ヒトとマウスのハイブリッド脳が登場！スタンフォード大学の7年間の研究がNatureに掲載

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ヒト由来の脳様オルガノイドは、科学者の手によってマウスの脳と結合することに成功しました。

そして、マウスのひげに触れると、これらの脳細胞は 正常に反応します。

スタンフォード大学のこの研究結果は、Nature 誌の最新号に掲載されました。

この「人間とマウスのハイブリッド脳」の組み合わせはどれほど深いのでしょうか?

責任著者であるスタンフォード神経科学者セルジウ・パスカ氏自身の言葉では、:

これは、回路に新しいトランジスタを追加するようなものです。

一体何が起こったのでしょうか？

ヒトの脳様組織をラットの脳に統合する

これを明確にするために、

オルガノイドから始める必要があります。

オルガノイドは、胚性幹細胞や人工多能性幹細胞などのヒト幹細胞から培養された細胞の集合体です。

近年、オルガノイドは神経科学の分野で学術的に注目を集めています。これらの三次元微小器官には、代表的な器官のいくつかの重要な特徴が含まれており、人間の発達や病気のシミュレーションに使用できるためです。ビトロ。

言い換えれば、科学者はオルガノイドの助けを借りて、腎臓、腸、さらにはペトリ皿内の脳のさまざまな構造を直接観察して、根底にある神経機構を調査することができます。

便利といえば便利ですが、オルガノイドには多くの制限もあります。

たとえば、脳オルガノイドは人間の脳を模倣することはできますが、本物の脳のように神経接続を確立することが難しく、行動を制御する他の神経回路と統合することができません。

スタンフォード大学の研究者たちは、この限界を突破することを目指しています。

彼らの実験計画は次のとおりです:

まず、ヒト幹細胞を使用して、大脳皮質に似た脳のような構造を培養します。

次に、生後 2 ～ 3 日の無胸腺ラットの脳の体性感覚皮質に移植しました。ラットの脳のこの領域は、ひげや他の感覚器官から信号を受け取り、他の脳領域に伝達します。

実験に参加した新生ラットの数は約 100 匹でした。科学者が脳オルガノイドの発達をよりよく監視できるように、それらはすべて脳オルガノイドの同じ部分に移植されます。

最初、これらのヒトの脳組織は長さわずか約 5 mm でしたが、6 か月後にはラットの大脳半球の 1/3 を占めるようになりました。

これらのヒトの脳組織が成長できる理由は、ラットの内皮細胞がすぐに脳組織に入り込み、血管を形成したためです。血管は人間の細胞に栄養素と信号物質を提供し、代謝老廃物を運び出します。

研究者らはまた、ラットの脳に常在する免疫細胞が、移植されたヒトの脳組織にも出現することを観察しました。

それだけでなく、実験結果は、オルガノイドのニューロンがラットの脳内で作動機構を確立し、ラット自身の神経回路と統合することに成功したことを示しています。

言い換えれば、これらの人間の脳組織はラットの脳と混合されており、

その一部となっています!

この時点までに、研究者らは、マウスの体性感覚皮質にあるヒトの細胞も、マウスのひげに触れると反応することを発見しました。

さらに研究者らは、特定の周波数の青色光によって個々のニューロンが活性化できるように、人間の脳組織の一部を特別に処理しました。

これらの人間の脳組織を移植されたラットは、新しいトレーニングに参加しました: 極細の光ファイバーが脳に埋め込まれ、これらの光ファイバーが青色光を発すると、ラットは蛇口から水を飲むことができました。

結果は、ラットが青色光と飲料水を関連付けることを学習したことを示しました。これは、移植された人間の脳細胞が実際にラットの脳の働きに関与していることを示した。

研究者らは、ラットの脳に移植された脳オルガノイドは、体外で培養された脳オルガノイドよりも形態と機能がより複雑であると述べたことは注目に値します。 ＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃＃それはどういう意味ですか？

科学者たちは、このような実験を通じて、

ヒトの神経変性疾患や精神疾患などをさらに研究し、効果的な新薬を開発できるのではないかとの期待を表明しました。

私たちがよく耳にするてんかん、アルツハイマー病、パーキンソン症候群、筋萎縮性側索硬化症はすべて神経変性疾患です。

神経関連疾患患者の脳組織の活動をより深く理解するために、この研究は 7 年間続きました。

ある実験では、研究者らはティモシー症候群（TS）患者の幹細胞から増殖させた脳オルガノイドをマウスの脳の一部に移植し、別の実験では比較のために健康な人間の脳オルガノイドに移植した。

（

Tiモージー症候群は稀な遺伝性疾患であり、患者は不整脈を起こしやすい）マウスに移植してから 5 ～ 6 か月後、病気の細胞が小さくなり、健康な脳細胞とはまったく異なる電気活動を行っていることが観察されました。

さらに、TS ニューロンの末端の樹状突起の形態は大きく変化しています。

更なる分析により、同様の分化段階において、ラット脳におけるTS t-hCOの樹状分岐パターンは異常であるが、インビトロで培養されたTS t-hCOの樹状分岐パターンはこのパターンを示さないことが判明した。 。

研究者らは、ラットの脳の分岐パターンが異常であり、この病気に関する以前の研究と一致していると指摘した。

人間の脳をラットに移植することによって病気の表現型を明らかにする効果は非常に優れていることがわかります。

全体として、この研究は生物学界および医学界の多くの人々の注目を集めています。

イギリス、ケンブリッジ医学研究評議会のメンバー、マデリン・A・ランカスター氏は

次のようにコメントしました:

この研究は全体的に非常に進歩的であり、病気を理解する新しい方法を提供します。脳細胞の機能不全を伴う。

この研究が新たな倫理問題も提起していることは注目に値するが、外の世界は、こうした「人間と他の生物学的ハイブリッド」が動物福祉に深刻なダメージを与え、さらには「ネズミ人間」を生み出すのではないかと懸念している。

しかし実際には、これまでのところ大きな問題は起こっていないようで、人間のような脳を移植したことによってマウスが賢くなったわけではありません。

米国科学・工学・医学アカデミーが昨年発表した報告書では、「ヒト由来の脳オルガノイドは、意識や人間の知性を形成するにはまだ原始的すぎる」と述べられている。著者のパスカル教授は、実験の過程と結果から判断すると、ラットは人間の脳オルガノイドに非常によく耐え、移植によっててんかんなどの問題は引き起こされなかったと述べた。

にもかかわらず、学界では依然として懐疑的な声が多い。

全米科学アカデミーの委員会メンバーであるアーロッタさんは、科学の発展に伴い新たな問題が生じる可能性が高いと感じており、別の見解を持っています。

彼女は、「人間の臓器と他の生物の統合」というテーマには継続的に注目すべきであり、一度議論しただけで無視されるべきではないと述べました。

特にサルやオランウータンなどの霊長類は人間により近いため、人間の脳に似た器官が体内でより成熟して発達し、動物の行動に大きな影響を与える可能性があります。

この点に関して、パスカル教授は、今後そのような研究は行わず、他の人にもそのような研究を奨励するつもりはないと述べました。

さらに、一部の研究者は、この研究の限界を指摘しました:

「ミニ人間の脳」をラットに移植した結果は、これまでの他の動物実験よりも優れていましたが、時空間的および時間的な問題により、種間の制限により、高度に縮小可能な人間の神経回路は、発生の初期段階で移植されても形成されません。

UCLA 生物医学・幹細胞研究センターのメンバー、ベネット・ノビッチ氏も次のようにコメントしています。

人間の脳組織を移植したラットを使用して薬剤を試験することは、小規模な研究には実行可能ですが、適切ではありませんスピードと規模が必要なため、企業にはまだ実現できません。

研究チーム

この研究を実施したチームは、スタンフォード大学の精神医学および行動科学学部と比較医学学部から来ました。

一般出演: オマー・レバ、フェリシティ・ゴア、ケビン・W・ケリー。

オマー・レバ氏、ヘブライ大学の生理学および計算神経科学の博士号博士課程を卒業後、スタンフォード大学の精神医学および行動科学部で博士研究員として働いていました。現在、ヘブライ大学獣医学部の助教授を務めています。

フェリシティ ゴアは現在、スタンフォード大学の生物工学部で研究に従事しています。

ケビン W. ケリーは現在、スタンフォード大学の精神医学および行動科学部門で神経科学とゲノミクスを研究しています。

対応著者のセルジウ・パスカ

は現在、スタンフォード大学の精神医学および行動科学科の教授です。

論文アドレス:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w

参考リンク：
[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-xx
##[2]https://www.washingtonpost.com/science/2022/10/12/brain-tissue-rats-stanford/

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