世界初！麻痺に苦しむ何百万人もの人々にとって朗報：3D人工脊髄が麻痺したマウスを治す

執筆者: 朱恒恒

編集者：王 哈哈

レイアウト: 李雪偉

日常生活において、偶発的な転倒や交通事故によって引き起こされる外傷性下半身麻痺は、世界中の何百万人もの人々の生活に影響を及ぼしています。一般的に言えば、完全な脊髄切断、神経細胞の損傷、神経線維の断裂を患う患者に対して、現時点では非常に効果的な治療法はありません。彼らのほとんどは生涯麻痺状態となり、生活の質が非常に低下しています。

そして今、ついに希望が生まれました。

最近、イスラエルのテルアビブ大学サゴル再生バイオテクノロジーセンターのタル・ドヴィル博士率いる研究チームは、イスラエルの再生医療企業マトリセルフと共同で、骨折した脊椎を効果的に修復できる3Dプリント脊髄組織インプラントの開発に成功しました。動物実験では、この新しい治療法により、初期麻痺のマウスの100％と長期麻痺のマウスの80％の歩行能力が回復した。

ドヴィル教授は、「麻痺したマウスモデルでは、新しい3Dプリント脊髄組織インプラントは、マウスの損傷した脊椎を迅速に修復し、最終的には歩行能力を回復することができます。これは、組織工学インプラントが長期麻痺動物モデルで運動を回復させた世界初の例であると報告されており、これは人間の麻痺の治療に最も関連のあるモデルでもあります」と述べました。

「人工iPSC由来の3Dニューロンネットワークによる慢性期の損傷脊髄の再生」と題された関連研究が、Advance Science誌の最新号に掲載されました。

不可逆的な外傷性脊髄損傷

外傷性脊髄損傷については、誰もがよく知っていると思います。外傷性脊髄損傷とは、外力により脊髄が損傷し、損傷部位より下の手足が麻痺する病気です。

外力の作用により、脊椎は直接損傷を受け、神経細胞の死、血液脊髄関門の破壊、細胞外マトリックスの劣化を引き起こします。その後、損傷部位で二次的な炎症誘発性損傷カスケードが発生し、損傷した組織がさらに破壊され、グリア瘢痕が形成され、永続的な神経機能障害につながります。

一般的に、患者の予後は脊髄損傷の程度によって大きく異なります。脊髄挫傷などの軽度の損傷の場合、明らかな器質的変化はなく、短時間の脊髄ショックのみが生じます。このような患者の予後は良好で、通常の生活にほとんど影響はありません。

硬膜外血腫などの重傷患者の場合、ほとんどの機能は回復しますが、後遺症は残ります。最も重篤なケースは、脊髄が完全に破裂し、神経細胞が重度の損傷を受けた患者です。このような患者は運動機能や感覚機能を回復することがほぼ不可能であり、ほとんどが生涯にわたる麻痺に直面します。

(出典: Pixabay)

現在、臨床研究者らは、損傷した脊髄を再接続するために、急性損傷期間中に異なる種類の細胞や生体材料を損傷部位に移植するなど、さまざまな方法を提案している。シュワン細胞、神経幹細胞、神経前駆細胞、間葉系幹細胞など、さまざまな細胞移植療法がテストされてきました。

しかし、実験中に、細胞移植のプロセスには移植失敗につながる主な問題が 2 つあることが分かりました。1 つは、同種細胞や異種細胞などの異なる種類の細胞によって引き起こされる免疫拒絶反応であり、もう 1 つは、移植された細胞が自発的に機能的なネットワークにうまく組織化されないことです。

免疫拒絶の問題を解決するには、自己誘導多能性幹細胞が実現可能な解決策です。患者の組織から採取した体細胞は多能性幹細胞に再プログラムされ、その後、目的の細胞系統に分化されます。研究によると、動物モデルで脊髄損傷を誘発してから 2 週間後に、分離された人工多能性幹細胞から得られた神経幹細胞がフィブリン マトリックスに挿入されたことが示されています。これらの細胞は分化して宿主ニューロンと相互作用し、軸索を形成して損傷した脊髄神経を修復することができました。

この方法はある程度は効果的ですが、使用中に細胞間相互作用または細胞マトリックス相互作用により、移植された細胞は必然的に正常組織と融合してしまいます。しかし、病理学的過程で生成された瘢痕組織は神経修復のための微小環境をサポートできないため、大量の細胞死が発生する可能性があります。

したがって、瘢痕組織に影響を与えずに、事前に形成された 3D ニューラル ネットワークを損傷部位に挿入すると、治療効果が向上する可能性があります。しかし、機能的な 3D ニューラル ネットワーク移植モデルの設計に関するこれまでの研究は非常に限られていました。

3Dプリントインプラントが麻痺したマウスを治す

タル・ドヴィル博士は長年にわたり、3D バイオプリンティング技術の研究に取り組んできました。彼は再生医療会社マトリセルフの創設者の一人でもある。この研究では、ドヴィル博士率いる研究チームが、患者の細胞と細胞外マトリックスを同時に印刷して生きた人間の組織や臓器を作り出す3Dバイオプリンティング技術の使用を開拓しました。

まず、研究者は患者の腹部から脂肪組織の生検をします。この組織は、人体の他の組織と同様に、細胞と細胞外マトリックスで構成されています。研究者らは細胞と細胞外マトリックスを分離した後、遺伝子工学を用いて細胞を胚性幹細胞の状態に戻すように再プログラムした。

研究者らは、抽出した細胞外マトリックスを使用して、移植時に免疫拒絶反応を引き起こさないパーソナライズされたハイドロゲルを生産する予定だ。培養された幹細胞をハイドロゲルに封入することで、脊髄の胚発生をシミュレートし、その後、運動ニューロンを含む 3D ニューラル ネットワーク インプラントになります。

図 |治療図（出典：Advance Science）

最後に、研究者らは、急性SCIモデルと長期SCIモデル（人間の負傷後1年に相当）の2つの動物モデルで新しいインプラントの機能をテストしました。

結果は、この新しい 3D ニューラル ネットワーク インプラントは、移植後に麻痺したマウスの損傷した脊椎を迅速に修復できることを示しました。最終的に、移植を受けた急性麻痺マウスはすべて歩行能力を取り戻し、長期麻痺マウスモデルのマウスの80％も歩行能力を取り戻しました。

この点について、ドヴィル博士は次のように述べた。「世界中で何百万人もの人々が脊髄損傷により麻痺していますが、彼らの症状に対する有効な治療法はまだありません。多くの若者が残りの人生を車椅子で過ごす運命にあり、これには多額の費用がかかります。私たちの目標は、麻痺した人それぞれに合わせた脊髄インプラントを製造し、損傷した組織が拒絶反応なしに再生できるようにすることです。」

全体として、ドヴィル博士が開発した 3D プリント脊髄組織移植は、脊髄損傷により麻痺したマウスを治癒し、再び歩けるようにすることに成功しました。これは間違いなく注目すべき科学的成果であり、脊髄再生医療の大きな進歩を示すものであり、将来多くの脊髄損傷患者に治癒の希望をもたらす可能性があります。

マトリセルフは現在、米国食品医薬品局（FDA）と積極的に連絡を取り合っており、2024年末までに3Dプリント脊髄インプラントの人体実験を開始する準備を進めていると報じられている。同社によれば、人間の麻痺を治せるようになるのは、ほんの数年先かもしれないという。

参考文献:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105694

https://neurosciencenews.com/spinal-cord-implant-parasis-20030/

出典: アカデミックヘッドライン