Investigation of the spinal nerve regeneration using PAC

• Project/Area Number: 19K09595
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Hamamatsu University School of Medicine
• Principal Investigator: Matsuyama Yukihiro 浜松医科大学, 医学部, 教授 (20312316)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: PAC / nerve regeneration / central nervous system / 脊髄損傷 / 脊髄再生 / カニクイザル

Outline of Research at the Start

光活性化アデニル酸シクラーゼ(Photoactivated Adenylyl Cyclase: PAC)はミドリムシの光応答から発見されたもので, 光刺激により生体でのcAMPの産生をコントロールできる分子である. 浜松ホトニクス社はこのPAC遺伝子をウィルスベクターを用いて細胞内に発現させ, 光刺激によって細胞内cAMP濃度を高精度に調整することを可能にした. そこで今回の目的はPACを用いた脊髄再生を評価することとする. マイクロインジェクション法を用いてラット脊髄にPACを導入し、機能回復をコントロールと比較する.その後はカニクイザルで同様の検討をおこなう．

Outline of Final Research Achievements

Photoactivated Adenylyl Cyclase (PAC) genetic vector was difficult to introduce in the spinal cord. Then, nerve regeneration ability of PAC vector was evaluated using optic nerves as a central nervous system. When a PAC -containing vector was introduced, the axon regeneration was confirmed from the damage site of nerve compared to the control vector. It was also confirmed that the function of the regenerative axis was restricted in a PAC -containing vector in which blue light irradiation was not performed. When comparing the PAC -containing vector and the damage model using the control vector, PAC -containing vector increased axon regeneration and number of axons significantly than the control vector.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

中枢神経の再生において細胞内のcAMPが主要な役割を担っているという報告がある。今回、光活性化アデニル酸シクラーゼ(Photoactivated Adenylyl Cyclase: PAC)という光刺激により生体でのcAMPの産生をコントロールできる新技術を用いて中枢神経再生効果を組織レベルで評価した。マウスの中枢神経である視神経においてPAC導入により有意に神経再生効果がみられたことは学術的に新規性がある。また中枢神経再生は臨床的にはもちろんのこと、実験レベルにおいても困難な現状があるため、その再生をin vivoにて確認できたことは社会的意義も大きいと考える。

Research Products

• [Journal Article] Brain Activation in a Cynomolgus Macaque Model of Chymopapain-Induced Discogenic Low Back Pain: A Preliminary Study (2019)
  • Author(s): Hiroki Ushirozako, Go Yoshida, Daisuke Togawa, Takao Omura, Tomohiko Hasegawa, Yu Yamato, Tomohiro Banno, Hideyuki Arima, Shin Oe, Yuki Mihara, Tomohiro Yamada, Takahiro Natsume, Shinya Ogawa, Yuji Awaga, Hiroyuki Takamatsu, Yukihiro Matsuyama
  • Journal Title: Spine Surgery and Related Research Volume: 3 Issue: 4 Pages: 368-376
  • DOI: 10.22603/ssrr.2018-0110
  • NAID: 130007734390
  • ISSN: 2432-261X
  • Year and Date: 2019-10-27
  • Peer Reviewed