ウィスコンシン大学マディソン校で開発された、脳と脊髄組織の "ロゼット "を成長させる技術は、自閉症に関連する遺伝子変異がヒトの脳発達の初期段階にどのような影響を及ぼすかについての最近の研究を含め、科学者たちに成長するヒトの脳を研究する新しい方法を提供します。この技術は、幹細胞を使用して胚性前脳または脊髄組織構造である「神経ロゼット」を生成するスクリーニングツールであるRosetteArray技術を使用しています。神経ロゼットは、より大きく、より複雑な器官に似た細胞のクラスターであるヒト幹細胞由来の神経オルガノイドを生成するための出発材料であり、異なる遺伝的構成または化学物質への曝露が神経発達障害のリスクを高めるかどうかを評価するために使用できます。
「この技術により、ヒト中枢神経系発達の胚性モデルにアクセスできるようになります。これは有用です。なぜなら、私たちはヒトの発達についてより多くを理解することができるだけでなく、それがいつ間違っているのかを理解することができるからです。」と、ウィスコンシン大学マディソン校のバイオメディカルエンジニアリング教授であり、幹細胞および再生医学センターの副所長であるランドルフ・アシュトン博士（Randolph Ashton, PhD）は言います。
アシュトン博士とウィスコンシン発見研究所の科学者であり、アシュトン博士の研究室で博士号を取得したギャビン・ナイト博士（Gavin Knight, PhD）は、Neurosettaという彼らが共同創立した会社が市場に出しているRosetteArray技術の背後にある技術を開発しました。この会社は、UW-Madison Discovery to Productおよびウィスコンシンアルムニ研究財団（WARF）のアクセラレータープログラムのサポートを受けて設立されました。
RosetteArray技術は、最近Nature Neuroscienceに掲載された研究で重要な役割を果たしました。この研究は、南カリフォルニア大学の幹細胞生物学者であるジョージア・クアドラート博士（Giorgia Quadrato, PhD）が主導し、アシュトン博士とナイト博士が共著者の一人として参加しました。
この研究では、SYNGAP1と呼ばれる遺伝子の変異を調査しました。この論文は2023年11月9日に公開され、「非シナプス機能の自閉症スペクトラム障害関連遺伝子SYNGAP1の皮質神経発生における」（"Non-Synaptic Function of the Autism Spectrum Disorder-Associated Gene SYNGAP1 in Cortical Neurogenesis."）と題されています。
SYNGAP1の変異は、自閉症スペクトラム障害、てんかん、神経発達障害などのリスク要因と長い間関連してきましたが、これまでのところ、この遺伝子は主に動物モデルで研究されており、SYNGAP1がシナプスに与える影響に焦点を当てていました。シナプスは、長い脳細胞であるニューロンの先端にある構造で、隣接する細胞に信号を伝えることができます。
新しいSYNGAP1自閉症研究では、クアドラート博士と彼女の研究チームは、健康なヒト細胞だけでなく、SYNGAP1に疾患を引き起こす変異を持つ患者の細胞から神経ロゼットを成長させるためにRosetteArray技術を使用しました。これらの若い発達中の神経オルガノイドを分析することにより、クアドラート博士は、ヒト放射状グリア細胞（大脳皮質の外層にあるすべてのニューロンを生産する細胞）がSYNGAP1を発現できることを決定しました。SYNGAP1が変異すると、大脳皮質を生じさせる初期の脳構造である皮質板の組織が乱れることになります。これは、SYNGAP1関連の脳障害が非シナプス機構を介して発生する可能性があることを示しています。
クアドラート研究室とNeurosettaは、RosetteArray技術を使用してモデル化できる自閉症スペクトラム障害の遺伝的背景の範囲をさらに探求するためのさらなる研究に協力する予定です。アシュトン博士は、これが最終的に新しい精密医療アプローチにつながることを望んでいます。
「単にヒトの発達をモデル化することができるだけでなく、この場合は脳と脊髄の形成をモデル化することは、ヒト健康を改善しようとするときに非常に強力なプラットフォームを提供します。これらの組織の形成の最初の段階で、神経疾患を引き起こす変異の効果を見ることができることに私たちは驚いています。RosetteArraysは概念後約4〜6週間をモデル化し、私たちはその時点で自閉症のマーカーを見始めることができるという事実は驚くべきことです。これは、通常、人々が2歳を過ぎてから診断される病気です。したがって、ヒトの発達の非常に早い段階でこれを見ることができるという事実は素晴らしいことです。」
とアシュトン博士は言います。
アシュトン博士によると、RosetteArrayのような技術を使用する研究者は、自閉症スペクトラム障害のリスク要因がいくつかの核心的な経路に帰着することがわかっています。これらの経路は、ヒトの脳発達の非常に早い段階で役割を持つようです。これは、治療法の開発に取り組む研究者にとって有益な情報です。
この論文は脳組織の研究に焦点を当てていましたが、アシュトン博士は自身の研究室でRosetteArrayプラットフォームを使用して、神経管形成の欠陥を研究しています。
「（神経管）は、胚の頭から背骨の後ろを通って下る構造です。すべての脳、脊髄、および目の組織は、この神経管から来ます。実際、この過程を乱す多くのことがあり、その形成が十分に早い段階で乱れると、多くの問題を引き起こします。それは、下部脊髄が完全に閉じない脊柱裂などの先天性出生欠損症を引き起こすことがあります。または、神経管の上部で閉鎖が失敗すると、妊娠が失敗することにつながります。したがって、この過程を理解することは極めて重要です。」
とアシュトン博士は言います。
アシュトン博士と彼の研究室メンバーは、脊柱裂の欠陥が何を引き起こしているか、そしてそれらをどのように軽減できるかを調査するためにRosetteArraysを使用しています。
「食品供給、殺虫剤、および抗がん剤で使用される既知の化学物質の例があり、これらは歴史的に神経管欠損症を引き起こすことと相関しています。したがって、これらの化学物質がヒト発達にこれらの影響を与えないことを確認するための方法を持つことが重要です。私たちはマウスモデルを使用してきましたが、動物とヒト間には違いがあります。RosetteArrayは、これらの化学物質を早期のヒト脳および脊髄発達に対してテストする方法を提供します。」
とアシュトン博士。
RosetteArrayプラットフォームは、個々の患者の細胞株をスクリーニングして、個人の遺伝的背景の変異が障害を引き起こす方法、および個人が曝露された化学物質とその遺伝的背景との相互作用が健康リスクにつながる可能性がある方法をよりよく理解するためにも使用されるかもしれません。
「このプラットフォームは、神経発達リスクを引き起こす可能性のある化学物質をスクリーニングするための商業アプリケーションとして、また臨床アプリケーションとしても非常に有用であると考えています。そして、私はそのツールの本当の力は精密医療と創薬のためであると思います。」とアシュトン博士は述べています。
この投稿は、UW-MadisonのRebekah McBrideによって書かれた記事に基づいています。
