老化したマウスの脳は、組織拡散特性の変化と脳微小血症によって特徴づけられる

The brains of aged mice are characterized by altered tissue diffusion properties and cerebral microbleeds.

• Erik N Taylor
• Nasi Huang
• Jonathan Wisco
• Yandan Wang
• Kathleen G Morgan
• James A Hamilton

抄録

背景:

脳の老化は、アルツハイマー病（AD）や血管性認知症などの認知疾患の進行の主要な危険因子である。私たちは、マウスを用いて24ヶ月齢までの脳の老化を調べました。

BACKGROUND: Brain aging is a major risk factor in the progression of cognitive diseases including Alzheimer's disease (AD) and vascular dementia. We investigated a mouse model of brain aging up to 24 months old (mo).

方法:

高磁場（11.7T）MRIプロトコルは、脳微小出血（CMBs）の存在、灰色および白質のモルフォロジー、組織の拡散特性を含む脳の老化の特定の機能を特徴付けるために開発されました。マウスは、若い（3ヶ月）、中年（18ヶ月）、または古い（24ヶ月）のいずれかの年齢のカテゴリから選択され、研究の期間にわたって通常の食事を与えた。マウスは、従来のT2加重（T2W）とT2*加重（T2*W）イメージング、ex vivo拡散加重イメージング（DWI）と微細構造の特徴の検出を強化するためにT2*W MR顕微鏡が続いて、マルチモーダルMRIを含む、in vivoで撮像した。

METHODS: A high field (11.7T) MRI protocol was developed to characterize specific features of brain aging including the presence of cerebral microbleeds (CMBs), morphology of grey and white matter, and tissue diffusion properties. Mice were selected from age categories of either young (3 mo), middle-aged (18 mo), or old (24 mo) and fed normal chow over the duration of the study. Mice were imaged in vivo with multimodal MRI, including conventional T2-weighted (T2W) and T2*-weighted (T2*W) imaging, followed by ex vivo diffusion-weighted imaging (DWI) and T2*W MR-microscopy to enhance the detection of microstructural features.

結果:

加齢に伴うマウス脳の構造変化としては、皮質灰白質体積の減少や脳室の肥大などが観察された。加齢に伴う脳の顕著な変化は、18ヶ月から始まり、24ヶ月には主に視床で総体積が増加しているCMBの発達であった。CMBsの存在は、高解像度のex vivo MRIと組織学で確認された。DWIでは、分画異方性の減少、放射状拡散の増加、平均拡散の増加、カラーコードされたトラクトグラフィーで可視化された白質線維の変化など、高齢マウスの脳組織のさらなる変化が検出された（大脳皮質CMB周辺を含む）。

RESULTS: Structural changes observed in the mouse brain with aging included reduced cortical grey matter volume and enlargement of the brain ventricles. A remarkable age-related change in the brains was the development of CMBs found starting at 18 mo and increasing in total volume at 24 mo, primarily in the thalamus. CMBs presence was confirmed with high resolution ex vivo MRI and histology. DWI detected further brain tissue changes in the aged mice including reduced fractional anisotropy, increased radial diffusion, increased mean diffusion, and changes in the white matter fibers visualized by color-coded tractography, including around a large cortical CMB.

結論:

このマウスは、加齢に伴う認知機能障害や認知症への血管の寄与（VCID）を示す貴重なモデルとなっています。これらの方法と結果から、高齢マウスの脳の老化は、高磁場MRIで十分に特徴付けることができるCMBと組織拡散変化を含む多因子プロセスであることが明らかになった。

CONCLUSIONS: The mouse is a valuable model of age-related vascular contributions to cognitive impairment and dementia (VCID). In composite, these methods and results reveal brain aging in older mice as a multifactorial process including CMBs and tissue diffusion alterations that can be well characterized by high field MRI.