マンチェスター大学の科学者が開発した人間の小型肺は、特定のナノ物質にさらされたときの動物の反応を模倣することができる。
同大学医学ナノテクノロジーセンターのナノセル生物学研究室での研究は、影響力のある学術誌に掲載された。 今日のナノ。
動物モデルを完全に置き換えることは期待されていないが、ヒトオルガノイドはすぐに研究動物の数の大幅な減少につながる可能性がある、と細胞生物学者でナノ毒性学者のサンドラ・ヴラニッチ博士率いるチームは主張する。
ヒト幹細胞からシャーレ内で培養される肺オルガノイドは、細胞の複雑さや構造などのヒト組織の重要な特徴を再現することを目的とした多細胞の三次元構造です。
これらは、嚢胞性線維症から肺がんに至るまでのさまざまな肺疾患や、SARS-CoV-2 を含む感染症をより深く理解するためにますます使用されています。
しかし、ナノマテリアルへの曝露に対する組織反応を捕捉する能力は、これまで示されていませんでした。
オルガノイドモデルを炭素ベースのナノマテリアルにさらすために、ヴラニッチ博士のグループの主任科学者であるラハフ・イッサ博士は、ナノマテリアルをオルガノイドの内腔に正確に投与して微量注入する方法を開発した。
これは、肺の気道を裏打ちする細胞の最外層である頂端肺上皮の実際の曝露をシミュレートしました。
既存の動物研究データによると、長くて硬い多層カーボン ナノチューブ (MWCNT) の一種が肺に悪影響を及ぼし、永続的な炎症や線維症、つまり肺に不可逆的な瘢痕化の一種である重篤な症状を引き起こす可能性があることが示されています。
同じ生物学的エンドポイントを使用して、チームのヒト肺オルガノイドは同様の生物学的反応を示し、肺組織におけるナノマテリアルによる反応を予測するツールとしてそれらが有効であることが証明されました。
ヒトオルガノイドにより、ナノマテリアルとモデル組織の相互作用を細胞レベルでより深く理解できるようになりました。
カーボンナノマテリアルの平坦で薄く柔軟な形状である酸化グラフェン（GO）は、分泌ムチンと呼ばれる呼吸器系によって生成される物質内に瞬間的に閉じ込められ、危害を及ぼさないことが判明した。
対照的に、MWCNT は肺胞細胞とのより持続的な相互作用を誘導し、ムチン分泌がより制限され、線維組織の成長を引き起こしました。
さらなる発展として、同大学医学ナノテクノロジーセンターに拠点を置くイッサ博士とヴラニッチ博士は現在、免疫細胞成分も統合された画期的なヒト肺オルガノイドの開発と研究を行っている。
ヴラニッチ博士は、「更なる検証、長期曝露、免疫成分の組み込みにより、ヒト肺オルガノイドはナノ毒性研究に使用される動物の必要性を大幅に減らすことができるだろう」と述べた。
「人道的な動物研究を奨励するために開発された、代替、削減、改良の 3R は現在、英国の法律や他の多くの国で組み込まれています。
「国民の態度は一貫して、動物研究への支援には3Rの実践が条件であることが示されています。」
二次元細胞培養モデルを使用したナノマテリアルの現在の「二次元試験」は、細胞への影響についてある程度の理解を提供しますが、細胞が相互に通信する複雑な方法を部分的にしか描写できないため、非常に単純化されています。 それは確かにヒトの肺上皮の複雑さを表しているわけではなく、良くも悪くもナノマテリアルの毒性の可能性を誤って表現している可能性があります。
近い将来も動物は研究に必要とされるだろうが、それにもかかわらず、「3D」オルガノイドは私たちの研究分野およびより一般的な研究において、ヒトの同等物および動物の代替物としてエキサイティングな展望である。」
コスタス・コスタレロス教授、マンチェスター大学ナノ医療学部長
ソース：
参考雑誌:
イッサ、R.、 他。 （2024年）。 機能するヒト肺オルガノイドは、カーボンナノマテリアルへの曝露による肺組織の反応をモデル化します。 今日のナノ。 doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102254。
1714212849
#人間のミニ肺はナノマテリアルに対する動物の反応を模倣
2024-04-27 10:05:00
