著者連絡先 中村達雄 〒 606-8507 京都府京都市左京区聖護院川原町 53 京都大学再生医科学研究所 臓器再建応用分野 ＊京都大学再生医科学研究所臓器再建応用分野 Ⅰ 末梢神経の再生能：再生能と防御戦略 中枢神経は再生しない．このことは神経解剖学の 基礎を確立した泰斗スペインのカハール（Santiago Ramón Y Cajal）がすでに 19 世紀に指摘している． 臨床的に見ても障害された成人の中枢神経はほぼ再 生しない．これとは対照的に末梢神経は旺盛な再生 能がある．この両者の違いを機能的見地から考えれ ば次のようになるであろう．すなわち中枢神経は高 度な情報処理，とりわけ「記憶」の機能をつかさど っているため頑丈な頭蓋骨や脊椎で厳重に守られて いる．おそらく，脳が再生すると生存にかかわる情 報の記憶が混乱してしまうからであろう．余談だが 夢を記憶する能力がないのもこの記憶の混乱を避け るためと考えられる．この点が傷ついてもただちに 再生する末梢神経とまったく異なる．身体の解剖学 的構造と臓器の再生能に関しては「守られているも のは再生しない」という大原則がうかがわれる．硬 く丈夫な胸郭に守られている心臓や肺に再生能がな く，柔らかな胸部にあり傷つきやすい肝臓には旺盛 な再生能があるのは偶然ではなかろう．おそらく生 物はこういった守りと再生能の設計戦略を進化の過 程で獲得したのではなかろうか． ちなみに中枢神経系では，損傷が起きるとグリア 細胞が NOGO や NI-35 をはじめとした種々の軸索 再生阻害因子を分泌し「再生しない仕組み」がある ことが，分子生物学的に解明されている1）． 一方，末梢神経は中枢と末梢を結ぶ情報の高速回 路として全身のすみずみまで分布している．甲殻類 に属するカニやエビは全身が硬い甲羅で守られてい るが，われわれ哺乳類では体表は軟らかな皮膚で覆 われているにすぎず，骨格は基本的に体の芯にある． 日本臨床麻酔学会第 32 回大会招待講演 日臨麻会誌 Vol.33 No.4, 507 〜 512, 2013
人工神経管（PGA-C tube）による末梢神経再生と
in situ Tissue Engineering（生体内再生）
─慢性神経因性疼痛は脳の錯覚か？─
中村達雄
＊［要旨］人工神経管（PGA-C tube）を用いた再生医学の臨床応用が 2002 年より始まっている．こ の再生医療を支えるのがin situ Tissue Engineering（生体内再生）の概念である．in situ Tissue Engineering は欠損した組織を生体内のその部位（in situ）で再生させる手法で世界に先駆けて本邦 で提唱された．末梢神経は再生能力を有するが，人工神経 PGA-C tube は神経再生の「場」を PGA チューブの内腔に有する医療器具である．これまでに再建した末梢神経は合計 300 本を超え， また神経因性疼痛に対しても効果があることが判明し，新たな治療法として期待が高まっている． キーワード： 人工神経，神経誘導管，末梢神経再生，神経因性疼痛，生体内再生（in situ Tissue Engineering）
508 日臨麻会誌 Vol.33 No.4/Jul. 2013 この構造では，すべての臓器を硬組織で守ることは 不可能である．そこで守りきれない組織には傷つい ても，回復する再生能が付与されているのではなか ろうか． 人工神経（神経連結管）はこの末梢神経の持つ旺盛 な自己再生（修復）能力を利用した治療法の一つで ある． Ⅱ 末梢神経の外科的再建 救急医療の現場では，切断された神経断端間の距 離が 5mm 以内であれば直接縫合による修復が可能 である．しかし，実際の外傷例ではデブリドマン後 のギャップは 5mm 以上になることが多く，そうい った 5mm 以上の欠損に対して，従来は自家神経移 植が標準術式として行われてきた．その理由は，末 梢神経組織は長軸方向の伸展に弱く，引き寄せて吻 合すると吻合部に強い張力がかかるため，術後に機 能が回復しないからである． 自家神経移植用の再建グラフトには切除後に比較 的術後障害が少ないとされる感覚神経が選ばれ切除 される．特に下肢の腓腹神経，耳鼻科領域では大耳 介神経が使われることが多い．しかし神経の自家移 植は「移植」という言葉が使われているものの，腎 移植や心臓移植などの臓器移植とは概念が大きく異 なる．すなわち自家神経移植では移植された自家神 経グラフトは神経としてただちに機能するのではな く，移植片は神経再生の足場4 4 4 4 4 4 4として働くだけである． 神経機能が回復するのは切断中枢端から神経軸索が グラフト内に伸展し，移植された神経片を貫通して 最終標的器官である筋肉上にある neuromuscular junction や皮膚の感覚受容器に到達したときで ある． マイクロサージェリー用の顕微鏡や微細で丈夫な 合成高分子材料製の縫合糸が開発され，自家神経移 植は今日では標準術式になり，再建手術後の機能回 復に貢献している．しかしながら自家神経移植する には自家神経の採取が不可欠である．ところがわれ われの体には本来不要な神経は 1 本もない．さらに， 正常な神経を犠牲にして行われるにもかかわらず自 家神経移植後の機能回復成績も決して満足するもの ではなかった．そういった背景のもとに，自家神経 移植に代わる新しい治療法が模索された． Ⅲ チューブによる神経再建 欠損部の末梢神経を管状構造物で連結する試みと して，人工神経が開発される以前は患者の静脈を用 いて再建する術式が 1904 年頃から始まった2）．一方， 自家神経移植に代わる新しい術式として，人工のチ ューブによる欠損部の補塡研究が 1970 年代から進 められた．欠損部の中枢と末梢の両端をチューブで 連結しておくと，両端から組織が伸びてきて，チュ ーブ内で連結する．そして中枢端から伸展してくる 軸索がその新生した組織内を通り抜け末梢まで到達 する．この現象に注目して神経連結管（人工神経）の 研究を大きく発展させたのはスウェーデンの Göran Lundborg 博士のグループである．Lundborg 博士 らはシリコン製のチューブを用いて神経を再生させ ることに成功し，この成果を臨床に応用した3）．し かしながら，非吸収性材料であるシリコン製チュー ブは，再生部位の疎血の原因となり，早めに除去し ないと機能的回復が遅れることが判明した．そこで 二期的な抜去手術を必要としない生体内吸収性のチ ューブが開発され現在に至っている． Ⅳ 吸収性神経連結管（人工神経）の開発 チューブに用いる分解吸収性素材としては生体内 で安全に分解吸収するポリグリコール酸（PGA）， ポリ乳酸（PLA）やこれらの共重合体が使われた． これらの合成高分子材料は 1950 年代から吸収性外 科用縫合糸として使われてきた実績がある．1990 年代終わりに米国では NEUROTUBE（図 1）という 商品名の PGA 製人工神経が開発され，米国食品医 薬品局（FDA）の承認を得ている．この Neurotube は 30mm 以内の欠損補塡に用いた場合，自家神経移
植に比べて良好な感覚機能の回復が得られること が，ランダムスタディによって証明されている4）． また，生体内の細胞外基質（extracellular matrix： ECM）の 主 成 分 で あ る コ ラ ー ゲ ン で 作 ら れ た， NeuraGen という人工神経も欧米では市販されてい る．このほかに同様の FDA の認可を得ている中空 の連結管としては全部で 7 種類ほどが販売されてい るといわれる． Ⅴ 再生の場の理論と人工神経の内部構造 現在製品化されている人工神経はいずれも外国製 で，構造は中空である．薬事審査が通っていないが， 使用説明書を見ると使用に際しては内部に生理食塩 水を充塡して使うように記載されている． 一方，中空管の内部に神経の伸展を促進する物質 を補塡することにより神経再生を促進させる研究が 進められている．発生学的に見ると神経軸索は基底 膜の IV 型コラーゲンやラミニンと呼ばれる糖蛋白 に沿って伸展する．そこで IV 型コラーゲンやラミ ニンを神経管内に充塡したり，また神経成長因子 （nerve growth factor：NGF）を応用したりする方 法が検討された5）．また細胞移植のために培養した シュワン細胞を神経管内に充塡して神経再生を促進 させる試みも進められている6）．さらに体性幹細胞 や前駆細胞をシュワン細胞に分化させて用いる手法 も研究が進められている． 神経管の内部で軸索が長軸方向に伸びるための足 場として，線維束を長軸方向に充塡する実験も行わ れた．この足場にはコラーゲン線維や生体内分解性 合成高分子材料の線維などが検討された． コラーゲン線維束を入れた人工神経は長い欠損に おいても良好な神経再生をもたらすが一定の品質の コラーゲン線維を紡糸することは技術的に難しく， 製品化は困難と考えられた．一方，線維束の形状を 有さない凍結乾燥コラーゲンを充塡しても良好な神 経再生効果があることが判明した7）．のちに詳述す るが，現在臨床で使われている人工神経管（PGA-C tube）内部の凍結乾燥コラーゲンは特殊な薄フィル ム多房状構造（図 2）を有し，これが神経の再生に良 好な環境を作り出すからである． Ⅵ in situTissueEngineering と 新しく開発された人工神経（PGA-Ctube） 従来の神経連結チューブが中空構造だったのに対 して，この日本で開発された人工神経 PGA-C tube は内部にコラーゲンが充塡されている．軸索の再生 図 1 米国で販売されているPGA製人工神経（Neurotube） 蛇腹状に線維を編んだチューブで屈曲しても内腔が つぶれない力学構造になっている． 図 2 PGA-C tube 内コラーゲンの薄フィルム多房状構 造（SEM 所見）
510 日臨麻会誌 Vol.33 No.4/Jul. 2013 の「場4」に細胞外マトリックスを用いた新しい人工 神経である．1990 年代に始まった組織工学（Tissue Engineering）は足場，細胞，増殖因子の 3 つの因子 を駆使して培養室のシャーレの中で組織を作製する 技術である．新しい人工神経では再生の足場である コラーゲンをチューブ内に補塡して直接体内に置く ことにより，局所から動員される生体由来の増殖因 子，細胞などを動員して神経を再生させている．す なわちこれが生体内再生（in situ Tissue Engineering） である． PGA-C tube は 20 年以上にわたる基礎研究が行 われ，ビーグル成犬を用いた実験で坐骨神経 80mm の欠損で神経再生が確かめられた8）．さらにビーグ ル犬における自家移植との比較では，腓骨神経 15mm 欠損を PGA-C tube で補塡すると，電気生理 学的にも組織学的にも自家神経移植に比べて良好な 回復をすることが確かめられた9）． こういった基礎研究の結果をふまえて，PGA-C tube（図 3）は京都府立医科大学で学内の倫理委員会 の承認のもと，2002 年に初めて臨床応用が開始さ れた10）．その後，奈良県立医科大学，稲田病院，京 都大学医学部附属病院，田附興風会北野病院，新潟 大学医歯学総合病院でも臨床応用が続けられて いる． Ⅶ 人工神経と再生の「場4」の理論 人工神経で治療する主な対象は，外傷や医原性の 神経断裂である．これ以外に，悪性腫瘍切除後の神 経欠損も想定されるが，癌の手術に併用する際は慎 重な評価が必要となる．すなわち人工神経は末梢神 経の自己再生能力に依存しているため，放射線照射 が予定される部位や極端に血流が乏しい部位では効 果が期待できない．生体内再生（in situ Tissue En-gineering）で最も大切な要件は，再生に適した環境 （再生の場）をその場に作り出すことである．そのた めマイクロサージェリーの手法（有茎組織移植など） を駆使して「場」を作ることが行われる． 受傷から神経再建までの時間は短いほど良いこと は言うまでもない．しかし受傷直後には感染の危険 性や浮腫，さらには複雑骨折などを伴った症例も多 く，周囲の創が治癒するのを待って神経再建手術が 行われることが少なくない．受傷後数年以上経った 陳旧症例にも用いられているが，新鮮例に比べると 回復は遅い．良い適応は受傷後 1 ∼ 2 年以内の症例 である． Ⅷ 人工神経の埋入手術手技 神経の切断端と人工神経の固定は，神経の両端が 人工神経に内挿されるように 8 ∼ 0 程度のモノフィ ラメント糸で縫合固定する．通常は 1 端につき 3 針 4 針程度の固定が行われる．この際に神経の断端が チューブ内で折れ曲がらず，神経の断面同士が管内 で向き合うことが肝要である． Ⅸ 人工神経（PGA-Ctube）による 末梢神経再生医療 人工血管と人工神経とは名称は似ているが，臨床 像がまったく異なっている．人工血管による再建手 術では縫合が完了してクランプをはずすと同時に血 流が再開する．しかし人工神経では縫合が完了して も機能的にはまったく改善が見られない．軸索が伸 図 3 PGA-C tube これは直径 3mm のチューブであるが，その他さまざま な口径のものが使用部位に合わせて用意されている．
長して目的組織に到着して，そこで初めて機能が回 復する．ちなみに，四肢の近位部の再建を行うと機 能回復に数年の経過を要することもある．また術後 の神経再生過程では「水や電気が流れるような」異 常感覚や「ピリピリするような」痛みを局所に訴え る患者もいる．これが再生痛である．こういった症 状は神経が再生治癒するにつれて治っていくことが 多い． したがって回復過程に年余の時間がかかることを 術前に患者に説明し，理解の得られた患者にのみ治 療を行うといった適応患者選択（patient selection） が大切である．治療をスムーズに行う上で，十分な 説明に基づく患者の理解と協力は何よりも重要だか らである． Ⅹ 神経因性疼痛に対する新たな治療法 人工神経を用いて神経を再生させることにより従 来，複合性局所疼痛症候群（complex regional pain syndrome：CRPS）や神経因性疼痛と診断されてい た症例の中に劇的に改善する症例があることが判明 してきた11）, 12）．また口腔外科，歯科領域でもこれま で有効な治療法のなかった舌神経や下歯槽神経の損 傷後の難治患者にも応用が進められている13）．この ほか，耳鼻科，頭頚部外科では，鼓索神経や反回神 経再建症例で神経機能回復が見られることが判明し てきた14）． 2002 年より，臨床でこの新しい人工神経を用い るにあたっては，このようにまず従来の治療法では 治せない症例を対象に使用が検討された．その一つ として外傷後の神経因性疼痛がある．南北戦争にお ける神経損傷兵を観察した米国の神経学者ミッチェ ル（Silas Weir Mitchell：1829-1914）によりカウザ ルギーとして報告され注目を集めることになったこ の外傷後の不思議な疼痛は，従来のあらゆる治療に 反応しない残された闇の疾患とされ，特に外科的な アプローチは禁忌とされてきた．それはおそらく局 所の疼痛を治癒させる手法が断端の神経腫切除以外 になかったためと考えられる． 慢性疼痛の発生機序に関しては中枢説と末梢説が あり，幾多の議論が行われ，それぞれの説に基づい た治療法が考案されてきた．しかし虫歯の痛みがど んな上手なカウンセリングを受けても治らないのと 同じく，局所に損傷した神経がある症例ではその神 経損傷を治さずに外傷後の神経因性疼痛を治すこと は不可能であろう．外傷後の慢性疼痛は，かつては 脳の錯覚として治療されずに放置されていた症例も 少なくない．しかし，この新しい人工神経を用いた 再生医療は，難治性の疼痛の闇を切り拓く新たな治 療法として，疼痛に苦しむ患者の大きな福音になる ものと期待が高まっている． 参考文献
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512 日臨麻会誌 Vol.33 No.4/Jul. 2013
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Regeneration of Peripheral Nerve on PGA-C Tube and in situ Tissue Engineering Tatsuo NAKAMURA
Institute for Frontier Medical Sciences, Kyoto University
Clinical application of the PGA-C tube began in Japan in 2002. This article involves a brief summa-ry of the clinical results and the concept of ‘in situ tissue engineering’ and field theory, which is the background of this novel therapy. A clinical trial of the PGA-C tube for neuropathic pain is also dis-cussed in this article. In situ tissue engineering was first proposed in Japan in 2000 as a new concept in which, a defect-ed tissue is fabricated not in the incubator but in the body. A peripheral nerve has strong potential to regenerate, so if an adequate ‘field’ for regeneration is provided in our body, it recovers easily. The PGA-C tube is a bio-absorbable tube stuffed with collagen. The collagen with a structure of multi-layed thin films provides an adequate scaffold for tissue regeneration. To date, over 300 PGA-C tubes have been used, and surprisingly good results have been obtained after the peripheral nerve repair. Interestingly, the PGA-C tube is effective for patients who suffered from neuropathic pain. Thus this new device, the PGA-C tube, might be promising for further clini-cal application.
Key Words : Artificial nerve, Nerve conduit, Regeneration, Neuropathic pain, in situ tissue engineering The Journal of Japan Society for Clinical Anesthesia Vol.33 No.4, 2013
