をするとともに，診断としての機能も持つ微粒子を開発することを目的とする．
ナノサイズの磁気微粒子の発熱は磁気緩和によるもので，磁気モーメントの回転に起因する
Néel 緩和と，粒子自体の回転に起因する Brown

緩和がある．磁気ハイパーサーミア用の発熱媒体
としては，周囲の環境に影響されずに緩和できる，
Néel 緩和による発熱が有効であると考えている．
我々はこれまでに SiO2 で包含された磁気クラス
ターを用いて，ヒト乳がん細胞，前立腺がん細胞における in vitro 実験で，磁気ハイパーサーミア効果を確認した．1,2）今回は生体適合性の高い PEG(Polyethylene Glycol) で修飾することを試みた．

2. 方法
2-1. 種々の磁気微粒子の作製と同定
独自の湿式混合法を用いて様々な組成，粒径の磁気微粒子を作製した．例としてニッケルフェラ
イト(NiFe2O4)微粒子の作製方法を示す．PEG(400あるいは 2000)の溶液中に金属塩化物 NiCl2∙6H2O,
FeCl2∙4H2O, それぞれの水溶液と NaOH を混合させ，洗浄と乾燥したのち電気炉で焼成する．粒径は PEG に加える水の量で調整した．得られた粒子は X 線粉末解析(XRD)，電子顕微鏡(TEM)，X
線微細構造(XAFS)，蛍光 X 線(XRF)，赤外線吸収

13

3.結
結果と考察
交流磁化率虚数部 χ”は，体温付近の 310 K で 17
nm の粒子がピークを持つため発熱が期待でき，
実際に温度上昇も他の粒径より格段に高く，がん細胞を死滅させるのに可能な温度，42.5℃に達した(Fig.1)．3)ヒト乳がん細胞を用いた in vitro 実験の結果を Fig.2 に示す．1.がコントロール，2.が磁場のみ印加したもの，3.がハイパーサーミアによる，がん細胞
の生存率で
100
93
90.7
ある．非常に
80
69.2
小さい磁場
60
で 30 分のみ
40
の印加にも
20
かかわらず，
01)
2)
3)
30% 以 上 の死滅が確認
Fig.2 ヒ ト 乳 が ん 細 胞
MBA-MD-231 のハイパーサーミ
できた．粒子ア実験結果。1) Control ,2) 磁場印の毒性につ加のみ, 3) ハイパーサーミア
いては生体適合性評価をしており，粒子のみでは毒性が無い
こと，PEG を修飾すると，さらに生体適合性が向上することも確認している．MR 測定では，
Mn-ferrite 系で優位な T2 短縮効果が得られ，診断用の材料としても期待できる．
Cell viability / %分光(FT-IR)などで同定した．
2-2.磁化測定と交流磁場中の昇温測定
SQUID 磁束計により，直流磁化および交流磁化を測定した．昇温測定は交流磁場を発生する装置を作製し，コイル内にガラス管に詰めた試料を設置して，コイルを冷却しながら光ファイバー温度計で昇温を測定した．
2-3.ヒト乳がん細胞を用いた in vitro 温熱実験
ヒト乳がん細胞 MBA-MD-231 をディッシュに培養し，微粒子を撒布して 30 分間交流磁場 (f =45.8 kHz, h = 8.8 Oe)を印加し，その後はがした細胞を染色して生・死細胞数をカウントした．
2-4. MRI 用ファントム作製と MR 効果測定
アガロースに粒子を分散させ，ファントム試料を作製し，スピンエコーシーケンスにて T2 緩和を測定した．

4. 学会・シンポジウム報告

本論文の内容の一部は 2022 年 12 月 7 日に徳島大学で開 催 さ れ た ， International Symposium on
Nanomedicine2022，2023 年 3 月 17 日に上智大学・
ハイブリッドで開催された『第 70 回応用物理学会春季
学術講演会』で報告したものである.

謝辞
この研究は渡邉財団第 28 回磁気研究助成の補助を受けて実施したものである.

Fig.1 粒径が 17 nm の 10-1 kHz における交流磁化率虚部χ”（上）と 3-17 nm の粒子の交流磁場中での発熱特性（下）
．

14

参考文献
1) T. Kondo, Y. Ichiyanagi et al., J. Appl. Phys. 117
17D157 (2015).
2) Harutaka Mekaru, Yuko Ichiyanagi and Fuyuhiko
Tamanoi, Cell-inspired materials and engineering,
Magnetic nanoparticles and alternating magnetic
field for cancer therapy, Springer (2021)p.165-179.
3) K. Ohara, T. Moriwaki, K. Nakazawa, T. Sakamoto,
K. Nii, M. Abe and Y. Ichiyanagi, AIP Advances 13025238 1-5 (2023).

反復経頭蓋磁気刺激併用認知リハビリテーションによる認知機能改善効果の検証
Verification of cognitive improvement by cognitive rehabilitation combined withrepetitive transcranial magnetic stimulation
高倉朋和*,**
Tomokazu Takakura*順天堂大学大学院医学研究科リハビリテーション医学，〒113-8421 東京都文京区本郷 2-1-1**順天堂東京江東高齢者医療センター，〒136-0075 東京都江東区新砂 3 丁目 3-20
*Department of Rehabilitation Medicine, Juntendo University Graduate School of Medicine
2-1-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8421 Japan**Department of Rehabilitation Medicine, Juntendo Tokyo Koto Geriatric Medical Center
3-3-20 Shinsuna, Koto-ku, Tokyo 136-0075 Japan
Abstract
Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), a non-invasive brain stimulation(NIBS) method, is expected as a non-drug therapy for preventing the progression of dementia.
Although there is still no unified consensus on the stimulation site and stimulation method,
there are many reports using high-frequency stimulation (HF-rTMS) for the left dorsolateralprefrontal cortex (Lt.DLPFC), similar to depression treatment, Recently, there are also
research reports using intermittent theta burst stimulation (iTBS). Concomitant use ofcognitive function training (rTMS-Cog therapy) is also considered to be useful for improving
cognitive functions in daily life. We plan to continue research on rTMS treatment aimed at
improving cognitive and memory functions.
Keywords: transcranial magnetic stimulation, cognitive rehabiliation

1. はじめに2012 年の全国認知症有病率調査結果から，認知症
患者数は 2025 年に 700 万人に達すると予測される ． 認 知 症 予 備 軍 で あ る 軽 度 認 知 障 害 (mildcognitive impairment, MCI)は 400 万人程度でこのう
ち 10-30％が認知症に進行すると予測される．
MCIの段階からの進行予防が重要である．非侵襲的脳刺激法（non-invasive brain stimulation, NIBS）である 反 復 経 頭 蓋 磁 気 刺 激 (repetitive transcranial
magnetic stimulation, rTMS)は，刺激部位とその関連するネットワークの可塑性を非侵襲的に変調させることができうつ病，疼痛，脳卒中後運動障害など多岐にわたる精神・神経疾患に対し研究が進められてきた．近年 rTMS はアルツハイマー病（AD）をはじめとする認知症疾患・MCI に対し，症状進行予防のための非薬物療法として期待されている．本研究では rTMS＋コンピュータ機器を用 いた認知 リハビリテー ション (computerassisted cognitive rehabilitation, CACR)併用による短期集中認知リハビリテーション治療の効果15を検証し，今後の臨床応用可能性を検証するもの
である．

2. 方法

無作為化並行群間比較(RCT)，60 歳から 80 歳までの MCI 患者を対象に A 群(15 名)：iTBS 刺激もしくは B 群（15 名）：シャム刺激の rTMS 実
施後 CACR（４０分間）を週に 3 回・2 週間実施
する．
（図）
介入前，介入終了時，介入終了後 2W に，MOCA-

J，数唱(順唱スパン数)，空間性 WM，言語性 WM（RST スパン得点），語流暢性，TMS による電気生理学的検査 (RMT, SAI (ISI 21-25grandmean)を行い，郡内・群間比較を行う．

3. 結果
特定臨床研究として研究実施準備を進め 2022 年
度より本研究を開始している．COVID-19 第 7 波（2022 年 7 月〜），第 8 波（2022 年 10 月〜）の全
国的感染拡大に伴い当該医療機関における臨床研究活動に制約を生じたため，研究進捗に遅れを生じた．2023 年 3 月末時点で COVID-19 流行は収束に向かっており，2023 年度以降も本研究を引き続き継続し効果を検証してゆく予定である．

4. 考察
認知症および MCI に対する rTMS 治療は，これまでのところ①標準的刺激方法（刺激強度，周波数，
刺激時間），②至適刺激部位についてコンセンサ
スは得られておらず，実用化に向けさらなるエビ
デンス蓄積が必要といえる．認知機能改善に向けた研究には rTMS 単独による研究と，rTMS と認知機能訓練を併用した研究(rTMS-Cog therapy)が16ある．また単独部位刺激 (single-site rTMS)と多部位刺激 (multi-site rTMS)による研究に大別される．
Di Lazzaro らは AD・MCI を対象とし 2020 年までに行われた RCT について systematic review を行っている．この報告によると，刺激部位・頻度として左背外側前頭前野（DLPFC）への高頻度刺激が最も多く，このほかに両側 DLPFC への高頻度刺激，右 DLPFC への高頻度刺激，右 DLPFC への低頻度刺激，両側 DLPFC に加え Broca 野・Wernicke
野・両側下頭頂小葉など多部位への高頻度刺激，
楔前部への高頻度刺激が報告されている．近年，
認知機能改善を目的とし間欠的θバースト刺激(iTBS)を用いた報告も増えてきている．θバース
ト刺激(Theta burst stimulation, TBS)とは、50Hz 間
隔の 3 連発刺激を 5Hz で繰り返すパターン刺激であり，間欠的に 2 秒間連続刺激・8 秒間休止を行
い 600 発のパターン刺激を行うものは intermittent
TBS(iTBS)と呼ばれる．iTBS は従来の高頻度刺激法に比べ短時間で効率的に皮質可塑性変化が得られることが知られ，
上肢一次運動野への iTBS 刺激の場合では，刺激後 30 分にわたり皮質脊髄路
興奮性が増強することが知られる．
MCI から軽度・中等度の AD を対象に行われた研究では，認知トレーニング実施前に左 DLPFC へ
HF-rTMS を実施(add-on)することによるトレーニ
ング促進効果が報告されている．rTMS によるニューロモジュレーション効果を，日常の「物忘れ」
予防へと汎化させるためには rTMS 後に実施する認知リハビリテーション訓練が重要と考えている． CACR は，ゲーム感覚で楽しく・繰り返し課
題に取り組むことが可能であり，被験者の課題達成状況に応じて難易度を調整することも可能である．CACR を通じて，被験者自身により自分の記憶能力を定量的・客観的に観察する機会ともな
り，認知症進行予防に向けたメタ認知獲得の一助にもなると期待される．

謝辞
本研究をご支援くださいました渡邉財団関係者
各位に深謝申し上げます．
参考文献
1) Di Lazzaro V, et al. Diagnostic contribution
and therapeutic perspectives of transcranialmagnetic stimulation in dementia. Clin
Neurophysiol. 2021;132(10):2568-607

2) Bagattini C, et al. Enhancing cognitive
training effects in Alzheimer's disease: rTMS
as an add-on treatment. Brain Stimul.
2020;13(6):1655-64.

17超小型ナノカプセル 19F MRI 造影剤の開発
蓑島維文 



*大阪大学大学院工学研究科，〒565-0871 大阪府吹田市山田丘 2-1**JST さきがけ，〒565-0871 大阪府吹田市山田丘 2-1
Abstract
磁気共鳴画像法（MRI）は深部組織において高い空間分解能で分子イメージングを行うための強力なツールである．特に 19F MRI は，内在性の生体分子に由来するバックグラウンドシグナルなしに 19F 含有造影剤を可視化できる有望なツールである．我々は MRI 造影剤としてパーフルオロカーボンを内包したシリカナ
ノカプセルを開発しているが，ナノ粒子の生体内分布はサイズ，材料，表面修飾
状態に依存する．そこで本研究では粒子径を小さくした超小型シリカナノカプセ
ルの開発を行った．従来の 1/3 程度の直径 30 nm のナノカプセルを調製し，生きたマウスで生体内分布を可視化した．
キーワード: MRI, 19F MRI, シリカナノカプセル

1. 目的
核磁気共鳴画像法（MRI）は核磁気共鳴（NMR）の原理に基づいた画像化法で生体深部の観測可能な核種を画像化する．代表的なものに水由来のプロトン（1H）を画像化する 1H MRI が挙げられ，局所におけるプロトン密度，緩和時間の差をコントラストとして画像化し，診断に使われている．
また，外部から投与する造影剤によってコントラストの差を上昇させることが可能であり，例として常磁性の Gd3+錯体や超強磁性の酸化鉄ナノ粒子などが報告されている（引用 1）．しかしながら，1
H MRI では生体内に豊富に存在する水分子由来のシグナルと共に観測されるため，造影剤由来のシグナルの見分けがつかない場合がある．
一方で，近年観測核種としてフッ素（19F）を利19用した 19F MRI が注目されている．
F は高い MRI
感度を示し，生体内にバックグラウンドシグナルが存在しないことから，19F を含む化合物を造影剤として投与することで，造影剤由来のシグナルがコントラスト良く観察される（引用 2）．われわ
19
れのグループでは分子内に F を多く含む液体状のパーフルオロカーボンを内包し，シリカ（SiO2）
で外側を被覆したナノカプセルを開発しており，

18

F MRI 造影剤としての応用を進めている（引用3）．このナノカプセルは高い感度を示し，生体内で 19F MRI シグナルが観測された．しかしながら，標的組織への送達効率の低さや組織への長期間の残留といった課題も見られていた．ナノ粒子の体内動態はサイズに依存することが知られているため（引用 4），本研究では粒子サイズのより小さなナノカプセル型 19F MRI 造影剤の開発とその体内動態の評価を行うことを目的とした．
19

2. 方法
ナ ノ カ プ セ ル は Perfluoro-15-crown-5-ether(PFCE)を含むパーフルオロカーボン相，カチオン性界面活性剤を含む水相，シリカ重合の原料となるテトラエトキシシラン（TEOS）を含む有機相の三相からなる溶液を撹拌混合して得た．粒子サイズは動的光散乱法（DLS），および透過型電子顕微鏡（TEM）による観察像から測定した．ナノカプセルに内包されたフッ素化合物（PFCE）について 19F NMR により測定した．また，19F MRIを用いて，マウスに投与後のナノカプセルの動態を観察した．

3. 結果
2.で示した三相を混合撹拌する手法によってシリカナノカプセルを得た．サイズを DLS および
TEM 観察像で確認したところ，サイズが 100-150
nm 程度の分布のナノカプセルと共に 30-50 nm 程度の分布のナノカプセルが得られた．サイズが小さいナノカプセルを分離精製するため，遠心分離操作により大きいサイズのカプセルを沈殿させ，上清を分離することで小さいサイズのナノカプ
セルのみを回収することができた．透析後のナノカプセルを TEM で観察すると平均径は 30 nm 程度となっていた（図 1）．また，シリカ層が外側に，
PFC 層が内側にあるコア-シェル型の構造をしていることも確認できた．水溶液中に分散させたナノカプセルを 19F NMR で測定すると，内包されている PFCE の化学シフト領域に鋭いピークが観察された．ピークがブロードせず見られたことから，液体状の PFCE が流動性を維持した状態でカプセルへと内包されていることが確認された．また，シリカ重合の材料を検討することで，表面にカチ
オン性，アニオン性の官能基が導入されたナノカプセルを得ることにも成功した．

図 1. （左）作製したナノカプセル（右）従来の作製法によるナノカプセルの TEM 像
ナノカプセルを 19F MRI で画像化できるか検討したところ，粒子濃度依存的な 19F MRI シグナルが観測された．また，ナノカプセルの体内動態の評価のためマウスに静脈注射でナノカプセルを投与し，投与直後と 3 日後のマウスを 19F MRI により撮像した．投与直後のマウスからは肝臓から
19
F MRI シグナルが検出された一方で，投与 3 日
後のマウスからはシグナルが観察されなかった（図 2）．

図 2. （左）投与直後のマウス（右）投与 3 日後のマウスの 19F MRI 画像．左図の囲いは肝臓を示
す．

4. 考察
今回開発した超小型ナノカプセルは従来の方法で作製したナノカプセルと比べてサイズがおよそ 3 分の 1 と小さくなった．これは，シリカ重合のプロセスとナノエマルジョン形成のプロセスを同時に行うことにより，エマルジョン形成直後にサイズの肥大化を伴うことなく表面へのシリカ重合が進行できたためと考えられる．マウス
への体内動態に関しては日数経過によりナノカ
プセル由来の 19F MRI シグナルが減衰していた．
従来のサイズのナノカプセルでは数日後の段階
では体内からの 19F MRI シグナルはほとんど減衰
せず見られていたことから，本結果は興味深い．
サイズの小さなナノカプセルは体内からの排出が速く起こったのではないかと示唆される．
今後はがん組織移行性を評価するための担癌マウスでの評価，ならびに表面修飾が及ぼす影響について MRI による評価を引き続き進めていく
予定である．
 本論文の一部の内容は 11 月 29 日に神戸で開催された『第 10 回アジア生物無機化学国際会議（AsBIC10）』で報告したものである.

謝辞
 この研究は渡邉財団の補助を受けて実施したものである.
参考文献
1) Wahsner Jessica, et al. Chem. Rev. 119, 957 (2018).
2) Tirotta Ilaria, et al. Chem. Rev. 115, 1106 (2015)．
3) Hisashi Matsushita, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 53,
1008 (2014).
4) Yu Matsumoto, et al. Nat. Nanotechnol. 11, 533(2016).
19

上肢の局所性ジストニアに対する装着型器機を用いた磁気刺激治療
Magnetic stimulation therapy by a wearable device for focal dystonia of the upper extremity
藤村健太*, 加賀谷斉**
Kenta Fujimura*, Hitoshi Kagaya***藤田医科大学保健衛生学部リハビリテーション学科，〒470-1192 愛知県豊明市沓掛町田楽が窪 1-98**国立研究開発法人 国立長寿医療研究センターリハビリテーション科部，〒474-8511 愛知県大府市森岡町 7-430*Faculty of Rehabilitation, School of Health Sciences, Fujita Health University
1-98 Dengakugakubo, Kutsukake, Toyoake, Aichi 470-1192 Japan** Department of Rehabilitation Medicine, National Center for Geriatrics and Gerontology,
Obu, 7-430 Morioka, Obu, Aichi 474-8511 Japan
Abstract
The purpose of this study was to determine the feasibility of using a wearable
magnetic stimulator machine in conjunction with conventional rehabilitation and toevaluate the effect of magnetic stimulation below motor and sensory thresholds for focal
dystonia of the upper extremity. Ten patients with stroke hemiplegia and one patient withfocal dystonia of the upper extremity were included in the study. The results showed thatthe wearable device did not interfere with conventional rehabilitation and the feel and fitof the device were good. In addition, magnetic stimulation reduced symptoms of dystonia
and improved the accuracy of writing ability. The effect may be sustained after 3 months
of intervention.
Keywords: focal dystonia, wearable magnetic stimulator, writer’s cramp

1. はじめにジストニアは運動障害の一つであり，骨格筋の持続のやや長い収縮，もしくは間欠的な筋収縮に特徴づけられる異常な運動である．ジストニアがあると随意運動の遂行が様々に妨げられ，日常生
活に困難を生じさせる．局所に生じるジストニア
を局所性ジストニアといい，人口 10 万人あたり 3〜38 人と報告されている．1) 上肢の局所性ジスト
ニアとしては，書痙（writer’s cramp），奏楽手痙（musician’s dystonia），スポーツによるジストニアなどが有名である．書痙などの主な治療法としてはボツリヌス療法が治療の第一選択とされているが本邦では保険適応がない．さらにボツリヌス

20療法を用いた上肢の局所性ジストニアに対する治療は治療手技の困難さや筋脱力などの副作用のため，広範には行われていない．また，抗コリン薬，抗てんかん薬などの薬物療法の効果も乏し
く，高いエビデンスもない．一方，経皮的電気刺激（transcutaneous electrical nerve stimulation; TENS）
を用いた上肢筋への運動閾値未満の電気刺激が書痙の改善に有効であったとの報告がある．2) しかし TENS を使用するには電極を皮膚に貼付する
手間がかかることや刺激中にピリピリするような疼痛や不快感が生じやすく，患者の受け入れが必ずしも良好ではない．
近年，電気刺激と同様の機序で筋や神経を刺激

可能な磁気刺激の臨床応用が注目されている．磁
気刺激は電極貼付の必要がなく，衣服の上からでも刺激可能であり，臨床で使用しやすい．また皮膚に存在する侵害受容器を刺激しないため，電気刺激における感覚閾値以上の刺激でも磁気刺激では一定の範囲で感覚閾値未満になり，不快感なく刺激することが可能である．一方，磁気刺激に用いるコイルは一般に大きくて重いという欠点があるが，前述のように TENS で用いる電気刺激
強度は運動閾値未満であり小型の磁気刺激器機が適用できる可能性がある．そこで，われわれは刺激強度を弱くした磁石を利用した小型軽量の装着型磁気刺激器機を開発した（特許申請中）（図
1）．本器機は 7.9 ✕ 7.7 cm，重量 107.5g，バッテ
リー・永久磁石内蔵で上肢に装着可能である．周
波数 150Hz，磁束密度 0.2T であり，運動閾値未満かつ感覚閾値未満の磁気刺激ができるため，書痙を含む上肢の局所性ジストニアの治療に有効な可能性がある．
本研究では装着型磁気刺激器機を通常リハビリ
テーションに併用することの実現可能性（feasibility）と，運動閾値未満かつ感覚閾値未満の磁気刺激が書痙を含む上肢の局所性ジストニ
アの治療への有効性を検討した．

身長 164.7±12.0cm，体重 61.4±12.5kg，麻痺側上肢運動機能は Stroke Impairment Assessment Set で上肢近位テスト 3.5±1.1，遠位テスト 3.2±1.0 であった．ペースメーカー挿入患者，てんかんの既
往のある患者，刺激部位近傍に取り外しのできな
い金属のある患者，妊娠している女性は除外した．
また全ての対象者に書面での説明を行い, 本研究に参加するための同意を得た．
対象者は作業療法の訓練時間に麻痺側の前腕伸筋を標的として磁気刺激器機を装着した．第 1 週
目の連続する 3 日間，訓練時間（60 分間）に磁気刺激器機を装着し，運動閾値未満の磁気刺激を行いながら通常のリハビリテーション治療を行った．3 日目の訓練終了時に使用感などを 7 段階のLikert Scale を用いて評価した．第 2 週は磁気刺激機器を装着せずに訓練を行った．第 3 週に再び連続する 3 日間，磁気刺激器機を装着し訓練を行い，器機なしと比べてどうであったかを評価した．
2) 上肢の局所性ジストニアに対する効果の検証
書痙などの上肢の局所性ジストニアを有する左視床出血後に右片麻痺を呈した 50 歳代後半の男
性患者を対象とした．発症から４年半が経過しており，明らかな麻痺はなく右上肢不随意運動のみ残存していた．対象者には書面での説明を行い,本研究に参加するための同意を得た．
前腕屈筋群である浅指屈筋，長母指屈筋を標的として磁気刺激を行い（図 2），30 分間の刺激前後における即時効果を検討した．また，１日 60分間の刺激を 3 か月間継続して行った際の書字能力を比較した．書字能力の評価には，TraceCoder ®
（シスネット株式会社）を使用し，螺旋図形（周間 20mm，3 周）のトレース課題におけるズレ量，加速度，躍度を測定した．

図 1．装着型磁気刺激器機（IFG 社）

2. 方法
本研究は特定臨床研究として認可を受けて実施された（弱い末梢磁気刺激が生体に与える効果の検討，jRCTs042200013）．
1) 装着型磁気刺激器機を併用したリハビリテー
ションの実現可能性の検証
対象は脳卒中片麻痺患者 10 名（脳梗塞 9 名、脳出血１名）とした．年齢は 72±11 歳，男性 8 名，

図 2．前腕屈筋群を標的とした磁気刺激21

3. 結果た．本検証により，装着型磁気刺激器機を併用し1) 装着型磁気刺激器機を併用したリハビリテー
たリハビリテーションの実現可能性が良好であションの実現可能性の検証ることが示唆された．
Likert Scale による中央値はそれぞれ，使用感 5
上肢の局所性ジストニアに対する運動閾値未満（よい），装着感 5（よい），疼痛の有無 7（疼痛かつ感覚閾値未満の磁気刺激は，刺激直後にジス
なし），器機での訓練を続けたいか 7（続けたい），
トニア症状を減少させ，トレース課題の精度を向訓練の妨げとなったか 6（妨げなかった）であっ上させた．またその効果は即時のみならず，長期た．
的な介入によっても持続する可能性が示唆され
2) 上肢の局所性ジストニアに対する効果の検証
た．本研究で用いたトレース課題については明確
即時変化として，30 分間の磁気刺激前後におけな健常値がない（現在作成中）が，これまでの健
るトレース課題のズレ量は刺激前 3.3±3.7 cm，刺常者を対象にしたわれわれの計測データでは，ズ
激後 1.8±1.6 cm であった．また加速度は刺激前レ量 0.7±0.5 cm，加速度 0.2342±0.2435 cm/s2，躍
0.3082±0.4150 cm/s2，刺激後 0.2057±0.2341 cm/s2， 度 0.0045±0.0049 cm/s3 である．これより，ズレ量
躍度は刺激前 0.0074±0.0117 cm/s3，刺激後 0.0043
は十分でないが，加速度や躍度は健常値に近い値
3±0.0050 cm/s であった．刺激前後におけるトレーにまで改善したと考えられる．
ス課題の様子を示す（図 3）．刺激前に比べて刺激
TENS は主に求心性線維を活性化することで動後の施行では，トレースの基準線からのズレ量が作筋と拮抗筋の間における興奮と抑制の関係性
明らかに減少した．
を再構築する．3) 本器機による磁気刺激においても同様の機序により，ジストニアで著しく損なわ
3 か月間の刺激を行った後の評価では，ズレ量2
れている中枢神経系における動作筋と拮抗筋の1.9±1.3 cm，加速度 0.4293±0.5480 cm/s ，躍度
30.0099±0.0159 cm/s であった．
相互作用の再構築を促進したことで，上肢の書字動作における能力が向上したと考えられる．今後,
この効果を明確にするため, 対照群を設定した多刺激前
刺激後数例での試験を行い, 検証していく必要がある.

謝辞
この研究は公益財団法人渡邉財団の補助を受けて実施したものである.

参考文献
図 3．30 分間の磁気刺激前後におけるトレース
課題の変化

4. 考察
本研究は装着型磁気刺激器機を併用したリハビ
リテーションの実現可能性と運動閾値未満かつ感覚閾値未満の磁気刺激による局所性ジストニ
アへの効果について，脳卒中片麻痺患者を対象に検討した．
本器機の装着は通常のリハビリテーションを妨げることなく，使用感や装着感も良好な結果であった．また，通常の電気刺激でしばしば生じる刺激時の疼痛や不快感なども生じることはなかっ22

Japanese Society of Neurology: Guidelines for theTreatment of Dystonia 2018.1) 一般社団法人日本神経学会（監修）「ジストニア診療ガイドライン」作成委員会：ジストニア診療ガイドライン
2018（南江堂，2018）．
2) Tinazzi M, et al: TENS for the treatment of writer’s
cramp dystonia: A randomized, placebo-controlled
study. Neurology 64 (11):1946-1948 (2005).
3) Tinazzi M, et al: Long-lasting modulation of humanmotor cortex following prolonged transcutaneouselectrical nerve stimulation (TENS) of forearmmuscles: evidence of reciprocal inhibition andfacilitation. Exp Brain Res 161(4):457-64 (2005).

磁性ナノ粒子を用いたオルガネラの膜損傷の研究
Membrane damage of cellular organelles by magnetic nanoparticles
芝 陽子 小林 悟 大柳 洸一 芝崎 祐二
Yoko Shiba, Satoru Kobayashi, Koichi Oyanagi, and Yuji Shibasaki*生命科学コース，**材料科学コース,***物質化学コース,
岩手大学総合科学研究科理工学専攻,〒020-0066 盛岡市上田 3-18-33* Graduate course of Biological Sciences,**Graduate course in Material Sciences and Engineering, ***Graduate course in Chemistry,
Division of Science and Engineering, Graduate School of Arts and Sciences, Iwate University
3-18-33, Ueda, Morioka, Iwate, 020-0066, JAPAN
Abstract
Magnetic nanoparticles (MNPs) have been used for a variety of medical application
including Drug Delivery System (DDS). MNPs are internalized into cells and transported tomembranous organelles. We aimed at analyzing physical stiffness of organelle membrane by
MNPs. We delivered MNPs into early endosomes in cancer cells and applied magnetic fieldfrom outside of cells, then examined if endosomal membrane was damaged or not byvisualizing CHMP4B, a cytosolic marker of membrane damage. We found more CHMP4B
colocalized with MNPs after applying magnetic field. We are now calculating the mechanicalforce required for membrane damage. These studies will develop the future technology that
we could manipulate intracellular organelles by MNPs and magnetic field.
Keywords: Magnetic nanoparticle, organelle, membrane damage

1. 目的

哺 乳 動 物 細 胞 に は 様 々 な 細 胞 小 器 官 (オ ル
ガ ネ ラ )が 存 在 し ,そ れ ぞ れ の 機 能 を 果 た して い る ( 図 １ ). オ ル ガ ネ ラ は 膜 で 区 画 化 されており、膜の物理的性質はオルガネラの機能に重要である. 細胞膜については光ピンセットで外から細胞膜を引っ張る手法な
ど に よ っ て 膜 張 力 が 測 定 さ れ て き た が ,細胞内のオルガネラ膜の物理的性質についてはまだ不明な点が多い.
磁性ナノ粒子は磁性を持ったナノサイズの粒 子 の こ と で ,磁 場 を か け る こ と で 遠 隔 操
作 が 可 能 で あ る .本 研 究 で は 磁 性 ナ ノ 粒 子
を 哺 乳 動 物 細 胞 に 取 り 込 ま せ オ ル ガ ネ ラ
内の磁性ナノ粒子を磁場によって運動させ
オルガネラ内側からの膜の破れやすさを力

学 的 に 測 定 す る こ と を 目 的 と し た 
磁性ナ ノ 粒⼦
細胞外
後期
エ ン ド ソ ーム

細胞膜
細胞質

初期
エ ン ド ソ ーム

リ ソ ソ ーム

図 １ .哺 乳 動 物 細 胞 の 細 胞 内 輸 送 経 路 . 外 部の も の は 取 り 込 ま れ た 後 ,初 期 エ ン ド ソ ー
ム ,後 期 エ ン ド ソ ー ム ,リ ソ ソ ー ム と 輸 送 され ,分 解 さ れ る .磁 性 ナ ノ 粒 子 も 原 則 こ の 経路を通ると考えられる.

23

2. 方法 15nm の球状の Fe3O4 ナノ粒子を熱分解法で合成した. 磁性ナノ粒子の形状等は透過型電子顕微鏡(TEM)で確認した. さらに磁性ナノ粒子の表
面修飾を行った. 磁性ナノ粒子の表面にヒドロキ
シ（OH）基を導入し,OH 基を起点として生体適合性が高くナノ粒子の生体内分散性を向上させる
グリセリンポリマーをグリシドールのリビング
重合法を利用して成長させた. さらにポリグリセ
リン上の OH 基を NH2 基に変換し,緑色蛍光色素
Fluorescein Isothiocyanate（FITC）を導入した. 磁性ナノ粒子の凝集を防ぐため,遠心分離した上清液を用いた。表面修飾は赤外,紫外可視分光法や熱重量分析で修飾効率を確認し,TEM で凝集塊がな
いかを確認した.表面修飾含め, 約 20nm の磁性ナ
ノ粒子を作製した(論文執筆中).

3.結結果
ヒト乳がん細胞 MCF-7 に作製した磁性ナノ粒子を取り込ませ,MTT assay により細胞の生存率を調べた.その結果,作製した磁性ナノ粒子は100μg/ml 以下なら細胞毒性がないことを確認できた. MCF-7 に磁性ナノ粒子を取り込ませ,共焦点
顕微鏡で観察したところ,取り込み後 20 分で初期
エンドソームマーカーEEA1,1 時間でリソソーム
マーカーlamp1 と共局在が見られた.このことから取り込み後 20 分で磁場をかければ初期エンドソームが膜損傷すると予測された. オルガネラ膜は損傷すると CHMP4B を含む ESCRT 複合体が膜に凝集する.1) 磁性ナノ粒子を MCF-7 に 20 分取り込ませ,小林研究室の磁場発生用小型コイルと電源を用いて 24well plate の細胞にそれぞれ直流 (DC),
2 V,5 分, 交流(AC), 6V, 0.5Hz,5 分で磁場を印加した. その後,細胞を固定し共焦点顕微鏡で観察した
ところ,磁場を印加した細胞で磁性ナノ粒子がCHMP4B と共局在していることが観察された(図２A) . 現在２回の実験を行っているが,特に直流の方でより多く共局在が観察されており,Control との有意差が見られている(図 2B). このことから直流磁場により磁性ナノ粒子が運動し,エンドソー
ム膜が損傷している予備的知見を得た.

24

図２. A.磁性ナノ粒子を取り込ませた MCF-7.磁性 ナ ノ 粒 子 の 位 置 を 矢 印 で 示 す . DC で
CHMP4B が共局在している. B. A の実験を２回行い共局在を定量した. Control に比べて磁場印
加時に増加し, 特に DC で有意差が見られた.

4. 考察
本研究では MCF-7 細胞に取り込ませてから,磁場を印加すると磁性ナノ粒子と CHMP4B との共局在が増加するという結果が得られた.このことは磁場の印加によってオルガネラ膜が損傷し、CHMP4B がオルガネラ膜にリクルートされる可能性を示している.これから３回目の実験を行い,再現性を確認す

るが,特に直流で共局在の増加が見られていることから,交流磁場で細胞を殺すハイパーサーミアとは異なる様式で膜損傷を起こしている可能性がある. 今後は膜損傷を起こす力の見積りを行い、各オルガネラの膜の物性を明らかにしていく.

5. 謝辞
この研究は公益財団法人渡邊財団の補助を受けて実施したものである. また,本論文の内容は2023 年 6 月 27-30 日の第７５回日本細胞生物学会で発表予定である. 
参考文献
1) Mercier et al ： Endosomal membrane tension
regulates ESCRT-III-dependent intra-lumenal vesicle
formation, Nat Cell Biol,(8),947, (2020)

統合失調症のガンマ帯域神経振動異常におけるAMPA 型グルタミン酸受容体の役割
Roles of AMPA-type glutamate receptors on gamma-band neural oscillatory
dysfunctions in schizophrenia
田村俊介*,**, 平野羊嗣*,**, 三笘良*Shunsuke Tamura*,**, Yoji Hirano*,** and Ryo Mitoma**九州大学大学院医学研究院精神病態医学，〒812-8582 福岡市東区馬出 3-1-1**宮崎大学医学部臨床神経科学講座精神医学分野，〒889-1692 宮崎県宮崎市清武町木原 5200
* Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University
3-1-1 Maidashi, Higashi-ku, Fukuoka 812-8582 Japan**Department of Psychiatry, Faculty of Medicine, University of Miyazaki
5200 Kihara, Kiyotake-cho, Miyazaki 889-1692 Japan
Abstract
In the present study, we investigated roles of AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4isoxazole propionic acid)-type glutamate receptors on abnormal gamma-band oscillatory
activity in schizophrenia (SZ). We measured resting-state magnetoencephalography (MEG)
from SZ patients and healthy controls. We also assessed their AMPA receptor functions using
a positron emission tomography tracer of AMPA receptor, [11C]K-2. The MEG data analysis
revealed that gamma-band oscillatory networks in SZ had hyper-connectivity throughout thebrain. In addition, we found a strong correlation of AMPA receptor density with gamma-band
network features in the posterior ramus of the right lateral sulcus. Our present study is thefirst to examine the connection of AMPA receptor function to gamma-band oscillatory
activity in the human brain.
Keywords: schizophrenia, AMPA receptor, gamma-band neural oscillation, neural network

1. 目的
統合失調症は, 診断や治療の社会的重要度が非常に高いにも関わらず, 現在に至るまで
その神経科学的基盤を定義することは出来ていない。
ただし, 現時点でも妥当性の高いバイオマーカーに関する知見が多く蓄積されており, その一つが脳内で生じる 30-100 Hz の周期的な神経活動であるガンマ帯域神経振動である１）。しかしながら, 統合失調症で数多く報告されているガンマ帯域神経振動異常は, 空間分解能の低い脳波計を用いて調べられている

ため, その異常に関わる精確な脳領域は特定されていない。
また, 統合失調症モデル動物を用いた研究での知見から, ガンマ帯域神経振動異常の背景として, グルタミン酸などを神経伝達物質として介在する興奮性神経系の障害が考えら
しかしながら, ヒト生体において,れている 1)。
ガンマ帯域神経振動と興奮性神経伝達機能の関係性を調べた研究は存在しない。
本研究では, 空間解像度の高い脳磁計を用いて, 統合失調症のガンマ帯域神経振動異常
25に関わる脳領域を特定する。
さらに, 陽電子放出断層撮影（positron emission tomography, PET）
を用いて, 脳内に存在する AMPA（α-amino-3hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid）受容体の密度を計測し, ガンマ帯域神経振動との関係性を調べる。

2. 方法
実験参加者は, 健常者 27 名と統合失調症者 21 名で, 参加者全員が脳磁図の計測を行なった。その内, 健常者 14 名と統合失調症者 12
名は PET 計測にも参加した。
脳磁図計測には, 306 チャンネル全頭型脳磁計（Elekta, Neuromag）を用いた。検査中は,実験参加者に覚醒, 安静閉眼の状態で臥位を保持してもらい, 4 分間の安静時脳活動を計測した。同日に Phillips 社製の 3T MRI 装置を用いて, T1 強調画像の撮像も行なった。脳磁図
データの解析では, 脳波・脳磁図解析用ソフト
ウェア MNE-Python と脳画像解析用ソフトウ
ェア FreeSurfer を用いた。
脳磁図データと MRI
データの位置合わせを行った後, 解剖学的に分類された 150 個の脳領域毎に安静時のガン
マ帯域神経振動のパワーを求めた。
さらに, 脳領域間で, ガンマ帯域神経振動における振幅
包絡の相関を求めることで, 機能的結合性を評価した。
その結果に基づいて, ガンマ帯域神
経振動が形成する脳内ネットワークの特徴を調べた。
具体的には, 特定の脳領域がどの程度
その他の脳領域とクラスターを形成しているかを表す指標（Degree centrality（D-CENT）,
Clustering coefficient（C-COEF））を計算した。D-CENT と C-COEF については, t 検定
を用いて, 各脳領域において群間で有意な差が見られるかどうかを調べた。有意性の検定では, 多重比較の補正として False Discovery
Rate (FDR)-correction を行った。
PET 計測では, ヒト生体での計測の妥当性が実証された, AMPA 受容体標識 PET プロー
ブである[11C]K-22）を用いた。[11C]K-2 は九州大学病院放射線部において合成し, PET 画像
は biograph mCT system（Siemens）を用いて撮像した。PET 撮像は 60 分間行い, 注射後 3026

50 分のデータを解析した。PET の解析にはFreeSurfer を用いて, 脳磁図と同一の脳座標上で AMPA 受容体密度を計算した。PET データと MRI データの位置合わせを行った後, 解剖学的に分類された 150 個の脳領域毎に, AMPA
受容体密度の指標として, 部分容積効果を補正した信号値（partial volume correction（PVC））
を求めた。脳磁図データの解析において, DCENT, C-COEF に群間での有意差が認められた脳領域において, D-CENT, C-COEF と PVCの間に相関が見られるかどうかを調べた。相関分析には Spearman の方法を用い, 相関係数の検定に際しては, FDR-correction を用いて p値の補正を行った。

3. 結果
脳磁図の解析を行なった結果, 統合失調症者において, ガンマ帯域神経振動から求めた
脳領域間の機能的結合が異常に亢進していることが分かった。機能的結合の結果に基づいて計算した D-CENT と C-COEF に関しては,ほぼ全ての脳領域において, 健常者に比べて統合失調症者の方が大きな値を持つことが分かった。
続いて, D-CENT や C-COEF に群間での有意差が見られた脳領域において, PET デー
タから分析した PVC との相関を調べた。その結 果 , 右 半 球外側 溝 の後 部 にお いて , DCENT と PVC の間に強い正の相関が見られることが分かった（図 1）（rho = 0.633, p =0.046）。

4. 考察
脳磁図を用いて, 統合失調症者のガンマ帯域神経活動に異常が見られる脳領域の特定を試みたところ, 脳領域全体に渡って, ガンマ
帯域ネットワークの異常亢進が見られることが分かった。
この結果は, 統合失調症者において自発のガンマ帯域活動が異常亢進するという報告 1)と合致する結果であるが, 本研究と同様に D-CENT や C-COEF を用いて, 統合失調症者のネットワーク特徴を調べた先行研究
3)とは異なる結果であった。そのため, 結果の図 1. 右半球外側溝の後部（左図）における D-CENT の群間比較（中央図）と D-CENT と PVC の相関図（右図）.

信頼性については今後更なる検討が必要だと思われる。
各脳領域のネットワーク特徴と AMPA 受容体密度の相関については, 右半球外側溝の後部において, D-CENT が AMPA 受容体密度と正の相関を示すことが分かった。このことは,AMPA 受容体密度が高い程, 右半球外側溝の後部におけるガンマ帯域ネットワークが異常亢進する傾向があることを示唆している。しかしながら, その他の脳領域では, ガンマ帯域ネットワークと AMPA 受容体密度との間に有意な相関は確かめられなかった。そのため,
AMPA 受容体以外の神経伝達機能がガンマ帯域神経活動に関与する部分も大きいと思われる。今後は AMPA 受容体のみならず, ガンマ
帯域神経活動の発生に関与すると考えられている N-methyl-D-aspartic acid（NMDA）受容体
や gamma-Aminobutyric acid（GABA）受容体など 1)との関連も合わせて調べていく必要があるだろう。

2) Miyazaki, T., Nakajima, W., Hatano, M., et al. (2020).
Visualization of AMPA receptors in living humanbrain with positron emission tomography. Nature
Medicine, 26(2), 281-288.
3) Tagawa, M., Takei, Y., Kato, Y., et al. (2022).
Disrupted local beta band networks in schizophrenia
revealed
throughgraph
analysis:Amagnetoencephalography study. Psychiatry andClinical Neurosciences, 76(7), 309-320.

謝辞
この研究は公益財団法人渡邉財団による第 28回磁気研究助成の補助を受けて実施したものである。ここに厚く御礼申し上げます。
参考文献
1) Hirano, Y., & Uhlhaas, P. J. (2021). Current findings
and perspectives on aberrant neural oscillations in
schizophrenia. Psychiatry
andClinical
Neurosciences, 75(12), 358-368.

27

核磁気共鳴エラストグラフィーを用いた肝うっ血評価による心不全の非侵襲リスク層別法の開発
Risk stratification using liver magnetic resonance elastography
in patients with heart failure
永井利幸
Toshiyuki Nagai
北海道大学 大学院医学研究院 循環病態内科学教室，〒060-8638 北海道札幌市北区北 15 条西 7 丁目
Department of Cardiovascular Medicine, Faculty of Medicine and Graduate School of Medicine,
Hokkaido University, Kita-15, Nishi7-Kita-ku, Sapporo 060-8638 Japan
Abstract
Right atrial pressure (RAP) measured by an invasive catheter is one of the key
determinants of adverse events in patients with heart failure (HF). Recently, we havedeveloped a novel non-invasive method for accurate estimation of RAP using liver
stiffness assessed by magnetic resonance elastography (MRE). We performed liver MRE
for 207 HF patients and found the significant association between liver stiffness assessedby MRE (LS-MRE) and subsequent adverse events. In conclusison, elevated LS-MRE
may be useful for risk stratification in patients with HF.
Keywords: right atrial pressure, heart failure, liver stiffness, congestion, prognosis

1. 目的

ることが報告されているが，1)この方法は超音波
心不全は心血管疾患における死因の首位を占法を基礎とした測定法であり，16.9-17.6％程度のめ，近年の薬物治療や医療機器の劇的な進歩にも測定エラーが生じる上，再現性も低いことから，関わらず，5 年生存率は未だに約 50％程度と，悪決して信頼性の高い測定法とは言えないことが性腫瘍に匹敵する予後不良の臨床症候群である． 問題視されてきた．
心不全の主要病態は全身うっ血と低心拍出状近年，核磁気共鳴エラストグラフィー（Magnetic
態である．心不全患者において，右心房圧（rightresonance elastography; MRE）が，核磁気共鳴画像
atrial pressure; RAP）は，全身うっ血を最も鋭敏に法による新しい非侵襲的肝線維化評価法として反映するパラメータの一つであり，強力な予後規開発された．MRE で測定された肝硬度（LS-MRE）
定因子であるとともに，治療適正化においても重は，肝生検によって評価された肝線維化の重症度要な役割を果たしている．
と極めて強く相関し，再現性も高く，測定エラー
解剖学的に右心房と肝静脈は下大静脈を介しはわずか 4.3％と報告されている．2）
我々は，パイロット研究として，108 例の慢性て直接交通しており，肝臓は弾性繊維で覆われて心不全患者で検討したところ，MRE で測定されいることから，RAP の上昇は肝臓のうっ血を引き起こし，肝硬度を上昇させることが知られている． た肝硬度は実測 RAP と良く相関し，臨床的に問題となる RAP 高値（≥10 mmHg）を超音波法よりこれまで，肝超音波法を用いて RAP を推定しう
28

もはるかに高精度で予測しうることを報告した．
3）
しかしながら，MRE で非侵襲的に測定された肝硬度（LS-MRE）そのものが心不全患者の予後リ
スクを層別しうるかについては不明である．本研
究の目的は，心不全患者における LS-MRE の予後的意義を解明することである．

2. 方法
本研究は前向き観察研究であり、北海道大学病院に心不全の診断で入院した以下の基準に該当する連続症例 207 例を登録した（図１）。
（① 20
歳以上、② 文書による同意、③ 心不全の診断基準を満足）。除外基準は以下の通りである。①植込み型ペースメーカーなどの体内金属等の理由により MRE 撮像禁忌、②ウィルス性肝炎、非ウ
ィルス性肝炎、肉芽腫疾患、先天性動静脈奇形を含む既知の器質的肝疾患を併存、③心不全の代償
化後も呼吸苦等の心不全症状やせん妄等の神経症状が強固で、MRE 撮像が不能、あるいは MRE
画像が質不良で解析不能【肝臓 MRE の撮像・解析】
MRE は全例で右心カテーテル検査の前後 4 日
以内に 3.0 テスラ MRI 装置である Discovery 750W
（GE Healthcare, Waukesha, WI, USA）を用いて、
16 および 40 チャネル GEM アレイコイルを使用し撮像した。MRE 画像は、専用のアクティブド
ライバーとパッシブドライバーを使用して患者を仰臥位として撮像した。
解析用の関心領域（region of interest; ROI）は、
画 像 ビ ュ ー ア ー （ EXTREX, J-MAC System,
Sapporo, Japan）を使用して描出した。描出したROI 内の弾性率は自動計算され、計測された各断面の弾性率の平均値を、その患者の肝硬度（単位:kPa）として解析した。
【予後追跡】
全例で予後追跡を行い、心血管イベント（全死
亡 [心血管死、非心血管死]、心不全増悪による再入院）のイベント発生を評価した。
【統計解析】
生存分析および Cox 比例ハザードモデルによる多変量解析を行い、MRE で測定された肝硬度が死亡、心不全入院と独立して関連するかを検討
した。

3.結
結果
患者の平均年齢は 66±14 歳、113 例（55％）
が男性であった。複合有害事象は 44 例（21％）
で発生し、その内訳は全死亡 15 例（7％）
、心不全による入院 29 例（15％）であった。LS-MRE
値の中央値 2.54 kPa（IQR 2.34-2.82）で高値群と低値群の二群に分け、検討を行った（図１）。
Kaplan-Meier 解析 で は、 LS-MRE 高 値 群 は
LS-MRE 低値群よりも有意に複合有害事象の発生が高かった（図２）。Cox 比例ハザードモデルによる多変量解析では、心不全の予後規定因子で調整後も、LS-MRE 値（1.0 kPa 増加あたり）および
LS-MRE 高値（≥ 2.54 kPa）は、複合有害事象と有意かつ独立して関連していた（調整前ハザード比[HR] 3.47、95％信頼区間 [CI] 2.14-5.62; 調整後
HR 3.98, 95% CI 1.89-8.40）。

図１ 研究フローチャート

図２ 生存分析29

多変量線形回帰分析では、LS-MRE 値は RAP
値、ヒアルロン酸値、γ-GT 値、ALP 値、fibrosis
4 index と独立して相関していた。LS-MRE 値と最も強い相関を示した指標は RAP 値であった（β統計量 0.31, P＜0.001）。

較して高い予後弁別能を示しており（Harrel の C
統計量: 0.724 vs. 0.582, P = 0.015），肝硬度の測定精度は MRE がより優れている可能性が示唆された．

本論文の内容は 3 月 10 日に福岡で開催された『第 874. 考察回日本循環器学会学術集会：プレナリーセッション』

本研究では，器質的肝疾患を有さない心不全患者において，LS-MRE は全死亡および心不全入院の複合有害事象の発生と独立して関連していた
ことが明らかになった．4)また，LS-MRE は右房圧，ヒアルロン酸値，γ-GT 値，ALP 値，fibrosis
4 index と独立して相関しており，中でも右房圧はLS-MRE と最も強い相関を示した．4)
心不全患者では，右房圧の上昇に伴い，受動的に肝臓内の静脈圧が上昇すると，非弾性被膜に覆われている肝臓は腫大し，硬くなる（肝硬度上昇）
ことが知られている．Millonig らは，実際にブタモデルにおいて，中心静脈圧と超音波エラストグ
ラフィーで測定した肝硬度が完全な相関関係（r =1.0, P < 0.01）を示し，かつ可逆的に制御可能であることを示した．5)
肝静脈圧上昇が慢性的に持続すると，肝実質の静脈周囲および類洞周囲に線維化が生じ，最終的には可逆性の乏しい架橋線維化が形成される．6)
本研究では，ヒアルロン酸や fibrosis 4 index などの肝線維化指標が LS-MRE と有意に独立して相関しており，肝硬度上昇は右房圧上昇と肝線維化を反映している可能性が示唆された．
本研究における LS-MRE の中央値は 2.54（IQR
2.33-2.82）kPa であり，2 例を除き 4.0 kPa を超える症例は存在しなかった．LS-MRE と METAVIR
スコアリングシステムを用いた肝線維化の病理
学的グレードにおける有意な相関関係が報告されており，F0，F1，F2，F3，F4 の LS-MRE は，
2.6±0.4，3.4±0.6，3.8±1.1，6.0±1.4，8.2±2.0 kPaであった．2)そのため，本研究の心不全症例の大部分は F0 か F1 に分類されることが明らかになった．
本研究において，LS-MRE は，超音波法によって得られる肝硬度と比較して，右房圧の予測に優れていた．また，有害事象の予測において，LS-MRE が超音波法によって得られる肝硬度と比で報告したものである.

30

参考文献
1) Omote K, et al. Heart and Vessels 2019; 34:984-991.
2) Yoshimitsu K, et al. European Radiology 2016; 26:656-63.
3) Kato Y, et al. JACC Cardiovasc Imaging 2020; 13:2050-52.
4) Tada, et al. Eur Radiol 2023; 33: 2062-2074.
5) Millonig G, et al. J Hepatol 2010; 52:206-210.
6) Wells ML, et al. Radiographies 2016; 36:1024-37.

令和4年度

研究助成テーマ

令和4年度は、以下のように、第29回 8名（基礎1名・応用4名・テーマ指定3名）の研究に対し助成が決定いたしました。

Ⅰ. 基礎研究Ⅰ-1. 磁場操作による培養基板の弾性率制御技術を用いた幹細胞ステムネス維持に関する研究
熊本大学 大学院 先端科学研究部 産業基盤部門 先端工学第三分野／森田 康之

Ⅱ. 応用研究Ⅱ-1. コロナ後遺症に伴うメンタルヘルス障害に対する磁気刺激療法の開発
慶應義塾大学 医学部 精神・神経科学教室／野田 賀大Ⅱ-2. T細胞の抗腫瘍活性を増強する磁性ナノ粒子の開発
慶應義塾大学医学部 先端医科学研究所がん免疫研究部門／伊藤雄介

Ⅱ-3. 筋層浸潤性膀胱癌のナノ粒子を用いた膀胱温存療法の確立
名古屋市立大学大学院腎・泌尿器科学分野／権田 将一
Ⅱ-4. 末梢磁気刺激を用いた痙縮治療の機序解明
慶應義塾大学医学部リハビリテーション医学教室／紙本貴之

Ⅲ. テーマ指定研究Ⅲ-1. 下肢への磁気刺激と電気刺激の連合性ペア刺激による脳の可塑的変化に対する上肢運動の効果の検証
株式会社ソニーコンピュータサイエンス研究所／加藤 辰弥
Ⅲ-2. 経頭蓋静磁場刺激が有する脳内ネットワーク調節作用の神経生理学的解明
新潟医療福祉大学 リハビリテーション学部／芝田 純也
Ⅲ-3. 神経節に及ぼす磁場のメカニズム解明と在宅で使用可能な女性向け医療機器への応用
大阪大学大学院 医学系研究科 心臓血管外科／金田 恵理
なお、所属は研究助成決定当時のものです。

31

THE REPORT OF STUDYRESULT BY SUBSIDY

28TH（STUDY DURATION：April 1, 2022 − March 31, 2023）

The Watanabe Foundation

CONTENTS
Preface ･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 1
Director Makoto Kotani
Ⅰ. Basic ResearchⅠ-1. Prevention of dementia using spleen-derived IL-10 induction by a static
magnetic ﬁeld ･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 3
Department of Endocrinology, Metabolism, Rheumatology and Nephrology,
Faculty of Medicine, Oita University
Koro Gotoh
Ⅰ-2. Measurement of interaction between local electromagnetic ﬁeld and nuclear
spin ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 6
Graduate School of Engineering, The University of Tokyo
Kenji ShimazoeⅠ-3. Veriﬁcation of reﬂex i mprovement by the magnetic vestibular stimulation ･･ 8
Graduate School of Health and Medicine, Gifu University of Medical Science
Kunihiko Tanaka
Ⅰ-4. Toward the development of technology to create neuronal circuits using
magnetic stimulation ･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 11
Graduate School of Brain Science, Doshisha University
Yoshito Masamizu
Ⅰ-5. Development of Magnetic Nanoparticles for Cancer Thermal Therapy and
Diagnostics ･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 13
Graduate School of Scientiﬁc Engineering, Yokohama National University
Yuko Ichiyanagi
Ⅱ. Application Resarch
Ⅱ-1. Veriﬁcation of cognitive improvement by cognitive rehabilitation combinedwith repetitive transcranial magnetic stimulation･････････････････････････････････････････････ 15
Dept. of Rehabilitation Medicine, Juntendo University Graduate School of Medicine
Tomokazu TakakuraⅡ-2. Development of Ultrasmall Nanocapsules for 19F MRI Contrast Agent ･･･････････ 18
Graduate School of Engineering, Osaka University
Masafumi Minoshima
Ⅱ-3. Magnetic stimulation therapy by a wearable device for focal dystonia of theupper extremity ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 20
Faculty of Rehabilitation, School of Health Sciences, Fujita Health University
Kenta FujimuraⅡ-4. Membrane damage of cellular organelles by magnetic nanoparticles ･･････････････ 23
Faculty of Science and Engineering, Iwate university
Yoko Shiba
Ⅲ. Speciﬁc Resarch
Ⅲ-1. Roles of AMPA-type glutamate receptors on gamma-band neural oscillatory
dysfunctions in schizophrenia ･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 25
Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Medical Sciences,
Kyushu University
Shunsuke Tamura
Ⅲ-2. Risk stratiﬁcation using liver magnetic resonance elastography in patientswith heart failure ･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 28
Department of Cardiovascular Medicine, Faculty of Medicine and Graduate
School of Medicine, Hokkaido University
Toshiyuki Nagai

Preface
About 46 years ago, I have been researching feeble magnetic measurements from the humanbody in order to help diagnose the disease at the Massachusetts Institute of Technology (MIT)in the United States for two years. I have been studying biomagnetism measurement after
returning home.

It has been estimated that weak magnetism is generated from human heart and brain, but there
was no magnetometer capable of measuring this weak magnetism. However, in the 1970s, anultra-sensitive SQUID magnetometer using superconducting technology was developed incollaboration between US National Research and MIT.

When the magnetic measurement from heart using this SQUID magnetometer was successful
and challenging magnetic measurements from the brain of about 1 / 1,000 of cardiac
magnetism, I had been studying at MIT.

MIT laboratory was in big trouble during my study abroad. A prominent doctor in the UnitedStates criticized of MIT's research as follows. "They say that they measure the magnetism
caused by nerve activity of heart and brain, but that is incorrect. They are only measuring themagnetism that the iron in the blood is disturbing the geomagnetism." As a result, the publicresearch expenditure in the US for MIT biomagnetism research was greatly reduced.

I regarded his theory as correct. Therefore, I measured more than ten blood with SQUID
magnetometer, but it turned out that blood had no magnetism at all.
The reason is that iron itself always has magnetism, but it has strong magnetism or nomagnetism at all depending on the bonding method of iron and oxygen. Iron in the blood binds
to oxygen so that it has no magnetism at all.
The evolution of mankind has progressed from birth to bipedalism to communication throughspoken language over 2millions of years. The strength and directions of the geomagnetism havechanged about ten times during the years. Since humans have evolved in such magnetic
environment, human body have made to have little effect of geomagnetism.

1

On the other hand, it has been only 200 years or so since humans started using electricity. The
humans have not developed full defensive capabilities against it. Therefore, a human body isvulnerable and sensitive to electricity: a heart stops beating once a couple of voltages areapplied to the chest, however, it is quite difficult to stop a heart when magnetism is appliedexternally.
In view of this, it is fair to say that electric medical devices bring an immediate effect.
However, they could be dangerous once misused. In contrast, magnetic medical devices are notdangerous, but they must be used for a long time for treatment.

Our foundation intends to contribute to the health and medical care of the nation, by subsidizing
scientific research and appealing to the society through seminars. It should be noted, that theeffect of the magnetic field is generated from some basic phenomena interacting with thecomplex mechanism of the body. The effect can only be clarified by a long-term persistenteffort, not by short-sighted research.

It is a regrettable tendency in the present scientific sector that researchers are mostly interested
in achieving successful results for acquiring a degree or achievement in a short period, focusing
on obvious cause-effect relationship or phenomenon which invites quantitative descriptions. Inview of such a tendency, our foundation prefers to support researchers who persistently attack aparticular problem expecting long-term results rather than those who rush into short-term
results.

This report is the summary of research which our foundation supported in the fiscal year 2021
It includes a wide range of topics from basic aspects to practical applications, intending to pave
new ways in this area. It is our hope that the report will motivate researchers with similarinterests to start communication and contribute to the development of magnetic health science.

Director Makoto Kotani
The Watanabe Foundation

2

Prevention of dementia using spleen-derived IL-10 induction by a static magnetic
field
Koro Gotoh**Faculty of Medicine, Oita University
1-1 Idaigaoka, Yufu city, Oita 879-5593 Japan
Abstract
Obesity decreases one of anti-inflammatory cytokines, IL-10 synthesis from spleen, and thisreduction brings chronic systematic inflammation, including brain. In addition, obesity is also
a risk factor of Alzheimer's dementia (AD), which is related with chronic inflammation in thebrain. On the other hand, the expression of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) which
is necessary for neuronal maintenance falls in AD patients. In this research, we examine
whether a magnetic field reverses obesity-induced reduction of BDNF expression in brain as
well as IL-10 synthesis from spleen, and these alterations are useful for preventing thedevelopment of AD.
Keywords: IL-10, spleen, Alzheimer's dementia, brain-derived neurotrophic factor,
obesity

1. PURPOSE
Metabolic syndrome due to obesity induces
systemic chronic inflammation. There are many
researches that obesity is one of risk factors for
Altheimer’s dementia (AD) and the activation of
microglia (MG) as well as deposits of amyloid  (Aβ)
in brain is related with pathophysiology of AD. 1) On
the other hand, brain-derived neurotrophic factor(BDNF) plays an important role in the development,
growth, maintenance, and repair of neurons. Recently,
It has been confirmed that BDNF expression in brain
is reduced in AD patients. 2) We have shown thatobesity reduces the synthesis of spleen-derived
Interleukin (IL)-10, which leads to MG activation andinflammation in the brain.3)
It has been clarified that glucagon-like peptide-1(GLP-1) secreted by L cells in the small intestine
activates the hepato-derived afferent vagus nerve via
GLP-1 receptors located around the portal vein in theliver, and its activity leads to an increase in BDNF
expression in the brain.4) Considering that blood

GLP-1 concentrations are reduced in obesity, it issuggested that obesity also causes inflammatory
lesions in the small intestine, and that thisinflammatory responses may cause a decrease in
GLP-1 secretion. Therefore, it is presumed thatenhancing the ability to synthesize IL-10 from thespleen suppresses inflammation in the small intestine,
improves GLP-1 secretion, and promotes BDNF
expression in the brain, which is useful for
preventing the development of AD. The purpose ofthis study is to prove that the synthesis of IL-10 fromthe spleen and the concentration of GLP-1 in portal
vein blood are significantly involved in thepathogenesis of AD due to obesity.

2. METHODS[1] Model animals：：
Wild type mice (8 weeks) are fed a normal chow or ahigh-fat diet and continuous central administration ofAβ (0.001 mg/day) is performed to each group. The
high-fat diet group is further divided into sham group,
sham + magnetic field chronic exposure group,3splenectomy (SPX) group, and SPX + magnetic field
chronic exposure group. Therefore, five groups ofnormal chow + Sham group (CNT + sham), high-fat
diet + Sham group (HF + sham), high-fat diet +
magnetic field chronic administration group (HF +sham + MF), high-fat diet + SPX group (HF + SPX),
high-fat diet + SPX + magnetic field chronic
administration group (HF + SPX + MF) are preparedand bred for another 1 month. For chronic exposure to
the static magnetic field, by sandwiching a magnet
having a surface magnetic flux density of 200 mT
between the breeding cages, an environment in whichan average magnetic force of 30 mT is generated in thecenter of the cage is created. Such a static magnetic
field is exposed throughout the day.
：[2] Assessment on the spleen：a) For the group that preserves the spleen, the content
of TNF-α, an inflammatory cytokine in the spleen, andIL-10, an anti-inflammatory cytokine, were measured.
b) The expressions of B cells in the spleen andregulatory T cells that are deeply involved in thesynthesis of IL-10 were investigated.
：[3] Assessment on the small intestine：a) GLP-1 concentrations in the lower small intestine aswell as blood and expression of dipeptidyl
peptidase-4 (DPP-4), an inactivation enzyme of
GLP-1, in the small intestine were investigated.
b) In order to evaluate the inflammation in the small
intestine, we examined the intestinal infiltration of
inflammatory macrophages immuno-histologically.
：[4] Assessment on the brain：a) BDNF expression in the brain was evaluated.
b) Since inflammatory changes in the brain are greatly
associated with the development of dementia, TNF-α,
an inflammatory cytokine in the brain, IL-10, ananti-inflammatory cytokine were measured, and theactivity of glial cells related with inflammation was
also evaluated.
c) Aβ and amyloid precursor protein (APP) content, aprecursor of Aβ, in the brain were quantified.
d) We evaluated the effects of spatial cognition using
the Maurice water maze test.

3. RESULTS
4

Decreased IL-10 expression in the spleen as well as
decline of B cells due to obesity was significantly
increased by chronic exposure to magnetic fields.
Increased DPP-4 activity and decreased GLP-1
expression in the small intestine via obesity, andinflammation in the small intestine were significantly
aggravated by removal of the spleen. In the presenceof a spleen, chronic exposure to the magnetic field
improved such above alterations, but not in theabsence of a spleen. On the other hand, there was no
significant change in blood GLP-1 levels. In addition,
the promoted inflammatory changes in the brain andthe reduction in BDNF expression due to obesity
worsened more markedly with SPX. However, in thepresence of a spleen, chronic exposure to the magnetic
field improved such changes, but not in the absence ofa spleen. There was no significant change in APP
content of brain. Moreover, the deterioration of spatial
cognition (Figure 1) as well as memory (Figure 2) due
to obesity was exacerbated by SPX Although, in thepresence of a spleen, chronic exposure to the magnetic
field improved such changes, but not in the absence ofa spleen (Figure 1 and 2).

4. DISCUSSION
There have been some reports that applying a magnetic
field to patients with inflammatory bowel disease
increases the expression of IL-10 and improves theircondition. In Japan, magnetic fields are used as home
remedies for inflammatory diseases such as rheumatic
diseases, and magnetic fields are recognized to haveanti-inflammatory effects. In animal experiments, it
has been reported that exposure to a static magnetic
field after making adjuvant arthritis improvesinflammatory changes.5) Therefore, it is indicated thatthe static magnetic field may improve the reduction in
the synthesis of IL-10 from the spleen due to obesity.
In addition, when GLP-1 secreted from L cells in thelower small intestine is administered into the portal
vein, the BDNF nerve in the brain is activated via theafferent vagus nerve from the liver, and this activity
further stimulates the efferent sympathetic nerve to thepancreas. It has been clarified that this stimulation
promotes BDNF secretion from the terminals ofefferent sympathetic nerve terminals 4)。
This study suggests that the anti-inflammatory effectof the static magnetic field may be related to thepromotion of the synthesis of IL-10 from the spleen. In
addition, it was suggested that the recovery of IL-10
synthesis from the spleen by the static magnetic field
improved inflammatory changes in the small intestineand promoted GLP-1 secretion from the small intestine,
thereby increasing BDNF expression in the brain.
Therefore, it is speculated that exposure to static
magnetic fields may be effective in preventing theonset of dementia due to obesity.

Acknowledgements
This research was supported by the Watanabe
Foundation.

*

*

*

*

*

10
0

1. Čater M, et al. A Pathophysiological Intersection of
Diabetes and Alzheimer's Disease. Int J Mol Sci..
23(19):11562. 2022
2. Banerjee M et al. Emphasizing roles of BDNF
promoters and inducers in Alzheimer's disease for
improving impaired cognition and memory. J Basic
Clin Physiol Pharmacol. 34(2):125-136 2021
3. Gotoh K, Iet al. A novel anti-inflammatory role forspleen-derived interleukin-10 in obesity-induced
hypothalamic inflammation. J Neurochem. 120,752-764, 2012.
4. Gotoh K, et al. Hypothalamic brain-derived
neurotrophic factor regulates glucagon secretion
mediated by pancreatic efferent nerves. J
Neuroendocrinol. 25, 302-311, 2013
5. Taniguchi N et al ．Effect of static magnetic field on
adjuvant arthritis rats. Orthopedics and Disaster
Surgery. 49(3) 825-828. 2000

Arrival time to platform(Seconds）

30
20

REFERENCES(Seconds）

Duration per minute in the platform
compartment

30

*

20
10

CNT +
sham

HF + sham HF + SPX HF + sham HF + SPX ++ MF
MF

Figure 1. Evaluation of spatial cognition
Spatial cognitive decline due to obesity is
exacerbated by splenectomy. Improvement due tostatic magnetic field disappears by splenectomy.

0

CNT +
sham

*

*

*

*

HF + sham HF + SPX HF + sham HF + SPX ++ MF
MF

Figure 2. Evaluation of memory
memory decline due to obesity is exacerbated bysplenectomy. Improvement due to static magnetic
field disappears by splenectomy.

5

生体内局所電磁場と原子核スピンの相互作用計測と新規現象探索
Measurement of interaction between local electromagnetic field and nuclear spin
島添健次*
Kenji Shimazoe**東京大学大学院工学系研究科，〒113-8656 東京都文京区本郷 7-3-1a*Graduate School of Engineering, The University of Tokyo
7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8656 Japan
Abstract
MRI and PET/SPECT are both important imaging modality in clinical diagnosis asa morphological imaging and a functional imaging. Both are using the uniquecharacteristics of atomic nuclei, such as nuclear spin and the emitted gamma-ray photon,
however, the integration of those devices is limited. In this study, the cascade gamma-ray
emitted from atomic nuclei under high magnetic field is investigated for the future
integration of magnetic resonance method and nuclear medicine.
Keywords: nuclear spin, magnetic resonance, nuclear medicine, cascade gamma-ray

1. PURPOSE
MRI (Magnetic Resonance Imaging) is usefulimaging modality in clinical diagnosis because of its
fine visualization of morphological information
utilizing nuclear spin as small magnet. On the other
hand, the devices in nuclear medicine, such as PET(Positron Emission Tomography) and SPECT (Single
Photon Emission Computed Tomography), are usefulmolecular imaging method because of its excellent
sensitive detection of molecules up to pico mole order.
Nuclear medicine devices utilize the enormous energy
from the atomic nuclei. Though both MRI andPET/SPECT utilize the unique characteristics ofatomic nuclei, however, it is only used as a
combination of morphological imaging and functional
imaging by just combining the image.
Authors previously presented and demonstrated
extracting chemical information, such as pH, withcascade gamma-rays emitted from atomic nuclei
utilizing the electric quadrupole hyperfine interaction
between nuclei and the external molecular field1).

6

Similarly, in this study we have investigated thepossibility to utilize the magnetic dipole interaction
between nuclei and external field for the advancementof nuclear medicine devices and MRI. We havequantified the response of cascade gamma-rays underhigh magnetic field and demonstrated the feasibility ofuse of gamma-ray for the detection of position
information encoded in the magnetic field strength.

2. METHODS

2.1 Detection methods and materials
Liquid state clinically available 111InCl3 radio tracer
was used as a cascade gamma-ray nuclide.

Figure 1 111In decay scheme and cascade gamma-ray

111

In has an intermediate state with the time
constantof 85 nano seconds and emits 171 keV and
245 keV gamma-rays in a successive way. (Figure 1).
By measuring the spatio-temporal distribution of 171
keV and 245 keV gamma-rays, the hyperfine
interaction between nuclear spin and the external field
was quantified. To measure the gamma-ray emission
angle with high accuracy, eight 8 × 8 GAGG
scintillators array coupled to SiPM array were used.
512 channel signals are readout in parallel by using
dynamic Time over Threshold circuit for recording all
the position, energy, and timing information as list
mode data. Coincidence events are extracted from thedata to identify the cascade gamma-rays.
2.2 Experimental Setup
Firstly, to quantify the response of 111In nuclei to themagnetic field, we have applied different magnetic
field strength (0-3 T) and measured the gamma-ray
events in 90 degree and 180 degree emission forobserving Larmor precession. (Figure 2).

Figure 4 shows the comparison of previously
reported value and experimentally measured data. The
Larmor frequency of 2.34 MHz/T was observed andthe position encoding by magnetic field is feasible.

図 4 Larmor frequency by gamma-ray detections

9. DISCUSSION
This research demonstrates the detection of Larmor
precession in liquid state 111InCl3 molecule with highsensitivity around pico mole and also shows thefeasibility of position detection encoded in themagnetic field strength with gamma-ray detection.
On the other hand, to achieve a better spatial
resolution, new algorithm will be required
specialized to gamma-ray detection method. We
have also started the investigation of SPION
combined with cascade gamma-rays for the future
integration of MRI and nuclear medicine
technology.

Acknowledgement

図 2

Experimental setup of magnet and detector

geometry surrounding a source. Reprinted from Ref. 3)

3. RESULTS
Figure 3 shows the observed Larmor precession
depending on the magnetic field strength.

Figure 3 Larmor presession observed by gamma-rays (1Tand 2.7 T case)This research is supported by funding of 28th
research grant in the Watanabe foundation.
REFERENCE
1) Shimazoe, Kenji, Mizuki Uenomachi, andHiroyuki Takahashi. Communications Physics 5.1(2022): 24.
2) Shimazoe, Kenji, et al. "Dynamic time overthreshold method." IEEE Transactions on Nuclear
Science 59.6 (2012): 3213-3217.
3) Taisei Ueki, Master Thesis, The University ofTokyo, 2022
4) Ueki, Taisei, et al. Nuclear Instruments andMethods in Physics Research Section A:
Accelerators, Spectrometers, Detectors andAssociated Equipment 1050 (2023): 168122.

Reprinted from Ref. 3) and 4)

7

Verification of reflex improvement by the magnetic vestibular stimulation
Kunihiko Tanaka and Akihiro Sugiura
Graduate School of Health and Medicine
Gifu University of Medical Science795-1 Nagamine, Ichihiraga, Seki, Gifu 501-3892 Japan
Abstract
Effects of magnetic vestibular stimulation on posture and arterial pressure control were
examined. Center-of-gravity sway on a foam rubber with closed-eyes was measured for 1
minute in eight healthy volunteers. Neodymium magnets (0.4 T) or an aluminum disks (0T) were attached behind the auricle during measurement. The trajectory length and theenvelopment area of sway were significantly smaller when magnetically stimulated at
0.4T. The integrated values of 0.1-1Hz with 0.4T were significantly smaller on both theX-axis and the Y-axis. Arterial pressure control in six subjects were significantly
augmented with 0.4T stimulation. Thus, magnetic vestibular stimulation increases
vestibular-related motor and arterial pressure control function.
Keywords: gravity, posture,
vestibulo-arterial pressure reflex

1. Purpose

equilibrium

The vestibular system senses changes in posture andreflexively changes the muscle contraction for the eye
movement and lower extremities to maintain posture.
When strong galvanic vestibular stimulation is applied
to the vestibular nerve, which transmits information to
the central nervous system, dizziness is induced, andthe center of gravity of the body sway increases1). On
the other hand, it has been reported that applying of
weak electrical stimulation suppresses the sway, that is,
improves postural control 2). These responses do notcontradict the “stochastic resonance'', the phenomenon
in which if the “noise'' is large, the stimulus is masked
and reactivity is lowered, but if a weak stimulus isapplied, the reactivity becomes higher.
Recently, we have demonstrated that the vestibular
system is playing an important role not only in postural
regulation, but also in arterial pressure (AP) control at
the onset of posture change via the autonomic nervous
system3, 4). When the posture is changed from the8system,orthostatic

hypotension,

supine position to the standing position, direction of
the gravity to the body changes from the short axis tothe long axis direction. The hydrostatic pressure in the
blood vessels increases toward the foot, causing
footward blood shift and AP should be dropped. At thistime, the vestibular system senses the change inposture and reflexively constricts blood vessels toprevent this drop in AP. As described above, whenstrong electrical stimulation is applied to the vestibular
nerve, postural changes cannot be sensed appropriately,
and AP immediately decreases. AP is not decreased, or
further increased with weak stimulation4).
In medical institutions, various imaging machines
are used. Magnetic Resonance Imaging (MRI), uses
strong magnetic fields and electromagnetic waves toimage the inside of the body. During MRI exam,
especially when performing for the head, patients often
complain “magnetic field sickness” such as dizzinessand nausea. Since nystagmus is recorded without
imaging, this phenomenon is considered to be causedeven in a static magnetic field where the magnetic field
does not change5).
Considering with the phenomenon observed byelectrical stimulation, if strong magnetic stimulation
disturbs the sense of balance, weak magnetic
stimulation may increase the sensitivity and thecontrollability. Thus, in this study, we examine theeffects of magnetic stimulation, which is relatively
lower than the current MRI, on postural control and AP
control via the vestibular system.

2. Methods

 This study was approved by the Institutional Review
Board at the Gifu University of Medical Science, andwritten informed consent was obtained from all
subjects.
2-1 Center of gravity sway
Eighthealthy
volunteers
wererecruited.
Center-of-gravity sway was measured for 1 minute(TKK5810, Takei Kikai) with a foam rubber,closed-eyes, and feet-closed position. A neodymium
magnet (diameter 1.2 cm, 0.4 T) or an aluminum plate(diameter 1.2 cm, 0 T) was attached behind the auricle
during measurement. Trajectory and envelopment areaof the sway, and 0.1 – 1 Hz component of the sway inthe left-right (X-axis) and front-back (Y-axis)
directions were analyzed. The differences between
0.4Ta and 0T were compared.
*
2-2 AP change at the onset of standing
Six healthy volunteers were tested. While measuringcontinuous AP (Human NIBP, AD Instruments) with aneodymium magnet (0.4T) or an aluminum plate (0T)
attached in the same manner as above, the posture waschanges from the supine position to a 60° head-high*Figure 1 shows the values of the center-of-gravity
sway test. Both the average length (left) and theenvelopment area (right) were significantly smallerwhen magnetically stimulated at 0.4T. Furthermore, inthe frequency analysis, the integrated value of the area
was significantly smaller for both the X-axis and the
Y-axis.
Figure 2 shows the average AP at the onset ofstanding. With 0T, the AP did not change, but it
increased significantly with magnetic stimulation of
0.4T at the onset of posture change.

4. Discussion

In the present study, during the center of gravity
measurement, the somatosensory sensation was
disturbed with the foam rubber, and visual information
was blocked by closing the eyes. Thus, the decreases
in the length and the area might be the results ofimprovement of the vestibular-related postural control.
Decreases in the frequency componens support theidea. At the onset of standing, the vestibular systemsenses potural change, and actively increases AP. This
is to prevent AP decrease due to the footward bloodshift, and the effect was enhanced by magnetic
stimulation. It should be verified in elderly people andpatients with orthostatic hypotension or vestibular
dysfunction.

*(mmHg)(mm2)(mm/s)

0T

3. Results

Envelopment area

Average length*p = 0.012 vs. 0T

position (standing position). Difference in mean AP
during supine position and 10-15 seconds after the
onset of postural change was analyzed.

*p = 0.043 vs. supine*p = 0.0050 vs. 0T

0.4T

0T

Fig. 1: Center of gravity with magnetic

0.4T

supinestanding

Fig. 2: Mean AP with magnetic stimulation

stimulation

9

Acknowledgement This study is supported by Watanabe Foundation,
Magnetism Research grant, 3rd Osamu Okai Special
Research Grant.
This study was presented at the 68th meeting of theJapan Society of Aerospace and Environmental
Medicine (Nov. 24, 2022 Tokyo) and the 100th
Anniversary Annual Meeting of the PhysiologicalSociety of Japan.

10

1)
2)
3)
4)
5)

References
Fitzpatrick, R. C. et al: J Appl Physiol 96
2301-2316 (2004).
Iwasaki S. et al: Neurology 82 969-975 (2014).
Tanaka K. et al. Autonomic Neuroscience 148
90-96 (2009).
Tanaka K. et al. Autonomic Neuroscience 166
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Ward, B.K. et al: Frontiers in Nerology 8 122(2017).

11

12

Development of Magnetic Nanoparticles for Cancer Thermal Therapy and
Diagnostics
Yuko Ichiyanagi**Graduate School of Scientific Engineering, Yokohama National University79-5 Tokiwadai, Hodogaya-ku, Yokohama 204-8501 Japan
Abstract
Recently magnetic nanoparticles are drawn attention, not only in physical properties
but in the field of life science. Magnetic materials accumulate heat in response toexternal magnetic fields. This feature is useful for thermal therapy. They can also be used
for diagnostic imaging. In addition, the nm size is large enough to be introduced into
cells. In this proposal, magnetic particles are integrated with medicine to create a newscience and technology.
Keywords: magnetic nanoparticles, hyperthermia, diagnostics

1. PURPOSE

In recent years, magnetic nanoparticles haveattracted attention not only in high-density recording
media and various magnetic materials, but also in thefield of life science. The nanometer size is large
enough to be introduced into a cell. On the other hand,magnetic materials accumulate heat upon an
application of an external magnetic field. If magnetic
nanoparticles that are specifically introduced into
cancer cells are fabricated and heated by applying an
external magnetic field to them, hyperthermia, a cancer
thermotherapy using physical energy, will become
possible. In this study, we aim to fabricate magnetic
nanoparticles that generate heat in an external
magnetic field, devise ways to selectively introduce
them into cancer cells, and develop particles that also
have diagnostic functions.
The heating of nano-sized magnetic particles is due
to magnetic relaxation, which consists of Néel
relaxation caused by the rotation of magnetic moments
and Brown relaxation caused by the rotation of theparticles themselves. We consider that the Néel
relaxation, which is unaffected by the surrounding

environment, is the most effective heat-generating
medium for magnetic hyperthermia.
We have confirmed the magnetic hyperthermia
effect using SiO2-encapsulated magnetic clusters inhuman breast and prostate cancer cells in vitro
experiments.1,2) In this study, we attempted to modify
the clusters with PEG (Polyethylene Glycol), which isa highly biocompatible material.

2. METHOD

2-1. Preparation and evaluation of the particles
Magnetic nanoparticles of various compositions andparticle sizes have been prepared using an original wet
mixing method. As an example, nickel ferrite(NiFe2O4) particles were prepared by mixing the metal
chlorides NiCl2∙6H2O and FeCl2∙4H2O, aqueous
solutions of each and NaOH in a PEG (400 or 2000)
solution, washing, drying, and sintering in an electric
furnace. The particle size was adjusted by the amountof water added to the PEG. The particles were
evaluated by X-ray powder analysis (XRD), electron
microscopy (TEM), X-ray microstructure (XAFS),
X-ray fluorescence (XRF), and infrared absorption

13

spectroscopy (FT-IR).
2-2.Magnetic measurements and temperature increase
DC magnetization and AC magnetization were
measured with a SQUID magnetometer. For thetemperature rise measurement, a device generating an
AC magnetic field was constructed, and a sample
packed in a glass tube was placed inside the coil.
2-3.In vitro experiments of hyperthermia treatment
Human breast cancer cells MBA-MD-231 were
cultured in a dish, distributed with fine particles, andapplied an alternating magnetic field (f = 45.8 kHz, h =8.8 Oe) for 30 minutes, after which the peeled cells
were stained and the number of living and dead cells
was counted.
2-4. fabrication of MRI phantom and measurement of
MR effect
A phantom sample was prepared by dispersing
particles in agarose gel, and T2 relaxation wasmeasured using a spin-echo sequence.

heat, and in fact the temperature rise is much higher
than for other particle sizes, 3) reaching 42.5°C, a
temperature at which cancer cells can be killed (Fig.1).
The results of in vitro experiments using human breast
cancer cells are shown in Fig. 2. The three conditionsof cell viabilities were, 1) Control, 2) Magnetic field
only, and 3) Hyperthermia treatment. Despite theapplication of a very small magnetic field for only 30
minutes, more than 30% of the cancer cells were
suppressed. The biocompatibility of the particles has
been evaluated, and it has been confirmed that theparticles alone are not toxic and that thebiocompatibility is further improved by modification
with PEG.
In MR measurements, a significant T2 shortening
effect was obtained in the Mn-ferrite system, and it isexpected to be used as a diagnostic material.

4. Conference and Symposium Reports
Some of the contents of this paper were presented at the

3. RESULTS AND DISCUSSIONInternational Symposium on Nanomedicine2022 held at the

The AC magnetic susceptibility imaginary part χ"
has a peak at 310 K, near body temperature, forparticles of 17 nm, which can be expected to generate

University of Tokushima on December 7, 2022, and at the70th Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics
held at Sophia University, Hybrid, on March 17, 2023.

Acknowledgement

Cell viability / %

100

93

90.7

80

69.2

60
40
20
0

1)

2)

3)

Fig.2 In vitro experiments ofhyperthermia
using
human
breast cancer cell MBA-MD-231。
1) control, 2) field only, 3)
hyperthermia

Fig.1 AC magnetic susceptibilities χ” of 17 nm sample in10-1 kHz field（upper）and increase in temperature of 3-17
nm samples in AC field.（down）

14

This study was supported by the 28th Magnetic
Research Grant from the Watanabe Foundation.
References
1) T. Kondo, Y. Ichiyanagi et al., J. Appl. Phys. 117
17D157 (2015).
2) Harutaka Mekaru, Yuko Ichiyanagi and Fuyuhiko
Tamanoi, Cell-inspired materials and engineering,
Magnetic nanoparticles and alternating magnetic
field for cancer therapy, Springer (2021)p.165-179.
3) K. Ohara, T. Moriwaki, K. Nakazawa, T. Sakamoto,
K. Nii, M. Abe and Y. Ichiyanagi, AIP Advances 13025238 1-5 (2023).

Verification of cognitive improvement by cognitive rehabilitation combined withrepetitive transcranial magnetic stimulation
Tomokazu Takakura*,***Department of Rehabilitation Medicine, Juntendo University Graduate School of Medicine
2-1-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8421 Japan**Department of Rehabilitation Medicine, Juntendo Tokyo Koto Geriatric Medical Center
3-3-20 Shinsuna, Koto-ku, Tokyo 136-0075 Japan
Abstract
Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), a non-invasive brain stimulation(NIBS) method, is expected as a non-drug therapy for preventing the progression of dementia.
Although there is still no unified consensus on the stimulation site and stimulation method,
there are many reports using high-frequency stimulation (HF-rTMS) for the left dorsolateralprefrontal cortex (Lt.DLPFC), similar to depression treatment, Recently, there are also
research reports using intermittent theta burst stimulation (iTBS). Concomitant use ofcognitive function training (rTMS-Cog therapy) is also considered to be useful for improving
cognitive functions in daily life. We plan to continue research on rTMS treatment aimed at
improving cognitive and memory functions.
Keywords: transcranial magnetic stimulation, cognitive rehabiliation

1. PURPOSE

2. METHOD

Based on the results of the 2012 National Dementia
Prevalence Survey, the number of people with dementia
is expected to reach 7 million by 2025. It is important toprevent the progression of dementia from MCI.
Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS), a
non-invasive brain stimulation (NIBS), can noninvasively modulate the plasticity of the stimulation site
and its associated network. It has been investigated fora wide range of psychiatric and neurological disorders,
including depression, pain, and post-stroke movement
disorders. Recently, rTMS has shown promise as a nonpharmacological treatment for Alzheimer's disease(AD), dementia, and MCI to prevent the progression ofsymptoms. In this study, we will examine the efficacy ofrTMS combined with computer-assisted cognitive
rehabilitation (CACR) in short-term intensive cognitive
rehabilitation therapy and its potential for clinicalapplication in the future.

5DQGRPL]HGFRQWUROOHGWULDO 5&7 *URXS$ 
SDWLHQWV  L7%6 VWLPXODWLRQ RU *URXS % 
SDWLHQWV U706ZLWKVKDPVWLPXODWLRQIROORZHGE\&$&5 PLQ WLPHVDZHHNIRUZHHNVLQ0&,
SDWLHQWVDJHGWR\HDUV )LJXUH 

15

02&$- GLJLW VSDQ VSDWLDO :0 YHUEDO :0,&ͲƌdD^ ŽĨƚŚĞůĞĨƚ>W&ŝd^ ƚŽ ůĞĨƚ >W&;ĂƉƉƌŽǆ͘ϯŵŝŶͿ/ŶĚƵĐĞƐƉůĂƐƚŝĐ ĐŚĂŶŐĞƐ ǁŝƚŚŝŶ ƚŚĞ ƐƚŝŵƵůƵƐ ƐŝƚĞͬŵĞŵŽƌǇͲƌĞůĂƚĞĚ
ŶĞƚǁŽƌŬ

ŽŵƉƵƚĞƌĂƐƐŝƐƚĞĚĐŽŐŶŝƚŝǀĞƌĞŚĂďŝůŝƚĂƚŝŽŶ;ZͿŽŵƉƵƚĞƌͲďĂƐĞĚ ĐŽŐŶŝƚŝǀĞƌĞŚĂďŝůŝƚĂƚŝŽŶ ƚƌĂŝŶŝŶŐ;ϰϬŵŝŶͿ
;tD͕ĂƚƚĞŶƚŝŽŶ͕ǁŽƌĚ ŵĞŵŽƌǇ͕ŝŵĂŐĞ ŵĞŵŽƌǇ͕ĂŶĚŵĞŶƚĂůƌŽƚĂƚŝŽŶ
ƚĂƐŬƐͿ

567

VSDQ

VFRUH YHUEDOIOXHQF\DQG

HOHFWURSK\VLRORJLFDOWHVWLQJXVLQJ706 5076$,
,6,JUDQGPHDQ EHIRUHWKHLQWHUYHQWLRQDW
WKH HQG RI WKH LQWHUYHQWLRQ DQG : DIWHU WKHLQWHUYHQWLRQIRU FRPSDULVRQ ZLWKLQ DQG EHWZHHQFRXQWLHVDQGJURXSV3. RESULTS
The nationwide outbreak of COVID-19 7th Wave
(from July 2022) and 8th Wave (from October 2022)
caused restrictions on the implementation of clinicalresearch activities at the medical institution concerned,
resulting in delays in the progress of this research. As ofthe end of March 2023, the COVID-19 epidemic wasbeing contained, and we plan to continue this study toverify the efficacy of this treatment.

4. DISCUSSION
So far, for rTMS treatment of dementia and MCI, noconsensus has been reached on (1) standard stimulation
methods (stimulation intensity, frequency, and duration)and (2) optimal stimulation sites, then further
accumulation of evidence is needed for practicalapplication. Studies to improve cognitive function
include rTMS alone and rTMS combined with cognitive16

function training (rTMS-Cog therapy). Di Lazzaro et al.
conducted a systematic review of RCTs conducted up to2020 in AD and MCI. According to this report, highfrequency stimulation of the left dorsolateral prefrontal
cortex (DLPFC) was the most common, followed byhigh-frequency stimulation of the bilateral DLPFC,
high-frequency stimulation of the right DLPFC, lowfrequency stimulation of the right DLPFC, and highfrequency stimulation of the multiple sites including
Broca's area, Wernicke's area, bilateral inferior parietal
lobes, bilateral DLPFC, and high-frequency stimulationof precuneus has been reported. In recent years, there
have been increasing reports of intermittent theta burst
stimulation (iTBS) for the purpose of improving
cognitive function. theta burst stimulation (TBS) is apattern stimulation with 3 bursts of stimulation at 50 Hz
intervals repeated at 5 Hz, with 2 seconds of continuousintermittent stimulation and 8 seconds of pause.
Compared to conventional high-frequency stimulation
methods, iTBS is known to produce cortical plasticity ina shorter time and more efficiently. iTBS stimulation of
the primary motor cortex of the upper limb is known toenhance corticospinal tract excitability for 30 minutes
after stimulation. iTBS stimulation of upper limb
primary motor cortex is known to enhance corticospinal
tract excitability for 30 minutes after stimulation.
In a study conducted in patients with MCI to
mild/moderate AD, HF-rTMS to the left DLPFC before
cognitive training (add-on) was reported to promote
training. Cognitive rehabilitation training after rTMS
may be important to generalize the effects of rTMS to
the prevention of everyday "forgetfulness". CACR is an
enjoyable and repetitive game-like task, and its
difficulty can be adjusted according to the subject's task
achievement. CACR also provides an opportunity forparticipants to quantitatively and objectively observe
their own memory abilities and is expected to provide
an opportunity to acquire metacognition for theprevention of dementia progression.
ACKNOWLEDGMENT
We would like to express our deepest gratitude to the
Watanabe Foundation for its support of this research.

REFERENCES
1) Di Lazzaro V, et al. Diagnostic contribution
and therapeutic perspectives of transcranial
magnetic stimulation in dementia. Clin
Neurophysiol. 2021;132(10):2568-607
2) Bagattini C, et al. Enhancing cognitive
training effects in Alzheimer's disease: rTMS
as an add-on treatment. Brain Stimul.
2020;13(6):1655-64.

17Development of Ultrasmall Nanocapsules for 19F MRI Contrast Agent
Masafumi Minoshima* ***Graduate School of Engineering, Osaka University
2-1 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871 Japan**JST PRESTO
2-1 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871 Japan
Abstract
Magnetic resonance imaging (MRI) is a powerful tool for molecular imaging withhigh spatial resolution in deep tissues. In particular, 19F MRI is a promising tool thatenables visualization of 19F-containing contrast agents without background signal fromendogenous molecules. We have developed perfluorocarbon-encapsulated silica
nanocapsules as an MRI contrast agent. Since biodistribution of nanoparticles depends on
the size, the material, and the surface modification, we here addressed the development
ultrasmall silica nanocapsules for 19F MRI. These nanocapsules with 30 nm diameters
were prepared and their biodistribution was visualized in living mice.
Keywords: MRI, 19F MRI, silica nanocapsules

1. PURPOSE
Magnetic resonance imaging (MRI) is an imaging
method based on nuclear magnetic resonance (NMR).
Conventional 1H MRI visualizes proton nuclei in deep
tissue in body. Gadolinium complexes andsuperparamagnetic iron oxides are used as a contrast
agent for 1H MRI (ref.1), however, they sometimes
suffer from discrimination of the signals from intrinsic
1
H MRI signals. In recent years, fluorine (19F) MRI.
19
F MRI is a promising tool that enables visualizationof 19F-containing contrast agents without backgroundsignals from endogenous molecules (ref.2). Our grouphas
developed
perfluorocarbon-encapsulated
nanocapsules for application to 19F MRI. These
nanocapsules show strong 19F NMR signals and allow
visualization of their localizations in living mice byusing 19F MRI (ref.3). However, the biodistribution
study also implied that the nanocapsules tend toaccumulate in liver for long period of time. Based on
the finding of the size effects on the biodistribution of
nanoparticles (ref.4), we develop ultrasmall (< 50 nmsize) nanocapsules as the next generation of 19F MRI

18

contrast agents.

2. METHOD
We prepared the ultrasmall nanocapsules byvigorous mixing and sonication with triphasic
solutions comprised of fluorous phase containing
perfluoro-15-crown-5-ether (PFCE), aqueous phase
containing cationic surfactants, and organic phase
containing tetraethyl orthosilicate (TEOS) as a silica
precursor for polymerization. The size and structure of
the obtained nanocapsules were characterized by using
dynamic light scattering (DLS) and transmission
electron microscopy (TEM). Encapsulated PFCE wascharacterized by using 19F NMR. For in vivo 19F MRI
experiment, the ultrasmall nanocapsules wereintravenously administered to mice. The mice
immediately after and 3-day after administration wereimaged by using 19F MRI.

3. RESULTS
Using the aforementioned preparation protocol in
triphasic solutions, the silica nanocapsules wereobtained. DLS results showed their sizes were
distributed in smaller sizes (30-50 nm) together withlarger sizes (100-150 nm). To separate the smaller
nanocapsules, the supernatants was collected from the
mixture of the nanocapsules by centrifugation. After
dialysis, the ultrasmall nanocapsules with uniformed
size distribution around 30 nm were obtained. From
the TEM images, we confirmed the size and thecore-shell structure of the nanocapsules. The 19F NMR
peak of PFCE was observed without peak broadening,
indicating that PFCE was encapsulated in the
nanocapsules as a liquid state keeping its fluidity. In
addition, the use of the silica precursors forpolymerization enabled preparation of the ultrasmall
silica nanocapsules with cationic and anionic surfaces.

4. DISCUSSION
 The sizes of the obtained ultrasmall nanocapsules
were approximately one third of those of thenanocapsules in our previous report. The decrease of
the size was caused by the polymerization process of
SiO2 in the modified protocol. This protocol enables
rapid templated hydrolysis on nanoemulsions without
the size enlargement by flocculation, aggregation, andOstwald ripening. In addition, the biodistribution
results suggest that the ultrasmall silica nanocapsules
were excreted from mice body after injection. In future,
we will evaluate the ability of the targeted delivery totumors in the ultrasmall nanocapsules by using 19F
MRI.
 A part of this report was presented at the 10th Asian
Conference on Bioinorganic Chemistry (AsBIC10)
held in Kobe, Japan on November 29, 2022.

ACKNOWLEDGMENT
 This study was supported by Watanabe Foundation.
Figure 1. TEM images of ultrasmall nanocapsules(left) and nanocapsules in previous study (right).
Visualization of the nanocapsules were performedby using 19F MRI. The 19F MR signals were observed
depending on the concentration of the nanocapsules.
Moreover, in vivo 9F MRI showed that the 9F MR
signals were observed in liver immediately afteradministration, whereas the signals were disappeared
from the body 3-day after administration.

REFERENCES
1) Wahsner Jessica, et al. Chem. Rev. 119, 957 (2018).
2) Tirotta Ilaria, et al. Chem. Rev. 115, 1106 (2015)．
3) Hisashi Matsushita, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 53,
1008 (2014).
4) Yu Matsumoto, et al. Nat. Nanotechnol. 11, 533(2016).

Figure 2. 1H/19F MRI of mice. (left) Immediately afteradministration (right) 3-day after administration. Blacklines in left image indicates the area of liver.

19

Magnetic stimulation therapy by a wearable device for focal dystonia of
the upper extremity
Kenta Fujimura*, Hitoshi Kagaya***Faculty of Rehabilitation, School of Health Sciences, Fujita Health University
1-98 Dengakugakubo, Kutsukake, Toyoake, Aichi 470-1192 Japan** Department of Rehabilitation Medicine, National Center for Geriatrics and Gerontology,
Obu, 7-430 Morioka, Obu, Aichi 474-8511 Japan
Abstract
The purpose of this study was to determine the feasibility of using a wearable
magnetic stimulator machine in conjunction with conventional rehabilitation and toevaluate the effect of magnetic stimulation below motor and sensory thresholds for focal
dystonia of the upper extremity. Ten patients with stroke hemiplegia and one patient withfocal dystonia of the upper extremity were included in the study. The results showed thatthe wearable device did not interfere with conventional rehabilitation and the feel and fitof the device were good. In addition, magnetic stimulation reduced symptoms of dystonia
and improved the accuracy of writing ability. The effect may be sustained after 3 months
of intervention.
Keywords: focal dystonia, wearable magnetic stimulator, feasibility

1. INTRODUCTION
Dystonia is an abnormal movement characterized bycontinuous or intermittent contractions of skeletal
muscles. The prevalence of focal dystonia is reported
to be 3-38 per 100,000 population. 1) A focal dystoniaof the upper extremities includes writer's cramp,
musician's dystonia, and sports-related dystonia.
Botulinum therapy is the first choice of treatment, but
it is not covered by medical insurance in Japan. In
addition, botulinum therapy is not widely used in thetreatment of focal dystonia of the upper extremities
due to the difficulty of the technique and the adverse
effects such as muscle weakness. The effect ofpharmacotherapy is uncertain due to the lack ofevidence. On the other hand, transcutaneous electricalnerve stimulation (TENS) has been reported to beeffective in improving spasticity by stimulating upper
limb muscles below the motor threshold.2) However,

20

TENS is not always well accepted by patients becauseof the time and labor required to apply electrodes tothe skin, as well as the possibility of tingling sensation
or discomfort during stimulation.
Recently, the clinical application of magnetic
stimulation has been attracting attention. Magnetic
stimulation does not require the attachment ofelectrodes and can be performed over clothing, making
it easy to use in clinical practice. In addition, because
nociceptors in the skin are not stimulated, stimulation
above the sensory threshold with electrical stimulation
is below the threshold within a certain range withmagnetic stimulation, allowing stimulation without
discomfort. The disadvantage of using magnetic
stimulation is the bulkiness of the equipment, but since
the intensity of electrical stimulation used in TENS isbelow the motor threshold, a small magnetic stimulator
may be applicable. We have developed a compact andlightweight wearable magnetic stimulator using
magnets with reduced stimulation intensity (patentpending) (Fig 1). The device measures 7.9✕ 7.7 cm
weighs 107.5g, and can be worn on the upper limb
with a built-in battery and permanent magnet. It has afrequency of 150 Hz and a flux density of 0.2 T. It iscapable of magnetic stimulation below the motor andsensory thresholds and may be effective in thetreatment of focal dystonia of the upper extremity.
This study investigated the feasibility of using awearable magnetic stimulator in conjunction withconventional rehabilitation and the effect of magnetic
stimulation below the motor and sensory thresholds forthe treatment of focal dystonia of the upper extremity.

Fig 1. Wearable Magnetic Stimulator (IFG)

2. METHODSThis study was approved by the institutional review
board and was registered to jRCT (s042200013).
1) The feasibility of rehabilitation with a wearable
magnetic stimulator
The subjects were 10 hemiplegic stroke patients.
Their age was 72±11 years, height was 164.7±12.0 cm,
and weight was 61.4±12.5 kg. The motor function of
the paralyzed upper limb was 3.5±1.1 in the proximal
test and 3.2±1.0 in the distal test of the upper limb by
Stroke Impairment Assessment Set. Patients with apacemaker, a history of epilepsy, and a non-removable
metal object near the stimulation site, and pregnant
women were excluded. All subjects gave written
informed consent to participate in the study.
The magnetic stimulator was set on the wrist
extensor muscles of the paralyzed forearm. The subject
wore the device during rehabilitation for 60 minutes on

three consecutive days in the first week. The device
was not used in the second week. It was also used in
the third week on the wrist extensor muscles of theparalyzed forearm during rehabilitation for 60 minutes
on three consecutive days. The feasibility of thisdevice was evaluated by Likert Scale.
2) The effect on focal dystonia of the upper
extremity
A male patient in his late 50s presented with righthemiplegia after left thalamic hemorrhage with focal
dystonia of the upper limb. Four and a half years had
passed since the onset of the disease, and only
involuntary movements of the right upper limb
remained without apparent paralysis. The subject gave
written informed consent to participate in this study.
Magnetic stimulation was performed on the flexor
forearm muscles including flexor digitorum
superficialis and flexor pollicis longus (Fig 2), The
immediate effects before and after 30 minutes ofstimulation were examined. We also compared thewriting ability of the subjects after 60 minutes ofstimulation per day for 3 months. The amount of
displacement, acceleration, and dynamicity were
measured in a tracing task of a spiral figure (20 mm
between circumferences, 3 laps) by using TraceCoder ®
(Sysnet Inc.).

Fig 2. Magnetic stimulation to forearm flexor muscles

3. RESULTS
1) The feasibility of rehabilitation with a wearable
magnetic stimulator
The median values on Likert Scale were 5 (good), 5(good), 7 (no pain), 7 (want to continue training withthe device), and 6 (did not interfere with training),
21

respectively.
2) The effect on focal dystonia of the upper
extremity
The amount of displacement in the tracing task was
3.3±3.7 cm before stimulation and 1.8±1.6 cm after
stimulation. The acceleration was 0.3082±0.4150
cm/s2 before stimulation and 0.2057±0.2341 cm/s2
after stimulation, and the jerk was 0.0074±0.0117
cm/s3 before stimulation and 0.0043±0.0050 cm/s3
after stimulation. Figure 3 shows the changes intracing tasks before and after 30 minutes of magnetic
stimulation. The amount of displacement obviously
decreased after the stimulation.
After 3 months of stimulation, the amount of
displacement became 1.9±1.3 cm, the acceleration
0.4293±0.5480 cm/s2, and the jerk 0.0099±0.0159
cm/s3.
BeforeAfter

thresholds for focal dystonia in the upper extremity
reduced dystonia immediately after stimulation andimproved the accuracy of the tracing task. The results
suggest that this effect may be sustained withlong-term intervention. Although there are no clear
normal values for the tracing task used in this study,
our previous data on a healthy subject showed that theamount of displacement was 0.7±0.5 cm, acceleration
0.2342±0.2435 cm/s2, and jerk 0.0045±0.0049 cm/s3.
The results suggest that although the amount of
displacement was not sufficient, the acceleration andthe jerk improved to close to the normal values. TENS
restructures the relationship between excitation andinhibition between the action and antagonist muscles
by activating mainly afferent fibers.3) Magnetic
stimulation with this device also facilitated therestructuring of the interaction between the action andantagonist muscles in the central nervous system,
which is significantly impaired by dystonia, throughthe same mechanism, and this may have resulted in
improved writing ability of the upper limb. To clarify
this effect, it is necessary to conduct a study by large
sample with control groups.

ACKNOWLEDGEMENT
Fig 3. Changes in tracing tasks before and after 30
minutes of magnetic stimulation

4. DISCUSSION
This study investigated the feasibility of a wearable
magnetic stimulator in conjunction with conventional
rehabilitation and the effect of magnetic stimulation
below motor and sensory thresholds on focal dystonia
in a stroke patient. The use of this device did notinterfere with conventional rehabilitation, and the feeland fit were good. In addition, this device did notcause pain or discomfort during stimulation. Therefore,
the feasibility of this device is good.
Magnetic stimulation below motor and sensory

22

This study was supported by the Watanabe
Foundation.

REFERENCES
1) Japanese Society of Neurology: Guidelines for theTreatment of Dystonia 2018. (in Japanese)2) Tinazzi M, et al: TENS for the treatment of writer’s
cramp dystonia: A randomized, placebo-controlled
study. Neurology 64 (11):1946-1948 (2005).
3) Tinazzi M, et al: Long-lasting modulation of humanmotor cortex following prolonged transcutaneouselectrical nerve stimulation (TENS) of forearmmuscles: evidence of reciprocal inhibition andfacilitation. Exp Brain Res 161(4):457-64 (2005).

Membrane damage of cellular organelles by magnetic nanoparticles

Yoko Shiba*, Satoru Kobayashi**, Koichi Oyanagi**, and Yuji Shibasaki****Graduate course of Biological Sciences,**Graduate course in Material Sciences and Engineering,***Graduate course in Chemistry,
Division of Science and Engineering,
Graduate School of Arts and Sciences, Iwate University
3-18-33, Ueda, Morioka, Iwate, 020-0066, JAPAN
Abstract
Magnetic nanoparticles (MNPs) have been used for a variety of medical application
including Drug Delivery System (DDS). MNPs are internalized into cells and transported tomembranous organelles. We aimed at analyzing physical stiffness of organelle membrane by
MNPs. We delivered MNPs into early endosomes in cancer cells and applied magnetic fieldfrom outside of cells, then examined if endosomal membrane was damaged or not byvisualizing CHMP4B, a cytosolic marker of membrane damage. We found more CHMP4B
colocalized with MNPs after applying magnetic field. We are now estimating the mechanicalforce required for membrane damage. These studies will develop the future technology that
we could manipulate intracellular organelles by MNPs and magnetic field.
Keywords: Magnetic nanoparticle, organelle, membrane damage

1. PURPOSE
Mammalian cells have a variety ofmembranous structures called organelles that
perform each different function. (Fig.1)
Membranes of organelles partition thecontents from cytosol, therefore physicalproperty of membrane is important fororganelle function. The tension of plasma
membrane has often been reported by opticaltweezers, however, physical properties oforganelle membrane remain to be understood.
Magnetic nanoparticles (MNPs) are themagnetized and nano-sized particles that canbe controlled by magnetic field. In this study,
we aimed at measuring the stiffness oforganelle membrane by internalizing MNPs
into organelles and applying magnetic fieldfrom outside of cells. Our study would reveal
the novel information of membrane property.
MNPs

Plasmamembrane
CytosolLateendosomes
Early
endosomes

Lysosomes

Figure 1. Intracellular Traffic in mammaliancells. Nutrients are internalized into cells
and transported to early endosomes, lateendosomes and lysosomes to be degraded.
Basically, MNPs also follow this route.

2. METHODS
23

3.RESULTS
We internalized the above MNPs into humanmetastatic breast cancer cell line, MCF-7, and examined
cytotoxicity by MTT assay in a variety of concentrationfor 24- 72hr. The MNPs showed no cytotoxicity below
100μg/ml in 24hr. Then we internalized MNPs andincubated at 37℃ for several time points, and foundthat in 20 min, MNPs colocalized with EEA1, an earlyendosome marker, and within 1hr, colocalized withlamp-1, a lysosome marker. These results suggest that
MNPs are delivered to the early endosome in 20 min,and to the lysosome in 1hr. Our prediction is that
applying magnetic field after 20 min of internalization
could specifically damage the membrane of the earlyendosome. When organelle membrane was damaged,
CHMP4B, a subunit of ESCRT protein complex, is
recruited to damaged membrane from cytosol andrepairs the membrane damage. We overexpressed
CHMP4B fused to DsRed, a red fluorescent protein, to
MCF-7, and internalized MNPs for 20 min. We appliedmagnetic field for 5 min by direct current (DC), 2V, oralternating current (AC), 6V, 0.5Hz. We found more

24

B

C

C

on
tr

C

0

n=17

n=15

50

ol

10μm

*

A

CHMP4B-DsRed*p <0.05, Mann-Whitney test

D

FITC-MNPs

(%)
100

n=13

CHMP4B-DsRed

Control

FITC-MNPs% colocalizationA

DC 2V 5min

We made MNPs (15 nm in diameter) from ironoleate by thermal decomposition method. The sphericalshape of MNPs were confirmed by transmission
electron microscopy (TEM). Next, we modified thesurface of MNPs. We introduced hydroxy groups (OH)on the surface of MNPs, and polymerized glycidol byliving polymerization. Polyglycidol has highbiocompatibility and gives solubility in water to MNPs.
In addition, we partially replaced OH groups ofpolyglycidol to NH2, then introduced Fluorescein
Isothiocyanate (FITC), a green fluorescent dye. We
eliminated aggregated MNPs by centrifugation and theefficiency of the modification was monitored by UV-Vis
spectroscopy and thermogravimetric analysis. The
obtained MNPs encapsulated with polyglycidol were
well-dispersed in water, and the morphology wasconfirmed by TEM. We obtained the encapsulated
MNPs (approximately 20 nm in diameter) after thesurface modification. (Manuscript in preparation)

Figure 2. A. MNPs were internalized for 20 min andapplied magnetic field. The arrows indicated MNPs.
Note that CHMP4B colocalized with MNPs in DC. B.
The experiments of A were repeated twice, andquantified colocalization. Note that increase ofcolocalization in DC was statistically significant.
CHMP4B colocalized with MNPs after applying
magnetic field. (Fig.2A) We quantified thecolocalization between MNPs and CHMP4B, andconfirmed that in DC, the colocalization between
CHMP4B and MNPs was increased. (Fig.2B) These
results suggest that the early endosomes are injured by
MNPs after applying magnetic field of DC.

4. DISCUSSION
In this study, we found that MNPs were colocalizedwith CHMP4B after applying magnetic field. Especially,
DC gave more colocalization, suggesting that DC gives
more damage than AC, that is usually used for
hyperthermia to kill cancer cells. We are now estimating
the force required for membrane damage. Our study
would reveal the novel mechanism for membrane
damage and possibility to use DC for future application.

5. Acknowledgements
This study was supported by the Watanabe foundation.
This study will be reported in the 75th meeting ofJapanese Cell Biology Society, 2023, June,27-30th.
REFERENCES
1) Mercier et al ： Endosomal membrane tension
regulates ESCRT-III-dependent intra-lumenal vesicle
formation, Nat Cell Biol,(8),947, (2020)

Roles of AMPA-type glutamate receptors on gamma-band neural oscillatory
dysfunctions in schizophrenia
Shunsuke Tamura*,**, Yoji Hirano*,** and Ryo Mitoma** Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University
3-1-1 Maidashi, Higashi-ku, Fukuoka 812-8582 Japan**Department of Psychiatry, Faculty of Medicine, University of Miyazaki
5200 Kihara, Kiyotake-cho, Miyazaki 889-1692 Japan
AbstractIn
thepresent
study,
we
investigated
roles
of
AMPA
(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid)-type glutamate receptors on
abnormal gamma-band oscillatory activity in schizophrenia (SZ). We measured
resting-state magnetoencephalography (MEG) from SZ patients and healthy controls. We
also assessed their AMPA receptor functions using a positron emission tomography tracerof AMPA receptor, [11C]K-2. The MEG data analysis revealed that gamma-band
oscillatory networks in SZ had hyper-connectivity throughout the brain. In addition, we
found a strong correlation of AMPA receptor density with gamma-band network featuresin the posterior ramus of the right lateral sulcus. Our present study is the first to examine
the connection of AMPA receptor function to gamma-band oscillatory activity in thehuman brain.
Keywords: schizophrenia, AMPA receptor, gamma-band neural oscillation, neuralnetwork

1. PURPOSE
Neurophysiological mechanisms underlying
schizophrenia (SZ) have not been fully clarified
despite the enormous importance of its diagnosis
and treatment in society. Gamma-band neuraloscillation (periodic neuronal activity at frequencyof 30-100 Hz) has attracted attentions as one ofpromising neurophysiological endophenotypes of
SZ1). However, most studies reporting alteredgamma-band
oscillations
in
SZ
used
electroencephalography
withlowspatialresolution, and therefore the brain regions
responsible for these abnormalities have not been
identified.
Based on findings of preclinical studies using
animal models of SZ, it is conceivable that alteredgamma-band neuronal oscillations are caused by
impairment of excitatory neurotransmission
mediated by neurotransmitters such as glutamate1).
However, no studies have examined therelationship between gamma-band oscillations andexcitatory neurotransmitter function in the humanbrain.
In the present study, we attempted to identify
brain regions responsible for abnormal
gamma-band oscillations in SZ by measuringresting-state brain activity from SZ patients andhealthy
controls
(HCs)
using
a
magnetoencephalography (MEG) with excellent
spatial resolution. We also measured their
α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole
propionic acid (AMPA) receptor density using a25

positron emission tomography (PET). We
examined the relationships between AMPA
receptor density and gamma-band oscillatory
features throughout the whole brain.

2. METHOD
Twenty-seven healthy controls (HCs) and 21
SZ patients participated in MEG experiment. Of
these participants, 14 HCs and 12 SZ patients also
participated in PET experiments.
We used a 306-channel whole-head MEG
system (Elekta, Neuromag) to measure 4 minutes
resting-state brain activity. During the MEG
measurement, the participants were instructed tokeep in a supine position with closed eyes.
T1-weighted images were also obtained using a
Phillips 3T MRI system.
We used MNE-Python (a software for EEG
and MEG analysis) and FreeSurfer (a software forbrain image analysis) to analyze the MEG data.
After co-registration of MEG and MRI data, weestimated gamma-band oscillatory activities at 150
anatomical brain regions. Next, functional
connectivities were evaluated by calculatingenvelope correlations of gamma-band oscillatory
activity among the brain regions. Based on the
results of functional connectivity analysis, we
obtained the characteristics of the gamma-band
brain networks. Specifically, we calculated adegree centrality (D-CENT) and clustering
coefficient (C-COEF) that indicate the degree towhich a specific brain region forms clusters withother brain regions. We used t-tests to determine
whether there was a significant difference in
D-CENT or C-COEF between SZ and HC groups
in each brain region. False Discovery Rate
(FDR)-correction was applied to p-values of t-tests
to correct for multiple comparisons.
For measurements of PET, we used [11C]K-2,
an AMPA receptor PET probe that has beenvalidated in human brain2). PET images wereobtained using a biograph mCT system (Siemens).
After aligning the PET and MRI data, partial
26

volume correction (PVC) value was obtained as ameasure of AMPA receptor density at 150
anatomical brain regions. We examined whether
D-CENT and C-COEF values were significantly
correlated with PVC value in the brain regions
where significant group differences in D-CENT
and C-COEF were observed. We calculated a
Spearman's correlation coefficient for each brain
region and corrected its p-value using the
FDR-correction.

3. RESULTS
The MEG analysis revealed that the functional
connectivities between the brain regions wereabnormally elevated in SZ group. In addition, we
found that the D-CENT and C-COEF, which were
calculated from functional connectivity data, weresignificantly higher in SZ than HC groups inalmost all brain regions.
In the brain regions where significant groupdifferences in D-CENT and C-COEF were found,
we examined their correlations with PVC. We
found a strong positive correlation between
D-CENT and PVC in the posterior ramus of theright lateral sulcus (Figure 1) (rho = 0.633, p =0.046).

4. DISCUSSION
Using MEG, we found that the gamma-band
hyper-connectivities were observed throughout thebrain regions. This result is consistent withprevious findings that spontaneous gamma-band
activity is abnormally enhanced in SZ1) but isdifferent from a previous study that examined
network characteristics in SZ using the D-CENT
and C-COEF. Therefore, further investigations
would be needed to confirm the reliability of ourfindings.
Regardingtherelationshipbetweengamma-band network features and AMPA
receptor function, we found that D-CENT was
positively correlated with AMPA receptor density
in the posterior part of the right lateral sulcus. This

Figure 1. Group comparison of D-CENT (middle panel) and scatter plots of D-CENT as a function of
PVC (right panel) in the posterior ramus of the right lateral sulcus（left panel）.
result suggests that the gamma-band network inthis region had hyper-connectivities with the otherbrain regions when the AMPA receptor density
was higher. However, in the other brain regions,no significant correlations were observed.
Therefore, it is conceivable that neurotransmitter
functions other than the AMPA receptors would bealso involved in altered gamma-band neuralactivity in SZ. In the future study, it would benecessary to investigate involvement of not only
AMPA but also N-methyl-D-aspartic acid
(NMDA) and gamma-Aminobutyric acid
(GABA) receptors with gamma-band oscillatory
networks.

magnetoencephalography
study. Psychiatry
Clinical Neurosciences, 76(7), 309-320.

andACKNOWLEGEMENTS
I would like to acknowledge the Watanabe
Foundation for financially supporting this study.
REFERENCES
1) Hirano, Y., & Uhlhaas, P. J. (2021). Current findings
and perspectives on aberrant neural oscillations in
schizophrenia. Psychiatry
andClinical
Neurosciences, 75(12), 358-368.
2) Miyazaki, T., Nakajima, W., Hatano, M., et al.
(2020). Visualization of AMPA receptors in living
human
brain
with
positronemission
tomography. Nature Medicine, 26(2), 281-288.
3) Tagawa, M., Takei, Y., Kato, Y., et al. (2022).
Disrupted local beta band networks in schizophrenia
revealed
throughgraph
analysis:A

27

Risk stratification using liver magnetic resonance elastography
in patients with heart failure
Toshiyuki Nagai
Department of Cardiovascular Medicine, Faculty of Medicine and Graduate School of Medicine,
Hokkaido University, Kita-15, Nishi7-Kita-ku, Sapporo 060-8638 Japan
Abstract
Right atrial pressure (RAP) measured by an invasive catheter is one of the key
determinants of adverse events in patients with heart failure (HF). Recently, we havedeveloped a novel non-invasive method for accurate estimation of RAP using liver
stiffness assessed by magnetic resonance elastography (MRE). We performed liver MRE
for 207 HF patients and found the significant association between liver stiffness assessedby MRE (LS-MRE) and subsequent adverse events. In conclusison, elevated LS-MRE
may be useful for risk stratification in patients with HF.
Keywords: right atrial pressure, heart failure, liver stiffness, congestion, prognosis

1. PURPOSE
Heart failure (HF) is the leading cause of deathamong cardiovascular diseases. The number of HF
patients is increasing worldwide despite advances inmedical therapy and devices, with the social problem
of a HF pandemic. Amongst many pathophysiologic
factors, congestion is considered to be one of the mostimportant drivers for end organ injury and failure in
HF. Right atrial pressure (RAP) is a dominantparameter of congestion, and its elevation is an
important determinant of worse clinical outcomes in
HF patients.
Recently, evaluating liver stiffness (LS) by
ultrasound elastography for non-invasive RAP
estimation has been reported.1) Nevertheless, several
studies have indicated limitations of ultrasoundelastography regarding its low reliability andreproducibility.
Magnetic resonance elastography (MRE) is an
emerging non-invasive modality using magnetic
resonance imaging (MRI). Measurement of LS by
MRE (LS-MRE) has high accuracy andreproducibility to quantify mechanical properties of28

tissue and is useful for evaluating liver fibrosis andcirrhosis.2) We have reported that LS-MRE showed asignificant positive correlation with RAP, and had
greater accuracy for predicting elevated RAP
compared to conventional non-invasive modalities ofliver ultrasound and echocardiography in patients with
HF and without chronic liver disease.3) However, thevalue of LS-MRE in patients with HF in relation toclinical outcomes is unclear. Accordingly, the aim of
this study was to investigate whether LS-MRE could
predict clinical outcomes in patients with HF.

2. METHOD
This was a single-center, observational, prospective
study that included consecutive patients aged ≥ 20
years with a diagnosis of HF requiring hospitalizationin our university hospital and scheduled for RHC from
April 2018 to May 2021 (Figure 1).
Prior to MRE, all patients underwent fat-suppressed
T1-weighted imaging, which was read by radiologists
to exclude organic liver disease. MRE was performed
within 4 days of right heart catheterization with a 3.0
Tesla MRI scanner; Discovery 750W (GE Healthcare)using 16- and 40-channel GEM array coils, and theresults were expressed as shear modulus (kPa).
Follow-up data were obtained through outpatient
consultations, telephone interviews with the patient orfamily members, and mail. The primary outcome ofinterest was the composite of all-cause death andhospitalization for HF.
The cumulative incidence of the composite of
all-cause death and hospitalization for HF wasestimated by Kaplan-Meier analysis, and log-rank test
was performed to assess significance according to themedian LS-MRE value. To evaluate the influence of
LS-MRE on all-cause death and hospitalization for HF,
we constructed univariable and multivariable Cox
proportional hazard models. Multivariable analyses
were performed using forced inclusion models
including age, sex, and pertinent covariates.
Linear regression analysis was performed todetermine the factors that were significantly associatedwith LS-MRE. After univariable screening, candidate
variables that are indicators of congestion, liverfunction and liver fibrosis achieving p < 0.10 wereentered into a multivariable model to identify
independent predictors of LS-MRE.

Figure 1. Flow diagram of present study.

3. RESULTS
During a median follow-up period of 720(interquartile range [IQR] 434-1013) days, the primary
outcome occurred in 44 patients (21%), including 15(7%) all-cause deaths and 29 (14%) hospitalizationsfor HF. The patients were divided into two groups
according to median LS-MRE of 2.54 (IQR 2.34-2.82)
kPa (Figure 1). Patients with higher LS-MRE showeda higher incidence of the primary outcome comparedto those with lower LS-MRE (p < 0.001) (Figure 2).
Multivariable Cox regression analyses revealed that
LS-MRE value was independently associated with therisk of adverse events (hazard ratio 3.98, 95%
confidence interval 2.14-5.62). In multivariable linear
regression, RAP showed a stronger correlation with
LS-MRE (β coefficient = 0.31, p < 0.001) compared tomarkers related to liver fibrosis.

Figure 2 Kaplan-Meier analysis of composite of
all-cause death and hospitalization for HF
categorized by LS-MRE.

4. DISCUSSION

This study is an initial report evaluating the
prognostic significance of LS-MRE in patients with
HF and no organic liver disease.4) The major finding of
this study was that higher LS-MRE was independently
associated with increased incidence of all-cause deathand hospitalization for HF even after adjustment forpreviously established variables for predicting worse
clinical outcomes.4) Moreover, LS-MRE wasindependently correlated with RAP, hyaluronic acid,
FIB-4 index, GGT and type IV collagen 7s. Amongthese, RAP showed the strongest correlation with
LS-MRE, indicating that assessment of LS-MRE
would be useful for risk stratification in patients with29

HF.4)In HF patients, elevated RAP, which is transmitted
to the liver via passive congestion, making the liverlarger and harder (i.e., elevation of LS) because theliver is encapsulated by a non-elastic membrane.
Millonig et al. confirmed its mechanism bydemonstrating that central venous pressure directly
controlled LS measured by ultrasound elastography
with perfect correlation (r = 1.0, p < 0.01) in areversible manner during clamping or de-clamping of
the IVC in a porcine model.5)
Chronically elevated hepatic venous pressure leads
to perivenous and perisinusoidal fibrosis in the liver
parenchyma, and eventually poorly reversible bridging
fibrosis develops.6) In that stage of advanced liver
fibrosis caused by a long duration of HF, LS may notalways change in parallel with RAP. In addition, theliver is a compliant organ and may expand before its
stiffness increases, and the pulsation transmitted to theliver may not be accurately captured by the MRE as
one needs to perform an ECG-gated study. Therefore,a modest correlation between LS-MRE and RAP
would be reasonable in clinical settings from our study.
However, the median LS-MRE in the present study
was 2.54 (IQR 2.34-2.82) kPa, and, with two
exceptions, subjects had values below 4.0 kPa.
Yoshimitsu et al. reported a significant correlation
between LS-MRE and the pathological grade of liver
fibrosis (F0 [no fibrosis] - F4 [cirrhosis]) using the
METAVIR scoring system [37; 38] in 70 patients who
underwent both liver MRE and biopsy within a
3-month interval.2) In their study, LS-MRE was 2.6 ±
0.4, 3.4 ± 0.6, 3.8 ± 1.1, 6.0 ± 1.4 and 8.2 ± 2.0 kPa for
F0, F1, F2, F3 and F4, respectively. These findings
suggest that the majority of our HF population could
be classified as F0 or F1.
Interestingly, our study showed that LS-MRE had
higher discriminative value for predicting adverse
events compared to LS estimated by ultrasound(Harrel’s c-statistics: 0.724 vs. 0.582, p = 0.015),
which was consistent with our previous report on theprediction of RAP.3) It is suggested that the accuracy of
LS-MRE is higher than that of LS estimated by
30

ultrasound in assessing RAP and outcome prediction.

REFERENCES
1) Omote K, et al. Heart and Vessels 2019; 34:984-991.
2) Yoshimitsu K, et al. European Radiology 2016; 26:656-63.
3) Kato Y, et al. JACC Cardiovasc Imaging 2020; 13:2050-52.
4) Tada, et al. Eur Radiol 2023; 33: 2062-2074.
5) Millonig G, et al. J Hepatol 2010; 52:206-210.
6) Wells ML, et al. Radiographies 2016; 36:1024-37.

The Subjects for the 2022 Research Grants
Here are the subjects (1 Basic Researches, 4 Application Researches, 3 Speciﬁc Researches) thatthe 2022 Research Grants are subsidized.

Ⅰ. Basic ResearchⅠ-1. Study on maintenance of stem cell stemness using elastic modulus control of culture substrateby magnetic ﬁeld manipulation
Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University／Yasuyuki MORITA
Ⅱ. Application ResearchⅡ-1. Development of novel transcranial magnetic stimulation therapy for mental health disorders
associated with long-COVID
Keio University, School of Medicine, Department of Neuropsychiatry／Yoshihiro NODA
Ⅱ-2.

Novel magnetic nanoparticles for potentiating anti-tumor activity in T cells
Keio University, School of Medicine,
Institute for Advanced Medical Research Division of Tumor Immunology／Yusuke ITO

Ⅱ-3.

Establishment of bladder preservation therapy using nanoparticles for muscle invasive
bladder cancer
Department of Nephro-urology, Graduate School of Medical Sciences, Nagoya City University／
Masakazu GONDA

Ⅱ-4.

Mechanism of spasticity treatment using peripheral magnetic stimulation
Department of Rehabilitation Medicine, Keio University School of Medicine／
Takayuki KAMIMOTO

Ⅲ. Speciﬁc ResearchⅢ-1. Elucidation of the eﬀect of upper-limb muscle contractions on plastic brain changes inducedby paired associative stimulation with magnetic and electrical stimulation of the lower limb
Sony Computer Science Laboratories, Inc.／Tatsuya KATO
Ⅲ-2.

Investigation of the mechanisms underlying the neuromodulatory eﬀects of tSMS (transcranial
static magnetic ﬁeld stimulation)
Department of Physical Therapy, Niigata University of Health and Welfare／Sumiya SHIBATA

Ⅲ-3.

Elucidation of the mechanism of static magnetic ﬁelds on nerve nodes and application to
medical devices for women that can be used at home
Department of Cardiovascular Surgery, School of Medicine, Osaka University／Eri KANEDA

Note: Aﬃliations above are at the time of the grants were subsidized.

31

THE REPORT OF STUDY RESULT BY SUBSIDY
助 成 研 究 成 果 報 告 書
第28回

発

行 日

令和5 年9月1日

発行

公益財団法人 渡邉財団

所

福岡県福岡市中央区天神1-13-17
TEL 092-724-3605
FAX 092-724-3690
印

刷

三栄印刷株式会社

より明瞭なカラーデータの図表をご希望の方はサイト( https://watanabe-zaidan.or.jp/ )に掲載しておりますのでご覧下さい。

この印刷物は、環境に配慮した
ベジタブルインクを使用しています。