Nature: ほぼ完璧なヒト胚盤胞モデルが誕生、女性に生殖権が与えられると期待される

生殖は古代から人類にとって最も重要な生命活動の一つです。しかし、医療技術が比較的進歩した現代社会においても、人間、特に女性が自らの生殖能力をコントロールすることは依然として困難です。

たとえば、コンドームに邪魔されたくない、ホルモン緊急避妊薬の副作用に苦しみたくない、短時間作用型避妊薬を長期間服用したくない、妊娠したくないというのに、どうすれば幸せに「愛を称賛」できるのでしょうか。

同様に、体外受精の「排卵-卵子採取-受精-胚移植」という苦痛なプロセスを何度も試したくないけれど、それでも子供を持ちたい場合、体外受精の成功率を高めるにはどうすればよいのでしょうか。

最近、オーストリア科学アカデミー分子生物工学研究所のニコラス・リヴロン博士率いる研究チームは、ヒト幹細胞を使用して、実際のヒト胚盤胞に匹敵する「完璧な」ヒト体外胚モデルを構築するために使用できる 3 つの新しいシグナル伝達経路を特定しました。

同時に、研究者らはこのモデルを使用して、初期のヒト胚の着床と胚盤胞形成における重要な因子を発見し、女性に優しい非ホルモン性の新たな避妊薬の開発と体外受精の成功率の向上の基礎を築きました。

この点について、リブロン博士は「ヒト胚モデルの確立は、ヒト胚研究に代わるより良い方法となり、生物医学的問題と人間の倫理的問題との間の対立を解決することができる。私たちの目標は、早期のヒト胚モデル研究を通じて女性に力を与え、妊娠を避けたい場合でも妊娠したい場合でも、女性が生殖能力をより良くコントロールできるようにすることだ」と述べた。

「ヒト芽​​球モデルによる胚盤胞の発達と着床」と題されたこの研究は、最近のネイチャー誌に掲載された。

ヒト胚盤胞モデルとは何ですか?

人間の生命は父親の精子と母親の卵子が結合して形成された受精卵から始まることは誰もが知っています。受精卵は子宮に向かって移動しながら分裂します。子宮の適切な部分に到達すると、栄養膜、上胚葉、下胚葉からなる胚盤胞に進化します。胚盤胞が着床した後、つまり母体細胞と「密接に」結合した後、栄養膜、上胚葉、下胚葉がそれぞれ胎盤、胚、卵黄嚢に発達します...

しかし、今日までの生命科学の発展にもかかわらず、初期胚盤胞の形成と発達のプロセス、胚盤胞着床の具体的なメカニズムなど、初期のヒト胚の発達プロセスに関する科学者の理解は依然として非常に限られています。

(出典: Pixabay)

このような状況の重要な理由の 1 つは、実際の人間の胚を生物学研究に使用すると、一連の倫理的問題が発生することです。結局のところ、実際の人間の胎児も小さな命なのです。

明らかに、科学者が人間の生命の起源を明らかにし、人間の胎児の発達の秘密を理解したいのであれば、他の代替方法を見つけなければなりません。体外幹細胞培養は重要な方向性の一つです。残念ながら、いくつかの研究チームがマウスの幹細胞を使用してマウスの体外胚盤胞モデルを構築することに成功しているにもかかわらず、科学者はヒトの胚盤胞のような構造のモデル研究にまだ苦労しています。

ネイチャー誌が2つの画期的な成果を報じたのは、2021年3月17日のことでした。テキサス南西部医療研究センターのジュン・ウー教授率いるチームとオーストラリアのモナッシュ大学のホセ・ポロ教授率いるチームは、それぞれヒト多能性幹細胞誘導と成体細胞再プログラム化技術を用いて、ヒト胚発生の最も初期段階の胚盤胞モデルを得ることに成功した。両方の胚盤胞のような構造には、実際のヒト胚盤胞に見られる幹細胞の種類が含まれており、一貫した空間分布を持ち、実験室環境で初期のヒト胚の発達と着床のプロセスをシミュレートできます。

これら 2 つの研究は、ヒトの胚に関する散在した情報を完全に統合し、科学者が胚の最も初期の発達を理解するための潜在的な応用価値のある実験モデルを構築します。このモデルの重要性は自明です。

(出典: pixabay)

しかし、上記の 2 つの論文では、研究者らは研究には一定の限界があることも言及しています。例えば、胚盤胞様構造の誘導効率が低く、獲得率が十分に安定していない。単一細胞トランスクリプトーム解析の結果は、胚盤胞のような構造には実際の胚盤胞には存在しないいくつかの細胞型も含まれていることを示唆している。

とはいえ、これらのモデルは完璧ではありません。

より完璧なヒト胚盤胞モデル

上記 2 つの研究では、2 つの研究チームがそれぞれ異なる方法を使用してヒト胚盤胞モデルの構築に成功しましたが、これらの方法は完璧ではなく、成功率はわずか 20% で、構築された胚盤胞と実際のヒト胚盤胞の間には依然として違いがありました。

これらの問題を解決するために、リブロン博士率いる研究チームはヒト多能性幹細胞を研究し、Hippo、TGF-β、ERKの3つの典型的なシグナル伝達経路を阻害すると、ヒト多能性幹細胞が正常なヒト胚盤胞の発達過程を「完璧に」シミュレートでき、成功率は70％を超えることを発見しました。同時に、この方法で形成された胚盤胞モデルは、正常なヒト胚盤胞内の細胞と 97% 以上類似しています。

図 |ヒト胚盤胞モデル（出典：Nature）

研究者らは、体外培養の過程で、これらのヒト胚盤胞モデルが正常なヒト胚の発育過程をうまくシミュレートできることを発見した。これは、正常なヒト胚の発育過程とほぼ一致している。これは、このヒト胚盤胞モデルが、ヒトの初期胚の発達を研究するための現実的で信頼性の高い方法を提供できることを意味します。

その後の研究で、これらのヒト胚盤胞モデルを使用して、リブロン博士は、FDA 承認の経口小分子 gp130 阻害剤である SC144 が、ヒト胚の正常な着床プロセスをシミュレートしながら、ヒト胚盤胞モデルの着床プロセスを効果的に阻害できることを発見しました。これにより、新世代の非ホルモン避妊薬の研究開発にも新たな方向性が開かれます。

結局のところ、緊急避妊薬と毎日服用する短時間作用型避妊薬はどちらも一定の副作用があり、短時間作用型避妊薬を飲み忘れると避妊効果は大幅に低下します。これに対し、このタイプの新しい避妊薬は、必要なときにのみ服用すればよく、毎日薬を服用するプレッシャーがなくなり、ホルモン剤の副作用も回避できるため、避妊はより簡単で便利になり、人間のニーズにさらに沿ったものになります。

図 |蛍光標識されたヒト胚盤胞細胞（出典：Nature）

同様に、避妊に加えて、リブロン博士と彼のチームは、ヒト胚盤胞モデルの研究過程で、人体内で自然に発生する小分子LPAが幹細胞の自己組織化を大幅に改善し、体外受精中の自然胚の形成を効果的に促進し、体外受精の成功率を向上させることができることを発見しました。これは、体外受精技術にとって大きな意義があります。

ベルギーのブリュッセル自由大学のヒルデ・ヴァン・デ・ヴェルデ教授は現在、体外受精の設計プロセスにLPA分子を追加して成功率を向上させることを申請していると報じられている。

要約すると、リブロン博士と彼のチームは、最新の技術を使用して、ヒト多能性幹細胞を、通常のヒト胚盤胞に非常に類似したヒト胚盤胞モデルに変換することに成功し、体外でヒト胚の初期発達をシミュレートし、倫理的問題のいくつかを回避できました。同時に、研究者らは実験中に2つの分子を発見し、これによって人間の体外受精の成功率の向上と、ホルモンを使わない新しい避妊法の開発への道も開かれた。

参考文献:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04267-8

https://www.oeaw.ac.at/imba/research-highlights/news/breakthrough-research-on-human-blastoids-and-impact-on-ivf-and-contraception

執筆：朱恒恒 編集：王哈 レイアウト：李雪偉

出典: アカデミックヘッドライン