【ITニュース解説】Polylaminin promotes regeneration after spinal cord injury (2010)

人間の体を制御する神経系は、脳を司令塔とする巨大な情報通信ネットワークに例えられる。その中でも脊髄は、脳と体の各部分とを結ぶ最も重要な幹線ケーブルとしての役割を担っている。この脊髄が事故などで損傷を受けると、脳からの指令が手足に届かなくなったり、手足からの感覚が脳に伝わらなくなったりして、麻痺などの深刻な後遺症が残る。一度損傷した脊髄の神経細胞は、自然に再生することが極めて難しい。その理由の一つに、損傷部位に形成される瘢痕組織が、神経線維が再び伸びていくのを物理的に妨げてしまうことが挙げられる。この障壁を乗り越え、切断された神経をいかにして再接続させるかという点が、長年にわたる医学研究の大きな課題であった。

この課題を解決するため、神経線維の再生を助ける「足場」となる物質を損傷部に供給するというアプローチが研究されてきた。神経線維が伸びていくためには、適切な道筋と接着点が必要となる。その足場として注目されてきたのが「ラミニン」というタンパク質である。ラミニンは、もともと私たちの体内に存在し、細胞が特定の場所に留まったり、移動したり、成長したりする際の基盤となる細胞外マトリックスの主要な成分だ。特に、神経細胞から伸びる軸索という信号伝達を担う線維の成長を強力に促進する働きがあることが知られていた。しかし、ラミニンを精製して治療に用いるには、体内に注入するとすぐに分解されてしまう、あるいはゲル状にしにくいなど、物質としての安定性に課題があり、その効果を十分に発揮させることが難しかった。

2010年に発表されたこの研究は、ラミニンが持つ課題を克服する新しい生体材料「ポリラミニン」を開発し、その有効性を動物実験によって実証したものである。ポリラミニンとは、その名の通り、多数のラミニン分子を化学的に連結させ、高分子ポリマーの形にしたものだ。単一の分子（モノマー）を多数つなぎ合わせて鎖状や網目状の高分子（ポリマー）にすることで、物質の強度や安定性を向上させる技術は、工業材料の世界では広く用いられている。研究チームは、この工学的なアプローチをタンパク質に応用した。ポリマー化されたポリラミニンは、個々のラミニン分子よりもはるかに安定しており、損傷部位に注入した際に分解されにくく、長期間その場に留まることができる。さらに、自己組織化して網目状の構造を形成する性質を持つため、神経線維が伸びていくための物理的な足場として、より理想的な環境を提供することが可能になった。

研究チームは、脊髄を損傷させたラットを用いてポリラミニンの効果を検証した。ラットの脊髄に損傷を作り、その損傷部位に液体状のポリラミニンを注入した。注入されたポリラミニンは、体温でゲル状に固まり、損傷によって生じた隙間を埋める安定した足場を形成した。数週間後にその組織を観察したところ、驚くべき結果が確認された。ポリラミニンを注入しなかった対照群のラットでは、神経軸索は瘢痕組織に阻まれてほとんど再生しなかったのに対し、ポリラミニンを注入したラットでは、多数の神経軸索が損傷部位を越えて長く伸び、切断された神経回路が再接続されている様子が観察されたのである。これは、ポリラミニンが形成した足場が、神経再生の障壁となっていた瘢痕組織の影響を克服し、軸索が伸びるための適切なガイドとして機能したことを示している。

さらに重要なのは、この構造的な再生が、実際の機能回復につながったという点である。研究チームは、ラットの後ろ足の運動機能を詳細に評価した。その結果、ポリラミニン治療を受けたラットは、未治療のラットに比べて、歩行能力が有意に改善していることが明らかになった。これは、再生した神経が再び脳からの運動指令を足の筋肉に伝えるという、本来の役割を果たし始めたことを意味する。単に神経線維が物理的に繋がっただけでなく、情報通信路としての機能を取り戻したことを示す画期的な成果であった。この研究は、化学的な工夫によって生体分子の機能を高めた新しい材料が、これまで極めて困難とされてきた中枢神経系の再生を可能にすることを示した。もちろん、この技術が人間への臨床応用に至るまでには、さらなる安全性の検証や、より効果的な投与方法の開発など、多くの研究が必要となる。しかし、ポリラミニンという工学的に設計された足場材料が脊髄損傷治療に新たな道を拓く可能性を示した、非常に重要な一歩であると言えるだろう。