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脊髄損傷



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HGFで神経再生
脊髄損傷は中枢神経が傷つき、脳の命令が体に届かなくなる疾患。損傷部位と程度によって、下半身マヒなどが起きる。

日本の患者数は約10万人で、医学的には中枢神経は一度傷つくと回復しないと言われてきた。

慶応大学の岡野栄之教授らは、
タンパク質の一種『HGF(肝細胞増殖因子)』を使って神経の再生に成功した。


HGFは血管再生などに関与している

手足の神経を司る頸の神経に傷をつけてマヒさせたサルで、損傷部位に注入した実験で、床を這うだけだったサルがジャンプしたり握り運動が出来るようになった。

20世紀初頭にノーベル生理・医学賞を受賞したラモニ・カハール博士が
  • “中枢神経は再生しない”と語る。

それ以来、医学の常識とされてきたが、脊髄再生の研究が進む。





電気刺激
自然科学研究機構・生理学研究所と理化学研究所は浜松ホトニクスと脊髄損傷で麻痺した体の機能を回復させる脳の働きをサルの実験で解明した。
障害の深刻な段階から完全回復するまでに、脳の活動部位が変化していく様子を初めて捕らえた。2007/11/16の米科学誌サイエンスに掲載。

体の一部の機能が失われた場合、本来その部位に命令を送る脳の領域とは別の領域が活性化して機能を助けることがある。

ただ、どうして機能が回復するかが不明だった。

研究チームは、サルの脊髄のうち、左手の指に命令を伝える部分を切断。食べ物をつまむリハビリ訓練を、指の動きが回復するまで約3ヶ月間続け、陽電子放射断層撮影装置(PET)を使い脳の活動を調べた。

回復初期の1ヶ月後では、左指に命令を送る右脳の運動野に加えて、左脳も運動野の働きが活発になった。損傷直後は脊髄の無事な部分を緊急避難的に利用し機能を補おうとするという。

指先を器用に動かせるようになった3ヶ月後では、右脳の活動範囲が正常時よりも拡大。本来働くべき右脳で通常より多くの脳細胞を活用することで、安定した動きを取り戻すと解釈している。
従来の治療では、損傷した脊髄を修復する手術が主流だった。今後は、脳に電気刺激を加えて回復を促すことが必要になる



電気で手足を刺激する訓練
下半身マヒの男性が自分で車いすからベッドに移れるようになった・・・・。
電気を利用した新しいリハビリテーション技術で、一生動かないと思われていた手足が動くようになった。



脊髄損傷にも効果

神奈川県に住む40代のAさんは、転落事故による脊髄損傷で両足が動かなくなった、だが、1996年に東北大学付属病院で電気で両足を刺激する装置を操作する訓練を受け、1年後に平行棒をつかみながら立って歩けるようになった。
Aさんのように両足を全く動かせない人が、その機能を回復することは出来ない。しかし、手などを使うことが出来れば、電気で足の筋肉を刺激する装置を操り、足を動かせるようになる。手足をある程度動かせる人なら動きにくくなった手や足を動かし安くするための治療として、この技術を利用できる。
この治療を受けたい人は、麻酔して細いステンレス線をマヒした筋肉に埋め込む手術を受ける必要がある。ステンレス線の数は症状により異なり、5〜6本なら1時間程度で埋め込める。手術後は、個人の状態に応じて刺激する電気の量などを調整し、手足を動かす訓練に備えて体力をつける。
電気で手足を刺激する訓練は、手術後2週間ぐらいから始める。弁当箱を少し小さくした装置のボタンを押して、自分でコップを持ったり、ペンを握ったり出来るようにすることことが治療の目標になる。1回につき5〜30分程度の訓練を毎日3〜6回繰り返す。自分で訓練できるようになるまで平均2ヶ月ほど入院が必要だが、その後は退院して自宅などで訓練を受ける。
東北大学付属病院リハビリテーション科の市江雅芳教授は「家族などの手を借りないと出来なかった動作が、この治療を受けると日常生活のかなりの部分をカバー出来るようになる」という。
一方、完全に手足が麻痺している患者の場合、麻痺した機能が回復することはないので純粋な治療とは言えないが、「手足の筋肉が動くようになるので、生活の幅を広げられる」(市江教授)と言う。麻痺を根本的に治療していないとはいえ、自分で今まで出来なかった動作が出来るようになるため「世界が広がった」と喜ぶ患者が多い。また、麻痺した手足を動かしていると血行が良くなり鬱血を防げるので、心肺機能が通常のリハビリだけの場合より向上する




タンパク質を患部に注射する臨床
2014年、慶応義塾大学の岡野栄之教授らは、事故などで脊髄が傷ついた直後の患者を治療する臨床試験を6月から始める。

血管や神経を伸ばす働きがある肝細胞増殖因子(HGF)と呼ぶタンパク質を患部に注射する。

首の脊髄を損傷後66〜78時間以内の48人が対象になる。

ラットやサルを使った実験では、HGFが傷んだ細胞が死ぬのを抑え神経や血管を伸ばしたという。
  • 手が丸まったサルにHGFを投与すると、8週間後には指を動かせるまで改善した。



細菌由来の酵素で
切れた神経の再生

「英ロンドン大学の研究チームは、コンドロイチナーゼABCと呼ぶ細菌由来の酵素に、切れた神経の再生を助ける働きがあることを確かめた。
脊髄が傷ついたラットに注射したところ、切れた神経が一部再生して歩けるようになった。脊髄損傷患者に応用できる可能性がある。

脊髄の切れたすき間にはCSPGという分子が集まり、神経細胞が伸びるのを妨げている。研究チームはコンドロイチナーゼABCを切断部に注射するとCSPGを分解、神経細胞が伸びて傷跡のすき間を埋めるのを確認した



神経幹細胞移植とてんかん薬で
歩行まで改善

2010年、奈良先端科学技術大学院大学の中島欽一教授と髀シ昌彦研究員らは、脊髄を損傷し後ろ脚がマヒしたマウスを歩けるまでに症状改善することに成功した。

神経幹細胞を移植するとともに、テンカンの治療薬を投与した。
  1. 研究チームはテンカン治療薬「バルプロ酸」に注目。この薬が神経幹細胞から神経細胞への分化を促す作用があるのを見つけ、脊髄損傷マウスで実験した。
  2. 損傷して1週間後に神経幹細胞を移植し、バルプロ酸も1週間投与。
  3. 神経幹細胞から神経細胞ができる確率が約20%まで高まった。
  4. 6週間後にはマウスの約7割で、完全でないが歩けるまで症状が回復した。

移植してできた神経細胞と残っていた神経細胞がつながり、神経ネットワークが再構築されていた。

治療後に移植細胞だけを除去すると再び歩けなくなったことから、移植細胞が治療効果を発揮しているのが確認された。

脊髄損傷には、神経幹細胞を移植して切れた回路を修復する実験などが試みられてきたが、幹細胞が神経細胞に成長する確率は1%以下にとどまり、重症のケースでは症状改善は難しかった。



幹細胞で治療

2014年、札幌医科大は、脊髄損傷患者の骨髄から取り出した幹細胞を培養し、患者の静脈に投与して脊髄の神経細胞を再生させる治療法の効果や安全性を確かめる臨床試験を始めると発表した。

山下敏彦教授と本望修教授らは、30代の頸椎損傷した男性に、骨髄液に含まれる細胞を1万倍に増やして静脈に注射。

1ヶ月あまりで手足が動き始め、半年後には歩行訓練ができるようになった。


磁気治療

東海大学付属病院リハビリテーション科の出江紳一助教授は、脳卒中で手足が麻痺した人を電気ではなく、磁気を使って治す研究を進めている。

頭にコイルをのせて電気を流し磁気を発生させる。
ステンレス線を付けなくて済むので、痛みをほとんど感じない利点がある。

iPS細胞で治療

2010年、岡野栄之・慶應大学教授が日本分子生物学会で発表

人間の皮膚細胞から作ったiPS細胞を利用して首から下がマヒしたサルが歩けるようになった。

岡野教授らはサルの一種、マーモセットで実験。人間の皮膚細胞に4種類の遺伝子を導入してiPS細胞を作製し、これを神経前駆細胞に分化させた。
  • 遺伝子の“運び屋”にはウイスルを使った。
  • マーモセットに人為的に脊髄損傷を起こして首から下をマヒさせ、9日目に、この神経前駆細胞を移植。約6週間で歩き回れるようになり、後ろ脚で立ったり手の握力が回復したりするなど運動機能が著しく改善した。
  • 約3ヶ月間、経過を観察したが、ガン化は見られなかった。
  • 今回は、拒絶反応を抑えるために免疫抑制剤を使った。




嗅覚細胞を利用して復元

ロンドン大学のジェフリー・レイスマン教授らのの国際研究グループは脊髄損傷で損なわれた神経を嗅覚細胞を利用して復元する手術法を開発。2007年に臨床試験を始める。

1つの神経単位が壊れると、周りの健康な神経単位から神経線維が伸びて損傷を補おうとする動きが自然に起きる。しかし脊髄損傷では傷ついた組織がジャマをして神経線維が伸びることが出来ない。
ところが常に外部環境にさらされている嗅覚神経単位は神経線維が脳へと伸びようとする通路があるため、一度死んでも再生を繰り返すことが出来る。この通路の元になっているのが鼻の上部にある穴だらけの管のような形をした嗅覚被膜細胞(OEC)だ。

患者自身のOECを培養したものを傷痕した辺りに注入すると、通路が形成されて神経組織がつながり、肢体の機能が回復するというのがレイスマン教授らのアイデア。
1985年にこの細胞を発見したが、培養技術の確立に時間がかかった。
同教授は「マウスを使った実験では一貫して成功している。人間でも成功するはずだ」と自信を示す。
交通事故により腕の機能を失った10人ほどの患者を対象に臨床試験をはじめる予定。
研究チームは大学や企業に所属せず、研究費をチャリティーなどの寄付に頼る独立した組織。世界ではすでにレイスマン教授の考えを応用した臨床試験が3件実施されている



青色光線で

2009年、名古屋市立大大学院医学研究科の岡嶋研二教授と原田直明准教授らが、損傷したラットの脊髄神経細胞に青い光を当てると、細胞の成長を促すタンパク質が増えて損傷部位が回復することを発見した。 9月に開かれる日本神経科学大会で発表。

ラット10匹の脊髄を傷つけ、うち5匹に波長470ナノbの青い光を毎日20分間、3週間にわたって当て続けたところ、歩行可能なレベルにまで回復。

光を当てなかった5匹はマヒしたままだった。

何もしないラットに比べ、光を当てたラットは神経細胞はサイズが大きくなり、その細胞を分析すると成長を促すタンパク質『インスリン様成長因子1』(IGF1)が約1.7倍増えていた。


岡嶋教授らは青い光の刺激でIGF1が増えた結果、細胞死が抑制された一方、幹細胞の分化や若い細胞の成長がうながされたと結論づけた。ドーピング


下半身マヒを腕の振りで回復

2014年、自然科学研究機構生理学研究所のグループが、歩行時に振った腕の筋肉から出る電気信号を装置で読み取って刺激に変換し、腰の脊髄にある歩行中枢へ伝えることで、脚を動かす実験に成功した、

脳から下肢での神経回路に人工的な迂回路を作った状態になる。

脊髄損傷で下半身がマヒした人でも腕の動作をつかって歩行機能を取り戻せる可能性がある。




ケイレンの仕組み

2010年、大阪大学とカナダのアルバータ大学などの研究チームは、脊髄損傷後の患者で、手足の筋肉が突然ケイレンしたり硬直を起こしたりする仕組みを突き止めた。

脊髄損傷で働かなくなった運動神経細胞が回復に向かう際に細胞表面のタンパク質の性質が一部変化し、脳の指令が届かなくても運動神経が勝手に働いてしまうという。

成果は、ネイチャーメディシン(電子版)5/31に掲載。
阪大の中江文准教授と真下節教授らは脊髄損傷後の運動神経の回復過程を研究。


神経の細胞膜表面にあって情報伝達物質のセロトニンが結合する「5-HT受容体」というタンパク質が、性質を微妙に変化させて入るのを突き止めた。

性質が変化した受容体は通常よりもわずかなセロトニン量で活性化するようになった。

その結果、脳からの制御ができない状態で運動神経が働き、筋肉の収縮を調節できずにケイレンや硬直などが起こるという。

軸索が伸びる仕組み

2012年、奈良先端科学技術大学院大学の稲垣直之准教授や東北大学のチームは、神経細胞同士を結びつける手のような働きをする「軸索」と呼ばれる部分が伸びる仕組みの一端を突き止めた。

軸索は神経細胞から1本だけ伸びる突起で、ヒトでは1bの長さにもなる。その軸索が伸びるには、先端で細胞膜を広げることで伸びるが、メカニズムは不明だった。

研究チームは、脳にあるRab33aというタンパク質に着目。
  • 神経細胞の遺伝子を組み換えて、Rab33aを光らせて観察したところ、細胞膜の成分を軸索の先端へ運び、軸索を形づくったり伸ばしたりしていた。
  • Rab33aの量を約2割減らすと、先端へ運ばれる細胞膜の成分は約6割減って軸索の形成が抑えられた。逆に増やすと、軸索は約10%増えることも確かめた。


抗体で機能回復
2018年、京都大学と大阪大学のチーム

脊髄損傷後に患部の周囲で増えて、神経再生をジャマするタンパク質「RGMa」に着目。

脊髄を傷つけて、エサをつまみ上げられないアカゲザル4匹に、RGMaの働きを阻害する抗体を投与した。
投与を続けて2週間後から、手の指の器用さが回復し始め、最終的にはエサをうまく取ることが出きるようになった。





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