コモン・マーモセットを用いた脊髄損傷に対する多角的介入戦略の開発

• Project/Area Number: 15J40050
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 吉野 紀美香 慶應義塾大学, 医学部, 特別研究員(RPD)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2015: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 脊髄損傷 / 霊長類コモンマーモセット / リハビリテーション / 運動キネマティクス / 神経可塑性 / コモンマーモセット / キネマティクス / 神経新生 / 脊髄損傷治療 / 軸索伸展因子阻害剤 / 霊長類脊髄損傷モデル / 皮質脊髄路 / 運動機能評価 / 電気生理

Outline of Annual Research Achievements

損傷部に形成される瘢痕組織ではセマフォリン3Aが発現し軸索伸展を阻害することが知られている。治療戦略として本研究ではコモンマーモセット頸髄半切モデルを用いて、上下肢リハビリテーションおよび軸索伸長薬剤SM-345431併用療法による運動機能回復を目指す。軸索の可塑的変化を形態学的及び電気生理学的で詳細に調べ、分子的な動きにも着目し網羅的に回復に寄与する要素を引き出し運動機能回復のメカニズムに迫る。リハビリ効果の定量には臨床に即した脊髄挫滅による圧挫損傷モデル及び皮質脊髄路半切モデルを用い、運動キネマティクスの解析及び一次運動野の可塑的変化を捉える。よりミクロな運動中の一次運動野の運動神経細胞の活動は、超小型顕微鏡を頭蓋に留置することで長期的に観察する。
方法臨床に近い組織損傷を引き起こす圧挫モデルでは、トレッドミルを用いた下肢のリハビリを行う。皮質脊髄路半切モデルでは、手指のリハビリを行い、回復の軌跡を高速ビデオカメラを用いてとらえる。微弱な電気刺激により同定した脳の一次運動野の手指領域に、蛍光カルシウムインジケーターを導入し、蛍光顕微鏡を用いて同一の細胞を個別に数百個同時に記録を行う。
結果前年度までに確認された軸索伸長薬剤の物理的な副反応により、薬剤及びリハビリの併用群の検討は行わなかった。皮質脊髄路半切モデルでは、運動キネマティクス解析から運動機能の回復が確認され回復に伴い脳機能地図の再編が見られデンドライトの可塑的変化が生じていることが分かった。論文にまとめるための運動機能解析を追加中である。運動中の一次運動野の神経活動は、無麻酔下でマーモセットが餌に手を伸ばす動作及び梯子をのぼる動作中に、動作に同期して活動する細胞を各々同時記録し、Cell Reportsに報告した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Calcium Transient Dynamics of Neural Ensembles in the Primary Motor Cortex of Naturally Behaving Monkeys (2018)
  • Author(s): Kondo T, Saito R, Otaka M, Yoshino-Saito K, Yamanaka A, Yamamori T, Watakabe A, Mizukami H, Schnitzer MJ, Tanaka KF, *Ushiba J, *Okano H
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 24(8) Issue: 8 Pages: 2191-2195
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.07.057
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Calcium transient dynamics of neural ensembles in the primary motor cortex of naturally behaving monkeys (2018)
  • Author(s): Takahiro Kondo,Risa Saito3, Masaki Otaka, Kimika Yoshino-Saito, Akihiro Yamanaka, Tetsuo Yamamori, Akiya Watakabe, Hiroaki Mizukami, Mark J. Schnitzer, Kenji F. Tanaka, Junichi Ushiba, Hideyuki Okano
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional kinematic and kinetic analysis of quadrupedal walking in the common marmoset ( Callithrix jacchus ) (2017)
  • Author(s): Shimada Hikaru、Kanai Ryogo、Kondo Takahiro、Yoshino-Saito Kimika、Uchida Akito、Nakamura Masaya、Ushiba Junichi、Okano Hideyuki、Ogihara Naomichi
  • Journal Title: Neurosci Res. Volume: 125 Pages: 11-20
  • DOI: 10.1016/j.neures.2017.06.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Muscle architectural properties in the common marmoset (Callithrix jacchus) (2017)
  • Author(s): Ogihara Naomichi、Oishi Motoharu、Kanai Ryogo、Shimada Hikaru、Kondo Takahiro、Yoshino-Saito Kimika、Ushiba Junichi、Okano Hideyuki
  • Journal Title: Primates Volume: 58 Issue: 3 Pages: 461-472
  • DOI: 10.1007/s10329-017-0608-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Histological and electrophysiological analysis of the corticospinal pathway to forelimb motoneurons in common marmosets. (2015)
  • Author(s): Kondo T, Yoshihara Y, Yoshino-Saito K, Sekiguchi T, Kosugi A, Miyazaki Y, Nishimura Y, Okano HJ, Nakamura M, Okano H, Isa T, Ushiba J.
  • Journal Title: Neuroscience research Volume: 98 Pages: 35-44
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 運動器リハビリテーションが霊長類脊髄損傷モデルの一次運動野及び運動機能に与える影響 (2018)
  • Author(s): 吉野紀美香 近藤崇弘 田中桃香 齋藤璃紗 牛場潤一 岡野栄之
  • Organizer: 55回日本リハビリテーション医学会学術集会
• [Presentation] The anatomical plasticity after spinal lesion in common marmosets. (2017)
  • Author(s): Yoshino-Saito K, Kondo T, Nakamura H, Okano H.
  • Organizer: Society for Neuroscience meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 運動麻痺からの回復に寄与する一次運動野の変遷に迫るー霊長類脊髄損傷モデルを用いてー (2017)
  • Author(s): 吉野紀美香
  • Organizer: 超異分野学会
  • Place of Presentation: 秋葉原UDX (東京都千代田区）
• [Presentation] セマフォリン3A阻害剤は損傷した皮質脊髄路の電気的再接続をもたらす (2015)
  • Author(s): 吉野紀美香
  • Organizer: 第36回 日本再生・炎症学会
  • Place of Presentation: 虎の門ヒルズフォーラム
  • Year and Date: 2015-07-21
• [Presentation] マーモセット脊髄圧挫損傷モデルの作製と下肢リハビリテーション法の検討 (2015)
  • Author(s): 吉野紀美香
  • Organizer: Motor Control研究会 2015
  • Place of Presentation: 京都大学 時計台講堂 国際交流ホールおよび会議室
  • Year and Date: 2015-06-25
• [Book] 脳科学とリハビリテーション (2015)
  • Author(s): 山本 竜也, 肥後 範行, 佐藤 明, 西村 幸男, 大石 高生, 村田 弓, 尾上 浩隆, 吉野 紀美香, 伊佐 正, 小島 俊男
  • Publisher: 医中誌