妊娠初期の謎を解明へ。幹細胞から作った「胚モデル」で不妊研究が革命的に進む

Caltechの研究者たちは、不妊治療研究のあり方を一変させる可能性を秘めた、幹細胞から胚のような構造体を作り出す強力な新手法を開発しました。研究チームは、従来の受精卵の代わりに幹細胞を用いて、iG4-blastoid（iG4-ブラストイド）と呼ばれるマウスの胚モデルを構築しました。これは、胚が子宮に着床する発生段階である自然の胚盤胞を非常によく模倣しています。この着床段階は、体外受精によるものを含め、妊娠の大部分が失敗する時期でありながら、その理由はほとんど解明されていません。この新しいモデルによって、研究者たちはカフェイン、ニコチン、アルコールへの曝露や食事といった環境要因の影響を調査することが可能になります。この研究は、Caltechの生物学・生物工学教授であるマグダレナ・ゼルニッカ-ゲッツ博士（Magdalena Zernicka-Goetz, PhD）の研究室が主導し、2025年8月28日付の学術誌Developmental Cellに掲載された論文で詳述されています。このオープンアクセスの論文は、「Efficient Stem Cell-Derived Mouse Embryo Models for Environmental Studies（環境研究のための効率的な幹細胞由来マウス胚モデル）」と題されています。

「このモデルは不妊治療研究に革命をもたらし、なぜ一部の妊娠が失敗するのかを理解し、成功しうる妊娠をどのようにサポートすればよいかを解明する助けとなるでしょう」とゼルニッカ-ゲッツ博士は言います。「これらの生きたモデルによって、私たちは初期胚がどのように自己組織化していくかをシャーレの中で観察し、カフェイン、アルコール、ニコチン、さらには高タンパク質・低タンパク質食といった一般的な環境曝露がそのプロセスにどのように影響するかを検証できます」。

研究チームは、iG4-ブラストイドが自然の胚と同様の方法で、毒素や栄養素の変化に反応することを発見しました。例えば、妊娠のごく初期段階におけるカフェインとニコチンは細胞数を減少させ、発生を阻害しました。また、アミノ酸の利用可能性を変えることは、高タンパク質または低タンパク質食が胚の成長に与える影響を模倣していました。

研究チームは、重要な発生遺伝子（GATA4）を発現するように操作された細胞を含む、3種類の幹細胞からiG4-ブラストイドを構築しました。このGATA4を発現させることが、幹細胞由来のブラストイド作製における他の試みが失敗していた点での重要なブレークスルーでした。特筆すべきは、この方法を用いると80%という高い確率で適切に発生したブラストイドが得られることです。この高い効率性により、研究者たちは数千ものモデルを作製し、大規模な実験を行うことが可能になります。例えば、発生の特定の日におけるカフェインの影響や、異なる時期における異なる濃度の影響などをスクリーニングすることができます。

この研究はマウスで行われたものですが、このモデルは生殖の根底にある基本的な生物学的プロセスの研究を大きく進展させるでしょう。例えば、遺伝的に健康なはずの胚が着床という発生の重要な節目を迎えられない要因や、特定の環境要因が発生の進行を妨げるメカニズムなどがそれに当たります。

「この手法はゲームチェンジャーです」と、Caltechの博士研究員であり、この新しい論文の共同筆頭著者であるセルジ・ジュニェント（Sergi Junyent）氏は言います。「ヒトに応用されれば、なぜある胚はうまく育ち、他の胚は失敗するのかを理解し、自然妊娠であれ補助生殖医療であれ、受胎のための条件を最適化するのに役立つ可能性があります」。

iG4-ブラストイドはまだ着床段階を大きく超えて発生を進めることはできませんが、研究者たちは、それらが自然の胚に非常に忠実であることから、前例のないモデルシステムであると強調しています。現在進行中の研究では、モデルをさらに改良し、安全で倫理的、かつ規制された枠組みの中でヒトの不妊治療研究への応用を探ることを目指しています。

写真：マグダレナ・ゼルニッカ-ゲッツ博士（Magdalena Zernicka-Goetz, PhD）

[Developmental Cell article]