小さなブロブ 実験室で成長させた人間の脳組織の多くは、直径数ミリメートルの小さな斑点にすぎませんでした。 スタンフォード大学の研究者は、ヒト幹細胞を組織の三次元塊に培養することによってそれらを作りました. 脳オルガノイドと呼ばれるこれらの単純化された構造には、実際の人間の脳の細胞と特性の一部が含まれており、発達と神経学的状態への洞察を提供します。
しかし、それらは本物ほど複雑ではないため、現実感を高めるために、他の研究者は人間のオルガノイドをげっ歯類の脳に移植しようとしました. 過去の実験では、これらの細胞は動物の脳に統合できませんでした。 今回はうまくいきました。オルガノイドは動物自身の脳回路との接続を形成しました。これは、これらの細胞の束がより洗練された機能を開発できることを示しています。
スタンフォード大学のチームは、これらのヒト細胞クラスターを新生ラットの体性感覚皮質 (身体全体からの触覚などの感覚情報を処理する領域) に移植しました。 数か月にわたって、オルガノイドはラットの脳半球の約 3 分の 1 を占めるまでに成長しました。 研究は 本日、雑誌に掲載されました 自然. 「これは、脳への機能的統合という点で、オルガノイドができることを確実に前進させます」と、ペンシルバニア大学の神経外科准教授である H. Isaac Chen は述べています。彼はこの研究には関与していません。
チェンらは以前、成体のげっ歯類で同様の実験を試みたが、移植されたオルガノイドはうまく成熟しなかった。 最新の試みでは、スタンフォード大学の科学者は、若いラットの神経回路が完全に形成されていなかった発達の初期に、オルガノイドを移植しました。 大人の脳は可塑性がはるかに低く、新しい接続を簡単に変更したり形成したりすることができません。 「神経系には発達を停止させる方法があります」と、スタンフォード大学の精神医学および行動科学の教授であり、この研究の責任著者であるセルジュ・パスカは、論文の出版に先立つ記者会見で述べました。 「細胞が接続を形成する能力が停止する前に、私たちは入って移植しました。」
以前の研究とは異なり、パスカと彼の同僚は、移植されたヒトニューロンが神経線維を成長させ、ラットの脳組織に伸び、ラットのニューロン間にシナプスと呼ばれる接合部を形成することを発見しました。 これらの接続は、培養皿で培養された脳オルガノイドには存在しません。これは、科学者がオルガオニドを生きた動物に移植するように駆り立てた大きな制限です。
ハーバード大学の幹細胞および再生生物学の教授であるパオラ・アルロッタは、「脳は、内因性ネットワークから、または組織の感覚刺激を通じて外界から活動を受け取ることによって発達し、機能することを知っています」と述べています。スタンフォードの研究に参加。 実際の脳では、感覚刺激は神経経路を形成し、正常な発達を促進するために不可欠です。
オルガノイドは成長して組織と一体化しただけでなく、ディッシュで成長したオルガノイドではこれまで見られなかった特性も明らかにしました。 スタンフォード大学の研究者は、自閉症に見られるのと同じ種類の神経発達の遅れをしばしば引き起こす重度の遺伝病であるティモシー症候群の患者から採取した細胞からオルガノイドの一部を成長させました。 オルガノイドをラットに移植すると、異常な樹状突起 (ニューロンから伸び、他の細胞との通信を可能にする木のような枝) が発生しました。 これらの欠陥は、動物を使用しない以前のオルガノイド実験では見られませんでした。