ケンブリッジの科学者、ミニ脳を作成し神経損傷が「不可逆的」ではないことを証明

ケンブリッジ大学の科学者たちは、運動信号が人間の神経系を通じてどのように伝わるかを模倣する、実験室で育てた微小な脳と脊髄のシステムを作成した。このモデルを用いて、チームはかつて永久的だと考えられていた神経損傷が、特定の条件下では実際に可逆的である可能性があることを発見した。

人間の体が胚から胎児、そして最終的に乳児へと発達するにつれて、ニューロンは脳と脊髄の間に複雑な通信ネットワークを形成する。これらの信号は、ニューロンがメッセージを送り筋肉の動きを制御することを可能にする長い神経線維である軸索を通って伝わる。しかし、時間の経過とともに、中枢神経系は損傷した軸索を再生する能力をほとんど失う。その結果、脳や脊髄への損傷はしばしば永久的となり、麻痺や運動喪失などの深刻な障害につながる。この再生能力の喪失は、運動ニューロン疾患や多発性硬化症などの神経疾患にも関連している。

2021年、ケンブリッジ大学のアンドラーシュ・ラカトシュ博士とその同僚は、患者から採取した幹細胞を用いて微小なヒト脳モデルを開発した。これらのエンドウ豆大の「脳オルガノイド」は大脳皮質の一部に似ており、研究者は運動ニューロン疾患に関連する分子変化を研究し、それを防ぐ方法を探ることができた。今度は、Cell Reportsに発表された新しい研究で、研究者はその研究を拡張し、接続されたヒトの脳と脊髄システムのミニチュア版を構築した。脳と脊髄は体内で別々だが接続された構造であるため、チームはオルガノイドを実験室で物理的に離して保持した。そして、脳組織からの軸索がギャップを越えて成長し、脊髄組織と接続するのを観察した。結果として得られた神経回路は、筋肉細胞の小さなクラスターに収縮を引き起こすのに十分な機能を持っていた。

科学者たちはこれらのミニチュアシステムを実験室で1年以上維持した。彼らは、発達の約150日目（おおよそ妊娠中期に相当）までは、損傷した軸索がまだ再生できることを発見した。その後、ニューロンは再生能力の大幅な低下を示した。ケンブリッジ大学臨床神経科学部のジョージ・ギボンズ氏（研究の第一著者）は次のように述べている：「未成熟なオルガノイドから採取したニューロンは損傷後に長い線維を再生したが、より成熟したオルガノイドからのニューロンは再生能力の急激な低下を示した。言い換えれば、再生不良は中枢神経系でニューロンが成熟するにつれて組み込まれる。」

チームは脳と脊髄を接続するニューロンの遺伝子活性を分析した。彼らの研究は、ニューロンが成熟しシナプスを形成するにつれて軸索成長を制限する生物学的スイッチのように機能する遺伝子ネットワークを明らかにした。注目すべきことに、研究者がこのネットワーク内の主要な調節因子をブロックすると、ニューロンは再び軸索を成長させる能力を取り戻した。研究者はまた、この新たに特定された遺伝子ネットワークに影響を与える薬剤を特定するために、薬物化合物のデータベースを検索した。有望な候補の1つは、特定の月経障害や避妊薬として現在承認されているホルモン薬であるリネストレノールだった。この薬剤を損傷したニューロンにテストしたところ、軸索の再生が大幅に改善された。

科学者たちは、瘢痕組織や炎症も損傷後の神経修復を妨げる可能性があると指摘した。しかし、再生を制限するニューロン固有の生物学的メカニズムを理解することは依然として極めて重要である。以前の証拠は、若いニューロンは通常修復を妨げる環境を通り抜けて成長できることを示している。研究を主導した臨床神経科学部の上級著者アンドラーシュ・ラカトシュ博士は次のように述べている：「脳と脊髄が損傷されると、脳から脊髄に運動信号を運ぶ神経線維はほとんど再生しない。それが麻痺が通常永久的である理由だ。しかし、軸索の再生能力がいつ制限されるようになるのか正確にはわかっていなかった。私たちのモデルは良い洞察を提供する。」