2024/10/09 更新

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サエキ ソウタ
佐伯 総太
SAEKI Sota
所属
大学院医学系研究科 特任助教
職名
特任助教

学位 1

  1. 医学博士 ( 2023年2月   名古屋大学 ) 

研究分野 1

  1. ライフサイエンス / 整形外科学

現在の研究課題とSDGs 1

  1. 異種移植による新しい麻痺治療法開発のための末梢神経内の免疫機構の解明

 

論文 5

  1. Transplantation of embryonic spinal motor neurons into peripheral nerves enables functional reconstruction of a denervated diaphragm

    Asami, Y; Tokutake, K; Kurimoto, S; Saeki, S; Yamamoto, M; Hirata, H

    NEUROSCIENCE   559 巻   頁: 113 - 122   2024年11月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Neuroscience  

    Respiratory muscle paralysis due to trauma or neurodegenerative diseases can have devastating consequences. Only a few studies have investigated the reconstruction of motor function in denervated diaphragms caused by such conditions. Here, we studied the efficacy of transplanting E14 embryonic spinal motor neurons (SMNs) into peripheral nerve grafts for functionally reconstructing a denervated diaphragm in a rat model. The diaphragms of 8-week-old male Fischer 344 rats were first denervated by transecting the phrenic nerves. Subsequently, peripheral nerve grafts taken from the lower limb were used for neurotization of the denervated diaphragms. One week later, fetal E14 SMNs were transplanted into the peripheral nerve grafts. After 3 months, we observed functional contraction of the diaphragm following neuromuscular electrical stimulation (NMES) of the peripheral nerve graft. Additionally, we confirmed that SMN transplantation into the peripheral nerve graft had an inhibitory effect on diaphragm muscle atrophy. The SMNs transplanted into the peripheral nerve grafts formed a structure similar to the spinal cord, and the neuromuscular junction of the denervated diaphragm was reinnervated. These findings suggest the establishment of an ectopic motor neuron pool in the peripheral nerve graft. Free peripheral intra-nerve SMN transplantation in combination with NMES, which can be applied for diaphragmatic pacing, offers novel insights into the development of neuroregenerative therapies for treating life-threatening and intractable respiratory muscle paralysis caused by severe nerve damage and degenerative diseases.

    DOI: 10.1016/j.neuroscience.2024.08.039

    Web of Science

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  2. A Wirelessly Powered 4-Channel Neurostimulator for Reconstructing Walking Trajectory

    Takeuchi, M; Tokutake, K; Watanabe, K; Ito, N; Aoyama, T; Saeki, S; Kurimoto, S; Hirata, H; Hasegawa, Y

    SENSORS   22 巻 ( 19 )   2022年10月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Sensors  

    A wirelessly powered four-channel neurostimulator was developed for applying selective Functional Electrical Stimulation (FES) to four peripheral nerves to control the ankle and knee joints of a rat. The power of the neurostimulator was wirelessly supplied from a transmitter device, and the four nerves were connected to the receiver device, which controlled the ankle and knee joints in the rat. The receiver device had functions to detect the frequency of the transmitter signal from the transmitter coil. The stimulation site of the nerves was selected according to the frequency of the transmitter signal. The rat toe position was controlled by changing the angles of the ankle and knee joints. The joint angles were controlled by the stimulation current applied to each nerve independently. The stimulation currents were adjusted by the Proportional Integral Differential (PID) and feed-forward control method through a visual feedback control system, and the walking trajectory of a rat’s hind leg was reconstructed. This study contributes to controlling the multiple joints of a leg and reconstructing functional motions such as walking using the robotic control technology.

    DOI: 10.3390/s22197198

    Web of Science

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  3. Functional Reconstruction of Denervated Muscle by Xenotransplantation of Neural Cells from Porcine to Rat

    Saeki, S; Tokutake, K; Takasu, M; Kurimoto, S; Asami, Y; Onaka, K; Saeki, M; Hirata, H

    INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES   23 巻 ( 15 )   2022年8月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:International Journal of Molecular Sciences  

    Neural cell transplantation targeting peripheral nerves is a potential treatment regime for denervated muscle atrophy. This study aimed to develop a new therapeutic technique for intractable muscle atrophy by the xenotransplantation of neural stem cells derived from pig fetuses into peripheral nerves. In this study, we created a denervation model using neurotomy in nude rats and transplanted pig-fetus-derived neural stem cells into the cut nerve stump. Three months after transplantation, the survival of neural cells, the number and area of regenerated axons, and the degree of functional recovery by electrical stimulation of peripheral nerves were compared among the gestational ages (E 22, E 27, E 45) of the pigs. Transplanted neural cells were engrafted at all ages. Functional recovery by electric stimulation was observed at age E 22 and E 27. This study shows that the xenotransplantation of fetal porcine neural stem cells can restore denervated muscle function. When combined with medical engineering, this technology can help in developing a new therapy for paralysis.

    DOI: 10.3390/ijms23158773

    Web of Science

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  4. A Therapeutic Strategy for Lower Motor Neuron Disease and Injury Integrating Neural Stem Cell Transplantation and Functional Electrical Stimulation in a Rat Model

    Tokutake, K; Takeuchi, M; Kurimoto, S; Saeki, S; Asami, Y; Onaka, K; Saeki, M; Aoyama, T; Hasegawa, Y; Hirata, H

    INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES   23 巻 ( 15 )   2022年8月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:International Journal of Molecular Sciences  

    Promising treatments for upper motor neuron disease are emerging in which motor function is restored by brain–computer interfaces and functional electrical stimulation. At present, such technologies and procedures are not applicable to lower motor neuron disease. We propose a novel therapeutic strategy for lower motor neuron disease and injury integrating neural stem cell transplantation with our new functional electrical stimulation control system. In a rat sciatic nerve transection model, we transplanted embryonic spinal neural stem cells into the distal stump of the peripheral nerve to reinnervate denervated muscle, and subsequently demonstrated that highly responsive limb movement similar to that of a healthy limb could be attained with a wirelessly powered two-channel neurostimulator that we developed. This unique technology, which can reinnervate and precisely move previously denervated muscles that were unresponsive to electrical stimulation, contributes to improving the condition of patients suffering from intractable diseases of paralysis and traumatic injury.

    DOI: 10.3390/ijms23158760

    Web of Science

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  5. Optimal conditions for graft survival and reinnervation of denervated muscles after embryonic motoneuron transplantation into peripheral nerves undergoing Wallerian degeneration 招待有り 査読有り

    J Tissue Eng Regen Med     2021年

科研費 3

  1. 異種移植による新しい麻痺治療法開発のための末梢神経内の免疫機構の解明

    研究課題/研究課題番号:23K17192  2023年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  若手研究

    佐伯 総太

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

    脊髄損傷や神経変性疾患による下位運動ニューロン障害に対する治療法はいまだに確立していない。末梢神経をターゲットにした神経幹細胞移植は麻痺治療の有望な選択肢になりうる。申請者は、移植細胞の候補として異種移植に注目している。この研究をさらに発展させ、臨床応用へつなげるためには移植条件の最適化が不可欠である。本研究の目的は、末梢神経内で生じる異種由来移植細胞に対する免疫応答を明らかにして、今後の移植成績の改善へつなげることである。今後、この移植技術と医療工学を組み合わせることで、治療法のない難治性麻痺に対する新たな治療法の開発を目指す。

  2. 異所性神経節誘導による感覚運動統合制御システム

    研究課題/研究課題番号:23K24709  2022年4月 - 2025年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    栗本 秀, 西川 惠一郎, 杉浦 洋貴, 下田 真吾, 竹内 大, 佐伯 総太, 建部 将広, 長谷川 泰久, 平田 仁, 山本 美知郎, 岩月 克之, 徳武 克浩, 浅見 雄太

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    担当区分:研究分担者 

    末梢神経内神経幹細胞移植により麻痺筋近傍で脊髄様構造を有する神経節を誘導し、再生した複数の横紋筋を多チャンネル埋め込み型電気刺激装置により制御することで、自立した生活が可能なレベルの機能回復を実現するサイバネティクス技術を開発している。より正確な運動制御を行うため、末梢神経内感覚ニューロン移植により、失われた感覚情報も同時に再建し、体性感覚フィードバックを有した高度な運動制御を可能とする新規麻痺治療技術の開発を目指す。
    より正確な運動制御を行うためには、表在感覚や深部感覚、視覚など多様なモーダリティからの感覚情報を利用して運動を修正する感覚フィードバック制御が不可欠である。本研究では末梢神経内感覚ニューロン移植により、失われた感覚情報も同時に再建し、選択的感覚活動シグナルを検出可能な末梢神経インターフェイスと暗黙知による運動制御を可能とする人工知能により、体性感覚フィードバックを有した高度な運動制御を可能とする新規麻痺治療技術の開発を目指している。本年度は上記の目的に必要な基盤技術の開発を行ってきた。齧歯類の四肢にある細い感覚神経に装着可能な表面電極を作成し、感覚神経活動シグナルを記録できることを確認した。微細加工技術を用いて医療用シリコンと直径50umのステンレスワイヤーを用いて表面電極を作成し、ラット坐骨神経切断直後、断端遠位に装着した表面電極とポリグラフシステム(RMT-1000)を用いて、足部皮膚刺激の感覚活動シグナルを検出することができた。また、ラット下肢の運動制御に必要な制御プログラムの開発を引き続き行い、より滑らかなmuscle synergyによる複数筋のコントロールが可能な制御プログラムを開発した。また、感覚再建に必要な末梢神経への感覚神経細胞移植による感覚分散支配の検証も行っている。坐骨神経切断モデルに胎児の後根神経節細胞を切断遠位の末梢神経に移植し、3ヶ月後に組織評価を行った。神経細胞は生着し、感覚神経再生による感覚受容器の再支配を確認した。今後、細胞移植モデルでの感覚活動電位記録を行い、本研究の目的である感覚ニューロン移植により生体内で感覚情報を獲得し、末梢レベルで感覚運動変換を通じて運動指令を生み出す、全く新しい感覚運動統合制御システムの開発を目指す。
    よりノイズの少ない感覚活動電位を測定するため、齧歯類で使用できる神経インターフェイスの開発を行い、ポリグラフシステム(RMT-1000)を購入し使用した。本年度予定していた齧歯類での触覚刺激や関節運動による感覚活動電位の測定を順調に行うことができた。また、これまでに行ってきた坐骨神経切断モデルラットのWaller変性した末梢神経内に胎児後根神経節細胞を移植する方法により、その神経終末が皮膚のメルケル細胞やマイスナー小体を支配し、脱神経後に変性していく筋紡錘を再構築できることを確認した。引き続き細胞移植による感覚神経再生技術の改善を行い、できるだけ機能の分かれた末梢神経の分枝や遊離神経片に後根神経節ニューロン移植を行うことで、表在感覚、深部感覚、運動と機能別に再建した神経節の誘導を目指していく。
    令和5度は感覚情報を末梢神経から選択的に同定抽出するための、動物モデルによる実験を中心に行う。できるだけ機能の分かれた末梢神経分枝や遊離神経片にニューロン移植を行い、選択的機能を有した異所性神経節を末梢に誘導する。この末梢に構築した神経節を新たに開発した神経インターフェイスを用いて、電気刺激を行い筋収縮をコントロール可能なプログラム作成を行う。同時に、設置した神経インタ ーフェイスから感覚神経の複合活動電位を測定する。皮膚の圧刺激や関節可動による自然誘発電位を抽出しアーチファクトを除去し、神経放電波形から振幅の増加を測定する生体信号解析技術を開発する。周期的な足関節の他動運動やvon Frey filamentを用いた足底の刺激を繰り返し、活動電位を測定する。また、足関節可動と足底刺激の複合刺激による活動電位も確認する。ビデオ記録と活動電位記録を同期し感覚シグナルの解析を行う。さらに、視覚の感覚フ ィードバックシステムに加え、移植細胞からの感覚入力情報を用いたより円滑に複数筋のmuscle synergyを制御できる運動プログラムの開発を進める。これらにより感覚運動統合制御システムを用いた四肢骨格筋や呼吸筋などの機能を再建するための基盤技術を確立する。主に齧歯類を用いて行っていくが、より臨床に近いモデルも確立するため、基盤技術の開発とともに平行して、大型動物を用いたモデル作成も引き続き試みていく。末梢レベルで感覚運動変換を通じて運動指令を生み出す、新しい感覚運動統合制御システムの基盤技術とより臨床に近い麻痺モデル作成を行い、基盤技術の適応について検討する。

  3. 異種移植による末梢神経をターゲットとした新たな麻痺治療法の開発

    研究課題/研究課題番号:20K22496  2020年9月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    佐伯 総太

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:2860000円 ( 直接経費:2200000円 、 間接経費:660000円 )

    神経変性疾患や広範囲神経損傷では、脱神経による不可逆的な筋萎縮が問題になる。特にALSや脊髄損傷による呼吸筋麻痺は命にかかわる喫緊の課題である。脱神経による不可逆的な筋萎縮に対する治療として、ブタ胎子由来神経幹細胞を異種移植源として利用した新たな治療法の開発を目指している。本研究では、臨床応用に向けて移植条件の最適化を目指し、ブタ胎子由来神経幹細胞を異種移植源として異種動物への移植実験を行う。
    本研究の目的はブタ胎児由来の神経幹細胞を末梢神経に異種移植することにより、新しい麻痺治療技術を開発することである。ヌードラットで脱神経モデルを作成し、神経断端にブタ胎児由来の神経幹細胞を移植した。移植3か月後に組織学的評価、電気生理学的評価を行った。ブタ胎児神経幹細胞の異種移植により、脱神経筋が機能再建されたことを示した。今後この技術を医療工学と組み合わせることで、麻痺の新しい治療法の開発を目指す。
    脊髄損傷や神経変性疾患による下位運動ニューロン障害に対する有効な治療法はいまだに在しない。特にALSや脊髄損傷による呼吸筋麻痺は命にかかわる喫緊の課題である。申請者はブタ胎児由来の神経幹細胞を末梢神経へ移植することで、脱神経筋の機能再建が可能であることを示した。今後この異種移植技術と、Brain-Computer Interface等の医療工学を組み合わせることで、治療法のない難治性麻痺に対する新たな治療法の開発を目指す。