外傷性視神経障害における研究の進展

外傷性視神経症（TON）は、外傷性脳損傷（TBI）に関連した深刻な目の病気で、永久的な失明を引き起こすことがある。閉じた頭部外傷の約5%と顔の外傷の2.5%で発生する。アメリカでは、毎年7万5千人以上がTONのために視力を失う可能性がある。目の怪我は戦争で最も一般的な怪我の一つで、毎年約250万回の救急室訪問に繋がっている。

TONの治療法は主に高用量のコルチコステロイドや圧力を和らげる手術があるけど、どちらのアプローチもあまり成功していない。一部の研究では、コルチコステロイドを使用するとTBI患者の合併症のリスクが増加する可能性があることが示唆されている。ある研究では、コルチコステロイド治療を受けたTBI患者の21%が2週間以内に死亡し、プラセボを受けた患者では18%だった。だから、TBIとTONは一緒に起こることが多いから、医者たちはコルチコステロイドを使うのを減らしていて、視力を失う前に適用できる新しい治療法の必要性が高まっている。

新しい治療法を見つける第一歩は、TONとそれに関連する怪我が人間でどのように起こるかを正確に反映した動物モデルを開発することだ。このモデルは、研究者たちが細胞の損傷につながる生物学的プロセスを理解し、細胞の損失が起こる前に視覚問題の初期兆候を特定するのに役立つ。

#外傷性視神経症とは？

TONは視力喪失を特徴とし、網膜神経節細胞（RGC）の死と視神経の損傷に関連している。これらの怪我が起こる正確な理由は完全には明らかではないが、現在のモデルは通常、視神経への直接的な損傷に焦点を当てている。ほとんどの研究は神経を圧迫したり切ったりする方法を使っているが、これではより一般的な間接的な原因には対処できていない。あるモデルでは、空気爆風を利用して繰り返し可能な損傷を作り出し、兵士が遭遇する可能性のある爆発物の影響をシミュレートしている。しかし、この方法は、さまざまなタイプのTBIで発生する可能性のあるねじれやせん断力を再現していない。

私たちの研究では、ねじれた間接的外傷性視神経症（TITON）モデルを作ることを目指している。私たちの方法は、閉じた頭部TBIの際に起こるねじれを模倣している。このような動きは、視神経に曲げ、せん断、圧縮といったさまざまな損傷を引き起こし、網膜にも影響を与える可能性がある。視力喪失がどのように起こり、どの細胞が影響を受けるかを理解することは、効果的な診断および治療オプションの開発に不可欠だ。私たちは、TITONイベント後にどの細胞タイプが損傷を受けているかを特定するために、光適応フルフィールド電気網膜計（LA ffERG）を使って初期警告サインを探している。

#研究デザイン

この研究は二つの段階に分かれていた。最初の段階では、目に小さくて不可逆的な損傷を引き起こすのにどれくらいの動き、あるいは回転が必要かを調べるためのパイロットスタディを行った。第二段階では、この低レベルの損傷を詳細に調べて、診断マーカーの可能性を特定した。

パイロットスタディでは、27匹の雌ラットを使って、小さくて永久的な損傷を引き起こすのに必要な振幅、速度、回転の度合いを決定した。メインスタディでは、40匹の雄ラットを使用した。私たちの実験は全て、動物研究の厳格なガイドラインに従って行われた。

#損傷の誘発

損傷を引き起こす回転を適用するために、ロボットを作った。このロボットはラットの目を素早く回転させながら頭を静止させることができる。私たちは、ラットの頭をしっかりと固定するためにステレオタクシックフレームを使い、ロボットを正しく配置できるようにした。このロボットは回転の速度や角度を正確に変化させることができる。

回転を適用する前に、ロボットが正しく動作するかをテストした。回転中にラットの目を安定させる特別なフックを使った。パイロットスタディは左目に焦点を当て、メインスタディでは右目をターゲットにして、最大47度まで回転させ、最大3320度/秒の速度で回転させた。回転中に達成された最大の角度と速度を記録した。

#損傷の閾値の特定

損傷レベルを測るために、光の閃光に反応して網膜で生成される電気信号を測定した。これをフラッシュ視覚誘発電位（fVEP）と呼び、損傷前、損傷直後、そして1週間後に記録した。これらのテスト中、ラットは麻酔で眠らせた。

ラットに短い光の閃光を与えると、脳の視覚皮質で反応が起こる。これらの反応は、ラットの頭に取り付けた電極で記録した。光の閃光に直接関連する反応をキャッチしていることを確認するために特別な技術を使用した。

損傷後にfVEPを測定した後、1週間後に麻酔を戻し、同じ方法で別のセットのfVEPを記録した。fVEP信号の変化から、どれほどの損傷が発生したかを理解するのに役立った。

#損傷の機能的特徴付け

テストの前に、ラットは再び麻酔で眠らせ、目薬で瞳孔を拡げた。さまざまな視覚テスト中に、目の電気活動を記録するために体に電極を取り付けた。

A波やB波など、網膜内の異なる細胞タイプの活動を反映するいくつかの信号を測定した。網膜神経節細胞の状態を示す信号であるPhNRが特に重要だった。損傷後1日と7日後にラットを再テストして、損傷が目の機能にどのように影響したかを見た。

損傷後、PhNR信号に顕著な変化が見られた。損傷を受けた右目は、未損傷の左目に比べて、1日後と7日後にPhNRの振幅に顕著な違いを示した。

#組織学と免疫組織化学

テストが完了した後、ラットを安楽死させ、組織を調べるために二酸化炭素を使用して迅速に眠らせた。切開を行い、眼球と視神経のサンプルを採集し、さらなる分析のために取り出した。

細胞死や損傷の兆候を特定するために特定の染色手法を用いて組織を調べた。網膜サンプルを検査してストレスや損傷を示す特定のタンパク質の変化、例えば、網膜細胞がストレスを受けているかどうかを示すGFAPを探した。

また、視神経を調べて軸索構造に変化があったかどうかを調べ、損傷の重篤さを示すことを目指した。TUNEL染色を使用して、網膜と視神経で死にかけている細胞を特定し、時間経過に伴う損傷の進行を示した。

#発見と影響

私たちの結果は、特定の回転量がラットの視覚信号に測定可能な変化を引き起こすことを示した。視力に持続的な変化をもたらす損傷に関連する特定の回転と速度の閾値を特定した。

損傷を受けた目では、GFAPのレベルが増加しているのが見られ、特に損傷から1週間後には網膜細胞がストレスを受けていることを示唆した。TUNEL陽性細胞の存在は、損傷が網膜と視神経の両方で細胞死をもたらしたことを示していた。

全体的に、私たちの発見は、私たちが開発したTITONモデルが、外傷性視神経症の条件を効果的に再現できることを示している。記録した電気生理学的信号の変化は、TONを早期に診断するために使用でき、効果的な治療には重要だ。

#今後の方向性

この研究により、TONの確固たるモデルが得られ、将来の研究での潜在的な治療法を探る道が開かれた。私たちの発見は、PhNRの監視が早期介入のための貴重な診断ツールになる可能性があることを示唆している。

網膜細胞を保護し、視力喪失を防ぐ可能性のある治療オプションを探求することを目指している。炎症や細胞死につながるシグナル伝達経路をターゲットにした薬剤が有効である可能性がある。

さらに、私たちの研究には、各部分で1つの性別の動物を使用したり、網膜機能のすべての側面を強調しない特定のテストを選択したりといったいくつかの限界があることを認識している。今後の研究では、雄と雌の動物の両方を含め、外傷後の網膜健康をより包括的に理解するために追加のテスト方法を調査するべきだ。

#結論

この研究は、外傷性視神経症がどのように発生するかのより明確な図を提供し、早期診断と介入の重要性を強調している。TITONモデルの開発により、Tonの研究を新たに進め、外傷後の視力を保存するための治療を改善する新たな手段を得た。今後の研究では、網膜機能を保護し、外傷後の持続的な損傷を軽減するための潜在的な治療法に焦点を当てていく。