科学者にとって脳の魅力の 1 つは、それが非常に個人的なものであることです。おそらく、私たちの本質と人間らしさの核となるものです。しかし、その事実はまた、どんなによく意図されていたとしても、それに関する想像可能な実験の大部分を巨大なものにします.神経科学者はしばしばフラストレーションを飲み込み、実験動物の脳や平らな皿の中で生きたまま隔離された人間のニューロンを研究することに落ち着かなければなりませんでした。これらの代替物には、倫理的、実用的、概念的な制限があります.
しかし、2008 年に研究者が大脳オルガノイド (電気的に活性なニューロンを備えた脳のような構造に自己組織化するヒト幹細胞から成長した小さな塊) を作成する方法を学んだとき、新たな可能性の世界が開かれました。エンドウ豆ほどの大きさではありませんが、オルガノイドは、脳の理解を深める大きな可能性を秘めています。かつて実験室では観察できないと考えられていた人間の発達や病気の側面を再現することができます。科学者はすでにオルガノイドを使用して、統合失調症、自閉症スペクトラム障害、およびジカウイルスによって引き起こされる小頭症に関する発見を行っています。
しかし、脳オルガノイドの研究には、倫理的なジレンマがつきものです。スタンフォード大学の法学教授で、生物科学の倫理的および法的問題を専門とするハンク・グリーリー氏は、「良いモデルであるためには、可能な限り人間らしくある必要があります。 「しかし、より人間的になればなるほど、生きている人間だけを使うことができない理由と同じ種類の倫理問題に逆戻りすることになります。」
オルガノイドを「ミニブレイン」と大げさに説明することで煽られた一般的な想像では、これらの疑問は、組織が意識を持ち、その不自然な存在を拷問として経験する可能性があるかどうかに集中することがよくあります。トラブルの専門家によるより差し迫った現実的な懸念は、それほどセンセーショナルではありませんが、それでも重要です。また、オルガノイドの研究が他の研究分野との間の奇妙なギャップに陥り、正式な倫理的監視が複雑になることも助けにはなりません。それでも、脳オルガノイドの可能性が軽々しく捨てられるのを見たい人はいません。
たとえば、Donald O'Rourke は、ペンシルバニア大学の Perelman School of Medicine の神経外科医であり、げっ歯類に移植されたものを含むオルガノイドを使用して、攻撃的なタイプの脳腫瘍の治療法をテストしています。オルガノイド研究の倫理は、彼をまったく悩ませません。 「私は 15 か月で人が死ぬという致命的な病気に取り組んでいます」と彼は言いました。 「ここでは、どの治療法が有益であるかをリアルタイムで評価するための高度な診断ツールを開発しました。私の考えでは、それは倫理的な問題を解決します。」
そのため、オルガノイド科学は前進しています。たとえオルガノイドが痛みを感じたり、意識を持ったりするのはまだ先のことだとしても、グリーリーや他の倫理学者や生物学者は、後でそれらを回避するために、その可能性について今から話し始めることが重要であると強調しています。そのために、彼らは科学と倫理を早期に結びつけるための共同アプローチを採用しています。最初のステップとして、オルガノイドと実際の脳の違いを明らかにする研究に着手し、それらを比較するためのベンチマークを開発しています。
無意識だがますます複雑化
この分野に精通している人々の間では、今日の脳オルガノイド、および近い将来に成長する可能性が高いものは意識されないというほぼ普遍的な合意があります。ペレルマン医科大学の神経外科教授である Han-Chiao Isaac Chen は、「マウスの脳と比較しても、非常に原始的で初歩的です。人間の脳は言うまでもありません」と述べています。 /P>
最先端の脳オルガノイドでさえ、実際の人間の脳のサイズ、構造、相互接続性に欠けています。重要な種類の細胞が不足しており、組織に栄養を与えて健康に保つために必要な血管が不足しています。彼らは未熟です:彼らの発達年齢を推定するための 1 つの技術は、一貫して彼らを第 2 期の胎児の脳に例えてきました。そしておそらく最も重要なのは、感覚入力が不足していることです。ペレルマン医科大学の神経科学者である Hongjun Song 氏は、次のように述べています。 「皿の中のオルガノイドには、脳のように発達するように脳回路を形成する刺激が実際にはありません。」
要するに、オルガノイドは意識のどこにもありません。ハーバード大学の上級科学者であり、研究でオルガノイドを使用する著名な遺伝学者であり合成生物学者であるジョージ・チャーチの同僚であるジョン・アーチは、「これにより、現在、数年間の安全マージンが得られます。
しかし、この分野の誰もが、オルガノイドがより複雑で現実的になっていることを認識しています。 Case Western Reserve University の生命倫理学者である Insoo Hyun は、最近のオンライン エッセイで、今後 5 年ほどで、研究者は機能的な血管のネットワークと完全に補完された脳細胞タイプを備えたオルガノイドを作成しようとする可能性が高いと指摘しました。オルガノイドは、特定の脳領域をエミュレートし、神経データ入力を処理し、電気出力を生成するように設計することもできます。さらに、オルガノイドを使って研究者が行っている、または試みようとしている実験の多くは、オルガノイドが統合される可能性がある十分に発達した機能する神経系を持っているラットまたは他の実験動物にオルガノイドを移植することを含みます。そのため、オルガノイドが今後数年間で意識へのしきい値を超えたり、痛みを感じ始めたりしなくても、いつか可能性があると懸念するのは当然です。
不完全なルールブック
オルガノイドの研究は、規制の真空状態では発展していません。他の種類の生物学的研究に対する既存の規制枠組みも、オルガノイドに対して多くの倫理的保護を提供しています。
脳オルガノイドは人工多能性幹細胞から成長するため、それらを使用した実験を管理する既存の倫理的インフラストラクチャで少なくともある程度カバーされています。特定の規則とガイドラインは、科学者がそれらの細胞をどこで入手できるか、どのような種類の実験動物に移植できるかを規定しています。科学者だけでなく、法律、倫理、社会の専門知識を持つ非科学者で構成される委員会が、細胞の使用方法を監督しています。同様に、オルガノイドが動物に移植されると、動物福祉委員会の管轄下に置かれます。
しかし、オルガノイドの特異な性質により、一部の古い規則体系がどの程度適用されるか、あるいは適用されるかどうかさえ不明です。
ヒト胚を体外で培養できる期間を制限するガイドラインである「14 日間ルール」を考えてみましょう。受精後 14 日目に特定の構造が胚に現れ、神経系が組み立てられ始めたことを示します。しかし、オルガノイドには実際の胚が関与していないため、14 日ルールは機能しません。脳オルガノイドは、神経構造を達成するためにまったく異なる経路をたどります。さらに、オルガノイドを持つことの要点は、脳構造を作成することなので、それらを拒否する基準は役に立ちません。そのため、オルガノイドには「過去に倫理的な問題を引き起こした何かに近づいていることを知る、この特徴的な風味があります」と Aach 氏は述べています。
オルガノイドは、委員会の監督対象となる適切なカテゴリには分類されません。オルガノイドは、ヒトを対象とした研究、動物研究、ex vivo 幹細胞研究だけに限定されているわけではありません。 「オルガノイドには必ずしも規制構造が存在するわけではありません」とグリーリーは述べた。 「それは今のところひどいことではありません。しかし、懸念がより現実的になるような方法でオルガノイドが発達した場合に備えて、おそらく埋める必要があるギャップです。」
倫理学者と科学者は現在、オルガノイドが独自のルールを正当化するかどうかを解明するために協力しています。倫理的な議論は、科学のはるか先を行って急速に進んでいます。国立衛生研究所は会議やワークショップを後援しており、別の種類の監視委員会を設立するという話もありました.科学者たちは、彼らの研究の詳細について話し合うために、倫理学者に非公開で連絡を取りました.グリーリーは、2013年に早くも対話を求めている実験者から電子メールを受け取ったことを覚えています.また、カリフォルニア大学サンディエゴ校の生物学者である Alysson Muotri は、倫理学者と幹細胞生物学者および意識研究者の両方をつなぐ会議を組織しました。
協調倫理に関するブレインストーミング
特に興味深いのは、Hyun とハーバード大学の倫理学者 Jeantine Lunshof が共同議長を務める、NIH が資金提供する 2 年間のプログラムである Brainstorm Project です。倫理学者と科学者が志願するのを待つのではなく、小規模な作業グループに参加するための制度的サポートを提供します。これにより、彼らはどの倫理問題に焦点を当てるべきか、将来の NIH 資金提供のために推奨する脳オルガノイド研究の領域を決定できるようになります。
ブレインストーム プロジェクトは、Lunshof の日常業務の一部をモデルにしています。2006 年以来、Lunshof は、チャーチ研究所を含む、ハーバード大学の生物学的に触発された工学のためのウィス研究所の研究グループと協力してきました。 （彼女は研究室のフロアにオフィスを持っています。）彼女は生物学者の研究の最初から最後までフルタイムで協力しています — 毎週の研究者会議に出席し、実験計画を熟読し、新しい論文をスキャンし、方法と方法について活発な会話をしています。進行中の研究の目標
それは双方向の道だと彼女は言います。彼女は質問をし、彼らが行っている仕事について学びますが、彼らは倫理学者の考え方に慣れていきます.定期的な連絡により、倫理的なグレーゾーンに入った、または入ろうとしていると思われる場合は、彼女に相談するように勧められます。 「これは継続的な学習プロセスです」とLunshof氏は言います。 「そしてそれは相互です。」これが、オルガノイド研究の分野が向かっているところであり、彼女が「共同倫理」と呼んでいるものに向かっている、と彼女は付け加えた.
彼女は自分の役割と判断の役割を区別するように注意しています。 「私は倫理警察ではありません」と彼女は言いました。 「私には正式な監督の役割はありません。それも私の目的ではありません。」代わりに、共同倫理には、「科学者が私たちと協力し、私たちも彼らと協力して、未来がどうなるか、そして彼らが必要と感じていることを見つけ出します」
同様に、ブレインストーム プロジェクトは、一連のオルガノイド研究ガイドラインを作成するための即時の取り組みではないことは明らかです。 「それには時期尚早だ」とヒョンは言った。現時点では、「『ここに誰も越えてはならない一線がある』と言う準備ができている人はあまりいません。」彼は彼らの議論を将来の政策の指針として利用したいと考えていますが、今のところは「倫理と科学が共に発展する必要性」についてです。 、倫理を常に科学への反応にするのではなく、社会的に責任のある方法で研究の方向性を形作るのを助けるために早い段階で関与する.」
ブレインストーム プロジェクトの会議では、オルガノイドの意識、痛みの経験、自己認識、およびその他の気になる特性の出現が必然的に出てきますが、それは彼らの中心的な焦点ではありません。代わりに、Lunshof、Hyun、および彼らの同僚は、検討する価値のあるより差し迫った倫理的問題を特定したいと考えています。意識についての議論は非常に重要ですが、「しかし、その問題だけに目を向けていると、もっと差し迫った、重要で、驚くべきことから気が散ってしまいます」と、Hyun は言いました。 「だから、それが私たちが今見ているものです。」
脳のベンチマーク
Hyun 氏のリストの最優先事項は、科学が本来あるべき姿であることを検証することです。関連する質問の多くは、すぐには倫理の領域に属していないように見えるかもしれません。しかし、これらのアプローチの実際の有効性を判断することは、研究の倫理的立場にとって重要です。オルガノイドは、研究者が主張するものを実際にモデル化していますか?そのようなエンティティが作成された後、その最も適切な用途は何ですか?さまざまなオルガノイド システムで行われた実験に基づく治療法や、オルガノイドを使用して特定の状態を診断することは問題ないでしょうか?
研究が進むにつれて、サイズや接続性などの最も明白な機能を超えて、脳オルガノイドと実際の脳の違いを判断することが重要になります。 「これらの[オルガノイド]ニューロンが機能していることは分かっています。これらのニューロンがつながっていることはわかっています」と、ハーバード大学の著名なオルガノイド研究者であるパオラ・アルロッタの研究室のポスドク研究員であるブルーナ・ポールセンは述べています。 「しかし、それは実際にはどういう意味ですか?」
「基本的な電気活動にはどのような種類があるのかという重要な疑問さえあります」とチェンは言いました。たとえば、Muotri と数人の同僚は最近、皮質オルガノイドで生まれたばかりの赤ちゃんの脳波に似た電気信号を記録したことを昨年秋に報告したとき、かなりの騒ぎと懸念を引き起こしました。しかし、一部の科学者は結果の解釈に異議を唱えました。人間の脳では、電気的活動はオルガノイドが持っていない解剖学的構造と細胞型に依存していると彼らは主張しました。これらの機能がないと、比較が誤解を招く可能性があり、不必要な心配が生じる可能性があります。 (Muotri は、これらの討論を、さらなる議論の必要性を示し、人間の発達、意識、および幹細胞研究者がよく知らないかもしれない他の分野の専門家とチームを組む必要があることを示しました。)
また、オルガノイドの存続期間、複雑なオルガノイドの作成と管理しやすいシンプルさの維持の間でどのようなトレードオフを行うべきか、研究について公に話す方法に関する質問についても議論が必要です。 (Lunshof と Greely は、以前は多くの科学者に受け入れられていた脳オルガノイドの一般的な説明である「ミニブレイン」は、不必要な警告を発していると指摘しています。)
研究者がオルガノイドの実験で同意を求める方法も、現在精査中です。生物学者と倫理学者は、皮膚細胞が多能性幹細胞に変換され、脳オルガノイドを作成するために使用される可能性があることを研究参加者に伝えるべきかどうか、そしてそうであれば、どのくらいの情報を明らかにすべきかという問題に取り組んでいます。彼の最近の研究に照らして、Muotri は同意書を改訂し、脳オルガノイドと特定の種類の電気信号を生成する能力についての議論を含めました。 「それが原因で研究に参加しないことを決めた家族が初めていました」と彼は言いました。 「私たちがその方向に進んでいるのであれば、誰もが今、細胞を提供することに抵抗を感じているわけではありません。」
意識の信号は何かを問う
それでも、Muotri は野心的な研究課題を追求する前に、オルガノイドがより複雑になるのを待っているわけではありません。彼が計画している研究は、将来のオルガノイド研究が探索するための生物学的および倫理的領域をマッピングするのに役立つ可能性があります。特に、Muotri は、潜在的な意識の痕跡を探すために特別に設計された新しい実験を通じて、オルガノイドの電気的活動を監視したいと考えています。
これまで、そのような研究のために提案されたオプションのほとんどは、人間の患者に投与される試験の類似物でした。たとえば、一部の科学者は、意識の兆候について昏睡状態の患者の脳波を評価するために開発された特定のアルゴリズムを採用し、微調整してオルガノイドの活動の研究に適用することを提案しています。
しかし、これらの戦略が実を結ぶかどうかについてはコンセンサスが得られていないと、Chen 氏は述べた。 「正直なところ、これをどのように行うかについては、それほど多くのアイデアさえありません」—特に、オルガノイドで発生する活動が最小限であることを考えると.さらに、そのような測定値は、皿の中の細胞や動物に対して検証されたことがないため、その有効性を比較する方法がありません.
それでも、チェンによれば、オルガノイドに関する研究の焦点は、細胞構造、遺伝子発現、およびオルガノイドを作成するために使用されるプロトコルから、オルガノイドの電気的活動の理解へと徐々に移行しています。 「私たちが現在利用できる唯一のものは、これらのオルガノイドの電気的活動を測定し、私たちが見ているものを見ることです」と彼は言いました. 「今後 5 年間で、その電気的活動の特徴を具体的に調べた論文がさらに増えると思います。」
Muotri は、その研究の主要な貢献者の 1 人になるつもりです。彼が実行したい実験の 1 つは、オルガノイドに麻酔薬を投与し、それがどのように反応するかをテストすることです。特定の電気信号が麻酔下で記録から消え、その後再び現れる場合、その意味は興味深いものになる可能性があります (Muotri は、これはいいえは、意識の強力な証拠を意味するのではなく、むしろ最初のステップにすぎません)。彼はまた、痛み受容体を運ぶニューロンを作成し、それらのニューロンが刺激に反応するかどうかをテストすることにより、オルガノイドにより多くの感覚情報を供給し始めることを望んでいます. 「これが正しい道であると 100% 確信できるわけではありません」と彼は言いました。しかし、それは「何かを示唆する」か、役に立つ方向に向けるかもしれません.
彼は現在、「オルガノイドが意識への道のどこにあるかを人々に知らせるマップ」も作成していると彼は言った.現時点では、研究者が自分の仕事をどこまで行ったかを追跡するのに役立つ一連の「はい」または「いいえ」の質問です。オルガノイドには皮質がありますか?その皮質は脳波に似た信号を生成しますか?皮質以外の構造はありますか?それらはどのように接続されていますか?オルガノイドは付着した体の一部を制御できますか?入力を受け取ることができますか?
そのようなロードマップ上で倫理的なものと受け入れられないものの境界を見つけること、または実際には具体的な答えや明確なガイドラインのセットを見つけることは、「見た目よりもはるかに困難です」とLunshof氏は述べています. 「この研究に参加すればするほど、自分が与えられる答えについて確信が持てなくなります。」しかし彼女は、科学者と倫理学者の間の共同作業の将来に希望を持っています。 「私は今、これを実践して 15 年になります」と彼女は言いました。 「はい、うまくいきます。」
訂正: 2020 年 1 月 24 日
Jeantine Lunshof の写真は、もともとハーバード大学の Wyss Institute に誤って帰属されていました。実際の写真家は Aram Boghosian です。
この記事はに転載されました Wired.com .
