生命力に震えながら、成長中のマウスたちは試験管の中でかろうじて動いていた。受精からわずか数日しか経っていないこの齧歯類の胚は、アスピリン錠よりも小さいほど小さかったが、その存在は記念碑的な偉業である。人工子宮内で発生したのだ。これは初期の哺乳類科学における初の試みであり、胚発生に関する科学者の理解を深める大きな一歩となった。
本日ネイチャー誌に掲載された研究は、科学者らが新しい胚を採取し、マウスの妊娠期間の約3分の1にあたる6日間かけて、げっ歯類の子宮の外でどのように成長させたかを説明している。
「胚に適切な条件を与えれば、その遺伝子コードはあらかじめ設定されたドミノ倒しのように機能し、次々と倒れていきます」と、イスラエルのワイツマン科学研究所の発生生物学者で論文共著者のジェイコブ・ハンナ氏は、ワイツマン科学研究所の発表で述べた。「私たちの目的は、そうした条件を再現することでした。そして今、それぞれのドミノ倒しが次のドミノ倒しに当たる様子をリアルタイムで観察できるようになりました。」
科学者たちは、哺乳類の胚発生を子宮の外で行うことで、細胞がどのように集まり、急速に生物へと形作られていくのかをより深く理解しようと、ほぼ1世紀にわたり研究を重ねてきました。しかし、その大半において、発生の初期段階の解明はブラックボックスと化していました。後期段階は比較的容易にシミュレーション可能です。2017年、フィラデルフィアで研究チームが袋状の装置を用いて子羊を出産まで孵化させることに成功したのがその例です。
2年後、同じ研究チームは早産児のヒツジを人工子宮で生かし続けることに成功したと発表しました。出産後、未熟児のヒツジは予定日産のヒツジと全く同じ健康状態に見えました。「人工胎盤技術の世界において、私たちは事実上4分マイルを突破したのです」と、当時研究論文の著者の一人は述べました。
これらの子羊は、新たに観察されたマウスよりもはるかに発達していました。哺乳類の胚発生段階は子宮内で観察するのが難しいため、生物学者や遺伝学者はこれまで、両生類の外部卵を観察し、解剖したマウスの胚の画像と比較するなど、複数の観察結果を組み合わせることで、胚発生における様々な現象について仮説を立ててきました。しかし、今回の研究はそれを変えるものです。
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最初のマウス胚はわずか数百個の細胞で構成されており、子宮壁を模したシャーレに置かれました。数日後、研究チームは胚を栄養液を満たしたビーカーに移し、胚にとって新しい環境における酸素と二酸化炭素の量と圧力を調整しました。約6日後、胚の成長は持続不可能となり、出産前に破棄されました。
ハンナ氏が次に乗り越えたいと考えているハードルがいくつかあります。胚には血液供給が必要であり、受精させてから齧歯類の子宮で育てる必要がありました。今後の実験では、人工血液を何らかの方法で組み込み、幹細胞から胚を合成することで、生物学的子宮の必要性を完全に排除したいと考えています。
この新たな研究は、本日Nature誌に掲載された別の論文と併せて発表されました。その論文では、皮膚細胞から作製された初期ヒト胚モデルについて報告されています。研究チームは、ヒトの皮膚細胞を、受精後約5日目に発生する胚盤胞に似た構造へと再プログラムすることに成功しました。iBlastoidsと呼ばれるこの合成構造（まるでAppleとポケモンの奇妙なコラボレーションのようです）は、不妊症、流産の原因となる状態、そしてヒトの初期発達のその他の側面を理解する上で重要な意味を持ちます。
「iBlastoidsにより、科学者はヒトの発達のごく初期段階や、不妊症や先天性疾患の原因の一部、毒素やウイルスが初期胚に与える影響などを研究できるようになります」と、オーストラリアのモナシュ大学の発生生物学者で共同執筆者のホセ・ポロ氏は大学のプレスリリースで述べた。「ヒトの胚盤胞を使わずに、そして重要なのは、前例のない規模で、私たちの理解と新しい治療法の開発を加速させるということです。」
レースのリプレイを見ることでランナーが技術の向上方法を知ることができるのと同様に、哺乳類の初期段階を何度も再現し観察できれば、科学者は生命の誕生時の環境を改善する方法を理解するのに役立ちます。
