当院で実施中の臨床研究について

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当センターにおける基礎研究について

 救命センターと言えば,他科に比較して臨床一本やりのイメージがあるかと思います。しかし,ありとあらゆる最新の治療を尽くしても立ちふさがる壁に阻まれる症例も多く経験します。救命という観点だけではありません。救命し得たとしても,後遺症にて日常生活への復帰が果たせない症例もあるのです。治療の限界,これは重症病態の病因が本質的に解明できていないことに起因しています。そのため,救急・集中治療領域においても,世界的に様々な方面からの基礎研究が活発に行われています。
  [参考文献]
  救急・集中治療医学レビュー(最新主要文献と解決)2012-'13 総合医学社
   V章 救急・集中治療に関連した重要事項
     3. 敗血症(sepsis)と全身性炎症反応症候群(SIRS) 小倉裕司,山川一馬
     7. 救急・集中治療における基礎医学トピックス  松本直也

 全身侵襲に対し,生体はどのような応答をして克服していくのか,そのメカニズムを明らかにしなければなりません。侵襲下では炎症が誘導されます。本来,炎症は損傷を受けた組織が修復するための大切な過程です。しかし,重症患者においては炎症の嵐が持続し,さらに自身を障害する病態が存在します。なぜ,重症患者では,炎症の制御が破綻してしまうのでしょうか。一方,重症患者は感染に弱いという一面も持ち合わせています。過剰な炎症と免疫抑制が共存するという不可思議な現象に陥る例が多々認められます。
 救急・集中領域の治療は日々進歩しています。先進的な装置を用いて呼吸,循環を管理し,代謝・栄養を改善する技術の恩恵を被っています。しかし,全身炎症の鎮静化,合目的的な免疫の賦活を根本から成し得る治療は皆無に等しいのです。これこそが救急分野の治療限界といって過言ではないでしょう。

 大阪大学大学院医学系研究科生体統御医学救急医学講座(大阪大学医学部附属病院高度救命救急センター研究室)では,この限界を突破すべく,急性病態重症化の解明と新たな治療の開発を目指しています。
 動物モデルとして
  ・敗血症
  ・クラッシュ症候群
  ・熱中症
  ・脳虚血
  ・頭部外傷(近日立ち上げ予定)
  ・心肺停止(近日立ち上げ予定)
を用いながら,細胞培養実験と組み合わせて,組織学的,生理学的,分子生物学的な解析を行っています。
特に,現在では,炎症を惹起する自己由来の物質(DAMPs: damage-associated molecular patterns)の新規同定,全身炎症・凝固機能異常・ショックの根幹をなす血管内皮細胞障害に注目して,重症病態の解明を行うと同時に,新規薬剤・細胞治療の効果を判定し,実際の臨床応用に向けた新たな治療法の開発を進めています。

[共同研究施設]
 ・京都大学工学研究科医学研究科安寧都市ユニット
 ・大分大学医学部麻酔科学講座
 ・藍野大学藍野再生医療研究所
 ・理化学研究所生命システム研究センターナノバイオプローブ研究チーム
 ・大阪大学大学院薬学研究科毒性学分野
 ・大阪大学大学院薬学研究科生命情報解析学分野
 ・大阪大学大学院医学系研究科各研究室

敗血症・多臓器不全の病態解明,治療開発

 ・腸管は全身侵襲に対し脆弱な器官の一つです。腸管は栄養を吸収する役割を担っているだけではありません。腸管には腸内細菌叢が発達しており,これらの腸内細菌叢と呼応しながら,全身免疫系を安定化させていることが分かってきています。また,腸管からは様々なホルモンを分泌しており,全身代謝にも寄与しています。集中治療を要する全身侵襲下において,腸管虚血および,腸管機能不全が,全身のホメオスターシス破綻に深く関与していると考えられます。ラビットにLPS(エンドトキシン)を投与する敗血症モデルを用いて,腸管局所の血流の評価を行っています。また,我々は,全身侵襲下においてなぜ腸管上皮が再生しにくくなるのか,どうしたら上皮としての機能を維持することができるのか,腸管機能不全がどう全身免疫系や代謝の破綻に関与するのか,という課題に立ち向かっています。救命センターにおけるシンバイオティックス治療の成果を含め,新たな全身侵襲に対する腸管保護療法の開発を,基礎実験の側面からも進めていきます。

 ・多発重症外傷及び敗血症に引き続く多臓器不全に対し,全身性炎症反応(SIRS)をいかに効率よく抑制し,荒廃した臓器を再建していくかが,重要かつ急務を要する課題となっています。我々は,これを克服するために細胞移植治療を応用しようとしています。
 細胞移植治療は,今までに心筋梗塞,脳梗塞,脊髄損傷等に対し開発され,実際に臨床応用が始まっています。移植に用いる細胞は骨髄間質細胞,血管内皮前駆細胞,神経幹細胞等,目的に応じて使用されています。移植された細胞は,障害を受け脱落した組織を構成する細胞へと分化するだけでなく,組織保護的に働く分泌性因子を放出し,組織保護作用を発揮するとともに,抗炎症作用も有しているようです。
 我々は,ラットの敗血症・多臓器不全モデルに対して骨髄間質細胞を経静脈的に投与すると,生存率が改善すること,全身性の炎症を著明に抑制することを示しています。今後,そのメカニズムを明らかにするとともに,実際の臨床応用が可能となるように工夫していきます。

中枢神経系傷害に対する保護・再生医療

 神経細胞は一度障害を受けると,基本的には再生しないと考えられています。このため,救命センターに搬送される頭部外傷,脳梗塞,脳出血,脳炎等は,たとえ救命できても後遺症を残す可能性が高い疾患群です。また,心肺停止に対する救命率が上昇する一方,遷延性意識障害の克服が重要課題となっています。いかに侵襲に対し,中枢神経系を保護し,再生させるかを,我々は独自の視点から研究しています。


●脈絡叢・脳脊髄液の解析

 中枢神経は,脳脊髄液という特殊な環境下に置かれています。神経の研究は,主にニューロンを中心に発展してきました。最近になり,ニューロンを支持する細胞群,すなわちアストロサイト,オリゴデンドロサイトの機能が,ニューロンと関連しながら,中枢神経の維持に重要な役割を果たすことが明らかとなってきています。更に我々は,これらの個々の細胞群を包括的に影響を与える可能性のある脳脊髄液に注目しています。地球を例にするならば,地球に住む生物が危機に陥った時,瀕死の生物を助けるだけでなく,大気とか海とか,生物を取り巻く環境の悪化にも注意を配らなければなりません。中枢神経環境を特徴づける脳脊髄液が,中枢神経系機能維持に重要な役割を果たしているのではないかと考えています。脳脊髄液のほとんどを産生する脈絡叢細胞を,ラット脳梗塞モデルの脳室内に移植すると,脳梗塞損傷を抑制し,予後が改善することを明らかにしています。脈絡叢からは,様々な神経保護作用を有する因子が分泌されているようです。現在,脳虚血性疾患だけでなく,敗血症を代表とする多臓器不全における脳症を含め,集中治療を要する急性疾患における脈絡叢,脳脊髄液の役割の解明の研究に着手しています。将来的に,脈絡叢細胞を賦活化させることにより中枢神経系を活性化する治療の開発を行っていく予定です。


●脳虚血疾患における脳保護

 我々の一つの目標が,蘇生後脳症の克服です。我々は,スナネズミを用いた脳虚血再還流損傷モデルを用いて,脳血流,脳温を測定するとともに,実態顕微鏡を用いて脳血管径を評価する手技を有しています。これまでに,脳虚血時間が長くなると脳血流の改善が悪く,脳温が上昇したままになることを示しました。低体温療法を導入すると,虚血再灌流後の過還流を抑制し,さらには,その後に引き続く小動脈の血管収縮を抑制することで,生存率を改善させることを明らかにしました。一方,我々の実験系では,全脳虚血に対する生存効果を得るためには,虚血後10分以内の低体温療法の導入の必要性があると結論づけており,現実的な臨床の現場では,心肺停止患者に対して病院前からの脳低温療法の導入が合理的ではないかと考えております。現在,低体温・低脳温における脳保護作用を再検討し,よりよい臨床への応用を目指しています。


●敗血症性脳症の研究

 重症敗血症に対する集学的治療により救命を得たとしても,記憶障害を含む高次脳機脳機能障害により社会復帰が阻まれる症例が存在します。敗血症に伴う二次的な脳虚血,血液ガス異常,臓器不全による代謝異常だけでは説明できません。我々は,敗血症による全身炎症に引き続き血液脳関門が破綻し,海馬における炎症細胞の浸潤・活性化が促進され,これらの細胞から分泌されるIL-1βが記憶に関与する長期増強を抑制することを明らかにしています。現在,非侵襲的に頭蓋内の炎症を抑制するデバイスの開発に取り組んでいます。


●脊髄損傷に対する再生医療

 脊髄損傷に対する細胞移植治療は,世界的にもさまざまな角度から応用されています。代表的なものは,骨髄間質細胞を用いた治療です。非常に有望な治療ですが,欠点は,移植に用いる骨髄間質細胞を増やすのに培養する必要があり,移植までに1,2週間程の時間を要することです。我々は,ラット脊髄損傷モデルに対し,骨髄単核球細胞を脳室内に投与すると,損傷を抑制し,行動学的な機能改善を認めることを示しました。単核球細胞であれば,急性期に患者本人より回収し,そのまま移植することが可能です。

外傷モデルの開発と外傷による多臓器不全発症のメカニズムの解明,治療開発

 外傷学は奥が深いです。損傷を受けた局所的な臓器のみの障害に留まらず,直接的な損傷を受けていない多臓器が機能不全状態に陥ることが,臨床的にしばしば経験されます。どうしてそんなことが起きるのでしょうか?

●クラッシュ症候群の病態解明と治療法開発
 我々は,外傷モデルとして,ラットのクラッシュ損傷モデルを独自に開発してきました。クラッシュ症候群は,地震などの災害で,倒れた物に体が挟まれ,救出後に多臓器不全に陥る病態です。挫滅した筋肉から血液中に出てくるカリウムによる不整脈,ミオグロビン等による腎不全を回避しても,多臓器不全を併発する症例が存在します。我々のクラッシュ損傷モデルを解析したところ,局所的な下肢の圧迫損傷により,急性肺障害を来たすことが明らかとなりました。この病態に,血管内皮細胞障害が関与していることを示唆しました。血管内皮に保護的に働くトロンボモジュリン,ATIIIの投与が,クラッシュ症候群の生存率を改善することも明らかにしました。さらに,外傷における全身侵襲の解析,多臓器不全への移行を回避する新たな治療法の開発を推進しています。


●第一次爆傷で生じる呼吸・循環変動のメカニズム解明と治療法の開発

 爆発外傷(爆傷)は紛争やテロが続く現在、決して特殊な外傷であるとは言えません。米国の災害医療講習(National Disaster Life Support : NDLS)においても災害医療の一つとして大きく取り上げられております。爆傷は1940年台からその特徴が示され研究が始まっていました。
 爆傷はいくつかの分類方法がありますが主に3つ(第一次?第三次)に分けられます。
 第一次爆傷は肺・腸管・鼓膜といった空気を含有する臓器および脳に障害をもたらします。第二次爆傷は爆発によって飛散する物体が体に衝突する事によって生じる損傷です。第三次爆傷は体が爆発によって体が吹き飛ばされる事により生じる外傷です。我々はこれらの中でも爆傷に特徴的な第一次爆傷に関する研究を行ってきました。
 第一次爆傷は肺・腸管・鼓膜といった含気のある臓器に損傷を与えると同時に呼吸や循環に対して無呼吸・血圧の低下・徐脈の三徴候を示す事が古くから知られていました。この爆傷を再現するため圧縮空気を利用した衝撃波作成装置を用いて、胸部へ衝撃波が作用する事によって三徴候が生じること、さらに迷走神経を介した反射で生じる事を示してきました。  第一次爆傷での三徴候のメカニズムの解明および治療法を開発するため、この第一次爆傷に与える様々な薬剤の影響に関して検討を行いました。徐脈に対してはアトロピンが有効であり、コリンエステラーゼ阻害薬であるピリドスチグミンは徐脈を悪化させ、モルヒネは無呼吸時間を延長させました。これら3つの薬品は兵士が戦場で使用する可能性のある薬品であり、第一次爆傷での三徴候に何らかの影響を与える可能性が示唆されました。
 また、肺に存在する神経繊維終末にあるセロトニンレセプター(5HT3レセプター)を刺激すると、興味深い事に上記三徴候(無呼吸・血圧の低下・徐脈)が生じます。これはすでに知られていた反射なのですが、この反射が第一次爆傷の三徴候を生じさせるとの仮説に基づき実験を続けました。このレセプター(肺のJレセプター)阻害薬であるオンダンセトロンは爆傷による三徴候に影響を与えませんでした。また、血圧の低下は肺のJレセプター刺激に起因する交感神経の緊張の減弱と予想されましたが、交感神経の影響を取り除くグアネチジンを実験前に投与しても爆傷による血圧の低下が生じました。
 呼吸に関しては、中枢性の呼吸刺激薬であるドキサプラム投与によって第一次爆傷の無呼吸時間は短縮し、酸素化が改善する事が示されました。
 このような薬剤投与実験の結果から、第一次爆傷による三徴候は迷走神経を介した反射であることは明らかなのですが、既知の反射経路では説明が困難であること、ドキサプラムは治療に役立つ可能性がある事が示されました。第一次爆傷への治療法の開発として期待されます。