神経再生医療における最適な間葉系幹細胞の選定と病期別での作用機序の解明

• Project/Area Number: 21K17492
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 大塚 貴志 広島大学, 医系科学研究科(保), 助教 (60845965)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 再生医療 / 中枢神経疾患 / 間葉系幹細胞 / 細胞移植 / 神経栄養因子

Outline of Research at the Start

本研究では，神経再生医療における適切な間葉系幹細胞の選定と効果的な治療戦略の開発を行うことを目的とし，複数の組織から間葉系幹細胞の樹立と中枢神経疾患モデルに対する移植を行う。由来組織別での移植効果と治療メカニズムの違いを検証し，急性期，慢性期それぞれの病期における最適な移植効果の検討も行うことで，病期にまたがる複数回の間葉系幹細胞投与を視野に入れた治療戦略の構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，神経再生医療における適切な間葉系幹細胞の選定と効果的な治療戦略の開発を行うことを目的とし，複数の組織から間葉系幹細胞の樹立と中枢神経疾患モデルに対する移植を行った。間葉系幹細胞をラット頭蓋骨，長管骨骨髄，脂肪組織から樹立し，慢性期脊髄損傷モデルラットへの移植を行った。その結果，移植を行わないラットに比べ，頭蓋骨由来間葉系幹細胞を移植したラットにおいてのみ有意に運動機能が改善し，脊髄組織の解析においても内在性神経栄養因子のBDNFや軸索伸長因子GAP43，シナプス関連因子Synaptophysinの発現増強が認められた。これを受け，頭蓋骨とそれ以外の由来組織との違いを明らかにするため，それぞれの由来で神経栄養因子の遺伝子発現解析をreal-time PCR法を用いて行った。頭蓋骨由来間葉系幹細胞ではBdnf，Ngf，Sort1といった複数の神経栄養因子の発現が他の組織よりも高く，神経細胞との共培養実験においても神経突起伸長効果に優れていた。このことから，頭蓋骨由来間葉系幹細胞における豊富な神経栄養因子の発現が軸索伸長やシナプス関連因子の発現増強を通じて慢性期脊髄損傷モデルラットの運動機能改善に貢献したものと考えられる。慢性期での治療効果における由来組織の違いを検証した本研究の結果は，病期にまたがる複数回の間葉系幹細胞投与を視野に入れた治療戦略の構築に寄与するものと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Comparisons of Neurotrophic Effects of Mesenchymal Stem Cells Derived from Different Tissues on Chronic Spinal Cord Injury Rats (2021)
  • Author(s): Otsuka Takashi、Maeda Yuyo、Kurose Tomoyuki、Nakagawa Kei、Mitsuhara Takafumi、Kawahara Yumi、Yuge Louis
  • Journal Title: Stem Cells and Development Volume: 30 Issue: 17 Pages: 865-875
  • DOI: 10.1089/scd.2021.0070
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transplantation of rat cranial bone-derived mesenchymal stem cells promotes functional recovery in rats with spinal cord injury (2021)
  • Author(s): Maeda Yuyo、Otsuka Takashi、Takeda Masaaki、Okazaki Takahito、Shimizu Kiyoharu、Kuwabara Masashi、Hosogai Masahiro、Yuge Louis、Mitsuhara Takafumi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 21907-21907
  • DOI: 10.1038/s41598-021-01490-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 慢性期脊髄損傷モデルラットに対する由来の異なる間葉系幹細胞の移植効果 (2021)
  • Author(s): 大塚貴志, 黒瀬智之, 中川 慧, 寺西正貴, 坂田莉毅, 前田雄洋, 光原崇文, 河原裕美, 栗栖 薫, 弓削 類
  • Organizer: 第20回日本再生医療学会総会
• [Presentation] 模擬微小重力環境で培養した間葉系幹細胞が損傷脊髄の毛細血管におよぼす影響 (2021)
  • Author(s): 黒瀬智之, 高橋信也, 大塚貴志, 中川 慧, 河原裕美, 弓削 類
  • Organizer: 第20回日本再生医療学会総会
• [Presentation] 過重力環境がヒト頭蓋骨由来間葉系幹細胞の神経分化に与える影響 (2021)
  • Author(s): 寺西正貴, 大塚貴志, 黒瀬智之, 中川 慧, 前田雄洋, 光原崇文, 河原裕美, 栗栖 薫, 弓削 類
  • Organizer: 第20回日本再生医療学会総会
• [Presentation] 間葉系幹細胞から放出されたエクソソームの脳損傷における投与効果と用量の検討 (2021)
  • Author(s): 坂田莉毅, 大塚貴志, 猪村剛史, 黒瀬智之, 中川 慧, 河原裕美, 弓削 類
  • Organizer: 第20回日本再生医療学会総会
• [Presentation] ラット頭蓋骨由来間葉系幹細胞の脊髄損傷への移植効果 (2021)
  • Author(s): 前田雄洋, 光原崇文, 大塚貴志, 岡崎貴仁, 武田正明, 清水陽元, 桑原政志, 細貝昌弘, 河原裕美, 辻紘一郎, 飯田幸治, 弓削 類
  • Organizer: 第20回日本再生医療学会総会