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デューク大学の研究者らは、新しい 3D 合成生体適合性構造内で移動し成長する若い神経細胞の数日間にわたる微速度撮影ビデオを撮影しました。 生物医学技術者らは、材料内に埋め込まれた自然な生化学信号に細胞がどのように反応するかを文字通り観察することで、脳卒中やその他の外傷後の脳組織を修復し、再生できるバイオゲルを開発したいと考えている。

この結果は、Advanced Materials 誌に 6 月 22 日にオンライン掲載されます。

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脳卒中やその他の外傷による脳損傷を治癒するために設計された 3D 足場を原始神経細胞が踊り、成長し、さらには移動させる様子を観察してください。 足場をさまざまな栄養素や生化学的信号で装飾することで、研究者は足場がどのような種類の脳組織になるかを制御できるようになります。 クレジット: Katrina Wilson および Ken Kingery、デューク大学。

脳組織を修復し、再成長させることは困難な作業です。 脳は、脳卒中などの損傷を受けた後、放っておくと、失われたシナプス、血管、その他の構造を再生しません。 死んだ脳組織は代わりに吸収され、健康な脳組織として認識できるものが何もない空洞が残ります。

しかし、それでも研究者たちは損傷した脳を再生しようとする試みを止めなかった。 生物医学工学者が使用する一般的なアプローチの 1 つは、脳組織のさまざまな部分が移動するための新しい媒体を提供し、成長を促進するためのさまざまな栄養素と生物学的指示を満載することです。

この分野の科学者たちは歴史的に、神経の再成長をサポートする均質なゼラチン状の生体材料を開発してきましたが、デューク大学の生物医工学教授であるタチアナ・セグラ氏は別のアプローチを開発しました。 あらゆる種類の治癒と成長を促進するために構築された彼女の生体材料は、安定した足場を形成するために詰め込まれた数百万の小さなゼラチン状の球でできています。

「他のほとんどの研究室では、ジェロの巨大な塊のような非多孔質ハイドロゲルが使用されており、細胞は再成長する材料を置く前にそれを食い荒らさなければなりません」とセグラ氏は言う。 「私たちのものは箱に詰められた柔らかいオレンジのようなもので、細胞がそこを通って成長できるポケットや空洞がたくさんあります。」

微多孔性アニール粒子 (MAP) 足場と呼ばれるオレンジ箱のアプローチは、皮膚や骨などの幅広い組織で有望であることが証明されています。 そして2018年には、炎症を軽減し、脳卒中病変への神経前駆細胞（NPC）の遊走を促進することが示されました。

この観察をきっかけに、セグラの研究室の博士候補者であるカトリーナ・ウィルソンは、これらの前駆細胞がどのように分化するかをさらにガイドするために MAP 足場を設計することになりました。 神経前駆細胞は幹細胞ほど未熟で器用ではありませんが、脳内にあるすべてではないにしても、ほとんどの種類の細胞になることができます。 彼らにどこに行くべきか、そして何になるべきかを伝えることができれば、脳治癒治療の開発にとって有益となるだろう。

人体の幹細胞と前駆細胞は、周囲にあるさまざまな構造やタンパク質からの生物学的合図に応答します。 指示源の 1 つは、細胞外マトリックスと呼ばれる体の生物学的足場を構成するラミニンタンパク質から来ています。

新しい論文の中で、ウィルソン氏は、合成 MAP 足場内にペプチドと呼ばれるこれらのタンパク質の部分のさまざまな組み合わせを埋め込み、文字通り何が起こるかを観察しました。 彼女は、前駆細胞がペプチドで塗られた MAP 足場にどのように反応するかを示す、数日間にわたる微速度撮影ビデオを作成しました。

「細胞が時間の経過とともに足場に付着し、実際に足場を物理的に移動させる様子を私たちは観察しました」とセグラ氏は語った。 「私たちはこれを、子供たちが遊んでいる単なるジャングルジムだと思っていました。 しかし、それは私たちが見たものではなく、細胞が足場に物理的な力を加え、それが足場を動かすのに十分なのです。」