2017 Fiscal Year Research-status Report
脊髄損傷部に移植された嗅粘膜由来幹細胞の機能獲得の研究
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15K01378
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| Research Institution | Ibaraki Prefectural University of Health Science |
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Principal Investigator |
佐々木 誠一 茨城県立医療大学, 保健医療学部, 教授 (50153987)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨田 和秀 茨城県立医療大学, 保健医療学部, 教授 (00389793)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 脊髄 / 可塑的変化 / 嗅粘膜上皮 / 呼吸運動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脊髄を半切することによって障害側の脊髄を下行する延髄からの伝導路が完全に除外されることが本研究によって確かめられた。しかしながら呼吸運動は約3か月で回復することが分かり、脊髄半切部に移植された嗅粘膜組織が呼吸運動に関与する神経回路に新たにどのような役割を担うかについて実験を行った。麻酔下の動物の脊髄を頚髄のレベルで半切し同一個体の嗅粘膜上皮細胞を採取して脊髄半切部に移植した。3か月後の半切側で延髄呼吸中枢から呼吸ニューロンの脊髄下行性軸索が切断面で再生し、再生した軸索が切断面を超える可能性について調べた。脊髄の半切後、3か月経過した動物を用いてペントバルビタール麻酔下で吸息性ニューロンと呼息性ニューロンからの単一呼吸ニューロンの細胞外活動をガラス管微小電極で記録し、半切側よりも下位の脊髄を電気刺激して呼吸ニューロンに逆行性電位が誘発されるかどうか調べた。嗅粘膜を移植した脊髄レベルよりも吻側で脊髄を刺激すると細胞体に逆行性に活動電位が誘発されたが、移植した部位よりも尾側では逆行性活動電位は誘発されなかった。このことは延髄にある吸息性ニューロンと呼息性ニューロン共に半切部で嗅粘膜上皮細胞を移植した部位を軸索は超えないことを示している。半切後嗅粘膜上皮細胞を移植して3か月経過した時点でも半切側を下行する呼吸中枢からの下行路は修復されないことを示し、脳幹からの呼吸性の下行路は切断面を超えないことが分かった。半切後3か月経過すると半切側の横隔神経発射は回復することが分かっているので移植された嗅粘膜上皮細胞が分化し、新たに介在ニューロンの機能を獲得し延髄からの下行路の中継核として機能することも示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究計画では嗅粘膜から採取した組織を半切部に移植し分化した細胞について生理学的な実験を行う予定である。嗅粘膜上皮細胞の採取は困難で最終的には一側の嗅球に背側からアプローチし採集する方法を確立した。同一個体から嗅粘膜上皮細胞を採取し脊髄半切部に移植を行い3か月経過した時点で横隔神経発射の回復を調べた。横隔神経発射は半切後3か月経過すると吸息性の神経発射を回復することが分かった。しかしながら延髄呼吸中枢の呼吸ニューロンは脊髄を半切し移植された嗅粘膜上皮細胞部位を軸索は超えないことが分かった。このことは従来、考えられていたように切断された軸索が嗅粘膜上皮細胞が何らかの作用で切断された軸索の回復を促し呼吸神経回路の再構築に関わることはないということを示す。半切後3か月経過すると半切側の横隔神経発射は回復することが分かっているので切断側に移植された嗅粘膜上皮細胞が何らかの神経細胞に分化し介在ニューロンとして呼吸運動の機能回復に関わることが考えられる。正常な脊髄では対側を下行する主軸索からの軸索側枝が正中線を超えて横隔神経運動ニューロンを駆動する可能性が見出されているので軸索側枝の分布域が嗅粘膜上皮細胞を移植することによって軸索側枝の新生が促進されることも考えられ検証することも必要であることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年は麻酔下の動物の脊髄を頚髄のレベルで半切し、半切部に同一個体から採取した嗅粘膜上皮組織を移植し、3か月後に半切側で延髄呼吸中枢から単一呼吸ニューロンを記録し横隔神経隔核での軸索投射を調べる計画である。記録はファーストグリーン色素をNaCl溶液に溶かしたガラス管微小電極を用いて嗅粘膜上皮細胞を移植した部位に刺入し単一介在ニューロンの細胞外記録を行い呼吸性のスパイク発射活動があるかどうか調べる。さらに脊髄半切部に移植された嗅粘膜上皮細胞が損傷の回復のために何らかの役割をしていることが考えれるので対側からの延髄下行路がどのような軸索側枝をさせるのかを微小電流刺激法を用いて解析する。タングステン微小刺激電極を用いて第4頚髄から第6頚髄にある半切側の横隔神経核を200μAを上限として微小電流刺激する。誘発される逆行性スパイクの潜時、刺激電流の強さを系統的に調べ半切側および健常側の横隔神経核における軸索側枝の分布を解析すタングステン微小刺激電極を用いて第4頚髄から第6頚髄にある半切側の横隔神経核を200μAを上限として微小電流刺激する。誘発される逆行性スパイクの潜時、刺激電流の強さを系統的に調べ半切側および健常側の横隔神経核における軸索側枝の分布を解析する。
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| Causes of Carryover |
昨年度中の計画である脊髄半切部に移植された嗅粘膜上皮細胞が介在ニューロンに分化するかどうかについての実験は実験動物の繁殖が計画通りに実施できない状況であった。そのために飼育費、消耗品等次年度使用額が生じたので研究期間を1年延長して研究計画を完結させる予定である。嗅粘膜上皮細胞を半切部に移植し3か月経過した時点でガラス管微小電極を半切部に刺入し呼吸性の発射活動を示す細胞があるかどうか検討する計画である。また、タングステン微小刺激電極を用いて第4頚髄から第6頚髄にある半切側の横隔神経核を200μAを上限として微小電流刺激する。誘発される逆行性スパイクの潜時、刺激電流の強さを系統的に調べ半切側および健常側の横隔神経核における軸索側枝の分布を解析する計画である。
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Research Products
(1 results)
