第8期 越智 光夫 理事  (附属医院院长,研究生院医学牙科药学综合学科 教授)

通过移植利用组织工程培养的软骨修复软骨损伤~利用磁铁的力量将培养的组织固定到要再生的场所~

采访了理事(分管医疗)附属医院院长 研究生院医学牙科药学综合学科  转化医学专业  病态控制科学教研室  教授 (越智理事有许多头衔,这里我们统一称他为教授)
越智光夫(Ochi Mitsuo)教授

(2008.11.7  校长办公室宣传小组)

◆越智光夫教授的软骨再生研究于2009年10月25日(日),在TBS电视台『梦之扉』节目中作了介绍。

>播放的节目内容请观看这里(该链接为日语页面)
>节目制作工作人员的博客“编辑后记”请阅览这里(该链接为日语页面)

◆文部科学省于2010年4月5日公布了“2010年度科学技术领域文部科学大臣表彰受奖人员等的决定”。越智光夫教授因开发了“三维培养提高软骨再生技术”,对科学技术振兴作出了贡献而获得了科学技术奖(科学技术振兴部门),是与(株)日本组织工程研究开发部长畠贤一郎常务董事,以及该公司研究开发部菅原桂资深研究员共同受奖的(2010年4月5日)。

>文部科学省公布受奖人员等的决定的文件请阅览这里
>本校“通知”请阅览这里(该链接为日语页面)

想成为膝盖专家

越智教授1977年毕业于本校医学院后,分配到当时的津下健哉(Tsuge Kenya)教授任主任的整形外科学教研室。教授为了成为综合治疗韧带,软骨,半月板等膝盖疾病的外科医生,医治了大量的因交通事故,激烈的体育活动引起的膝盖软骨损伤的病人以及体育外伤引起的韧带断裂的病人。据说广岛鲤鱼棒球队和广岛三箭足球队有不少队员专门找教授治伤。他当讲师和副教授的时候,每年要做130多个韧带手术。他于1995年调到岛根医科大学(现岛根大学医学院)当教授。
岛根县人口较少,韧带受伤的运动员也少。这次调动工作后,教授的研究重点从韧带转到了软骨的研究和治疗。不让硬硬的骨头相撞,起到保护膝盖和肘等的作用的玻璃软骨有一定的弹性,表面光滑,具有支撑关节活动的重要作用。这个软骨缺乏再生能力,一旦变形,几乎没有自行愈合的可能。在长期使用下,软骨磨损发炎,关节变形疼痛的“变形性膝关节炎”,以及运动员容易发生的“外伤性软骨缺损”等疾病没有有效的治疗方法。岛根县老年人很多,身患变形性膝关节炎和风湿性膝关节炎等软骨疾病的病人很多,研究软骨是非常实用的课题。

开始世界首次软骨移植法

软骨缺损时,一般的治疗方法是将其它部位的软骨移植到缺损部位。但因为形状不同,要将关节面完全磨光滑很困难。另外,如果缺损部位大的话,因能移植的部位有限而不能修复。1994年,瑞典的拉尔斯·彼得森博士发明了从患者本人获取软骨细胞,在体外进行软骨细胞培养,然后在损伤部位打上骨膜补丁(用膜覆盖损伤部位),用悬浮液注入培养的软骨细胞的方法。越智教授认为,采用这个方法,存在如果病人在细胞长牢前活动,则注入的细胞有可能从缝合处泄漏的问题。为此,教授提出了“制作能直接注入缺损部位的,具有立体结构的,含有凝胶状新软骨的软骨组织,用骨膜做盖缝合的话,就不会泄漏,确保固定”的新方法,这一新方法能克服瑞典方式的弱点。因此教授赴任后立即着手在岛根医大设立细胞培养室,反复进行试验。

悬浮液注入方式的培养软骨细胞移植的流程图

移植部分的断面图(单层培养)

移植部分的断面图(3维培养)

每天寻找能确实制作组织,并能成为安全的“支架”的材料,没多久就找到了在皮肤科和整容外科用于皱纹治疗的胶原蛋白的一种的“缺端胶原”。以前教授在人工神经的研究中也用过,知道副作用很小。
取出大腿骨等正常的软骨片(玻璃软骨),捣碎用酶处理后,在缺端胶原中培养软骨细胞,则3周后细胞被细胞外基质包围,硬度如凝胶。将它移植到缺损部位,再用从小腿骨取来的骨膜做盖缝合,不使其泄漏。在移植固定后,缺端胶原逐步被吸收溶化。

使用组织工程方法制作的软骨细胞移植进行的软骨再生

1996年,教授在世界上首次开始了3维培养的“嵌入胶原蛋白溶胶自体软骨细胞移植手术”。
2002年4月回到本校任教授后,继续研究这个方法,取得了大量的成果。2004年在内阁府等主办的第3届产学官合作推进会议上,共同获得了“日本学术会议会长奖”。“日本学术会议会长奖”是对产学官合作推进作出重大贡献的优秀成功事例颁发的“产学官合作推进会议有功人员表彰”中,对在学术上作出重大功绩或功劳的研究进行的表彰。教授历任医院副院长,医院院长和理事(分管医疗)等要职,但教授还是自认是“天生的临床家”,在研究、教学和门诊的同时还作手术。教授明确表示不会停止执刀做手术,不做手术就不会产生创意。

2004年度产学官合作推进会议有功人员表彰(该链接为日语页面)

为了广泛普及技术

这个方法进行了许多软骨再生治疗,大多数病例的修复部位几乎与周围的软骨组织没有区别,完全恢复了。现在为了广泛普及使用组织工程方法的软骨再生技术,向爱知县再生医疗风险企业技术转移,结束了在本校,岛根大学,北海道大学,东京医科齿科大学等全国5所大学的临床试验,为了实现实用化,目前正在申请批准制造销售。

下一个创意-使用磁铁的力量再生软骨和骨头

教授对下一个课题冷静地说,“软骨的损伤情况因病人而异”“用这个方法,在抽取软骨细胞和培养后注入病人体内时,必须对膝盖作2次手术”,“有的还不适合做这个手术”,因此“一直在考虑新的方法”。目前教授已有了新的创意。

越智教授说,“软骨会逐渐磨损”     

 
教授的新创意是不用对病人动手术,使用内视镜(膝关节镜)进行注入。并且于今年9月,教授领导的研究小组公布了开发用强力磁铁将混有磁铁培养的细胞吸引到骨头缺损部位,再生骨头和软骨的治疗法(正在申请专利)。
使用骨头和软骨,肌肉等中变化的间充质类干细胞(注1)。将从体内抽取的骨髓细胞与MRI(注2)摄影时用作造影剂的铁磁粉(直径10纳米,纳米是10亿分之一米)和特殊药剂混入干细胞培养液,放一个晚上,就形成了含有铁粉的干细胞。

(注1)是未分化细胞,是具有分化成肌肉,骨,脂肪等多种功能细胞的能力,并具有自我复制能力的细胞。存在于骨髓中的间充质类干细胞是代表性的干细胞,可以比较容易地从病人骨髓中分离,期待能临床应用于骨和软骨等的再生。
(注2)核磁共振成像仪:利用磁场和原子核之间发生的共振现象,成像身体内部情况的设备。由于发生强磁场,因此能得到精细和高对比度的图像。能拍摄软骨等软组织,所以能详细看到膝关节的情况。因为是使用磁性,所以不是放射性辐射。

混合磁粉的细胞

      
注入干细胞时,从体外使用强力磁铁将其吸引到骨头和软骨的缺损部位,固定后的干细胞在大约3周左右之后,注入于软骨缺损部位的细胞变成软骨,注入于骨缺损部位的细胞变成骨,修补了缺损部位。磁铁吸引的时间因缺损部位的大小而异,一般来说大约在1至3小时。

吸在磁发生器上的扳手(最大磁力可以将600克的金属扳手吸在磁铁表面)

通过磁力将细胞吸到软骨缺损部位(使用猪的实验示意图)

 
使用猪的动物实验和使用从人身上抽取的软骨的实验,成功地再生了约1平方厘米的缺损部位,还确认了细胞本来的作用。铁粉被吸收,不久就成了红血球中运载氧的血红蛋白的一部分。这种铁粉已在医疗现场使用,副作用很小。对人的临床试验还需要解决许多问题,但是这种方法仅注射和使用磁铁,与手术相比,病人的负担较小,还可以多次重复,期待有重大效果。不仅国内报导了这个消息,台湾4大报纸之一的“自由时报”也于2008年9月12日作了报导。

提供可以思考的环境

不仅国内的研究人员慕名而来,研究室里有埃及和泰国来留学,接受教授指导的研究生,还有来自马来西亚的短期留学的研究人员。年轻的研究人员之间流传着这么一句话,“始终要有问题意识,思考如何才能解决这个问题!”。构建一个能邀请国内外著名学者,听学者的演讲,并讨论各种问题的环境,努力创造能均等地经常与顶级学者交流的机会,不断给予启发。据说教授自己在这3年中,除了在国际关节镜・膝关节・体育医学会(佛罗伦萨),欧洲关节镜・膝关节・体育医学会(因斯布鲁克)作了Highlight Lecture,还被邀请去美国整形外科学会作专家演讲,在美国,欧洲和亚洲作了27次演讲,这个新学术研究交流范围越来越广。教授说,“我希望年轻人从广岛放眼世界,他们有这个能力”,对年轻人寄予了希望。

 后记    

越智教授说,“我认为大学可以提供环境,但是大学并不是万能的。需要每个人努力,每个人的力量的总和就是大学的综合能力。研究是这样,地区合作也是这样”,看不出一点傲气。对“始终以自己的大脑思考”,并这么做的教授来说,制定很高的目标,搞顶级的研究,并传承给年轻人,以及以获得的成果为基础,为病人提供均等的高质量的医疗是非常正常的,没什么特别的。听了教授的介绍,我兴奋地问教授,什么时候可以开始临床应用,教授平静地回答道,“如果是你,你会希望用不完善阶段的治疗方法治疗你的家人吗?我不会将不希望用于自己家人的治疗方法用于病人。要做到能临床应用,还有许多工作要做”。这是一次告诉了我每天的扎扎实实的工作非常重要的采访。(O)


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