慢性期脳梗塞に対する骨髄幹細胞とリハビリ併用による脳のplasticityの解析

• Project/Area Number: 21K11194
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Sapporo Medical University
• Principal Investigator: 山下 達郎 札幌医科大学, 医学部, 研究員 (60815439)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 祐典 札幌医科大学, 医学部, 准教授 (20538136) ; 本望 修 札幌医科大学, 医学部, 教授 (90285007) ; 鵜飼 亮 札幌医科大学, 医学部, 助教 (30896113)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 骨髄間葉系幹細胞 / 慢性黄脳梗塞 / リハビリテーション / 慢性期脳梗塞

Outline of Research at the Start

我々は、これまでに急性期脳梗塞モデルに対する骨髄間葉系幹細胞治療(MSC)にリハビリを併用するとリハビリ単独群やMSC単独群よりも脳の可塑性の亢進を惹起し、さらに高い運動機能の回復が得られることを報告した。さらに慢性期脳梗塞モデルに対してMSCを行い、運動機能が改善されることを明らかにした。急性期と慢性期で病態は異なるが、MSCが発揮する多彩な治療メカニズムを考えると、慢性期にMSCとリハビリを併用することでさらなる治療効果が期待できると考えられる。本研究では慢性期脳梗塞モデルに対するMSCとリハビリの併用により機能改善をもたらすメカニズムを脳の可塑性の変化に注目して解析することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

近年、骨髄間葉系幹細胞(MSC)を用いた細胞療法(MSC治療)は、再生医療の分野で脳梗塞や脊髄損傷に対する新しい治療方法として注目されている。MSC移植の治療メカニズムは、①サイトカインによる神経栄養作用、②血液脳関門機能の修復、③血管新生、④脱髄軸索の再有髄化、⑤神経再生による脳のplasticityの調節、と多段階・協奏的に作用することが判明しており、臨床上の神経症状の回復も、ほぼこれと平行して進むことが判明している。我々は、既にラット急性期脳梗塞モデルに対してMSC移植にリハビリを併用すると、リハビリ単独群やMSC移植単独群よりも、さらに高い運動機能の回復が得られるこという報告をした。MSCは、1)梗塞巣周囲に集積し、2)脳梗塞体積を減少させ、3)脳梗塞周辺領域のシナプス新生を誘導し、4)脳梁萎縮を抑制、するが、リハビリを併用すると、脳の可塑性のさらなる亢進を誘導することが可能となり、より高い治療効果が得られることを明らかにした。さらに慢性期脳梗塞モデルに対するMSC移植は、運動機能が改善されることを明らかにした。急性期と慢性期で病態は異なるが、MSCが発揮する多彩な治療メカニズムを考えると、慢性期にMSC移植とリハビリを併用することでさらなる治療効果が期待できると考えられる。本研究は、慢性期脳梗塞モデルに対するMSC移植にリハビリを併用することで、機能改善をもたらすメカニズムを脳の可塑性の変化に注目して解析することを目的としている。現在までに、本研究費によって、実験的慢性期脳梗塞に対する治療効果の行動学的解析、MRI解析、神経トレーサーを用いた神経解剖学的解析などを行っている。以上のように、補助金は補助条件に従って、有効に使用されている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在までに、本研究費によって、実験的慢性期脳梗塞に対するリハビリテーションと骨髄間葉系幹細胞移植併用による治療効果を行動学的( 運動機能・学習記憶能力など)、画像診断学的、神経解剖学的、免疫組織学的の解析を推進している。ラット中大脳動脈永久閉塞(MCAO)モデルは、Intraluminal thread methodを用いて作製し、(i)コントロール群、(ii)リハビリ群、(iii)MSC群、(iv)併用群の4群を設定した。細胞移植を行う群では、慢性期と考えられる脳梗塞発症8週後に骨髄間葉系幹細胞を経静脈的に移植している。(ii)リハビリ群、(iv)併用群のリハビリは、毎日20分間のトレッドミル走行を8週間行っている。運動強度は20m/minとする。
運動機能評価は、limb placement test(LPT)、トレッドミル負荷試験、Modified neurological severity score(mNSS)で行い、ラットの運動能力の回復過程を評価する。LPT、ｍNSSでは損傷半球の対側四肢の機能レベルを計測し、トレッドミル負荷試験ではラットの最大走行速度を測定している。記憶・学習能力評価は、Morris水迷 路試験で行い、目標到達までのトレーシング、時間を計測して、ラットの記憶・学習能力の回復過程を評価している。

Strategy for Future Research Activity

実験的慢性期脳梗塞に対するリハビリとMSC移植の併用で得られる治療効果の分子メカニズムを詳細に比較解析するために、行動学的( 運動機能・学習記憶能力など)解析、MRI解析、免疫組織学的解析を継続する予定である。特に、ラット中大脳動脈永久閉塞(MCAO)モデルは、Intraluminal thread methodを用いて作製し、リハビリとMSC移植の併用で得られる治療効果のメカニズムを明らかにするために上記の4実験群を設定し、実験動物数を増やし、行動学的(運動機能・学習 記憶能力など)解析、MRI解析、免疫組織学的解析によって詳細に検討する予定である。