INTRAMUSCULAR MESENCHYMAL STEM CELL APPLICATION WITH BORIC ACID REDUCE LDH DURING AN EXHAUSTIVE SWIM EXERCISE

技術要約：筋内への間葉系幹細胞投与とホウ酸の併用による、過酷な水泳運動中のLDH低減

問題提起
激しい身体運動は、エネルギー基質の枯排、代謝副産物（乳酸など）の蓄積、および乳酸脱水素酵素（LDH）のような細胞内酵素の血液中への放出を特徴とする骨格筋損傷を誘発する。この損傷は、筋疲労、運動パフォーマンスの低下、および回復の遅延を引き起こす。再生医療における間葉系幹細胞（MSC）を用いた治療法は組織修復において有望視されているが、細胞の生存率、増殖、および移植の有効性に関する課題が依然として残っている。また、ホウ酸（BA）はホルモン調節や骨の健康に影響を与えることが知られているが、MSCの移植を強化し、運動誘発性の筋疲労を軽減するというその具体的な役割については、これまで十分に研究されてこなかった。本研究は、MSCの有効性を高め、アスリートのための迅速な回復戦略を改善するための新規な薬剤の必要性に対処するものである。

方法論
本研究では、30匹の雌性ウィスター・アルビノラットを使用し、6つのグループ（各群n=6）に分けた：コントロール、運動（Ex）、運動＋ホウ酸（BA）、運動＋MSC、運動＋MSC＋BA（運動後に投与）、および運動＋MSC＋BA（運動前に投与）。追加で5匹のラットを骨髄由来MSCの単離に使用した。

• 運動プロトコル： ラットは15日間にわたる過酷な水泳運動レジメンに従事し、これは3つの期間に分けられた。第1期は適応フェーズであり、第2期および第3期は、疲労困憊に達するまで水泳を行った。疲労困憊時間は毎日記録された。
• 介入： 骨髄由来MSC（1x10⁶ cells/1ml）を単離・培養した。ホウ酸の投与量は、細胞の生存率を確保するために、まず細胞培養において最適化された。MSCおよび/またはBA（10µg）の筋内注射を、腓腹筋に投与した。投与のタイミングはグループによって異なった（例：第2期の運動直後）。
• 測定項目：
  • 生理学的指標： 疲労困憊時間、体重、および体温をモニタリングした。
  • 生化学的指標： 運動から24時間後に血漿サンプルを採取し、乳酸および乳酸脱水素酵素（LDH）レベルを測定した。
  • 組織学的指標： 腓腹筋・ヒラメ筋組織を固定、切片化し、ヘマトキシリン・エオジン（H&E）染色を行った。分析は、白血球浸潤、筋線維の完全性、Z帯の変動、および（再生を示す指標となる）中心部に位置する核の存在に焦点を当てた。
• 統計解析： データは、Student's t-test、Mann–Whitney U-test、および事後補正を伴うOne-way ANOVAを用いて分析された。有意水準はp < 0.05とした。

主な結果

• 疲労困憊時間： MSCとBAの組み合わせは、運動のみのグループと比較して、疲労困憊時間を有意に延長させた。具体的には、MSCとBAを運動前に投与した場合、疲労困憊時間は約6倍に増加し、運動後に投与した場合は4.5倍に増加した。BA単独では2.5倍、MSC単独では4倍の増加が見られた。
• 乳酸脱水素酵素（LDH）： 本研究では、過酷な運動後にMSCとBAの組み合わせがLDHレベルを減少させることが示され、これは筋膜の損傷減少を示唆している。ただし、抄録の記述において、併用群のLDH減少に関する統計的なニュアンスとして、抄録本文ではp>0.05と報告されているが、考察および結論では有益な減少として記述されている。
• 乳酸レベル： 高い乳酸値が疲労を示すという従来の考え方に反して、本研究では、MSCおよびBAを投与したグループにおいて乳酸レベルが有意に増加（p=0.05）した。著者らはこれを、疲労の発生が遅延したことにより、より長時間の運動と高い乳酸生成が可能になった兆候であると解釈している。
• 組織学的所見： 運動グループは、顕著な筋線維の崩壊、白血球浸潤、および完全性の喪失を示した。対照的に、MSCおよびMSC+BAグループは、中心部に位置する核や、コントロール群の正常な構造に近い形態の筋線維によって示されるように、筋再生を示した。
• 物理的特性： 体温は、運動のみのグループと比較して、BAおよびMSCを投与したグループで有意に低かった。これは、運動誘発性の高体温症の緩和を示唆している。

意義および主張
著者らは、運動誘発性の筋損傷の治療におけるホウ酸の筋内投与の併用について調査した最初の研究であると主張している。本研究の主な意義は、以下のことを実証した点にある：

1. 持久力の向上： MSCs-BAの組み合わせは、水泳の持久力を大幅に向上させ、疲労の発生を遅らせる。
2. 筋再生： 組織学的証拠は、中心部に位置する核や減少した組織損傷によって示されるように、この組み合わせが筋再生を促進することを裏付けている。
3. 保護メカニズム： この治療法は、低いLDHレベルおよび減少した組織学的損傷スコアによって示されるように、過酷な運動に伴う損傷から筋組織を保護していると考えられる。
4. 新規治療アプローチ： 本研究は、ホウ酸が細胞療法におけるMSCの生存能と治療的可能性を高めるための支持剤として機能し得ることを示唆している。

本論文は、異なる用量や組み合わせに関するさらなる研究が必要であるが、ホウ酸の筋内投与とMSCの併用は、運動パフォーマンスの向上および過酷な運動からの迅速な回復のための有益な戦略であると結論付けている。