研究道具箱 カードと研究

脳は領域ごとに異なる機能を持っています。それぞれの領域を作る神経細胞は、遠くの別の機能を持つ部位に向かって「軸索」とよばれる突起を伸ばしてつながり、縦横無尽に回路を作りだします。これが高次機能を生み出します。私は、体外で神経細胞を培養し、脳内に近い状態で回路を再現する技術を開発しています。

現在は、ヒトiPS細胞（何度も分裂でき、多くの種類の細胞に分化できる、人工多能性幹細胞）の制御技術が発達し、直径１〜２ミリほどの脳に似た構造を持つ神経組織を人工的に作製することができるようになっています。しかし、この段階では、胎児の脳組織のように未成熟。脳を真似て、高次機能を持たせるには、適切な回路を作る技術が必要です。

シャーレ内で神経組織を隣り合わせで培養すると、細胞が突起を伸ばしてつながり、最終的にくっつきます。しかし、実際の脳では、神経細胞は必ずしも隣同士でつながっているわけではありません。そこで、ガラスの中に２つの小部屋を設け、それらを細いトンネルでつないだ、特殊なマイクロデバイスを作りました。それぞれの小部屋で脳神経組織を培養すると、突起がトンネルを通ってもう片方の小部屋へ伸び、相手とつながり、より脳回路に近いものができました。脳神経はつながると、活発に、複雑に活動します。現在、光などを使って刺激を与えて、神経の電気的な活動パターンを指標に回路の反応を解析しています。

今後は、「覚える」「特定のものに反応する」など、高次機能を持たせる研究も進めます。

培養した脳回路は、まずは、脳の病気を治療するための薬の探索に使われるようになるでしょう。現在は、マウスなどのモデル生物で候補となる物質の効果を調べても、生物によって効き具合も副作用も異なる部分もあるため、患者さんでは有効ではない場合も多くあります。もし、培養したヒトの脳組織を用いて影響を確認できれば、新薬開発の成功率を上げ、開発工程を短縮できるでしょう。

究極的な目標は、培養した神経組織の回路をコンピュータのように演算素子として使うことです。一般のコンピュータと比べてエネルギーを使わず、効率がよく、さまざまな処理を並列して行えるようになると期待しています。また、細胞でできているため、生体に移植すれば周囲とスムーズにつながり、機能させやすいはずです。大規模に神経組織を培養して出荷する、「バイオコンピュータファーム」が常識になる日がやってくるかもしれません。

例えば…

微弱なシグナルを神経組織がうまく判別できるようになるかもしれません。

神経組織が対象物の内部状態を推測したり、洞察力を発揮したりできるかもしれません。

生活において、さまざまな機械やセンサーを神経組織が柔軟に制御できるようになるかもしれません。