iPS細胞、めちゃくちゃ優秀。

人はどうしてヒトなのか…その答えに近づくべく、スイスの実験チームが人と類人猿、そして猿の違いを検証しました。具体的には、それぞれの脳組織を人工培養して比較するというもの。

人間の脳は、他の動物とは明らかに違います。インターネットミームを作成してオンラインで投稿したり、宇宙に飛び出したりできるのは人間だけですから。そうなると、人間と他の大型類人猿はどこがどうそんなに違うのか、気になりますよね。

とはいえ、生きている人や動物の脳を取り出して研究することは不可能。｢ならば、人間にしかできない方法で、このテーマを探求しよう｣と考えた科学者チームがいたのです。彼らは、遺伝子のシークエンシング（配列の決定）と人工培養された幹細胞から育ったミニチュア臓器（オルガノイド）を使った実験を開始しました。

スイスのバーセルにある臨床ガン科学研究所のグループリーダーで、今回の研究論文の代表執筆者の1人でもあるJ・グレイ・キャンプ氏は米Gizmodoに対し、｢ヒトや、それに近い動物の発達を研究することが、他の動物とは違う、人間独自の細胞や組織を構成するメカニズムを理解するスタート地点です｣と語っています。｢今なら人工多能性幹細胞（iPS細胞）や遺伝子編集技術のCRISPR、オルガノイド、単一細胞ゲノミクスなど、研究に必要なツールがそろっています｣

ちなみに幹細胞というのは、特定の細胞に特化する前の、文字どおり｢幹｣となる細胞のこと。一方iPS細胞というのは、別の細胞から人工的に作った幹細胞です。

iPS細胞を培養して、脳組織を再現

今回、マックス・プランク進化人類学研究所のサビーナ・カントン氏、マイケル・ジェームズ・ボイル氏、ジソン・ヘ氏が率いる研究チームは、人間と動物園の動物から血液サンプルをとり、そこから採取した白血球をもとにiPS細胞を作りました。その後この細胞にさまざまな成分を使い、脳に発達する胚と同じような初期段階を経て特殊化させ、三次元の脳組織へと育てたのです。

それから4カ月間、科学者たちは人間、マカクザル（ニホンザルの仲間）、チンパンジーの脳オルガノイドが成長し、細胞が動き始める様子を観察。その後、そのサンプルを採取し、各細胞のRNAを分析して、｢DNAのどの部分がタンパク質生成に使われているか｣ということ、そしてそれが｢人とそれ以外の動物とでどう違うのか｣ということを検証したのです（つまりは、どういうプロセスで脳ができていくのか、見たってことね）。

発達段階のオルガノイドと、成人の細胞でも比較検証した

これらのデータから、彼らは発達過程で細胞の外観を変容させた人間固有の遺伝子と遺伝的メカニズムのマップを作成しました。それから、自分たちで生成した脳オルガノイドと、人間やチンパンジー、ピグミーチンパンジー、マカクザルの遺体から採取した組織とを比較。発達段階と成人の両方に起きる特異的変化と、成人の脳のみで起きる変化を記録しました。

決定的な違いはまだわからない、けどヒントは発見?

キャンプ氏の説明によると、この研究では｢遺伝子が脳オルガノイド自体の構造にどう影響するのか｣、｢それが動物間でどう違うのか｣、という点について具体的に掘り下げるまでには至りませんでした。 ただ、一定時間内の成長度合いを観察したところ、チンパンジーやマカクザルよりも人間のオルガノイドのほうが発達が遅いことがわかったといいます。先日発売された科学誌ネイチャー掲載の論文には、｢過去の研究でも人間の成熟には時間がかかると言われていたので、そのエビデンスになった｣と記されています。

オルガノイドの実験ならではの課題点もある

カリフォルニア大学サンフランシスコ校のアレックス・ポレン准教授（今回の研究には不参加）は米Gizmodoに対し、｢この研究は猿、類人猿、人間の脳の違いを再現したもので、その手法は業界にとって大きな前進である｣と語っています。 彼はとりわけ、研究者チームが実際の脳組織に至るまで動物間の違いを追跡した手法に興奮していました。その一方で、この実験モデルが成熟した脳細胞を真にモデル化できるようになるには｢相当な労力｣が必要だと述べました。

ジョンズ・ホプキンス大学のギュル・デーレン神経科学準教授（研究には不参加）は｢脳の発達は複雑なので、オルガノイドですべてを捕捉することはできません。また多くの脳発達は誕生からずっと後に起きるのです｣と警告しました。｢また、これは遺伝学におさまる話ではなく、脳細胞間の配線にもつながる分野｣とも話しています。

そうなんです、私もキャンプ氏に対して、｢ミニ脳で研究している事実についてどう思うか｣と｢脳は実験されることを嫌がってないのか｣という内容の質問をぶつけてみました。すると彼は｢オルガノイドは実際の脳が持つ多くの機構を欠いていますし、電気的活動も最小限です｣と回答しています。

将来の研究への、大きな一歩にはなった

それでも、今回の論文に携わった科学者たちは、この研究結果が今後｢人間を他の動物と区別する者は何か｣ということをさらに掘り下げていくうえで、役立つリソースになってほしいと願っています。これからも科学者たちはオルガノイドを使って実験をし、呼吸器や消化器系など、さまざまな違いを理解していくことでしょう。

キャンプ氏は、この実験が実現したことがただ嬉しい、と言います。｢こんなことが実現できるなんて、本当にすごいことなのです。｣