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プレスリリース 开发了在时间上、空间上准确抑制“癫痫”发生的划时代治疗方法-在世界上首次证实了在猴子身上的有效性，向临床应用大幅前进-刊登日期: 2023年2月28日更新 发表要点
发布概述量子科学技术研究开发机构(平野俊夫理事长，以下简称“量研”)量子生命医学部门量子医科学研究所脑功能成像研究部(南本敬史组组长、宫川尚久客座研究员)、新潟大学(川嵜圭祐副教授)、京都大学(高田昌彦教授、井上谦一助教)、东京都立神经医院(东京都立) 信息通信研究机构(铃木隆文室长)等共同研究小组利用化学遗传学4 )的方法，开发出了仅在癫痫症状发生时抑制神经活动的按需治疗法，并成功地用猴子模型证实了其有效性。 癫痫是一种局部神经细胞异常兴奋在大脑大范围传播，引起痉挛和意识消失等发作的严重疾病。 药物疗法和外科手术等治疗方法有时也有可能阻碍正常的大脑功能，需要只集中在癫痫病灶，且只在发作时工作以抑制异常活动的按需治疗。 本研究使用通过基因操作导入的人工受体和只对其起作用的人工药剂来操作神经活动的被称为化学遗传学的方法，探讨了癫痫猴子模型中癫痫发作的治疗效果。 如果将猴子的初级运动区5 )视为假想的癫痫病灶，用药物引起异常兴奋，其活动就会广泛传播到大脑，引起全身性癫痫(额叶癫痫猴子模型)。 将人工受体导入该区域的神经细胞，在药物引起的癫痫发生时，量研自行开发的人工药物(右旋氯氮平； DCZ )6)经确认，仅需几分钟即可抑制癫痫的脑电图和症状(图1 )。 迄今为止，化学遗传学技术在脑病中的治疗应用仅限于以小鼠等小动物为对象的研究。 此次，通过与人类相同的灵长类、拥有高度发达的大脑的猴子确认了其有效性，可以说是今后临床应用向前迈进的成果。 本研究活用了日本医疗研究开发机构( AMED )“大脑与心灵的研究推进计划(战略性国际脑科学研究推进计划、国际大脑)”“大脑科学研究战略推进计划、大脑专业计划”以及JSPS科研经费中的部分成果，于2023年2月28日(星期二) 19:00 (日本时间)刊登在“NatureCommunications”的在线版上。
图1 :本研究概要图 研究的背景和目的癫痫是一种局部神经细胞异常兴奋向大脑大范围传播，引起痉挛和意识消失等的严重疾病。 患者中约6-7成可以通过服药控制症状，但对于药物无效的难治性癫痫患者，即使稍微含有周边部位，也会进行切除病灶部分的外科治疗。 但是，在病灶部附近具有运动语言等重要功能的情况下，也有可能因病灶部的切除而导致功能丧失，因此需要开发针对这种病例的有效的替代治疗方法。 本研究的目标是，应用量研在世界上率先成功应用于灵长类的化学遗传学这一创新技术，开发出出现癫痫症状时仅将病灶部位的异常神经活动准确抑制的按需治疗法。 化学遗传学是利用遗传学的方法将作为特定人工药作用点的人工受体导入靶神经细胞，从而在每次全身投用人工药时，可以精确地只控制该细胞的活动几个小时的技术。 此次，作为额叶癫痫的猴子模型，将掌管运动功能的初级运动区设定为癫痫的假想病灶部位，在该部位导入人工受体，验证了通过投用人工药剂是否能迅速且安全地抑制异常活动和癫痫发作。 研究的手法和成果向两只食蟹猴的左脑的初级运动区(手支配区域)注入表达抑制性人工受体的病毒载体7 )，6周后按照目标用PET8)对初级运动区人工受体的表达进行了成像确认。 接着，植入测量皮质脑电图的阵列电极9 )，向运动区注入微量的诱发癫痫的药剂(长春新碱) (图2 )。
图2 :对引入猴初级运动区的人工受体成像，在其中心诱发癫痫 (左)带有人工受体基因的病毒载体的注入位置(粉红色点)的示意图。 (中)显示从与人工受体结合的PET药剂放射的信号的聚集部位(绿色)的PET图像。 人工受体的表达在初级运动区得到确认。 (右)示出覆盖初级运动区的脑电图仪阵列电极的位置和癫痫诱发剂( OLINE )给药位置的示意图。 在注射了长春新碱的地方附近，不久就出现了被称为棘波的癫痫脑电图，同时出现了左侧运动区支配的右手随意运动的症状(不自主运动)。 几分钟后，发作蔓延到整个大脑皮质，出现全身性痉挛。 确认这些症状后，通过极微量的肌肉注射给予人工受体激动剂DCZ后，短短几分钟癫痫脑电图和癫痫发作样的症状就减弱了(图3 )。
图3 :脑电图监测癫痫与“按需治疗”疗效一例 (上)脑电图强度图。 从阵列电极上的64个位置记录的皮质表面电位的强度用颜色表示。 从注入了癫痫诱发剂的部位，捕捉到了高强度的脑电波向整体扩散的情况。 另外，投用人工药剂DCZ后强度减弱。 (下)从靠近诱发剂注入部位的电极记录的脑电图示例。 注入诱发剂后，棘波→多棘波→多棘慢波复合，脑电图模式改变，波幅增加，伴癫痫发作样症状。 给予DCZ后可以看到频率较低的多棘波，但其也随着时间消失，癫痫发作样行为的频率也减少了。 研究了2只猴子共6次诱发癫痫和给予DCZ的治疗效果。 在任何一种情况下，癫痫脑电图及癫痫发作样的异常行为的频率都会减少，在统计学上也有明显的效果。 此外，还确认了在发挥其效果之前，具有给药后仅3分钟以内的速效(图4 )。
图4 :比较dcz与溶剂给药对皮质脑电图和癫痫样行为的影响 (左)脑电波强度。 以给药前的脑波强度为基础，将脑波强度标准化，表示平均和标准误差。 溶剂控制(蓝色，N=4)没有变化，但通过DCZ给药3分钟后，强度低于给药前的95%置信区间，明显减弱(红色，N=6)。 (右)癫痫样行为频率。 和左边一样，表示标准化值的平均值和标准误差。 同样，通过DCZ给药，3分钟后频率低于给药前的95%置信区间，明显减少。 另外，人工药剂DCZ的给药本身对运动和清醒状态没有影响，另外，向初级运动区导入人工受体的基因和DCZ给药对大脑的激活没有造成损伤(神经细胞死亡和免疫应答)，可以确认安全性得到了充分的保证。 今后的发展本研究在额叶癫痫猴子模型中，通过导入癫痫病灶神经细胞的人工受体，即使在癫痫脑电图向整个皮质扩散的危重状态下，也能有效地抑制发作。 本成果是迄今为止只在小鼠等小动物中出现的化学遗传学抑制发作，利用大脑大小和复杂性与人类相近、同属灵长类的猴子在世界上首次成功地进行了概念实证，并应用于临床治疗 实际上，基因导入技术的安全性、DCZ的长期给药的安全性等在转移到临床试验之前需要进一步的努力，但是通过PET进行的基因导入的确认和表达水平的成像技术在原理上也适用于人类，在这一点上也显示了应用的可能性。 另外，本研究中使用的化学遗传学技术是量研在世界上率先成功应用于灵长类的基础技术，今后将与国内外的研究机构等共同，展望10年内的临床治疗应用进行研究。 用语解说1 )癫痫 癫痫是一种突然失去意识、没有反应等，反复发生“癫痫发作”的疾病，患者数每100人中就有1人，是谁都有可能患上的常见疾病之一。 “癫痫发作”是由于大脑的一部分神经细胞突然暂时发生异常的电活动(电发射)而引起的，根据电发射发生在大脑的哪个范围表现出各种各样的“发作症状”。 但是症状基本上是暂时性的，其特征是癫痫发作结束后恢复到原来的状态。 治疗是通过服用合适的抗癫痫药物，60~70%的患者可以抑制发作，正常地过社会生活。 另一方面，抗癫痫药物无法抑制发作，“难治性癫痫”可能需要多种抗癫痫药物的调整和外科治疗等专业的癫痫治疗。 见厚生劳动省HP ( https://www.mhlw./kokoro/know/disease _ epilepsy.html) 2 )人工受体 通过向本来存在于生物体内的受体(内源性受体)中加入基因变异而制造的人工受体。 通常，在神经细胞中，由于内源性受体与神经递质(配体)结合，活动发生变化。 另一方面，人工受体不与生物体内存在的任何配体结合，只有特定的人工配体(激动剂)结合，神经活动发生变化。 此次，作为神经细胞的“开关”导入的人工受体具有抑制性(关闭开关)功能，由本研究小组开发的激动剂——十氯氮平( DCZ )结合。 3 )按需治疗 只有在可能出现症状，或者出现症状时才用药来抑制症状的治疗方法。 4 )化学遗传学( chemogenetics ) 这是通过基因变异等产生的人工受体和对存在于生物体内的受体不起作用的人工激动剂的组合来操作神经活动的研究方法。 5 )初级运动区 在左右大脑比较前方的区域，与另一侧手脚等随意运动的表现相关，输出运动指令。 6 )十氯氯氮平( Deschloroclozapine，简称DCZ ) 启动人工受体的QST独自开发的人工药剂的名称。 作为激动剂，现在效果最好。 详情见2020年QST新闻稿( https://www.qst./site/press/42113.html )。 7 )病毒载体 它是以向细胞导入基因为目的，利用病毒所具有的对细胞的感染性，代替与致病性相关的基因，嵌入了外来的目的基因。 也应用于基因治疗。 8 ) PET 正电子断层扫描( Positron Emission Tomography )的简称。 向体内给予用正电子核素( 11C、13N、15O、18F等)标记的PET药剂，通过检测从集聚在特定的身体部位或与体内物质结合的PET药剂放射的正电子引起的伽马射线，测定存在于体内的生物体内物质的局部存在和量，进行图像图像显示 此次，使用放射性标记了与人工受体结合的DCZ的[11C]DCZ作为PET药剂，通过生物体确定了人工受体的表达范围。 9 )阵列电极 一种片状电极，留置在硬膜内外，用于测量脑表面较大范围内多个位置的电信号。 这次使用的是国立研究开发法人信息通信研究机构未来ICT研究所大脑信息通信融合研究中心铃木隆文室长开发的64个点上可以进行记录的电极。 研究人员的评论 因为是使用猴子进行的疾病研究，所以在考虑到动物伦理的同时进行了实验。 目睹了与人类相近的猴子实际上可以抑制痉挛，切实感受到了这种方法的有效性。 我很高兴为临床应用做出了贡献。 今后也想一步一步接近被疾病困扰的各位的治疗方法的确立。 关于论文标题: chemo genetic attenuation of cortical seizures in nonhuman primates 作者: Naohisa Miyakawa1*，Yuji Nagai1，Yukiko Hori1，Koki Mimura1，asumi ori hara 1，2，Kei Oyama1，Takeshi Matsuo3，ken-ichi id Toshiyuki Hirabayashi1、Tetsuya Suhara6、Masahiko Takada4、Makoto Higuchi1、Keisuke Kawasaki7、Takafumi Minamimoto1* 1.department of functional brain imaging，national institutes for quantum science and technology，Chiba，Japan 2.Department of Neurosurgery，graduate school of medical and dental sciences，Tokyo medical and dental university，Tokyo，Japan 3.Department of Neurosurgery，Tokyo metropolitan neurological hospital，Tokyo，Japan 4.Systems Neuroscience Section，center for the evolutionary origins of human behavior，Kyoto University，Aichi Japan 5.center for information and neural networks，national institute of information and communication s technology，Suita，Japan 6.Institute for Quantum Life Science，national institutes for quantum science and technology，Chiba，Japan 7.Department of Physiology，Niigata university school of medicine，Niigata，Japan *Corresponding authorsdoi:https://www./articles/s 41467-023-36642-6 |
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