神経組織を人工的に構築する
近年、iPS細胞、ES細胞などのヒト多能性幹細胞を使って、ヒト３次元神経組織を分化誘導することが可能となり、このような組織は神経オルガノイドの名称を与えられ、研究対象になっています。
神経オルガノイドの先駆的研究は、理化学研究所多細胞システム形成研究センターCDBの笹井芳樹研究室による無血清浮遊凝集培養法(SFEBq法)によって達成され、現在では大脳オルガノイドに関連する研究が世界中から報告されています。
笹井芳樹研究室からは多くの研究者が巣立ち、3次元神経組織の研究を今も行っています。
そのうちの1人が、理化学研究所生命機能科学研究センターの坂口秀哉博士です。
坂口秀哉博士は、神経内科医としての臨床経験後、笹井研究室で３次元神経組織分化誘導研究に従事し、これまでに大脳、海馬、脈絡叢、脊髄などのヒト由来３次元神経組織の分化誘導を達成してきました。
発生生物学をベースとした３次元神経分化誘導は、アプローチが困難であったヒト神経組織を提供することで、神経発生過程への基礎的なアプローチを可能にしました。
この技術は、ヒトの神経精神疾患を対象とした創薬スクリーニングや疾患モデリングなどに応用が可能です。
坂口研究室の挑戦
坂口秀哉研究室では海馬領域の分化誘導技術と高度な神経機能評価技術を軸にして以下の研究を進めています。
・背側終脳領域における領域形成のメカニズム解明
・神経病理・機能異常に着目した統合失調症のモデリング
・海馬オルガノイドを用いた背内側終脳領域の自己組織化的形成過程におけるメカニズム解明
・海馬オルガノイドを用いた統合失調症研究
・神経オルガノイドを用いた最先端のヒト神経機能評価研究
脳は意識や感覚、感情など、人間の根幹をつかさどる組織ですが、その機能は神秘に満ち、いまだ多くの謎に包まれています。
また、脳疾患によって多くの人が苦しんでいるという現状もあります。
最近では最先端技術により研究が加速し、仕組みや難病の原因など少しずつだが解明が進んでいますが、まだ未解決の問題も山積しています。
脳のオルガノイドとは？
「オルガノイド」とは、Organ（臓器）とoid（のようなもの）で“臓器のようなもの”を表す言葉です。
坂口秀哉博士は、「一般的には、多能性幹細胞や組織幹細胞といわれる幹細胞を使って、人工的に作って分化誘導した3次元の組織であり、生体の臓器と同じような構造や機能を有したもの、という定義がされています。」と述べています。
脳に限らず、一般的にオルガノイドはES細胞、iPS細胞から作られることがほとんどです。
まず、神経細胞に分化する条件の培養液でこれらの細胞を培養すると、分裂を始めます。
分裂するにつれて、ボールの様な細胞塊が作られていき、徐々に大きくなります。
この状態でセルフオーガナイズという現象が起き、細胞塊を構成する細胞が自己組織化を行い、小さな人工組織ができあがります。
脳はさまざまな部位、例えば大脳、海馬などから構成されています。
これら部位を集めると我々が持つ脳になるわけですが、まだ脳そのものを人工的に構築する技術は確立されておらず、脳の各部位を作る技術が確立されつつある段階です。
脳のそれぞれの部位を作るためには、培養条件を調節する必要があります。
この培養条件はかなり確立されてきていますが、まだ謎も多く存在します。
実際に細胞の中でそれがどう働いて、形が変わって、組織が形成されるのか。そういう生命のダイナミズムのところはわかってない部分が多く、多くの研究者の研究テーマとなっています。
この脳オルガノイドですが、誤解を生む場合もあります。
脳は様々な部位から構成される大きな臓器ですが、オルガノイドは“のようなもの”と小さいことを説明する言葉です。
そうなると、“脳オルガノイド＝小さい脳”というイメージを持ってしまうかもしれませんがこれは間違いです。
現時点ではあくまで脳の特定の部位を作れるに過ぎず、正確には「脳の一部をオルガノイドとして構築した」という表現が正しいものになります。
坂口博士が作成した脳オルガノイドは、正確には海馬オルガノイドです。
大きさは1〜2mmの数mm、100日以上培養すると1cmぐらいにまでに成長しますが、あくまで我々の脳の大きさからすると本当に一部分を作っているにすぎません。
しかしこれらの技術でいずれ脳の完全体ができるのではないかという期待が高まってきています。
理由は、この海馬オルガノイドを作る際に、海馬に近い大脳、正確には大脳皮質オルガノイドの条件を少し変え、誘導をかけると成功するという結果が出ており、このようにして徐々に他の部位を誘導する培養技術が明らかになっているためです。
脳のオルガノイドで期待されること
ヒトの海馬は、機能する形で採取することができません。
もしそれを人工的に作ることができれば、海馬における疾患メカニズムや、生理的な機能、記憶を獲得する時にどんな神経の活動があるのか、というような基礎研究に役立てることができます。
一方で、脳のオルガノイドの培養期間には限界があります。
となると、認知症などの研究に使えるかどうかと言う疑問が出てきます。
認知症は高齢になって出るため、長期間の培養が必要と考えられており、それだけの期間培養する技術はまだ確立されていません。
現時点では、認知症へと続く初期変化の研究には使えるのではないかと考えられています。
そして人工的に作られた脳オルガノイドで着目されているものの1つに「人工脳が“意識”を持てるのかどうか？」というものがあります。
国際幹細胞学会によるガイドラインは、「現時点では、中枢神経系組織に相当するオルガノイドに意識や痛覚があることを示す生物学的なエビデンスはなく、専門的な監視プロセスによる審査を必要とするような懸念事項は示唆されない」としています。
つまり、現在の技術レベルでは「意識というものを持つ脳を構築することは不可能」ということになります。
我々が脳を使って持っている意識は、身体中の感覚器（目、耳など）から得られた情報を脳で統合して作られている部分が大きく、脳のオルガノイドを作っただけでは意識を持つには不十分と考えられています。
脳に情報をインプットする感覚器からの情報を人工的に作成すれば可能性はあるのではないかと考えられていますが、その感覚器を人工的に作ることは現時点では至難の業です。
実際、感覚器の人工的な構築に成功するということは、その感覚器に障害が生じた場合、人工的に新しい感覚器に置き換えることによって正常に戻すことができる、つまりはその感覚器について再生医療そのものが確立されるレベルが必要になります。
そして“意識を持つ”ということの定義も決めなければなりません。
この定義を決めるという作業は、研究倫理でやってはいけないことと審査を経てやっていいこと、そして通常の研究でやれることの区別化に必須です。
どこからが“生命”なのか、という議論と同様に、ある所での線引きが必要というわけです。
一方で、我々が持つ脳の情報処理能力をまねたものができる可能性を探っている研究グループも存在します。
人工的に構築した脳そのものをコンピューターとして使えるのではないかというアイデアです。
我々の脳は、意識の維持、社会活動などのために脳内で膨大な情報のやりとりをしています。
このレベルの情報処理能力があれば、かなり高性能なコンピューターになるのではないかと考えられています。
脳はいまだに未知の部分が多いため、将来のアイデア自体がSF的な要素を含んでしまいますが、ある程度のレベルで実現する時期はそう遠くないのかもしれません。
