患者から腫瘍を取り出して皿の中で研究できるようになったとき、腫瘍学の分野は一変しました。スタンフォード大学の神経科学者であるセルジュ・パスカは、精神医学にも同じような革命を経験してもらいたいと考えています。しかし、脳は癌よりもさらに大きな課題を提示します。医師が腫瘍を解剖する方法のように、人間の健康な大脳皮質の断片を単純に切り取るという選択肢がないため、脳科学者は創造性を発揮する必要がありました。
現在、Paşca は他の研究者と協力して、実験室で幹細胞から直径約 4 mm の人間の脳組織の小さなボールを成長させています。適切な化学物質から促されると、これらの培養物はニューロンや他の細胞型に成長し、少なくともある程度は人間の脳の実際の領域に似た構造に数週間から数か月かけて組織化されます. (これらの構造には、血管や免疫細胞などの重要な構成要素が欠けているため、認定が必要です。) 研究者は、組織工学のこの偉業が脳の基礎研究、疾患モデリング、個別化医療に大きな変化をもたらすと楽観視しています。
過去 5 年間、科学者たちはこれらの「ミニ脳」、つまり脳オルガノイドをより本物に近づけるために取り組んできました。たとえば、今月初めの Quanta 本物の脳と同じように、介在ニューロンがある領域から別の領域に移動できるようにする前脳回路を組み立てる新しい方法について報告しました。
しかし、これまでに研究された文化のほとんどは、発達の最初の三半期にのみ脳を模倣しています。増加する証拠は、自閉症や統合失調症などの神経発達障害に関与するプロセスが、妊娠後期、妊娠第 2 期または第 3 期、あるいは出生後に始まることを示唆しています。その広い期間にわたる脳構成の変化は、細胞レベルでさえ重大である可能性があり、初期の胎児のミニ脳の研究価値を抑制しているように思われる.
最近 Neuron に掲載された研究では しかし、Paşca と彼のチームは、小さな脳を前例のない長寿に押し上げることで、その障害を乗り越えた可能性があります。彼らは大脳オルガノイドを2年近く培養しており、記録上最も長く持続するヒト細胞培養の一部となっています。 （インタビューで、パシュカは、一部のオルガノイドは現在でも850日以上存続していると付け加えた.開発が遅く、検査が難しいため、以前の細胞培養研究。
星状細胞は、大脳の白質の大部分を構成し、灰白質のニューロンの数をはるかに上回る、大きな非ニューロンの星形の細胞です。科学者たちは、アストロ サイトが果たす重要な仕事を認識し始めたのはごく最近のことです。それらは血管とつながります。彼らは脳のトラウマを感じます。しかし、アストロ サイトは、筋萎縮性側索硬化症 (ALS、またはルー ゲーリック病) などの神経変性状態でも役割を果たしており、神経発達障害の一因であると疑われています。
数年前、Paşca はスタンフォード大学の同僚である Ben Barres とチームを組み、オルガノイドが星状細胞の発達について何を明らかにするかを調べました。バレスの研究室は、アストロサイトやその他の白質細胞を長年研究しており、バレスは最近、胎児のアストロサイトが生後の脳のものと形状や遺伝子発現が大きく異なる方法を特定し始めた（彼と彼の共著者Neuron でこれらの違いを説明しました 2016 年 1 月）。 Paşca がオルガノイドの成長を拡張するために開発していた技術を使用して、Paşca と Barres は、古いミニ脳が、実際の脳の細胞の発生パターンと一致する、より成熟した星状細胞を生成するかどうかを確認できました。
結果は驚くべき類似性を示しました。オルガノイドの成長の最初の 5 か月間、アストロ サイトは非常に活発で、急速に増殖し、ニューロン間のシナプス結合を侵食しました。しかし、9 か月後、オルガノイド星状細胞はより成熟した状態に達し、Barres が生後の脳細胞で観察したものと似た状態になった。それらは異なる遺伝子セットを発現し始め、それらの活動のほとんどは、成熟を促進するために近くのニューロンでカルシウムシグナル伝達を促進するなど、より支持的な機能に切り替わりました.
「ニューロンは簡単です。私たちは、ヒト幹細胞から大量のニューロンを作ることができるプロトコルを持っています。アストロ サイトはもっと複雑です」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校の教授である Alysson Muotri 氏は述べていますが、この研究には参加していません。 「この研究の前には、十分に長く待てば成熟した星状細胞を得ることができるとは知りませんでした。」
チームの調査結果は、人間の脳の発達を研究するための新しい機会を開きます。これらのオルガノイドは、星状細胞がどのように成熟するかについてより多くを学ぶためのモデルとして機能するだけでなく、ニューロンと星状細胞の両方が関与する疾患を研究するための優れたシステムになる可能性もある.ペンシルベニア州のペレルマン医科大学は研究に関与していません。
そのために、Paşca と彼の同僚は、オルガノイド細胞をより迅速に成熟させる方法を見つけることに取り組んでいます。また、腫瘍学者が腫瘍で行うのと同じように、最終的にサンプル細胞からオルガノイドを直接成長させることを目標として、個々の患者の特定の病気を反映するように遺伝子発現を操作することが望まれる場合は特に、疾患モデリングには実用的ではありません.しかし、改善の必要性にもかかわらず、Paşca は、オルガノイド アプローチの非侵襲的で個別化された性質が神経医学にとって何を意味するのかに興奮しています。 「今では、胎児発育の後半で何がうまくいかず、精神障害につながるかについて、本当に疑問を持ち始めることができます」と彼は言いました.
