7T-MRIを利用したラット脳放射線障害における脳梁部fractional anisotropy値変化の検討と組織学的考察

The Measurement of Fractional Anisotropy Values at the Corpus Callosum in an Irradiated-rat Model by 7T-MRI: Comparison with Quantitative Histological Evaluation

Ⅰ．はじめに

　放射線治療はこれまでさまざまな頭蓋内病変の患者に対し実施され，それらの治療に大きな役割を果たしてきたが¹⁷⁾，正常脳組織への影響も強い．最も大きな問題として，晩発性白質脳症や放射線性壊死がある．晩発性障害は通常不可逆的でときに致死的な状況に陥ることもあり，成人例では進行性記憶障害，集中力低下などの認知症症状を⁷⁾，また小児例でも進行性精神発達障害を呈する²⁵⁾．これらの症状の病理学的背景として血管壁の変性と局所もしくはびまん性の壊死および脱髄変化^2,19,24)に起因する白質障害が知られているが，この組織学的変化をin vivoで定量的に捉えるのはこれまで困難であった．しかし近年のMRI技術の発達に伴い，白質障害の微小な組織変化をin vivoで定量的に評価する試みがなされている．Diffusion Tensor Imaging（DTI）は，水分子の拡散運動を観察する撮像法であり³⁾，水分子の異方性拡散の程度を示す定量的指標であるfractional anisotropy（FA）値¹⁰⁾は白質損傷を鋭敏に捉え，変化を経時的に観察する上で有用とされている^13,14,18)．Khongらはmedulloblastomaの患児に対する放射線治療における白質への影響をFA値を用いて評価し，通常のMRI撮影では信号変化を検知できない白質部分においてFA値の低下を認めた¹³⁾．また，Kitaharaらも成人の悪性脳腫瘍に対する放射線治療例で経時的にFA値を測定し，有意ではないがFA値の低下と慢性期でのFA値の回復を報告した¹⁵⁾．しかしこれらはヒトにおけるin vivoでの研究であるため，FA値変化に対する組織学的裏付けが示されていない．そこで今回われわれはラットを使用し，放射線障害の進行に起因するFA値の変化と病理学的変化の関係を解析するために，白質からなる代表的構造物である脳梁を対象とし，7T-MRIで照射後経時的にin vivo測定したFA値と病理組織を比較検討した．

　Radiation-induced white matter injury has recently been evaluated by fractional anisotropy (FA) values using diffusion tensor image (DTI) data on magnetic resonance (MR) imaging. However, controversy remains as to which histological components affect anisotropy. FA values were compared with histological findings in rat irradiated brains. Forty Gy whole brain radiation was performed on 9 rats, with another 9 rats not subjected to irradiation prepared as the control group. DTI data for the corpus callosum were obtained using a 7.0 Tesla MR scanner at post radiation 18±2 to 48±2 weeks (p18w－p48w), and the mean FA value (mFA) was calculated. Histological parameters were assessed at p24w, p36w, and p48w in hematoxylin-eosin stained and immunohistochemically processed sections. Numbers of dilated vessels, hypertrophic glial fibrillary acidic protein (GFAP)-positive cells and Olig2-positive cells were quantitatively evaluated. Qualitative assessment of change in neurofilament (NF)-and myelin basic protein (MBP)-positive structures at each time point was also performed. The mFA decreased from p30w to p42w, significantly decreasing at p42w compared to the control group. However, It recovered to control levels at p48w. Histological examination showed that hypertrophic GFAP-positive cells and dilated vessels had increased at p48w. Olig2-positive cells decreased significantly at p48w compared to p24w and p36w (p＜0.05). Although NF-positive structures continued to decrease over time, MBP-positive structures recovered at p48w in agreement with the change in mFA. In the subacute / chronic stage, rat irradiated brain FA value in the corpus callosum appears to mainly reflect the change in myelin structure.