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細胞生物学者で神経科学者のラルダ・ネーメ氏は、2018年にMITとハーバード大学のブロード研究所のスタンレー精神医学研究センターで研究室を始めたとき、この分野に空白があることに気づいた。彼女は研究室で幹細胞を培養し、それをニューロンに変換し、その細胞を使って統合失調症に関連する遺伝子変異の影響を研究することに長けていた。
しかし彼女はすぐに、人間の病気の複雑さを真に理解するには、病気の有無や遺伝的背景が異なる多くの人々の大量の細胞を研究する必要があることに気付きました。
この目標を達成するために、ネーメと彼女の研究室はスタンレーセンターの幹細胞リソースを設立しました。血液または 皮膚細胞 ドナーから採取した細胞は、特殊なタンパク質で処理して誘導細胞に変えることができる。 多能性幹細胞 ネメ氏のチームは、iPSC を人体のあらゆる細胞型に分化させる。その細胞はすべて、疾患を引き起こす遺伝子変異も含め、ドナーの遺伝子構成を継承している。
現在、リソースは凍結されています 細胞株 さまざまな診断や祖先の背景を持つ約 1,000 人のドナーから採取された細胞株を使用して、科学者は動物細胞株よりも人間の病気をより忠実にモデル化したさまざまな細胞タイプを生成することができます。
このQ&Aでは、なぜこれらのモデルが精神疾患の研究に特に役立つのか、新しい細胞株に関する重要な考慮事項、そして将来への希望についてネーメ氏に話を聞きました。
iPSC が精神疾患の研究に役立つのはなぜですか?
精神疾患の場合、培養皿で操作できる生きたヒト細胞にアクセスできることが極めて重要です。ヒトの要素が重要なのは、遺伝子の状況を考慮する必要があるためです。マウスでは、特定の遺伝子の発現を操作できますが、通常、数百または数千の遺伝子の発現を一度に操作することはありません。
しかし、人間の細胞には遺伝的背景があり、それが病気に大きく影響を及ぼします。 人間の脳組織 死後の脳組織は貴重ですが、発達の特定の段階ではアクセスが制限されることが多く、死後の組織を薬物や遺伝子の撹乱で処理して細胞がどのように反応するかを研究することはできません。
もちろん、幹細胞は完璧ではなく、培養によるアーティファクトもあります。「すべてのモデルは間違っているが、いくつかは有用である」と言われています。それはまさにその通りです。
あなたの研究室ではこれらの細胞を使ってどのような疑問に答えようとしているのですか?
私たちは、抗精神病薬などの薬理学的変動に対して、さまざまな人の細胞がどのように反応するかを調べるさまざまな研究を現在進めています。同じ薬に対して、人によって反応が異なることはわかっていますが、その理由は必ずしもわかっていません。
研究室では、統合失調症患者のアストロサイトとニューロンをさまざまな薬剤で治療し、細胞が分子レベルでどのように反応するかを観察できます。特定の摂動を受けた後の細胞に、実に興味深い違いが見られ始めています。
アン・カーペンターとソウミヤ・レイチャウドゥリとの共同研究で、私たちは約300人のiPS細胞株の細胞形態を調べ、 細胞形態特性 特定の遺伝子変異に関連するもの。
フォローアップ研究では、同様のアプローチをニューロン、アストロサイト、神経前駆細胞に適用し、特定の遺伝子変異の存在によって細胞形態がどのように影響を受けるかを偏りなく特定します。
可能なアプリケーションはほぼ無限です。さまざまなラボで生成して統合するデータの種類が増えるほど、リソースは強力になります。
研究者が細胞内の病気の過程を研究したいのはなぜでしょうか?
私たちは、どの遺伝子が統計的に有意な形で病気を引き起こすかなどの関係を定義するのに十分なデータを生成するのに十分な規模で生物学的実験を実施したいと考えています。それを実現する 1 つの方法は、数千の細胞株を妥当なコストと妥当な期間で研究することですが、これは動物モデルで行うことは非常に困難です。
スティーブ・マッキャロルとのコラボレーションで、 「細胞村」実験システム そこでは、さまざまな人の細胞を 1 つの皿に混ぜて、特定の薬剤で処理することができます。次に、細胞の DNA を使用して各細胞のドナーを特定します。100 人の細胞を研究したい場合、インキュベーターに 100 枚の皿を用意するのではなく、1 枚の皿だけを用意します。
生成できることに特に期待している細胞の種類はありますか?
アストロサイトは脳内に豊富に存在する細胞の一種で、さまざまな機能を持っています。アストロサイトはニューロンと相互作用し、この相互作用に重要な遺伝子の多くは、多くの精神神経発達障害や神経変性疾患に関係していると考えられています。
そこで、スタンレーセンターのリンディ・バレットの研究室と共同で、 アストロサイトを作る これは非常に拡張性があります。今では 1 か月で作ることができます。以前は 6 か月かかっていました。人間のニューロンと一緒に成長させることさえ可能です。
しばらくの間、この分野ではげっ歯類のアストロサイトをヒトのニューロンと共培養する手法が使われてきましたが、ヒトのニューロンが機能するにはアストロサイトの存在が不可欠です。この問題を回避する方法を見つけたことで、アストロサイトの遺伝子や細胞プログラムを操作し、ニューロンへの影響を調べることができる、多くの刺激的なアプローチが可能になります。疾患に関連した状況でこの生物学を操作できることは、本当に役に立ちます。
これらの細胞における遺伝的多様性はなぜそれほど重要なのでしょうか?
まず、男性だけでなく女性の細胞も研究することが重要です。しばらくの間、幹細胞分野の多くの人々は、コホートをより均質にするために白人男性から得た細胞を使用することにのみ焦点を当てていました。しかし、白人男性に焦点を当てると、生物学の大きな部分を見逃してしまいます。
第二に、科学的発見を推進するには、さまざまな遺伝子の変異をできるだけ多く捉えることが重要です。一部の変異は、祖先集団によって異なる形で表されます。また、ある集団にはまったく存在しないが、別の集団には存在するものもあります。遺伝的祖先は、分化やその他の細胞表現型に影響を与えることで、さまざまな集団から幹細胞をどれだけうまく作れるかに影響を与えることもわかっています。
最後に、ほとんどの臨床試験は米国またはヨーロッパで行われていることがわかっています。その結果、薬物の安全性と毒性の研究は米国とヨーロッパの人口に合わせて調整されることが多く、これらの大陸以外の人口は十分に考慮されないことがよくあります。
コストの都合上、多くの国であらゆる薬の臨床試験を行うことは不可能だが、世界中のどこからでも誰からでも細胞を採取し、 幹細胞そして、彼らが薬にどう反応するかを見てみよう。これは将来、多くの薬や患者層にとって画期的な出来事となるかもしれない。
今後 10 年間でこの分野に何が起こることを期待していますか?
私たちには、死後の脳のプロファイリングから現在得られる膨大なデータから得られる精神疾患のより優れたモデルが必要です。このデータから、生体内プロファイルへの忠実度を高めた、より優れた次世代の幹細胞ベースのモデルを構築することができます。
そのためには、品質管理され、カタログ化され、コミュニティが利用できる、さまざまな集団からのより多くの細胞株へのアクセスが必要です。資金提供機関には、多くの異なる細胞株の使用を奨励し、多くの研究室にとって費用がかかり不可能なこの種の研究に資金を提供するという非常に重要な役割があると思います。
しかし、ハードルを下げて、この種の研究をもっと身近なものにすることもできると思います。現実的に、多くの研究室にとって、一度に 100 個の細胞株を扱うのは困難です。しかし、幹細胞ビレッジを構築して凍結すれば、人々は 1 本のバイアルだけで研究することができます。100 個の細胞株にアクセスできるという点を除けば、研究は 1 本の細胞株を扱うのとほとんど同じです。
私たちは、こうした衰弱性疾患に苦しむ多くの患者とその家族を含む、非常に多くの人々の細胞を扱っています。このリソースを扱うことは信じられないほどの特権であり、研究者がそれを使って興味深い疑問を投げかけるのを支援できることを非常に幸運に思います。
によって提供された
MITとハーバードのブロード研究所
引用: Q&A: 幹細胞バンクが科学者の精神疾患の理解にどのように役立っているか (2024 年 7 月 27 日) 2024 年 7 月 27 日に https://medicalxpress.com/news/2024-07-qa-stem-cell-bank-scientists.html から取得
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2024-07-28 00:00:02