Lab-grown parts

(Image credit: Wake Forest School of Medicine)

欠けた手足を再生することは、ヒトデやサラマンダーにとり、失った腕や尾の代わりに再生「超能力」を使用することで有名な生物にとっては、大したことではないでしょう。 しかし、破壊されたり損傷したりした体の一部を再生できる動物は、彼らだけではありません。 シカは66ポンド(約3.5キロ)もの大きさの芽を出すことができる。 (鹿はたった3ヶ月で30キログラムもの角を生やすことができる。 ゼブラフィッシュは心臓を再生することができ、ヒラムシは自分の頭を再生することができることを実証している。

しかし、人間にとって、失われたものは失われたものです-それとも?

体内の個々の細胞は、消耗するにつれて常に置き換えられています。 これは、加齢とともに遅くなりますが、人間の一生を通じて続くプロセスです。 アメリカ化学会によれば、人間は2~4週間ごとに皮膚の表皮をすべて剥がし、1年に約18オンス(510グラム)の皮膚細胞を失っているとのことです。 しかし近年、科学者たちはさまざまな人体構造、動物実験に成功した類似構造、および「オルガノイド」と呼ばれる小型の人体器官を培養することに成功し、それらを使って、以前は不可能だった詳細なレベルで人体器官の機能や構造を研究することができるようになりました。 以下は最近の例です。

Fallopian tubes

(Image credit: MPI f. Infection Biology)

ベルリンのマックスプランク感染生物学研究所の科学者は幹細胞を使用して、卵巣と子宮をつなぐ構造である人間の卵管の最内層の細胞層を増殖させました。 また、このオルガノイドは、実寸大の卵管に特有の特徴や形状を備えていると、1月11日に発表された声明で述べています。

Minibrain

(Image credit: Ohio State University)

The Ohio State University (OSU) の科学者によって皮膚細胞から培養された、実験室で育つ消しゴムサイズの脳は、構造的にも遺伝的にも5週間の人間の胎児の脳に類似しています。 OSUの代表者は8月18日の声明で、このオルガノイドを「ブレインチェンジャー」と表現し、軸索や樹状突起のような信号を伝達する伸長部を持つ機能するニューロンを備えていることを明らかにしている。

Miniheart

研究者は、幹細胞が心筋と結合組織に成長し、小さな部屋に組織化されて「鼓動」するように促しました。 この成果のビデオでは、心筋細胞(中央の赤で示される)が鼓動し、結合組織(緑のリング)がミニ心臓を成長させた皿に固定しているのがわかります。 カリフォルニア大学バークレー校の生物工学教授で、この研究の共同上席著者であるKevin Healy氏は、声明の中で次のように述べている。 “この技術は、心臓の先天性異常を発生させる可能性の高い薬を素早くスクリーニングし、妊娠中にどの薬が危険なのかの判断を導くのに役立つでしょう。” この研究は、2015年3月、Nature Communications誌に掲載されました

Minikidney

(Image credit: Minoru Takasato)

オーストラリアの科学者のチームはミニキドニーを育て、幹細胞を分化させて初めて3種類の異なる腎臓細胞で器官を形成しました。 研究者らは、通常の腎臓の発生に準じたプロセスでオルガノイドを成長させました。 画像では、3つの色が、腎臓内のさまざまな構造である「ネフロン」を形成する腎臓細胞の種類を表しています。

Minilung

(Image credit: University of Michigan Health System)

複数の機関の研究者が共同で、気管支(気道構造)と肺嚢を形成する3D肺臓を成長させました。 「これらのミニラングは、実際の組織の反応を模倣することができ、臓器が病気によってどのように変化するか、また、新しい薬にどのように反応するかを研究するための良いモデルになるでしょう」と、研究のシニア著者でミシガン大学医学部内科および細胞・発生生物学の准教授であるJason R. Spence氏は声明の中で述べています。 ミニラングスは実験室で100日以上生存した。

Ministomach

(Image credit: Kyle McCracken)

ペトリ皿で培養するのに約1カ月かかったミニストマムは、胃の2分割のうちの1つに似た「楕円形の中空構造」を形成したと、研究の共著者でシンシナティ子供病院医療センターの発生生物学教授ジム・ウェルズ氏は述べています。 ウェルズ教授は、直径約0.1インチ(3ミリ)の小さな胃は、胃の病気を引き起こすある細菌の影響を研究する科学者にとって特に有用であろうとLive Scienceに語った。 これは、この細菌が動物被験者では異なる挙動を示すからだと、彼は述べています。

Vagina

(Image credit: Dr. Yuanyuan Zhang, Wake Forest Institute for Regenerative Medicine)

2014年4月に、The Lancetジャーナルに公開された研究で、患者の細胞を膣型の足場で育てて作った実験室産膣の移植成功が紹介されています。 この移植は、13歳から18歳までの4人の少女と若い女性に対して数年前に行われたもので、膣と子宮が欠損または未発達である先天性欠損を修正するものであった。 移植後8年間は毎年検査を受け、その間に臓器は正常に機能し、痛みのない性交が可能になった。

ペニス

(Image credit: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine)

Wake Forest Institute for Regenerative Medicineの科学者たちは、ペニス勃起組織を育てるためにウサギ細胞を使い、実験室で成長したペニスを雄ウサギに移植し、ウサギは無事に交尾を行いました。 しかし、このプロセスはまだ実験段階であり、研究チームが研究を拡張し、人間の組織や被験者を取り入れるには、米国食品医薬品局(FDA)の承認が必要である。 この研究は、戦闘中に股間を負傷した兵士に役立つ可能性があるため、米軍再生医療研究所が研究費を提供しています。

食道

(Image credit: Macchiarini et al.)

ロシアのクラスノダールにあるクバン国立医科大学では、科学者の国際チームが、足場上で幹細胞を3週間増殖させて動く食道を作り、その臓器をラットに移植することに成功しました。 科学者たちは、新しい食道を1万回膨らませたり縮めたりすることで耐久性をテストし、10匹のラットに人工構造を移植して、動物本来の臓器の最大20パーセントを置き換えたのです。

Ear

(Image credit: Lindsay France/Cornell University Photography)

Now hear this: 科学者たちは、人間の耳を 3D プリントし、成形した耳型に、枠の周囲で増殖した生きた細胞をコーティングして、耳を培養することに成功しました。 研究者たちは、3Dソフトウェアを使って子供の耳をモデリングし、そのモデルを3Dプリンタに送ることで、耳の形をした型を作りました。 この型を手に入れた研究者は、生きた耳の細胞と牛のコラーゲンのカクテルを注入すると、「耳が飛び出してきた」とLive Science誌は報じている。 その後、製作された耳はラットに移植され、1~3ヶ月間、臓器の成長に伴うサイズや形状の変化を評価しました。

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