より良い脳を構築する

より良い脳を構築する

ソークの科学者は、3D「ミニブレイン」が開発と潜在的な疾患治療法に新たな洞察をもたらすことを発見しました

ラホーヤ — 船であれ車であれ、モデルを構築するときは、できるだけ本物に近づけたいと考えます。 これらのモデルから開発された病気の治療法は人間にとって安全で効果的でなければならないため、この品質はモデル臓器の構築にとってさらに重要です。 今回、ソーク研究所の科学者らは、ヒト幹細胞から成長させた3D「ミニ脳」を研究し、広く使われている2Dモデルよりも構造的、機能的に本物の脳に似ていることを発見した。 この発見は、20 年 2016 月 XNUMX 日号に掲載されました。 セルレポートは、新しいモデルが科学者が脳の発達やアルツハイマー病や統合失調症などの神経疾患をよりよく理解するのに役立つ可能性があることを示しています。

「人間の脳細胞を小型の三次元臓器として成長させることができるのは、真の画期的なことでした」と上級著者は語る ジョゼフ・エッカー、ハワード・ヒューズ医学研究所の研究者であり、ソークのゲノム分析研究所の教授および所長。 「構造的に現実的なモデルができたので、その遺伝的およびエピジェネティックな特徴を調べることで、それが機能的にも現実的であるかどうかを検討できるようになります。」

細胞生物学者は長年にわたり、シャーレ内の胚性幹細胞がさまざまなタイプの脳細胞に発達（「分化」）するよう化学的に促してきました。 研究者はこれらの単層の細胞から膨大な量の情報を収集することができますが、明らかな限界は、実際の脳組織は二次元ではないということです。 2013年、ヨーロッパの研究者らは、3Dゲル中で胎児の脳細胞を成長させる方法を開発し、そこで実際の脳のような現実的な層に分化し始める。 しかし、脳オルガノイド（CO）と呼ばれるこれらの実験室で作製されたミニ脳が、どれほど忠実に本物の脳のように見え、動作するかはこれまで知られていなかった。

COを成長させるためのプロトコルを開発したヨーロッパの研究室と協力して、エッカーの研究室は、脳の発達の初期段階にあるCOを、同じ発達段階の実際の脳組織と比較しました。

「私たちの研究は、人間の脳の発達が、脳オルガノイドの皿の中で驚くべき程度まで再現できることを示しています」と、新しい論文の共同上級著者で欧州研究室所長のユルゲン・ノブリヒ氏は言う。

分析用の CO を作成するために、研究チームは H9 と呼ばれるヒト胎児細胞株を使用し、細胞を神経発達経路に誘導するための適切な化学物質を 60 日間添加しました。 次に、COのエピジェネティクス、つまり遺伝子の活性化またはサイレンシングに関与するDNA上の化学マーカーのパターンを分析した。 食事やストレスなどの環境要因の影響を受ける細胞のエピゲノムは、発達や病気（統合失調症など）との結びつきがますます高まっています。

「これまで脳オルガノイドのエピゲノム配列決定を行った人は誰もいませんでした」と、ソークの研究員で論文の筆頭著者であるChongyuan Luo氏は言う。 「この種の評価は、特にこれらの組織を最終的に神経学的治療に使用する場合には、脳の発達を理解する上で非常に重要です。」

研究チームは、その結果を、国立衛生研究所ニューロバイオバンクからの年齢が一致した実際の組織と他の研究者の2D脳モデルデータの両方と比較した。 彼らは、細胞が達成した分化の程度や遺伝子発現において、CO は 2D モデルよりも実際の脳組織にはるかに似ていることを発見しました。 言い換えれば、CO は実際の脳と非常によく似た初期発達タイムラインに沿って発達しますが、同じレベルまで成熟するわけではありません。

しかし、エピジェネティクスに関しては、3D モデルと 2D モデルの両方に同様の異常なパターンがあり、これは培養内で成長した細胞と脳内で成長したすべての細胞に共通しているようです。 この違いが何を意味するのかは完全には明らかではありませんが、これは非常に顕著であるため、モデルが実際の脳にどれだけ似ているかを示す有用な尺度になる可能性があるとエッカー氏は示唆しています。

「私たちの調査結果は、脳機能の3Dモデルとしての脳オルガノイドが2Dモデルよりも実際の脳に近づいていることを示しています。そのため、おそらくエピジェネティックなパターンを尺度として使用することで、さらに近づけることができるでしょう」とソーク博士号も保持しているエッカー氏は言う。遺伝学の国際評議会議長。

他の著者には、ソーク研究所のローザ・カスタノン氏とジョセフ・Ｒ・ネリー氏、分子生物工学研究所のマデリン・Ａ・ランカスター氏が含まれる。 オーストリア科学アカデミー.

この作業は、によって資金提供されました。 ハワードヒューズメディカルインスティチュート ゴードンとベティムーア財団、オーストリア科学アカデミー、 オーストリア科学基金 欧州研究評議会、マリー・キュリー博士研究員フェローシップ、および 医学研究評議会.