動物実験で幹細胞ベースの導管が顔面神経機能を回復

笑顔のような単純なジェスチャーは、言葉では伝えられないことを伝えることができます。これが、非言語コミュニケーションが人間関係の中心となる理由の 1 つです。顔面神経の障害や怪我が悲惨な結果をもたらす可能性があるのもこのためです。

これらの症状は通常、次の方法で治療されます。 神経組織 自家移植片として知られる、患者の体の他の場所から採取された移植片。損傷した神経を修復するこの技術は、ドナー部位の損傷や、機能回復の確率がコイン投げに近いなど、患者にとって問題となっている。合成代替品は過去にも研究されてきましたが、まだ自家移植片の性能に匹敵するものにはなっていません。

ピッツバーグ大学の生物工学者は、自然界の最高の技術者の助けを借りて新しい解決策を開発したかもしれません。幹細胞。修復環境を作り出すこれらの細胞の能力を利用して、研究チームは、損傷した神経が大きな隙間を越えて再生するように方向性、機械的、生化学的な誘導を提供する橋として機能する移植可能な導管を作製した。

ラットの顔面神経を使った実験では、この技術が自家移植片と一致することが示された。これらの結果は、 出版された で 神経工学ジャーナル。

「私たちは、細胞が自分たちが何をしているのかを知っており、細胞がどのように組織を作るかを知っているという考えに傾きました」と、この研究の主任著者である口腔および頭蓋顔面科学および生物工学教授のファティマ・サイード・ピカード博士は述べた。 「これらの人工組織は、最終的には、人工的に作られた他の多くの足場よりも生体模倣性が高くなっています。 組織工学。」

ニューロンを整列させる

神経が修復されるためには、軸索と呼ばれるニューロンから伸びる長い突起が再成長し、適切な組織に再接続される必要があります。自家移植の場合、前者は遅くなりますが、後者は保証されません。多くの患者が、間違った組織に接続する再生神経による不要な筋肉活動を経験するからです。

研究者らは、神経組織の再生を助ける生体分子を生成する神経支持細胞や幹細胞など、成長を促進するために特定の細胞集団を活用してきました。軸索が適切な標的に到達するように成長組織の方向を定めるために、研究者らは、再生ニューロンへのガイドレールとして機能する溝などの特徴を備えた合成組織足場を設計した。

「細胞を傷つけることなく合成足場に細胞を埋め込んで均一に分布させることは難しい。もう一つの懸念は、これらの足場を生来の組織の構造的複雑さに適合させることである」と、この研究を行った筆頭著者のミシェル・ドリューリー博士は述べた。ピッツバーグ大学の大学院生。

体内の多くの細胞タイプは、細胞外マトリックス (ECM) として知られる、細胞を取り囲む生体分子の足場を頻繁に作成または再構築します。そこで研究者らは、組織の足場を自分たちで一から作るのではなく、細胞に自分たちで作ってもらうほうが良いのではないかと考えた。

研究の著者らは、神経の成長を促進することが知られているタンパク質を産生する丈夫で容易に入手できる細胞集団である歯髄幹細胞（DPSC）を用いて、この仮説を検証した。ピッツバーグ大学歯学部から提供された成人の親知らずからこれらの細胞を抽出した後、研究者らはそれらを活用した。

彼らは、DPSC に ECM を作成する自由を与えると同時に、整列した軸索をサポートしやすい環境を作るように促したいと考えていました。これを達成するために、研究者らは幅10マイクロメートルの溝が並んだゴム型を作製し、それをDPSCで覆った。数日後、DPSC は自身の周囲に整列した ECM を分泌し、薄い生物学的シートを形成しました。次に、著者らはゴム製テンプレートからシートを剥がし、円筒形の導管に巻き上げました。

研究者らはこのアプローチを使用して、一種の包帯を作成しました。 以前の研究、粉砕された神経の軸索を再生することに成功しました。彼らは新しい研究で、導管を使ってラットの顔面神経の5ミリメートルの隙間（神経が自然に治癒できないほど大きな欠損）を埋めるという、より高いハードルをクリアしようとした。

具体的には、顔面神経の頬側枝にできた隙間に整列した導管を埋め込んだ。比較のために、研究チームは別のグループのラットにも自家移植片を移植した。

「頬側枝は、笑顔を助ける顔面神経の一部です。頬側枝は、他の人々とのコミュニケーションや、世界でどのように見られるかに大きく影響するため、生活の質の大きな部分を占めています。頬側枝の損傷は、あなたの生活の質の大きな部分を占めています」神経は人生を変える影響を与える可能性があります」とドリューリー氏は語った。

橋を渡る

移植から12週間後、著者らは主に組織学を通じて軸索がどの程度再生したかを評価した。彼らは、細胞で作られた導管に全長にわたって再生された軸索が含まれていることを発見しました。そして、一般に、軸索の密度と数は自家移植片で見つかったものと同様でした。

軸索の発達を示す指標が導管内で広く見られ、時間が経てば経つほど再生がより強固になった可能性があることを示唆しているとドリューリー氏は指摘した。

しかし、この再生された組織はすべて機能の改善につながったのでしょうか?これを調べるために、著者らは一方の端で神経を電気的に刺激し、もう一方の端で動物のひげの動きを測定しました。試験により、導管を移植されたラットの動きは、自家移植片で治療されたラットと同等であることが示された。

Syed-Picard の研究室は、ECM と細胞が治癒において果たす役割をより深く理解し、その情報を技術の向上に利用することを目指しています。たとえば、導管は再成長を直接促すことに加えて、炎症を抑えることにも役立っている可能性があるとサイード・ピカード氏は説明した。