ノースウェスタン大学の科学者は、これまでで最も先進的なヒト脊髄損傷のオルガノイドモデルを開発しました。
新しい研究で、研究チームは、実験室で培養したヒト脊髄オルガノイド（幹細胞由来の小型器官）を使用して、さまざまなタイプの脊髄損傷をモデル化し、有望な新しい再生療法をテストしました。
科学者らは、ヒトの脊髄オルガノイドが、細胞死、炎症、神経再生に対する物理的および化学的障壁を作り出す瘢痕組織の密な塊であるグリア瘢痕化などの脊髄損傷の主要な影響を正確に模倣できることを初めて実証した。
この研究は水曜日（2月11日）に雑誌に掲載される予定です 自然生物医学工学。
ノースウェスタン大学のサミュエル・I・ストゥップ氏、この研究の上級著者であり、踊る分子の発明者
自己組織化材料と再生医療の先駆者であるストゥップ氏は、ノースウェスタン大学の材料科学および工学、化学、医学、生体医工学の理事教授を務めており、マコーミック工学部、ワインバーグ芸術科学大学、フェインバーグ医学部に勤務しています。彼は再生ナノ医療センター (CRN) の所長も務めています。ファインバーグ医学助教授でCRN会員の高田望氏がこの論文の筆頭著者である。
小さなオルガノイド、巨大な前進
研究室で人工多能性幹細胞から培養されるオルガノイドは、人間の臓器を簡略化した小型版です。オルガノイドは器官の一部にすぎませんが、本物の組織構造、細胞の複雑さ、機能を模倣しています。この高度な模倣により、オルガノイドはヒトの病気のモデル化、治療法の試験、器官発達の理解に理想的となります。動物やヒトでの治療法を試験する場合と比較して、オルガノイドでの試験は迅速かつはるかに安価です。
他の研究者が脊髄の生理学的側面を調査するために人間のオルガノイドを開発している一方で、ストゥップ氏のモデルは、壊滅的な麻痺を伴う人間の傷害の治療法を見つける上で大きな進歩を示している。直径数ミリメートルのオルガノイドは大きく、損傷モデルを開発するのに十分に成熟していました。
ストゥップ氏のチームは数か月かけて幹細胞から脊髄オルガノイドを増殖させ、ニューロンやアストロサイトなどの複雑な特徴を発達させることができるようにした。同チームはまた、外傷性脊髄損傷に対する炎症反応をシミュレートするために、中枢神経系の免疫細胞であるミクログリアを初めて加えた。
「それは一種の疑似臓器です」とストゥップ氏は語った。 「私たちはヒトの脊髄オルガノイドにミクログリアを初めて導入したので、それは大きな成果でした。これは、私たちのオルガノイドが、傷害に反応して常在免疫系が生成するすべての化学物質を持っていることを意味します。そのため、脊髄損傷のより現実的で正確なモデルになります。」
「踊る分子」とは何ですか？
成熟した脊髄オルガノイドを開発した後、ストゥップ氏と彼のチームは、損傷とその後の治療の影響を調べたいと考えました。 2021年に初めて導入されたダンシング分子療法は、分子の動きを利用して外傷性脊髄損傷後の麻痺を回復させ、組織を修復します。これは、Stupp 研究所の超分子治療ペプチド (STP) プラットフォームの一部であり、100,000 以上の分子の大きな集合体を使用し、再生と修復のための体自身の自然な信号を使用して細胞受容体を活性化する技術です。 （超分子療法の概念は、体重減少と糖尿病を治療する現在のGLP-1薬にも使用されており、この分野はStupp氏の研究室が15年近く前に研究した分野である。）
液体として注入されるダンシング分子療法は、脊髄の細胞外マトリックスを模倣したナノファイバーの複雑なネットワークに即座にゲル化します。ストゥップ氏のチームは、ナノファイバー内の分子の集合的な動き、つまり「ダンス」を微調整することで、この治療法が常に動いている細胞受容体とより効果的に結びつくことを発見した。
「細胞自体とその受容体が絶えず動いていることを考えると、より速く動く分子ほどこれらの受容体に遭遇する頻度が高くなるだろうと想像できるだろう」とストゥップ氏は2021年に述べた。「もし分子が緩慢で『社会的』ではない場合、それらは決して細胞と接触しないかもしれない。」
動物実験では、重傷の24時間後に1回注射すると、マウスはわずか4週間で歩行能力を取り戻すことができました。動きの遅い分子の注射と比較して、分子の動きが強化された製剤はより高い治療効果を示し、生物活性と細胞シグナル伝達が増加したことを示しています。
画期的な治療法のテスト
脊髄損傷をモデル化するために、Stupp のチームは 2 種類の一般的な損傷を誘発しました。研究者らは、オルガノイドの一部をメスで切り取り、手術による傷のような裂傷をシミュレートした。他のオルガノイドについては、研究者らは、重大な自動車事故や急な落下によって発生する可能性のある傷をシミュレートするために、圧縮挫傷傷害を適用した。
どちらの損傷も、実際の脊髄損傷と同様に、細胞が死滅し、グリア瘢痕が形成されました。
「正常組織の一部であるアストロサイトと、大きくて非常に密集しているグリア瘢痕内のアストロサイトを区別することができました」とStupp氏は述べた。 「また、損傷や病気に反応する神経系の分子であるコンドロイチン硫酸プロテオグリカンの生成も検出しました。」
ステュップ氏のチームは怪我をシミュレーションした後、踊る分子の有効性をテストした。損傷したオルガノイドに適用すると、液体療法がゲル化して足場を形成しました。この治療法は炎症を鎮め、グリア瘢痕化を軽減し、神経突起を伸長させ、ニューロンが整然と組織化されたパターンで成長することを促しました。
軸索と呼ばれる神経突起の一種は、脊髄損傷時に切断されることが多く、ニューロン間の通信ネットワークが切断されます。この切断により、損傷部位の下の感覚が麻痺し、感覚が失われます。神経突起が再生すると、これらの接続が再確立され、これらの壊滅的な結果を防止または逆転できる可能性があります。
動きの奇跡
ストゥップ氏は、この治療の成功は超分子運動、つまり分子が急速に移動したり、ナノファイバーから一時的に飛び出したりする能力のおかげであると考えている。健康なオルガノイドでこの治療法をテストしたところ、Stupp 氏の予感が裏付けられただけでした。
「損傷モデルを開発する前に、私たちは健康なオルガノイドで治療法をテストしました」と彼は言いました。 「踊る分子はオルガノイドの表面でこれらすべての長い神経突起を回転させましたが、動きが少ない、またはまったくない分子を使用した場合、何も見えませんでした。この違いは非常に鮮明でした。」
次に、Stupp のチームは、モデルをさらに改良するために、さらに高度なオルガノイドを構築する予定です。彼らはまた、通常、より頑固な瘢痕組織を持つ古い慢性損傷をモデル化するヒト脊髄オルガノイドの開発も計画している。さらに研究を進めれば、免疫拒絶を避けるために患者自身の幹細胞を使って移植可能な組織を作成することで、彼のグループのミニ脊髄を個別化医療にも使用できる可能性があるとストゥップ氏は述べた。
この研究「ヒト脊髄オルガノイドの損傷と治療」は、ノースウェスタン大学再生ナノ医療センターと、脊髄損傷研究に対するジョン・ポトクスナック家からの寄贈によって支援された。
ソース：
参考雑誌:
1770815208
#北西部の科学者が人間の脊髄損傷のための高度なオルガノイドモデルを開発
2026-02-11 12:50:00