実験室で培養された脳に人間らしく接する方法

科学者にとって脳の魅力の一つは、それが極めて個人的なものであり、私たちの存在の核心であり、人間らしさの源泉と言えるかもしれない点にある。しかし、この事実は同時に、脳を用いた考えられる実験の大部分を、たとえどれほど善意に基づいたものであっても、残忍なものにしてしまう。神経科学者たちはしばしばフラストレーションを飲み込み、実験動物の脳や、平らな皿の中で生きたまま単離されたヒトのニューロンを研究することに甘んじざるを得なかった。こうした代替手段には、倫理的、実用的、そして概念的な限界が伴う。

しかし、2008年に研究者が脳オルガノイドの作製方法を解明したことで、新たな可能性の世界が開かれました。脳オルガノイドとは、ヒト幹細胞から培養された微小な塊で、電気的に活性なニューロンを持つ脳のような構造に自己組織化します。エンドウ豆ほどの大きさしかありませんが、オルガノイドは脳の理解を深める上で大きな可能性を秘めています。かつては実験室での観察は不可能と思われていたヒトの発達や疾患の側面を再現できるからです。科学者たちは既にオルガノイドを用いて、統合失調症、自閉症スペクトラム症、ジカウイルスによる小頭症などについて発見をしています。

しかし、脳オルガノイドの研究は倫理的なジレンマを抱える可能性もある。「良いモデルとなるためには、可能な限り人間に近づけたい」と、スタンフォード大学で生物科学の倫理的・法的問題を専門とする法学教授ハンク・グリーリー氏は語る。「しかし、人間に近づけば近づくほど、生きた人間をそのまま使えない理由と同じ倫理的問題に直面することになるのです。」

オルガノイドを「ミニ脳」と称する誇張された描写に煽られた一般大衆の想像力の中で、こうした疑問は往々にして、組織が意識を獲得し、その不自然な存在を拷問のように感じるのではないか、という点に集中する。専門家を悩ませている、より差し迫った現実的な懸念は、それほどセンセーショナルではないものの、依然として重要である。また、オルガノイドの研究が他の研究分野との奇妙な溝に陥り、正式な倫理的監督を複雑化させていることも、事態を悪化させている。それでもなお、脳オルガノイドの可能性が軽々しく切り捨てられるのを望む人はいない。

例えば、ペンシルベニア大学ペレルマン医学大学院の脳神経外科医、ドナルド・オルーク氏は、げっ歯類に移植したものも含め、オルガノイドを用いて悪性度の高い脳腫瘍の治療法を試験している。オルガノイド研究の倫理的問題は、彼を全く悩ませていない。「私は15ヶ月で人を死に至らしめる恐ろしい病気を扱っています」と彼は言う。「私たちは、どのような治療法が効果的かをリアルタイムで評価できる高度な診断ツールを開発しました。私の考えでは、これは倫理的問題を解決するものです。」

このように、オルガノイド科学は前進しています。オルガノイドが痛みを感じたり意識を持つようになるまでにはまだまだ時間がかかりますが、グリーリー氏をはじめとする倫理学者や生物学者は、後になってそうした可能性に直面することを避けるために、今からそうした可能性について議論を始めることが重要だと強調しています。そのため、彼らは科学と倫理を早期に融合させる協働的なアプローチを採用しています。その第一歩として、オルガノイドと本物の脳の違いを明らかにする研究に着手し、両者を比較するためのベンチマークを開発しています。

無意識だがますます複雑化

この分野に詳しい人々の間では、今日の脳オルガノイド、そして近い将来に培養されるであろう脳オルガノイドは意識を持たないだろうという点でほぼ全員が同意している。「マウスの脳と比べても、それらはまだ非常に原始的で未発達です。ましてや人間の脳と比べればなおさらです」と、ペレルマン医学大学院の脳神経外科教授、ハン・チャオ・アイザック・チェン氏は述べた。

最先端の脳オルガノイドでさえ、実際の人間の脳の大きさ、構造、相互接続性には及ばない。重要な細胞の種類が欠如しており、組織に栄養を与え健康に保つために必要な血管も欠いている。オルガノイドは未熟であり、発達年齢を推定するある手法では、一貫して妊娠後期の胎児の脳に例えられてきた。そしておそらく最も重要なのは、感覚入力が欠如していることだ。「私たちは経験によって今の私たちになっているのです」と、ペレルマン医学大学院の神経科学者、ホンジュン・ソン氏は述べた。「培養皿の中のオルガノイドには、脳回路を脳のように発達させるための刺激が実際には存在しないのです。」

要するに、オルガノイドは意識に程遠い。「これで、今後数年間は安全域が確保できる」と、ハーバード大学の上級研究員であり、オルガノイドを研究に用いる著名な遺伝学者・合成生物学者ジョージ・チャーチの同僚であるジョン・アーチ氏は述べた。

しかし、この分野の誰もが、オルガノイドがより複雑で現実的になっていることを認識している。ケース・ウェスタン・リザーブ大学の生命倫理学者インス・ヒョン氏は最近、オンラインエッセイで、今後5年ほどで研究者らは機能的な血管網とあらゆる種類の脳細胞を備えたオルガノイドの作成を試みる可能性が高いと指摘した。オルガノイドは特定の脳領域を模倣し、神経データ入力を処理し、電気出力を生成するように設計される可能性もある。さらに、研究者らがオルガノイドを使って行っている、または試みることを構想している実験の多くは、ラットなどの実験動物への移植を伴うが、これらの動物は十分に発達した機能的な神経系を有しており、オルガノイドがこれらの神経系と統合する可能性がある。そのため、たとえオルガノイドが今後数年で意識を持ったり痛みを感じ始めたりしなくても、いつかそうなる可能性があると懸念するのは当然だ。

不完全なルールブック

オルガノイド研究は規制の空白の中で発展しているわけではありません。他の種類の生物学研究のための既存の規制枠組みも、オルガノイドに対して多くの倫理的保護を提供しています。

脳オルガノイドは人工多能性幹細胞から培養されるため、それらを用いた実験を規定する既存の倫理的基盤の適用範囲は、少なくともある程度は確保されています。科学者がこれらの細胞をどこから入手し、どのような実験動物に移植できるかについては、具体的な規則とガイドラインが定められています（霊長類は対象外です）。科学者だけでなく、法的、倫理的、社会的な専門知識を持つ非科学者で構成される委員会が、細胞の使用方法を監督しています。同様に、オルガノイドが動物に移植される場合も、動物福祉委員会の管轄下に置かれます。

しかし、オルガノイドの特異な性質により、一部の古い規則体系がどの程度適用されるか、あるいは適用されるべきかどうかさえ不明確になっています。

「14日ルール」は、ヒト胚の体外培養期間を制限するガイドラインです。受精後14日目に胚に特定の構造が現れ、神経系が構築され始めたことを示します。しかし、オルガノイドには実際の胚が関与していないため、この14日ルールは適用されません。脳オルガノイドは、神経構造の獲得に向けて全く異なる経路を辿ります。さらに、オルガノイドを作製する目的は脳構造を作り出すことであるため、オルガノイドを拒絶する基準は役に立ちません。そのため、オルガノイドには「過去に倫理的なジレンマを引き起こした何かに近づいているという独特の雰囲気がある」とアーチ氏は述べています。

オルガノイドは委員会の監督対象として明確に分類できるものではありません。オルガノイドはヒトを対象とする研究、動物研究、あるいは体外幹細胞研究に限定されるわけではないからです。「オルガノイドには必ずしも規制体制が存在しません」とグリーリー氏は言います。「今のところ、それはそれほど悪いことではありません。しかし、オルガノイドが将来、より現実的な懸念を抱かせるような形で発達するようになった場合に備えて、このギャップを埋めるべきでしょう。」

倫理学者と科学者は現在、オルガノイドに独自のルールが必要かどうかを検討するために協力している。倫理に関する議論は科学の進歩をはるかに先取りして急速に進んでいる。米国立衛生研究所（NIH）は会議やワークショップを後援しており、別の種類の監督委員会の設置も検討されている。科学者たちは倫理学者に個人的に連絡を取り、研究の詳細について議論している。グリリー氏は、2013年にはすでに実験研究者から対話を求めるメールを受け取ったことを覚えている。また、カリフォルニア大学サンディエゴ校の生物学者アリソン・ムオトリ氏は、倫理学者と幹細胞生物学者、そして意識研究者をつなぐ会議を主催している。

協調倫理のブレインストーミング

特に興味深いのは、NIHの資金提供を受けた2年間のプログラム「ブレインストーム・プロジェクト」です。このプロジェクトは、ヒョン氏とハーバード大学の倫理学者ジャンティーン・ルンショフ氏が共同議長を務めています。このプロジェクトは、倫理学者と科学者が自発的に参加してくれるのを待つのではなく、小規模なワーキンググループを編成し、どの倫理的問題に焦点を当てるべきか、そして将来NIHの資金提供を受けるべき脳オルガノイド研究のどの分野を推奨するかを決定できるよう、組織的な支援を提供しています。

ブレインストーム・プロジェクトは、ルンショフ氏の日々の実践を一部モデルにしています。2006年以来、彼女はハーバード大学ヴィース生物学工学研究所の研究グループ、特にチャーチ研究室と共同研究を行ってきました（彼女は研究室のフロアにオフィスを構えています）。彼女は生物学者たちと研究の最初から最後までフルタイムで協力し、毎週の研究員会議に出席し、実験設計を綿密に検討し、新しい論文に目を通し、進行中の研究の方法や目標について活発な議論を交わしています。

これは双方向の道だと彼女は言う。彼女は質問を投げかけ、彼らが行っている研究について学ぶ一方で、彼らは倫理学者の考え方をより深く理解していく。定期的なコンタクトを通して、倫理上のグレーゾーンに入った、あるいは入りそうになったと感じた時に、彼らは彼女に相談するよう促される。「これは継続的な学習プロセスです」とルンショフ氏は言う。「そして、それは相互的なものです」。そして彼女は、これこそがオルガノイド研究の分野が向かっている方向であり、彼女が「協働倫理」と呼ぶものに向かっていると付け加えた。

彼女は、自分の役割を判断という役割と区別することに細心の注意を払っている。「私は倫理警察ではありません」と彼女は言った。「正式な監督役も担っていませんし、それが私の目的でもないのです。」むしろ、協働倫理とは、「科学者が私たちと協力し、私たちが彼らと協力し、未来がどうなるか、そして彼らが何が必要だと感じるかを探ることです。」

同様に、ブレインストーミング・プロジェクトは、オルガノイド研究のガイドラインをすぐに作成する取り組みではないことは明らかです。「まだ時期尚早です」とヒョン氏は言います。「今のところ、『ここは越えてはならない一線だ』と言えるような状況にはありません」。ヒョン氏は、この議論を将来の政策指針として活用したいと考えているものの、現時点では「倫理と科学が共に発展していく必要性、倫理が常に科学への反応となるのではなく、早い段階から関与し、社会的責任を果たしながら研究の方向性を形作る」ことが重要だと考えています。

オルガノイドの意識、痛みの経験、自己認識といった懸念すべき特性の出現は、ブレインストーミング・プロジェクトの会議で必然的に話題に上がるものの、それは彼らの中心的な焦点ではない。これらの発展はまだ実現が早すぎるからだ。ルンショフ氏、ヒョン氏、そして彼らの同僚たちは、より差し迫った、検討に値する倫理的問題を特定したいと考えている。意識に関する議論は重要だが、「その問題だけに目を向けていると、もっと差し迫っていて重要で、驚くべき他の問題が見えなくなってしまう」とヒョン氏は言う。「だから、私たちは今、まさにその問題に取り組んでいるのです」

脳のベンチマーク

ヒョン氏のリストの最も重要な点は、科学が主張する通りの成果を上げていることを検証することです。関連する多くの疑問は、倫理の領域にすぐには属さないように見えるかもしれません。しかし、これらのアプローチの実際的な有効性を判断することは、研究の倫理的立場にとって重要です。なぜなら、もしそれらが役に立たないのであれば、それらがもたらすいかなる害も容認できないものになるからです。オルガノイドは実際に研究者の主張を体現しているのでしょうか？作成されたオルガノイドの最も適切な用途は何でしょうか？異なるオルガノイド系で行われた実験に基づいて治療法を開発したり、オルガノイドを用いて特定の疾患を診断したりすることは、果たして問題ないのでしょうか？

研究が進むにつれ、脳オルガノイドと実際の脳の違いを、サイズや接続性といった最も明白な特徴を超えて明らかにすることが重要になるでしょう。「これらの（オルガノイドの）ニューロンが機能していることは分かっています。また、ニューロン同士が接続されていることも分かっています」と、ハーバード大学の著名なオルガノイド研究者パオラ・アルロッタ研究室のポスドク研究員であるブルーナ・ポールセン氏は述べています。「しかし、それは実際には何を意味するのでしょうか？」

「どのような種類の基本的な電気活動が存在するのかという点についても、重要な疑問が残っています」とチェン氏は述べた。例えば、ムオトリ氏と数名の同僚は昨秋、皮質オルガノイドで新生児の脳波に似た電気信号を記録したと報告し、大きな騒動と懸念を引き起こした。しかし、一部の科学者は結果の解釈に異議を唱えた。彼らは、人間の脳では、その電気活動はオルガノイドにはない解剖学的構造と細胞の種類に依存していると主張した。これらの特徴が欠如している場合、比較は誤解を招き、不必要な懸念を生み出す可能性がある。（ムオトリ氏は、これらの議論はさらなる議論の必要性を示唆するものだと捉え、ヒトの発達、意識、そして幹細胞研究者があまり精通していない可能性のある他の分野の専門家と協力する必要があると考えている。）

また、オルガノイドをどれくらいの期間生存させるか、複雑なオルガノイドを作成することとそれを扱いやすい程度に単純に保つことの間でどのようなトレードオフを行うべきか、そしてこの研究をどのように公に発表するかといった問題も議論の対象となっている。（ルンショフ氏とグリーリー氏は、脳オルガノイドを「ミニ脳」と呼ぶことが、かつては多くの科学者に受け入れられていたものの、不必要な警戒感を引き起こしていると指摘した。）

オルガノイド実験において、研究者がどのように同意を求めるかについても、現在、精査が行われている。生物学者と倫理学者は、研究参加者に、皮膚細胞が多能性幹細胞に変換され、脳オルガノイドの作成に用いられる可能性があることを伝えるべきかどうか、そして伝えるとしたら、どの程度の情報を開示すべきかという問題に取り組んでいる。ムオトリ氏は最近の研究を踏まえ、同意書を改訂し、脳オルガノイドと特定の種類の電気信号を生成する能力に関する記述を追加した。「初めて、そのことを理由に研究への参加を断念した家族がいました」と彼は述べた。「もし私たちがその方向へ進んでいるのであれば、今、誰もが自分の細胞を提供することに抵抗を感じています。」

意識に信号を送るものは何か？

それでも、ムオトリ氏は、オルガノイドがより複雑になるまで待つことなく、野心的な研究課題に取り組むつもりだ。彼が計画している研究は、将来のオルガノイド研究における生物学的および倫理的領域を明らかにするのに役立つ可能性がある。特に、ムオトリ氏は、潜在的な意識の痕跡を探すために特別に設計された新たな実験を通じて、オルガノイドの電気的活動をモニタリングしたいと考えている。

これまで、こうした研究に提案されている選択肢のほとんどは、人間の患者に実施される検査に類似したものでした。例えば、一部の科学者は、昏睡患者の脳波から意識の兆候を評価するために開発された特定のアルゴリズムを改良し、オルガノイドの活動研究に適用することを提案しています。

しかし、これらの戦略が実を結ぶかどうかについてはコンセンサスが得られていないとチェン氏は述べた。「正直なところ、これをどのように進めるかについてのアイデアはそれほど多くありません」。特にオルガノイド内で起こる活動がごくわずかであることを考えるとなおさらだ。さらに、このような測定は培養皿内の細胞や動物で検証されたことがないため、その有効性を比較する方法がない。

それでもチェン氏によると、オルガノイド研究の焦点は、細胞の構成、遺伝子発現、そしてそれらを作成するために使用されるプロトコルから、徐々に電気的活動の理解へと移行しているという。「今私たちにできることは、これらのオルガノイドの電気的活動を測定し、その結果を観察することだけです」と彼は述べた。「今後5年間で、その電気的活動の特徴を明らかにすることに特に焦点を置いた論文がさらに多く発表されると思います。」

ムオトリ氏は、この研究の主要な貢献者の一人となることを目指している。彼が実施したい実験の一つは、オルガノイドに麻酔薬を投与し、その反応を調べることだ。麻酔下では記録から特定の電気信号が消え、その後再び現れる場合、その意味合いは興味深いものになるかもしれない（ただし、ムオトリ氏は、これは決して意識の強力な証拠ではなく、あくまで第一歩に過ぎないことを慎重に指摘している）。彼はまた、痛覚受容体を持つニューロンを作成し、それらのニューロンが刺激に反応するかどうかを調べることで、オルガノイドにさらに多くの感覚情報を送り込みたいと考えている。「これが正しい方法だと100%確信しているわけではありません」と彼は言う。しかし、この研究は「何かを示唆するかもしれない」、あるいは研究を有益な方向に導くかもしれない。

こうしたロードマップ、あるいは具体的な答えや明確なガイドラインの上で、倫理的なものとそうでないものの間の境界線を見つけることは、「見た目よりもはるかに難しい」とルンショフ氏は述べた。「研究に深く関われば関わるほど、自分が出せる答えに確信を持てなくなるのです」。しかし、彼女は科学者と倫理学者の共同研究の将来に希望を抱いている。「私はこれを15年間実践してきました」と彼女は言った。「そして、確かに効果はあります」

オリジナルストーリーは、数学、物理科学、生命科学の研究の進展や動向を取り上げることで科学に対する一般の理解を深めることを使命とする、シモンズ財団の編集上独立した出版物であるQuanta Magazineから許可を得て転載されました。

WIREDのその他の素晴らしい記事

• クリス・エヴァンスがワシントンへ
• アトランタがテクノロジー業界に黒人人材育成について教えられること
• 未来のディスプレイはコンタクトレンズの中にあるかもしれない
• 科学者たちは「永遠に」有害な化学物質と戦う
• Facebookがあなたを追跡する方法とその制限方法
• 👁 顔認識の秘められた歴史。さらにAIの最新ニュースも
• 🏃🏽‍♀️ 健康になるための最高のツールをお探しですか？ギアチームが選んだ最高のフィットネストラッカー、ランニングギア（シューズとソックスを含む）、最高のヘッドフォンをご覧ください