スタンフォード大学の研究者、マウス体内でヒト脳組織を培養し神経疾患研究に成功

研究チームは、外脳がほぼ完全にヒト組織で構成された生きたマウスの作製に成功した。スタンフォード大学の科学者らは、これらのマウスから固有の神経回路を除去し、実験室で培養したヒト脳組織が定着するための空間を作り出した。これらのヒト細胞はマウス脳の総体積の約半分を占め、宿主の血液供給、局所ニューロン、脊髄への接続に成功した。このいわゆる「異種皮質」動物は、てんかんや自閉症、脳性麻痺に至るまでヒトの神経疾患を研究するために、かつてない視点を提供する。研究チームは論文の中で、「異種皮質が、ヒトニューロンを用いて神経発達を研究し、疾患をモデル化し、療法を開発するために、回路レベルと行動レベルのデータを得るうえで非常に有用になると予想している」と記している。

異種皮質マウス脳の核磁気共鳴画像による断面スキャンは、推定される神経線維の経路と方向を示している。ヒトの脳組織は本質的に入手できないため、神経発達と機能の研究は非常に困難であった。現在、ヒト幹細胞由来の神経モデルが、この障壁を克服する手助けをしている。この技術はまた、宿主の行動と細胞の発達に関する知見も提供する。最終的に、これらのハイブリッドモデルは、健全な状態と疾患状態にあるヒト脳をリアルタイムで検証する、有望な手法を提供する。

技術的ブレークスルーとマウスの遺伝子改変

典型的なマウス脳は過密すぎてヒト組織を大規模に成長させることができず、空間競争が常に優位となり、ヒト細胞が排除される。この問題に対処するため、セルジュ・パスカル博士率いるチームはマウスを遺伝子改変し、自らの大脳皮質と海馬の発達を阻止した。これらの動物は巨大な構造的空白を抱えて生まれ、その後移植が行われた。科学者らはヒト皮膚細胞を幹細胞に変換してミニ脳オルガノイドに培養し、仔マウスに注入した。この微細なヒト細胞群は生着後すぐに増殖し、3か月後には移植されたヒト組織が5倍に拡大してマウスの血管に直接接続し、その神経線維を動物の脊髄にまで伸ばした。

実験室で培養されたヒト脳組織は移植後に急速に拡大し、マウスの大脳皮質の大部分を占拠した。成長するにつれて、さまざまな特殊化したヒト脳細胞が生じた。これらの新規細胞は、その後マウスの既存の神経系に直接接続した。脳スキャンと電気測定により、移植されたヒト細胞は秩序だったパターンで発火し、発達中の脳回路に類似した挙動を示すことが明らかになった。マウスは正常に歩行・活動できたが、研究者らは四肢の協調や日常的な自発的習慣の遂行にわずかな変化が生じていることを確認した。チームは「無皮質マウスと異種皮質マウスの行動分析の結果、運動能力は概ね維持されるが、四肢の協調と自発的行動の組織化については選択的な差異が存在する」と指摘している。

医学的意義と倫理的考察

これらの医学的意義は明白である。概念実証試験において、研究者らは異種皮質マウスを5時間低酸素環境に曝露した。ヒトニューロンは重度の選択的損傷を受け、難産による脳性麻痺を引き起こす乳児の細胞崩壊を模倣した。予想外にも、このプラットフォームは稀少であるフォン・エコノモ細胞も産出し、これは前頭側頭葉型認知症によって重度に影響を受ける特殊な細胞であり、これまで実験室で効果的に培養することができなかった。研究が進むにつれ、生物倫理学者や哲学者がこれらの動物の福祉と認知状態を積極的に監視している。

しかしながら、治療法のない神経疾患に苦しむ何百万もの患者にとって、これらのキメラマウスは、ヒト脳の暗箱を光のもとに持ち出す重要な進歩である。本研究成果は9月16日付で『ネイチャー』誌に発表された。

神経疾患研究におけるキメラマウスの意義

本研究の成功は、マウス体内でヒト脳組織を成長させる可能性を示し、神経疾患研究に新たな道を切り開いた。遺伝子改変により、マウスはヒト細胞を収容でき、これらの細胞が宿主の神経系と効果的に相互作用できることが確認された。これはヒトの神経発達と疾患メカニズムを理解するうえで極めて重要である。さらに、この技術の進歩は動物福祉と倫理の問題への懸念も引き起こしており、これらのキメラマウスの行動と認知状態の継続的な監視が必要とされる。