【研究領域課題番号】18K09080 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

再生治療 / ヒトiPS細胞 / 末梢神経 / 神経再生 / 人工神経 / iPS細胞 / 末梢神経再生 / 神経堤様細胞 / 再生 / ハイブリッド型人工神経

【研究成果の概要】

ヒトiPS細胞を神経堤様細胞に誘導し、NCAM、LNGFR、THY-1の3種細胞表面マーカーによる選定を行った。移植細胞の効果確認のため、コラーゲンのみを含むシリコンチューブを用い、免疫不全マウスの急性期坐骨神経欠損モデルへ移植した。移植細胞の回収効率を評価後、マウス坐骨神経欠損部に移植した。その再生効果を各種画像検査、運動機能評価検査、電気生理学的検査等を用いて評価した。細胞移植により、組織学的再生、機能的再生共に自家神経移植と比較して差のない再生を認めた。今後は、移植媒体の作成及び、動物媒体を大きくすることを考えており、次世代の実験を目指し、新規チューブの作成を開始した。

【研究の社会的意義】

末梢神経の欠損は、高度外傷や悪性腫瘍の切除、さらには手術の全合併症の2割に及ぶ神経の損傷に対して治療手段が模索されている。現在のスタンダートな治療である自家神経移植は、採取部位の機能欠損や、採取可能な長さの規定など様々なデメリットがある。人工神経による有用な再生が現在も待望されている。本研究の目的である自家神経移植と同等以上の機能回復を示すヒトiPS細胞を用いたハイブリッド型人工神経の開発が実現すれば、これらの欠損部位への治療戦略において大きな解決が期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18H03124 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

TRPV2 / メカノセンサー / 神経再生 / リハビリ / 機械刺激 / 温度 / 神経 / 再生 / 軸索 / 軸索再生

【研究成果の概要】

細胞にかかる力を感知するイオンチャネル分子・TRPV2は損傷軸索の再生に関わる有力なメカノセンサーであると考えられた。そして、微弱な膜伸展刺激においてもTRPV2の活性化が認められることを突き止めた。予想通りTRPV2はメカノセンサーとして、微弱な機械刺激を感知する特性を備えていると考察された。リハビリ運動中には、損傷神経に付加的に外部からの力が加わるが、これを軸索上のTRPV2が感じ取り、神経回路の再生を促していることを突き止めた。これらの結果より、TRPV2はリハビリ時の神経再生に関わる有力なメカノセンサーであると考えられる。

【研究の社会的意義】

申請者が作製した感覚神経特異的なTRPV2KOマウス（TRPV2CKOマウス）を用いて、損傷神経の再生能を比較したところ、野生型（WT）マウスと比較して、TRPV2CKOでは軸索再生が著しく減弱することを見いだした。また、どうして軸索再生能が減弱するのか、その分子基盤を明らかにした。
これらの結果から、末梢神経の再生に対するリハビリやマッサージの効果に対して、TRPV2のメカノセンサー機能を指標に科学的に分子機構を述べることが可能になった。この成果を応用することでより効果的なリハビリ手法の開発へとつながる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】耳鼻咽喉科学

【研究領域課題番号】26293366 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

嗅神経傷害 / 加齢変化 / 再生 / 脂質メディエーター / 嗅覚 / 脂肪酸 / 慢性副鼻腔炎 / CFD / 鼻科学 / 嗅覚医学 / 嗅神経障害 / 神経再生

【研究成果の概要】

嗅覚伝導路における神経回路の傷害と再生の分子メカニズムの検討を行った。（１）カロリー制限により傷害後の基底細胞の分裂の賦活化が低下し、組織の再生が不完全に終わることが示された。遺伝子の網羅的解析により、本現象に炎症性サイトカインの上昇が関与している可能性が示唆された。（２）嗅粘膜傷害後の再生過程で組織脂肪酸組成が変化し、脂肪酸が脂質メディエーターとして神経再生に関与している可能性が示唆された。（３）喫煙モデルを用いた検討で、タバコ煙曝露により実験的嗅粘膜傷害後の再生が遅延することが示された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)

【研究分野】耳鼻咽喉科学

【研究領域課題番号】23592506 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

鼻科学 / 嗅覚障害 / 加齢変化 / カロリー制限 / エストロゲン / 感冒罹患後嗅覚障害 / FAT-1マウス / 嗅覚医学 / 嗅神経障害 / 神経再生 / 嗅覚 / 嗅神経上皮 / 再生

【研究成果の概要】

①カロリー制限により加齢に伴う嗅粘膜変性が悪化した。またカロリー制限は傷害後の嗅神経組織の再生を悪化させ、その背景に基底細胞の分裂能低下があることが示唆された。②Poly(I:C)経鼻投与により感冒罹患後嗅覚障害のモデルマウスを作成し、本モデルにおいて嗅粘膜に浸潤する好中球、特にその放出するエラスターゼが嗅神経上皮の主要な組織傷害因子であることが示唆された。③エストロゲンはERβを介して鼻粘膜の恒常性維持に関与していることが示唆された。④FAT-1マウスは嗅粘膜傷害後の神経組織再生が対照群に比べて良好であり、生体内脂肪酸組成が嗅粘膜傷害後の再生過程に関与することが示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】医用生体工学・生体材料学

【研究領域課題番号】12358016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

シミュレーション / 人工網膜 / 画像処理 / 電気刺激 / 刺激用電極 / 光学的干渉断層計 / 神経再生 / 軸索 / パルス形状 / 光学的断層計 / 網膜タック / 大動物 / MNU / 局所網膜電図 / 網膜変性マウス / 網膜電極 / ネコ / 神経節細胞 / レスキュー / 再生 / ハイブリッド型網膜 / 網膜神経節細胞 / 網膜双極細胞 / 軸索伸長速度 / Neuroglycan C / 末梢神経自家移植 / 人工眼 / 人工視覚 / 読字 / 神経栄養因子

【研究成果の概要】

(1)人工眼シミュレーション:
人工眼を装着した患者が日常生活上で最低限要となる視機能の実現を目指すために必要な人工眼のスペックを定量的に評価するため人工眼の使用状態を体験できる人工眼体感システムを制作した。その結果、人工眼の輝度調節は4〜8段階が適切であることが判明した。
(2)画像信号処理:
人工眼では入力画像情報に基ずいて電気パルス信号を生成し、網膜を電気刺激する必要がある。その際には生成したパルス信号を高速に処理するためのハードウエアが不可欠である。本研究ではパルスニューロンの概念を導入して従来のニューロン表現に比べ高い集積度を実現する実装方法を考案した。これにより人工眼の画像処理において、高速性や回路の小型化という基本要件は、パルスニューロンや神経修飾メカニズム等のコンセプトが極めて有用なものとなりうることが明かとなった。
(3)視覚系神経への電気刺激の評価:
人工網膜における電気刺激の至適条件に関して、正常と網膜変性マウスを用いた研究を行った。その結果、短発波のほうがパルス波より効率的であった。さらに猫を用いて、外側膝状体に刺激電極アレイを刺入し、パルス幅、パルス強度、電極間距離を変化させ、神経応答として視覚領から誘発電位を測定した。その結果、パルス幅よりもパルス強度が神経応答に大きな影響を与えることが判明した。
(4)刺激用電極の形状、組成に関する研究:
網膜電極の下にスペーサーを用いることにより、電極と強膜の間に一定の距離を保つことができ、その高さは光学的干渉断層計により網膜厚を測定することにより最適な間隔を設定できることが判明した。
(5)視神経再生に関する研究:
軸索を損傷された中枢神経細胞の軸索再生は、中枢神経の機能回復をはかるうえで重要である。人工感覚器によって外界刺激を中枢に伝達する場合、感覚需要デバイスからの信号を需要する神経細胞の軸索を、本来の中枢神経細胞に導いてシナプスを形成して信号を伝達することが必要とされる。本研究では視神経を切断された網膜神経節細胞を長期にわたって生存させ,さらに軸索を最盛させるための方法を検討した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2000 - 2003

【配分額】47,730千円 (直接経費: 39,600千円、間接経費: 8,130千円)

【研究分野】神経化学・神経薬理学

【研究領域課題番号】08458256 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

神経形態形成 / 再生 / 免疫グロブリンスーパーファミリー / 細胞接着蛋白群 / L1 / 変異ヘルペスウイルスベクター / Pax6 / シュワン細胞 / 神経再生 / 細胞接着蛋白 / L1蛋白 / フォスファカン / 末梢神経ミエリン蛋白 / 変異型ヘルペスベクター / グリア成長因子 / アストロサイト

【研究成果の概要】

神経形態形成と再生における細胞接着蛋白群の機能の解明を目的として、研究を行い、次の成果を得た。
1)免疫グロブリンスーパーファミリーの細胞接着蛋白L1には神経細胞に特異的な完全型と非神経細胞の短型があり、セリンのリン酸化が細胞移動能に関与することを示した。
2)神経形態形成の過程で、スブチリジン様プロテアーゼによってL1が分解され、機能変化する可能性を示した。3)Pax6ノックアウト動物の解析から、Pax6陽性細胞がL1免疫陽性の視床皮質路の線維の誘導に関与することを示した。4)中脳ドーパミン神経細胞は幼若期に一次的にフォスファカンを発現し、L1陽性線維との作用により細胞移動が制御されることを示唆した。5)L1cDNAを組込んだ変異ヘルペスウイルスベクターを導入、発現した初代培養アストロサイトは、同種性細胞接着活性を示し、神経細胞の突起伸展の促進、移動促進作用を示した。6)遺伝性水頭症患者にL1の新しい遺伝子変異を見出し、大脳の発達異常におけるL1の異常変化を検討した。7)シュワン細胞の分化の解析から、CD44がシュワン細胞のマーカーとなる可能性を示した。シュワン細胞はミエリン形成前期に軸索との接着を失うと細胞死を起こすが、この細胞死はニューレグリンにより抑制された。この時期の神経細胞に分泌型および膜結合型の多種のニューレグリンアイソフォームが発現し、作用することを示した。8)末梢神経ミエリン膜蛋白のPOとPASII/PMP22の精製法を開発し、それらの構造解析を試みた。Charcot-Marie-Tooth病1B型患者のPO遺伝子に新しい変異が見出され、ミエリンのコンパクションの異常が推測された。9)ヒルシュプルング巨大結腸症における神経節の欠損部では外来性神経線維のL1の発現が消失する結果、神経冠細胞の移動、神経突起伸展が障害されると推定された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】7,500千円 (直接経費: 7,500千円)

【研究分野】脳神経外科学

【研究領域課題番号】05557066 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Central nerdous system / regeneration / astrocyte / neuro trophic factor / cytokine / isohemia / adenosine / dopamine / Central nervous system / neurotrophic factor / ischemia / neuralregeneration / brain isdemia / hypothermia / oytokine / 神経栄養因子 / 神経成長因子 / アストロサイト / サイトカイン / 神経再生 / 脳虚血 / ドパミン / アデノシン

【研究成果の概要】

一旦、障害が起こると再生が起こりにくいとされる中枢神経系の機能再生を最終目的として、基礎研究を行ってきた。まず、神経系固有の間質であり、様々なメカニズムにより神経細胞栄養効果を有するアストロサイトに注目し、ラット脳の組織培養系での研究を行った。その結果、IL-1などのサイトカインにより活性化されたアストロサイトは、脳幹部コリン作動性神経細胞に作用する未知の神経栄養因子を産生することが明かとなり、この因子はヘパリン親和性で、分子量は約40〜60kDaであることが判明した。また、アストロサイトには18、22、24-kD bFGF isoformが発現しているが、IL-1βなどのcytokineは、アストロサイトにおける22、24-kD isoformの発現を選択的に増強することが判明し、発現量が増加したbFGFは、細胞質から核内へと移行することが確認された。また、アストロサイトから22-kD isoformが細胞外に放出されることが示された。さらに、アストロサイトからCNTFが細胞外に放出されることが示され、サイトカインはCNTFの発現を増強する作用はないが、アストロサイトからのCNTFの放出量を増加させることが判明した。ラット前脳虚血モデルにおいて微小透析法により検討した結果、線条体においてアデノシンの細胞内取り込み阻害剤であるpropentofylline(HWA285)は虚血早期に細胞外アデノシン濃度を上昇させ、前脳虚血によるドパミン放出を抑制し、虚血によるか興奮を抑制することが判明し、さらにpropentofyllineがアデノシンの作用を増強し、虚血後のドパミン代謝の改善を促進することが判明したことから、アデノシンがラット線条体において神経細胞保護効果に関与している可能性が示唆された。これらの結果は、中枢神経ヶの再生促進のメカニズムの一部を明らかにしたものである。

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1993 - 1995

【配分額】12,200千円 (直接経費: 12,200千円)