JP2016047026A - 視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部であって、視床後外側腹側核内の少なくとも1つの感覚神経線維が走行する領域に血管障害を有しており、これにより感覚神経線維に対応する身体の一部に異痛症様の症状を有するモデル動物またはその生体の一部。
【選択図】なし
Description
ただし疼痛には感覚統合など認知的側面が関係しており、また患者において疼痛との関連が知られている脳領域の一部は霊長類のみに存在していることが知られている。すなわち、上述したような疼痛モデルとして供されるラットやマウス等の齧歯類の脳では、疼痛に関わるヒトと相同な脳領域がそもそも欠落しているという問題があった。
さらに、脳内に生じた血管障害に由来する中枢性神経障害性疼痛は、特に視床における血管障害により引き起こされるケース(視床痛)が多いことが知られている。このような視床痛の発生は、血管障害による病変と当該病変による周囲の構造の機能再編成が大きな要因であると示唆されている。このような血管障害による病変とその周囲の構造の機能再構成は視床痛の個々の病態を複雑にし、その他の個々の治療は症例により異なり、困難となる。そこで視床痛に対しては、個々の例において脳内活動等の詳細な病態解析を行い、脳内の疼痛関連構造における異常な活動部位等の把握が重要となる。しかしながら、従来の齧歯類の疼痛モデルでは脳の大きさが小さく、機能的脳画像法等による詳細な脳内活動の解析は実質的に困難であった。
このように、ラットやマウス等の疼痛モデルでは、ヒトの神経障害性疼痛、とりわけ視床痛のメカニズムの解明には不十分であった。
視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部であって、
前記モデル動物は、視床後外側腹側核内の少なくとも1つの感覚神経線維が走行する領域に血管障害を有しており、これにより前記感覚神経線維に対応する身体の一部に異痛症様の症状を有することを特徴とするモデル動物またはその生体の一部に関する。
前記モデル動物が、視床後外側腹側核内の上肢または下肢の感覚神経線維が走行する領域に血管障害を有しており、これにより上肢または下肢に異痛症様の症状を有することを特徴とする。
また、本発明のモデル動物またはその生体の一部の一実施の形態においては、
前記モデル動物が、マカクザルであることを特徴とする。
また、本発明のモデル動物またはその生体の一部の一実施の形態においては、
前記モデル動物が、視床後外側腹側核以外の脳の領域に血管障害を有していないことを特徴とする。
(a)前記モデル動物の脳のうち視床後外側腹側核を含む部分を画像化して、前記視床後外側腹側核の位置を同定する工程と、
(b)前記位置が同定された視床後外側腹側核のうち目的の感覚神経線維が走行する領域を、電気生理学的手法を用いて同定する工程
(c)同定した前記目的の感覚神経線維が走行する領域に血管障害誘導剤を注入する工程
とを含み、これにより、前記非ヒト霊長類モデル動物が前記目的の感覚神経線維に対応する身体の一部に異痛症様の症状を有することを特徴とする、作成方法に関する。
ここで、本発明の視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部の作成方法の一実施の形態においては、
前記(a)工程において、前記視床後外側腹側核を含む部分の画像化が、核磁気共鳴画像装置により行われることを特徴とする。
また、本発明の視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部の作成方法の一実施の形態においては、前記電気生理学的手法が、
(b’)前記位置が同定された視床後外側腹側核内の目的の感覚神経線維が走行する領域へ電極を挿入する工程と
(b’’)前記目的の感覚神経線維に対応する身体の一部に刺激を加え、前記目的の感覚神経線維における神経細胞の活動電位を測定し、活動電位が検出された時に前記電極が挿入された領域を前記目的の感覚神経線維が走行する領域として同定する工程と
を含む手法であることを特徴とする。
また、本発明の視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部の作成方法の一実施の形態においては、目的の感覚神経線維が、上肢または下肢の感覚神経線維であることを特徴とする。
また、本発明の視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部の作成方法の一実施の形態においては、前記血管障害誘導剤が、コラゲナーゼIVまたはエンドセリン−1であることを特徴とする。
また、本発明の視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部の作成方法の一実施の形態においては、前記モデル動物が、視床後外側腹側核以外の脳の領域に血管障害を有していないことを特徴とする。
前記非ヒト霊長類モデル動物に対して被験物質を投与する工程と、
前記非ヒト霊長類モデル動物が有する異痛症様の症状に対する前記被験物質の効果を測定する工程と
を含む、視床痛に対する治療薬のスクリーニング方法に関する。
また、本発明の別の態様によれば、本発明は、視床痛の改善のためのリハビリテーションの評価方法であって、
前記非ヒト霊長類モデル動物がリハビリテーションを行う工程と、
前記非ヒト霊長類モデル動物が有する異痛症様の症状に対する前記リハビリテーションの効果を測定する工程と
を含む、視床痛の改善のためのリハビリテーションの評価方法に関する。
(1)本発明の視床疼痛を有する非ヒト霊長類モデルによれば、ヒトと同様の疼痛に関わる脳領域を有しているため、視床痛のメカニズム解明、治療方法開発等のためのより好ましいモデル動物を提供することができる。
(2)従来の齧歯類モデルでは視床VPL以外の領域にも損傷を生じるケースが多かったが、本発明の非ヒト霊長類モデル動物では脳が齧歯類と比べて大きいことを利用し、視床VPL内に限局的な損傷の作成を試みた。背景にあるメカニズムを検証するためには、安定して特定の領域に限局した損傷を作成することが重要であり、本発明の非ヒト霊長類モデル動物はこのニーズを満たすことができる。さらに、本発明の非ヒト霊長類モデル動物によれば、視床後外側腹側核内のうち特定の身体の一部(例えば、上肢)に対応する神経線維が走行する領域へ障害を生じさせることができるため、上肢や下肢、片側や両側、またはそれらの組み合わせのように、障害を選択的に生じさせることが可能である。
(3)本発明の非ヒト霊長類モデル動物によれば、齧歯類モデルでは実質的な評価が困難であった機能的MRI等を用いた脳活動の計測が可能である。齧歯類でも原理的に不可能ではないが、脳が小さいために空間解像度が極めて悪くなり、実質的には困難である。また、齧歯類モデルでは、一部の脳領域ではヒトと相同な領域が存在しないためにヒト患者の脳活動と比較することができない。自ら疼痛を報告できない動物において、行動学のみならず脳活動からも疼痛の発生やメカニズムを推定できること、また治療過程の脳内活動を評価できることは大きなメリットである。
(4)ヒトの脳卒中患者では発症後数週間経過したのちに疼痛の症状が生じることが多い。疼痛の背景には神経回路の不適切な再構成があるために、このような時間差が生じると考えられている。非ヒト霊長類を用いた本発明のモデルにおいても、脳損傷後2週間以降に疼痛の症状が生じた。一方、これまでに報告されている齧歯類のモデルでは、脳の損傷から早い段階で疼痛の症状が生じており、ヒトの脳卒中患者でみられるような脳損傷から疼痛の症状発生までの時間差が再現されていない。このような点においても、本発明のモデル動物のほうが疼痛の背景にある神経回路の変化を検証するために有効であると考えられる。
本明細書において、「視床痛」とは、視床における出血性や虚血性の血管障害等により引き起こされる視床の損傷または機能障害に起因する疼痛をいう。そして、視床痛は運動や温度刺激等の外部刺激により誘発され得る場合があり、身体の一部に異痛症(allodynia)を発症する場合が多々ある。ここで、異痛症とは、通常では疼痛をもたらさない様な刺激が、疼痛として認識される感覚異常のことをいう。本発明の視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物では、とりわけ、視床後外側腹側核内に人工的に血管障害を引き起こすことにより、身体の一部に異痛症様の症状を生じさせたものである。
本発明においては、被験体の脳のうち、上記の感覚神経線維が走行する領域に血管障害を生じさせることで、対応する身体の一部に異痛症様の症状を発症させる。なお、本明細書において、「感覚神経線維が走行する領域に血管障害を生じさせる」という場合、視床VPL内の当該領域に走行する神経線維に当該血管障害に起因した損傷を生じさせることに加え、視床VPLを構成するニューロンの細胞体に対しても当該血管障害に起因した損傷を生じさせることを含む。また、血管障害の対象として選択される感覚神経線維の走行する領域は、少なくとも1つの感覚神経線維が走行する領域であればよく、例えば、上肢および下肢に関わる感覚神経線維が走行する領域のように、複数の感覚神経線維が走行する領域を選択することもできる。また、右脳または左脳のいずれか片側の脳の視床後外側腹側核内に血管障害を生じさせることもできるし、両側の脳の視床後外側腹側核内に血管障害を生じさせてもよい。
また、本明細書において、特定の身体の部分からの刺激信号が視床後外側腹側核内の特定の感覚神経線維へ伝達される関係について、当該特定の身体の一部と当該特定の感覚神経線維が対応しているといい、本明細書において「感覚神経線維に対応する身体の一部」とは、例えば、上肢の感覚神経線維に対応する身体の一部は上肢であり、下肢の感覚神経線維に対応する身体の一部は下肢であることを意味する。
本発明の視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物を作成するにあたり、まず、(a)モデル動物の脳のうち視床後外側腹側核を含む部分を画像化し、前記視床後外側腹側核の位置を同定する。
なお、脳内の構造はマカク属に属するサルで詳細に調べられており、マカクザルにおいて視床後外側腹側核の位置を同定することは容易である。また、非ヒト霊長類として上記に列挙したオナガザル科に属するサルまたはオマキザル科に属するサルにおいても脳内の構造および視床後外側腹側核の位置はマカクザルとほぼ同一であり、マカク属のサルの脳内の情報を基にこれらのサルについても視床後外側腹側核の位置を同定することが可能である。さらに、類人猿の脳においてもマカク属のサルと脳内の構造および視床後外側腹側核の位置はほぼ同じであると考えられ、同様に視床後外側腹側核の位置を同定することができる。
また、脳内の画像化の際には、麻酔導入後、ステレオタキシッククレーム等の頭部固定用の装置を用いて麻酔下にある被験体の頭部を固定することができる。
まず、電極を視床後外側腹側核内の目的の領域へ刺入するために、頭部固定用の装置に頭部が固定された被験体に麻酔を導入し、頭皮の切開および頭蓋骨の除去を行う。これにより、視床後外側腹側核領域の背側に位置する硬膜を露出させる。その後、麻酔が代謝・排出された被験体に対して鎮静剤を投与し、鎮静下において、露出した硬膜から視床後外側腹側核内の目的の神経線維が走行する領域へ向けて電極を刺入する。電極は計測装置につながれており、刺入した領域の神経細胞の活動電位を検出することができる。また、電極は、例えばマニュピレーターを使用して、目的の領域を同定する為に特定の間隔(例えば0.5mm〜2mm程度)ごとに、前後方向、内外側方向、および深度方向(背腹側方向)に刺入位置をずらしながら刺入する。その際、各刺入位置において電極および計測装置により神経細胞の活動電位を計測した状態で、刷毛等を用いて身体の一部を触り(刺激を加え)、当該身体の一部と電極が刺入された領域に走行している神経線維とが対応していることを確認する。これにより、目的とする身体の一部への刺激に対して活動電位の電気信号が検出される領域を目的の感覚神経線維が走行する領域であると同定することができる。また、刷毛等を用いた刺激は身体の各部分に対して行うことが好ましく、これにより目的とする身体の一部への刺激のみに対して活動電位の電気信号が検出される領域を目的の感覚神経線維のみが走行する領域であると同定することができる。このようにして、特定の身体の一部のみへの刺激に反応する感覚神経線維が走行する領域を同定することにより、異痛症様の症状が目的の身体の一部に限局された非ヒトモデル動物を作成することが可能となる。
なお、電極の視床後外側腹側核内への刺入の方向は、視床後外側腹側核内へ正しく電極を刺入でき、脳内の他の領域への障害を最小限に留められる限りにおいて、上記の方向に限定されず、よって、頭皮の切開部位および頭蓋骨の除去部位も適宜変更することができる。
血管障害誘導剤の注入の方法は、上記工程(b)により同定された領域に対してマイクロシリンジ等を用いて血管障害誘導剤を注入することにより行うことができる。なお、工程(b)の電極の刺入時にマニュピレーターを使用することで、記録されたマイクロシリンジを刺入すべき位置を正確に再現することができ、この点においてマニュピレーターの使用が好ましい。
また、血管障害誘導剤の注入により生じた脳損傷の経時的変化についても、例えば、核磁気共鳴画像法により評価することが可能である。血管障害誘導剤の注入により生じた血管障害の部分は、核磁気共鳴画像法のT2強調画像において、T2高信号として検出することができる。また、T2強調画像を三次元再構築させることにより、浮腫や梗塞等の血管障害が生じている部分の体積を測定することが可能である。これにより、経時的に血管障害が生じている部分の体積の変化を評価することも可能となる。
なお、ホット・コールドプレートテストは、例えば、45度〜55度の高い温度、5度〜10度の低い温度、または、37度の基準温度にそれぞれ設定されたプレートに被験体の異痛症様が生じた身体の部位を接触させ、それぞれのプレートから逃避反応を示すまでの時間を計測することにより行うことができる。テスト結果の評価は、例えば、基準温度における逃避反応時間に対する高い温度における逃避反応時間の比の値を比べることにより評価することができる。比較対象としては、例えば、脳損傷前と血管障害誘導剤注入による脳損傷後との比較、または患側の身体の一部と健側の身体の同じ部位との比較等を挙げることができる。また当業者であれば、温度設定や評価方法等、適宜設計して行うことができる。
また、Von Freyテストは、被験体の異痛症様が生じた身体の部位にプラスチックやナイロン等のフィラメントを押し当てて機械刺激強度を少しずつ加えていき、逃避反応を示したときの機械刺激強度を閾値として測定する。例えば、患側の身体の一部における閾値と健側の身体の同じ部位の閾値を比較することで、異痛症様の症状を評価することができる。
被験物質を非ヒト霊長類モデル動物へ投与する方法は、静脈内、皮下内、腹腔内、筋肉内等への注射もしくは点滴、経口投与、または経皮投与等、公知の方法から適宜選択することができる。
ここで、リハビリテーションとは、視床痛による疼痛の改善または予防を目的とした訓練を意味し、特に身体的訓練を意味するが、これに限定されない。身体的訓練とは、例えば、脳損傷後に適切な感覚入力を伴うような課題等を行わせることであり、身体的訓練の前後で疼痛が抑制されるか否かを評価することができる。
このようにして本発明の視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物を用いることで、視床痛の改善により適したリハビリテーションを見出すことが可能となる。
なお、リハビリテーションは、視床痛を治療するための治療薬の投与と併用して行うこともできる。
より詳細には、まず、被験動物であるアカゲザルに対して、ケタミン、メデトミジン、およびミダゾラムを筋肉注射することにより麻酔を導入したのち、ステレオタキシックフレームに頭部を固定した。アカゲザルの脳内における視床VPLの位置を特定するために核磁気共鳴画像法(MRI)を用いてT1およびT2強調画像撮影を行うことにより麻酔下にあるアカゲザルの脳内を画像化した。頭部の画像は前額断面で撮影し、画像解析プログラム(Brain Explorer; 松田圭司制作)を用いて三次元再構成を行った。三次元再構成後の画像より、アカゲザルの脳内における視床VPLの位置を同定した。具体的には、テキスト(Kadharbatcha S. Saleem and Nikos K. Logothetis; A Combined MRI and Histology Atlas of the Rhesus Monkey Brain in Stereotaxic Coordinates, Academic Press, 2006)を参考にし、前後軸としては被殻の後端、さらに外側膝状体が大きく見える断面を基準として、外側膝状体の内背側に位置する背側視床の最も腹外側に位置する核を視床VPLとして同定した。
なお、視床VPLは2〜3mm程度の拡がりを持った小さな領域であること、また細胞密度が低く、脳溝など明らかな目印がないためにMRIでの確認が難しい領域である。特に、MRIでは、視床VPLのうち、特定の神経線維が走行する領域を同定することは困難である。よって、MRIに加えて、電気的生理学的手法を用いて神経活動を記録し、視床VPLの位置の同定を行った。視床VPLは触覚の中継核であるため、触覚により誘発される神経活動を測定することで当該神経活動が検出された位置を視床VPLのうち、特定の身体の部分に対応する神経線維と同定することができる。具体的には下記のようにして行った。ステレオタキシックフレームに頭部が固定されたアカゲザルに対して、ケタミンの筋肉注射およびペントバルビタールの静脈注射をすることにより麻酔を導入した。麻酔下において、当該視床VPL領域の背側周辺の頭皮を切開し、頭蓋骨を除去することにより、大脳領域を覆う硬膜を露出させた。後日、アトロピンおよびケタミンによる鎮静下において、露出した硬膜の背側から、タングステン電極(Microprobe社)を視床VPL領域と思われる領域へ刺入した。電極の刺入中は、神経の活動電位を計測装置(プレアンプ、JH-110J、日本光電;アンプ、MEG-5100、日本光電;オシロスコープ、VC-6723A、日立製作所;スピーカー、BSPKMA01SVA、Buffalo)により計測した。マニュピレーター(SM-11、成茂科学器械研究所)をもちいて、1mmごとに電極の刺入位置を、前後方向、内外側方向および、深度(背腹側方向)方向にずらしながら活動電位を計測した状態で、刷毛を用いて体の各部位を触り、刺激を加えた。その際、手への触覚刺激にのみ同期した神経活動を示す領域を、視床VPLにおいて上肢に関する神経繊維が走行する領域であると同定した。
上記の電気生理学的手法により視床VPLにおける手に関する神経線維が走行する領域を同定したのち、血管破壊作用を持つタンパク分解酵素であるコラゲネースIV(200U/ml、1箇所につき4μlを注入、被験体により1〜4箇所に注入(計4〜16μl))を、マイクロシリンジ((イトーマイクロシリンジMS−N10、外径0.52mm、内径0.18mm、伊藤製作所))を用いて当該領域に注入した。
コラゲネースIVの注入による損傷に起因した疼痛の発生を検証するために、2つの行動学的テストをコラゲネースIV注入の前後に行った。ホットプレートテストでは、37度を基準としてそれよりも高い温度(45〜55度)に設定したプレートの上にサルの手を置き、逃避反応を示すまでの時間を計測した。37度の温度刺激に対する逃避反応時間に対する50度の温度刺激に対する逃避反応時間の比について、経時的にプロットした結果を図4に示す。その結果、コラゲネースIV注入による視床VPLの損傷から2週後以降において、被験体の左手(患側)における試験では50度の温度刺激に対してより早く逃避反応を示し始め、右手(健側)の試験結果に対して有意に差が生じた(図4)。次に、疼痛患者において用いられるVon Freyテストを行った。Von Freyテストは、プラスチック製のフィラメントを手にあてて、フィラメントによる圧力(機械刺激)を被験体の手に対して加えていき、逃避反応を示した時の機械刺激強度の閾値を測定する手法である。Von Freyテストにおいても、コラゲネースIV注入より2週後以降において、左手(患側)への刺激に対して逃避反応を示す機械刺激強度の閾値が有意に減弱する時期が見られた(図5)。これらの行動学的テストの結果から、コラゲネースIVを注入した右脳とは対側の左手(患側)に温度および触覚刺激の両方に対する異痛症が生じたことが示唆される。
図6は、37度の温度刺激を与えた場合の脳内活動と比べて50度の温度刺激を与えた場合の脳内活動が有意に高い領域をMRI画像中に示している。その結果、右手(健側)および左手(患側)の両方において、37度の温度刺激が与えられた際の脳内活動に対して50度の温度刺激が与えられた際の脳内活動が有意に高い領域を確認することができた。とりわけ、左手(患側)においては、50℃の温度刺激を与えた場合に、第一次および第二次体性感覚野や、島皮質など、疼痛患者において異常興奮が生じることが知られている脳領域に、37℃の温度刺激を与えた場合と比べて有意に高い活動が見られた(図6)。一方、右手(健側)においては、第一次および第二次体性感覚野や、島皮質などの領域において高い活動は観察されなかった。また、図6において右手(健側)の画像は信号がオレンジで表示されており、左側(患側)の画像は信号が赤で表示されている。これは、右手(健側)と比較して、左手(患側)に温度刺激を加えた際により強い脳内活動の差が生じていたことを示す。これらの結果より、上記実施例で作成されたモデル動物は、異痛症の症状に伴って、疼痛患者と同様の異常な脳の過活動が生じていると考えられる。
Claims (12)
- 視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部であって、
前記モデル動物は、視床後外側腹側核内の少なくとも1つの感覚神経線維が走行する領域に血管障害を有しており、これにより前記感覚神経線維に対応する身体の一部に異痛症様の症状を有することを特徴とするモデル動物またはその生体の一部。 - 請求項1に記載のモデル動物またはその生体の一部であって、
前記モデル動物は、視床後外側腹側核内の上肢または下肢の感覚神経線維が走行する領域に血管障害を有しており、これにより上肢または下肢に異痛症様の症状を有することを特徴とするモデル動物またはその生体の一部。 - 請求項1または2に記載のモデル動物またはその生体の一部であって、
前記モデル動物が、マカクザルである
ことを特徴とするモデル動物またはその生体の一部。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のモデル動物またはその生体の一部であって、
前記モデル動物が、視床後外側腹側核以外の脳の領域に血管障害を有していない
ことを特徴とするモデル動物またはその生体の一部。 - 視床痛を有する非ヒト霊長類モデル動物またはその生体の一部の作成方法であって、
(a)前記モデル動物の脳のうち視床後外側腹側核を含む部分を画像化して、前記視床後外側腹側核の位置を同定する工程と、
(b)前記位置が同定された視床後外側腹側核のうち目的の感覚神経線維が走行する領域を、電気生理学的手法を用いて同定する工程と
(c)同定した前記目的の感覚神経線維が走行する領域に血管障害誘導剤を注入する工程
とを含み、これにより、前記非ヒト霊長類モデル動物が前記目的の感覚神経線維に対応する身体の一部に異痛症様の症状を有することを特徴とする、作成方法。 - 請求項5に記載の作成方法であって、
前記(a)工程において、前記視床後外側腹側核を含む部分の画像化が、核磁気共鳴装置により行われる
ことを特徴とする作成方法。 - 請求項5または6に記載の作成方法であって、前記電気生理学的手法が、
(b’)前記位置が同定された視床後外側腹側核内の目的の感覚神経線維が走行する領域へ電極を挿入する工程と
(b’’)前記目的の感覚神経線維に対応する身体の一部に刺激を加え、前記目的の感覚神経線維における神経細胞の活動電位を測定し、活動電位が検出された場合に前記電極が挿入された領域を前記目的の感覚神経線維が走行する領域として同定する工程と
を含む手法であることを特徴とする作成方法。 - 請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法であって、
目的の感覚神経線維が、上肢または下肢の感覚神経線維であることを特徴とする作成方法。 - 請求項5〜8のいずれか一項に記載の方法であって、
前記血管障害誘導剤が、コラゲナーゼIVまたはエンドセリン−1であることを特徴とする作成方法。 - 請求項5〜9のいずれか一項に記載の方法であって、
前記モデル動物が、視床後外側腹側核以外の脳の領域に血管障害を有していない
ことを特徴とする作成方法。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のモデル動物に対して被験物質を投与する工程と、
前記モデル動物が有する異痛症様の症状に対する前記被験物質の効果を測定する工程と
を含む、視床痛に対する治療薬のスクリーニング方法。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のモデル動物がリハビリテーションを行う工程と、
前記モデル動物が有する異痛症様の症状に対する前記リハビリテーションの効果を測定する工程と
を含む、視床痛の改善のためのリハビリテーションの評価方法。
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