研究者らはヒト神経幹細胞を使用して、脳の最外層である大脳皮質の構造を模倣した機能的な脳組織を三次元プリントした。この画期的な技術は、脳損傷に対する個別の修復を提供することを約束します。私たちの脳は繊細で複雑な構造をしており、外傷、脳卒中、てんかん、腫瘍切除手術などによって損傷を受ける可能性があり、その結果、コミュニケーション、運動、認知に困難が生じます。移植された幹細胞には損傷した脳組織を再生する可能性がありますが、これまで幹細胞を使用して脳構造を再構築することは困難でした。
新しい研究では、オックスフォード大学の研究者らがヒトの神経幹細胞の3Dプリンティングを利用して、マウスの脳組織と構造的、機能的に統合された二重層の脳組織を作成した。
この研究の責任著者の一人であるリンナ・ジョウ氏は、「当社の液滴プリンティング技術は、望ましい構造を持つ生きた三次元組織を設計する方法を提供し、これにより脳損傷に対する個別化されたインプラント治療の開発に近づくことができる」と述べた。
ヒト人工多能性幹細胞 (hiPSC) は、組織再生療法において大きな可能性を秘めています。これらは、胚性幹細胞に似た状態に遺伝子的に再プログラムされた体細胞由来の人工幹細胞であり、体内のあらゆる種類の細胞に分化する独自の能力を与えています。
今回の研究で、研究者らはまず、hiPSCを大脳皮質の上層と深層の形成に使用される2種類の神経前駆細胞に分化させた。これらの層特異的な前駆細胞を使用して 2 つのバイオインクが作成され、3 次元液滴印刷技術を使用して層状組織に印刷されました。印刷された前駆細胞を成熟させ、層状組織を生きたマウスの脳組織に移植する前に、その成長と活性を 1 週間にわたって監視しました。
移植された組織は、神経突起（神経信号を伝え伝達する指のような突起）の形成や、移植片と宿主の間の境界を越えるニューロンの移動など、マウスの脳細胞との緊密な統合を示した。移植された細胞は宿主細胞に関連するシグナル伝達活性も示し、細胞が互いに通信し、機能的および構造的統合を示したことを示しています。
この研究のもう一人の責任著者であるゾルタン・モルナール氏は、「人間の脳の発達は、複雑な調整が伴う微妙でデリケートなプロセスである。細胞の発達プロセス全体を実験室で再現できると考えるのは素朴だろう。しかし、私たちの3Dプリンティングプロジェクトは、大脳皮質の基本的な機能単位を形成するヒトiPS細胞の運命と配置の制御において大幅な進歩を遂げたことを示している」と述べた。
人間の大脳皮質には 6 層もの神経細胞があるため、研究者らは 3 次元液滴プリンティング技術を改良して、より複雑な多層組織を作成し、脳構造をより現実的にシミュレートすることを計画しています。印刷された組織は脳の損傷を修復するために使用される可能性があることに加えて、薬物検査、脳の発達研究、そして認知の理解を向上させるためにも使用できる可能性があると研究者らは述べています。
この研究の筆頭著者であるジン・ヨンチェン氏は、「この進歩は、自然の脳組織の完全な構造と機能を備えた材料を作成するという我々の取り組みにおける重要な一歩を示すものである。この研究は、人間の大脳皮質の作動原理を探求するまたとない機会を提供するものであり、長期的には脳損傷患者に希望をもたらすだろう。」と述べた。
この研究はNature Communications誌に掲載された。