Analysis of neural plasticity induced by intravenous infusion of mesenchymal stem cells in experimental model of cerebral infarction

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K10365
• Research Institution: Sapporo Medical University
• Principal Investigator: 長濱 宏史 札幌医科大学, 医学部, 研究員 (20725676)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 淳平 札幌医科大学, 医学部, 研究員 (00572596) ; 佐々木 祐典 札幌医科大学, 医学部, 講師 (20538136) ; 中崎 公仁 札幌医科大学, 医学部, 研究員 (70722461) ; 鰐渕 昌彦 札幌医科大学, 医学部, 准教授 (30343388) ; 三上 毅 札幌医科大学, 医学部, 講師 (30372816) ; 小野寺 理恵 札幌医科大学, 医学部, 講師 (60393328) ; 浪岡 隆洋 札幌医科大学, 医学部, 研究員 (70748996) ; 浪岡 愛 札幌医科大学, 医学部, 研究員 (60748995)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 骨髄間葉系幹細胞 / 再生医療 / 可塑性 / diffusion tensor imaging

Outline of Annual Research Achievements

我々はこれまで、実験的脳梗塞モデル(中大脳動脈閉塞モデル:MCAO)へ骨髄間葉系幹細胞(Mesenchymal stem cell: MSC)を静脈内投与すると、治療効果が得られることを報告してきた。MCAOモデルに対するMSC移植により運動機能が回復する過程を、functional MRIを用いて解析したところ、脳の可塑性が変化することによって神経機能の回復に寄与した可能性があると考えられた。
本研究では、動物用MRIによるdiffusion tensor imaging tractography (DTT)、神経解剖学的追跡法、免疫組織学的解析、組織学的解析によって、MCAOに対するMSC移植によって生じる可塑性の変化のメカニズムを解明することを目的とした。
我々は、MSC移植によって脳梗塞体積の減少および行動学的改善が得られたモデルラットの神経ネットワークの描出、およびその解剖学的修復について詳細に検討を行った。その結果、DTTおよび神経解剖学的追跡法により描出された神経線維数はMSC群がコントロール群より多く描出された。さらに、免疫組織学的解析により、対側皮質のシナプス密度がMSC群で有意に高いことが判明した。また、脳梁厚をMRIおよび組織学的に解析した結果、MSC群で有意に厚かった。
本研究より、MCAOに対するMSC移植が、脳梗塞後に生ずる神経線維・脳梁厚・対側大脳皮質のシナプスの損傷を保護することを明らかにした。この保護は、MSC移植による脳梗塞後の運動機能の回復に関与している可能性があると思われた。