がんの勉強部屋☆
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細胞から脳を作る
ヒトES細胞から層構造を持った大脳皮質組織の産生に成功
- 次世代の幹細胞医学応用を大きく拓く組織形成技術 -



◇ポイント◇
 ・ES細胞から、70%の高効率で大脳皮質組織を試験管内で産生
 ・生体に似た立体構造と特有の神経活動を持つ大脳皮質組織を世界で初めて産生
 ・異なる大脳皮質の領域を選択的に分化誘導する技術を開発


 独立行政法人理化学研究所(野依良治理事長)は、マウスおよびヒトES細胞(※1)から脳の高次機能をつかさどる大脳皮質(※2)組織を、生体に近い立体構造で産生し、特有の神経活動の一部を再現することに世界で初めて成功しました。発生・再生科学総合研究センター(竹市雅俊センター長)細胞分化・器官発生研究グループの笹井芳樹グループディレクター、永楽元次研究員を中心とした研究グループの成果です。
 研究グループは、これまでマウスおよびヒトES細胞から多様な中枢神経系の神経細胞などを試験管内で分化させる研究してきました。しかし、これまでの研究では、個々の神経細胞の分化を制御することが主で、多くの神経細胞などが整然と集合して機能する「神経組織」の形成は困難でした。
 今回、研究グループは、これまでに開発していたES細胞からの大脳分化のための無血清浮遊培養法(SFEB法)を改良した「SFEBq法」を新たに開発し、従来の倍以上となる70%の効率で大脳皮質前駆細胞(※3)の分化誘導を可能としました。この大脳皮質前駆細胞を立体的にで浮遊培養(※4)し続け、大脳皮質に特有の層構造(※5)を持った立体組織の形成に成功しました。特にヒトES細胞から分化させたものでは、ヒト胎児の大脳皮質とよく似た4層の組織構造(成人の皮質は6層)を作製することができました。また、この方法で形成した大脳皮質組織は、一定の神経ネットワークを形成し、大脳に特有の同期した神経活動を自発的に行うことから、誘導した大脳皮質組織が生体組織に似た神経活動の一部を示すことも分かりました。さらに、異なった誘導因子を加えることで、大脳皮質の中でも運動野周辺の領域、視覚野周辺の領域、嗅覚の中継をする嗅脳、記憶をつかさどる海馬周辺領域の4つの特徴を持った神経組織を、選択的に分化誘導することにも成功しました。
 この研究成果は、組織を用いた次世代の再生医療や創薬研究などに貢献することが期待されます。また、試験管内での神経組織の自己組織化を明らかにした点でも大きな意義があります。
 本研究成果は、一部を文部科学省「再生医療の実現化プロジェクト」の一環として行い、米国科学誌『Cell Stem Cell』オンライン版(11月6日付け)に掲載予定です。また、『Cell Stem Cell』誌は11月号の表紙に、SFEBq法でヒトES細胞から自己組織化的に形成された大脳皮質組織を取り上げます。



1.背景
 大脳皮質は、運動と感覚を統合的に制御し、記憶・意識などをつかさどる脳の高次機能の「最高中枢」です。その機能異常は、アルツハイマー病、てんかん、知能障害、運動障害、意識障害、精神病などをはじめとする重篤な脳障害を引き起こします。また、脳血管障害(脳出血、脳梗塞)や頭部外傷でも、大脳皮質に重度の障害が引き起こされ、手足の麻痺などの後遺症を残すことも多くあります。成人の大脳皮質は、複雑な6層構造になっていますが(図1)、妊娠中期までの胎児の大脳皮質は4つの層から成り立っています。こうした層状の構造は、大脳皮質の高度な機能に必須であることが分かっています。
 研究グループはこれまで、マウスやヒトES細胞を用いて、試験管内で選択的な神経細胞へ分化させる培養法を複数開発し、大脳前駆細胞、中脳ドーパミン神経細胞、小脳ニューロン、網膜細胞などの分化誘導に成功してきました。しかし、これら従来の分化誘導研究では、個々の種類の神経細胞を効率よく分化誘導しても、それらが機能的に集合し、整然とした構造を形成してできる「神経組織」を産生することができませんでした。
 今回、研究グループがすでに開発していたES細胞からの大脳前駆細胞への分化誘導法(SFEB法)を改良することで、大脳皮質神経細胞を効率よく分化させ、さらに、生体内で見られるような組織構造を形成させることに挑みました。

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