皿の中の世界初の「期間」は生殖医療に革命を起こす可能性があります

画像:Shutterstock / vchal、Gizmodo

女性の月経周期は、何世紀にもわたって謎とタブーに包まれてきた女性への通過儀礼です。プリニウス・ザ・エルダーは、たとえば、月経血が畑を不毛にする可能性があると信じていました。ちょうど前世紀、ある科学者は、月経血には女性がワインを酢に変える毒が含まれているという理論浮き彫りにしました。焦げたヒキガエルが重い流れを和らげることができるという噂から始めましょう。

現在、ノースウェスタン大学の科学者たちは、まるで女性らしさの神秘を一気に剥がすかのように、組織培養を使用して、女性の生殖管のミニチュア3Dモデルを作成しました。卵巣、卵管、その他の生殖器官を接続して、 28日間の月経周期の機能。ネイチャーコミュニケーションズで火曜日に発表された論文で説明されている女性のセクシュアリティのこの特定のレンダリングは、プラスチックで覆われており iPhonePlusよりもはるかに大きくありません。

本質的には、ペトリ皿の期間です。そして科学者たちは、それが女性の生殖システムとそれを悩ませている病気のより詳細な理解を解き放ち、最終的には女性の個々の生物学を反映するように設計された個別の治療への道を開くことを望んでいます。

「これは非常にエキサイティングです」と、研究に関係していなかったアメリカ生殖医学会の会長エレクトであるクリストス・クティファリスは言いました。「短期的には、身体の人から人への変動についてより多くのことを理解することができます。長期的には、これは個別化医療への第一歩です。」

ペトリ皿の期間は、細胞培養を使用して人体の臓器をミニチュアの形でモデル化する最初の試みではありません。それは、「チップ」上に人体全体を再現するために国立衛生研究所が主導したより大きな努力の一部でした。

科学が私たちの生物学について明らかにしたすべての秘密について、さらに何百もの未知数があります。ペトリ皿の動物や人間の細胞で薬をテストすることは、それらの薬が実際に人体でどのように機能するかについて私たちに多くを伝えるだけであり、実際の臓器は実験で使用するには移植として非常に価値があります。そこで、いわゆる「organs-on-chip」が登場します。人間の臓器の機能の多くをミニチュアでマイクロチップに複製することにより、科学者は理論上、さまざまな薬物にさらされたときにそれらの臓器に何が起こるかをより正確に観察できます。または環境条件。

稼働中のピリオドオンチップシステムの時間経過。画像:北西部

2010年に、ハーバード大学のWyss Instituteの科学者は、最初のOrgan-on-a-chipである肺を開発しました。それ以来、科学者たちは肺、肝臓、腎臓、心臓、動脈、骨髄、角膜のサムドライブサイズのモデルを作成することに成功しました。いずれの場合も、小さなマイクロ流体チューブは、目的の臓器から採取された細胞で裏打ちされ、それらの臓器の重要な機能のいくつかを模倣するためにチップ内に配置されます。栄養素、薬物、バクテリア、またはその他の試験材料がチップのチューブを通過するとき、科学者は特定の細胞プロセスがどのように反応するかを綿密に観察することができます。たとえば、2015年、ミシガン州立大学の科学者は、糖尿病治療薬をテストするために、チップ使用して内分泌細胞がホルモンを血流に分泌する方法をモデル化しました。

Organs-on-chipsは、最近大きなブームになっています。2014年、NIHは11の機関に、薬物スクリーニング用のティッシュチッププログラムに1,700万ドルの助成金を提供しました。これは、2012年に他の19の研究機関に資金を提供した後の第2の助成金です。 。製薬会社は、新薬をテストするためにティッシュチップに目を向けるようになっています。

ただし、Organ-on-a-chipの問題は、生理学的システム全体ではなく、研究者が一度に1つの臓器しか観察できないことです。皿の期間は次のステップです。これにより、研究者は、さまざまな刺激が卵巣や子宮だけでなく、生殖器系全体にどのように影響するかを一度に観察することができます。

「私たちの最大の課題は、ある意味でテクノロジーを構築することでした」と、この研究の主任研究員であり、ノースウェスタン大学の女性健康研究所の所長であるテレサ・ウッドラフは述べています。「生殖システムで発生するすべてをシングルチップでモデル化することはできません。これは細胞機能を見る新しい方法です。」

エヴァタールと呼ばれるペトリ皿の期間は、明らかに生物学的なものというよりも、悲しいレゴブロックのセットのように見えます。それぞれの「器官」はそれ自身の泥だらけの茶色の立方体を占め、それらの間で流体を送り出すチューブによって互いにリンクされています。培養された卵胞は、この合成されたシステムでホルモンを生成し、28日周期で組織機能を調節し、体液が臓器内を移動するようにしました。最大のハードルの1つは、システムのすべてのコンポーネントを通過して、体内の血液と同じように機能する媒体を設計することでした。

「私たちの体は多くの異なる細胞で構成されており、それらの細胞はすべて通信しています」とウッドラフ氏はギズモードに語った。「私たちは基本的にそれをモデル化しています。正確な臓器ではありませんが、優れた臓器模倣です。」

この作業により、研究者は単に新薬をより効率的にテストするだけでなく、はるかに多くのことができるようになることが期待されていますが、それは間違いなく作業の重要な部分です。この論文では、研究者はマウス細胞培養を使用したモデルの作成について詳しく説明していますが、それほど遠くない将来、同じアプローチを使用してさまざまなヒト生殖器疾患のモデルを作成し、それらをよりよく研究することができます。それはまた、研究者が機能レベルで個人間の違いを研究することを可能にし、ある日、個人化された治療につながる可能性があります。

「これの重要性は、すべての人が同じではないということです」と、ASRMのCoutifarisは言いました。「私たちは、すべてのマウスが薬物やホルモンなどに同じように反応する近交系のマウスではありません。次のステップは、女性ごとの違いを理解することです[そして]彼らが薬のようなものにどのように反応するかを理解することです。」

たとえば、ある薬の組み合わせが1人の女性で体外受精に成功するのに、別の女性では成功しないのはなぜですか?特定の女性が卵巣がんにかかりやすいのはなぜですか?どの避妊があなたに適していますか?科学は、これらの質問に対する推測以上のものを実際には提供していません。Organs-on-chipsは、少なくとも、これらの決定の基礎となるもう少し多くのデータを提供できる可能性があります。たとえば、女性の幹細胞を使用して、医師はいつの日か彼女の生殖器系のパーソナライズされたモデルを作成し、モデル上でさまざまな排卵誘発剤をテストし、それらのテストから健康な卵をもたらす可能性が最も高い薬を選択する可能性があります。彼女の時間、お金、そしてIVFの多くのラウンドの感情的なストレスを節約します。

ウッドラフ氏は、次のステップは女性の生殖システムのモデルを強化し、男性の対応物を設計することだと述べた。最終的には、これらのチップの多くを組み合わせて使用​​して、たとえば、薬が人の体のすべてのシステムにどのように影響するかを理解することができます。

Coutifarisは、今のところ、これらの進歩は研究に最も役立つと警告しました。チップ上に特注のミニチュア臓器を使用して個別化された薬物治療を作成することは、遠い道のりだと彼は言いました。

「期待に注意することが重要です。ここでやるべきことはまだたくさんあります」と彼は言いました。「しかし、それらは現在、とてつもないものですが、私たちは夢が必要です。」

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