人間の脳がチップ上に搭載されているというと、まるで SF 映画に出てくるような、サイボーグの悪役に動力を供給するガジェットのように聞こえます。
しかし、ポルトガルのブラガにある国際イベリア・ナノテクノロジー研究所（INL）の化学生物学者ラケル・ロドリゲス博士は、このような装置がアルツハイマー病など重篤な神経疾患のより効果的な治療法を開発する鍵になると考えている。
「脳は非常に複雑で不可解な器官です」とロドリゲス氏は言う。 「それがどのように機能するかを知るためには、細胞と実験部品の電子モニタリングが必要です。」
あなたの脳をチップ上に
EU からの研究資金のおかげで、ロドリゲス氏と INL の研究仲間は、2024 年 2 月に終了した BrainChip4MED と呼ばれる 2 年間の研究活動の一環として、脳をエミュレートするユニークなマイクロチップを構築することができました。
この研究には、ハーバード大学医学部の一部であり、オルガン・オン・チップ（OoC）およびバイオセンサーの開発の先駆者であるブリガム・アンド・ウィメンズ病院への12か月の出向が含まれていました。
研究者らが開発したこの独創的なサムネイルサイズのデバイスは、コンピュータやスマートフォンのチップに似ていますが、はるかに複雑です。
ブレイン・オン・チップは、化学、工学、生物学を組み合わせて、新しいナノ治療薬のリアルタイムスクリーニングのための複雑なマイクロバイオセンサーシステムを作成し、人間の脳の仕組みをシミュレートします。
マイクロフルイディクスと呼ばれる技術を使用したこのチップは、流体が流れることができるサイズが数十から数百マイクロメートルの複数のマイクロチャネルを備えています。これにより、非常に少量の製品を分析し、同時に多くのサンプルをテストすることが可能になり、テストの全体的なコストが削減されます。
脳の保護バリア
研究者らの中心的な目標は、いわゆる血液脳関門を通過できる医薬品をどのように開発するかという問題に取り組むことでした。このしっかりとロックされた細胞層は、血液中に存在する可能性のある毒素、細菌、その他の有害物質から脳を保護するのに役立ちます。
非常に小さな分子だけが血液脳関門を通過できます。これは非常に重要な保護的役割を果たしていますが、神経疾患の治療薬を開発する取り組みの妨げにもなっています。
脳の治療を目的とした薬は、標的に到達するためにこの膜を通過する必要があります。しかし、人間での実験以外に、薬物が脳自体にどの程度浸透できるかを判断する良い方法はほとんどありません。
「現在、市販されているアルツハイマー病治療薬は4種類しかありませんが、実際にアルツハイマー病を治療できるものはなく、症状に効果があるだけです」とロドリゲス氏は言う。
「製薬会社は、血液脳関門を通過できるかどうかわからない医薬品に多額の資金を投資する必要があるからです。だから彼らはそうしないのです」と彼女は言った。
製薬会社は、薬の開発に数百万ドルを費やしても、その薬が血液脳関門を通過できないことが判明する可能性があります。 INL で開発された新しい脳エミュレーション チップに対する EU の資金提供により、この問題は解決されました。
チップ上の生命を模倣する
研究チームは、生体有機材料を用いて血液脳関門膜をチップ上に再現した。
「それが私たちの仕事を際立たせるものです」とロドリゲス氏は語った。 「私たちは脳の障壁によく似た生体膜を使用しています。他のデバイスは、ポリマーコンポーネントで作られた物理的バリアを使用します。私たちは生物学的なものの方が優れていると考えています。」
この新しく改良されたブレイン・オン・チップを使用すると、研究者は開発中の薬をチップに注入して、その効果を監視し、薬がどの程度脳に浸透するかを確認できるようになります。
目的は、この種の医薬品の開発方法を変えることです。現在、この種の検査は主に動物に対して行われていますが、これには倫理的および実際的なさまざまな欠点が伴います。これらの臓器一体型マイクロチップは、従来の動物実験に代わる可能性を提供します。
「動物の脳は人間の脳とは異なります」とロドリゲス氏は言う。 「それが、開発中の多くの薬が失敗する理由です。動物実験は必ずしも人間に再現するとは限りません。」
賭け金は高い。脳障害は、今日直面している最大の健康課題の 1 つです。約1億6,500万人のヨーロッパ人が脳障害を抱えて生きていると推定されています。 3 人に 1 人が、人生のある時点で神経障害および/または精神障害を患うことになります。
欧州の医療予算に対する世界的なコストは年間 8,000 億ユーロ (8,200 億ドル) と推定されており、人口の高齢化に伴って増加すると予想されています。
これには、アルツハイマー病やパーキンソン病などのよく知られた神経変性疾患が含まれます。また、てんかん、うつ病、脳卒中、片頭痛、睡眠障害、外傷性脳損傷、疼痛症候群、依存症などの他の疾患もカバーしています。
真剣に前進
INL は、ポルトガルとスペインの中央政府が共同出資するヨーロッパの有力な研究機関です。 EUや産業界からも支持されています。 INLのナノメディシン研究グループのリーダーであるマヌエル・バニョブレ・ロペス博士が、新しいチップの研究を監督しました。
「INL では、BrainChip4MED で作成したチップの種類を研究する分野であるマイクロ流体工学に関する広範な専門知識を持っています」と Bañobre-López 氏は述べています。
それでも、ブレイン・オン・チップが使用できるようになるには、もう少し待つ必要があるかもしれない、と彼は警告する。
プロトタイプは完成しましたが、さらに改良する必要があります。また、最終的に人間の患者に投与される医薬品に使用できるかどうかを確認するには、厳格な検査を受ける必要がある。そのプロセスだけでも何年もかかります。
それにもかかわらず、研究者たちは楽観的です。
「私たちはアルツハイマー病と闘う必要があります。アルツハイマー病は世界で最も問題のある神経疾患の一つです」とロドリゲス氏は語った。 「そのためには、新しい薬を見つける必要があります。私たちのテクノロジーは、その方向に向けた重大な一歩です。」
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#人間の脳を模倣した切手サイズのマイクロチップはアルツハイマー病の治療をスピードアップする可能性がある #科学
2025-01-05 04:00:00