細胞熱効果と放射性CT画像に基づく炎症性腸疾患に対する糞便微生物叢移植と生物学的製剤治療の解析
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Thermal Science and Engineering Progress
Available online 25 December 2024, 103169
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これは何？
細胞熱効果と放射性CT画像に基づく炎症性腸疾患に対する糞便微生物叢移植と生物学的製剤治療の解析
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S245190492400787X
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Shailan Zhou a b
,
Bo Yang a b
,
Chen Ye a b
,
Xiaoqiong Lv a b
,
Di Zhao a b
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https://doi.org/10.1016/j.tsep.2024.103169
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ハイライト
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IBDの治療における主要な進歩には、微生物叢移植と生物学的製剤の使用が含まれる。
- 本研究の
目的は、IBD治療における微生物叢移植と生物学的製剤の有効性を評価するためのradioCT画像の有用性を探ることである。
- radioCT
画像診断と糞便微生物叢移植の併用は、IBDの診断と治療の両面をサポートし、IBDの管理における有望な応用を提供する。
概要
本研究の目的は、炎症性腸疾患（IBD）治療における微生物叢移植と生物学的製剤の実現可能性と有効性を、細胞熱効果と放射性炭素CT画像に基づいて検討することである。炎症性腸疾患の治療における細胞温熱効果の作用機序を解析し、疾患診断と治療モニタリングにおける放射性炭素CT画像の応用と組み合わせることで、治療効果の向上と副作用の軽減の可能性を評価した。細胞温熱効果とは、特定の温度条件下で細胞の代謝活性や機能状態が変化する現象を指す。温度を正確に制御することで、細胞に熱ショックタンパク質の産生を誘導し、炎症反応を抑制しながら細胞の自己修復能力を高めることができる。本研究では、炎症性腸疾患患者の腸管炎症の程度を定量的に解析するためにラジオCTイメージングを用い、治療前後の細胞の温熱効果の変化を評価した。IBD患者の1グループには従来の生物学的製剤治療を行い、もう1グループには生物学的製剤治療と細胞温熱療法を併用した。治療中、腸の炎症の変化を放射性炭素CT画像でモニターし、臨床症状の改善を記録した。その結果、生物学的製剤のみを投与した対照群に比べ、細胞温熱効果を併用した治療群の方が炎症性腸疾患の治療効果が有意に高いことが示された。Radio-ct画像から、治療群の患者の腸管炎症面積は治療後に有意に減少し、炎症の程度も軽減していることが示された。腹痛や下痢などの臨床症状も、細胞温熱治療群の方が早く緩和されました。細胞温熱療法は治療効果を向上させただけでなく、経過観察中も有意な副作用は認められなかった。
はじめに
しかし、糞便微生物叢移植や生物学的製剤による治療の有効性と安全性の評価にはまだ課題がある。内視鏡検査や組織生検といった従来の臨床評価法には、侵襲的で主観的であり、病変の範囲が限定的であるなど、一定の限界がある。放射線コンピュータ断層撮影法（CT）は、高解像度の断層画像を提供する非侵襲的な画像技術である。腸の解剖学的構造や病態を視覚的に表示することができ、幅広い応用が期待されている。Radio-ct画像は、炎症性腸疾患の活動性、病変分布、腸管壁の厚さを評価する上でユニークな利点がある。このような努力にもかかわらず、IBDの根底にある正確な機序はいまだ解明されておらず、未解明な点が多く残されている。これまでの科学的研究により、IBDの発症にはある程度の光が当てられており、腸内の慢性的な免疫介在性炎症に起因することが示唆されている。この炎症過程は、遺伝的素因、環境因子、微生物による誘発因子の組み合わせによって左右されると考えられている [1] 。これらの要素が複雑に絡み合っていることを理解することは、IBDの謎を解き明かし、世界中に多様な症状を引き起こす上で極めて重要である。このように複雑な力学が働いている以上、IBDの根底にあるメカニズムをさらに深く掘り下げる努力が必要であることは明らかである。より包括的な理解を得ることで、研究者はより的を絞った効果的な治療戦略の開発に道を開くことができる。
炎症性腸疾患(IBD)の治療を進歩させることが急務であることから、本研究では、便微生物叢移植と生物学的製剤という2つの有望な治療法におけるradioCT画像の潜在的応用価値を解明することを目指す。糞便微生物叢移植は、消化管に存在する微生物の複雑な生態系を利用することで、IBDと闘う新しい治療法として登場した。健康なドナーの糞便をIBD患者に慎重に投与することで、バランスのとれた微生物群集を回復させ、腸の慢性炎症プロセスを緩和することを目的としている。しかし、糞便微生物叢移植の治療効果と潜在的限界を十分に理解するためには、radioCTスキャンのような高度な画像診断技術の採用が不可欠である。これらの画像を綿密に解析することで、移植後に腸内で起こる形態的・機能的変化に関する貴重な洞察を明らかにし、疾患の進行に及ぼす影響を確認することができる。生物製剤はIBDのもう一つの画期的な治療手段であり、免疫反応に関与する特定の分子を調節することで標的治療を提供する。生物学的製剤はIBDのもう一つの画期的な治療法であり、免疫反応に関与する特定の分子を調節することによって標的治療を行うものである。生物学的製剤は生体やその構成成分に由来し、IBDの治療において顕著な効果を示すが、腸管構造や炎症に対する正確な影響については包括的な評価が必要である。RadioCTイメージングを活用することで、これらの生物学的製剤によって誘発される腸の形態、血管の変化、組織のリモデリングの複雑な変化を精査することができる。この詳細な解析は、IBDの管理における生物学的製剤の有効性を評価するための重要な基盤となり、臨床医が十分な情報を得た上で治療選択肢を決定するための指針となる。定量的解析と定性的解析の両方を取り入れたradioCT画像の綿密な検討を通じて、IBDの治療介入について表面的な理解を超えることを目指す。デジタル画像技術を活用することで、消化管内の複雑なニュアンスや変化を探り、疾患と治療に対する反応を包括的に捉えることができます。
バイオメディカル分野での細胞温熱効果の応用研究が深まるにつれ、炎症性腸疾患の治療におけるその可能性が徐々に明らかになりつつある。細胞温熱効果とは、マイクロ波、高周波、レーザーなどの特定の物理的手段によって細胞に熱エネルギーを与え、それによって細胞内の一連の生化学反応に変化を引き起こすことを指す。微生物叢移植と細胞温熱効果を組み合わせることで、治療効果をさらに高め、温熱効果によって腸内微小環境を調整し、微生物叢のコロニー形成と増殖にとってより好ましい条件を作り出すことができる。生物学的療法とは、バイオテクノロジーを利用して抗体や融合タンパク質などの薬剤を製造し、炎症性腸疾患を治療することである。このクラスの薬剤は、炎症性サイトカインの活性阻害や炎症性シグナル伝達経路の遮断など、炎症反応の様々なリンクに特異的に作用することができる。デジタル画像処理とは、実用性を向上させ、所望の目的を達成するために、コンピュータやデジタルハードウェアを使用して、画像情報に対して数学的演算を行うことである。しかし、衛星画像のように画像の構造が複雑な場合、膨大な計算量と演算能力が必要となる。医用画像処理では、コンピュータを用いて医用画像を解析することで、診断の精度を向上させ、人間の解釈による診断結果の差異を回避している。現代技術の発展により、コンピュータ支援システムは機械学習やその他の技術と統合され、精度をさらに向上させ、臨床応用を拡大することができる。
ヒトのマイクロバイオームと、さまざまな条件下でのその変動を理解することは、疾患に関連する微生物の不均衡を評価するために不可欠である。ヒトの微生物の大部分は、細菌、古細菌、ウイルス、真菌を含む腸内に存在する。ヒトの微生物生態学に関する研究は、主に腸内細菌に焦点を当てているが、腸内細菌は年齢、食事、生活習慣、薬物、その他の要因によって変化する可能性がある。腸内の正常な細菌叢は変化しやすく、動的平衡を保ち、微生物棲息環境の変化に適応するために絶えず調整され、全体的な健康を促進している。しかし、身体の防御機能が弱まると、正常な細菌の一部が病原性を持ち、病気を引き起こすことがある。さらに、腸内細菌叢の動的なバランスが崩れることも、病気の原因となる。外的要因は腸内細菌叢のこうした変化に影響を及ぼし、最終的には様々な微生物間の相互契約関係に影響を及ぼし、病気につながる可能性がある。科学的研究により、炎症性腸疾患（IBD）の発症において、微生物因子と腸内細菌叢のバランスの乱れであるディスバイオーシスが極めて重要な役割を果たすことがますます浮き彫りになってきている。このような認識から、IBDの症状や進行を緩和する有望な治療標的として腸内細菌叢の研究が進められている [2] 。革新的なアプローチとして注目されているのが、便中マイクロバイオーム移植（FMT）と、モノクローナル抗体やその他のタンパク質ベースの治療法などの生物学的製剤との併用である。これを実現するために、私たちはRadioCTスキャンを含む高度な医療用画像診断技術を採用し、治療結果を正確に評価・監視する。これらの画像診断法を活用することで、治療後の腸の構造的・機能的変化を詳細に把握し、治療効果を包括的に評価することができる。この研究を通じて、IBDの最適な治療戦略に関する貴重な知見を得ることで、臨床診療の新たな基準を確立することを目指す。FMTと生物学的製剤の統合は、微生物の不均衡と免疫調節異常の両方に対処する、より総合的なアプローチを提供し、IBD管理のパラダイムシフトを示す可能性がある。私たちの研究は、より効果的で安全な治療プロトコルを特定することで、患者の予後を改善することを目指しています。マイクロバイオーム移植と生物学的製剤の組み合わせに関する理解を深めることで、IBD患者さんの生活の質を向上させ、より信頼性の高い持続可能な治療法を提供することを目指しています。
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セクションの抜粋
一般的な資料
本試験の頑健性と妥当性を確保するため、患者選択のための組み入れ基準を厳格に定義した。主な基準は以下の通りである： (2) 臨床的に炎症性腸疾患と診断された患者、特に潰瘍性患者を含む
患者の特徴
治療前の80名の患者の一般状態を図3に示す。このうち、生物学的製剤や細菌叢移植を使用したことがない患者は32人、細菌叢移植治療を受けた患者は28人、生物学的製剤治療を受けた患者は20人であった。
80人の患者全員が、少なくとも3回の菌液移植を受け、多くても3回の菌液注入の後、3回の糞便カプセルの経口投与を受けた。投与スケジュールについて
討論
細胞温熱効果とは、外部の熱源を通して細胞に熱を加えることで、細胞に生化学反応や機能変化を引き起こす現象を指す。炎症性腸疾患の治療において、細胞温熱効果は主にハイパーサーミアによって達成されるが、ハイパーサーミアには局所的ハイパーサーミアと全身的ハイパーサーミアがある。局所温熱療法は通常、温湿布や赤外線照射などで行われ、全身温熱療法は温熱機器の使用を必要とする。
結論
本論文では、炎症性腸疾患の治療における細胞温熱効果の重要な役割について深く考察し、ラジオCTイメージング技術と組み合わせることで、微生物叢移植や生物製剤治療に対する新たな視点と解析方法を提供した。本研究では、細胞温熱効果は治療効率を大幅に向上させるだけでなく、副作用の軽減や患者のQOLの向上にも大きな可能性を示すと結論づけた。
引用されていない文献
[14], [15], [16], [17], [18].
CRediT 著者貢献声明
Shailan Zhou： Bo Yang：ソフトウェア、プロジェクト管理： ソフトウェア、プロジェクト管理。Chen Ye： 原案執筆、リソース。Xiaoqiong Lv： 執筆-校閲・編集、調査。趙迪： 執筆-校閲・編集、データ管理。
資金提供
この研究は、中国国家自然科学基金会（助成金番号81700480）の支援を受けた。
利益相反宣言
著者らは、本論文で報告された研究に影響を及ぼすと思われる既知の利益相反関係や個人的関係がないことを宣言する。
参考文献 (18)
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21世紀における炎症性腸疾患の世界的発症率と有病率：集団ベースの研究の系統的レビュー
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K. Matsuoka
Fecal microbiota transplantation for ulcerative colitis
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(2021)
本論文のフルテキスト版には、さらに多くの参考文献が掲載されています。
Cited by (0)
☆この論文は、Thermal Science and Engineering Progressに掲載された特集号「生体系における熱影響」の一部である。
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