フォトバイオモジュレーションと脳外傷性脳損傷とその先

バーバラ・ジェフォート

レーザは脳が自らを修復するのを補助できるのか。多くの生体医学的な疾患に対する研究とアプリケーション開発が数年間続いた後、外傷性脳損傷（TBI）、あるいはその他の神経疾患、精神疾患の治療におけるフォトバイオモジュレーション（低出力光療法）の効果を評価する臨床試験が実施されている。

かつて低出力光療法（LLLT）や他のさまざまな名称（「フォトバイオモジュレーションという名称について」を参照）で呼ばれていたフォトバイオモジュレーション（PBM）療法では、細胞プロセスを刺激または抑制するために、一般に可視光の青から遠赤外（NIR、およそ400 ～ 1500nm）にわたる低出力の単色光（または準単色光）が用いられる（1）。最新の論文「ミニレビュー」では、生理作用を修復するための光を理解して利用する際に「量子飛躍」を成し遂げたことが報告され、PBM療法が複雑な疾患を治療するための「新たな希望を意味する」と議論されている（2）。費用対効果と、多くの弱者の生活を支える可能性を考慮すると、PBMが主流になると研究者は予見している。
　PBMのアプリケーションのリストでは、鎮痛、創傷治療から心臓発作の減少まで及んでおり、驚くべきことである。アプリケーションの一つである脳疾患の治療については、神経疾患や精神疾患への薬物治療の効果があまり見られてないことから、特に注目されている。
　SPIE フォトニクスウェスト2016の生体医学光学シンポジウム（BiOS）で行われた基調講演「外傷性脳損傷（TBI）におけるフォトバイオモジュレーション:PBMは脳が自らを修復するのを補助できるのか」では、PBMの進展、その機能、外傷性脳損傷や精神疾患の治療と認知促進（その他を含む）のアプリケーションについて、マイケル・R・ハンブリン博士（Michael R. Hamblin）が講演した。PBMを学ぶ者は、ハンブリン氏のもとに入門する必要はない。ハンブリン氏は、米マサチューセッツ総合病院（Massachusetts General Hospital）のウェルマンセンター光医学の研究責任者、米ハーバード大医学大学院（Harvard Medical School）の皮膚科学の准教授、ハーバード・MIT健康科学技術部門の関連部門のメンバーである。

PBMの機構と機能

ハンブリン氏と共同研究者はPBMの機構解明、すなわち分子、細胞、組織レベルにおける光の影響を理解しようとしている。彼のチームは、医療コミュニティだけでなく一般からも賛同を得られる技術として、この研究を優先している。波長、流束量（標的表面で単位面積あたりに受けるエネルギー）、吸収量、治療タイミング、頻度など、PBMに関するパラメータのほとんどは、実験デザインの不備によりネガティブな結果に終わったPBMスタディを、彼らは報告する（3）。
　これを確かめるため、ハンブリン氏の研究室は多くのin vitro 実験を続けた。そして、光への応答は細胞内のミトコンドリアで起きることを示した（3）。また、ミトコンドリア内にあるシトクロムcオキシダーゼ（CCO、複合体IVとして知られている）が光受容体として機能する特異的構造をしていること、それによりPBM効果において重要であることも確かめられた（図1）（3）、（4）。さらに、CCOが光エネルギーを吸収したときの反応も解明できた。PBMは、ストレス下の細胞内で、CCOから一酸化窒素（NO）を解離させて酸素に置き換えることにより、細胞呼吸の抑制（やがて貯蔵エネルギーの減少につながる）を防ぐ。こうして、遺伝子の発現レベルを変えられる転写因子を作動させる。
　マウスの一次皮質ニューロンに810nmの光を照射すると、独立した5つの基本的応答が起きることを一つのin vitro 研究が明らかにした（8）。この研究はまた、光の二相的な容量応答があることを明らかにした。すなわち、少量の光は細胞を刺激し、中等量なら細胞を抑制し、大量なら細胞を殺せるということである。生きたマウスを用いた研究では、665nmと810nmのレーザ光は重篤なTBI（Traumatic Brain Injury）後の神経行動学的パフォーマンスを有意に向上させるが、980nmの光では向上できなかったことが判明した（5）。さらに、810nmレーザ光において連続波（CW）とパルスモードを比較し、CWや100Hzのパルスよりも10HzのパルスのほうがTBIの治療効果は高いことを発見した（6）。

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出典元
https://ex-press.jp/wp-content/uploads/2016/07/LFWJ_Jul16_P038_040_Bio01.pdf