Effects of BDNF and pulmonary rehabilitation on reconstruction of respiratory neural circuits after spinal cord injury

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K01516
• Research Institution: Ibaraki Prefectural University of Health Science
• Principal Investigator: 冨田 和秀 茨城県立医療大学, 保健医療学部, 教授 (00389793)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 瀬高 裕佳子 茨城県立医療大学, 保健医療学部, 助教 (20404767) ; 佐々木 誠一 茨城県立医療大学, 保健医療学部, 教授 (50153987)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 脊髄半切 / 延髄呼吸中枢 / 肋間筋 / 脂肪幹細胞 / 吸気抵抗負荷 / 呼吸リハビリテーション

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、１）脊髄損傷部へのBDNF増強方法ならびに２）呼吸リハビリテーションの方法について検討を行った。
１）脊髄損傷部への脳由来神経栄養因子(brain-derived neurotrophic factor; BDNF)を増強させる方法を検討した。幹細胞の投与が脊髄損傷部に到達し、BDNFやglial derived neurotrophic factor(GDNF)などのサイトカインを介したメカニズムで強力な神経保護作用が報告されている。そのため幹細胞を介したBDNF増強方法を検討した。遺伝子改変動物の脂肪細胞を採取し、専用の基材・培地を使用して脂肪由来幹細胞を分離・培養した。脂肪幹細胞をトリプシン処理して遠心分離した。得られた細胞ペレットの細胞数を測定し、フラスコに継代した。その後、継代した未分化な脂肪幹細胞を蛍光顕微鏡下で観察した。
２）呼吸リハビリテーションの方法として、吸息性肋間筋に対するトレーニングの方法を検討した。脊髄半切３ヶ月後の実験動物を用いて、塩酸ケタミンとペントバルビタールナトリウム麻酔下で気管切開し、気管カニューレを留置した。トレーニング器具は、我々が開発した一方弁構造の吸気抵抗負荷器具を使用した。深麻酔自発呼吸下で、気道挿管チューブにトレーニング器具を装着し、吸息時の食道内圧、胸郭運動を観察した。吸息相のみに多段階的に吸気抵抗負荷を加え、段階的に食道内圧の上昇、胸郭運動の増大が確認できた。休息を取りながら繰り返しの吸気抵抗負荷トレーニングを実施したが、再現性高く、食道内圧の上昇と胸郭運動の増大を実施できた。