人間のオルガノイドを培養するロボットシステムが、生きた人間を救うためにどのように役立つのか

皆さん、朗報です。ロボットが幹細胞から人間のミニ臓器を作れるようになりました。一体何が問題になるのでしょうか？

この方法は、HBOのAIスリラードラマ『ウエストワールド』の悪夢のように聞こえるかもしれないが、ワシントン大学医学部の研究者らは、これは実に朗報だと述べている。

「これは病気との戦いにおける新たな『秘密兵器』だ」と、ワシントン大学幹細胞・再生医療研究所および腎臓研究所の医学研究者、ベンジャミン・フリードマン氏はニュースリリースで述べた。

このロボットシステムは、実際の人間から切り出す必要がなく、研究や創薬に適した臓器組織の製造と利用を加速させる可能性があります。このシステムは、本日Cell Stem Cell誌にオンライン掲載された研究で説明されています。

ヒトの臓器組織は、従来、生物医学実験のために平らな二次元シート状の幹細胞から培養されてきました。しかし、この方法では培養する臓器の構造を正確に反映できないため、研究者たちは細胞をより複雑な三次元のミニ臓器に培養する方法の開発に取り組んでいます。

ミニ臓器（専門用語ではオルガノイド）は、研究対象の臓器の完全な機能に近づきますが、大量生産は困難です。そこで、次の論理的なステップはロボットを送り込むことです。

フリードマン氏と彼の同僚は、液体ハンドリングロボットを用いて、最大384個のミニチュアウェルを備えたプレートに幹細胞を分注するシステムを構築した。細胞は21日間かけて腎臓オルガノイドへと分化していく。各マイクロウェルから少なくとも10個のオルガノイドが生成されるため、プレート1枚あたり数千個の研究用ミニ臓器が得られることになる。

「通常、これほどの規模の実験を準備するだけで研究者は丸一日かかりますが、ロボットなら20分で完了します」とフリードマン氏は述べた。「しかも、ロボットは疲れることもミスをすることもありません。」

他の研究チームもロボットシステムを利用して成体幹細胞からオルガノイドを生成してきたが、新たに開発されたシステムはより用途が広い多能性幹細胞から作られる。

このロボットシステムは、単一細胞RNAシーケンシングと呼ばれる細胞識別技術を使用して、生成されたオルガノイドのスクリーニングも行います。

「これらのオルガノイドは発達中の腎臓に似ているが、これまでの培養では特徴付けられなかった腎臓以外の細胞が含まれていることも判明した」と、ミシガン大学医学部のジェニファー・ハーダー氏は述べた。同氏はミシガン大学腎臓トランスレーショナル・コアセンターの同僚らとともに、この実験の一部を主導した。

フリードマン氏は、このスクリーニングシステムによって研究者は細胞生産技術を微調整する機会が得られると述べた。「このハイスループットプラットフォームの価値は、手順をいつでも様々な方法で変更でき、どの変更がより良い結果をもたらすかを迅速に確認できることです」と彼は述べた。

この利点のおかげで、研究チームは腎臓オルガノイドに含まれる血管細胞の数を増やすことができ、より実際の腎臓に近いものにすることができました。

研究チームはこのシステムを用いて、多発性嚢胞腎と呼ばれる疾患を研究しました。多発性嚢胞腎は遺伝性の疾患で、世界中で600人に1人が罹患し、多くの場合腎不全につながります。

この遺伝性疾患を持つ細胞から培養されたオルガノイドはさまざまな物質にさらされたが、その中の1つ、ブレビスタチンと呼ばれるミオシン阻害剤はPKDに関連する嚢胞の数と大きさを著しく増加させた。

「ミオシンがPKDに関与していることは知られていなかったため、これは予想外のことでした」とフリードマン氏は述べた。彼は、筋肉の収縮に関与するタンパク質であるミオシンが、尿細管の拡張と収縮も制御している可能性があると推測した。

もしミオシンの機能が何らかの形で阻害されれば、PKD患者の腎臓に見られる嚢胞の形成につながるのでしょうか？「これは間違いなく、私たちが注目する経路です」とフリードマン氏は述べた。

Cell Stem Cell誌に報告された研究は腎臓に焦点を当てています。これは、腎臓病との闘いが研究チームの最優先事項であるためです。しかし、この技術は他の種類の「培養皿内臓器」の作製にも応用できる可能性があります。

ヒト由来のオルガノイドの中で最も議論を呼んでいるのは、皮質組織から構成されるものです。このようなミニ脳は神経学研究や薬物スクリーニングの新たなフロンティアとして注目されていますが、意識を持つにはどれくらいの大きさにまで成長する必要があるのでしょうか？

「皮質オルガノイドができて、その電気活動が十分に大きくなり複雑になったら、私たちは考え始めなければなりません。この組織は痛みを感じているのだろうか？」と、シアトルのアレン脳科学研究所の所長兼最高科学責任者、クリストフ・コッホ氏は昨年の科学会議で述べた。

そして、その推論の道筋はまさに「ウエストワールド」規模の生命倫理の荒野へとつながっていくのです。

Cell Stem Cell誌に掲載された「ハイスループットオートメーションによりヒト多能性幹細胞からの腎臓オルガノイド分化が促進され、多次元表現型スクリーニングが可能になる」と題された論文の著者には、筆頭共著者のStefan Czerniecki氏、Nelly Cruz氏、Jennifer Harder氏のほか、Benjamin Freedman氏、Rajasree Menon氏、James Annis氏、Edgar Otto氏、Ramila Gulieva氏、Laura Islas氏、Yong Kyun Kim氏、Linh Tran氏、Timothy Martins氏、Jeffrey Pippin氏、Hongxia Fu氏、Matthias Kretzler氏、Stuart Shankland氏、Jonathan Himmelfarb氏、Randall Moon氏、Neal Paragas氏が含まれています。