ヒトiPS細胞由来中脳皮質経路の構築と作動原理の理解

昨年度には、ヒトiPS細胞由来の中脳オルガノイドと大脳オルガノイドの作製法を確立しました。免疫組織化学的にオルガノイドのアイデンティティを確認し、中脳オルガノイドと大脳オルガノイドが全く異なる構造と細胞特性を示すことを確認しました。さらに、これらをマイクロ流体デバイスで接続することによって、中脳皮質系を模倣した神経回路をin vitroで構築することに成功しました。中脳皮質系回路の機能性を評価しました。興味深いことに、中脳-大脳コネクトイドと大脳-大脳、中脳-中脳コネクトを比較すると、異なる活動パターンが観察されました。2次元のドーパミン神経細胞と3次元の中脳オルガノイドを長期間（2次元培養では最大90日、3次元コネクトイドでは最大120日）比較し、2次元神経細胞とオルガノイドの成熟時期の差を明らかにしました。ドーパミンは神経細胞活動の長期的な可塑性変化を誘導することが知られており、報酬学習や強化の基礎となるメカニズムとして機能しているため、培養して活動や連結性の長期的変化を調べることができることは特に重要です。また、中脳オルガノイドにチャネルロドプシンを感染させ、ドーパミン作動性ニューロンを光遺伝的に刺激することを試み、連結した大脳オルガノイドの変化を観察しています。また、統合失調症患者由来iPS細胞の中脳・大脳オルガノイドへの分化を開始し、健常由来と疾患由来の中脳-大脳連結オルガノイドを比較することを目指しています。

昨年度には、ヒトiPS細胞由来の中脳オルガノイドと大脳オルガノイドの作製法を確立しました。免疫組織化学的にオルガノイドのアイデンティティを確認し、中脳オルガノイドと大脳オルガノイドが全く異なる構造と細胞特性を示すことを確認しました。さらに、これらをマイクロ流体デバイスで接続することによって、中脳皮質系を模倣した神経回路をin vitroで構築することに成功しました。中脳皮質系回路の機能性を評価しました。興味深いことに、中脳-大脳コネクトイドと大脳-大脳、中脳-中脳コネクトを比較すると、異なる活動パターンが観察されました。2次元のドーパミン神経細胞と3次元の中脳オルガノイドを長期間（2次元培養では最大90日、3次元コネクトイドでは最大120日）比較し、2次元神経細胞とオルガノイドの成熟時期の差を明らかにしました。ドーパミンは神経細胞活動の長期的な可塑性変化を誘導することが知られており、報酬学習や強化の基礎となるメカニズムとして機能しているため、培養して活動や連結性の長期的変化を調べることができることは特に重要です。また、中脳オルガノイドにチャネルロドプシンを感染させ、ドーパミン作動性ニューロンを光遺伝的に刺激することを試み、連結した大脳オルガノイドの変化を観察しています。また、統合失調症患者由来iPS細胞の中脳・大脳オルガノイドへの分化を開始し、健常由来と疾患由来の中脳-大脳連結オルガノイドを比較することを目指しています。