豚モデルにおける外傷性脊髄損傷後の脳脊髄液動態の研究

背景紹介

外傷性脊髄損傷（Traumatic Spinal Cord Injury, SCI）は、重篤な神経疾患であり、しばしば永続的な神経障害を引き起こします。長年にわたり科学者たちは治療法の開発に努めてきましたが、その複雑な病態生理メカニズムと損傷の異質性により、治療の進展は限られています。脊髄損傷後、脊髄の腫脹とくも膜下腔（Subarachnoid Space, SAS）の閉塞が一般的な病理現象であり、これが脊髄の圧迫と血流の減少を引き起こす可能性があります。適切な手術的減圧は神経機能の回復を改善するために重要とされていますが、すべての患者が手術によってくも膜下腔の完全な開通を達成できるわけではありません。そのため、減圧効果と脊髄損傷後の病理変化をどのようにモニタリングするかが、臨床管理における重要な課題となっています。

脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）の動態変化は、脊髄損傷後の病理過程と密接に関連している可能性があります。健康状態では、CSFの脈動性流動は心血管系と呼吸系によって調節されていますが、脊髄損傷後にはこの流動が変化する可能性があります。磁気共鳴画像法（Magnetic Resonance Imaging, MRI）、特に位相コントラストMRI（Phase-Contrast MRI, PC-MRI）を使用することで、CSFの流動特性を非侵襲的にモニタリングし、脊髄損傷後の病理変化に関する新たな知見を提供することができます。

論文の出典

この論文は、Madeleine Amy Bessenらによって執筆され、研究チームはオーストラリアのアデレード大学（University of Adelaide）の複数の研究機関、アデレード脊柱研究グループや神経病理学研究所などに所属しています。論文は2025年に『Fluids and Barriers of the CNS』誌に掲載され、タイトルは『Fluids and Barriers of the CNS (2025) 22:6』です。この研究は、北米脊椎学会（North American Spine Society）の基礎研究助成金を受けており、オーストラリア政府の研究トレーニングプログラムの支援も受けています。

研究の流れ

1. 動物モデルと実験設計

研究では、10頭の雌の家豚（体重22-29 kg）を使用し、ランダムに2つのグループに分けました：1つは10 cmの高さからの重量落下損傷を受けたグループ（n=5）、もう1つは20 cmの高さからの損傷を受けたグループ（n=5）です。すべての動物は、損傷前および損傷後の3日目、7日目、14日目にMRIスキャンを受けました。研究の主な目的は、（1）くも膜下腔閉塞の程度を特徴づけること、（2）脊髄損傷後14日間のCSF動態の変化を調査することでした。

2. 脊髄損傷の誘導と術後ケア

重量落下装置を使用して、豚の胸椎T10レベルで脊髄損傷を誘導しました。損傷後、動物は24時間連続のケアを受け、鎮痛剤と抗生物質の投与が行われました。術後8日目と13日目に、研究者は豚胸椎行動スケール（Porcine Thoracic Behaviour Scale, PTIBS）を使用して後肢の運動機能を評価しました。

3. MRIスキャンとデータ分析

MRIスキャンには、T2強調画像と位相コントラストMRI（PC-MRI）が含まれていました。T2強調画像は、くも膜下腔閉塞の長さと断面積を測定するために使用され、PC-MRIはCSFのピーク流速と流動時間を測定するために使用されました。データ分析には線形混合効果モデル（Linear Mixed-Effects Models, LMM）が使用され、損傷グループと時間点がくも膜下腔閉塞とCSF動態に及ぼす影響が評価されました。

主な結果

1. くも膜下腔閉塞の変化

研究では、20 cm損傷グループのくも膜下腔閉塞の長さが、損傷後3日目に10 cm損傷グループよりも有意に長いことが明らかになりました。時間の経過とともに、閉塞の長さは徐々に減少し、断面積は徐々に増加しました。これは、脊髄の腫脹が損傷後に徐々に軽減し、くも膜下腔の開通性が回復していることを示しています。

2. CSF動態の変化

損傷後3日目には、すべての脊髄レベルでCSFのピーク流速が有意に低下し、特にT8/T9レベルではCSFの脈動性流動がほとんど消失しました。時間の経過とともに、CSFのピーク流速は徐々に回復し、特に損傷後14日目にはCSFの流動特性がベースラインに近づきました。さらに、研究では、CSFのピーク流速と時間点の変化が、くも膜下腔閉塞の程度と密接に関連していることが明らかになりました。

3. 運動機能と組織学的分析

PTIBSによる評価では、20 cm損傷グループの後肢運動機能が10 cm損傷グループよりも有意に低いことが示されました。組織学的分析では、20 cm損傷グループの脊髄病変面積がより大きく、病変範囲がより広いことが明らかになりました。

結論と意義

この研究は、豚モデルを使用して、外傷性脊髄損傷後のくも膜下腔閉塞とCSF動態の変化を系統的に調査しました。研究結果は、脊髄損傷後のくも膜下腔閉塞の程度がCSFの流動特性と密接に関連していることを示し、CSFの脈動性流動が損傷後に有意に低下するが、時間の経過とともに徐々に回復することを明らかにしました。この発見は、脊髄損傷後の病態生理メカニズムを理解するための新たな知見を提供し、減圧効果とCSF動態の変化を臨床的にモニタリングするための潜在的な非侵襲的方法を提供します。

研究のハイライト

1. 革新的な方法：研究では、豚モデルで初めてT2強調MRIとPC-MRIを組み合わせ、脊髄損傷後のくも膜下腔閉塞とCSF動態の変化を系統的に調査しました。
2. 臨床的意義：研究結果は、PC-MRIが脊髄損傷後のCSF動態の変化をモニタリングするための非侵襲的なツールとして使用できることを示し、臨床治療に重要な参考情報を提供します。
3. 病理メカニズムの解明：研究では、CSFの脈動性流動がくも膜下腔閉塞の程度と密接に関連していることが明らかになり、脊髄損傷後の病理メカニズムを理解するための新たな視点を提供しました。

その他の価値ある情報

研究では、損傷後3日目にくも膜下腔がほぼ完全に閉塞しているにもかかわらず、損傷後14日目にはCSFの流動特性が徐々に回復することが明らかになりました。これは、脊髄の腫脹とくも膜下腔閉塞が可逆的であることを示しています。この発見は、CSF流動を改善することで脊髄機能の回復を促進するなど、将来の治療戦略に新たな視点を提供します。

この研究は、外傷性脊髄損傷後の病態生理メカニズムを理解するための新たな知見を提供するだけでなく、臨床モニタリングと治療のための潜在的な非侵襲的方法を提供します。