脊髄損傷は永久障害の最も一般的な原因であるにもかかわらず、脊髄損傷に対する効果的な治療法はほとんどありません。新しいオルガノイド モデルは、再生療法をテストするためのプラットフォームを提供し、新しい療法の開発を加速する可能性があります。
画像クレジット:© iStock.com, チャーデイ・ペン
脊髄などの中枢神経系 (CNS) の損傷は、グリア瘢痕形成を引き起こし、損傷周囲の健康なニューロンからの神経再生を阻害します。その結果、運動機能、感覚機能、自律神経機能が損なわれます。
このような脊髄損傷は死亡および後遺障害の主な原因であり、毎年世界中で最大 50 万人が罹患しているにもかかわらず、効果的な治療法は依然として稀です。1
脊髄オルガノイドにメスを使用して裂傷を導入すると、損傷部位の近くで細胞死が発生しました (赤)。生細胞は緑色に染色されます。
サミュエル・ストゥップ/ノースウェスタン大学
今回、科学者たちはヒト人工多能性幹細胞 (iPSC) からオルガノイドを生成し、これらが脊髄損傷の重要な特徴を正確に捉えていることを発見しました。 自然生物医工学、ヒト脊髄オルガノイドが、そのような致命的な損傷に対する新しい治療法を評価するための有望な in vitro プラットフォームを提供することを示しています。
「オルガノイドの最も興味深い側面の 1 つは、オルガノイドを使用して人間の組織で新しい治療法をテストできることです」と研究の共著者は述べた サミュエル・スタップ、ノースウェスタン大学の生体材料を専門とする研究者、 声明。 「臨床試験以外では、それがこの目的を達成できる唯一の方法です。」
脊髄オルガノイドを生成するために、Stupp 氏と彼のチームは、特定の化学物質のカクテルを使用して iPSC を脊髄細胞タイプに分化させました。オルガノイドは次の 28 週間にわたって成長し、成熟しました。免疫組織化学的分析と単一細胞 RNA 配列決定により、脊髄に通常見られるニューロン、星状細胞、その他の細胞型の存在が明らかになりました。
次に研究者らは、これらのオルガノイドモデルで脊髄損傷をモデル化しました。彼らは、生体内で一般的に導入される傷害をモデル化するメスを使用するか、圧迫性外傷を受けた後の人の打撲傷を模倣する鈍的インパクターを使用してオルガノイドに損傷を与えました。損傷したオルガノイドは、細胞死やグリア瘢痕化などの脊髄損傷の重要な結果を示しました。
鈍的インパクターを使用して脊髄オルガノイドに挫傷損傷を導入すると、細胞死につながりました（赤）。生細胞は緑色に染色されます。
サミュエル・ストゥップ/ノースウェスタン大学
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in vivo 観察と一致して、損傷したオルガノイドを生物活性足場で治療すると、1 か月後に瘢痕組織の形成が減少しました。蛍光顕微鏡検査と走査型電子顕微鏡検査により、損傷した細胞の周囲にある健康なニューロンからの突起の成長が明らかになり、これは軸索の伸長を示しています。
オルガノイド モデルをさらに改良するために、Stupp 氏と彼のチームは、グリア瘢痕化を引き起こす神経炎症を媒介するミクログリア (CNS 常在免疫細胞) を追加しました。次に、これらの共培養オルガノイドに損傷を与え、脊髄損傷と一致する影響を観察しました。オルガノイドを生理活性分子で処理すると、軸索の伸長が改善され、神経炎症が軽減され、グリア瘢痕化が軽減されました。
生物活性足場で処理した脊髄オルガノイドは、対照溶液で処理したオルガノイド（右）と比較して、神経突起の成長の増加（左）を示しました。
サミュエル・ストゥップ/ノースウェスタン大学
「私たちはヒト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」とStupp氏は述べた。 「これにより、脊髄損傷のより現実的で正確なモデルが得られます。」
著者らは、これらのモデルまたはその将来のバージョンが、人々が耐えることができる最も壊滅的な傷害の一つである中枢神経系外傷を治療するための試験療法への道を開くことを期待している。
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