Study on the effectiveness of next-generation neuromuscular electrical stimulation as an alternative to physical therapy

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K11318
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 青木 弘道 東海大学, 医学部, 講師 (50514444)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 伸央 東海大学, 医学部, 助教 (80396928)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ミオカイン / プロテオミクス / DNAシ―クエンシング / ベルト電気式骨格筋電気刺激法 / 神経筋電気刺激法

Outline of Annual Research Achievements

ベルト電気式骨格筋電気刺激法（belt electrode skeletal muscle stimulation；B-SES）が、従来の理学療法や神経筋電気刺激法（neuromuscular　electrical stimulation；NMES）の代替法になるかどうかを、①ミオカインをはじめとする血中タンパク質の変動を網羅的に比較することによって判定することである。現在まで11名のボランティア被験者に対してBSESと理学療法を行い施行の前、直後、１時間後の３点で血液採取をした。B-SESは市販されているB-SES機器（ホーマーイオン研究所製のG-TES）を用い刺激は筋の70%収縮を引き起こす4Hzモードで30分行った。
3名の前・後・1時間後の計9検体でプロテオミクス解析を行った。3072種類の蛋白質の網羅的解析の結果では、ほとんどの蛋白質にB-SES処置前・後・1時間後で変化が見られ処置の強度や時間は現状で問題ないことが判明した。また処置後の蛋白質の変化は、4パターンに分類できることが判明した。B-SES処置直後に上昇し、1時間後に低下するM型。処置直後に低下し、1時間後に上昇するV型。処置直後に上昇し、1時間後にさらに上昇するII（Increase-Increase）型、処置後低下し、1時間後さらに低下するDD（Decrease-Decrease）型の4つに分類しそれぞれの蛋白の傾向が判明した。
結果から以下特徴が判明した。
1、BSESの応答は個人差が大きい。（被験者A、B、Cそれぞれの上位のタンパク質に共通なものは見られない）
2、エクソソーム由来と思われる細胞内蛋白質が検出される
3、共通して変動する蛋白質はNeutrophil cytosolic factor 2とCyclin-dependent kinase-like 2

Current Status of Research Progress

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

Reason

現在までに予定の11名の被験者に対してBSESと理学療法を行いそれぞれ施行前、直後、1時間後の血液採取をした。実験は計画通り終了しており、今後解析をさらに進めいていく予定である。

Strategy for Future Research Activity

本研究の学術的意義は、 B-SESでの血中蛋白質の変動が判明し筋電気刺激はマイオカインだけでなく、多種の細胞内タンパク質も分泌されていることが明らかになったことである。
さらに今後、血漿中に筋萎縮に対する予防活性が上昇したかどうかを判定するため、血漿を骨格筋芽細胞に暴露し、発現変動する遺伝子を網羅的に解析することによって評価する計画である。それによりB-SESの理学療法の代替法としての効果を証明し、B-SESの有効性やミオカイン放出の特徴や効果を証明することが今後の展望である。
今後採取済みの9名の検体や理学療法の検体のプロテオミクス解析を進め運動負荷とB-SESのミオカイン分泌の違いを明らかにしていく予定である。

Causes of Carryover

予定より解析の件数が少なく次年度使用額が生じたため、次年度検体を多く提出し使用予定である。