では、研究者たちはどのようにして多領域脳オルガノイドを作り上げたのでしょうか?
研究チームはまず、人間の大脳・中脳・後脳にそれぞれ相当するミニ脳組織と、脳の血管に相当するオルガノイドを別々に培養しました。
大脳オルガノイドと中脳・後脳オルガノイドは、ヒトの人工多能性幹細胞(iPS細胞)から脳の各領域に分化させて作製します。
同時に、血管オルガノイドも作りました。
従来は主にヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVECs)という単一種類の細胞に依存していましたが、今回は血管内皮の前駆細胞、成熟した血管細胞、周皮細胞(血管を支える細胞)など様々な細胞タイプを含む複雑な血管オルガノイドを用意しました。
こうして出来上がった3種類の脳オルガノイド(大脳、中脳・後脳)と1種類の血管オルガノイド、合計4つのミニ組織を、「生体の接着剤」とも言える特殊なたんぱく質でひとつに合体させたのです。
研究者たちはこの手法を「バイオ接着による脳組織の組み立て」と表現しています。
培養を続けると各オルガノイド同士がしっかり融合し、境界をまたいで神経細胞同士がつながりました。
やがて融合ミニ脳全体で電気的な活動(神経信号)が記録されるようになり、異なる部位がネットワークとして応答する様子が観察されました。
このような活動は単一領域モデルでは見られないような、より複雑で同期的なネットワーク活動が見られないものであり、研究者たちは、複数領域が機能的に繋がって協働している証拠であると考えています。
また融合した全脳ミニ脳を詳細に解析したところ、いくつもの興味深い発見がありました。
まず、このオルガノイドにはヒト胎児の初期発達段階で見られる細胞タイプの約80%が揃っていることが分かりました。
言い換えれば、胎児の脳に存在する多様な神経細胞のほとんどがミニ脳内で再現されていたのです(残り20%は高度に分化した細胞など一部再現できないものもありますが、それでも画期的な多様性です)。