Development of spatial and time specific physio therapy using broad dielectric spectroscopy

• Project/Area Number: 18H03128
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 青山 朋樹 京都大学, 医学研究科, 教授 (90378886)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新屋敷 直木 東海大学, 理学部, 教授 (00266363) ; 池口 良輔 京都大学, 医学研究科, 准教授 (80437201)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000); Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2019: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2018: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 電気刺激 / 物理療法 / 神経再生 / aaaa / 物理治療 / 定位的 / 広帯域誘電法

Outline of Annual Research Achievements

これまで電気治療をはじめとする物理療法は、教科書に記載されているような組織深度を基準に、経験的にその刺激条件の検証が行われてきた。治癒を促す組織の再生の程度や時期によって、その条件は変化するものであるが、そのような視点ではこれまで検証されてこなかった。すなわち今回のテーマである末梢神経障害の病態に沿って検証された結果ではないことから良好とは言えない臨床結果を示している。本研究は広帯域誘電分光法を用いて末梢神経再生時期に応じた細胞・組織特異的物理刺激条件の検索を行い、定位的時期特異的電気刺激法を開発する事を目的とした。本申請においては細胞や組織を、水分子を含んだタンパク集合体と捉え、そのタンパク集合体の時期、組成に応じた刺激条件を検証するといった手法であり、病理的なロジックモデルに即した再生促進条件を検証するものである。
本研究は3年間の研究期間で、研究代表者：青山朋樹（京都大学大学院 医学研究科人間健康科学系専攻）、分担研究者：新屋敷直木（東海大学 理学部物理学 科）、分担研究者：池口良輔（京都大学医学部附属病院 リハビリテーション科）の研究体制で行う。本研究は3年間の研究期間に3段階で実施し、神経再生を促進 する物理刺激条件を明らかにする。
・健常なミエリン、軸索、シナプスのそれぞれの組織が励起される電気刺激条件をスクリーニングする。
・神経再生モデルで再生課程にある各時期においてスクリーニングで絞られた電気刺激条件を用いて、それぞれの組織が励起される刺激強度の確認を行う。
・神経損傷治療モデルにおいて比較対照実験を行い、上記の電気刺激条件の有効性を検討する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

分担研究者である新屋敷の開発したマイクロ広帯域誘電分光法解析装置を京都大学に設置し、ラットより摘出した末梢神経及び世界ではじめてIn vivoスクリーニングテストを行うシステムを構築した。この結果、XX Hzの刺激の際に特異的に神経内のタンパクの微振動が認められ、神経再生を促す際の電気刺激強度候補と考えられる。
2018年度に開発した神経損傷モデルを用いて、今後はIn vivoスクリーニングテストを行い、至適電気刺激強度を決定していく。

Strategy for Future Research Activity

2020年度は神経損傷モデルの治癒過程において、In vivoスクリーニング結果より得られた至適神経刺激強度を検証し、最も神経再生を促進するのに至適な刺激条件で、神経損傷再生モデルを用いて対照群を設定し、比較対照試験を行う。試験をおこなうN数は、群数や予備実験の結果から算定し実施する。

Research Products

• [Journal Article] Relative antigenicity of components in vascularized composite allotransplants: An experimental study of microRNAs expression in rat hind limb transplantation model. (2019)
  • Author(s): Oda H, Ikeguchi R, Aoyama T, Ohta S, Noguchi T, Kaizawa Y, Yurie H, Takeuchi H, Mitsuzawa S, Yamamoto K, Matsuda S.
  • Journal Title: Microsurgery Volume: 39 Pages: 340-348
  • DOI: 10.1002/micr.30408
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The efficacy of a scaffold-free bio 3D conduit developed from autologous dermal fibroblasts on peripheral nerve regeneration in a canine ulnar nerve injury model: A preclinical proof-of-concept study (2019)
  • Author(s): Mitsuzawa S, Ikeguchi R, Aoyama T, Takeuchi H, Yurie H, Oda H, Ohta S, Ushimaru M, Ito T, Tanaka M, Kunitomi Y, Tsuji M, Akieda S, Nakayama K, Matsuda S.
  • Journal Title: Cell Transplant Volume: 28 Pages: 1231-1241
  • DOI: 10.1177/0963689719855346
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Induced pluripotent stem cell-derived mesenchymal stem cells prolong hind limb survival in a rat vascularized composite allotransplantation model. (2019)
  • Author(s): Mitsuzawa S, Ikeguchi R, Aoyama T, Ando M, Takeuchi H, Yurie H, Oda H, Noguchi T, Ohta S, Zhao C, Ikeya M, Matsuda S
  • Journal Title: Microsurgery Volume: 20 Pages: 737-747
  • DOI: 10.1002/micr.30507
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Acute Effects of Capacitive and Resistive Electric Transfer (CRet) on the Achilles Tendon (2019)
  • Author(s): Bito T, Tashiro Y, Suzuki Y, Kajiwara Y, Zeidan H, Kawagoe M, Sonoda T, Nakayama Y, Yokota Y, Shimoura K, Tatsumi M, Nakai K, Nishida Y, Yoshimi S, Tsuboyama T, Aoyama T.
  • Journal Title: Electromagn Biol Med Volume: 38 Pages: 48-54
  • DOI: 10.1080/15368378.2020.1737803
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-dimensional motion analysis for comprehensive understanding of gait characteristics after sciatic nerve lesion in rodents (2019)
  • Author(s): Tajino Junichi、Ito Akira、Tanima Momoko、Yamaguchi Shoki、Iijima Hirotaka、Nakahata Akihiro、Kiyan Wataru、Aoyama Tomoki、Kuroki Hiroshi
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 8 Pages: 13585-13585
  • DOI: 10.1038/s41598-018-31579-z
  • NAID: 120006529728
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Acute effects of capacitive and resistive electric transfer (CRet) on the achilles tendon. (2019)
  • Author(s): Bito T, Tashiro Y, Suzuki Y, Kajiwara Y, Zeidan H, Kawagoe M, Sonoda T, Nakayama Y, Yokota Y, Shimoura K, Tatsumi M, Nakai K, Nishida Y, Yoshimi S, Tsuboyama T, Aoyama T.
  • Journal Title: Electromagn Biol Med Volume: 38(1) Pages: 48-54
  • DOI: 10.1080/15368378.2019.1567525
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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 Tianshu、Ito Akira、Aoyama Tomoki、Nakahara Ryo、Nakahata Akihiro、Ji Xiang、Zhang Jue、Kawai Hideki、Kuroki Hiroshi
  • Journal Title: PLoS One Volume: 13 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0208985
  • NAID: 120006546016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Kinematic analysis for understanding functional changes over time and correlations between functional and histomorphometric data following sciatic nerve crush injury in rats (2019)
  • Author(s): Tianshu Wang, Akira Ito, Ryo Nakahara, Akihiro Nakahata, Xiang Ji, Jue Zhang, Hideki Kawai, Naoko Kubo, Hiroshi Kuroki, Tomoki Aoyama
  • Organizer: 13th International Society of Physical and Rehabilitation Medicine World Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Immediate Effects of Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation on Pain and Physical Performance during Physical Functional Tests in Individuals with Pre-Radiographic Knee Osteoarthritis. (2019)
  • Author(s): Kanako Shimoura, Hirotaka Iijima, Yusuke Suzuki, Tomoki Aoyama
  • Organizer: 13th International Society of Physical and Rehabilitation Medicine World Congress.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Efficacy of a scaffold-free bio 3D conduit on peripheral nerve regeneration. (2018)
  • Author(s): Aoyama T
  • Organizer: 5th TERMIS World Cogress 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The efficacy of a scaffold free Bio 3D conduit developed from dermal fibroblasts on peripheral nerve injury in a canine ulnar nerve injury model. (2018)
  • Author(s): Mitsuzawa S,Ikeguchi R, Aoyama T, Takeuchi H, Yurie H, Oda H, Ohta S, Tsuji M, Akieda S, Nakayama K, Matsuda S.
  • Organizer: 5th TERMIS World Cogress 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Peripheral nerve regeneration using a bio 3D conduit from undifferentiated bone marrow stromal cells (2018)
  • Author(s): Hirofumi Yurie, Ryosuke Ikeguchi, Tomoki Aoyama, Souichi Ohta, Koichi Nakayama, Shuichi Matsuda.
  • Organizer: ASSH 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultrasound therapy suppresses inflammatory gene expression in an injured peripheral nerve after sciatic nerve crush injury in rats. (2018)
  • Author(s): Akira Ito, Tianshu Wang, Ryo Nakahara, Hideki Kawai, Akihiro Nakahata, Jue Zhang, Naoko Kubo, Junichi Tajino, Tomoki Aoyama, Hiroshi Kuroki. Ultrasound therapy suppresses inflammatory gene expression in an injured peripheral nerve after sciatic nerve crush injury in rats.
  • Organizer: 7th International Symposium on Regenerative Rehabilitation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effectiveness of rehabilitation after cell transplantation for peripheral nerve regeneration: protocol for a systematic review. (2018)
  • Author(s): Hideki Kawai, Akira Ito, Tomoki Aoyama, Hiroshi Kuroki
  • Organizer: 7th International Symposium on Regenerative Rehabilitation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The correlation of kinematic changes with histomorphometric data in the rat sciatic nerve crush injury model. (2018)
  • Author(s): Tianshu Wang, Akira Ito, Ryo Nakahara, Akihiro Nakahata, Xiang Ji, Jue Zhang, Hideki Kawai, Naoko Kubo, Hiroshi Kuroki, Tomoki Aoyama.
  • Organizer: 7th International Symposium on Regenerative Rehabilitation
  • Int'l Joint Research