科学者が初めて冷凍マウスの脳の活動を復活させる

科学者が初めて冷凍マウスの脳の活動を復活させる

トーシン・トンプソン著 & ネイチャーマガジン

SF でおなじみの比喩は、冷凍保存されたタイムトラベラーです。彼らの体は仮死状態で極度に冷凍され、その後解凍され、精神的および身体的能力がすべて無傷のまま、さらに 10 年または 10 世紀後に目覚めます。

人間やその他の動物（主に若い脊椎動物）の脳組織の極低温冷凍と解凍を試みている研究者らは、神経組織が細胞レベルで凍結しても生き残り、解凍後もある程度機能することをすでに示している。しかし、脳が適切に機能するために必要なプロセス、つまりニューロンの発火、細胞の代謝、脳の可塑性を完全に回復することはできていません。

ドイツの研究チームは、この機能の一部をそのまま残すマウスの脳の凍結保存と解凍方法を実証した。この研究は3月3日に発表された。 米国科学アカデミーの議事録では、生体組織を保存する解凍プロセスとともに、組織をガラスのような状態で保存するガラス化と呼ばれる方法の著者らの使用について詳しく説明しています。

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「脳の機能がその物理的構造の創発的な特性である場合、完全なシャットダウンからどうやって回復できるでしょうか?」ドイツのエアランゲン・ニュルンベルク大学の神経内科医で、この研究の筆頭著者であるアレクサンダー・ジャーマン氏はこう尋ねる。同氏によれば、今回の発見は、いつか病気中や重傷後の脳を保護し、臓器バンクを設立し、さらには哺乳類の全身冷凍保存を実現する可能性を示唆しているという。

ダーラムのニューハンプシャー大学で機械工学を研究しているMrityunjay Kothari氏は、この研究が脳組織の凍結保存における最先端技術を前進させるものであることに同意する。 「この種の進歩は、SF を徐々に科学的な可能性に変えていくものです」と彼は言います。しかし、大型臓器や哺乳類の長期保管などの応用は依然として研究の能力をはるかに超えていると同氏は付け加えた。

将来のために保存

脳が凍結から完全に回復するのに苦労する主な理由は、氷の結晶の形成によって引き起こされる損傷です。これらは組織の繊細なナノ構造を移動または穿刺し、重要な細胞プロセスを混乱させます。 「氷以外にも、浸透圧ストレスや凍結防止剤による毒性など、いくつかの考慮事項を考慮する必要があります」とジャーマン氏は言う。

ジャーマンらは、脳機能を保存するために、ガラス化と呼ばれる氷を使わない凍結保存方法に注目した。ガラス化では、分子が氷の結晶を形成する前に、分子を組織化されていないガラスのような状態に閉じ込めるのに十分な速さで液体が冷却されます。 「硝子体状態での分子運動が完全に停止した後に機能が再開できるかどうかを確認したかったのです」とジャーマン氏は言う。

彼らはまず、記憶と空間ナビゲーションの中核となる脳のハブである海馬を含む、厚さ350マイクロメートルのマウス脳のスライスでその方法をテストした。脳スライスは、液体窒素を使用して-196 °Cで急速に冷却される前に、凍結保存化学物質を含む溶液で前処理されました。その後、ガラス状の状態で -150 °C の冷凍庫に 10 分から 7 日間保管しました。

脳のスライスを温かい溶液で解凍した後、研究チームは組織を分析して、何らかの機能的活動が保持されているかどうかを確認した。顕微鏡検査では、ニューロン膜とシナプス膜が無傷であることが示され、ミトコンドリア活性の検査では代謝損傷がないことが判明しました。ニューロンの電気的記録は、対照細胞と比較して中程度の偏差にもかかわらず、電気刺激に対するニューロンの反応が正常に近いことを示した。

海馬の神経経路では、学習と記憶の基礎となるシナプスの強化、つまり「長期増強」が依然として示されていました。ただし、このようなスライスは自然に劣化するため、観察は数時間に限られていました。

研究チームはこの方法をマウスの脳全体にスケールアップし、最大8日間-140℃で硝子体状態に保ちました。ただし、脳の縮小と凍結防止剤による毒性を最小限に抑えるために、プロトコルには何度も調整が必要でした。

脳が解凍されると、脳のスライスが準備され、海馬からの記録により、記憶に関与する海馬経路を含む神経経路が生き残っており、依然として長期増強を受ける可能性があることが確認された。しかし、記録は脳組織のスライスを使用して行われたため、研究者らは動物の記憶が冷凍保存後も残っているかどうかを測定することができなかった。

まだサイエンスフィクション

ジャーマン氏と彼のチームは、その手法をマウスから人間の脳組織にまで拡大しています。 「人間の皮質組織での生存可能性を示す予備データがすでにあります」と彼は言います。研究チームはまた、ガラス化法が臓器全体、特に心臓の冷凍保存にどのように利用できるかを研究している。

しかし、コタリ氏は、全脳プロトコルでは成功率が低く、その結果が人間のより大きな器官に直接反映されない可能性があり、別の課題があると指摘している。 「これらの課題の一部は、熱伝達の制約や、亀裂を引き起こす可能性のある高い熱機械応力に関連しています」とコタリ氏は言います。

ジャーマン教授は、「これらの原理を人間の大きな臓器に適用するには、より優れたガラス化ソリューションと冷却および再加温技術が必要になるだろう」と付け加えた。

この記事は許可を得て転載されており、 最初に出版された 2026 年 3 月 11 日。

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