細胞から生まれた「ミニ大脳」が、自ら血液をつくれるまでに進化した
ヒトの細胞を試験管内で成長させてつくるミニ臓器のうち、脳を模したミニ大脳が驚くべきスピードで進化している。最新の研究では、ついに自ら血管と血液をつくり出せることが明らかになった。
脳卒中患者の完治などへの応用が期待される一方、倫理上の問題をいまから社会全体で考えるべきだという指摘がされている。
TEXT BY MEGAN MOLTENI
TRANSLATION BY YOKO SHIMADA
TRANSLATION BY YOKO SHIMADA
WIRED(US) 2018.04.17 TUE 18:30
初めてヒトの「脳ボール」、すなわち大脳皮質スフェロイド、または神経オルガノイドとも呼ばれるミニ臓器が誕生したのは、ほんの数年前である。
最初は笑えるほどお粗末な代物だった。
幹細胞を化学的操作で原神経細胞へと形成し、それを甘辛い水につけて球形の塊に成長させたものにすぎなかった。
それでも、ジカウイルスによって引き起こされる小頭症など、重篤な脳障害のいくつかを研究するために役立った。
次第に、このオルガノイドは成長を始めた。
単純な平面だったものが3D構造へと進化し、別の種類の脳オルガノイドと結合したり、電気を通したりできるようになった。
本物の人間の脳に近づけば近づくほど、動物のモデルでは探れない複雑な動きや神経疾患の研究に役立つようになる。
そしていまや、この大脳オルガノイドは血をつくり出す。これまでで最も人間的な行為ができるようになりつつあるのだ。
発生学の「第2段階」にまで成長した
神経オルガノイドは、いまだ成人の大脳とは似ても似つかない。
発生学的には、まだようやく第2期の組織体まで進んだ段階である。
しかし、カリフォルニア大学（UC）デイヴィス校メディカルセンターの血管神経外科医、ベン・ワルドーは、大脳オルガノイドこそ脳卒中患者が完治するために最大のチャンスとなるかもしれないと考えている。
自らつくり出した血液を供給することは、いまだ遠いこの目標に向かう大きな一歩となる。
医師がこれらを使い、正常に機能しなくなった神経細胞を活性化できるようになるかもしれない。ワルドーは言う。
「神経オルガノイドの発想は、患者が失った脳組織をいつか患者自身の細胞からつくり出せるはずだというところから生まれています。
CTスキャンで傷が残っているとわかっても、いまのわたしたちにはどうすることもできません。
手術や理学療法を受けたあとでも、多くの患者には麻痺や痺れ、衰えといった神経の欠損が残ります」
ワルドーが率いるUCデイヴィス校の研究チームは2018年3月末、血管を自己組織化した人間の神経オルガノイドから初めての成果を得て、これを発表した。
通常の手術の際にワルドーの患者からとった脳膜細胞を肝細胞へと変換し、その一部を血管内部の辺縁部にある内皮細胞に変換した。
この幹細胞が脳オルガノイドへと成長すると、チームは内皮細胞を入れたゲル状のシートで3週間、培養した。
その後、オルガノイド1個を取り出し、ネズミの脳に慎重に開けた小さな空間に移植した。
このオルガノイドは2週間経っても元気に生きていた。
そして重要なのは毛細血管が生成され、内側の層にまで浸透していたことだ。
ワルドーがこのアイデアを得たのは、「モヤモヤ病」と呼ばれる珍しい疾患の治療にあたっているときだった。
この病気の患者は脳の基部の血管に閉塞があり、血液が他臓器にまで行き届かなくなっている。
「患者自身の血管を脳の上部に移植し、血管の成長を促す方法をとることがあります。それと同じプロセスをミニチュア版で再現してみたところ、血管が自己組織化したのです」
とワルドーは言う。
この実験では、げっ歯類の血液が毛細血管に流れ込んでいるかどうかは明らかにならなかった。
研究者たちは蛍光染色するためにネズミの血液を洗い流してしまったからだ。
カリフォルニア州サンディエゴにあるソーク研究所や、フィラデルフィアにあるペンシルヴェニア大学の研究グループも、人間の大脳オルガノイドをマウスの脳に移植することに成功している。しかしどちらの場合も、移植した組織にはげっ歯類の血管が同時に入り込んでいた。
大脳オルガノイドが血管を自己組織化すれば、マイクロ流体デヴァイス
［編注：半導体の微細加工技術を応用して基板上に微細な流路をつくり、溶液の混合・反応・分離・検出などの化学操作をマイクロスケールで行うデヴァイスのこと］
を併用することによって、はるかに長い期間にわたって生育できるようになるかもしれない。げっ歯類を使う必要はなくなる。
そうなれば、大脳オルガノイドは複雑な臓器にまで成長する可能性が出てくるかもしれない。
「これは大きな進歩です」
と、シアトルのアレン脳科学研究所所長、クリストフ・コッホは言う。
「しかし、まだ初期の段階にすぎません」
ミニ大脳が意識をもち始める日
次の問題として出てくるのは、情報を受け取って処理できる経路にオルガノイドの細胞をプログラミングすることだろう。
「わたしが世界を見て、空間的に組織されたものだと認めている景色、つまり右、左、遠い、近いといった方向性や距離感などはすべて、大脳皮質によって世界の規則性を反映するからこそ知覚できるのです。オルガノイドには、まだこうした機能がありません」
確かに、まだ現実にはなっていないものの、実現した場合にどのようなことが起こるかを考え始めてもいいだろう。
どの程度の大きさのオルガノイドなら、社会が倫理的な使命やある種の特別な保護を与えてもよいとみなすだろうか？
オルガノイドがあなた自身の細胞から生まれるものだとすれば、あなたはその細胞の法的保護者と言えるだろうか？
ミニ大脳は、自分が研究材料となってもよいという承諾の意思を示せるのか？
米国立衛生研究所（NIH）は18年3月末、脳神経倫理学のワークショップを開き、こうした厄介な問題を取り上げた。NIHの国立神経疾患・脳卒中研究所の所長、ウォルター・コルシェツは、神経学者や医師、哲学者らで埋まった会場で、たとえ技術が現実になるのが100年先だとしても、いまから社会全体で考えるべきだと述べた。
「ここで問題になるのは、このような細胞が集まり、情報を処理できる1個の単位となったときです。どの時点で、現在わたしたちが実験に用いているマウスと変わらないものになるのでしょう。
いつ、その段階を超え、人間にしかできない情報処理をこなすようになるのでしょう。そして、どのような情報を処理できるようになったら、『ここまで踏み込んではいけない』と考えるべきなのでしょうか」
もちろんこれは、オルガノイドが意識をもつようになったと神経科学者が認識できることが前提となる。生物学には、まだ人間の意識について一致した理論がない。
もちろん脳細胞の塊が意識をもっているかどうか、推し量りようもない。
なぜなら、つまるところ脳とは、経験をもったとき初めて真の脳といえるからだ。すべての配線を整えて正しく接続することはできても、何らかのインプットを受けるまで、それは何も処理しない。
血管にまつわる研究の成果は、滑り出しとしては上々だった。
だが、ミニ大脳が目をもつようにならない限り、わたしたちは意識について心配する必要はないだろう。