Development of regenerative rehabilitation

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03129
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 黒木 裕士 京都大学, 医学研究科, 教授 (20170110)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 明良 京都大学, 医学研究科, 助教 (50762134)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: リハビリテーション / 再生医療 / 移植医療 / 末梢神経

Outline of Annual Research Achievements

iPS細胞等を用いる再生医療では細胞を患者に移植する新たな時代が来る。そこでは細胞が生体に生着、順応、機能分化することが必須であり、基礎研究から臨床研究に至るまでの「移植再生医療リハビリテーション」は不可欠である。移植前には、移植しようとする細胞の環境を制御するリハビリテーション、ならびに移植後には、移植した細胞が生体内で生着、順応、機能分化することを促すリハビリテーションが重要である。
そこで本研究課題では、基礎研究の視点から、「移植再生医療リハビリテーション」を創設、提案、開発することを目的に、物理療法と運動療法を組み合わせるリハビリテーション法を検証し、最も効果的な方法を確立する。
そのためにまず末梢神経の再生について、超音波照射の影響を検証した。またトレッドミル運動プロトコルを作成した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の当初計画は、①神経再生リハビリテーションについて、動物モデルで検証すること、②バイオ３Dプリンターを用いて人工神経導管を作成し、物理的刺激との相乗治療効果を検証すること、③３１年度にトレッドミル運動による影響を調べる関係で、３０年度中にトレッドミル運動プロトコルを作成することであった。
①については、ラット坐骨神経挫滅モデルを作成した。②については、神経再生における超音波照射の抗炎症作用・マクロファージへの影響を検証した。12週齢ラット27匹を超音波照射群とSham群、およびIntact群に分けた。超音波照射設定は、1MHz、20% duty cycle、5分/回、毎日照射、照射強度は140mW/cm2（SATA）とした。効果検証のための分析は、体重、神経組織の凍結切片の免疫組織化学染色、ＰＣＲ解析によるmRNA測定とした。まず超音波照射強度の確認を行った。超音波照射の強度によって0mW群（擬似照射による対照群）、60mW群、140mW群（強度はそれぞれ空間平均時間平均）に分け、運動機能としてSFI（Sciatic Functional Index）を用いて再生を評価した。60mW群で再生効果がみられたため、0mW群と60mW群においてマクロファージの表現型の変化を比較・解析した。③については、トレッドミル運動プロトコルを作成した。

Strategy for Future Research Activity

現在、超音波照射を実施し、免疫染色によりマクロファージの表現型を解析中である。今後もこれらを実施する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Periodic mild heat stimuli diminish extracellular matrix synthesis in pellet cultured human chondrocytes. (2019)
  • Author(s): Ito A, Aoyama T, Iijima H, Nishitani K, Tajino J, Kuroki H.
  • Journal Title: BMC Res Notes Volume: 14 Pages: 16
  • DOI: 10.1186/s13104-019-4058-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional evaluation outcomes correlate with histomorphometric changes in the rat sciatic nerve crush injury model: A comparison between sciatic functional index and kinematic analysis. (2018)
  • Author(s): Wang T, Ito A, Aoyama T, Nakahara R, Nakahata A, Ji X, Zhang J, Kawai H, Kuroki H.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Pages: e0208985
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0208985.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-dimensional motion analysis for comprehensive understanding of gait characteristics after sciatic nerve lesion in rodents. (2018)
  • Author(s): Tajino J, Ito A, Tanima M, Yamaguchi S, Iijima H, Nakahata A, Kiyan W, Aoyama T, Kuroki H.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 11 Pages: 13585
  • DOI: 10.1038/s41598-018-31579-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrasound Parameters for Human Osteoarthritic Subchondral Bone ex Vivo: Comparison with Micro-Computed Tomography Parameters. (2018)
  • Author(s): Kiyan W, Nakagawa Y, Ito A, Iijima H, Nishitani K, Tanima-Nagai M, Mukai S, Tajino J, Yamaguchi S, Nakahata A, Zhang J, Aoyama T, Kuroki H.
  • Journal Title: Ultrasound Med Biol Volume: 44 Pages: 2115-2130
  • DOI: 10.1016/j.ultrasmedbio.2018.06.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effectiveness of mesenchymal stem cells for treating patients with knee osteoarthritis: a meta-analysis toward the establishment of effective regenerative rehabilitation. (2018)
  • Author(s): Iijima H, Isho T, Kuroki H, Takahashi M, Aoyama T.
  • Journal Title: NPJ Regen Med Volume: 17 Pages: 15
  • DOI: 10.1038/s41536-018-0041-8
  • Peer Reviewed