移植された脳オルガノイドは神経疾患に関する洞察を提供します

移植された脳オルガノイドは神経疾患に関する洞察を提供します

ソークの科学者は自閉症、認知症、統合失調症をより深く理解するために三次元脳モデルの成長を改善

【ラホーヤ】アルツハイマー病、統合失調症、自閉症、さらにはうつ病など、多くの神経疾患は新たな治療法が遅れている。 脳は非常に複雑なため、新薬の発見は困難な場合があり、動物モデルでは有望な薬であっても、人間には効果がないことがよくあります。

科学者たちは、患者から皮膚細胞を採取し、それらの細胞をニューロンに変える幹細胞技術でこの状況を変えることを目指している。 その後、研究者は新薬をテストし、これらの実験室で成長させたニューロンにおける疾患の発症を研究し、脳の損傷部分を治癒するための移植による組織置換にこれらの「個別化ニューロン」を使用する可能性をテストすることもできます。 しかし、生物学者らは診断や治療目的で、幹細胞をベースにした小さな脳のような「オルガノイド」を皿や試験管内で成長させることにすでに成功しているが、これらのモデルシステムが脳の複雑さを表現するにはまだ遠い。

ソーク研究所の科学者らは、齧歯類への移植を通じて十分な酸素やその他の栄養素を確実に受け取ることで、より洗練されたオルガノイドモデルを開発できる新しいアプローチを報告している。 に掲載された作品は、 ネイチャー·バイオテクノロジー 16年2018月XNUMX日、脳障害の治療法の開発に関する洞察が得られる可能性がある。 薬物の検査をスピードアップする。 そして、いつか健康なヒト細胞集団を人々の脳に移植して、損傷した組織や機能不全に陥った組織を置き換えるという道も開かれるだろう。

「脳オルガノイドは、人間の脳の発達と障害を研究するための強力なツールです」と主著者は言う ラスティ・ゲージ、ソーク遺伝学研究所の教授。 「しかし、現時点では、それらは本来の生理学的環境を完全に表しているわけではありません。 この研究により、人間の脳のより忠実で機能的な表現に一歩近づくことができ、神経疾患や精神疾患に対するより良い治療法を設計するのに役立つ可能性があります。」

培養皿や試験管内で増殖する脳オルガノイドは、血管系がなければ栄養素がその 3D 構造の内部に到達できないため、構造的および機能的に制限されています。 これにより、細胞は数を増やしたり細胞型を多様化したりするために多くの分裂を行うことができないため、オルガノイドの生存時間と複雑さが減少します。 一部の研究者は、血管組織をオルガノイドに同時に移植することでこれらの限界に対処しようと試みていますが、このアプローチはまだ実際の脳の細胞微小環境を完全には模倣していません。

ゲージ研究室は、ヒト幹細胞ベースのオルガノイドをマウスの脳の血管が豊富な領域に移植することにより、より支持的な生理学的環境を再現することを目指しました。 移植されたヒトオルガノイドは宿主環境に統合され、ニューロンとアストロサイトと呼ばれるニューロン支持細胞の両方を形成し、免疫細胞によって調査されました。 重要なのは、研究チームが生来の血管だけでなく、血液が流れる血管も観察したことです。これはオルガノイドとしては初めてのことです。

「それは大きな成果でした」とソークの研究員で論文の筆頭著者であるアベド・アルファッタ・マンスールは言う。 「オルガノイドへの血管の浸潤とオルガノイドへの血液の供給を観察しました。これはおそらくオルガノイドの長期生存への切符なので、これは興奮しました。」

研究の一環として、ソークチームは移植前に各オルガノイドを半分に分割し、両方の環境の利点を直接比較できるように半分の一方を培養下に維持した。 彼らは、数カ月後には培養した半分が死にかけている細胞で満たされている一方、げっ歯類の年齢が一致したオルガノイドは健康であることを発見した。

移植されたオルガノイドが機能的で健康的であるかどうかを確認するために、研究チームは、ニューロンが発火時に色素を生成するカルシウムイメージングテストを実施した。 そして実際、オルガノイド内のニューロンは同期して発火していました。 さらに、研究チームは光遺伝学（細胞が光に反応するようになる）と呼ばれる技術を利用して、移植されたニューロンが相互に、また宿主生物と接続を形成していることを確認したが、これも初めてのことである。

「これは、血液供給の増加がオルガノイドの健康状態をより長く維持するのに役立つだけでなく、脳疾患をより深く理解するのに役立つ神経学的複雑性のレベルを達成することを可能にしたことを示しています」とマンスール氏は言う。

動物へのヒト移植は、生存率を高め、成熟した機能をテストするために、脳やその他の組織において数十年にわたって使用されてきました。

「この研究は、1984 年に私が開発に協力した移植技術に基づいています」と、加齢に伴う神経変性疾患研究の Vi および John Adler 委員長を務めるゲージ氏は付け加えます。 「神経精神疾患における脳機能を解明する計り知れない可能性を秘めた脳オルガノイドでこれがうまく機能することを確認できて大変うれしく思います。」

他の著者には、J. Tiago Gonçalves、元ソーク大学、現在はアルバート・アインシュタイン医科大学が含まれます。 クーパー・W・ブロイド、ハオ・リー、サラ・フェルナンデス、ダフネ・クアン、スティーブン・ジョンストン、サラ・L・パリラック、そしてソークのシン・ジン。

この研究は、国立衛生研究所 (U19 MH106434、U01 MH106882)、ポール G. アレン家族財団、ボブとメアリー ジェーン エングマン、レオナ M. およびハリー B. ヘルムスリー慈善信託助成金 (2012-PG-MED) によって資金提供されました。 )、Annette C. Merle-Smith、G. Harold and Leila Y. Mathers Foundation、JPB Foundation、Dolby Family Ventures、NIH 助成金 (R01NS083815、R01AG047669)、CIRM Bridges to Stem Cell Research インターンシップ プログラム、EMBO 博士研究員長期期間フェローシップ（ALTF 1214-2014/欧州委員会 FP7-マリー・キュリー・アクション、LTFCOFUND2013 および GA-2013-609409）およびヒューマン・フロンティア科学プログラム（HFSP 長期フェローシップ—LT001074/2015）。