科学者が部分的に人間の脳を備えたマウスを作成

研究者らは、統合失調症、てんかん、脳性麻痺、知的障害、まれな形態の認知症などの疾患を理解し、その治療法を開発するために、人間の半分の脳をもつマウスを作製した。

科学者らは、実験室で培養したヒトの脳細胞を、皮質や海馬を持たずに生まれるように設計された動物に移植した。これにより、げっ歯類の頭蓋骨の中に人間の組織が成長する余地ができました。

この手順は、科学者が脳障害のある患者から細胞を採取し、研究室で脳組織に変え、その組織を生きた動物の中で増殖させることができることを意味する。その後、動物を研究して、この障害が人間の脳組織にどのように発生するのか、また薬がその状態をどのように治療するのかを確認することができます。

「私たちはこれらの症状に対する治療法を見つけるためにコミュニティとして懸命に取り組んできましたが、精神医学と神経学の分野では遅れをとっているのが現実です。 [by] スタンフォード大学で研究を主導した精神医学のセルジュ・パスカ教授は、「医学のあらゆる分野に比べて、治療法の数もまた少ないのです」と述べた。

「これは人間の脳が非常に複雑であるためかもしれないが、人間の脳にアクセスできないためでもある」と彼は付け加えた。 「私たちの目標の大部分は、人間の脳の発達と機能の側面を研究のためにアクセスできるようにすることでした。」

この研究は神経オルガノイドの分野における最新のもので、実験室で培養されたヒトの脳細胞が集合して、本物の脳の特徴の一部を模倣した小さいながらも複雑な構造を形成する。

オルガノイドは脳医学に変革をもたらす可能性があるものの、特に組織の塊が意識を持ったり、オルガノイドを移植された動物の痛みや幸福を感じたりする可能性について、倫理的な懸念の波を引き起こしている。

パシュカ氏は、この作品は当初から広範な倫理的監視を受けていたと述べた。

専門家らはこれを継続すべきだと述べた。ロンドン・スクール・オブ・エコノミクスの法学教授で、ナフィールド生命倫理評議会の神経オルガノイドに関する最近の報告書の委員長を務めるエミリー・ジャクソン氏は、「動物福祉は非常に重要な関心事であり、動物への影響を評価するためにこれらの動物を注意深く監視する必要がある」と述べた。

以前の研究では、スタンフォード大学のチームはヒトのニューロンをラットの脳に移植しました。この組織は根を張り、動物の脳の回路に接続されましたが、人間の組織が大きく成長するには余地が少なすぎました。

この問題を解決するために、研究者らはマウスの遺伝子操作を行って、脳の重要な領域、大脳皮質、海馬の成長を妨げた。驚くべきことに、マウスが生き残ったのは、脳の残りの部分が新たな役割を担ったためである。ネズミは見た目は正常ですが、足元は慎重で、物忘れも多くなります。

Pařca氏はNature誌に寄稿し、提供された皮膚細胞を再プログラムすることで自ら作成した人間の脳オルガノイドをマウスにどのように注入したかについて説明している。生まれたばかりのマウスには、自分の脳組織が欠損している空間に、それぞれ約10万個のヒトの脳細胞を含む注射が複数回投与された。全体として、げっ歯類にはマウスの脳細胞が約 1,400 万個欠如しており、最終的には脳の体積の半分に相当する約 400 万個のヒト細胞が存在することになりました。

手術から 3 か月後、ヒト組織はマウスの血液供給に接続され、空洞をほぼ完全に満たし、齧歯動物の脳の約半分の大きさを占めました。ヒトのニューロンの一部は、マウスの脳や脊髄の細胞と接続を形成しました。

人間のニューロンはヒトのように構造化されておらず、接続されておらず、脳組織は未熟で、妊娠中期に見られるものと同等でした。 「異種皮質」マウスの試験では、移植によってマウスの症状は改善されなかったが、不安定な歩行と認知の問題がわずかに改善されたことが示された。

マウスが人間の脳障害をどのように解明できるかを実証するために、研究者らは一部の動物を低酸素環境に5時間曝露した。これは、人間の神経細胞が妊娠中や出産中に脳性麻痺を引き起こす可能性がある酸素欠乏に対していかに脆弱であるかを示しました。

研究者らは、マウスから採取したヒトの脳組織に、死後検査でのみ確認できるフォン・エコノモ・ニューロンとして知られる希少な細胞が含まれていることを発見した。これらの細胞は、前頭側頭型認知症という病気のまれな形態で最初に死滅する細胞の1つであり、パスカ教授は現在、異種皮質マウスを用いて研究したいと考えている。

ケンブリッジのMRC分子生物学研究所のグループリーダー、マデリン・ランカスター教授は、このアプローチは、動物全体が必要な疾患や治療に関する質問に最も適していると述べた。 「これが人間の脳の発達についての理解にどのような影響を与えるのか、私にはあまり明確ではありません。なぜなら、それはかなり人工的なものであり、脳が自然に発達する仕組みとはまったく異なるからです」と彼女は言う。

脳オルガノイドに取り組んでいる多くの研究者が脳オルガノイドを成長させています インビトロまたは皿の中に。研究に使用される動物の数を減らすのに役立つことが期待されています。 「これは明らかに倫理的にデリケートであり、この種の動物実験を行うには十分な理由がなければなりませんが、ほとんどの科学的経路では必要ありません」とランカスター氏は付け加えた。 「ピッチはまだ完全に狙いを定めている」 インビトロ しかし、この作業は、それらを改善するために何が必要かを知らせることもできます。 インビトロ より成熟した段階に到達するためのパターンです。」