Henry Ford Hospitalの研究チームは、動物を使った新しい研究で、卒中発作後に幹細胞から放出される エクソソーム と呼ばれる微小な (50nm) 脂質性の細胞内器官に内包されるRNA (リボ核酸) 塩基配列のごく短いmicroRNAのうち、特定のものが神経的な回復に一役買っていることを突き止めた。研究チームのラットを用いた実験では、この特定のmicroRNAが幹細胞からエクソソームを使って脳細胞に送られ、卒中発作後の機能回復を強化していた。
この研究で、幹細胞が負傷した組織の再生に重要な役割を果たしていることが明らかになってきただけでなく、成人に長期的な障害を引き起こす卒中や神経疾患に新しい治療法を開発できる希望も生まれてきた。この研究論文は、2013年4月30日付オンライン版「Stem Cells」に掲載されている。卒中患者のほとんどは、手など一旦はマヒしていた体の各部分を自分の意思で使えるところまで回復するが、約半数の患者は体の片側が自由に動かない状態が続き、一生障害を抱えることになる人も大勢いる。現在のところ、卒中患者の運動機能を改善したり、回復する治療法はなく、その原因として脳や神経が損傷した後に自ら修復する機序が’まだ謎に包まれていることが挙げられる。
この研究論文の首席著者、Henry Ford Neuroscience Instituteの科学部長、Department of Neurology at Henry Ford Hospitalのvice chairmanを務めるMichael Chopp, Ph.D.は、「この研究は、脳が、卒中その他の外傷を受けた後、自分自身を治療する能力があり、それに対して特定の幹細胞がそれぞれ異なる度合いで役割を果たしていることを証明し、これまで謎とされてきた問題の一つを解決に導いた可能性がある」と述べている。
実験は、研究室のラットの骨髄から間葉幹細胞 (MSCs) を分離したところから始まる。分離後、特定のmicroRNA分子を含んだエクソソームを放出するようにMSCsの遺伝子を組み換え、MSCsは、その特定のmicroRNAを含んだエクソソームを生産する「工場」に変わった。
このようなmicroRNAが、生物学的機能を制御するマスター・スイッチの役割を果たしているのだが、このチームの研究で、miR-133b と呼ばれるmicroRNAが、エクソソームで運ばれ、卒中発作後の機能回復に関わっていることが明らかになった。研究チームは、MSCs中のmiR-133bの量を遺伝学的に増やしたり減らしたりしてそれぞれの条件でラットを処理した結果、卒中発作24時間後にラットの血中にMSCsを注入するとMSCsが脳に入り、エクソソームを放出し始めた。
さらに、エクソソーム中のmiR-133b濃度を引き上げると神経系統の回復が強まり、逆にエクソソームからmiR-133bを取り除くと神経系統の回復が大幅に遅れるという結果も得られた。
ラットの卒中は、ラットに麻酔をかけた上で、頸動脈にナイロン糸を差し込み、脳の大動脈である中大脳動脈を塞ぐという方法を取った。ラットに卒中症状を起こしてから24時間経った時にMSCsを注入し、神経系統の回復を測定した。神経系統の回復を計る方法として、ラットには2種類の運動テストを行った。まず前脚と前足の正常な機能を計る「foot-fault test」では不均一に並べられた格子の上を歩かせ、「adhesive removal test」では、前足に貼り付けた粘着テープをはがすのにかかる時間を測定した。そのテストの後、障害を負ったラットをいくつかの集団に分け、個々の集団に食塩水、MSCs、miR-133bを増量したMSCs、miR-133bを減量したMSCsのいずれかを注射し、注射してから3日後、7日後、14日後に各集団のラットに上記の2種類の運動テストを繰り返した。
データから、miR-133bを増量したエクソソームを含んだMSCsを注射したラット集団で神経系統の回復が促進され、軸索の柔軟性が強化されていることが実証されているが、これは脳のリワイアが進んでいることを示している。一方、miR-133bを減量したエクソソームを含んだMSCsを注射した集団では、神経系統の回復促進が行われていない。
研究チームは、この実験があくまでも動物を対象にした実験であることを強調しているが、この研究成果は、卒中患者にとって最大の懸念である身体的な障害の治療に結びつく可能性がある。また、脳損傷や脊髄損傷などの神経系統外傷を負った患者も神経系統の機能を取り戻し、より良い人生を送ることができるようになるかもしれないということだ。
■原著へのリンクは英語版をご覧ください：Specific miRNA in Stem-Cell-Secreted Exosomes Contributes to Stroke Recovery
