『脳がなければ痛みもない』研究者が慢性的な痛みを治療するための新しい神経刺激プロトコルを開発

『脳がなければ痛みもない』研究者が慢性的な痛みを治療するための新しい神経刺激プロトコルを開発健康

慢性的な痛みの症状を和らげることを目的として、研究者は、電気刺激を用いて脳への痛みの信号を遮断する新しい方法を開発しました。

痛みは、すべて頭の中にあるものです。

つま先をすりむいたり、指を火傷したり、あるいはもっと激しい刺激に反応して痛みを感じるのは、神経系の複雑なシグナル伝達経路の結果です。

痛みは、体にダメージを与える可能性のある刺激から始まります。

このような刺激には、極端な寒さや暑さ、機械的な引き裂きやつまみなどがあり、『侵害刺激』と呼ばれています。

感覚ニューロンの一部は「侵害受容器」と呼ばれ、皮膚や体の深部に神経終末を持ち、侵害刺激を感知して反応します。

侵害受容器は信号を脊髄に送り、脊髄はその情報を脳に伝えます。

私たちが痛みを感じていることを伝え、痛みの感覚を感じさせるのは脳なのです。

後根神経節(DRG)を電気的に刺激すると、脊髄への侵害受容信号の伝達が遮断され、脳が慢性的な痛みの信号を認識できなくなることを、コネチカット大学(UConn)の歯学部・医学部・工学部の共通学科である医工学研究科のBin Feng准教授が中心となって発見しました。

DRGは、感覚を司る神経細胞体の集まりです。

この研究から、椎体の骨のトンネルである孔の中の神経組織を標的にして、侵害受容信号を選択的に遮断する新しい神経刺激プロトコルを設計することができました。

UConn Technology Commercialization Servicesは、この技術の特許を申請しています。

何十年もの間、医師は慢性的な痛みを治療するために患者に電気機器を埋め込んできました。

一般的な電気機器は、末梢神経系や脊髄に電気信号を送り、脳に到達する侵害受容信号を遮断します。

しかし、慢性的な痛みを和らげる効果がある患者さんもいれば、痛みにほとんど変化がない患者さんもいるということが大きな問題となっていました。

神経刺激装置の技術は徐々に進歩していますが、有益な反応を示す患者さんの割合は、長年にわたって顕著には改善されていません。

「この技術の問題点は、一部の患者さんには非常に有効ですが、それ以上の患者さんにはほとんど効果がないということです。」とFeng氏は言います。

これらの問題は、神経刺激装置がなぜ機能するのかというメカニズムの科学的研究が、臨床応用に遅れをとっていることに起因しています。

「私たちは、膨大な数の臨床データを持っています。しかし、神経刺激の科学はまだ十分に研究されていません。」とFeng氏は言います。

Feng氏は、神経調節のプロセスをより深く理解し、より多くの患者に効果的な治療法を提供できるよう、研究キャリアを捧げています。

また、この方法の研究開発を進めることで、神経刺激装置が現在のように患者さんにとって最後の手段ではなくなることを期待しています。

神経刺激装置は、『ゲートコントロール理論』に基づいて痛みを緩和します。

私たちの体は、何かが肌に触れたときのような無害な刺激と、痛みを感じる刺激の両方を、それぞれ低閾値と高閾値の感覚ニューロンで感知します。

脊髄にある「ゲート」は、低閾値感覚ニューロンの活性化によって閉じることができます。

そうすると、高閾値感覚ニューロンからの痛みを伴う侵害受容信号は、脊髄を越えて脳に到達することができなくなります。

神経刺激装置は、電気パルスによって閾値の低い感覚ニューロンを活性化することで、患者の痛みを軽減します。

これにより、通常、皮膚の特定の部位に痛みを伴わないヒリヒリとした感覚(知覚異常)が生じ、痛みの認識が隠されます。

2016年にDRG刺激がFDAに承認された後、この治療を受けた多くの患者が、予想された知覚異常を伴わない痛みの軽減を報告しました。

Feng氏の研究室は、前臨床の動物モデル研究を用いてこの謎を解くことに着手しました。

その結果、DRGに電気刺激を与えると、20ヘルツという低い周波数で脊髄への伝達が遮断されることを発見しました。

これまでの文献では、この遮断にはキロヘルツの電気刺激が必要であるとされていましたが、これは対照的です。

「感覚ニューロンの細胞体は、DRGの末梢軸索および中枢軸索とT字型の接合部を形成しています。」とFeng氏は言います。

さらに驚くべきことに、Feng氏のグループは、DRGでの電気刺激の周波数帯が異なると、異なる特徴をもつ感覚神経線維が遮断されることを発見しました。

これにより、感覚神経線維の種類に応じた選択的な伝達遮断を促進する新しい神経刺激プロトコルの開発が可能となりました。

「一般的に、急性の鋭い痛みを引き起こすのは、軸索径の大きなA線維侵害受容器です。慢性疼痛患者を最も悩ませるのは、長く続く鈍いタイプの痛みです。慢性疼痛状態では、軸索径が小さく、髄鞘がないC線維侵害受容器が痛みの持続に中心的な役割を果たしています。A線維を残してC線維を選択的に遮断することは、慢性疼痛の原因を解明するための有望な戦略となるでしょう。」とFeng氏は述べています。

Feng氏のグループは、この発見を、疼痛研究分野の代表的な学術誌であるPAINの最新号で報告しました。

Feng氏の研究は、DRGとその周辺の神経組織を標的とする装置に電極を追加することを正当化する十分な証拠を示しています。

これにより、医師はより正確な神経調節を行うことができるようになります。

「次世代の神経刺激装置は、より選択的で、オフターゲットの影響が少ないものになるでしょう。」

この方法で選択性が向上すれば、神経刺激装置は慢性的な痛みに苦しむより多くの人々を救うことができるようになると、Feng氏は予測しています。

「このような技術的改善により、患者に合わせた神経変調法が飛躍的に向上し、神経刺激装置がより多くの患者に役立つようになるでしょう。」とFeng氏は述べています。

Feng氏は現在、UConn Healthの共同研究者とともに、この方法の有効性をヒトで検証するための臨床研究の実施に向けて取り組んでいます。

Published by University of Connecticut. Longtu Chen et al, Blocking peripheral drive from colorectal afferents by subkilohertz dorsal root ganglion stimulation, Pain (2021). DOI: 10.1097/j.pain.0000000000002395
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