新しい発見はキメラ生物の科学と医学への可能性を浮き彫りにする

新しい発見はキメラ生物の科学と医学への可能性を浮き彫りにする

ソークの科学者は幹細胞とゲノム編集技術を進歩させ、研究者が進化と病気を研究し、治療薬を試験し、移植可能な臓器を成長させる可能性を支援する

【ラホーヤ】ある種の細胞、組織、臓器を別の種の生物体内で増殖させる能力の急速な進歩は、長年の科学的謎に取り組み、差し迫った人間の健康問題、特に移植可能な臓器や組織の必要性に取り組むための前例のない機会を提供する。

で 力作 論文はジャーナルの 26 年 2017 月 XNUMX 日号に掲載されました。 セル、ソーク研究所の科学者らは、ある種の幹細胞を別の種の初期開発に組み込む競争において、複数の面で画期的な進歩を報告している。

最先端の遺伝子編集技術と幹細胞技術を組み合わせることにより、科学者らは成長中のマウスでラットの膵臓、心臓、目を成長させることができ、ある種の機能的器官が別の種でも成長できるという概念の実証を提供した。 また、ブタやウシの初期段階の胚からヒトの細胞や組織を生成することもでき、臓器の大きさ、生理学、解剖学的構造がヒトと似ている大型動物を使った移植可能なヒト臓器の生成に向けた第一歩となった。

しかし、科学者らは、異なる種の細胞を完全に統合することは、進化的に近いラットとマウスの細胞を組み合わせるよりも難しい可能性があることを発見した。

「私たちの発見は、初期胚の発生と器官形成を研究する前例のない能力を提供することにより、科学と医学の進歩に希望をもたらす可能性があるだけでなく、医学療法の新たな道筋となる可能性もある」とソーク教授は言う。 フアン・カルロス・イズピスア・ベルモンテ、この論文の上級著者であり、この分野の第一人者です。 「私たちは、正確に標的を絞った技術によって、ある種の生物が別の種の細胞で構成される特定の器官を生成できることを示しました。 これは種の進化、生物学、病気を研究するための重要なツールを私たちに提供し、最終的には移植用に人間の臓器を成長させる能力につながる可能性があります。」

種間キメラは、異なる種の細胞を含む生物です。 「キメラ」という言葉はもともと、多神教の神話上の生き物や神々を指しました。 科学においては、種間キメラが将来の臨床応用の可能性を秘めた貴重な基礎研究ツールとして浮上しています。 2015年に発表された研究では、 自然, Izpisua Belmonteのチームは、ヒト多能性幹細胞を生存不可能なマウス胚に完全に組み込む初めての成功した試みを報告し、これによりヒト細胞は非常に初期段階の組織に発達し始めた。

科学者たちは、幹細胞を使用して研究室で患者の代替臓器を増殖させることを長い間望んでいたが、動物の生理機能をゼロから再現することは複雑であるため、これは困難であることが判明した。 ソークの初期の研究は、動物のキメラ宿主を使用してヒトの組織や器官を増殖させるという新たな選択肢への扉を開きました。 この研究はまた、人間と動物の初期段階の発生に新たな窓を開き、細胞が体の多くの組織や器官をどのように形成するかを調整する複雑な発生プログラムを研究する新しい方法を提供しました。

新しい セル この論文は、イズピスア ベルモンテのチームが以前の研究をどのように拡張したかを報告し、技術を進歩させるためにベルモンテの研究室が行ったさまざまな実験を詳しく説明しています。

ある実験では、CRISPR-Cas9として知られる遺伝子編集技術をマウスの胎児に使用して、膵臓を作る遺伝子をオフにした。 次に、無傷の膵臓遺伝子を含むラットの多能性幹細胞を各マウスの胚に挿入した。 代理母マウスに移植されると、各マウスがラットの膵臓を成長させていたことを除いて、胚は正常に発育した。 この成功により、研究チームは目や心臓など他のラットの臓器をマウスで成長させようと試みた。

驚くべきことに、彼らは、ラットの多能性幹細胞が、ラットには存在しない器官である胆嚢をマウスに生成することも観察した。 「私たちのげっ歯類の実験は、ラットの発育中に通常は抑制されているラット細胞の胆嚢発達プログラムを、発育中のマウスが解き放つことができたという重大な秘密を明らかにしました」と、ソークのスタッフ科学者であり、以前の論文と新しい論文の筆頭著者であるジュン・ウー氏は述べた。 。 「これは、器官の発達と進化の種分化を制御する上での宿主環境の重要性を浮き彫りにしています。」

ウー教授は、マウスとラットを使った実験は、動物に移植するための人間の臓器を成長させることが実際に可能である可能性があることも示したと述べた。 「各マウスは健康で、通常の寿命を持っていました。これは、発育が適切に進行したことを示しています。」

しかし、齧歯動物は小さすぎて発育が異なるため、マウスやラットでヒトの臓器を増殖させることは現実的ではありません。 そこで研究チームは他の実験で、臓器の大きさや発達の時間スケールが私たちとより似ているブタに注目した。 科学者らは、いくつかの異なるタイプのヒト人工多能性幹（iPS）細胞を生成した後、最も有望なタイプをブタの胚に挿入し、それらの胚を雌豚に移植することに成功した。 研究者らは、その時点までの技術の安全性と有効性を評価するために、実験をXNUMX週間で中止した。

一部の胚は、内部のヒト細胞が特殊化し始め、組織前駆体に変化し始めていることを示した。ただし、ブタにおけるヒトiPS細胞の寄与の成功率とレベルは、ラット細胞を含むマウス胚よりもはるかに低かった。

この結果は、ヒトiPS細胞を大型動物種に組み込む初めての成功した試みを表しており、ヒトの病気がどのように始まり、進行するのかについての洞察をもたらすとともに、薬物毒性試験の新たなプラットフォームを提供する可能性がある。 科学者らは、この研究はまだ非常に初期段階にあり、この技術に基づく医療療法の開発には大きな課題が残っていることを強調している。

「もちろん、キメラ研究の最終目標は、幹細胞および遺伝子編集技術を使用して、遺伝的に一致するヒトの組織や器官を生成できるかどうかを知ることです。私たちは、継続的な研究が最終的には成功につながると非常に楽観的に思っています。」イズピスア・ベルモンテは言います。 「しかし、その過程で、私たちは種の進化だけでなく、他の方法では入手が難しい人間の胚発生や病気についてもより深く理解できるようになってきています。

今後の研究には、ヒトの細胞を動物にうまく組み込むための限界を理解し続けることが含まれます。

その他の著者：アイーダ・プラテーロ・ルエンゴ、桜井政博、菅原淳、山内隆義、鈴木慶一郎、マリアナ・モラレス・バレンシア、奥村大司、羅静平、菱田智明、鈴木絵美、パロマ・マルティネス＝レドンド、アレハンドロ・オカンポ、プラディープ・レディ、コンセプシオン・ロドリゲス・エステバンソーク研究所の W. Travis Berggren 氏。 マリア・アントニア・ヒル、クリスティーナ・クエロ、インマクラダ・パリラ、クリスティーナ・A・マルティネス、アリシア・ノハレス、ジョルディ・ロカ、エミリオ・A・マルティネス ムルシア大学 キャンパス デ エスピナルド; ヤニナ・ソレダッド・ボリオッティ、マルセラ・ビラリーノ、デリア・ソト、ホイリ・ワン、エリザベス・A・マガ、パブロ・フアン・ロス カリフォルニア大学デ​​ービス校; リャノス・マルティネス、ソニア・サンチェス、エストレージャ・ヌニェス、ヘロニモ・ラハラ サンアントニオデムルシアカトリック大学; イザベル・ギレンとペドロ・ギレン クリニカ セントロ ファンダシオン ペドロ ギレン; とジョセップ・M・カンピストル バルセロナ病院クリニック.

この作品に資金提供されたのは、 セネカ財団; カリフォルニア大学デービス校、学術上院新規研究助成金。 サンアントニオ・デ・ムルシア・カトリカ大学。 Fundacion ペドロ・ギレン博士; の G. ハロルド & レイラ Y. マザーズ慈善財団、および モクシー財団.