ヒト頭蓋骨骨髄間質細胞は重症神経疾患に対する新しい再生治療ソースとなるか？

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K16561
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 光原 崇文 広島大学, 医系科学研究科(医), 助教 (80571801)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 神経再生 / 頭蓋骨 / 間葉系幹細胞 / 脳梗塞 / 移植 / 脊髄損傷

Outline of Annual Research Achievements

【研究の目的、計画】これまで我々は間葉系幹細胞を用いた神経再生研究において、新しい骨髄間質細胞のソースとしてヒト頭蓋骨由来の骨髄間質細胞を樹立し、より神経細胞へ分化しやすいことを明らかにした．本研究においては頭蓋骨由来間葉系幹細胞を用いて，分子生物学的特徴を検討するとともに，実際の神経再生治療への臨床応用を見据え，脳梗塞モデルラットおよび脊髄損傷モデルラットを用いた研究を立案した。
【結果】ラット頭蓋骨由来間葉系幹細胞を用いて神経保護作用や栄養サイトカインの検討を行い、in vivoで脳梗塞モデルラットに投与し、その優れた運動機能回復効果を確認した（論文化）。また、ヒト頭蓋骨由来間葉系幹細胞での効果検証へと拡大し、①神経堤マーカー、神経栄養因子の発現はヒト腸骨骨髄由来に比べヒト頭蓋骨由来間葉系幹細胞で高かったこと、②脳梗塞モデルラットの神経機能は、脳梗塞24時間後の投与ではヒト腸骨骨髄由来、コントロール群と同等であったが、脳梗塞3時間後の投与では、ヒト腸骨骨髄由来間葉系幹細胞やコントロール群に比べ、ヒト頭蓋骨由来間葉系幹細胞の投与で神経機能が改善したこと、③ヒト頭蓋骨由来間葉系幹細胞馴化培地を加えることで、ストレス曝露後のNG108-15の生存率が改善したこと、等を報告した（論文化）。またラット脊髄損傷モデルへの頭蓋骨由来間葉系幹細胞の投与により、①運動機能評価ではコントロール群(PBS)、長管骨由来間葉系幹細胞投与群と比較して良好な改善が認められたこと、②電気生理学的評価において、MEPの振幅の回復率がコントロール群、長管骨由来間葉系幹細胞投与群と比較して改善が認められ、行動学的評価と同様の傾向を認めたこと、③組織学評価において頭蓋骨由来間葉系幹細胞投与群はコントロール投与群と比較すると有意に損傷領域が小さいこと、等を見いだし、現在論文投稿準備中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

初年度（2018年度）はヒト頭蓋骨由来骨髄間葉系幹細胞の効率的な樹立と分子生物学的検討を行い、ヒト頭蓋骨間葉系幹細胞を安定的に無血清培地で樹立培養し、その特性解析、分化能の確認を行った。またラット頭蓋骨由来間葉系幹細胞を用いて神経保護作用や栄養サイトカインの検討を行い、in vivoで脳梗塞モデルラットに投与しその効果を確認し、結果を論文化した。
次年度（2019年度）は初年度に確認したラット細胞での脳梗塞治療効果の検討を、ヒト頭蓋骨由来間葉系幹細胞での効果検証へと拡大し、結果を論文化した。
2020年度はWeight drop methodによりラット脊髄損傷モデルを作成し、各種間葉系幹細胞投与による機能回復について検討した．脊髄損傷作成翌日に間葉系幹細胞投与をおこない，約1ヶ月間の運動機能評価の後，組織を固定摘出し，免疫染色などを用いて各種分子生物学的・組織学的検討を行った．ラット脊髄損傷モデルにラット頭蓋骨由来MSCを投与すると，ラット長幹骨（四肢骨）由来MSCを投与した場合と比較して運動機能や電気生理的学的神経機能の改善が良好であることを確認した。
2021年度はさらに脊髄損傷における間葉系幹細胞投与について、in vitroで作用機序について解明を進める（現在論文投稿準備中）。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究では、脳梗塞モデルで検証したヒト頭蓋骨由来骨髄間葉系幹細胞の細胞特性を脊髄損傷モデルへさらに発展させ，神経再生における有効性を検証する．また微小重力環境下での培養技術を応用して頭蓋骨由来間葉系幹細胞を培養し，その神経再生・保護効果を検討して，効率の良い細胞ソースを模索する．

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染症により社会的情勢が不安定な中、各種学会活動および出張等の旅費を使用しなかったこと、フラスコなど機器供給が滞ったことから、研究の遂行に支障が生じた。2021年は機器供給が回復し次第、脊髄損傷および脳梗塞モデルに対する間葉系幹細胞投与のメカニズム解明のための、in vitroの研究を進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Effects of Preservation of the Semispinalis Cervicis Inserted into C2 on Craniocervical Alignment After Laminoplasty (2021)
  • Author(s): Shimizu Kiyoharu、Mitsuhara Takafumi、Takeda Masaaki、Kurisu Kaoru、Yamaguchi Satoshi
  • Journal Title: World Neurosurgery Volume: 146 Pages: e1367～e1376
  • DOI: 10.1016/j.wneu.2020.12.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neurosurgical versus endovascular treatment of spinal dural arteriovenous fistulas: a multicenter study of 195 patients (2021)
  • Author(s): Takai, K.,Endo, T.,Yasuhara, T.,Seki, T.,Watanabe, K.,Tanaka, Y.,Kurokawa, R.,Kanaya, H.,Honda, F.,Itabashi, T.,Ishikawa, O.,Murata, H.,Tanaka, T.,Nishimura, Y.,Eguchi, K.,Takami, T.,Watanabe, Y.,Nishida, T.,Hiramatsu, M.,Ohtonari, T.,Yamaguchi, S.,Mitsuhara, T.,,,Taniguchi, M.
  • Journal Title: Journal of Neurosurgery: Spine Volume: 34 Pages: 514～521
  • DOI: 10.3171/2020.6.SPINE20309
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spinal arteriovenous fistula in the lipoma of the filum terminale: A report of two cases and literature review (2021)
  • Author(s): Shimizu Kiyoharu、Mitsuhara Takafumi、Takeda Masaaki、Yamaguchi Satoshi
  • Journal Title: Surgical Neurology International Volume: 12 Pages: 103～103
  • DOI: 10.25259/SNI_80_2021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Integration of Neuro-regenerative Medicine and Robot Rehabilitation (2021)
  • Author(s): Yuge Louis、Mitsuhara Takafumi、Kurisu Kaoru
  • Journal Title: Japanese Journal of Neurosurgery Volume: 30 Pages: 128～136
  • DOI: 10.7887/jcns.30.128
• [Journal Article] 研究者の最新動向 頭蓋骨由来間葉系幹細胞を用いた神経再生細胞治療 (2020)
  • Author(s): 光原, 崇文 弓削, 類 栗栖, 薫
  • Journal Title: Precision Medicine Volume: 3 Pages: 777-782
• [Journal Article] Extensive solitary fibrous tumor centered on the temporal bone: A case report (2020)
  • Author(s): Sonoyama Toru、Ishino Takashi、Takumida Masaya、Ueda Tsutomu、Takeno Sachio、Mitsuhara Takafumi
  • Journal Title: Otolaryngology Case Reports Volume: 17 Pages: 100239～100239
  • DOI: 10.1016/j.xocr.2020.100239
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microsurgical versus endovascular treatment of spinal epidural arteriovenous fistulas with intradural venous drainage: a multicenter study of 81 patients (2020)
  • Author(s): Takai, K., Endo, T., Yasuhara, T., Seki, T., Watanabe, K., Tanaka, Y., Kurokawa, R., Kanaya, H., Honda, F., Itabashi, T., Ishikawa, O., Murata, H., Tanaka, T., Nishimura, Y., Eguchi, K., Takami, T., Watanabe, Y., Nishida, T., Hiramatsu, M., Ohtonari, T., Yamaguchi, S., Mitsuhara, T.,,,, Taniguchi, M.
  • Journal Title: Journal of Neurosurgery: Spine Volume: 33 Pages: 381～391
  • DOI: 10.3171/2020.2.SPINE191432
  • Peer Reviewed
• [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、桑原正志、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
• [Remarks] 広島大学大学院医系科学研究科 脳神経外科学 神経再生研究グループ
  • URL: https://shinkeisaisei.hiroshima-u.ac.jp/