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脳梗塞領域に血管を誘引するスポンジ形状の人工細胞足場の開発 ~損傷した脳の再生への第一歩~

 国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST)と東京医科歯科大学は2017年5月10日,同大学 脳統合機能研究センターの味岡 逸樹 准教授らが,同研究センターの押川 未央 特任助教と岡田 桂 研究支援者,名古屋市立大学 大学院医学研究科の澤本 和延 教授と金子 奈穂子 講師と共同で,脳梗塞領域に血管を誘引するスポンジ形状の人工細胞足場を開発したことを発表した.この研究は,JSTの戦略的創造研究推進事業の研究領域「分子技術と新機能創出」における研究課題「低酸素状態で構造変換するタンパク質を用いる脳再生デバイスの創製」によって行われたもので,その成果はドイツ科学誌Advanced Healthcare Materialsのオンライン速報版で公開された(注).

 脳梗塞は,脳の血管が詰まり,酸素や栄養の供給が遮断され,発生した部位の脳組織が壊死する疾患である.障害が発生した場所によって,手足の麻痺,言語障害,意識障害などが生じ,自然治癒力ではほとんど回復しない.しかし近年,哺乳類の脳にも潜在的な再生能力が秘められていることが,研究で明らかになってきた.ただ,現在は発症から数時間以内に行う薬物治療しか回復の手段が存在せず,再生治療実現のためには,組織の壊死の進行を抑え,損傷部を修復し,再生させるための新たな血管を誘引する必要があり,その手法の開発が期待されていた.

 研究グループは,化学と生物学の分子合成技術を組み合わせ,細胞接着活性を持ち血管内皮細胞の足場として機能するラミニンたんぱく質を利用して,脳梗塞部位に血管を誘引するスポンジ形状の人工細胞足場を作製した.次にこの人工細胞足場に,血管を誘引する機能を持つ血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を結合させ,VEGF結合ラミニンスポンジを開発した.この人工足場をマウス脳梗塞モデルの脳梗塞領域に移植し,VEGF結合ラミニンスポンジが血管新生能を持つことを明らかにした.

 ここで,VEGFの生物活性を損なわずにVEGFをラミニンスポンジに結合させるために,コバルトイオンとアミノ酸の1つであるヒスチジンとの特異的な結合相互作用(アフィニティー結合)を利用した.そのためにまず,化学合成の手法でラミニンスポンジの表面にコバルトイオンを結合させ,一方,細胞に分子を作らせる遺伝子工学の手法でVEGFたんぱく質のC末端にヒスチジンを付加した.これにより両者のアフィニティー結合が実現した.

 マウスの脳梗塞モデルによる実験では,脳梗塞を発症させて3日後に,脳梗塞領域へVEGF結合ラミニンスポンジの移植と,比較のためにVEGFを結合しないラミニンスポンジの移植を行い,7日後に両者の血管誘引能を比較評価した結果,後者では新生血管がほとんど検出されなかったのに対し,前者では脳梗塞領域で顕著な新生血管が認められた.

 今後は,開頭手術を必要としない非侵襲的な人工細胞足場を開発することや,損傷脳の再生医療へと展開させることを目指すとしている.

(注)Mio Oshikawa, Kei Okada, Naoko Kaneko, Kazunobu Sawamoto, and Itsuki Ajioka, "Affinity-Immobilization of VEGF on Laminin Porous Sponge Enhances Angiogenesis in the Ischemic Brain", Advanced Healthcare Mateials, Early view, First published: 10 May 2017, DOI: 10.1002/adhm.201700183