レーザー誘起応力波による難治性神経疾患の遺伝子治療に向けた技術開発

激光应力波基因治疗疑难神经疾病的技术开发

• 批准号: 10J04881
• 负责人: 安藤 貴洋
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J04881/
• 关键词: レーザー誘起応力波; フォトメカニカル波; 遺伝子導入; 脊髄損傷; QスイッチNd:YAGレーザー; RNA干渉; グリア瘢痕; 遺伝子治療; QスイッチNd : YAGレーザー; レーザー誘起衝撃波; small interfering RNA

本研究の目的は、光吸収体にレーザーパルスを照射したときに発生する応力波(Laser-induced stresswave;LISW)による物理的遺伝子導入技術を用いて、難治性神経疾患に対する遺伝子治療を実現することである。本年度は特に、ラット脊髄損傷モデルを対象とした遺伝子治療効果の実証と、経カテーテル的遺伝子導入デバイスによるラット脊髄への標的化遺伝子導入の実証に注力し、その成果を英文専門誌および国内外の学術会議で発表した。脊髄損傷後の機能改善には神経軸索の可塑性が重要であるが、損傷後に過剰発現した中間径フィラメントタンパク質(GFAP、vimentin)から形成される瘢痕が神経軸索の再生を阻害する一因となっている。この過剰発現タンパクを抑制するための一つの方法として、特定のタンパク発現に関わる塩基配列をノックアウトしてタンパク発現を抑制する遺伝子、small interfering RNA(siRNA)を神経系細胞に取り込ませる方法が挙げられる。本研究では、脊髄損傷モデルラットを対象として、過剰発現する中間径フィラメントタンパク質を標的としたsiRNA溶液を髄腔内に注入後、LISWを適用し、タンパク発現の抑制効果と運動機能の改善効果を検証した。脊髄損傷から3週間後までの運動機能を評価した結果では、LISW適用群において、脊髄損傷のみの群、siRNA注入のみの群に対して統計学的に有意に高いスコアが得られ、それが神経軸索の顕著な伸長によるものであることを示した。一方、本遺伝子導入法を経カテーテル的に応用するため、先端部の最大外径が2.7mmの遺伝子導入デバイスを作製し、脊髄への遺伝子導入に必要なLISWの圧力特性(レーザーフルエンス1.0 J/cm^2、スポット径1mm、パルス数30)と顕著な遺伝子発現が得られることをラットを対象とした実験で実証した。現在、脊椎内視鏡下手術をはじめとする脊椎と脊髄の疾患の低侵襲外科手術が一般的になり始めているため、柔軟に治療部位を制御できる本デバイスの開発は、臨床現場での脊髄損傷の遺伝子治療に極めて有用となる成果である.

The purpose of this study is to develop a Laser-induced stress wave (LISW) for the application of physical gene transfer techniques in the treatment of refractory neurological disorders. This year, we focused on the demonstration of gene therapy results in the field of gene therapy, and gene therapy. The improvement of spinal function after spinal injury is mainly due to the plasticity of the axons, the development of the intermediate pathway (GFAP, vimentin) after spinal injury, and the formation of scars that inhibit axonal regeneration. A method for inhibiting the development of this protein is described in this paper. A method for inhibiting the development of a gene, small interfering RNA(siRNA), in a cell line is described. In this study, we demonstrated the effectiveness of LISW in inhibiting motor function after injection of siRNA solution into the cavity. The results of motor function evaluation after 3 weeks of spinal injury showed that LISW application group, spinal injury group, siRNA injection group and statistical analysis group were significantly higher than those of control group. The pressure characteristics of LISW necessary for the introduction of the carrier (1.0 J/cm2, diameter 1mm, number 30) are verified. The maximum diameter of the carrier at the tip is 2.7 mm. Now, spinal endoscopic surgery is a low-invasive surgical procedure for spinal and spinal diseases. It is a general procedure, a soft procedure, a treatment site control procedure, and a clinical field procedure for spinal injuries.

项目成果

Comparison of therapeutic effects between pulsed and continuous wave 810-nm wavelength laser irradiation for traumatic brain injury in mice.

• DOI: 10.1371/journal.pone.0026212
• 发表时间: 2011
• 期刊: PloS one
• 影响因子: 3.7
• 作者: Ando T;Xuan W;Xu T;Dai T;Sharma SK;Kharkwal GB;Huang YY;Wu Q;Whalen MJ;Sato S;Obara M;Hamblin MR
• 通讯作者: Hamblin MR

In vivo siRNA delivery into injured spinal cord by photomechanical waves

通过光机械波将 siRNA 体内递送至受损脊髓

• 发表时间: 2010
• 作者: Takahiro Ando;Shunichi Sato;Terushige Toyooka;Hiroaki Kobayashi;Hiroshi Nawashiro;Hiroshi Ashida;Minoru Obara;安藤貴洋;Takahiro Ando;Takahiro Ando
• 通讯作者: Takahiro Ando

Mechanisms of action of transcranial laser therapy for traumatic brain injury and beyond

经颅激光治疗创伤性脑损伤及其他疾病的作用机制

• 发表时间: 2012
• 作者: Michael R. Hamblin;Weijun Xuan;Liyi Huang;Takahiro Ando;Qiuhe Wu
• 通讯作者: Qiuhe Wu

脊髄損傷の低出力レーザー治療 : 偏光特性の影響

低功率激光治疗脊髓损伤：偏振特性的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: 安藤貴洋;佐藤俊一;川内聡子;小林弘明;苗代弘;芦田廣;小原實
• 通讯作者: 小原實

Efficient delivery of small interfering RNA into injured spinal cords in rats by photomechanical waves

通过光机械波将小干扰 RNA 有效递送至大鼠受损脊髓

• 发表时间: 2011
• 作者: Takahiro Ando;Shunichi Sato;Terushige Toyooka;Hiroaki Kobayashi;Hiroshi Nawashiro;Hiroshi Ashida;Minoru Obara;安藤貴洋;Takahiro Ando
• 通讯作者: Takahiro Ando