オルガノイドは細胞、組織、臓器の研究に新たな次元を加えます

組織工学、遺伝子編集、チップ上の臓器: 細胞培養と細胞株が生物学と医学を変革したことに疑いの余地はありません。

しかし、科学が 1 つまたは 2 つの細胞タイプでできることの限界に近づいているため、研究者はオルガノイドに目を向けています。オルガノイドは、体内の環境を模倣し、細胞だけでなく組織や器官も模倣できる新しいツールです。

「過去 10 年間で最も注目すべきことの 1 つは、世界中の文字通り何百もの研究室の協力研究を通じて、このオルガノイド ツールキットを使用して、本質的にあらゆる種類の細胞を体外で培養できることが発見されたことです」とアンドリュー・イーワルド氏は述べています。ジョンズ・ホプキンス大学医学部の細胞生物学科を指導する人物です。

1世紀以上にわたり、研究者たちは病気、毒素、治療法を研究するために研究室で細胞を増殖させてきました。 しかし、本の 1 ページをコピーするのと同じように、細胞の培養は物語の一部にすぎません。

相互作用する複数の細胞タイプを含むオルガノイドは、むしろ概要に似ています。 培養物とオルガノイドの違いは、キュウリとサラダ、または点火プラグとエンジンの違いに似ています。

「それらは器官に似ています。これらの三次元配置における細胞の構造的特徴は、体内でどのように見えるかに非常に似ています」とイーワルド氏は言う。

エワルド博士の研究は、1980年代後半に、3次元タンパク質足場上で成長した乳房の上皮細胞が乳管を形成し、乳を生成することさえできることを示したこの分野の先駆者らの研究に基づいているが、このプロセスは生きた人間で研究するのが難しい。

「私たちは、実験室で数日以内に、新しいチューブが開始し、伸長し、分岐し、分極して成熟した状態になるのを観察することができます」とイーワルド氏は述べた。

エワルドは癌と転移も研究しています。 しかし、がん細胞が重要な器官に新たな腫瘍を形成するまでには数週間から数年かかる場合があるため、エワルド教授はオルガノイドを使用して研究室でのプロセスのさまざまな段階をモデル化しています。

オルガノイドが複雑な細胞プロセスに提供するこの窓は、脳の複雑で特殊な世界においても、科学者が細胞がどのように発達し、変化し、死滅するかを観察するのに役立つ可能性があります。

「私たちはこれらを実際に、アルツハイマー病に焦点を当てた神経発達と神経変性疾患の側面を研究するために使用しています」とASUの分子生物学者デイビッド・ブラフマン氏は語った。

研究者は、自身の組織タイプに特異的な細胞を作る成体幹細胞、または特定の培養物や成長因子を適切に調整することで、体内のあらゆるタイプの細胞になることができる人工多能性幹（iPS）細胞からオルガノイドを成長させることができます。

研究者がどのタイプを使用するかは、ニーズと目標によって異なります。

ブラフマンの研究室は、健康な人から採取した iPS 細胞にさまざまな病気の危険因子を導入します。 これらの細胞は遺伝的に同一であるため、危険因子と疾患の間の因果関係がより明確になります。

「これにより、健康な患者のグループと病気の患者のグループから一連の iPS 細胞を採取するよりも、はるかに詳細な制御が可能になります。病気の状態と健康な状態を比較するだけでなく、その後の比較も行うことができます。」遺伝的背景の違いだ」とブラフマン氏は語った。

オルガノイドの有用性の一部は、多様で相互作用する細胞タイプを収容する近隣全体を構築できる能力にあります。 この複雑な環境を理解するために、研究者は特別な色素を使用して細胞タイプをさまざまな色で染色します。

「実際にそれらを観察すると、私たちが採取した組織のすべての種類の細胞が含まれていることがわかります」と、UA のがん細胞生物学者カーティス・ソーン氏は述べています。

オルガノイドを、レーズンのような斑点が散りばめられたゼラチン状の塊として想像してください。不味いアンブロシアのサラダと何ら変わりません。 レシピは、単純ではないにしても簡単です。健康なサンプルまたは病気のサンプルから始めます。 酵素を加えます。 細断して目的の細胞を分離します。 それらを 3-D タンパク質足場に置きます。 栄養スープを追加します。 そして温度管理された室内で成長させます。

「数週間後には、オルガノイドと呼ばれるこれらの小さな構造が成長するのが見られるでしょう」とソーン氏は語った。 「そして、それらが十分に大きくなったら、それらを砕いて足場に再懸濁することができます。そうすれば、それらは成長し、増幅し続けます。」