京都大学CiRA、ナノファイバーを用いたヒト髄鞘形成モデルを構築：神経疾患研究に新たな道

京都大学iPS細胞研究所 (CiRA) 日本

概要

京都大学iPS細胞研究所（CiRA）の研究チームは、ヒトiPS細胞由来のオリゴデンドロサイトとナノファイバーを組み合わせることで、神経細胞の軸索を覆う髄鞘形成の初期過程を試験管内で再現する新たなモデルを開発しました。このモデルは、髄鞘特異的な分子Claudin-11を指標として、ヒト細胞における髄鞘化プロセスを定量的に評価することを可能にします。この技術は、多発性硬化症などの神経難病の病態解明や創薬研究、老化に伴う脳機能低下の抑制に関する研究基盤として期待されています。

詳細

背景: 神経疾患研究における髄鞘形成の重要性

中枢神経系において、神経軸索を絶縁体のように包み込み、神経信号の伝達速度を飛躍的に向上させる構造が「髄鞘」です。この髄鞘が損傷したり、うまく形成されなかったりすると、多発性硬化症などの難治性神経疾患や、老化に伴う認知機能の低下といった重大な問題が生じます。これまで、ヒトの髄鞘形成プロセスを正確に再現し、かつ定量的に評価できる試験管内モデルの確立は極めて困難でした。このような背景から、生理的な環境を模倣し、髄鞘形成のメカニズムを詳細に解析できる新規評価系の開発が強く求められていました。

主要内容: ナノファイバーとiPS細胞による生体模倣システムの構築

京都大学iPS細胞研究所（CiRA）の研究チームは、この課題に対し画期的なアプローチで取り組みました。彼らは、ヒトiPS細胞から分化誘導したオリゴデンドロサイト（髄鞘を形成する細胞）と、生体内の微細な神経軸索構造を模倣する直径約0.7マイクロメートル（μm）のナノファイバーを組み合わせた、新しい生体模倣システム（MPS: Microphysiological System）を構築しました。このシステムでは、ナノファイバーを細胞培養の足場として用いることで、オリゴデンドロサイトがファイバーに沿って突起を伸長させ、実際にファイバーを巻きつけるように包み込む形態を示すことが確認されました。これは、生体内でオリゴデンドロサイトが神経軸索を髄鞘化する過程を、試験管内で非常に忠実に再現していることを意味します。さらに研究チームは、髄鞘形成の特異的なマーカー分子であるClaudin-11を指標として、この髄鞘化プロセスを初めて定量的に評価する手法を確立しました。この定量化技術により、薬剤の効果測定や病態の進行度評価など、客観的なデータに基づいた研究が可能となります。

影響と展望: 神経難病の創薬と治療への貢献

今回構築されたナノファイバーとiPS細胞を組み合わせた髄鞘形成モデルは、神経疾患の基礎研究および応用研究に多大な影響をもたらすと考えられます。特に、多発性硬化症のような髄鞘疾患の病態解明においては、これまでアクセスが困難だったヒト細胞レベルでのメカニズム解析が可能となり、病気の原因や進行に関する新たな知見が得られることが期待されます。また、このモデルは、髄鞘の再生を促進する薬剤や、その損傷を防ぐ治療法のスクリーニングにも利用できるため、創薬研究の強力なツールとなるでしょう。さらに、老化に伴う脳機能低下の抑制、例えば認知症の予防や治療に向けた研究においても、髄鞘の健全性維持が重要であることから、この評価系が新たな研究基盤として活用される可能性を秘めています。この技術は、ナノ材料が持つ微細加工性や生体親和性を最大限に活用し、これまで不明瞭だった生体現象を解明し、最終的には患者の健康と生活の質向上に貢献する未来を拓くものです。