臨床診断および薬物開発に使用できる小型化された身体器官を成長させるためのゲルを開発

臨床診断および薬物開発に使用できる小型化された身体器官を成長させるためのゲルを開発しました。 オルガノイドは、人の幹細胞から研究室で栽培できる小型の器官です。 それらは病気をモデル化するために使用することができ、将来的には薬物を検査したり、患者の損傷した組織を置き換えることもできます。

 

EPFLの科学者は、臨床診断および医薬品開発に使用できる小型化された身体器官を成長させるためのゲルを開発しました。

オルガノイドは、人の幹細胞から研究室で栽培できる小型の器官です。 それらは病気をモデル化するために使用することができ、将来的には薬物を検査したり、患者の損傷した組織を置き換えることもできます。 しかし現在、オルガノイドは、標準化され、制御された方法で成長させることは非常に困難であり、これはそれらを設計し使用する上で重要です。 EPFLの科学者は、オルガノイドを成長させる完全に制御可能かつ調整可能な方法を提供する特許出願中の「ヒドロゲル」を開発することによってこの問題を解決しました。 ブレークスルーはネイチャーに掲載されています。

オルガノイドには3D足場が必要です

成長するオルガノイドは、幹細胞で始まります。未熟な細胞は、人体のあらゆる細胞型に成長し、組織の機能と再生に重要な役割を果たします。 オルガノイドを形成するために、幹細胞は、幹細胞の再生および分化を促進する生体分子の混合物を含有する三次元ゲルの内部で増殖する。

これらのゲルの役割は、幹細胞が特定の身体組織を構築する「細胞外マトリックス」と呼ばれるタンパク質および糖分豊富な足場を提供する幹細胞の自然環境を模倣することである。 幹細胞は細胞外マトリックスゲルに付着し、網膜、腎臓、腸のような小型器官に「自己組織化」する。 これらの小さな器官は、現実の生物学の重要な側面を保持し、人体試験に移る前に疾患の研究や薬物の試験に使用することができます。

しかし、オルガノイド成長に使用される現在のゲルはマウス由来であり、問題がある。 第一に、それらのメーキャップをバッチ間で制御することは不可能であり、幹細胞が一貫して動作しなくなる可能性がある。 第二に、それらの生化学的複雑さは、オルガノイドの成長に対する異なるパラメータ(例えば、生体分子、機械的特性など)の影響を研究するために微調整することを非常に困難にする。 最終的に、ゲルは病原体または免疫原を運ぶことができ、病原体または免疫原は病原体を増殖させるのに適していないことを意味する。

ヒドロゲル溶液

EPFLのバイオエンジニアリング研究所のMatthiasLütolfの研究室は、従来の自然由来のゲルの限界を避ける合成「ヒドロゲル」を開発しました。 特許出願中のゲルは、水とポリエチレングリコール、今日では様々な形で、皮膚クリームや練り歯磨きから産業用途、そしてこの場合はバイオエンジニアリングまで幅広く使用されています。

この研究の最初の著者であるNikolce Gjorevskiと彼の同僚はヒドロゲルを使って腸の幹細胞を小型腸内に成長させた。 機能性ヒドロゲルは、それ自体の目的であるだけでなく、幹細胞の拡張およびオルガノイド形成能力に影響を与える因子を同定する手段でもあった。 ヒドロゲルの特性を慎重に調整することによって、オルガノイド形成プロセスの別々の段階が異なる機械的環境および生物学的成分を必要とすることを発見した。

そのような因子の1つは、幹細胞がヒドロゲルに結合するのを助ける、フィブロネクチンと呼ばれるタンパク質である。 Lütolfの研究室では、このアタッチメント自体が臓器を成長させるために非常に重要であることが判明しました。 研究者はまた、腸の幹細胞の挙動を調節する際のゲルの機械的性質、すなわち物理的剛性の本質的な役割を発見し、細胞がどのようにして物理的刺激を感知し、処理し、応答できるかについて光を放つ。 この洞察は特に価値があります – 生化学的シグナルが幹細胞に及ぼす影響は十分に理解されていますが、身体的要因の影響はより不思議です。

ヒドロゲルは人工であるため、その化学組成および主要特性を制御し、バッチ間の一貫性を確保することは容易である。 それは人工的であるため、感染や免疫反応の誘発のリスクはありません。 このように、これは、オルガノイドを基礎研究から将来の実際の医薬および臨床応用に移動する手段を提供する。

Lütolfの研究室では、現在、他のタイプの幹細胞を研究して、ヒドロゲルの容量を他の組織に拡張しています。

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