中国の科学者が、18か月間凍結された脳組織を復活させることができる新しいタイプの「保護剤」を発明しました。

小説「三体」を読んだことがある友人なら、冷凍された人間の脳が宇宙に送られ、その後蘇生し、さらには完全な身体にクローン化されるという筋書きを今でも覚えているかもしれない。最近、復旦大学脳科学トランスレーショナルリサーチ研究所の邵志成博士率いる研究チームが、脳組織の凍結保存の新技術をCell Reports Methods誌に発表し、最大18か月間凍結されていた脳細胞の復活に成功した。小説の中の技術は現実に実現されるのでしょうか？

通常の状況下では、人間の細胞は絶えず新陳代謝と再生を続けています。さまざまな生化学反応を触媒するほとんどの酵素は、通常の体温に近い環境で最も活発に働きます。そのため、温度が下がると細胞の生命活動が鈍くなります。約-196°Cの液体窒素などの極低温では、細胞の代謝と死のプロセスはほぼ完全に停止し、その状態が保存されます。凍結保存技術は、生殖補助医療、臓器移植、疾病研究、医薬品開発などに非常に重要な意味を持っています。

極低温環境を作り出すのは簡単ですが、凍結と解凍のプロセスによって細胞に致命的な損傷が生じる可能性があります。

細胞には多量の水が含まれています。凍結すると、水の体積が膨張して鋭い氷の結晶が形成され、細胞が「破裂」します。日常生活において、冷凍された肉や果物は、氷の結晶によって細胞が損傷されるため、常に柔らかくどろどろしています。

そのため、凍結時には凍結防止剤と呼ばれる物質が使用されます。一般的な物質としては、グリセロール、スクロース、ジメチルスルホキシドなどがあります。これらの物質の凝固点は比較的低く、凍結前に細胞内の水分と入れ替えることで氷結晶の形成を減らすことができます。生殖細胞の構造と機能は比較的単純で、水分含有量は低いです。現在、精子と卵子の凍結保存技術は比較的成熟しています。

病理学的特徴を持つ生きた人間の脳組織は、神経疾患を研究するための信頼できるモデルです。しかし、サンプルの入手が容易ではなく、凍結保存効果も理想的ではありません。脳細胞は最大80％の水分を含み、低温によるダメージに非常に敏感です。さらに、脳組織の機能構造は複雑であり、従来の技術ではほとんどの機能ニューロンを保存することができません。

研究者たちは、胚性幹細胞から分化した「脳のような器官」を使った研究を行おうとしている。これらの脳オルガノイドは直径がわずか数ミリメートルですが、人間の脳に似たさまざまな細胞タイプと三次元構造を発達させることができます。しかし、脳オルガノイドの長期培養にはコストがかかるため、その応用は限られています。上記の理由により、現在の薬物試験では依然として主に動物モデルが使用されており、臨床試験では候補となる新薬の 90% 以上が失敗に終わっています。そのため、脳オルガノイドや実際の人間の脳組織を効果的に凍結保存できる技術を確立することが非常に重要です。

復旦大学の研究チームは、皮質脳オルガノイドを凍結保護するための代替手段として、9種類の凍結保護物質を使用しました。多くの実験を経て、ジメチルスルホキシド、メチルセルロース、エチレングリコール、細胞アポトーシス抑制剤（Y27632）の組み合わせが最も効果的であることがわかり、この新しい保護剤を「MEDY」と名付けました。

培養期間が 28 日から 100 日を超える皮質脳オルガノイドの場合、MEDY は細胞構造と神経細胞の成長活動に関して優れた保護効果を達成しました。最大18か月間凍結保存された脳オルガノイドでは、増殖能力を持つニューロンや前駆細胞も理想的に保存されており、解凍後の増殖活性は凍結されていない細胞の活性に近かった。 MEDY は、脊髄脳オルガノイドなど、他の脳領域の脳オルガノイドにも適用でき、脊髄損傷に対する神経移植治療にも応用できる可能性があります。さらに研究者らは、てんかんを患う生後9か月の子どもの脳組織から直径約3mmのサンプルも採取し、検査した。結果は、脳組織は解凍後も構造的に無傷であり、培養培地中で2週間活性を維持したことを示しました。

脳オルガノイドから実際の患者の脳組織まで、MEDY は優れた汎用性を発揮します。凍結保存されたモデルは、神経疾患の研究、薬物スクリーニング、再生医療の分野における神経脳オルガノイドを使用した臨床治療の進歩に有効に活用できます。現在の研究結果は、まだ数ミリメートルの微小組織に基づいたものであり、今後はより多くの種類とより大量のサンプルを対象とした詳細な研究が必要となるでしょう。 SFのシナリオに見られるように、脳全体、あるいは人体全体を凍結するという目標にはまだ程遠いが、これは間違いなく重要な前進だ。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。

著者: 徐思佳

レビュアー: Li Chong

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司