ネズミとして世界を体験するのはどんな感じなのかとネズミが思ったことがあるとすれば、少なくとも嗅覚に関しては、その夢を実現できるネズミもいる。
コロンビア大学のクリスティン・ボールドウィン率いる研究者らは、ラットのニューロンで世界の匂いを感知する、マウスとラットのハイブリッド脳を備えたマウスを作製した。
動物が他の動物の感覚器官を利用して世界を感知し、正確に反応できるようになったのはこれが初めてであり、脳が外部の脳細胞を統合する際にどれだけ柔軟であるかを示す一つの証拠となる。
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「この研究は、人間と機械のインターフェースや移植された幹細胞からの他の種類の入力に対応できるように、脳の柔軟性をどのように拡張できるかを示し始めています」とコロンビア大学バゲロス校の遺伝学・発達学教授ボールドウィンは言う内科医および外科医の大学およびコロンビア幹細胞イニシアチブに所属。
ハイブリッド目標
人間の脳の疾患を理解して治療する上での最大の課題の 1 つは、現在の研究方法ではこれらの疾患を完全に理解することが不可能であることです。
「私たちは皿やオルガノイドと呼ばれる 3D 培養物の美しい細胞モデルを持っており、どちらにも利点があります。しかし、どのモデルも細胞が本当に最高レベルで機能しているかどうかを判断することはできません。」とボールドウィン氏は言います。
ハイブリッド脳により、研究者は脳細胞がどのように病気になったり死んだりするのか、そして脳の一部の修復と交換のルールをより深く理解できるようになります。
「現在、研究者らはパーキンソン病やてんかんを患う人々に幹細胞とニューロンを移植しています。 しかし、それがどれほどうまくいくかは私たちにも実際にはわかりません」と彼女は付け加えた。 「ハイブリッド脳モデルを使用すると、臨床試験よりも速いペースで何らかの答えを得始めることができます。」
ハイブリッドな頭脳を生み出す
研究者らはこれまで、ニューロンを注入するか、ある種のエンドウ豆大の脳オルガノイドを、マウスやラットの発達中の脳または完全に形成された脳に移植することによって、ハイブリッド脳を作製してきた。
「これらの実験は、既存の脳に脳細胞を追加できる時期と方法にはある程度の制限があることを示しています」とボールドウィン氏は言う。 「脳がある程度まで発達しても、移植された細胞は必ずしも適切に結合するとは限りません。」
その代わりに、ボールドウィンのチームは、ラットとマウスの細胞が一緒に成長し、独自に統合できるように、ラットの幹細胞をマウスの胚盤胞（受精後わずか数時間で起こる発生の初期段階）に導入した。
胚盤胞補完と呼ばれるこの技術は、強力な研究ツールであることが証明されている、ヒトの免疫システムを備えたマウスを作成するために使用される技術に似ています。 しかし、この研究が行われるまで、この技術は 2 つの異なる種のハイブリッド脳を作成することに成功していませんでした。
「私たちがやっていることは本当に最先端です」とボールドウィンは言います。
ラットのニューロンがマウスの嗅覚を回復する
研究チームの最初のハイブリッド実験では、研究者らはラットのニューロンがマウスの脳のどこに出現するかを調べた。 ラットは発達のペースが遅く、脳が大きくなりますが、マウスではラットの細胞がマウスの指示に従い、発達を加速し、マウスの細胞と同じ種類のつながりを作りました。
「マウスの脳のほぼ全体にラット細胞が見られましたが、これは私たちにとってかなり驚きでした」とボールドウィン氏は言う。 「このことは、挿入に対する障壁がほとんどないことを示しており、多くの種類のマウスのニューロンが同様のラットのニューロンで置き換えられることを示唆しています。」
次に研究者らは、ラットのニューロンが機能的な神経回路、この場合は嗅覚系の一部に統合されているかどうかを調べた。嗅覚系はマウスにとって食物を見つけたり捕食者を避けるために不可欠な機能である。 研究者らは、マウスの胚を自身の嗅覚ニューロンを殺すか不活化するように操作することで、ラットのニューロンが動物の嗅覚を回復したかどうかを簡単に判断できるようになった。
「私たちはそれぞれのマウスケージにクッキーを隠しましたが、ラットのニューロンでクッキーを見つけられることにとても驚きました」とボールドウィン氏は言う。
ただし、一部のマウスは他のマウスよりもクッキーを見つけるのが上手でした。 研究者らは、自身の沈黙した嗅覚ニューロンを保持しているマウスは、発達中に嗅覚ニューロンが消えるように操作されたマウスに比べて、隠されたクッキーを見つけることに成功しにくいことを発見した。
「これは、置換ニューロンの追加がプラグアンドプレイではないことを示唆しています」とボールドウィン氏は言う。 「機能的な代替が必要な場合は、ただそこに残っている機能不全のニューロンを空にする必要があるかもしれません。これは、一部の神経変性疾患や、自閉症や統合失調症などの一部の神経発達障害の場合に当てはまる可能性があります。」
ボールドウィン氏のチームが作成したハイブリッド脳システムを使えば、研究者はマウスを使ってさまざまなモデルで何が起こったのかを注意深く分析できるようになり、最終的にはヒト細胞移植の成功率向上に役立つ可能性がある。
霊長類の雑種？
新しいハイブリッド脳システムの欠点の 1 つは、ラットの細胞がそれぞれの異なる動物にランダムに分布していることであり、これらの研究を脳内の他の感覚系や神経系に拡張する際のハードルとなっています。
ボールドウィンの研究室は現在、より正確な実験を可能にする可能性がある、挿入された細胞をたった 1 種類の細胞に成長させる方法を見つけようとしている。
挿入された細胞がハイブリッド脳内での発達を制限できれば、霊長類のニューロンを使ったハイブリッド脳の作製への扉も開かれる可能性がある。 「これは人間の病気の理解にさらに近づくのに役立つでしょう」とボールドウィンは言う。
参考文献: Throesch BT、bin Imtiaz MK、Muñoz-Castañeda R、他。 2 つの種のニューロンから構築された機能的感覚回路。 細胞。 2024;187(9):2143-2157.e15。 土井： 10.1016/j.cell.2024.03.042
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#感覚能力を強化するハイブリッドラットの脳を備えたマウスを作成
2024-04-25 15:48:33
