DNAマイクロビーズで培養組織の発達を精密制御：新しい分子工学技術
分子工学の新技術により、オルガノイドの発達を精密に制御することが可能になりました。特定の形状に折りたたまれたDNAで作られたマイクロビーズを使用し、組織内部に成長因子やシグナル分子を放出します。この技術により、従来よりもはるかに複雑なオルガノイドが作製でき、より現実に近い細胞構成が得られるようになりました。
この技術は、ハイデルベルク大学の「3D Matter Made to Order」卓越クラスターに所属する研究者たちによって開発されました。研究には、ハイデルベルク大学の生物学研究センター（COS）、分子生物学センター（ZMBH）、バイオクアントセンター、ならびにマックス・プランク医学研究所が参加しています。
オルガノイドは、幹細胞から作られる小型の臓器様組織で、ヒトの発生過程や疾患の研究に活用されます。しかし、これまでオルガノイド内部からその成長を制御することは不可能でした。COSの医科学者、カッシアン・アフティング博士（Cassian Afting, PhD）は「この新技術により、成長中の組織内で重要な発達シグナルが放出されるタイミングと場所を正確に決定できるようになりました」と述べています。
DNAマイクロビーズは、タンパク質や分子を「搭載」できる微小な構造物として設計されています。これらのビーズはオルガノイド内に注入され、紫外線にさらされることでその内容物を放出します。この手法により、成長因子やシグナル分子を任意のタイミングで組織内の特定の場所に放出することが可能です。
網膜オルガノイドでの成功例
研究チームは、メダカの網膜オルガノイドでこの技術をテストしました。Wntシグナル分子を搭載したマイクロビーズを網膜組織に挿入することで、網膜外層の色素上皮細胞と神経網膜組織を隣接させることに成功しました。従来の方法では、培養液にWntを添加すると色素細胞が誘導される一方で、神経網膜の発達が抑制されていました。この新技術により、細胞の組成がより自然に近い形で再現されました。
今後の応用
DNAマイクロビーズは、さまざまな信号分子を運搬するよう柔軟に適応可能で、多様な培養組織に応用できると研究者たちは述べています。「この技術により、細胞の複雑性や組織構造が向上したオルガノイドを設計できるようになります」と研究を指揮したヨアヒム・ウィットブロート博士（Joachim Wittbrodt, PhD）は語ります。
この技術は、ヒトの発生や疾患研究を加速させるだけでなく、オルガノイドを用いた創薬研究の向上にもつながると期待されています。本研究は、ハイデルベルク大学とカールスルーエ工科大学による共同運営の卓越クラスター「3D Matter Made to Order」の一環として行われました。
研究成果は2024年9月9日にNature Nanotechnologyに公開されました。論文のタイトルは「DNA Microbeads for Spatio-Temporally Controlled Morphogen Release Within Organoids（オルガノイド内での時空間的に制御された形態誘導因子放出のためのDNAマイクロビーズ）」です。
画像：顕微鏡的に小さなDNAビーズ（黄色）と様々なタイプの網膜細胞（緑、シアン、マゼンタ）を持つ網膜オルガノイド。(Credit：Cassian Afting, AG Wittbrodt）
