胎児の脳と脊髄の 3 つのセクションすべてに似ており、人間の中枢神経系の初期段階の完全なモデルを生成する最初の組織化された幹細胞培養モデルが、米国のエンジニアと生物学者のチームによって開発されました。ミシガン州(UM)、ワイツマン科学研究所、ペンシルベニア大学(UPenn)。
「このようなモデルは、人間の中枢神経系の初期発達と、さまざまな障害で中枢神経系がどのように誤動作するかを理解するための基礎研究への扉を開くでしょう」とミシガン大学機械工学教授のJianping Fu博士は述べた。
この作品は、 自然 新聞では、「マイクロ流体勾配を使用したパターン化された人間の神経管モデル。」
「私たちは人間の脳の発達に関する基本的な生物学だけでなく、病気についても理解しようと努めています。なぜ脳関連の病気が起こるのか、その病理、そしてそれらを治療するための効果的な戦略をどのように考え出すことができるのか」とグオ・リー・ミン氏は語った。同博士は、UPennの神経科学のペレルマン教授であるHongjun Song博士とともに、細胞の増殖と誘導のためのプロトコルを開発し、モデルの構造的および細胞的特徴を特徴付けた。
人間の脳と脊髄のオルガノイドは現在、神経疾患や精神神経疾患の研究に使用されていますが、多くの場合中枢神経系の一部を模倣しており、組織化されていません。 より具体的には、彼らは「NT発達の特徴である、吻側-尾側（R-C）軸と背側-腹側（D-V）軸の両方に沿った神経パターンを三次元（3D）管状形状で再現できていない」。
対照的に、この新しいモデルは、胎児の脳と脊髄の 3 つのセクションすべての発達を同時に再現します。これは、以前のモデルでは達成できなかったことです。
このモデルは脳と脊髄の初期発達の多くの側面に忠実ですが、研究チームはいくつかの重要な違いに注目しています。 まず、中枢神経系発達の最初の段階である神経管の形成が大きく異なります。 このモデルは、二分脊椎などの神経管の不適切な閉鎖に起因する障害をシミュレートするために使用することはできません。
その代わりに、このモデルは、生後 4 週間の胎児に見られる神経管とほぼ同じサイズ (長さ約 4 ミリメートル、幅約 0.2 ミリメートル) の幹細胞の列から始まりました。 研究チームは、幹細胞の成長を可能にし、中枢神経系の構築に導く材料を導入するために使用した、小さなチャネルがパターン化されたチップに細胞を貼り付けた。
次にチームは、細胞を三次元で成長させるゲルと、細胞を神経細胞の前駆体になるよう促す化学シグナルを加えた。 これに応答して、細胞は管状構造を形成しました。 次に、細胞が構造内のどこにあるかを識別し、より特殊な細胞型に進化するのに役立つ化学シグナルを導入しました。 その結果、このシステムは、胚の発生を反映する形で、前脳、中脳、後脳、脊髄を模倣するように自らを組織化しました。
細胞は40日間増殖し、受精後約11週間までの中枢神経系の発達をシミュレートした。 今回は、脊髄発生における特定の遺伝子の役割が実証され、ヒトの初期神経系の特定の細胞型がどのようにして特殊な機能を持つ異なる細胞に分化するのかが明らかになりました。
研究チームは、患者由来の幹細胞を使用して、このモデルをさまざまなヒトの脳疾患の研究に適用することを計画しています。
ミシガン大学の機械工学博士研究員である Xufeng Xue 博士は、このモデルを引き続き使用して、発達中の脳のさまざまな部分間の相互作用を研究したいと考えています。 彼はまた、脳が脊髄を介してどのように運動の指令を送るのかを研究することにも興味を持っています。 麻痺などの疾患に新たな光を当てる可能性があるこの一連の研究では、ニューロンが機能する回路に接続する必要があるが、この研究では観察されなかった。
この研究には参加していないボストン科学博物館の生命倫理学者、インス・ヒョン氏は、このような実験は実施前に綿密に精査されると指摘する。 「研究グループは、答えようとしている科学的疑問について明確にする必要があります。そして、その疑問に答えるには、モデルで許容される開発の程度が最小限であることを明確にしなければなりません」と同氏は述べた。
このモデルには、環境を経験し、その経験を処理する人間の能力にとって重要な機能である末梢神経や機能する神経回路は含まれていません。
このシステムは、脳の発達と発達性脳疾患に関する知識を前進させる可能性を秘めています。 また、潜在的な治療法をテストするために使用される場合もあります。 成人由来の幹細胞に作用するため、個々の患者に特有の治療選択肢を探索するのに役立つ可能性があります。
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#初めてのオルガノイドモデルは胎児の脳と脊髄の #つのセクションすべてに似ています
2024-02-26 21:14:47