ナノ秒パルス電場によるシュワン細胞増殖の制御による末梢神経再生のためのin vitro

毎年、何百万人もの人々が末梢神経系(PNS)と中枢神経系(CNS)の両方が関与する神経損傷に罹患しています¹。研究によると、神経損傷後の CNS の軸索修復能力は非常に限られていますが、PNS^{は SCs 2} の大幅な可塑性により能力が向上していることが示されています。それにもかかわらず、末梢神経損傷後に完全な再生を達成することは依然として困難であり、人間の健康に重大な課題をもたらし続けています^3,4。今日では、自家移植片は、ドナー部位の罹患率^{と利用可能性}が限られているという欠点にもかかわらず、一般的な治療法であり続けています5。このような状況により、研究者は材料⁶、分子因子⁷、電気刺激(ES)などの代替療法を探求するようになりました。軸索の成長と神経再生を促進する因子^として8、適切なESの方法を選択し、ESとSCの関係を探ることが不可欠となる。

SCはPNSの主要なグリア細胞であり、^PNS9,10の再生に重要な役割を果たしています。末梢神経損傷後、SCは急速な活性化、広範な再プログラミング²、およびミエリン形成状態から成長支持形態への移行を経て、神経の再生²を行います。SCの実質的な増殖は、損傷した神経の遠位端で発生しますが、遠位断端のSCは増殖と伸長を受けてBungnerバンドを形成します。これは、軸索を標的臓器に向かって成長させるのに必要です¹¹。さらに、近位および遠位の神経断端からのSCは、神経橋に移動して軸索再生を促進するSCコードを形成します¹²。さらに、これまでの研究では、転写因子¹³、神経栄養因子¹⁴、髄鞘形成制御因子¹³など、末梢神経再生の場合、SCに関連する関連因子の合成と分泌が変化することが示されています。これらに基づいて、末梢神経再生を改善するために、SCの増殖、移動、合成、および関連因子の分泌の促進が広く研究されてきた¹⁵。

これまでの研究では、ESを神経再生に利用できる可能性が示されています¹。ESは、これらの生体分子の電荷分布を変化させることにより、細胞膜の脱分極を誘導し、膜電位を変化させ、膜タンパク質の機能に影響を与えることができるというのが広く受け入れられている説明です¹。ただし、広く適用されているインテンスPEFは、激しい痛み、不随意の筋肉収縮、および心臓細動を引き起こす可能性があります⁸。また、クレアチンキナーゼ(CK)の活性を増加させ、筋力を低下させ、遅発性筋肉痛(DOMS)の発症を誘発します¹⁶。nsPEFは、ナノ秒のパルス幅内で高電圧電界で被験者を刺激する新しい技術であり、細胞レベルの研究で徐々に使用されています^17,18。以前の研究では、細胞増殖と細胞小器官の活性を促進するnsPEFの可能な理論的根拠は、膜ナノポアの形成とイオンチャネルの活性化であり、それが細胞質^Ca2+濃度の増加につながると報告されています¹⁹。nsPEFは、パルスパワー技術を利用して細胞膜を充電し、短時間、急速な立ち上がり時間、高出力、および低エネルギー密度を特徴とするパルスを生成する²⁰。これらの特性は、nsPEFが刺激の副作用が最小限に抑えられた好ましいモードである可能性があることを示唆しています⁸。さらに、nsPEFは、外科的介入と比較して、低侵襲手術、可逆性、調整性、神経組織への非破壊性などの利点を提供します。生物医学分野におけるnsPEFの主流の研究方向性の1つは、高エネルギー電界刺激21,22,23を使用した腫瘍組織アブレーションへの応用です。いくつかの研究結果は、12-nsPEFが損傷を引き起こさずに末梢神経を刺激できることを示しています²⁴。しかし、現在のところ、神経再生の分野でのnsPEFの適用に関する証拠は限られています。また、nsPEFを用いてSCを刺激することは、先駆的な試みであり、さらなるin vivoおよび臨床研究に貢献しています。この研究では、SCのnsPEF刺激が神経再生を促進し、その後の深く体系的な研究に信頼できる基盤を提供できるかどうかを調査しています。