失われた視力を取り戻す――そんな願いを叶えるかもしれない「視細胞補充療法」。実験室で育てた視細胞（光受容細胞: photoreceptors）を移植するこの治療法は、網膜の病気で光を失った人々に希望を与えています。しかし、ヒトの細胞を使った治療法の開発には、動物実験での安全性の確認が不可欠です。ところが、ヒトの細胞は他の動物では拒絶されてしまうため、十分な検証が難しいという壁がありました。このジレンマを打ち破るため、ウィスコンシン大学マディソン校とモーグリッジ研究所の研究チームが、ヒトとよく似た網膜構造を持つ「ブタ」に注目。世界で初めて、ブタの幹細胞から実験室で「ミニ網膜（網膜オルガノイド: retinal organoids）」を作り出すことに成功しました。この「ブタ版ミニ網膜」は、ヒトの視細胞治療研究を大きく前進させ、将来的には失明治療の新たな道を切り開くかもしれません。
2025年3月6日に「Stem Cell Reports」誌で発表されたこの画期的な研究について、詳しく見ていきましょう。論文タイトルは「Robust Generation of Photoreceptor-Dominant Retinal Organoids from Porcine Induced Pluripotent Stem Cells（ブタ人工多能性幹細胞からの視細胞優位な網膜オルガノイドの頑健な作製）」です。研究を率いたウィスコンシン大学マディソン校マクファーソン眼研究所所長であり、眼科・視覚科学の教授でもあるデイビッド・ガム 医学博士（David Gamm, MD PhD）は、ブタのモデルがヒト治療薬開発の鍵となると期待を寄せています。
「ブタの網膜オルガノイドが作製されたのはこれが初めてです」と、ガム研究室の大学院生であり、本研究の筆頭著者であるキム・エドワーズ氏（Kim Edwards）は言います。「そして、ヒトと他の種の網膜オルガノイドを比較したのはこれが初めてでした」。
オルガノイドは、大きなピンの頭ほどの大きさの小さな組織塊で、数十万個の細胞から構成されています。これにより、科学者はヒトの組織や臓器における細胞間の相互作用や状態を、実験室のシャーレという制御された環境で再現することができます。
「ヒトオルガノイド内の視細胞は光に反応し、シナプス結合を介して互いにコミュニケーションすることができます」とガム博士は言います。「それらが損傷した網膜内で接続し、視力を回復できるかどうかを判断するには、ブタに移植してテストする必要があります」。
エドワーズ氏は、質の高いオルガノイドを得るためには、質の高い幹細胞から始めることが重要だと述べています。科学者たちは、カルガリー大学の助教であり、以前はモーグリッジ研究所のジェイミー・トムソン氏（Jamie Thomson）の研究室でポスドク研究員だったリーファン・“ジャック”・チュー博士（Li-Fang “Jack” Chu, PhD）と協力し、ブタの多能性幹細胞を入手しました。
「歴史的に、トムソン研究室はヒト人工多能性幹細胞の作製に長けていました」と、モーグリッジ研究所の計算生物学研究者であるロン・スチュワート氏（Ron Stewart）は言います。「しかし、ブタのような他の種で作製するのは本当に難しいことがわかりました。チュー博士がそれを解決し、彼の新しい研究室で先導しています」。
ブタ人工多能性幹細胞の作製に成功した後、次の課題はそれらを網膜細胞へと分化させることでした。エドワーズ氏はまず、ガム研究室で確立されたヒトオルガノイドのプロトコルを用い、それがブタの幹細胞でも機能するかどうかを確認することから始めました。このプロトコルのタイミングはヒトの妊娠期間である40週に基づいていましたが、ブタの妊娠期間はその約半分であることに彼らは気づきました。そこで科学者たちは、同じプロトコルを使い、タイミングを半分にしたらどうだろうか、と考えました。
「それによって多くの網膜オルガノイドを作ることができ、本当に興奮しました」とエドワーズ氏は言います。「特定の細胞タイプに分化させようとする場合、妊娠期間の違いや細胞間の固有の違いに本当に注意を払う必要があることを示す、良い概念実証です」。
免疫細胞化学技術を用いて、研究者らはブタとヒトの両方のオルガノイドモデルにおける初期段階と後期段階の発生で見られる特定の網膜細胞に関連するタンパク質を特徴付けました。さらに深く掘り下げるため、ガム研究室はモーグリッジ研究所のスチュワート計算生物学グループの計算生物学者ベス・ムーア氏（Beth Moore）と協力し、シングルセルRNAシーケンシングを用いて細胞内の遺伝子発現を調べました。
「彼らはシングルセルRNA-seqを使って、私たちが可能だとも思っていなかったような、多くの魔法のようなことをやってのけました」とエドワーズ氏は言います。
オルガノイドは個々の細胞に解離され、各細胞はバーコードでタグ付けされて個別にシーケンシングされます。捉えられたデータはその後、類似した細胞をグループ化するために使用され、桿体および錐体視細胞や網膜神経節細胞などの他の細胞タイプを含む、オルガノイドに見られるすべての細胞タイプの性質に関する詳細な洞察を与えます。
「これは、オルガノイド内の各細胞タイプでどの遺伝子が発現しているかについての、偏りのない非常に包括的な見方です」とムーア氏は言います。「これは免疫化学とは異なるタイプのマーカーです。異なる細胞タイプを特定するという同じ結論に至るための、異なる方法なのです」。
エドワーズ氏とムーア氏の両名は、これらの結論に至るまでに課題を克服しなければなりませんでした。まず、オルガノイドの性質を考慮し、エドワーズ氏はシーケンシングの前に細胞を分離し維持するためのプロトコルを最適化する必要がありました。
「特に視細胞は、解離されてシャーレに入れられるのを好みません」とエドワーズ氏は言います。「視細胞は、まるで人間のように、一緒の方がうまく機能すると冗談を言っています」。
データ分析の側では、ムーア氏は、各細胞がシーケンシングのためのバーコードを含む液滴に封入されると説明します。しかし、時には1つの液滴が複数の細胞を封入したり、液滴が空で細胞を含まなかったりすることがあり、これがシーケンシングデータにエラーを引き起こします。
「それは分析を本当に台無しにする可能性があります。特に、異なる細胞タイプを特定しようとしている場合はなおさらです」とムーア氏は言います。ムーア氏は、不要な配列を除去しデータを正規化するための分析パイプラインを開発しました。その後、彼女は異なるクラスターで発現している遺伝子をマッピングし、それらを特定の細胞タイプにマッピングして免疫細胞化学の結果と比較することができました。
もう一つの課題は、ブタとヒトのゲノム間の大きな違いであり、これはムーア氏が両方の種で既知の遺伝子のリストを調べ、それらを配列と照合して異なる細胞タイプをマッピングする必要があることも意味していました。
「ムーア氏からのその確認データは、私たちが見ているものに自信を持つために本当に重要でした」とエドワーズ氏は言います。
この研究は、米国国防総省からの助成金と国立眼研究所との協力により支援され、軍で一般的に発生する網膜損傷を治療するための細胞置換療法を探求することを目的としています。研究者らは、ブタオルガノイド由来の視細胞を用いてブタへの移植を開始し、それらが下流のニューロンと接続を確立しシナプスを形成するかどうかを判断しようとしています。
「これらの網膜オルガノイドを異なる種から成長させることができ、世界中の多くのグループがそれらを作り始めていることを示せて興奮しています」とエドワーズ氏は言います。「すべては質の高い幹細胞を持つことから始まります」。
モーグリッジ研究所
独立した研究機関として、モーグリッジ研究所は未知の科学領域を探求し、未来の治療法を発見しています。ウィスコンシン大学マディソン校と提携し、再生生物学、代謝、ウイルス学、医用生体工学などの新興分野で人間の健康を前進させるために果敢なアプローチをとる研究者を支援しています。公的プログラムを通じて、日常生活における科学的好奇心を刺激するよう努めています。詳細は www.morgridge.org をご覧ください。
