発生生物学：マイクロ流体勾配を用いてパターン化されたヒト神経管のモデル

ヒトの神経系は非常に複雑だが、組織化された器官である。その複雑性と組織化の基礎は、ヒト神経系の胚性前駆体である神経管の領域パターン形成中に作られる。これまで、神経管パターン形成の研究は動物モデルに基づいて、根本的な原理を明らかにしてきた。近年では、神経オルガノイドや生物工学的な神経管発生モデルなど、ヒト多能性幹細胞に基づく神経発生モデルが登場している。しかし、そのようなモデルでは、神経管発生の特徴である三次元的な管状の形態における前後軸と背腹軸の両方に沿った神経パターン形成を再現することができない。今回我々は、ヒト多能性幹細胞ベースのマイクロ流体神経管様構造について報告する。この構造の発生は、脳領域および脊髄領域での神経パターン形成や、前後軸と背腹軸に沿った神経パターン形成のいくつかの重要な側面を再現する。この構造を神経系譜発生の研究に用いて、体軸に沿った神経堤前駆細胞アイデンティティーのプレパターン形成や、脊髄や体幹神経冠の発生における神経中胚葉前駆細胞と尾側の遺伝子CDX2の機能的役割が明らかになった。我々はまた、背側領域と腹側領域に空間的に分かれた背腹パターンを持つマイクロ流体前脳様構造と、重層的な頂底の細胞構造を持つマイクロ流体前脳様構造を開発した。これらはそれぞれ、ヒト前脳の外套と外套下部の発生を模倣している。まとめると、マイクロ流体工学に基づくこれらの神経発生モデルは、in vivo様の時空間的な細胞分化や組織化を備えた三次元の管腔組織構造を提供し、ヒトの神経発生や疾患の研究に役立つだろう。

目次へ戻る